DE102014114248A1 - Energieerzeugungsanlage und Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters - Google Patents

Energieerzeugungsanlage und Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters (10) mit zwei DC/DC-Wandlern (12) als Eingangsstufe zum Übertragen einer an den Eingangsanschlüssen (13) der DC/DC-Wandler (12) empfangenen elektrischen Leistung an einen gemeinsamen DC/AC-Wandler (11), umfasst ein Verbinden der Eingangsanschlüsse (13) mindestens eines der DC/DC-Wandler (12) mit mindestens einer DC-Quelle (15) und eine anschließende Umwandlung einer Leistung der DC-Quelle (15) in eine AC-Leistung unter Verwendung eines ersten Steuerungskonzeptes für die DC/DC-Wandler (12). Weiterhin umfasst das Verfahren ein Verbinden der Eingangsanschlüsse (13) mit einer AC-Quelle (16), wobei die AC-Quelle (16) mit einem eine Eingangsdrossel (22) aufweisenden Anschluss der Eingangsanschlüsse (13) je eines der beiden DC/DC-Wandler (12) verbunden ist, sowie eine Umwandlung einer Leistung der AC-Quelle (16) in eine AC-Leistung unter Verwendung eines zweiten Steuerungskonzeptes für die DC/DC-Wandler (12). Das zweite Steuerungskonzept unterscheidet sich vom ersten Steuerungskonzept. Eine Energieerzeugungsanlage (1) kann mit Hilfe des Verfahrens betrieben werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters mit mindestens zwei DC/DC-Wandlern, sowie eine Energieerzeugungsanlage.
  • Zum Ausbau der Energiegewinnung aus erneuerbaren Energien wird immer mehr elektrische Leistung durch Solargeneratoren und Windgeneratoren erzeugt. Während Solargeneratoren ein Beispiel von DC-Quellen darstellen, erzeugen Windgeneratoren als AC-Quellen elektrische Leistung in Form von Wechselspannung, deren Frequenz zusätzlich in Abhängigkeit äußerer Parameter veränderlich ist. Zur Einspeisung der elektrischen Leistung in ein Energieversorgungsnetz sind daher unterschiedliche elektrische Wandlertypen erforderlich. In Verbindung mit Solargeneratoren werden Wechselrichter eingesetzt, während Windkraftanlagen mit Umrichtern ausgestattet werden, bei denen regelmäßig einer Wechselrichter-Anordnung ein Gleichrichter vorgeschaltet ist. In gemischten Energieerzeugungsanlagen werden daher getrennte Wandler für DC-Quellen und AC-Quellen eingesetzt. Hierbei könnte der technische und kommerzielle Aufwand solcher Anlagen reduziert werden, wenn die elektrische Leistung beider Quellentypen wahlweise über den gleichen Wandler in eine zur Einspeisung geeignete Form gebracht werden kann.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Wechselrichter, bei dem die an zwei getrennten DC-Anschlüssen eingespeiste Leistung zunächst über einen vorbekannten Hochsetzsteller auf eine an einem gemeinsam genutzten Zwischenkreis anliegende Zwischenkreisspannung gewandelt wird, bereits ausreichende Schaltungskomponenten aufweist, um die Funktion eines Gleichrichters ausüben zu können, wenn anstatt von DC-Quellen eine AC-Quelle an den DC-Anschlüssen geeignet verbunden ist.
