DE102018219293A1

DE102018219293A1 - Wechselrichter

Info

Publication number: DE102018219293A1
Application number: DE102018219293.6A
Authority: DE
Inventors: Harald Drangmeister; Sven Meißinger; Christoph Kipphan; Jochen Rothweiler
Original assignee: Kaco New Energy GmbH
Current assignee: Kaco New Energy GmbH
Priority date: 2018-11-12
Filing date: 2018-11-12
Publication date: 2020-05-14
Also published as: KR20210113177A; KR20240069816A; WO2020099116A1; US20220014089A1; US11973418B2; EP3853986A1

Abstract

Wechselrichter (1), aufweisend:- mindestens ein in einem Innenraum (2) des Wechselrichters (1) angeordnetes Relais (3), das dazu ausgebildet ist, den Wechselrichter (1) mit einer Netzphase (4) zu verbinden oder den Wechselrichter (1) von der Netzphase (4) zu trennen,- einen Temperatursensor (5), der dazu ausgebildet ist, eine Innenraumtemperatur des Wechselrichters (1) zu messen, und- eine Steuereinheit (6), die dazu ausgebildet ist,- das Relais (3) anzusteuern,- mittels des Temperatursensors (5) die Innenraumtemperatur zu bestimmen, und- einen Schaltzeitpunkt für das Relais (3) in Abhängigkeit von der Innenraumtemperatur zu berechnen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wechselrichter zur Verfügung zu stellen, der ein zuverlässiges Verbinden bzw. Trennen des Wechselrichters mit einem Wechselspannungsnetz bzw. Drehstromnetz ermöglicht.
Der Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Wechselrichter nach Anspruch 1.
Der Wechselrichter weist herkömmlich mindestens ein (Phasen-) Relais auf, das in einem durch ein Gehäuse gebildeten Innenraum des Wechselrichters angeordnet ist. Das (Phasen-) Relais ist dazu vorgesehen, den Wechselrichter mit einer zugehörigen Netzphase eines Drehstromnetzes zu verbinden oder den Wechselrichter von dieser Netzphase zu trennen. Insoweit sei auch auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.
Der Wechselrichter weist weiter einen Temperatursensor auf, beispielsweise in Form eines PTC- oder NTC-Widerstandsbauelements. Der Temperatursensor ist dazu vorgesehen, eine Innenraumtemperatur des Wechselrichters zu messen, beispielsweise indem er einen Widerstandswert einnimmt, der charakteristisch für die Innenraumtemperatur ist.
Der Wechselrichter weist weiter eine Steuereinheit auf, beispielsweise in Form eines Signalprozessors, die bzw. der dazu vorgesehen ist, das Relais zum Verbinden des Wechselrichters mit der Netzphase bzw. Trennen des Wechselrichters von der Netzphase anzusteuern.
Die Steuereinheit bestimmt mittels des Temperatursensors die Innenraumtemperatur, beispielsweise durch Auswerten des Widerstandswerts des Temperatursensors, und berechnet einen Schaltzeitpunkt für das Relais in Abhängigkeit von der Innenraumtemperatur. Die Steuereinheit kann abhängig von der bestimmten Innenraumtemperatur auch noch weitere Funktionen des Wechselrichters steuern bzw. regeln, beispielsweise bei einer zu hohen Innenraumtemperatur eine mittels des Wechselrichters in das Drehstromnetz eingespeiste Leistung reduzieren, usw.