DE102014101571B4 - INVERTER AND PROCESS FOR OPERATING AN INVERTER - Google Patents

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Abstract

Es ist ein Wechselrichter zur Einspeisung von elektrischer Leistung einer Gleichstromquelle (100, 300, 500, 600) in ein Wechselspannungsnetz (110, 310, 510, 610) offenbart. Eine Steuerung von Schaltern der Wechselrichterbrücke (130, 330, 530, 630) wandelt im Falle der Einspeisung von Blindleistung während Zeitabschnitten einer Netzperiode des Wechselspannungsnetzes (110, 310, 510, 610), in denen der Wechselrichter elektrische Leistung aus dem Wechselspannungsnetz (110, 310, 510, 610) bezieht, die aus dem Wechselspannungsnetz (110, 310, 510, 610) bezogene elektrische Leistung in Wärme um. Hierzu betreibt die Steuerung einen ersten Schalter (T1, LS1) der Wechselrichterbrücke (130, 330, 530, 630) in einen linearen oder einem dissipativ getakteten Betriebsmodus. Der lineare oder dissipativ getaktete Betriebsmodus kann in Abhängigkeit von einem durch den ersten Schalter (T1, LS1) fließenden Strom gewählt werden, so dass ein Leistungsfluss von der Wechselrichterbrücke (130, 330, 530, 630) in Richtung der Gleichstromquelle (100, 300, 500, 600) unterbunden wird. Ein entsprechendes Betriebsverfahren ist ebenfalls beschrieben.An inverter for feeding electric power of a DC power source (100, 300, 500, 600) to an AC power network (110, 310, 510, 610) is disclosed. A control of switches of the inverter bridge (130, 330, 530, 630) converts in the case of feeding reactive power during periods of a grid period of the AC voltage network (110, 310, 510, 610), in which the inverter electrical power from the AC mains (110, 310, 510, 610), converts the electrical power sourced from the AC mains (110, 310, 510, 610) into heat. For this purpose, the controller operates a first switch (T1, LS1) of the inverter bridge (130, 330, 530, 630) in a linear or a dissipatively clocked operating mode. The linear or dissipatively clocked mode of operation may be selected in response to a current flowing through the first switch (T1, LS1) such that power flow from the inverter bridge (130, 330, 530, 630) toward the DC source (100, 300, 500, 600) is prevented. A corresponding operating method is also described.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft einen blindleistungsfähigen Wechselrichter zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom und zur Einspeisung des Wechselstroms in ein Wechselspannungsnetz, sowie ein Verfahren zum Betrieb eines blindleistungsfähigen Wechselrichters.The invention relates to a dummy power inverter for converting direct current into alternating current and for feeding the alternating current into an alternating voltage network, as well as a method for operating a blind power inverter.

Bei der Einspeisung von elektrischer Leistung, insbesondere solcher von regenerativen Energieerzeugungsanlagen mit Photovoltaik- oder Windkraftgeneratoren, in ein Wechselspannungsnetz sind normative Rahmenbedingungen zu beachten. Bis vor kurzem mussten netzgekoppelte Energieerzeugungsanlagen den von ihnen erzeugten Wechselstrom mit einem Leistungsfaktor (power factor, kurz PF) nahe eins, d. h. ohne Phasenverschiebung zur Netzspannung (cos phi etwa gleich eins) einspeisen. Neuere Normen sehen jedoch vor, dass sich gerade auch dezentrale Energieerzeugungsanlagen an einem Netzmanagement beteiligen und dazu insbesondere auf einer Niederspannungsebene sowohl kapazitive als auch induktive Blindleistung mit Leistungsfaktoren im Bereich 0.95 < PF < 1 bereitstellen müssen. Mit zunehmender Durchdringung insbesondere der Niederspannungsebene mit dezentralen Energieerzeugungsanlagen ist zu erwarten, dass der geforderte Bereich auf mindestens 0.90 < PF < 1 ausgedehnt wird.In the supply of electrical power, in particular those of renewable energy generation systems with photovoltaic or wind power generators, in an AC network normative framework conditions are observed. Until recently, grid-connected power plants had to drive the AC power they produced with a power factor (PF) close to one, ie. H. without phase shift to the mains voltage (cos phi about equals one) feed. However, more recent standards stipulate that decentralized power generation plants in particular must participate in network management and, in particular, provide both capacitive and inductive reactive power with power factors in the range 0.95 <PF <1, especially at a low voltage level. With increasing penetration, in particular of the low-voltage level with decentralized power generation plants, it is to be expected that the required range will be extended to at least 0.90 <PF <1.

Zur Bereitstellung von Blindleistung und zu deren Regelung muss ein Wechselrichter in der Lage sein, im Laufe einer Periode der sinusförmigen Netzspannung sowohl zeitweise elektrische Leistung in das Wechselspannungsnetz einzuspeisen als auch zeitweise elektrische Leistung aus dem Wechselspannungsnetz zu beziehen. Insbesondere auf das Beziehen elektrischer Leistung aus dem Wechselspannungsnetz sind jedoch viele bekannte Wechselrichter-Topologien nicht eingerichtet, so dass besonderer Aufwand betrieben wird, solche Topologien blindleistungsfähig zu machen. Hierdurch steigen sowohl Komplexität als auch Herstellkosten signifikant an und es entstehen zudem Wirkungsgradverluste.In order to provide reactive power and to control it, an inverter must be able to temporarily supply electrical power to the AC mains during a period of the sinusoidal mains voltage, as well as to temporarily receive electrical power from the AC mains. However, many known inverter topologies are not set up, in particular with regard to the drawing of electrical power from the AC voltage network, so that particular effort is made to make such topologies perform blindly. As a result, both complexity and manufacturing costs increase significantly and there are also efficiency losses.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Aus der DE 10 2009 029 387 A1 ist eine DC-AC-Wechselrichteranordnung mit einer Halbleiter-Brückenschaltung bekannt, wobei ein Gleichstromsteller (DC-DC-Wandler) zur Erzeugung von Halbwellen einer ausgangsseitigen Wechselspannung vorgesehen ist und die Brückenschaltung dem Gleichstromsteller nachgeschaltet ist und als Polwender für die Halbwellen wirkt. In dieser Anordnung ist der Gleichstromsteller als Vierquadrantensteller ausgebildet, somit rückspeisefähig und die Wechselrichteranordnung hierdurch blindleistungsfähig.From the DE 10 2009 029 387 A1 a DC-AC inverter arrangement with a semiconductor bridge circuit is known, wherein a DC-DC converter for generating half-waves of an output-side AC voltage is provided and the bridge circuit is connected downstream of the DC-control plate and acts as a polarity reverser for the half-waves. In this arrangement, the DC-DC converter is designed as a four-quadrant controller, thus capable of being regenerated, and the inverter arrangement is thereby able to operate with blind power.

In der Schrift DE 10 2011 017 601 A1 ist ein Wechselrichter beschrieben, in dem eine Brückenschaltung phasenweise als Polwender und als gepulste Brücke betrieben wird, um einen gewünschten Ausgangsspannungsverlauf zu erzeugen.In Scripture DE 10 2011 017 601 A1 An inverter is described in which a bridge circuit is operated in phases as a polarity reverser and as a pulsed bridge to produce a desired output voltage waveform.

Aus der WO 2012/062375 A1 ist ein Wechselrichter bekannt, bei dem mittels eines resonant betriebenen DC-DC-Wandlers Halbwellen eines einzuspeisenden Wechselstromes erzeugt werden, die gleichgerichtet und mittels einer netzgeführten Wechselrichterbrücke, die als Polwender ausgebildet ist, als sinusförmiger Wechselstrom in ein Wechselspannungsnetz eingespeist werden.From the WO 2012/062375 A1 an inverter is known in which by means of a resonant DC-DC converter half-waves of an alternating current to be fed are generated, the rectified and fed by means of a network-controlled inverter bridge, which is designed as a Polwender, as a sinusoidal alternating current in an alternating voltage network.

Bei Verwendung einer derartigen Kombination eines DC-DC-Wandlers zur Formung der Sinuswelle mit einem nachgeschaltetem Polwender besteht zusätzlich das Problem, dass das Umschalten des Polwenders zu einem bestimmten Zeitpunkt durchgeführt werden muss und dies bei einem beispielsweise durch eine ausgangsseitige Filterinduktivität induktiv getriebenen Strom zu erheblichen Überspannungen führen kann. Der Polwender kann zerstört werden, wenn es zu unerwarteten Änderungen der Netzspannung und somit u. U. zu einem verfrühten Schalten des Polwenders kommt. Zusätzlich treten beim Spannungsnulldurchgang „Blanking”-Zeiten auf, die zu erhöhten Verzerrungen (Total Harmonic Distortion, kurz THD) führen. Weiterhin muss bei Blindleistungseinspeisung auch im fehlerfreien Betrieb der Strom des DC-DC-Wandlers sehr schnell auf null reduziert werden, um eine Stromform möglichst lange entsprechend eines Sinus einzuspeisen. Hierbei besteht jedoch das Problem, dass im Bereich des Spannungsnulldurchgangs an einer ausgangsseitigen Induktivität keine hohe negative Spannungszeitfläche zur Absenkung des Stroms verfügbar ist.When using such a combination of a DC-DC converter for forming the sine wave with a subsequent pole turner, there is the additional problem that the switching of the pole turner must be performed at a certain time and this at a, for example, by an output-side filter inductance inductively driven current to considerable Overvoltages can result. The Polwender can be destroyed if there are unexpected changes in the mains voltage and thus u. U. comes to a premature switching of the Polwenders. Additionally, at zero voltage crossing, "blanking" times occur, leading to increased total harmonic distortion (THD) distortion. Furthermore, during reactive power supply, the current of the DC-DC converter must also be reduced very quickly to zero in error-free operation in order to feed in a current form as long as possible according to a sine wave. In this case, however, there is the problem that in the region of the voltage zero crossing at an output-side inductance no high negative voltage time surface is available for lowering the current.

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wechselrichter mit einer Wechselrichterbrücke aufzuzeigen, der mit minimalem Schaltungsaufwand aufgebaut ist und Blindleistung bereitstellen kann, und ein Betriebsverfahren für einen Wechselrichter mit einer Wechselrichterbrücke aufzuzeigen, wobei ein gefahrloses Schalten der Schalter der Wechselrichterbrücke möglich ist und gleichzeitig Verzerrungen sowie Oberschwingungen bei einer verbesserten Dynamik der Stromformung minimiert sind.The invention has for its object to provide an inverter with an inverter bridge, which is constructed with minimal circuit complexity and can provide reactive power, and to demonstrate an operating method for an inverter with an inverter bridge, a safe switching of the inverter bridge bridge is possible and at the same time distortions Harmonics are minimized with improved dynamics of current shaping.