  • Daher ist eine erfindungsgemäße Aufgabe die Bereitstellung eines Betriebsverfahrens, mit dem elektrische Leistung sowohl aus einer DC-Quelle als auch aus einer AC-Quelle mit dem gleichen Wechselrichter in eine netzkonforme Wechselspannung ermöglicht wird.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1, sowie mit einer Energieerzeugungsanlage gemäß dem nebengeordneten Anspruch 11. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters mit zwei DC/DC-Wandlern als Eingangsstufe zum Übertragen einer an den Eingangsanschlüssen der DC/DC-Wandler empfangenen elektrischen Leistung an eine gemeinsame Wechselrichterbrücke umfasst die folgenden Schritte: nach dem Verbinden der Eingangsanschlüsse mindestens eines der DC/DC-Wandler mit mindestens einer DC-Quelle erfolgt eine Umwandlung einer Leistung der DC-Quelle in eine AC-Leistung unter Verwendung eines ersten Steuerungskonzeptes für die DC/DC-Wandler. Nachdem eine Verbindung der Eingangsanschlüsse mit einer AC-Quelle, die in einer Ausführungsvariante eine einphasige AC-Quelle ist, erfolgt ist, wobei die AC-Quelle mit einem eine Eingangsdrossel aufweisenden Anschluss der Eingangsanschlüsse je eines der beiden DC/DC-Wandler verbunden ist, wird eine Leistung der AC-Quelle in eine AC-Leistung unter Verwendung eines zweiten Steuerungskonzeptes für die DC/DC-Wandler umgewandelt, wobei das zweite Steuerungskonzept unterschiedlich zum ersten Steuerungskonzept ist. Die beiden Steuerungskonzepte berücksichtigen die unterschiedliche Leistungsbereitstellung der jeweiligen Quellen und deren zeitlichen Verläufe von bereitgestellten Spannungs- und Stromwerten. Diese werden von den jeweiligen Steuerungskonzepten in kontrollierter Weise in einen Zwischenkreis mit einer Zwischenkreisspannung eingespeist und von dort an eine angeschlossene Wechselrichterbrücke übertragen. Auf diese Weise wird es ermöglicht, den gleichen Wechselrichter für unterschiedliche Quellentypen nutzbar zu machen, und so die Kosten einer Energieerzeugungsanlage mit unterschiedlichen Quellentypen zu reduzieren.
  • In einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens detektiert der Wechselrichter, welcher Quellentyp aktuell mit den Eingangsanschlüssen verbunden ist und wählt das hierzu passende Steuerungskonzept. Die Detektion der vorliegenden Quellenverbindung kann eine Analyse des Zeitverlaufes eines Messsignals an mindestens einem der Eingangsanschlüsse, insbesondere einen Zeitverlauf eines Spannungs- oder Stromsignal, umfasst. Hierbei kann die Detektion eines Polaritätswechsels in dem Messsignal zur Erkennung der Quellenverbindung genutzt werden.
  • In einer weiteren, bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens steuert der Wechselrichter das Verbinden mit der DC-Quelle und das Verbinden mit der AC-Quelle über eine Umschaltvorrichtung. Hierzu kann der Wechselrichter ein entsprechendes Steuerungssignal an die Umschaltvorrichtung senden, die im Rahmen vorgegebener Schalt-Konfigurationen die gewünschte Quellenverbindung realisiert. Durch die aktive Steuerung der Umschaltvorrichtung kann eine Detektion der Quellenverbindung durch den Wechselrichter entfallen.
  • Vorteilhafterweise steuert der Wechselrichter in diesem Fall das Verbinden in Abhängigkeit der verfügbaren Leistung der jeweiligen Quellen, wobei der Wechselrichter die Quelle mit der höheren verfügbaren Leistung auswählen kann. Alternativ oder ergänzend kann auch ein zeitgesteuertes oder anderweitig regelgesteuertes Umschalten zwischen den Quellen erfolgen, wobei unter anderem Prognosen über die zukünftig verfügbare Leistung berücksichtigt werden können.
  • In einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das zweite Steuerungskonzept ein wechselweises Ansteuern jeweils nur eines der beiden DC/DC-Wandler umfasst, wobei der Wechsel synchron zu einem Polaritätswechsel einer Spannung der AC-Quelle erfolgt. Somit ist jeder Polarität einer der beiden Wandler zugeordnet, der während der Phase des Vorliegens der zugeordneten Polarität die zugeführte elektrische Leistung auf den Zwischenkreis überträgt. Der jeweils andere Wandler bleibt in dieser Phase inaktiv bzw. wird nicht getaktet angesteuert.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die AC-Quelle auch eine dreiphasige AC-Quelle mit drei Phasenanschlüssen sein. In diesem Fall umfasst der Wechselrichter zusätzlich einen dritten DC/DC-Wandler. Beim Verbinden der AC-Quelle mit dem Wechselrichter wird jeweils einer der Phasenanschlüsse mit einem dieser drei DC/DC-Wandler an einem Eingangsanschluss, der eine Eingangsdrossel aufweist, verbunden. Auch hier kann im Rahmen des zweite Steuerungskonzept zu einem gegebenen Zeitpunkt jeweils einer der DC/Wandler unangesteuert verbleiben, so dass nur eine Teilmenge von zwei der drei DC/DC-Wandler angesteuert wird. Hierdurch ergibt sich ein wechselweises Ansteuern einer Teilmenge von jeweils zwei der drei DC/DC-Wandler, wobei ein Wechsel der Teilmenge synchron zu einer Phase der AC-Quelle erfolgt.
