DE102018219273A1 - Method for operating a photovoltaic (PV) inverter and PV inverter - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Photovoltaik(PV)-Wechselrichters (1) und einen PV-Wechselrichter (1). Die Phasenrelais (7, 8, 9) des PV-Wechselrichters (1) werden beim elektrischen Verbinden des PV-Wechselrichters (1) mit einem Drehstromnetz (2) nicht zeitgleich geschlossen. Stattdessen wird nur das Phasenrelais (7, 8, 9) geschlossen, an dessen zugehörigem Ausgangsanschluss (4, 5, 6) eine Spannung einstellbar und eingestellt ist, die der Spannung an der zugehörigen Netzphase (U, V, W) entspricht.The invention relates to a method for operating a photovoltaic (PV) inverter (1) and a PV inverter (1). The phase relays (7, 8, 9) of the PV inverter (1) are not closed at the same time when the PV inverter (1) is electrically connected to a three-phase network (2). Instead, only the phase relay (7, 8, 9) is closed, at whose associated output connection (4, 5, 6) a voltage can be set and set which corresponds to the voltage at the associated mains phase (U, V, W).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Photovoltaik(PV)-Wechselrichters und einen PV-Wechselrichter.The invention relates to a method for operating a photovoltaic (PV) inverter and a PV inverter.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines PV-Wechselrichters und einen PV-Wechselrichter zur Verfügung zu stellen, die ein zuverlässiges Verbinden bzw. Trennen des Wechselrichters mit einem Wechselspannungsnetz bzw. Drehstromnetz ermöglichen.The invention has for its object to provide a method for operating a PV inverter and a PV inverter, which enable reliable connection or disconnection of the inverter with an AC voltage or three-phase network.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben eines PV-Wechselrichters nach Anspruch 1 und einen PV-Wechselrichter nach Anspruch 3.The invention solves this problem by a method for operating a PV inverter according to
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betreiben eines PV-Wechselrichters, wobei der PV-Wechselrichter herkömmlich zum Einspeisen von elektrischer Energie/Leistung in ein Drehstromnetz ausgebildet ist.The method according to the invention is used to operate a PV inverter, the PV inverter being conventionally designed to feed electrical energy / power into a three-phase network.
Der PV-Wechselrichter weist eine aus einer Zwischenkreisspannung gespeiste, dreiphasige Wechselrichtereinheit auf, wobei die dreiphasige Wechselrichtereinheit einen ersten Ausgangsanschluss, einen zweiten Ausgangsanschluss und einen dritten Ausgangsanschluss aufweist. Insoweit sei auch auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.The PV inverter has a three-phase inverter unit fed from an intermediate circuit voltage, the three-phase inverter unit having a first output connection, a second output connection and a third output connection. In this regard, reference is also made to the relevant specialist literature.
Die Zwischenkreisspannung entspricht einer Potentialdifferenz zwischen einem positiven Zwischenkreispotential und einem negativen Zwischenkreispotential.The intermediate circuit voltage corresponds to a potential difference between a positive intermediate circuit potential and a negative intermediate circuit potential.
Ein möglicher Spannungseinstellbereich der Wechselrichtereinheit an dem ersten Ausgangsanschluss, an dem zweiten Ausgangsanschluss und an dem dritten Ausgangsanschluss in einem nicht mit dem Drehstromnetz verbundenen Zustand ist prinzipiell von einem Potentialunterschied zwischen dem positiven Zwischenkreispotential DC+ und einem Protective Earth(PE)-Potential und einem Potentialunterschied zwischen dem negativen Zwischenkreispotential DC- und dem PE-Potential abhängig. Insoweit sei auch auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.A possible voltage setting range of the inverter unit at the first output connection, at the second output connection and at the third output connection in a state not connected to the three-phase network is in principle dependent on a potential difference between the positive DC link potential DC + and a Protective Earth (PE) potential and a potential difference between dependent on the DC link potential and the PE potential. In this regard, reference is also made to the relevant specialist literature.