LÖSUNGSOLUTION

Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Wechselrichter mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 und ein Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 14 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.The object of the invention is achieved by an inverter having the features of independent claim 1 and a method for Operating an inverter with the features of independent claim 14 solved. Preferred embodiments are defined in the dependent claims.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION

In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung umfasst ein Wechselrichter zur Einspeisung von elektrischer Leistung einer Gleichstromquelle in ein Wechselspannungsnetz eine mit der Gleichstromquelle verbindbare Wechselrichterbrücke. Eine Steuerung von Schaltern der Wechselrichterbrücke ist derart eingerichtet, dass während einer Einspeisung von Blindleistung in Zeitabschnitten einer Netzperiode des Wechselspannungsnetzes, in denen der Wechselrichter Leistung aus dem Wechselspannungsnetz bezieht, ein erster Schalter der Wechselrichterbrücke derart betrieben wird, dass die aus dem Wechselspannungsnetz bezogene elektrische Leistung in Wärme umgewandelt wird.In an embodiment according to the invention, an inverter for feeding electrical power of a DC power source into an AC voltage network comprises an inverter bridge which can be connected to the DC power source. A control of switches of the inverter bridge is set up such that during a supply of reactive power in periods of a grid period of the AC voltage network in which the inverter draws power from the AC mains, a first switch of the inverter bridge is operated such that the electric power related from the AC mains is converted into heat.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Vorteile eines gegenüber einem bidirektional arbeitenden Wechselrichter deutlich einfacher und kostengünstiger aufbaubaren erfindungsgemäßen Wechselrichters dessen Nachteile, die die Umwandlung der aus dem Wechselspannungsnetz bezogenen elektrischen Leistung in Wärme und mithin der Verzicht auf das Recycling der in den Wechselrichter fließenden Energie mit sich bringen, deutlich überwiegen.The invention is based on the realization that the advantages of a converter which is much simpler and less costly to construct than a bidirectionally operating inverter are its disadvantages, ie the conversion of the electrical power drawn from the AC voltage network into heat and thus the absence of recycling of the inverter current Energy, clearly outweigh.

Insbesondere kann die Wechselrichterbrücke als Polwender ausgeführt sein, der eingangsseitig anliegende halbwellenweise modulierte Gleichspannungen oder Gleichströme als Wechselströme in ein Wechselspannungsnetz einspeist, wobei die Schalter der Wechselrichterbrücke von einer Steuerung angesteuert werden. Die halbwellenweise modulierte elektrische Leistung kann von einer der Wechselrichterbrücke vorgeschalteten Modulationsvorrichtung, beispielsweise einem Gleichspannungswandler, aus der Gleichstromquelle erzeugt und bereitgestellt werden.In particular, the inverter bridge can be designed as a polarity reverser which feeds the input side applied half-wave modulated DC voltages or DC currents as AC currents in an AC voltage network, the switches of the inverter bridge are controlled by a controller. The half-wave modulated electrical power may be generated and provided from a DC link to the inverter bridge upstream modulation device, such as a DC-DC converter.

Der Wechselrichter zeichnet sich bevorzugt dadurch aus, dass die Steuerung dazu eingerichtet ist, mindestens einen der Schalter der Wechselrichterbrücke derart in einem linearen Betriebsmodus anzusteuern, dass der mindestens eine Schalter als schaltbarer, geregelter Widerstand wirkt. Dadurch werden Rückströme, die bei einem Leistungsfaktor ungleich 1 in Zeitabschnitten auftreten, in denen der Wechselrichter elektrische Leistung aus dem Wechselspannungsnetz bezieht, in dem mindestens einen Schalter in Wärme umgewandelt, d. h. dissipiert. Dadurch können diese Rückströme und gegebenenfalls auftretende Strom- und Leistungsspitzen insbesondere auch von Wechselrichtern beherrscht werden, die keinen oder nur einen sehr kleinen Zwischenkreisspeicher aufweisen.The inverter is preferably characterized in that the controller is set up to control at least one of the switches of the inverter bridge in a linear operating mode such that the at least one switch acts as a switchable, regulated resistor. As a result, return currents that occur at a power factor not equal to 1 in periods in which the inverter draws electrical power from the AC power network in which at least one switch is converted into heat, d. H. dissipated. As a result, these return currents and possibly occurring current and power peaks can be controlled in particular by inverters which have no or only a very small DC link memory.

Als Wechselrichterbrücke im Rahmen dieser Beschreibung wird nicht nur die parallele Anordnung von zwei oder mehr Halbbrückenzweigen verstanden, die jeweils mindestens zwei in Reihe geschaltete Halbbrückenschalter aufweisen. Es können zu diesen Halbbrückenschaltern weitere Bauelemente, insbesondere Schalter hinzukommen, die Teil der Halbbrückenzweige sein können, aber auch außerhalb der Halbbrückenzweige, insbesondere parallel zu den Halbbrückenzweigen angeordnet sein können und einen Teil der Wechselrichterbrücke bilden.As an inverter bridge in the context of this description, not only the parallel arrangement of two or more half-bridge branches is understood, each having at least two series-connected half-bridge switch. It can be added to these half-bridge switches other components, in particular switches, which may be part of the half-bridge branches, but also outside the half-bridge branches, in particular may be arranged parallel to the half-bridge branches and form part of the inverter bridge.

In einer Ausführungsform ist die Steuerung dazu eingerichtet, einen Schalter einer der Halbbrückenzweige oder je einen Schalter in einer von zwei eine Wechselrichterbrücke bildenden Halbbrückenzweigen in den Zeitabschnitten, in denen der Wechselrichter Leistung aus dem AC-Netz bezieht, im linearen Betriebsmodus als schaltbare, geregelte Widerstände zu betreiben. Bevorzugt werden die an dem negativen Pol der eingangsseitigen Gleichspannung angeschlossenen Schalter der Halbbrückenzweige derart betrieben.In one embodiment, the controller is configured to provide a switch of one of the half-bridge branches or a switch in one of two half-bridge branches forming an inverter bridge in the linear operating mode as switchable, controlled resistors in the periods when the inverter draws power from the AC grid to operate. The switches of the half-bridge branches connected to the negative pole of the input-side DC voltage are preferably operated in this way.

In einer alternativen Ausführungsform umfasst die Wechselrichterbrücke neben den zwei Halbbrückenzweigen einen weiteren Schalter, der parallel zu den Halbbrückenzweigen und damit zwischen den Polen der eingangsseitigen Gleichspannung angeordnet ist. Bevorzugt ist die Steuerung dazu eingerichtet, diesen weiteren Schalter in den Zeiträumen im linearen Betrieb als schaltbaren, geregelten Widerstand zu betreiben. Optional kann eine Strommessung in Reihe zu dem weiteren Schalter angeordnet sein, insbesondere um mit Hilfe des Schalters einen stromgeregelten Betrieb zu ermöglichen.In an alternative embodiment, the inverter bridge comprises, in addition to the two half-bridge branches, a further switch which is arranged parallel to the half-bridge branches and thus between the poles of the input-side DC voltage. Preferably, the controller is adapted to operate this further switch in the periods in linear operation as a switchable, controlled resistance. Optionally, a current measurement can be arranged in series with the further switch, in particular in order to enable current-controlled operation with the aid of the switch.

In einer weiteren alternativen Ausführungsform umfasst die Wechselrichterbrücke neben den zwei Halbbrücken einen weiteren Schalter, der parallel zu den Brückenausgängen und damit zwischen den Polen der ausgangsseitigen Wechselspannung, also parallel zu einem angeschlossenen Wechselspannungsnetz angeordnet ist. Vorzugsweise ist dieser Schalter bidirektional ausgeführt, sodass er zu jedem Nulldurchgang der Netzspannung angesteuert werden kann. Solche bidirektionale Schalter können auf vorbekannte Weise durch die antiparallele Schaltung zweier unidirektionaler Schalter oder durch die Serienschaltung zweier entgegengesetzt ausgerichteter unidirektionaler Schalter mit antiparalleler Diode gebildet werden. Dabei kann der erfindungsgemäße Vorteil auch mit einem einzelnen unidirektionalen Schalter erzielt werden, wobei dann der Schalter nur einmal pro Netzperiode (d. h. nur jede zweite Halbwelle) angesteuert wird. In diesem Fall erfolgt die Umwandlung der vom Wechselspannungsnetz bezogenen Leistung in Wärme nur in Zeitabschnitten mit einer vorgegebenen Polarität des Wechselspannungsnetzes.In a further alternative embodiment, the inverter bridge comprises, in addition to the two half-bridges, a further switch which is arranged parallel to the bridge outputs and thus between the poles of the output-side AC voltage, ie parallel to a connected AC voltage network. Preferably, this switch is bidirectional, so that it can be controlled to each zero crossing of the mains voltage. Such bidirectional switches can be formed in a previously known manner by the antiparallel circuit of two unidirectional switches or by the series connection of two oppositely directed unidirectional switches with antiparallel diode. In this case, the advantage of the invention can also be achieved with a single unidirectional switch, in which case the switch only once per network period (ie only every other half-wave) is driven. In this case, the conversion takes place from the AC mains related power in heat only in periods of a predetermined polarity of the AC voltage network.

Bevorzugt ist die Steuerung dazu eingerichtet, den weiteren Schalter in den Zeitabschnitten, in denen der Wechselrichter Leistung aus dem Wechselspannungsnetz bezieht, im linearen Betriebsmodus als schaltbaren, geregelten Widerstand zu betreiben. Optional kann eine Strommessung in Reihe zu dem weiteren Schalter angeordnet sein, insbesondere um mit Hilfe des Schalters einen stromgeregelten Betrieb zu ermöglichen. Optional kann die Strommessung auch an anderer Stelle innerhalb der Wechselrichterbrücke erfolgen und so ebenfalls einen stromgeregelten Betrieb des Schalters ermöglichen.Preferably, the controller is configured to operate the other switch in the time periods in which the inverter draws power from the AC voltage network in the linear operating mode as a switchable, controlled resistance. Optionally, a current measurement can be arranged in series with the further switch, in particular in order to enable current-controlled operation with the aid of the switch. Optionally, the current measurement can also take place elsewhere in the inverter bridge and thus also enable a current-controlled operation of the switch.