  • Weiterhin erfindungsgemäß ist eine Energieerzeugungsanlage, die eine AC-Quelle, eine erste und eine zweite DC-Quelle und einen Wechselrichter mit einem ersten und einem zweiten DC/DC-Wandler umfasst. Der Wechselrichter ist über eine Umschaltvorrichtung wahlweise mit der AC-Quelle, der ersten DC-Quelle und der zweiten DC-Quelle verbindbar. Weiterhin ist der Wechselrichter zum Betrieb mit einem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren eingerichtet. Vorteilhafterweise sind der erste und der zweite DC/DC-Wandler Hochsetzsteller.
  • Die AC-Quelle kann hierbei eine einphasige AC-Quelle sein. Ebenso gut denkbar ist der Einsatz einer dreiphasigen AC-Quelle mit drei Phasenanschlüssen, wobei der Wechselrichter in diesem Fall einen dritten DC/DC-Wandler aufweist, und wobei zum Verbinden der AC-Quelle mit dem Wechselrichter in diesem Fall die drei Phasenanschlüsse jeweils mit einem Eingangsanschluss eines der drei DC/DC-Wandler verbunden werden. Bei der Verwendung eines dritten DC/DC-Wandlers kann natürlich auch eine dritte DC-Quelle mit dem Wechselrichter verbunden werden.
  • Die Umschalteinrichtung weist in einer bevorzugten Ausführungsform eine erste Verbindungskonfiguration, in der die erste DC-Quelle mit dem ersten DC/DC-Wandler und die zweite DC-Quelle mit dem zweiten DC/DC-Wandler verbunden ist, und eine zweite Verbindungskonfiguration auf, in der ein erster Anschluss der AC-Quelle mit einem eine Eingangsdrossel aufweisenden Anschluss des ersten DC/DC-Wandlers und ein zweiter Anschluss der AC-Quelle mit einem eine Eingangsdrossel aufweisenden Anschluss des zweiten DC/DC-Wandlers verbunden ist. So können in der ersten Verbindungskonfiguration beide DC-Quellen individuell so eingestellt werden, dass eine maximale Leistungsentnahme möglich ist. In der zweiten Verbindungskonfiguration können dann die beiden DC/DC-Wandler gemeinsam die Leistung der AC-Quelle gleichrichten und zu einem nachgeschalteten Zwischenkreis übertragen, wobei die Zwischenkreisspannung auch größer als eine Spannungsamplitude der AC-Quelle sein kann.
  • Ebenfalls erwogen ist, dass die Umschalteinrichtung eine dritten Verbindungskonfiguration aufweist, in der die erste und zweite DC-Quelle gemeinsam in Reihen oder Parallelschaltung mit dem ersten DC/DC-Wandler und die AC-Quelle über einen Gleichrichter mit dem zweiten DC/DC-Wandler verbunden ist. In dieser Verbindungskonfiguration, die zusätzliche elektronische Komponenten benötigt, ist dann auch eine gleichzeitige Leistungsentnahme sowohl aus den DC-Quellen als auch aus der AC-Quelle möglich.
  • In einer weiteren bevorzugten Variante einer erfindungsgemäßen Energieerzeugungsanlage weist die Umschaltvorrichtung eine Einheit zur Bestimmung der verfügbaren Leistung mindestens einer der Quellen auf. Die Umschaltvorrichtung kann so die Verbindungskonfiguration in Abhängigkeit der bestimmten verfügbaren Leistung auswählen, ohne auf ein der Umschaltvorrichtung zugeführtes Ansteuersignal angewiesen zu sein. Dennoch kann ein solches Ansteuersignal zur Auswahl der Verbindungskonfiguration auch in dieser Variante genutzt werden. Die Umschaltvorrichtung kann als separate Komponente in einem eigenen Gehäuse ausgeführt sein, oder auch in den Wechselrichter integriert sein.
  • In einer vorteilhaften Ausführung der Energieerzeugungsanlage kann die erste DC-Quelle ein Solarmodul sein. Weiterhin vorteilhaft kann die AC-Quelle als Windgenerator ausgelegt sein. In Zeiten geringen Windes kann die Anlage dann Energie aus Sonnenlicht erzeugen, während bei Bewölkung und nachts die Energieerzeugung durch den Windgenerator erfolgen kann, so dass eine wesentlich kontinuierlichere Verfügbarkeit von Energie gewährleistet wird.