Der PV-Wechselrichter weist weiter ein erstes Phasenrelais auf, das dazu ausgebildet ist, den ersten Ausgangsanschluss der Wechselrichtereinheit mit einer zugehörigen ersten Netzphase des Drehstromnetzes mittels Schließen des erstes Phasenrelais zu verbinden oder von der ersten Netzphase mittels Öffnen des erstes Phasenrelais zu trennen, ein zweites Phasenrelais auf, das dazu ausgebildet ist, den zweiten Ausgangsanschluss der Wechselrichtereinheit mit einer zugehörigen zweiten Netzphase des Drehstromnetzes mittels Schließen des zweiten Phasenrelais zu verbinden oder von der zweiten Netzphase mittels Öffnen des zweiten Phasenrelais zu trennen, und ein drittes Phasenrelais auf, das dazu ausgebildet ist, den dritten Ausgangsanschluss der Wechselrichtereinheit mit einer zugehörigen dritten Netzphase des Drehstromnetzes mittels Schließen des dritten Phasenrelais zu verbinden oder von der dritten Netzphase mittels Öffnen des dritten Phasenrelais zu trennen.The PV inverter also has a first phase relay, which is designed to connect the first output connection of the inverter unit to an associated first grid phase of the three-phase network by closing the first phase relay or to separate it from the first grid phase by opening the first phase relay, a second Phase relay, which is designed to connect the second output connection of the inverter unit to an associated second network phase of the three-phase network by closing the second phase relay or to separate it from the second network phase by opening the second phase relay, and a third phase relay, which is designed to do this to connect the third output connection of the inverter unit to an associated third network phase of the three-phase network by closing the third phase relay or to separate it from the third network phase by opening the third phase relay.
Insoweit entspricht der PV-Wechselrichter PV-Wechselrichtern aus dem Stand der Technik.In this respect, the PV inverter corresponds to state-of-the-art PV inverters.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist folgende Schritte auf, die vor einem Verbinden der Wechselrichtereinheit mit den Netzphasen durchgeführt werden.The method according to the invention has the following steps, which are carried out before the inverter unit is connected to the grid phases.
Schließen nur desjenigen oder derjenigen Phasenrelais, an dessen bzw. deren zugehörigen Ausgangsanschlüssen eine jeweilige Spannung einstellbar und eingestellt ist, die der Spannung an der zugehörigen Netzphase entspricht, Warten, bis an dem oder den noch nicht mit den zugehörigen Netzphasen verbundenen Ausgangsanschlüssen eine Spannung einstellbar und eingestellt ist, die der Spannung an der zugehörigen Netzphase entspricht, und anschließendes Schließen des bzw. der noch nicht geschlossenen Phasenrelais.Only closing the phase relay or relays on whose or their associated output connections a respective voltage can be set and adjusted which corresponds to the voltage on the associated mains phase, wait until a voltage can be set on the output connections or not yet connected to the associated mains phases and is set, which corresponds to the voltage at the associated mains phase, and then closing the phase relay (s) that have not yet closed.
Ein typisch verwendeter Transformator des Drehstromnetzes erzeugt eine Spannung, die symmetrisch zu
Nimmt man eine gleichmäßige Beaufschlagung des Isolationswiderstands bei den PV-Modulen an, ist die Spannung
Der Wechselrichter muss vor dem Zuschalten seiner Netzrelais bzw. Phasenrelais eine Spannung erzeugen, die identisch mit der Spannung der entsprechenden Netzphase ist. Andernfalls verursacht der Potentialunterschied einen ungewollten Strom. Dieser Strom kann zum Defekt der Phasenrelais oder zu Instabilitäten der Stromregler führen. Die oben beschriebene Asymmetrie kann nun dazu führen, dass der notwendige Spannungspegel vor dem Zuschalten des Phasenrelais in einer der beiden Halbwellen nicht erzeugt werden kann. Before switching on its grid relays or phase relays, the inverter must generate a voltage that is identical to the voltage of the corresponding grid phase. Otherwise the potential difference causes an unwanted current. This current can lead to a defect in the phase relays or to instabilities in the current regulator. The asymmetry described above can mean that the necessary voltage level cannot be generated in one of the two half-waves before the phase relay is switched on.
Erfindungsgemäß wird nun mindestens ein Phasenrelais in der „richtigen“ Halbwelle zugeschaltet, d.h. in einer Halbwelle, in der die Ausgangsspannung derart eingestellt werden kann, dass sie der Phasenspannung exakt entspricht.According to the invention, at least one phase relay is now switched on in the "correct" half-wave, i.e. in a half-wave in which the output voltage can be set in such a way that it corresponds exactly to the phase voltage.