Der Betrieb eines Schalters, beispielsweise eines Transistors, eines MOSFET oder eines IGBTs, im linearen Betriebsmodus als schaltbarer, geregelter Widerstand kann dabei bedeuten, den Schalter nicht wie in einer Wechselrichterbrücke sonst üblich von einem leitenden in einen nicht leitenden Zustand und zurück zu schalten, was im Normalbetrieb einer Wechselrichterbrücke zur Einspeisung reiner Wirkleistung zur Vermeidung von Schaltverlusten zudem möglichst schnell passieren sollte. Vielmehr kann die Steuerelektrode des Schalters mittels einer geeigneten Treiberschaltung analog angesteuert werden, so dass der Schalter einen teilleitenden Zwischenzustand zwischen leitend und nicht leitend einnimmt und somit einen einstellbaren endlichen ohmschen Widerstand darstellt.The operation of a switch, such as a transistor, a MOSFET or an IGBT, in the linear operating mode as a switchable, controlled resistance can mean that the switch is not as usual in an inverter bridge from a conductive to a non-conductive state and back, which In normal operation of an inverter bridge for feeding pure active power to avoid switching losses should also happen as quickly as possible. Rather, the control electrode of the switch can be controlled analogously by means of a suitable driver circuit, so that the switch occupies a partially conductive intermediate state between conductive and non-conductive and thus represents an adjustable finite ohmic resistance.

Alternativ kann die Steuerelektrode des Schalters während eines Schaltvorgangs mit einer vorgegebenen Signalform angesteuert werden, die während des Schaltvorgangs zu erhöhten Schaltverlusten führt. In diesem Fall wird der Schaltvorgang mit einer geeignet gewählten Frequenz wiederholt, die zu einem dem endlichen ohmschen Widerstand entsprechenden Verlustverhalten führt. Bei Verwendung einer ausreichend erhöhten Schaltfrequenz können auch die bei einer Ansteuerung des Schalters mit einer herkömmlichen, an sich auf minimale Schaltverluste ausgelegten Signalform ausreichende Verluste erzeugen.Alternatively, the control electrode of the switch can be driven during a switching operation with a predetermined waveform, which leads to increased switching losses during the switching operation. In this case, the switching operation is repeated with a suitably selected frequency, which leads to a loss behavior corresponding to the finite ohmic resistance. When a sufficiently high switching frequency is used, the signal form which is designed to trigger the switch with a conventional signal form which is inherently designed for minimum switching losses can also generate sufficient losses.

Im Folgenden wird der zeitweise Betrieb eines Schalters in einem teilleitenden Zustand auch als linearer Betriebsmodus bezeichnet, während das verlustbehaftete Takten unter den Begriff des dissipativen Taktens fällt.Hereinafter, the temporary operation of a switch in a partially conductive state is also referred to as a linear mode of operation, while the lossy clocking falls under the concept of dissipative clocking.

Der Wirkungsgrad eines erfindungsgemäßen Wechselrichters, der die bei Bereitstellung von Blindleistung notwendigerweise aus dem Wechselspannungsnetz bezogene elektrische Leistung dissipiert und aus der Gleichspannungs- oder Gleichstromquelle oder einem Zwischenkreis elektrische Leistung ausschließlich unidirektional ins Wechselspannungsnetz einspeist, ist in vielen Fällen trotz der Dissipationsverluste höher als der anderer blindleistungsfähiger Wechselrichter, die elektrische Leistung bidirektional zwischen Quelle bzw. Zwischenkreis und Wechselspannungsnetz austauschen können. Zudem ist ein erfindungsgemäßer Wechselrichter aufgrund der geringen Anzahl an Bauteilen deutlich günstiger herstellbar.The efficiency of an inverter according to the invention, which necessarily dissipates the electric power obtained from the AC mains in the provision of reactive power and feeds electric power exclusively unidirectionally into the AC mains from the DC or DC power source or a DC bus, is in many cases higher than that of other reactive power despite the dissipation losses Inverters that can exchange electrical power bidirectionally between source or DC link and AC mains. In addition, an inverter according to the invention is significantly cheaper to produce due to the small number of components.

Im Prinzip kann jede herkömmliche Wechselrichter-Topologie, insbesondere eine solche, die nicht blindleistungsfähig ist, erfindungsgemäß modifiziert werden, indem mindestens einer der Schalter des mindestens einen Halbbrückenzweiges in den Zeiträumen, in denen der Wechselrichter elektrische Leistung aus dem Wechselspannungsnetz bezieht, in einem linearen Betriebsmodus als schaltbarer, geregelter Widerstand betrieben wird und die bezogene Leistung in Wärme umwandelt. Bei Wechselrichtern, die im Zwischenkreis keine mittels eines vorgeschalteten Gleichspannungswandlers erzeugte netzfrequente Spannungshalbwellen aufweisen, sondern eine weitgehend konstante Zwischenkreisspannung, wird durch geeignete Ansteuerung der übrigen Brückenschalter oder eines in einer der Verbindungen zum Zwischenkreis befindlichen Schalters ein Leistungsabfluss aus dem Zwischenkreis in den einen geregelten, schaltbaren Widerstand bildenden Schalter im linearen Betriebsmodus unterbunden. Die Ansteuerung des Schalters in einer der Verbindungen zum Zwischenkreis erfolgt in der Art, dass der Zwischenkreis und damit auch die Gleichstromquelle von der Wechselrichterbrücke während der Zeitabschnitte elektrisch getrennt wird, in denen der Wechselrichter Leistung aus dem AC-Netz bezieht. Während der übrigen Zeit der Netzperiode verbindet der Schalter den Zwischenkreis und damit auch die Gleichstromquelle mit der Wechselrichterbrücke, so dass ein Leistungsfluss von der DC-Quelle in das AC-Netz ermöglicht wird.In principle, any conventional inverter topology, in particular one that is not blind-performing, may be modified in accordance with the present invention by operating at least one of the switches of the at least one half-bridge branch in the periods when the inverter receives electrical power from the AC grid in a linear mode of operation is operated as a switchable, regulated resistor and converts the related power into heat. In the case of inverters which have no mains-frequency voltage half-waves generated by an upstream DC-DC converter in the DC link, but a largely constant DC link voltage, a power drain from the DC link into the one controlled, switchable circuit is achieved by suitable control of the remaining bridge switches or a switch located in one of the connections to the DC link Inhibited resistance switch in the linear operating mode. The control of the switch in one of the connections to the DC link takes place in such a way that the DC link and thus also the DC source is electrically separated from the inverter bridge during the periods in which the inverter draws power from the AC grid. During the remainder of the grid period, the switch connects the DC bus and thus also the DC power source to the inverter bridge, allowing power to flow from the DC source to the AC grid.

Eine besondere Kostenersparnis wird erzielt, wenn bereits in der herkömmlichen Wechselrichterbrücke vorhandene Schalter derart verwendet werden, dass lediglich die Steuerung entsprechend eingerichtet und geeignete Treiber für die Schalter, insbesondere für den Betrieb mindestens eines Schalters in einem linearen Betriebsmodus eingerichtete Treiber vorgesehen werden.A special cost saving is achieved when already existing in the conventional inverter bridge switches are used so that only the controller is set up appropriately and suitable drivers for the switch, in particular for the operation of at least one switch in a linear operating mode configured drivers are provided.

Die erfindungsgemäßen Wechselrichter sind geeignet, im Fehlerfall die Spannung am Polwender durch kontrolliertes resistives Absenken der Spannung zu begrenzen, sowie einen durch eine netzseitig angeordnete Induktivität fließenden Strom schneller auf null abzusenken und damit einen Schaltvorgang besonders effizient und störungsfrei durchführen zu können. Dazu kann mit Hilfe des mindestens einen Schalters im linearen Betriebsmodus kurzzeitig eine der eingangsseitig anliegenden Spannung der DC-Quelle entgegen gerichtete Gegenspannung erzeugt werden.The inverters according to the invention are suitable, in the event of a fault, to limit the voltage at the pole reverser by controlled resistive lowering of the voltage and to lower a current flowing through a network-side inductance to zero more quickly and thus to be able to perform a switching operation in a particularly efficient and trouble-free manner. For this purpose, with the help of the at least one switch in the linear operating mode for a short time one of the input side applied voltage of the DC source counter-directed counter-voltage can be generated.

Zur genaueren Steuerung des Stromes, insbesondere während der Bereitstellung von Blindleistung, ist es vorteilhaft, in Reihe mit dem mindestens einen im linearen Betriebsmodus betriebenen Schalter eine Strommesseinrichtung anzuordnen. Bevorzugt befindet sich die Strommesseinrichtung eingangsseitig vor dem mindestens einen Schalter.For a more precise control of the current, in particular during the provision of reactive power, it is advantageous to arrange a current measuring device in series with the at least one switch operated in the linear operating mode. Preferably, the current measuring device is located on the input side in front of the at least one switch.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters zur Einspeisung von elektrischer Leistung einer Gleichstromquelle in ein Wechselspannungsnetz mittels einer Wechselrichterbrücke ist dadurch gekennzeichnet, dass während Zeitabschnitten, in denen der Wechselrichter elektrische Leistung aus dem Wechselspannungsnetz bezieht, diese bezogene elektrische Leistung innerhalb der Wechselrichterbrücke in Wärme umgewandelt wird. Bevorzugt umfasst das Verfahren ein Ansteuern von Schaltern der Wechselrichterbrücke, wobei das Ansteuern in Zeiträumen, in denen der Wechselrichter elektrische Leistung aus dem Wechselspannungsnetz bezieht, mindestens einen der Schalter der Wechselrichterbrücke derart in einem linearen oder dissipativ getakteten Betriebsmodus betrieben wird, dass der so betriebene mindestens eine Schalter als schaltbarer, geregelter Widerstand wirkt und so die aus dem Wechselspannungsnetz bezogene Leistung in Wärme umwandelt.A method according to the invention for operating an inverter for feeding electrical power of a DC power source into an AC voltage network by means of an inverter bridge is characterized in that, during periods in which the inverter draws electrical power from the AC voltage network, this related electric power is converted into heat within the inverter bridge , Preferably, the method comprises driving switches of the inverter bridge, wherein the driving is operated in periods in which the inverter receives electrical power from the AC voltage network, at least one of the switches of the inverter bridge in a linear or dissipatively clocked operating mode, that the so operated at least a switch acts as a switchable, regulated resistor and thus converts the power sourced from the AC mains into heat.