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, den Schaltzeitpunkt für das Relais in Abhängigkeit von der Innenraumtemperatur dadurch zu berechnen, dass die Steuereinheit zunächst einen theoretischen Schaltzeitpunkt ermittelt. Der theoretische Schaltzeitpunkt ist derjenige Zeitpunkt, an dem bei einem ideal verzögerungsfreien Schalten des Relais ein Schließen des Relais-Kontakts bzw. ein Öffnen des Relais-Kontakts erfolgen würde/sollte, beispielsweise weil der Wechselrichter an dem theoretischen Schaltzeitpunkt mit dem Drehstromnetz verbunden werden soll oder von dem Drehstromnetz getrennt werden soll. Die Steuereinheit bestimmt nun in Abhängigkeit von der Innenraumtemperatur eine temperaturabhängige Vorhaltezeit. Die Steuereinheit bestimmt dann den tatsächlichen Schaltzeitpunkt bezogen auf den theoretischen Schaltzeitpunkt um die Vorhaltezeit verfrüht, d.h. steuert das Relais um die Vorhaltezeit verfrüht an.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Wechselrichter einen nicht-flüchtigen Speicher auf, wobei in dem nicht-flüchtigen Speicher mindestens eine Zuordnungstabelle gespeichert ist, die einer Mehrzahl von unterschiedlichen Temperaturen jeweils eine zugehörige, temperaturabhängige Vorhaltezeit zuordnet.
Gemäß einer Ausführungsform deckt die Tabelle einen Temperaturbereich zwischen -40 Grad Celsius und +85 Celsius ab, beispielsweise in Schritten von 5 K.
Gemäß einer Ausführungsform sind in dem Speicher eine Anzahl k von Zuordnungstabellen für k verschiedene Typen von Relais gespeichert, wobei eine jeweilige Zuordnungstabelle der Anzahl k von Zuordnungstabellen relaistypspezifisch einer Anzahl n von unterschiedlichen Temperaturen temperaturabhängige Vorhaltezeiten zuordnet. Es gilt k = 2, 3, 4, .... und n = 2, 3, 4, .....
Gemäß einer Ausführungsform weist der Wechselrichter drei typgleiche Relais auf, die in der oben beschriebenen Art und Weise mit einer temperaturabhängigen Vorhaltezeit angesteuert werden.
Die (Phasen-) Relais des Wechselrichters werden erfindungsgemäß mit einer temperaturabhängigen Vorhaltzeit geschaltet. Ausgehend vom theoretisch in Software vorausberechneten und gewünschten Schaltzeitpunkt wird der eigentliche Schaltvorgang durch ein um die temperaturabhängige Vorhaltzeit verfrühtes Geben des Schaltbefehls eingeleitet. Die typische Vorhaltzeit bestimmt sich maßgeblich durch die mechanische Trägheit der Schaltkontakte der Relais (=Schaltverzögerung).
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die typische Schaltverzögerung nicht konstant über der Temperatur ist. Durch Vermessung des Schaltverhaltens des eingesetzten Relaistyps über dem beabsichtigten Temperaturbereich können für bestimmte Temperaturen (Stützstellen) jeweils typische Werte der Schaltverzögerung des Relais bestimmt werden. Aus diesen lassen sich mittels Interpolation auch für weitere Zwischenwerte der Umgebungstemperatur die typischen Schaltverzögerungszeiten bestimmen. Die hieraus gewonnenen Interpolationsparameter lassen sich in der Gerätesoftware ablegen. Hiermit kann bei Kenntnis der aktuellen Gerätetemperatur (Innenraumtemperatursensor im Gerät vorhanden) die nötige Vorhaltzeit zur Schalten der (Phasen-) Relais für eine beliebige Umgebungstemperatur bestimmt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben. Hierbei zeigt:

1 hoch schematisch ein PV-System mit einem erfindungsgemäßen Wechselrichter und
2 eine Anzahl von in einem Speicher des Wechselrichters gespeicherte Zuordnungstabellen, die einer Temperatur eine Vorhaltezeit zuordnen.

1 zeigt hoch schematisch ein PV-System mit einer Anzahl von herkömmlichen PV-Modulen 7 und einem mit diesen gekoppelten erfindungsgemäßen Wechselrichter 1. Der Wechselrichter 1 ist herkömmlich dazu vorgesehen, von den PV-Modulen gewandelte elektrische Energie in ein Drehstromnetz 9 einzuspeisen. Von dem Drehstromnetz 9 ist exemplarisch eine einzelne Netzphase 4 gezeigt.
Der Wechselrichter 1 weist mehrere in einem Innenraum 2 des Wechselrichters 1 angeordnete (Phasen-) Relais 3 auf, wobei aus Gründen der einfacheren Darstellung lediglich ein einzelnes Relais 3 dargestellt ist. Das bzw. die Relais 3 dienen dazu, den Wechselrichter 1 mit einer zugehörigen Netzphase 4 zu verbinden oder den Wechselrichter 1 von dieser Netzphase 4 zu trennen. Ebenfalls aus Gründen der einfacheren Darstellung ist lediglich eine einzelne Netzphase 4 dargestellt. Es versteht sich, dass bei einem herkömmlichen Drehstromnetz 9 drei Netzphasen und zugehörige Phasenrelais vorhanden sind.
Der Wechselrichter 1 weist einen Temperatursensor 5 auf, der dazu ausgebildet ist, eine Innenraumtemperatur des Wechselrichters 1 zu messen.
Der Wechselrichter 1 weist weiter eine Steuereinheit 6 auf, beispielsweise in Form eines digitalen Signalprozessors, die bzw. der dazu ausgebildet ist, das bzw. die Relais 3 anzusteuern, mittels des Temperatursensors 5 die Innenraumtemperatur zu bestimmen, und einen Schaltzeitpunkt für das bzw. die Relais 3 in Abhängigkeit von der Innenraumtemperatur zu berechnen.
Die Steuereinheit 6 ist dazu ausgebildet, den Schaltzeitpunkt für das oder die Relais 3 in Abhängigkeit von der Innenraumtemperatur dadurch zu berechnen, dass die Steuereinheit 6 zunächst einen theoretischen Schaltzeitpunkt ermittelt, dann in Abhängigkeit von der Innenraumtemperatur eine Vorhaltezeit TV bestimmt, siehe 2, und schließlich den tatsächlichen Schaltzeitpunkt bezogen auf den theoretischen Schaltzeitpunkt um die Vorhaltezeit TV verfrüht festlegt und entsprechend triggert.
Der Wechselrichter 1 weist einen Speicher 8 auf, wobei bezugnehmend auf 2 in dem Speicher 8 eine Anzahl k von Zuordnungstabellen TB1 bis TBk gespeichert sind, die für k verschiedene Typen von Relais 3 jeweils einer Anzahl n von verschiedenen Temperaturen T1 bis Tn eine entsprechende Vorhaltezeit TV1 bis TVn zuordnen.
Die Tabellen TB1 bis TBk decken jeweils einen Temperaturbereich zwischen -40 Grad Celsius und +85 Celsius in 5 K Schritten ab.
In der Tabelle TB1 kann beispielsweise ein erster Tabelleneintrag einer Temperatur T1 von -40 Grad Celsius eine Vorhaltezeit TV1 von 25 ms zuordnen. Der nächste Eintrag ordnet dann einer Temperatur T2 von -35 Grad Celsius eine Vorhaltezeit TV1 von 23 ms zu, usw. Diese Zuordnung erfolgt für jeden Typ i von Relais in der relaistypspezifischen Zuordnungstabelle TBi.

Claims

Wechselrichter (1), aufweisend: - mindestens ein in einem Innenraum (2) des Wechselrichters (1) angeordnetes Relais (3), das dazu ausgebildet ist, den Wechselrichter (1) mit einer Netzphase (4) zu verbinden oder den Wechselrichter (1) von der Netzphase (4) zu trennen, - einen Temperatursensor (5), der dazu ausgebildet ist, eine Innenraumtemperatur des Wechselrichters (1) zu messen, und - eine Steuereinheit (6), die dazu ausgebildet ist, - das Relais (3) anzusteuern, - mittels des Temperatursensors (5) die Innenraumtemperatur zu bestimmen, und - einen Schaltzeitpunkt für das Relais (3) in Abhängigkeit von der Innenraumtemperatur zu berechnen.
Wechselrichter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - die Steuereinheit (6) dazu ausgebildet ist, den Schaltzeitpunkt für das Relais (3) in Abhängigkeit von der Innenraumtemperatur dadurch zu berechnen, - dass die Steuereinheit (6) einen theoretischen Schaltzeitpunkt ermittelt, - dass die Steuereinheit (6) in Abhängigkeit von der Innenraumtemperatur eine Vorhaltezeit (TV) bestimmt, und - dass die Steuereinheit (6) den Schaltzeitpunkt bezogen auf den theoretischen Schaltzeitpunkt um die Vorhaltezeit (TV) verfrüht bestimmt.
Wechselrichter (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass - der Wechselrichter (1) einen Speicher (8) aufweist, wobei in dem Speicher (8) mindestens eine Zuordnungstabelle (TB1 bis TBk) gespeichert ist, die einer Anzahl n von Temperaturen (T1 bis Tn) Vorhaltezeiten (TV1 bis TVn) zuordnet.
Wechselrichter (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass - die mindestens eine Tabelle (TB1 bis TBk) einen Temperaturbereich zwischen -40 Grad Celsius und +85 Celsius abdeckt.
Wechselrichter (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass - in dem Speicher (8) eine Anzahl k von Zuordnungstabellen (TB1 bis TBk) für k verschiedene Typen von Relais (3) gespeichert sind, wobei eine jeweilige Zuordnungstabelle der Anzahl k von Zuordnungstabellen (TB1 bis TBk) relaistypspezifisch einer Anzahl n von Temperaturen (T1 bis Tn) Vorhaltezeiten (TV1 bis TVn) zuordnet.
Wechselrichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Wechselrichter drei Relais (3) aufweist.