Bei PV-Wechselrichtern ist aus Gründen der Einfehler-Sicherheit die Verwendung von
Erfindungsgemäß werden nun nicht mehr alle drei Phasenrelais des Wechselrichters zeitgleich geschlossen. Stattdessen wird typisch zunächst ein Phasenrelais geschlossen, an dessen zugehörigem Wechselrichteranschluss die notwendige Phasenspannung mit dem geeigneten Pegel einstellbar ist. Nach einer bestimmten Wartezeit, in der eine Symmetrierung der Spannungen aufgrund des Schließens des einen Relais erfolgt ist, werden die verbleibenden beiden Phasenrelais geschlossen.According to the invention, all three phase relays of the inverter are no longer closed simultaneously. Instead, a phase relay is typically first closed, on the associated inverter connection of which the necessary phase voltage can be set at the appropriate level. After a certain waiting time, during which the voltages have been balanced due to the closing of one relay, the remaining two phase relays are closed.
Bei stark asymmetrischen PV-Generatoren kann der Wechselrichter entweder die positive oder die negative Halbwelle plus dem DC-Offset erzeugen. Durch die voneinander zeitlich getrennte Ansteuerung der drei Phasenrelais kann nun zunächst ein Ausgangsanschluss des Wechselrichters galvanisch mit der zugehörigen Netzphase des Drehstromnetzes verbunden werden. Wichtig hierbei ist, dass das zuerst schließende Phasenrelais in derjenigen Halbwelle zugeschaltet wird, in der der Wechselrichter die notwendige Phasenspannung auch stellen kann. Nach dem galvanischen Verbinden des einen Ausgangsanschlusses kann der Generator-Offset langsam ohne Strompeaks abgebaut werden, so dass dann die verbleibenden Phasenrelais problemlos geschlossen werden können, da der Wechselrichter nun in jedem Fall die notwendige Spannung an den zugehörigen Ausgangsanschlüssen stellen kann.In the case of highly asymmetrical PV generators, the inverter can generate either the positive or the negative half-wave plus the DC offset. By activating the three phase relays, which are separated from one another in time, an output connection of the inverter can now first be galvanically connected to the associated mains phase of the three-phase network. It is important that the phase relay that closes first is switched on in the half-wave in which the inverter can also set the necessary phase voltage. After the galvanic connection of the one output connection, the generator offset can be slowly reduced without current peaks, so that the remaining phase relays can then be closed without any problems, since the inverter can now set the necessary voltage at the associated output connections in any case.
Gemäß einer Ausführungsform werden folgende Schritte durchgeführt: Bestimmen des Potentialunterschieds zwischen dem positiven Zwischenkreispotential und dem PE-Potential, Bestimmen des Potentialunterschieds zwischen dem negativen Zwischenkreispotential und dem PE-Potential, Bestimmen des möglichen Spannungseinstellbereichs der Wechselrichtereinheit an dem ersten Ausgangsanschluss, an dem zweiten Ausgangsanschluss und an dem dritten Ausgangsanschluss in Abhängigkeit von den bestimmten Potentialunterschieden, und Schließen der Phasenrelais in Abhängigkeit von dem bestimmten Spannungseinstellbereich und in Abhängigkeit von den Spannungen an den zugehörigen Netzphasen.According to one embodiment, the following steps are carried out: determining the potential difference between the positive intermediate circuit potential and the PE potential, determining the potential difference between the negative intermediate circuit potential and the PE potential, determining the possible voltage setting range of the inverter unit at the first output connection, at the second output connection and at the third output connection depending on the determined potential differences, and closing the phase relays depending on the determined voltage setting range and depending on the voltages on the associated mains phases.
Der erfindungsgemäße PV-Wechselrichter ist zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens ausgebildet.The PV inverter according to the invention is designed to carry out the method described above.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert beschrieben. Hierbei zeigt:
-
1 ein PV-System mit einem erfindungsgemäßen Photovoltaik(PV)-Wechselrichter.
-
1 a PV system with a photovoltaic (PV) inverter according to the invention.
Der PV-Wechselrichter
Die Zwischenkreisspannung
Ein möglicher Spannungseinstellbereich der Wechselrichtereinheit
Der PV-Wechselrichter
Der PV-Wechselrichter
Vor einem Verbinden der Wechselrichtereinheit
Die Steuereinheit
Die Steuereinheit
Die Steuereinheit
Bei Netzen die einen starken Oberwellenanteil haben, muss der Wechselrichter bei der Synchronisation diese Oberwellen nachstellen. Um diese Oberwellen zu stellen, misst und speichert der Wechselrichter die Sinuskurven. Danach bildet er eine
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