In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens wird ein Schalter, der parallel zu den Halbbrückenzweigen und zwischen den Polen einer eingangsseitigen Gleichspannung angeordnet ist, in den Zeiträumen, in denen der Wechselrichter elektrische Leistung aus dem Wechselspannungsnetz bezieht, in einem linearen oder dissipativ getakteten Betriebsmodus betrieben und wirkt als schaltbarer, geregelter Widerstand.In an alternative embodiment of the method, a switch, which is arranged parallel to the half-bridge branches and between the poles of an input-side DC voltage, is operated and operates in a linear or dissipatively clocked operating mode during the periods in which the inverter draws electrical power from the AC voltage network as a switchable, regulated resistor.

In einer weiteren alternativen Ausführungsform des Verfahrens wird ein Schalter der Wechselrichterbrücke, der parallel zu den Ausgängen der Wechselrichterbrücke und damit parallel zum Wechselspannungsnetz ist, in den Zeiträumen, in denen der Wechselrichter elektrische Leistung aus dem Wechselspannungsnetz bezieht, in einem linearen oder dissipativ getakteten Betriebsmodus betrieben und wirkt als schaltbarer, geregelter Widerstand.In a further alternative embodiment of the method, a switch of the inverter bridge, which is parallel to the outputs of the inverter bridge and thus parallel to the AC voltage network, is operated in a linear or dissipatively clocked operating mode in the periods in which the inverter receives electrical power from the AC mains and acts as a switchable, controlled resistance.

Das erfindungsgemäße Umwandeln der aus dem Wechselstromnetz in den Wechselrichter fließenden elektrischen Leistung in Wärme kann besonders vorteilhaft zu einer Übertragung der elektrischen Leistung der Gleichspannungsquelle in das Wechselspannungsnetz verwendet werden, die ein Umwandeln der elektrischen Leistung der Gleichstromquelle in eine halbwellenweise modulierte elektrische Leistung und ein anschließendes Einspeisen der halbwellenweise modulierten elektrischen Leistung in das Wechselstromnetz mittels einer einen Polwender bildenden Wechselrichterbrücke verwendet werden. Bevorzugt umfasst der Wechselrichter dazu einen eingangsseitigen Gleichspannungswandler zur halbwellenweisen Modulierung der elektrischen Leistung und eine ausgangsseitige Wechselrichterbrücke, die die Polarität der halbwellenweise modulierten elektrischen Leistung halbwellenweise umklappt. In dieser Ausführungsform wird die Wechselrichterbrücke als Polwender betrieben.The conversion according to the invention of the electrical power flowing from the AC network into the inverter into heat can be used particularly advantageously for a transmission of the electrical power of the DC voltage source into the AC network, converting the electrical power of the DC power source into half-wave modulated electrical power and then feeding it the half-wave modulated electric power is used in the AC network by means of a Polwender forming inverter bridge. For this purpose, the inverter preferably comprises an input-side DC-DC converter for half-wave-wise modulation of the electrical power and an output-side inverter bridge, which half-wave-folds the polarity of the half-wave-modulated electrical power. In this embodiment, the inverter bridge is operated as a pole turner.

Darüber hinaus kann das Verfahren in einer herkömmlichen, an sich bereits blindleistungsfähigen Wechselrichter-Topologie verwendet werden, beispielsweise in einer einphasigen H4-, H5- oder H6-Brücke oder auch in einer dreiphasigen B6- oder NPC-Topologie, jeweils sowohl in einstufiger wie auch in mehrstufiger Ausführung. In allen diesen Topologien werden herkömmlicherweise in den Zeiträumen, in denen elektrische Leistung aus dem Wechselspannungsnetz in den Wechselrichter fließt, elektrische Ströme über eine oder mehrere diskrete oder in den Schaltern der Wechselrichterbrücke enthaltene intrinsische Dioden geführt, die elektrisch parallel zu in diesen Zeiträumen sperrenden Schaltern angeordnet sind. Dies führt dazu, dass entweder entsprechende diskrete Dioden vorgesehen sein müssen, was erhöhten Bauteileaufwand bedeutet, oder dazu, dass die in den Schaltern enthaltenen intrinsischen Dioden besonderen Anforderungen entsprechen müssen, was die Auswahl der verwendbaren Schalter einschränkt und insbesondere die Verwendung besonders auf niedrige Durchlassverluste optimierter Schalter verhindern kann. Auch hier überwiegen die Vorteile, die sich bei Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung aus der Einsparung an Bauteilen bzw. der Verwendbarkeit optimaler Schalter ergeben, dessen Nachteile, die der Verzicht auf das Recycling der in den Wechselrichter fließenden Energie mit sich bringt.In addition, the method can be used in a conventional inherently blind power invertor topology, for example, in a single-phase H4, H5 or H6 bridge, or even in a three-phase B6 or NPC topology, both in single-stage and single-phase in multi-stage execution. In all of these topologies, conventionally, during the periods in which electrical power from the AC mains is flowing into the inverter, electrical currents are passed through one or more discrete intrinsic diodes included in the switches of the inverter bridge, which are electrically arranged in parallel with switches blocking those periods are. This results in either corresponding discrete diodes must be provided, which means increased component cost, or to the fact that the intrinsic diodes contained in the switches must meet special requirements, which limits the selection of usable switches and in particular the use optimized especially for low forward losses Can prevent switch. Again, the advantages that arise when using the solution according to the invention from the saving of components or the availability of optimal switch, the disadvantages that brings the waiver of the recycling of the energy flowing into the inverter with it.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.In the following the invention will be further explained and described with reference to embodiments shown in the figures.

1a zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Topologie eines netzgekoppelten Wechselrichters, 1a shows a topology of a grid connected inverter known from the prior art,

1b zeigt eine weitere aus dem Stand der Technik bekannte Topologie eines netzgekoppelten Wechselrichters, 1b shows a further topology of a grid-connected inverter known from the prior art,

2 zeigt beispielhaft Zeitverläufe von Netzspannung, Strom und Leistung am Ausgang eines Wechselrichters bei einer Phasenverschiebung von 30 Grad, 2 shows an example of time courses of mains voltage, current and power at the output an inverter with a phase shift of 30 degrees,

3 zeigt eine Wechselrichterbrücke zu zwei verschiedenen Zeitpunkten relativ zum Nulldurchgang der Netzspannung, 3 shows an inverter bridge at two different times relative to the zero crossing of the mains voltage,

4 zeigt eine Wechselrichterbrücke gemäß 3 mit detailliert ausgeführter Ansteuerschaltung in zwei verschiedenen Varianten, 4 shows an inverter bridge according to 3 with detailed control circuit in two different variants,

5 zeigt eine Ausführungsform einer Wechselrichterbrücke mit zusätzlichem Schalter, und 5 shows an embodiment of an inverter bridge with additional switch, and

6 zeigt eine Wechselrichterbrücke gemäß 5 zu zwei verschiedenen Zeitpunkten relativ zum Nulldurchgang der Netzspannung. 6 shows an inverter bridge according to 5 at two different times relative to the zero crossing of the mains voltage.

FIGURENBESCHREIBUNGDESCRIPTION OF THE FIGURES

1a und 1b zeigen aus dem Stand der Technik bekannte Topologien netzgekoppelter Wechselrichter, wobei einer jeweils links angeordneten Gleichspannungs- oder Gleichstromquelle 100 elektrische Leistung entnommen und in das jeweils rechts angeordnete Wechselspannungsnetz 110 als Wechselstrom eingespeist wird. 1a and 1b show topologies of grid-connected inverters known from the prior art, with a DC or DC source arranged on the left in each case 100 electrical power taken and in the right each arranged AC voltage network 110 is fed as alternating current.

Die Topologie in 1a besteht aus einem Gleichspannungswandler 120, der hier als Tiefsetzsteller ausgebildet ist und mit hoher Frequenz (HF), beispielsweise einigen Kilohertz, einen mit der Netzfrequenz (NF) des Wechselspannungsnetzes 110 modulierten Gleichstrom erzeugt, dessen Polarität von einer mit Netzfrequenz (NF) betriebenen Wechselrichterbrücke 130 in Abhängigkeit von der aktuellen Polarität der Netzspannung des Wechselspannungsnetzes 110 umgeklappt wird. Die Wechselrichterbrücke 130 arbeitet somit als Polwender.The topology in 1a consists of a DC-DC converter 120 , which is designed here as a buck converter and high frequency (HF), for example a few kilohertz, one with the network frequency (NF) of the AC voltage network 110 modulated DC generated whose polarity of a power frequency (NF) operated inverter bridge 130 depending on the current polarity of the mains voltage of the alternating voltage network 110 is folded. The inverter bridge 130 works as a turner.

Die Topologie gemäß 1b umfasst einen Wechselrichter, der ebenfalls einen Gleichspannungswandler 120 umfasst, welcher hier als hochfrequent betriebener Resonanzwandler ausgeführt ist und zunächst über eine erste hochfrequent getaktete Wechselrichterbrücke einen hochfrequenten Wechselstrom erzeugt, der über einen Transformator und eine Gleichrichterbrücke in einen Zwischenkreiskondensator gespeist wird. Die hochfrequent getaktete Wechselrichterbrücke kann dabei derart betrieben werden, dass der zum Zwischenkreiskondensator fließende Gleichstrom beziehungsweise die an dem Zwischenkreiskondensator anliegende Spannung mit der Netzfrequenz moduliert ist, so dass die nachgeschaltete netzseitige Wechselrichterbrücke 130 als Polwender mit der Netzfrequenz getaktet werden kann.The topology according to 1b includes an inverter, which also has a DC-DC converter 120 includes, which is designed here as a high-frequency resonant converter and initially generates a high-frequency clocked inverter bridge a high-frequency alternating current, which is fed via a transformer and a rectifier bridge in a DC link capacitor. The high frequency clocked inverter bridge can be operated in such a way that the DC current flowing to the DC link capacitor or the voltage applied to the DC link capacitor voltage is modulated with the mains frequency, so that the downstream network-side inverter bridge 130 can be clocked as Polwender with the mains frequency.

Die in 1a und 1b dargestellten Topologien sind nur sehr eingeschränkt blindleistungsfähig, insbesondere wenn die jeweiligen ausgangsseitigen Wechselrichterbrücken 130 als Polwender betrieben werden und kein Zwischenkreis vorhanden ist (1a), oder wenn der Zwischenkreis aus Kostengründen sehr klein ausgeführt wird (1b).In the 1a and 1b shown topologies are only very limited blind power, especially if the respective output side inverter bridges 130 be operated as a pole turner and no DC link exists ( 1a ), or if the DC link is made very small for cost reasons ( 1b ).