  • Im Folgenden wird die Erfindung mithilfe von Figuren dargestellt, von denen
  • 1 eine erfindungsgemäße Ausführung einer Energieerzeugungsanlage,
  • 2 eine beispielhafte Struktur eines Wechselrichters gemäß der Erfindung,
  • 2a eine zweite Darstellung von Komponenten des Wechselrichters aus 2,
  • 3 eine zweite Ausführungsform eines Wechselrichters gemäß der Erfindung,
  • 4 eine dritte Ausführungsform eines Wechselrichters gemäß der Erfindung, sowie
  • 5 ein Flussdiagramm als Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.
  • 1 stellt eine Struktur einer Energieerzeugungsanlage 1 gemäß der Erfindung dar. Ein Wechselrichter 10 umfasst hierbei zwei DC/DC-Wandler 12, die an ihrem Ausgang parallel geschaltet und über einen Zwischenkreis mit einer Wechselrichterbrücke 11 verbunden sind. Die Wechselrichterbrücke 11 ist wiederum ausgangsseitig mit einem Netz 17 zur Einspeisung von Energie verbunden. An den Eingangsanschlüssen 13 der beiden DC/DC-Wandler 12 ist eine Umschaltvorrichtung 14 angeschlossen, die es erlaubt, wahlweise eine oder zwei DC-Quellen 15 bzw. eine AC-Quellen 16 mit den Eingangsanschlüssen 13 zu verbinden.
  • Die Umschaltvorrichtung 14 ist dazu eingerichtet, in einer ersten Konfiguration die DC-Quellen 15 mit den Eingangsanschlüssen 13 der DC/DC-Wandler 12 zu verbinden. In einer zweiten Konfiguration wird die AC-Quelle 16 anstelle der DC-DC Quellen 15 mit jeweils einem der Eingangsanschlüsse 13 der beiden DC/DC-Wandler 12 verbunden. Hierbei ist die AC-Quelle 16 jeweils mit einem solchen Eingangsanschluss 13 der Wandler verbunden, der als Wandlerkomponente eine Eingangsdrossel aufweist.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Umschaltvorrichtung 14 weiterhin eine dritte Konfiguration auf, in der die DC-Quellen 15 parallel geschaltet und mit den Eingangsanschlüssen 13 eines der DC/DC-Wandler verbunden ist, während die AC-Quelle 16 über einen nicht gezeigten Gleichrichter mit den Eingangsanschlüssen 13 des anderen DC/DC-Wandlers verbunden ist. Auf diese Weise ist es möglich, die Energie aller drei Quellen in das angeschlossene Netz 17 zu übertragen.
  • Die Auswahl der Konfiguration der Umschaltvorrichtung 14 kann hierbei eigenständig durch die Umschaltvorrichtung 14 getroffen werden. In diesem Fall ist es zum Beispiel besonders vorteilhaft, dass die Umschaltvorrichtung 14 denjenigen Quellentyp zur Verbindung mit den Eingangsanschlüssen 13 der DC/DC-Wandler 12 auswählt, der zu einem gegebenen Zeitpunkt eine höhere verfügbare Leistung aufweist. Hierzu weist die Umschaltvorrichtung 14 in diesem Fall eine Einheit zur Bestimmung der verfügbaren Leistung mindestens einer der Quellen, bevorzugt aller Quellen, auf.
  • In einer Ausführungsform ist es aber auch denkbar, dass der Wechselrichter 10 über ein Steuersignal 18 die Auswahl der Konfiguration steuert. Hierbei kann die Auswahl der Konfiguration in Abhängigkeit der an den Eingangsanschlüssen 13 empfangenen Leistung gesteuert werden. Alternativ kann die Konfiguration auch zeitgesteuert, insbesondere in Abhängigkeit der Tageszeit gesteuert werden. Weiterhin ist es denkbar, die Auswahl aufgrund von Wetterprognosen zu steuern, wenn die angeschlossenen Quellen eine wetterabhängige Leistungsabgabe aufweisen, wenn also zum Beispiel die DC-Quellen 15 Solaranlagen und/oder die AC Quelle 16 eine Windkraftanlage sind.
