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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter mit einem Gleichspannungseingang und einer dreiphasigen Brückenschaltung zur Umwandlung elektrischer Leistung sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters.
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STAND DER TECHNIK
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Wechselrichter können zum Anschluss von Gleichstromquellen, beispielsweise von Photovoltaik-Generatoren (PV-Generatoren) einer Photovoltaik-Anlage (PV-Anlage) und/oder von Batterien, an ein bestehendes Wechselspannungsnetz, insbesondere an ein elektrisches Energieversorgungsnetz, zum Einsatz kommen. Wechselrichter können dabei zum Austausch elektrischer Leistung mit dem bestehenden Wechselspannungsnetz eingerichtet sein und/oder selbst ein Inselnetz aufbauen. Ein Inselnetz stellt dabei ein autarkes elektrisches Energieversorgungsnetz zur Verfügung, das unabhängig vom bestehenden Wechselspannungsnetz ist.
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Ein Wechselrichter, der Leistung mit einem bestehenden Wechselspannungsnetz austauscht, folgt im Wesentlichen der Wechselspannung im Wechselspannungsnetz und erzeugt einen netzkonformen Wechselstrom, dessen Frequenz weitgehend der aktuellen Frequenz der Wechselspannung des Wechselspannungsnetzes entspricht und dessen Amplitude und damit Leistung sich an externen Randbedingungen, insbesondere denen der angeschlossenen Gleichstromquelle und/oder denen des bestehenden Wechselspannungsnetzes, orientieren kann. Insbesondere kann der ausgetauschte Wechselstrom anhand einer gewünschten Austauschleistung eingestellt werden, beispielsweise einer Lade- bzw. Entladeleistung einer Batterie als Gleichstromquelle, und/oder anhand der aktuellen Eigenschaften der angeschlossenen Gleichstromquelle, im Falle eines PV-Generators als Gleichstromquelle insbesondere zur Verwertung der maximal verfügbaren Generatorleistung. Darüber hinaus kann der Wechselrichter den mit dem Wechselspannungsnetz ausgetauschten Wechselstrom bei etwaigen Fehlerzuständen im Wechselspannungsnetz geeignet anpassen, um das Wechselspannungsnetz zu stabilisieren.
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Ein Wechselrichter, der ein Inselnetz aufbaut, gibt die Wechselspannung bezüglich Amplitude und Frequenz selbst vor und speist einen Strom in das Inselnetz ein, der geeignet ist, Amplitude und Frequenz der Wechselspannung im Inselnetz in jeweils zulässigen Wertebereichen zu halten.
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Elektrische Verbraucher, die an ein Wechselspannungsnetz oder ein Inselnetz angeschlossen sind, können als Last dem Netz eine elektrische Leistung entnehmen und zum Betrieb des Verbrauchers verwenden. Dabei wird die entnommene Leistung in der Regel vom Verbraucher selbst festgelegt und zunächst als Wechselstrom aus dem Netz entnommen und ggf. intern im Verbraucher in eine geeignete Form umgewandelt, beispielsweise in einen Gleichstrom oder in einen Wechselstrom mit abweichender Frequenz. Manche Verbraucher, insbesondere solche mit drehzahlvariablen Lasten, beispielsweise Motoren oder Pumpen, benötigen dazu Frequenzumrichter, die den netzfrequenten Wechselstrom aus dem Netz in einen Wechselstrom mit variabler Lastfrequenz umwandeln. Beispielsweise können Wärmepumpen oder Klimatisierungsgeräte mit Kompressoren ihre elektrische Leistung variieren, indem sie mit einer variablen Lastfrequenz betrieben werden.
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Derartige frequenzgeregelte Lasten können grundsätzlich direkt an einen Wechselrichter angeschlossen werden, sofern dieser zur Erzeugung eines Wechselstroms mit variabler Frequenz in einem ausreichenden Frequenzbereich eingerichtet ist. Zur Versorgung einer einphasig ausgelegten frequenzgeregelten Last genügt ein an sich bekannter einphasiger Wechselrichter, während dreiphasige frequenzgeregelte Lasten von einem an sich bekannten dreiphasigen Wechselrichter mit elektrischer Leistung versorgt werden können. Allerdings können derart verwendete Wechselrichter parallel zum Betrieb der frequenzgeregelten Last weder in ein Wechselspannungsnetz mit fester Netzfrequenz einspeisen noch ein Inselnetz mit einer festen Sollfrequenz aufbauen oder unterstützen.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wechselrichter bereitzustellen, der flexibler eingesetzt werden kann.
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LÖSUNG
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Die Aufgabe wird durch einen Wechselrichter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Ein Wechselrichter weist einen Gleichspannungseingang und eine leistungselektronische Brückenschaltung zur Umwandlung elektrischer Leistung auf. Die Brückenschaltung ist dreiphasig aufgebaut und weist einen Gleichspannungseingang sowie einen ersten Phasenanschluss, einen zweiten Phasenanschluss und einen dritten Phasenanschluss auf.