2 zeigt Zeitverläufe von Netzspannung V, Strom I und Leistung P = V·I am Ausgang eines Wechselrichters in auf ihre jeweiligen Maxima Vpeak, Ipeak, Ppeak normierten Werten bei einer Phasenverschiebung φ = 30 Grad. Zur Erleichterung der folgenden Ausführungen wird die Zeit als Phase ωt innerhalb der Netzperiode dargestellt. Es wird angenommen, dass der Wechselrichter an ein Wechselspannungsnetz 110 mit einem ideal sinusförmigen Verlauf der Netzspannung V angeschlossen ist. Im Zeitraum 30° < ωt < 180° haben Strom I und Spannung V dieselbe Polarität, so dass in diesem Zeitraum elektrische Leistung P vom Wechselrichter in das Wechselspannungsnetz 110 fließt. Die elektrische Energie E, die in diesem Zeitraum eingespeist wird, entspricht dem Integral der Leistung P über diesen Zeitraum und wird im Folgenden als Esource bezeichnet. Im Zeitraum 0 < ωt < 30° haben Strom I und Spannung V entgegengesetzte Polarität, so dass in diesem Zeitraum elektrische Leistung P vom Wechselspannungsnetz in den Wechselrichter fließt. Die elektrische Energie E, die in diesem Zeitraum in den Wechselrichter fließt, entspricht wieder dem Integral der Leistung P über diesen Zeitraum und wird im Folgenden als Esink bezeichnet. 2 shows time courses of mains voltage V, current I and power P = V · I at the output of an inverter in normalized to their respective maxima V peak , I peak , P peak values at a phase shift φ = 30 degrees. To facilitate the following discussion, time is represented as phase ωt within the network period. It is assumed that the inverter is connected to an AC mains 110 is connected with an ideal sinusoidal course of the mains voltage V. In the period 30 ° <ωt <180 ° current I and voltage V have the same polarity, so that in this period electric power P from the inverter into the AC mains 110 flows. The electrical energy E, which is fed in this period, corresponds to the integral of the power P over this period of time and is referred to below as E source . In the period 0 <ωt <30 ° current I and voltage V have opposite polarity, so that in this period electric power P flows from the AC voltage network in the inverter. The electrical energy E, which flows into the inverter during this period, again corresponds to the integral of the power P over this period of time and is referred to below as E sink .

Die resultierende Energie E, die im Zeitraum 0 < ωt < 180°, d. h. in einer Halbwelle, in das Wechselspannungsnetz 110 eingespeist wird, ist E = Esource – Esink. Unter der Annahme, dass die in den Wechselrichter fließende Energie Esink nicht recycelt werden kann, sondern beispielsweise in Wärme umgewandelt wird, reduziert sich der Wirkungsgrad η des Wechselrichters um das Verhältnis der Integrale über die Zeiträume mit den unterschiedlichen Leistungsflussrichtungen:

Figure DE102014101571B4_0002
The resulting energy E, in the period 0 <ωt <180 °, ie in a half-wave, in the alternating voltage network 110 is fed, E = E source - E sink . Assuming that the energy E sink flowing into the inverter can not be recycled but is converted into heat, for example, the efficiency η of the inverter is reduced by the ratio of the integrals over the periods with the different power flow directions :
Figure DE102014101571B4_0002

Mithilfe des unbestimmten Integrals ∫sin(x)sin(x – φ)dx = x / 2cos(φ) + 1 / 4sin(φ – 2x) + C kann diese Gleichung gelöst werden und es ergibt sich für den Wirkungsgradverlust ηloss: ηloss = sin(φ) – φcos(φ) / sin(φ) + (π – φ)cos(φ) Using the indefinite integral ∫sin (x) sin (x - φ) dx = x / 2cos (φ) + 1 / 4sin (φ - 2x) + C this equation can be solved and it results for the loss of efficiency η loss : η loss = sin (φ) - φcos (φ) / sin (φ) + (π - φ) cos (φ)

Im in 2 dargestellten Beispiel mit φ = 30 Grad, was einem Leistungsfaktor von ca. PF = 0,87 entspricht, beträgt die maximale Wirkleistung etwa 87 Prozent der Scheinleistung, während die maximale Blindleistung Q = sin(30°) etwa 50 Prozent der Scheinleistung beträgt. Andererseits ergeben die oben angegebenen Berechnungen zum Wirkungsgradverlust, dass die in den Wechselrichter fließende Energie bei einem Leistungsfaktor von PF = 0,87 nur etwa 1,5 Prozent, bei PF = 0,9 etwa 1 Prozent und bei PF = 0,95 sogar nur etwa 0,35 Prozent der in das Wechselspannungsnetz eingespeisten Energie beträgt.Im in 2 shown with φ = 30 degrees, which corresponds to a power factor of approximately PF = 0.87, the maximum active power is about 87 percent of the apparent power, while the maximum reactive power Q = sin (30 °) is about 50 percent of the apparent power. On the other hand, the efficiency loss calculations given above show that the energy flowing into the inverter at a power factor of PF = 0.87 is only about 1.5 percent, at PF = 0.9 about 1 percent and at PF = 0.95 even only is about 0.35 percent of the energy fed into the AC grid.

Diese Erkenntnis ist überraschend, da ein an sich unerwünschter Verzicht auf das Recycling der im Rahmen der Bereitstellung von Blindleistung mit Leistungsfaktoren im Bereich von etwa 0,85 < PF < 1 in den Wechselrichter fließenden Energie Esink nur einen marginalen Effekt auf den Gesamtwirkungsgrad η des Wechselrichters hat. Dabei kann der Gesamtwirkungsgrad η aufgrund anderweitiger Verluste (Schaltverluste, Diodenverluste, resistive Verluste etc.) bereits um einige Prozent unterhalb des theoretische Optimums von 100 Prozent liegen oder aber bereits durch Minimierung anderweitiger Verluste derart optimiert sein, dass die zusätzlich erzeugte Wärme problemlos abführbar ist. Daraus ergibt sich die bemerkenswerte Folgerung, dass die Vorteile eines erfindungsgemäßen Wechselrichters, der gegenüber einem bidirektional arbeitenden Wechselrichter deutlich einfacher und kostengünstiger aufbaubar ist. dessen Nachteile, die der Verzicht auf das Recycling der in den Wechselrichter fließenden Energie mit sich bringt, überwiegen. Dies gilt insbesondere unter Berücksichtigung der Tatsache, dass in vielen Anwendungsfällen nur relativ selten die Bereitstellung eines höheren Anteils von Blindleistung vom Wechselrichter gefordert wird.This finding is surprising since an undesirable per se waiver of recycling in response to the supply of reactive power with power factors in the range of about 0.85 <PF <1 flowing into the inverter energy E only a marginal effect sink on the overall efficiency η of Inverter has. In this case, the overall efficiency η due to other losses (switching losses, diode losses, resistive losses, etc.) are already a few percent below the theoretical optimum of 100 percent or already optimized by minimizing other losses such that the additional heat generated is easily dissipated. This results in the remarkable conclusion that the advantages of an inverter according to the invention, which is clearly simpler and less expensive to build compared to a bidirectionally operating inverter. its disadvantages, which entail the renouncement of the recycling of the energy flowing into the inverter, outweigh. This is especially true considering the fact that in many applications, the provision of a higher proportion of reactive power from the inverter is required only relatively rarely.

In 3 ist eine Wechselrichterbrücke 330 dargestellt, die sich diese Folgerung am Beispiel eines Polwenders zunutze macht. Der Polwender besteht hier beispielhaft aus zwei Halbbrückenzweigen mit je zwei Schaltern HS1, HS2, LS1, LS2, wobei die Endpunkte der Halbbrücken mit einer Gleichspannungs- oder Gleichstromquelle (DC-Quelle) 300 und die Mittelpunkte der Halbbrücken mit dem Wechselspannungsnetz 310 verbunden sind. Die DC-Quelle 300 liefert dabei eine halbwellenweise sinusförmig modulierte elektrische Leistung, während der Polwender netzfrequent die Polarität der Ausgangsspannung entsprechend der Netzspannung umklappt.In 3 is an inverter bridge 330 This conclusion is made using the example of a Polwenders. The pole turner consists here by way of example of two half-bridge branches each with two switches HS1, HS2, LS1, LS2, the end points of the half-bridges being connected to a DC or DC source (DC source). 300 and the midpoints of the half bridges with the AC voltage network 310 are connected. The DC source 300 provides a half-wave sinusoidally modulated electrical power while the Polwender mains frequency reverses the polarity of the output voltage according to the mains voltage.

Im Prinzip ist jeder der Schalter der Halbbrückenzweige dazu geeignet, die elektrische Leistung, die im Rahmen der Bereitstellung von Blindleistung in den Wechselrichter fließt, in Wärme umzuwandeln, indem er in den entsprechenden Zeiträumen (vergl. 2) in einem linearen Betriebsmodus als schaltbarer, geregelter Widerstand betrieben wird. In der Praxis ist es bevorzugt, die an den negativen Pol der eingangsseitigen DC-Quelle angeschlossenen Schalter, d. h. die in 3 unteren, sogenannten Lowside-Schalter LS1, LS2 derart zu betreiben.In principle, each of the switches of the half-bridge arms is adapted to convert the electrical power that flows into the inverter as part of the provision of reactive power, by converting it into heat during the respective periods of time (see FIG. 2 ) is operated in a linear mode of operation as a switchable, regulated resistor. In practice, it is preferable that the connected to the negative pole of the input-side DC source switch, ie the in 3 operate lower, so-called Lowside switch LS1, LS2 such.