  • Insbesondere im Fall einer automatischen Auswahl der Konfiguration durch die Umschaltvorrichtung 14 ist der Wechselrichter 10 dazu eingerichtet, eigenständig zu erkennen, welcher Quellentyp an welchen Eingangsanschlüssen 13 angeschlossen ist. Entsprechend der Detektion der vorliegenden Quellenverbindung wählt der Wechselrichter 10 in diesem Fall ein der Konfiguration entsprechendes Steuerungskonzept aus. Das Steuerungskonzept betrifft hierbei insbesondere die Ansteuerung und Regelung der beiden DC/DC-Wandler 12. Hierbei kann die Detektion der vorliegenden Quellenverbindung eine Analyse des Zeitverlaufs das Messsignal an den Eingangsanschlüssen 13 umfassen. Beispielsweise kann ein Verlauf der Spannung an den Eingangsanschlüssen analysiert werden, wobei ein Polaritätswechsel der Spannung auf eine Verbindung mit einer AC-Quelle 16 hinweist, während ein im Wesentlichen zeitlich konstanter Spannungsverlauf auf eine Verbindung der Eingangsanschlüssen 13 mit einer DC-Quelle 15 deutet. Alternativ kann auch ein Stromsignal zur Analyse der Quellenverbindung gewählt werden.
  • 2 zeigt einen inneren Aufbau der DC/DC-Wandler 12 eines Wechselrichters 10 in größerem Detail. Beide DC/DC-Wandler 12 sind als Hochsetzsteller ausgeführt, bei dem einer der Eingangsanschlüssen 13 über eine Eingangsdrossel 22 und eine Diode 23 mit einem Ausgangsanschluss des Hochsetzstellers verbunden ist, während der andere Eingangsanschlüssen 13 über einen direkten Verbindungspfad mit dem anderen Ausgangsanschluss des Hochsetzstellers verbunden ist. Ein Mittelpunkt zwischen der Eingangsdrossel 22 und der Diode 23 ist über einen Schalter 24 mit dem direkten Verbindungspfad zwischen Eingangsanschluss 13 und Ausgangsanschluss des Hochsetzstellers verbunden. Die beiden Schalter 24 der Hochsetzsteller werden über eine Steuereinheit 21 des Wechselrichters entsprechend eines Steuerungskonzeptes angesteuert, wobei die Schalter 24 vorzugsweise als Halbleiterschalter mit antiparalleler Freilaufdiode ausgeführt sind. Die Auswahl des Steuerungskonzeptes erfolgt durch eine Detektionseinheit 20, die dazu eingerichtet ist, die Art einer Quellenverbindung an den Eingangsanschlüssen 13 der beiden DC/DC-Wandler 12 festzustellen. Hierzu ist die Detektionseinheit 20 wahlweise mit Spannungssensoren, die die zwischen unterschiedlichen Eingangsanschlüssen 13 anliegenden Spannungen bestimmen können, oder mit Stromsensoren verbunden, die über die Eingangsanschlüssen 13 fließenden Ströme messen.
  • Zur Verdeutlichung des erfinderischen Gedankens ist in 2a die Schaltung der Hochsetzsteller aus 2 mit verbundener AC-Quelle 16 in anderer Form gezeichnet. In dieser Darstellung wird deutlich, dass die Eingangsdrosseln 22, die Dioden 23 und die Schalter 24 eine halbgesteuerte Gleichrichterbrücke bilden. Ein Steuerungskonzept, mit dessen Hilfe die Wechselspannung der AC-Quelle in eine Gleichspannung am Zwischenkreis umgewandelt werden kann, umfasst ein halbwellenweises, alternatives Takten jeweils nur eines der Schalter 24. In jeder Halbwelle wird dann der entsprechende Hochsetzsteller so betrieben, dass die aktuell anliegende Eingangsspannung auf den Wert der Zwischenkreisspannung hochgesetzt wird. Der hierzu erforderliche Tastgrad kann beispielsweise über eine Spannungs- oder Stromregelung eingestellt werden oder arithmetisch bestimmt werden. Abwandlungen oder andere Arten geeigneter Steuerungskonzepte sind aus dem Stand der Technik vorbekannt.