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Der Wechselrichter ist dazu eingerichtet, über den ersten Phasenanschluss und den zweiten Phasenanschluss elektrische Austauschleistung in Form eines netzkonformen Wechselstroms mit einem Wechselspannungsnetz auszutauschen und über den dritten Phasenanschluss elektrische Ausgangsleistung in Form eines frequenzvariablen Wechselstroms zur Versorgung einer Last mit frequenzvariabler Leistungsaufnahme auszugeben. Bevorzugt weist die leistungselektronische Brückenschaltung Leistungsschalter, insbesondere Halbleiter-Leistungsschalter auf, die zur Umwandlung der elektrischen Leistung getaktet geschaltet werden.
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Ein solcher Wechselrichter hat den Vorteil, dass eine einphasige frequenzgeregelte Last mit einem Wechselstrom mit variabler Frequenz versorgt werden kann und zeitgleich netzkonforme elektrische Leistung mit einem Wechselspannungsnetz ausgetauscht werden kann. Das Wechselspannungsnetz kann dabei ein bestehendes Energieversorgungsnetz, insbesondere ein örtliches oder regionales Verteilnetz oder ein Übertragungsnetz, oder aber ein Inselnetz sein. Der Austausch elektrischer Leistung mit dem Wechselspannungsnetz erfolgt dabei über den ersten und den zweiten Phasenanschluss. Die Versorgung der frequenzgeregelten Last erfolgt dabei über den dritten Phasenanschluss.
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In einer Ausführungsform ist die Brückenschaltung des Wechselrichters zur Umwandlung einer am Gleichspannungseingang verfügbaren elektrischen Eingangsleistung in die Ausgangsleistung und in die Austauschleistung eingerichtet, wobei der Wechselrichter dazu eingerichtet ist, die Austauschleistung aus einem ersten Teil der Eingangsleistung zu erzeugen und über den ersten Phasenanschluss und den zweiten Phasenanschluss in das Wechselspannungsnetz einzuspeisen sowie die Ausgangsleistung aus einem zweiten Teil der Eingangsleistung zu erzeugen und über den dritten Phasenanschluss an die Last auszugeben. Hierfür können die Leistungsschalter der Brückenschaltung entsprechend angesteuert werden. Die Leistungsschalter der Brückenschaltung werden insbesondere durch Leistungs-Halbleiterschalter realisiert.
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Eine anmeldungsgemäßer Wechselrichter kann beispielsweise durch einen schieflastfähigen, strom- oder spannungsgeregelten dreiphasigen Wechselrichter als Hardwarebasis realisiert werden. Durch entsprechende Ansteuerung der Leistungsschalter der Brückenschaltung können auf den verschiedenen Phasenanschlüssen geeignete Spannungsverläufe mit unterschiedlichen Frequenzen vorgegeben werden. Unter Schieflast versteht man die ungleichmäßige Belastung der Phasen eines dreiphasigen Wechselspannungsnetzes.
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In einer Ausführungsform ist der Wechselrichter dazu eingerichtet, die elektrische Austauschleistung über den ersten Phasenanschluss und den zweiten Phasenanschluss aus dem Wechselspannungsnetz zu beziehen und über den dritten Phasenanschluss die elektrische Ausgangsleistung an die Last auszugeben. Die Brückenschaltung ist dabei zur Umwandlung der am Gleichspannungseingang verfügbaren elektrischen Eingangsleistung sowie der am ersten Phasenanschluss und am zweiten Phasenanschluss aus dem Wechselspannungsnetz beziehbaren Austauschleistung in die über den dritten Phasenanschluss ausgebbare elektrische Ausgangsleistung eingerichtet. In dieser Ausführungsform kann der Wechselrichter auch auf der ersten und/oder der zweiten Phase elektrische Leistung netzkonform aus dem Wechselspannungsnetz beziehen und mit einer ggf. abweichenden Frequenz zum Betrieb der frequenzgeregelten Last über den dritten Phasenanschluss ausgeben. Dadurch ist es möglich, die über den Gleichspannungseingang beziehbare Leistung durch aus dem Wechselspannungsnetz beziehbare Leistung zu ergänzen. Dies erhöht die Flexibilität des Einsatzes des Wechselrichters weiter. Diese Ausführungsform ist optional auch möglich, ohne dass über den Gleichspannungseingang Zugriff auf eine Gleichstromquelle besteht. Dies ist insbesondere bei einer leeren Batterie als Gleichstromquelle oder nachts bei einem PV-Generator als Gleichstromquelle von Vorteil.