In 3 sind der Strom I aus der DC-Quelle 300, der ins Wechselspannungsnetz 310 eingespeiste Netzstrom Igrid, der durch den linken Lowside-Schalter LS1 fließende Halbbrückenstrom II und der durch den rechten Lowside-Schalter LS2 fließende Halbbrückenstrom IR eingetragen. Im linken Teil der 3 ist eine Situation zu einem Zeitpunkt kurz vor ωt = 180° (vergleiche 2) dargestellt, d. h. zu einem Zeitpunkt, an dem Netzstrom Igrid und Netzspannung V noch gleiche Polarität haben. Der rechte Lowside-Schalter LS2 ist vollständig leitend und leitet den Netzstrom Igrid, d. h. IR = Igrid. Sofern der Strom I aus der DC-Quelle 300 ebenfalls dem Netzstrom Igrid entspricht, beträgt der durch den linken Lowside-Schalter LS1 fließende Halbbrückenstrom IL = I – Igrid gerade gleich null. Sollte der Strom I aus der DC-Quelle 300, der im Idealfall bereits derart moduliert ist, dass er Sinushalbwellen bildet, aus irgendwelchen Gründen zu hoch sein, beispielsweise höher als der Netzstrom Igrid, kann der linke Lowside-Schalter LS1 in einen linearen Betriebsmodus versetzt werden (hier dargestellt durch ein anderes Schaltersymbol) und den überschüssigen Strom IL = I – Igrid in Wärme umwandeln.In 3 are the current I from the DC source 300 that is in the AC mains 310 fed AC power grid I, who entered through the left low-side switch LS1 flowing half-bridge current I I and the current flowing through the right low-side switch LS2 half-bridge current I R. In the left part of the 3 is a situation at a time just before ωt = 180 ° (cf. 2 ), that is, at a time when the grid current I grid and grid voltage V still have the same polarity. The right low-side switch LS2 is completely conductive and conducts the grid current I grid , ie I R = I grid . Provided the current I from the DC source 300 likewise corresponds to the mains current I grid , the half-bridge current I L = I-I grid flowing through the left low-side switch LS1 is equal to zero. Should the current I from the DC source 300 which, in the ideal case, is already modulated in such a way that it forms sine half-waves, for some reasons be too high, for example higher than the grid current I grid , the left low-side switch LS1 can be put into a linear operating mode (shown here by another switch symbol) and convert the excess current I L = I - I grid into heat.

Im rechten Teil der 3 ist eine Situation zu einem Zeitpunkt kurz nach ωt = 180° dargestellt, d. h. zu einem Zeitpunkt, an dem Netzstrom Igrid und Netzspannung V unterschiedliche Polarität haben und elektrische Leistung vom Wechselspannungsnetz 310 in den Wechselrichter fließt. Aufgrund der nun umgekehrten Polarität der Netzspannung ist der Polwender umgeklappt, und der linke Lowside-Schalter LS1 ist nun vollständig leitend und leitet den Strom I aus der DC-Quelle 300, der gegenüber der vorher für den Zeitpunkt kurz vor ωt = 180° beschriebenen Situation betragsmäßig bestenfalls nur geringfügig kleiner ist; da auch der Netzstrom Igrid zwischen den Zeitpunkten kurz vor und kurz nach ωt = 180° nur geringfügig gesunken ist., Es ergibt sich IL = – Igrid (unter der oben genannten Voraussetzung, dass IR = Igrid war). In dieser Situation wäre also der Strom I aus der DC-Quelle 300 gerade gegenläufig zum geforderten Netzstrom Igrid, wenn der Polwender herkömmlich betrieben würde und der rechte Lowside-Schalter LS2 in einem gesperrten Zustand wäre.In the right part of the 3 is a situation at a time shortly after ωt = 180 ° shown, ie at a time when the grid I grid and grid voltage V have different polarity and electrical power from AC mains 310 flows into the inverter. Due to the now reversed polarity of the mains voltage, the polarity reverser is folded, and the left low-side switch LS1 is now completely conductive and conducts the current I from the DC source 300 , which is at best only slightly smaller than the situation previously described for the time just before ωt = 180 °; since the grid current I grid only slightly decreased between the times shortly before and shortly after ωt = 180 °., I L = - I grid (under the above assumption that I R = I grid ). In this situation, therefore, the current I would be from the DC source 300 just opposite to the required mains current I grid , if the Polwender would be operated conventionally and the right low-side switch LS2 would be in a locked state.

Dieser Widerspruch wird erfindungsgemäß dadurch aufgelöst, dass der rechte Lowside-Schalter LS2 derart in einem linearen Betriebsmodus als schaltbarer, geregelter Widerstand betrieben wird, dass er die Summe aus dem geforderten Netzstrom Igrid und dem Strom I aus der DC-Quelle 300 leitet, d. h. IR = I + Igrid, und die damit verbundene elektrische Leistung in Wärme umwandelt. Es empfiehlt sich, nun den Strom I aus der DC-Quelle 300 schnellstmöglich auf null zu reduzieren, und die DC-Quelle 300 erst kurz vor dem Ende des Zeitraumes, in dem Netzstrom Igrid und Netzspannung V unterschiedliche Polarität haben (Nulldurchgang des Netzstromes Igrid, vergl. Zeitpunkt ωt = 210° in 2) wieder anzufahren. Etwaige zwischen Anfahren und Nulldurchgang des Netzstromes Igrid überschüssige elektrische Leistung kann wiederum im rechten Lowside-Schalter LS2 dissipiert werden.This contradiction is inventively resolved that the right lowside switch LS2 is operated in such a linear operating mode as a switchable, controlled resistance that it is the sum of the required grid current I grid and the current I from the DC source 300 conducts, ie I R = I + I grid , and converts the associated electrical power into heat. It is recommended, now the current I from the DC source 300 as soon as possible to zero, and the DC source 300 only shortly before the end of the period in which line current I grid and line voltage V have different polarity (zero crossing of the line current I grid , see point in time ωt = 210 ° in 2 ) to start again. Any excess electric power between starting and zero crossing of the mains current I grid can in turn be dissipated in the right low side switch LS2.

Nach dem Nulldurchgang des Netzstromes Igrid sind Strom I aus der DC-Quelle 300 und der Netzstrom Igrid nicht mehr gegenläufig und der rechte Lowside-Schalter LS2 ist vollständig gesperrt. Die Modulation des Netzstromes kann dann wieder durch Modulation der elektrischen Leistung der DC-Quelle 300 erzeugt werden.After the zero crossing of the mains current I grid , current I is from the DC source 300 and the grid current I grid no longer in opposite directions and the right low-side switch LS2 is completely disabled. The modulation of the mains current can then again by modulation of the electrical power of the DC source 300 be generated.

Die hier beschriebene Wechselrichterbrücke 330 kann auch in einem analogen Verfahren dazu verwendet werden, Verzerrungen des Netzstromes Igrid zu vermeiden. Solche Verzerrungen können im Bereich des Nulldurchganges des Netzstromes Igrid auftreten, wenn DC-quellenseitig der Wechselrichterbrücke 330 eine bidirektionale DC-DC-Wandlerstufe verwendet wird, wodurch sich die Richtung des Stromes I umdrehen und grundsätzlich auch Leistung aus dem Wechselspannungsnetz 310 in den Wechselrichter fließen kann. Auch in diesem Fall muss der Strom aus der DC-DC-Wandlerstufe, der kurz vor dem Nulldurchgang des Netzstromes Igrid einen signifikanten Wert besitzen kann, möglichst schnell auf null reduziert werden, wozu einer der Lowside-Schalter (im obigen Beispiel zu 3 der rechte Lowside-Schalter LS2) im linearen Betriebsmodus als schaltbarer, geregelter Widerstand besonders geeignet ist.The inverter bridge described here 330 can also be used in an analog method to avoid distortions of the grid I grid . Such distortions can occur in the region of the zero crossing of the grid current I grid , if the DC source side of the inverter bridge 330 a bidirectional DC-DC converter stage is used, whereby the direction of the current I turn around and in principle also power from the AC mains 310 can flow into the inverter. Also in this case, the current from the DC-DC converter stage, which can have a significant value just before the zero crossing of the grid current I grid , must be reduced to zero as quickly as possible, including one of the low-side switches (in the above example to 3 the right low-side switch LS2) in linear operating mode is particularly suitable as a switchable, regulated resistor.

4 zeigt zwei Varianten einer Ansteuerungsschaltung für die Schalter der Wechselrichterbrücke, die zeitweise im linearen Betriebsmodus als schaltbarer, geregelter Widerstand betrieben werden. Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf die im linken Teil der 4 dargestellte Variante, wobei die im rechten Teil der 4 dargestellte Variante weitgehend analog dazu arbeitet. 4 shows two variants of a drive circuit for the switches of the inverter bridge, which are operated temporarily in the linear operating mode as a switchable, controlled resistance. The following statements refer to those in the left part of the 4 illustrated variant, where in the right part of 4 variant shown largely works analogously thereto.

An jeder der Steuerelektroden der vier Schalter HS1, HS2, LS1, LS2 der Wechselrichterbrücke (vergleiche auch 2 und 5) ist ein Treiberbaustein 440 angeschlossen. Dabei sind die Treiberbausteine 440 der oberen sogenannten Highside-Schalter HS1, HS2 im wesentlichen herkömmlicher Bauart, wie sie in Wechselrichtern mit digital schaltenden Schaltern bekanntermaßen verwendet werden, und können die an ihnen angeschlossenen Schalter entweder in einen leitenden oder in einen sperrenden Zustand versetzen.At each of the control electrodes of the four switches HS1, HS2, LS1, LS2 of the inverter bridge (compare also 2 and 5 ) is a driver chip 440 connected. Here are the driver blocks 440 the upper so-called high-side switch HS1, HS2 substantially conventional design, as they are known to be used in inverters with digital switching switches, and can put the switches connected to them either in a conducting or in a blocking state.

Die Treiberbausteine 440 der Lowside-Schalter LS1, LS2 sind jedoch derart modifiziert, dass sie die Lowside-Schalter LS1, LS2 in folgenden Betriebsmodi betreiben können:

  • – der Schalter ist leitend, wenn am Eingang „on” eine logische 1 („high”) anliegt
  • – der Schalter ist gesperrt, wenn am Eingang „on” eine logische 0 („low”) anliegt und am Eingang „Enable” (E) eine logische 0 („low”) anliegt
  • – der Schalter ist in einem linearen Betriebsmodus, wenn am Eingang „on” eine logische 0 („low”) anliegt und am „Enable”-Eingang (E) eine logische 1 („high”) anliegt
The driver blocks 440 however, the low side switches LS1, LS2 are modified so that they can operate the low side switches LS1, LS2 in the following operating modes:
  • - The switch is conductive if a logic 1 ("high") is present at the input "on"
  • - The switch is disabled if a logic 0 ("low") is present at the input "on" and a logic 0 ("low") is present at the input "Enable" (E)
  • - The switch is in a linear operating mode, if at the input "on" a logical 0 ("low") is applied and at the "Enable" input (E) is a logical 1 ("high")

Im letztgenannten linearen Betriebsmodus wird der jeweilige Schalter als schaltbarer, geregelter Widerstand betrieben, wobei sich der Strom durch den linken Schalter LS1 auf VcL/Rs und der Strom durch den rechten Schalter LS2 auf VcR/Rs einstellt. Dabei werden die Steuersignale VcL und VcR aus der Summe der über die Widerstände Rs abfallenden Spannungen abzüglich bzw. zuzüglich des Quotienten aus dem momentan geforderten Netzstrom Igrid und dem Widerstandswert Rs bestimmt.In the latter linear operating mode, the respective switch is operated as a switchable, regulated resistor, wherein the current through the left switch LS1 to V cL / R s and the current through the right switch LS2 adjusts to V cR / R s . In this case, the control signals VcL and VcR are determined from the sum of the voltages dropping across the resistors Rs minus or plus the quotient of the instantaneously required mains current I grid and the resistance value R s .