  • Eine weitere Ausführungsform eines Wechselrichters 10 zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Energieerzeugungsanlage ist in 3 dargestellt. Hierbei bilden vier Dioden einen Gleichrichter, der zwischen den Anschlüssen eines geteilten Zwischenkreises angeordnet ist. Zwei der Eingangsanschlüsse 13 sind direkt mit jeweils einem Zwischenkreisanschluss verbunden. Die anderen beiden Eingangsanschlüsse 13 sind über Eingangsdrosseln jeweils mit einem Mittelpunkt der Gleichrichterbrückenzweige verbunden. Die Mittelpunkte der Gleichrichterbrückenzweige sind weiterhin mit einem bidirektionalen Schalter 24 verbunden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der bidirektionale Schalter 24 in vorbekannter Weise durch eine Reihenschaltung zweier unidirektionaler Schalter mit entgegengesetzter Flussrichtung und zugeordneter Bypassdiode gebildet. Ein Mittelpunkt der Reihenschaltung der unidirektionalen Schalter ist mit einem Mittelpunkt des geteilten Zwischenkreises verbunden. Andere Anordnungen eines bidirektionalen Schalters sind alternativ einsetzbar, wobei die Mittelpunktsverbindung des Zwischenkreises und des bidirektionalen Schalters 24 auch entfallen kann, bzw. dann auch ein nicht geteilter Zwischenkreis denkbar ist. Vorteil der Mittelpunktsverbindung ist die Möglichkeit, im Fall einer Verbindung der Eingangsanschlüsse 13 des Wechselrichters 10 mit DC-Quellen 15, diesen DC-Quellen 15 auch unterschiedliche Leistungswerte entnehmen zu können. Der Mittelpunkt des geteilten Zwischenkreises kann weiterhin mit der Wechselrichterbrücke 11 verbunden sein.
  • Ein erstes Steuerungskonzept der DC/DC-Wandler des Wechselrichters 10 bei Verbindung mit DC-Quellen 15 gemäß 3 ist der Schrift EP 2355325 entnehmbar. Durch Betätigen des Schalters 24 werden die beiden DC-Quellen 15 über die Eingangsdrosseln 22 in Reihe geschaltet und mit dem Zwischenkreis verbunden, so dass sich in den Eingangsdrosseln ein Ladestrom aufbaut. Der Abbau des Ladestroms ergibt sich nach dem Öffnen des Schalters 24 über die Dioden 23. Der Tastgrad, mit dem der Schalter 24 angesteuert wird, bestimmt das Spannungsübersetzungsverhältnis.
  • Bei Verbindung des Wechselrichters 10 mit einer AC-Quelle 16 kann die AC-Quelle 16 im Rahmen des zweiten Steuerungskonzeptes zeitweise über die Eingangsdrosseln 22 kurzgeschlossen werden, so dass sich ein Kurzschlussstrom aufbaut, der sich anschließend durch Öffnen des bidirektionalen Schalters 24 in den Zwischenkreis entlädt. Die Richtung des Kurzschlussstromes wechselt in Abhängigkeit der Halbwellen der AC-Quelle 16.
  • Während in den vorgenannten Ausführungsbeispielen der Erfindung jeweils eine einphasige AC-Quelle zur Verwendung kommt, zeigt 4 eine Ausführungsvariante der Erfindung, in der die AC-Quelle 16 eine dreiphasige AC-Quelle ist. Der Wechselrichter 10 umfasst daher neben einem DC/AC-Wandler 11 drei DC/DC-Wandler 12, die wahlweise über eine Umschaltvorrichtung 14 mit bis zu drei DC-Quellen 15 oder der dreiphasigen AC-Quelle 16 zur Energieeinspeisung in ein an den Wechselrichter 10 angeschlossenes Netz 17 verbunden werden können. Hierbei werden im Falle der Verbindung mit der AC-Quelle 16 die Phasenanschlüsse der AC-Quelle 16 jeweils mit einem eine Eingangsdrossel aufweisenden Eingangsanschluss 13 jeweils eines DC/DC-Wandlers 12 verbunden. Der jeweils andere Eingangsanschluss kann mit einem Anschluss der DC-Quelle verbunden bleiben, kann aber auch getrennt werden. Ausgangsseitig sind die drei DC/DC-Wandler 12 parallel geschaltet und über einen Zwischenkreis mit einem Eingang des DC/AC-Wandlers 11 verbunden.
  • Im Falle der Verbindung des Wechselrichters 10 mit den DC-Quellen 15 werden die DC/DC-Wandler 12 im Rahmen des ersten Steuerungskonzeptes in bekannter Weise vorzugsweise so angesteuert, dass jeder DC-Quelle 15 die maximal verfügbare Leistung entnommen und in den gemeinsamen Zwischenkreis übertragen wird. Bevorzugt wird die jeweilige Quellenspannung auf die gemeinsame Zwischenkreisspannung hochgesetzt.
  • Im Falle der Verbindung des Wechselrichters 10 mit der AC-Quelle 16 werden die DC/DC-Wandler 12 im Rahmen des zweiten Steuerungskonzeptes bevorzugt so angesteuert, dass jeweils einer der 3 DC/DC-Wandler 12 inaktiv ist, während eine Teilgruppe bestehend aus den anderen beiden DC/DC-Wandlern 12 angesteuert wird. Im gezeigten Beispiel der 4 ist beispielsweise innerhalb einer Netzperiode immer derjenige DC/DC-Wandler 12 inaktiv, der mit dem Phasenanschluss der AC-Quelle 16 verbunden ist, der momentan die höchste Spannung aufweist, während es bei einer Konfiguration eines DC/DC-Wandlers 12 wie in 2 gezeigt der Phasenanschluss mit der geringsten Spannung ist. Entsprechend wechselt die Teilmengen der DC/DC-Wandler 12, die angesteuert werden, synchron zu einer Phase der AC-Quelle 16.
  • In dem Flussdiagramm der 5 ist ein erfindungsgemäßes Betriebsverfahren für einen vorstehend beschriebenen Wechselrichter mit 2 DC/DC-Wandlern dargestellt. In einem ersten Schritt 30 werden die Eingangsanschlüssen mindestens eines der DC/DC-Wandler mit mindestens einer DC-Quelle verbunden. Bevorzugt wird jeder der DC/DC-Wandler mit jeweils einer DC-Quelle verbunden.
  • In einem zweiten Schritt 31 wird die Leistung der DC-Quelle in eine netzkonforme AC-Leistung unter Verwendung eines ersten Steuerungskonzeptes für die DC/DC-Wandler umgewandelt. Das Steuerungskonzept kann eine Ansteuerung der Wandlerschalter mt einem Tastgrad umfassen, mit dem die an den Eingangsanschlüssen anliegende Spannung auf den Wert der Zwischenkreisspannung umgesetzt wird. Das Steuerungskonzept ist hierbei insbesondere dazu eingerichtet, den DC-Quellen die maximal verfügbare Leistung zu entnehmen.
  • In einem dritten Schritt 32 werden die Eingangsanschlüssen der DC/DC-Wandler anstelle der DC-Quellen mit einer AC-Quelle verbunden, wobei die AC-Quelle mit einem eine Eingangsdrossel aufweisenden Anschluss der Eingangsanschlüssen jeweils eines der beiden DC/DC-Wandler verbunden wird.
  • Anschließend wird in einem vierten Schritt 33 der Wechselrichter mit einem zweiten Steuerungskonzept betrieben, dass sich vom erste Steuerungskonzept unterscheidet. Solange der Wechselrichter mit der AC-Quelle verbunden ist, wird dieses Steuerungskonzept beibehalten. Bei einem erneuten Wechsel der Quellenverbindung wird zum ersten Schritt 30 zurück verzweigt.
  • Das zweite Steuerungskonzept umfasst bevorzugt ein wechselweises Ansteuern jeweils nur eines der beiden DC/DC-Wandlers, wobei der Wechsel synchron zu einem Polaritätswechsel einer Spannung der AC-Quelle erfolgt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Energieerzeugungsanlage
    10
    Wechselrichter
    11
    DC/AC-Wandler
    12
    DC/DC-Wandler
    13
    Eingangsanschluss
    14
    Umschaltvorrichtung
    15
    DC-Quelle
    16
    AC-Quelle
    17
    Netz
    18
    Steuersignal
    20
    Detektionseinheit
    21
    Steuereinheit
    22
    Eingangsdrossel
    23
    Diode
    24
    Schalter
    30–33
    Verfahrensschritt
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2355325 [0034]

Claims (19)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters (10) mit zwei DC/DC-Wandlern (12) als Eingangsstufe zum Übertragen einer an den Eingangsanschlüssen (13) der DC/DC-Wandler (12) empfangenen elektrischen Leistung an einen gemeinsamen DC/AC-Wandler (11), gekennzeichnet durch die Schritte: – Verbinden der Eingangsanschlüsse (13) mindestens eines der DC/DC-Wandler (12) mit mindestens einer DC-Quelle (15), – Umwandlung einer Leistung der DC-Quelle (15) in eine AC-Leistung unter Verwendung eines ersten Steuerungskonzeptes für die DC/DC-Wandler (12), – Verbinden der Eingangsanschlüsse (13) mit einer AC-Quelle (16), wobei die AC-Quelle (16) mit einem eine Eingangsdrossel (22) aufweisenden Anschluss der Eingangsanschlüsse (13) je eines der beiden DC/DC-Wandler (12) verbunden ist, und – Umwandlung einer Leistung der AC-Quelle (16) in eine AC-Leistung unter Verwendung eines zweiten Steuerungskonzeptes für die DC/DC-Wandler(12), wobei das zweite Steuerungskonzept unterschiedlich zum ersten Steuerungskonzept ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Detektion der vorliegenden Quellenverbindung und eine Auswahl des der Quellenverbindung entsprechenden Steuerungskonzeptes durch den Wechselrichter.