Das an den „Enable”-Eingängen E anliegende Signal CD wird derart in Abhängigkeit von der Steuerung der DC-Quelle gesetzt, dass in den Zeiträumen, in denen kein Steuersignal („PWM from micro”) für die DC-Quelle erzeugt wird, eine logische 1 („high”) anliegt. Diese Zeiträume, in denen die DC-Quelle keine elektrische Leistung erzeugt, entsprechen im Falle der Bereitstellung von Blindleistung gerade denjenigen Zeiträumen, in denen Leistung aus dem Wechselspannungsnetz in den Wechselrichter fließt. Im Umkehrschluss ist das Signal CD immer logisch 0 („low”), wenn keine Blindleistung bereitgestellt wird, so dass dann alle Schalter entweder komplett leitend oder komplett gesperrt sind.The signal CD present at the "Enable" inputs E is set in such a manner in dependence on the control of the DC source that in the periods in which no control signal ("PWM from micro") is generated for the DC source logical 1 ("high") is present. These periods in which the DC source generates no electrical power, correspond in the case of providing reactive power just those periods in which power flows from the AC mains in the inverter. Conversely, the signal CD is always logic 0 ("low"), if no reactive power is provided, so that then all switches are either completely conductive or completely blocked.

5 zeigt eine Ausführungsform einer Wechselrichterbrücke 530, die neben zwei herkömmlichen Halbbrückenzweigen 550 einen weiteren Schalter T1 aufweist, der parallel zu den Halbbrückenzweigen 550 und damit zwischen den Polen der eingangsseitigen DC-Quelle 500 angesiedelt ist. Bevorzugt ist eine Ansteuerung dieser Wechselrichterbrücke 530 dazu eingerichtet, den weiteren Schalter T1 in den Zeiträumen, in denen elektrische Leistung aus dem Wechselstromnetz 510 in den Wechselrichter fließt, im linearen Betrieb als schaltbaren, geregelten Widerstand zu betreiben. Hierzu kann optional auch ein zusätzlicher Widerstand 560 eingesetzt werden. Für die Details der Ansteuerung wird auf 6, in der die verschiedenen in der Wechselrichterbrücke 630 fließenden Ströme zu zwei verschiedenen Zeitpunkten kurz vor (linker Teil) und kurz nach (rechter Teil) dem Nulldurchgang des Netzstromes Igrid dargestellt sind, in Kombination mit den Beschreibungen zu 3 und 4 verwiesen wird, wobei der Schalter T1 wahlweise die Funktion des linken Lowside-Schalters LS1 oder des rechten Lowside-Schalters LS2 im linearen Betriebsmodus übernimmt. Diese Ausführung besitzt unter anderem den Vorteil, dass der weitere Schalter T1 optimal auf die Umwandlung elektrischer Leistung in Wärme ausgelegt sein kann. 5 shows an embodiment of an inverter bridge 530 , in addition to two conventional half-bridge branches 550 another switch T1, which is parallel to the half-bridge branches 550 and thus between the poles of the input DC source 500 is settled. A control of this inverter bridge is preferred 530 set up the further switch T1 in the periods during which electrical power from the AC mains 510 flows into the inverter to operate in linear operation as a switchable, regulated resistance. Optionally, this can also be an additional resistor 560 be used. For the details of the control will open 6 in which the different in the inverter bridge 630 flowing currents at two different times shortly before (left part) and shortly after (right part) the zero crossing of the mains current I grid are shown, in combination with the descriptions to 3 and 4 The switch T1 optionally assumes the function of the left low side switch LS1 or the right low side switch LS2 in the linear operating mode. This embodiment has, inter alia, the advantage that the further switch T1 can be optimally designed for the conversion of electrical power into heat.

In einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform kann der Schalter T1 auch zwischen den Ausgängen der Halbbrückenzweige 550 angeordnet werden, d. h. parallel zu dem in 5 aufgezeigten AC-Ausgang. In einer weiteren Ausführungsform kann der Schalter T1 Teil einer Dissipationseinrichtung sein, die zwischen den Polen der eingangsseitigen DC-Quelle 500 und/oder zwischen den Ausgängen der Halbbrückenzweige 550 angeordnet werden kann.In an alternative embodiment, not shown, the switch T1 may also be between the outputs of the half-bridge branches 550 be arranged, ie parallel to the in 5 indicated AC output. In a further embodiment, the switch T1 may be part of a dissipation device that is located between the poles of the input-side DC source 500 and / or between the outputs of the half-bridge branches 550 can be arranged.

Es versteht sich, dass alternativ zu dem bisher beschriebenen linearen Betrieb eines Schalters als schaltbarer, geregelter Widerstand alternative Ausführungen möglich sind, um das erfindungsgemäße Merkmal des Umwandeln der aus dem Wechselstromnetz in den Wechselrichter fließenden elektrischen Leistung in Wärme zu realisieren. Insbesondere ist dazu ein dissipativ getakteter Betrieb des Schalters geeignet, der ein getakteter Betrieb mit einem parallel dazu geschalteten Kondensator und/oder einem in Reihe geschalteten Widerstand sein kann, oder ein derart getakteter Betrieb, dass die Schaltverluste des Schalters durch die Taktung sich zur gewünschten Wärmeumwandlung kumulieren. Die Schaltverluste des Schalters können durch die Frequenz der Ansteuerung oder die Form des Ansteuersignals beeinflusst werden. Insbesondere für die Ausführungsform der Wechselrichterbrücke mit separatem Schalter parallel zu den Halbbrückenzweigen, wobei der Schalter ausschließlich zur Umwandlung der aus dem Wechselstromnetz in den Wechselrichter fließenden elektrischen Leistung in Wärme verwendet wird, kann zudem der Schalter optimal auf diese Umwandlung ausgelegt sein. Dazu eignet sich neben dem linearen oder dissipativ getakteten Betrieb des separaten Schalters auch eine Widerstandskette mit mehreren Teilschaltern, wobei die Teilschalter je nach aktuell gefordertem Widerstandswert einen oder mehrere Widerstände der Widerstandskette in den elektrischen Pfad parallel zu den Halbbrückenzweigen und damit zwischen die Polen der eingangsseitigen DC-Quelle schalten können.It will be understood that as an alternative to the previously described linear operation of a switch as a switchable, regulated resistor, alternative embodiments are possible in order to realize the inventive feature of converting the electrical power flowing from the AC mains into the inverter into heat. In particular, a dissipatively clocked operation of the switch is suitable, which may be a clocked operation with a capacitor connected in parallel and / or a resistor connected in series, or such a clocked operation that the switching losses of the switch by the clock to the desired heat conversion cumulate. The switching losses of the switch can be influenced by the frequency of the drive or the shape of the drive signal. In particular, for the embodiment of the inverter bridge with a separate switch in parallel with the half-bridge branches, the switch being used exclusively for converting the electrical power flowing from the AC grid into the inverter into heat, the switch can also be optimally designed for this conversion. This is in addition to the linear or dissipative clocked operation of the separate switch and a resistor chain with multiple part switches, the part switches depending on the currently required resistance one or more resistors of the resistor chain in the electrical path parallel to the half-bridge branches and thus between the poles of the input side DC Source can switch.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.Advantageous developments of the invention will become apparent from the claims, the description and the drawings. The advantages of features and of combinations of several features mentioned in the introduction to the description are merely exemplary and can come into effect alternatively or cumulatively, without the advantages having to be achieved by embodiments according to the invention. Further features can be taken from the drawings. The combination of features of different embodiments of the invention or of features of different claims is also possible deviating from the chosen relationships of the claims and is hereby stimulated. This also applies to those features which are shown in separate drawings or are mentioned in their description. These features can also be combined with features of different claims. Likewise, in the claims listed features for further embodiments of the invention can be omitted.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100, 300, 500, 600100, 300, 500, 600
DC-QuelleDC source
110, 310, 510, 610110, 310, 510, 610
WechselstromnetzAC power
120120
GleichspannungswandlerDC converter
130, 330, 530, 630130, 330, 530, 630
WechselrichterbrückeInverter bridge
440440
Treiberbausteinedriver blocks
550550
HalbbrückenzweigHalf-bridge branch
560560
Widerstandresistance
HS1, HS2, LS1, LS2, T1HS1, HS2, LS1, LS2, T1
Schalterswitch

Claims (19)