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Detektion der vorliegenden Quellenverbindung eine Analyse des Zeitverlaufes eines Messsignals an mindestens einem der Eingangsanschlüsse (13) umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Wechselrichter das Verbinden mit der DC-Quelle (15) und das Verbinden mit der AC-Quelle (16) über eine Umschaltvorrichtung (14) steuert.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Wechselrichter (10) das Verbinden in Abhängigkeit der verfügbaren Leistung der jeweiligen Quellen steuert.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Wechselrichter (10) die Quelle mit der höheren verfügbaren Leistung auswählt.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das zweite Steuerungskonzept ein wechselweises Ansteuern jeweils nur eines der beiden DC/DC-Wandler (12) umfasst, wobei der Wechsel synchron zu einem Polaritätswechsel einer Spannung der AC-Quelle (16) erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die AC-Quelle (16) eine einphasige AC-Quelle ist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Wechselrichter einen dritten DC/DC-Wandler (12) aufweist, und wobei die AC-Quelle (16) eine dreiphasige AC-Quelle ist, deren Phasenanschlüsse jeweils mit einem der Eingangsanschlüsse (13) der zwei DC/DC-Wandler (12) und des dritten DC/DC-Wandlers (12) verbunden werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das zweite Steuerungskonzept ein wechselweises Ansteuern einer Teilmenge von jeweils zwei der drei DC/DC-Wandler (12) umfasst, wobei ein Wechsel der Teilmenge synchron zu einer Phase der AC-Quelle (16) erfolgt.
  11. Energieerzeugungsanlage (1), umfassend: – eine AC-Quelle (16), – eine erste und eine zweite DC-Quelle (15), – einen Wechselrichter (10) mit einem ersten und einem zweiten DC/DC-Wandler (12), wobei der Wechselrichter (10) über eine Umschaltvorrichtung (14) wahlweise mit der AC-Quelle (16), sowie mit der ersten DC-Quelle (15) und der zweiten DC-Quelle (15) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (10) zum Betrieb mit einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche eingerichtet ist.
  12. Energieerzeugungsanlage nach Anspruch 11, wobei die zwei DC/DC-Wandler (12) Hochsetzsteller sind.
  13. Energieerzeugungsanlage nach einem der Ansprüche 11 und 12, wobei die Umschalteinrichtung (14) eine erste Verbindungskonfiguration, in der die erste DC-Quelle (15) mit dem ersten DC/DC-Wandler (12) und die zweite DC-Quelle (15) mit dem zweiten DC/DC-Wandler (12) verbunden ist, und eine zweite Verbindungskonfiguration aufweist, in der ein erster Anschluss der AC-Quelle (16) mit einem eine Eingangsdrossel (22) aufweisenden Anschluss des ersten DC/DC-Wandlers (12) und ein zweiter Anschluss der AC-Quelle (16) mit einem eine Eingangsdrossel (22) aufweisenden Anschluss des zweiten DC/DC-Wandlers (12) verbunden ist.
  14. Energieerzeugungsanlage nach Anspruch 11, wobei die Umschalteinrichtung (14) weiterhin eine dritte Verbindungskonfiguration aufweist, in der die erste und zweite DC-Quelle (15) gemeinsam in Reihen oder Parallelschaltung mit dem ersten DC/DC-Wandler (12) und die AC-Quelle (16) über einen Gleichrichter mit dem zweiten DC/DC-Wandler (12) verbunden ist.
  15. Energieerzeugungsanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Umschaltvorrichtung (14) eine Einheit zur Bestimmung der verfügbaren Leistung mindestens einer der Quellen aufweist, wobei die Umschaltvorrichtung zur Auswahl der Verbindungskonfiguration in Abhängigkeit der bestimmten verfügbaren Leistung eingerichtet ist.
  16. Energieerzeugungsanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die Umschaltvorrichtung (14) in den Wechselrichter (10) integriert ist.
  17. Energieerzeugungsanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei die erste DC-Quelle (15) ein Solarmodul und die AC-Quelle (16) einen Windgenerator umfasst.
  18. Energieerzeugungsanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei die AC-Quelle (16) eine einphasige AC-Quelle ist.
  19. Energieerzeugungsanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei der Wechselrichter (10) einen dritten DC/DC-Wandler (12) umfasst, und wobei die AC-Quelle (16) eine dreiphasige AC-Quelle ist.
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