Wechselrichter zur Einspeisung von elektrischer Leistung einer Gleichstromquelle (100, 300, 500, 600) in ein Wechselspannungsnetz (110, 310, 510, 610) mit einer mit der Gleichstromquelle (100, 300, 500, 600) verbindbaren Wechselrichterbrücke (130, 330, 530, 630), dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung von Schaltern der Wechselrichterbrücke (130, 330, 530, 630) derart eingerichtet ist, dass während einer Einspeisung von Blindleistung in Zeitabschnitten einer Netzperiode des Wechselspannungsnetzes (110, 310, 510, 610), in denen der Wechselrichter elektrische Leistung aus dem Wechselspannungsnetz (110, 310, 510, 610) bezieht, ein erster Schalter (T1, LS1) der Wechselrichterbrücke (130, 330, 530, 630) derart betrieben wird, dass die aus dem Wechselspannungsnetz (110, 310, 510, 610) bezogene Leistung in Wärme umgewandelt wird.Inverter for supplying electrical power to a DC power source ( 100 . 300 . 500 . 600 ) into an alternating voltage network ( 110 . 310 . 510 . 610 ) with one with the DC power source ( 100 . 300 . 500 . 600 ) connectable inverter bridge ( 130 . 330 . 530 . 630 ), characterized in that a control of switches of the inverter bridge ( 130 . 330 . 530 . 630 ) is set up such that during a supply of reactive power in periods of a grid period of the alternating voltage network ( 110 . 310 . 510 . 610 ), in which the inverter generates electrical power from the AC mains ( 110 . 310 . 510 . 610 ), a first switch (T1, LS1) of the inverter bridge ( 130 . 330 . 530 . 630 ) is operated such that the from the AC mains ( 110 . 310 . 510 . 610 ) related power is converted into heat. Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichterbrücke (130, 330, 530, 630) als Polwender ausgeführt ist.Inverter according to claim 1, characterized in that the inverter bridge ( 130 . 330 . 530 . 630 ) is executed as Polwender. Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Wechselrichterbrücke (130, 330, 530, 630) eine Modulationsvorrichtung zur Bereitstellung einer halbwellenweise modulierten elektrischen Leistung aus der Gleichstromquelle (100, 300, 500, 600) vorgeschaltet ist.Inverter according to one of claims 1 or 2, wherein the inverter bridge ( 130 . 330 . 530 . 630 ) a modulation device for providing a half-wave-wise modulated electrical power from the DC power source ( 100 . 300 . 500 . 600 ) is connected upstream. Wechselrichter nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuerung derart eingerichtet ist, dass der erste Schalter (T1, LS1) zur Umsetzung der aus dem Wechselspannungsnetz (110, 310, 510, 610) bezogenen elektrischen Leistung in Wärme in einen linearen Betriebsmodus oder in einen dissipativ getakteten Betriebsmodus versetzt wird.Inverter according to one of the preceding claims, wherein the controller is set up in such a way that the first switch (T1, LS1) for converting the voltage from the AC voltage network ( 110 . 310 . 510 . 610 ) is converted into heat in a linear operating mode or in a dissipatively clocked operating mode. Wechselrichter nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein zusätzlicher Schalter vorgesehen ist, der die Gleichstromquelle (100, 300, 500, 600) von der Wechselrichterbrücke (130, 330, 530, 630) während der Zeitabschnitte elektrisch trennt, in denen der Wechselrichter elektrische Leistung aus dem Wechselspannungsnetz (110, 310, 510, 610) bezieht.Inverter according to one of the preceding claims, wherein an additional switch is provided, which the direct current source ( 100 . 300 . 500 . 600 ) from the inverter bridge ( 130 . 330 . 530 . 630 ) electrically disconnects during the periods in which the inverter electrical power from the AC mains ( 110 . 310 . 510 . 610 ). Wechselrichter einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Schalter (T1, LS1) mit einem negativen Gleichspannungseingang der Wechselrichterbrücke (130, 330, 530, 630) verbunden ist.Inverter according to one of the preceding claims, wherein the first switch (T1, LS1) with a negative DC voltage input of the inverter bridge ( 130 . 330 . 530 . 630 ) connected is. Wechselrichter nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine erste Halbbrücke der Wechselrichterbrücke (130, 330, 530, 630) den ersten Schalter (LS1) umfasst.Inverter according to one of the preceding claims, wherein a first half-bridge of the inverter bridge ( 130 . 330 . 530 . 630 ) comprises the first switch (LS1). Wechselrichter nach Anspruch 7, wobei eine zweite Halbbrücke der Wechselrichterbrücke (130, 330, 530, 630) einen zweiten Schalter (LS2) umfasst, und wobei die Steuerung der Schalter der Wechselrichterbrücke (130, 330, 530, 630) derart eingerichtet ist, dass im Falle der Einspeisung von Blindleistung während Zeitabschnitten einer Netzperiode des Wechselspannungsnetzes (110, 310, 510, 610), in denen der Wechselrichter elektrische Leistung aus dem Wechselspannungsnetz (110, 310, 510, 610) bezieht, wahlweise der erste Schalter (LS1) oder der zweite Schalter (LS2) der Wechselrichterbrücke (130, 330, 530, 630) zur Umsetzung der aus dem Wechselspannungsnetz (110, 310, 510, 610) bezogenen elektrischen Leistung in Wärme in einen linearen Betriebsmodus oder in einen getakteten Betriebsmodus versetzt wird.Inverter according to claim 7, wherein a second half-bridge of the inverter bridge ( 130 . 330 . 530 . 630 ) comprises a second switch (LS2), and wherein the control of the switches of the inverter bridge ( 130 . 330 . 530 . 630 ) is set up in such a way that, in the case of the supply of reactive power during periods of a grid period of the alternating voltage network ( 110 . 310 . 510 . 610 ), in which the inverter generates electrical power from the AC mains ( 110 . 310 . 510 . 610 ), optionally the first switch (LS1) or the second switch (LS2) of the inverter bridge ( 130 . 330 . 530 . 630 ) for the conversion of the AC voltage network ( 110 . 310 . 510 . 610 ) is converted into heat in a linear operating mode or in a pulsed operating mode. Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der erste Schalter (T1) parallel zu Halbbrückenzweigen (550) der Wechselrichterbrücke (130, 330, 530, 630) angeordnet ist.Inverter according to one of Claims 1 to 6, in which the first switch (T1) is connected in parallel with half-bridge branches ( 550 ) of the inverter bridge ( 130 . 330 . 530 . 630 ) is arranged. Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der erste Schalter parallel zum Wechselspannungsnetz (110, 310, 510, 610) angeordnet ist.Inverter according to one of claims 1 to 6, wherein the first switch is connected in parallel to the alternating voltage network ( 110 . 310 . 510 . 610 ) is arranged. Wechselrichter nach einem der Ansprüceh 9 bis 10, wobei der erste Schalter (T1) ein bidirektionaler Schalter ist.An inverter according to any one of claims 9 to 10, wherein the first switch (T1) is a bidirectional switch. Wechselrichter nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Schalter (T1, LS1) ein IGBT oder ein MOSFET ist.An inverter according to any one of the preceding claims, wherein the first switch (T1, LS1) is an IGBT or a MOSFET. Wechselrichter nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuerung derart eingerichtet ist, dass sie die Umsetzung der Leistung in Wärme in einem linearen Betriebsmodus oder in einem dissipativ getakteten Betriebsmodus des ersten Schalters (T1, LS1) in Abhängigkeit eines durch den ersten Schalter (T1, LS1) fließenden Stromes steuert.An inverter as claimed in any one of the preceding claims, wherein the controller is adapted to convert the power into heat in a linear mode of operation or in a dissipatively clocked mode of operation of the first switch (T1, LS1) in response to a first switch (T1, T1, LS1). LS1) flowing current controls. Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters zur Einspeisung von elektrischer Leistung einer Gleichstromquelle (100, 300, 500, 600) in ein Wechselspannungsnetz (110, 310, 510, 610) mittels einer Wechselrichterbrücke (130, 330, 530, 630), dadurch gekennzeichnet, dass während Zeitabschnitten einer Netzperiode des Wechselspannungsnetzes (110, 310, 510, 610), in denen der Wechselrichter elektrische Leistung aus dem Wechselspannungsnetz (110, 310, 510, 610) bezieht, die aus dem Wechselspannungsnetz (110, 310, 510, 610) bezogenen elektrischen Leistung innerhalb der Wechselrichterbrücke (130, 330, 530, 630) in Wärme umgewandelt wird.Method for operating an inverter for supplying electrical power to a DC power source ( 100 . 300 . 500 . 600 ) into an alternating voltage network ( 110 . 310 . 510 . 610 ) by means of an inverter bridge ( 130 . 330 . 530 . 630 ), characterized in that during periods of a grid period of the alternating voltage network ( 110 . 310 . 510 . 610 ), in which the inverter generates electrical power from the AC mains ( 110 . 310 . 510 . 610 ) derived from the AC mains ( 110 . 310 . 510 . 610 ) related electrical power within the inverter bridge ( 130 . 330 . 530 . 630 ) is converted into heat. Verfahren nach Anspruch 14, wobei ein erster Schalter (T1, LS1) der Wechselrichterbrücke (130, 330, 530, 630) zur Umwandlung der aus dem Wechselspannungsnetz (110, 310, 510, 610) bezogenen elektrischen Leistung in Wärme in einen linearen Betriebsmodus oder in einen dissipativ getakteten Betriebsmodus versetzt wird.Method according to claim 14, wherein a first switch (T1, LS1) of the inverter bridge ( 130 . 330 . 530 . 630 ) for conversion from the AC mains ( 110 . 310 . 510 . 610 ) is converted into heat in a linear operating mode or in a dissipatively clocked operating mode. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 15, wobei die Wechselrichterbrücke (130, 330, 530, 630) als Polwender betrieben wird.Method according to one of claims 14 to 15, wherein the inverter bridge ( 130 . 330 . 530 . 630 ) is operated as Polwender. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei in einem Fehlerfall der erste Schalter (T1, LS1) derart in den linearen Betriebsmodus versetzt wird, dass eine gleichstromquellenseitige Spannung an der Wechselrichterbrücke (130, 330, 530, 630) reduziert wird.Method according to one of Claims 14 to 16, in which, in the event of an error, the first switch (T1, LS1) is set in the linear operating mode in such a way that a DC-voltage on the inverter bridge ( 130 . 330 . 530 . 630 ) is reduced. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei in einem Fehlerfall der erste Schalter (T1, LS1) derart in den linearen Betriebsmodus versetzt wird, dass ein von der Gleichstromquelle (100, 300, 500, 600) in die Wechselrichterbrücke (130, 330, 530, 630) fließender Strom reduziert wird.Method according to one of Claims 14 to 17, in which, in the event of a fault, the first switch (T1, LS1) is set in the linear operating mode in such a way that one of the direct current source ( 100 . 300 . 500 . 600 ) into the inverter bridge ( 130 . 330 . 530 . 630 ) flowing stream is reduced. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei die Zeitabschnitte einer Netzperiode des Wechselspannungsnetzes (110, 310, 510, 610), in denen der Wechselrichter elektrische Leistung aus dem Wechselspannungsnetz (110, 310, 510, 610) bezieht, nur Zeitabschnitte einer vorgegebenen Polarität der Spannung des Wechselspannungsnetzes (110, 310, 510, 610) umfassen.Method according to one of claims 14 to 18, wherein the time segments of a network period of the alternating voltage network ( 110 . 310 . 510 . 610 ), in which the inverter generates electrical power from the AC mains ( 110 . 310 . 510 . 610 ), only time periods of a predetermined polarity of the voltage of the alternating voltage network ( 110 . 310 . 510 . 610 ).
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