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In einer Ausführungsform ist der Wechselrichter dazu eingerichtet, die elektrische Austauschleistung über den ersten Phasenanschluss und den zweiten Phasenanschluss aus dem Wechselspannungsnetz zu beziehen, über den dritten Phasenanschluss die elektrische Ausgangsleistung an die Last auszugeben und über den Gleichspannungseingang eine Rückspeiseleistung auszugeben. Die Brückenschaltung ist dabei zur Umwandlung der am ersten Phasenanschluss und am zweiten Phasenanschluss beziehbaren elektrischen Leistung in die über den dritten Phasenanschluss ausgebbare elektrische Ausgangsleistung und in die über den Gleichspannungseingang ausgebbare Rückspeiseleistung eingerichtet. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass eine frequenzgeregelte Last am dritten Phasenanschluss betrieben werden kann und zugleich eine am Gleichspannungseingang angeschlossene Batterie über die Rückspeiseleistung aufgeladen werden kann. Diese Ausführungsform ist insbesondere von Vorteil, wenn eine als Gleichstromquelle angeschlossene Batterie leer ist und aufgeladen werden soll. Alternativ ist auch möglich, die Last über den Wechselrichter zu versorgen, ohne dass eine elektrische Leistung am Gleichspannungseingang verfügbar ist, beispielsweise nachts bei Verwendung einer PV-Anlage als Gleichstromquelle.
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In einer Ausführungsform weist der Wechselrichter eine Schnittstelle zum Empfang eines Steuersignals auf, welches die Sollfrequenz des über den dritten Phasenanschluss ausgebbaren Wechselstroms umfasst. Die erforderliche Sollfrequenz, die sich beispielsweise bei einer Pumpe als Last aus der in einem gewünschten Betriebszustand der Pumpe erforderlichen Drehzahl ergibt, kann damit in Form des Steuersignals von der Last an den Wechselrichter übermittelt werden. Bevorzugt weist der Wechselrichter eine Steuereinrichtung auf, die eingerichtet ist, unter Verwendung der Sollfrequenz Leistungsschalter der Brückenschaltung anzusteuern und so die Frequenz des elektrischen Wechselstromes an dem dritten Phasenanschluss einzustellen.
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Durch das Einstellen der Frequenz kann die Leistungsaufnahme der frequenzgeregelten Last eingestellt werden. Die frequenzgeregelte Last kann insbesondere einen Verbraucher wie beispielsweise einen Antrieb, z. B. einen frequenzgeregelten Motor, oder eine frequenzgeregelte Pumpe umfassen, welche an den dritten Phasenanschluss des Wechselrichters gekoppelt sein können. Dieser dritte Phasenanschluss ist dann bevorzugt nicht an das Wechselspannungsnetz angeschlossen. Die Frequenz des vom Wechselrichter auf der dritten Phase erzeugten Wechselstroms kann so zur Einstellung der Leistung der frequenzgeregelten Last verwendet werden, beispielsweise indem sich eine Motordrehzahl anhand dieser Frequenz ergibt. Dadurch wird eine frequenzabhängige Leistung vom Wechselrichter direkt in die frequenzgeregelte Last eingespeist. Diese Leistung kann beispielsweise durch eine Steuereinrichtung der Last vorgegeben und an den Wechselrichter übermittelt werden, der durch geeignete Ansteuerung der Leistungsschalter der Brückenschaltung die passende Frequenz des elektrischen Wechselstromes an dem dritten Phasenanschluss und damit die gewünschte Leistung einstellen kann. Der erste und zweite Phasenanschluss des Wechselrichters kann zeitgleich mit einem Wechselspannungsnetz verbunden sein, so dass auf der ersten und der zweiten Phase elektrische Leistung mit Netzfrequenz mit dem Wechselspannungsnetz ausgetauscht wird.
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In einer Ausführungsform weist der Wechselrichter phasenspezifische Spannungsmessmittel am ersten Phasenanschluss und am zweiten Phasenanschluss auf. Die Steuereinrichtung des Wechselrichters ist eingerichtet, aus der am ersten Phasenanschluss und am zweiten Phasenanschluss gemessenen Netzspannung die Netzfrequenz zu ermitteln. In einer Weiterbildung der Ausführungsform ist die Steuereinrichtung des Wechselrichters eingerichtet, unter Verwendung der Netzspannung und der Netzfrequenz Leistungsschalter der Brückenschaltung anzusteuern und so den über den ersten Phasenanschluss und den zweiten Phasenanschluss mit dem Wechselspannungsnetz ausgetauschten elektrischen Wechselstrom insbesondere hinsichtlich Frequenz, Phasenlage und Amplitude zu regeln. Hierdurch die der Wechselrichter in der Lage, netzkonforme elektrische Leistung mit dem Wechselspannungsnetz auszutauschen, das heißt in das Wechselspannungsnetz einzuspeisen und/oder aus dem Wechselspannungsnetz zu beziehen.
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Eine anmeldungsgemäße Vorrichtung weist einen Wechselrichter und eine frequenzvariable Last auf, wobei die frequenzvariable Last an den dritten Phasenanschluss des Wechselrichters angeschlossen und dazu eingerichtet ist, ein Steuersignal mit einer Sollfrequenz für die frequenzvariable Last an den Wechselrichter zu übermitteln. Hierdurch kann die Einstellung der Sollfrequenz und damit der Leistungsaufnahme der Last durch den Wechselrichter erfolgen, bevorzugt durch die Steuereinheit des Wechselrichters, die die Leistungsschalter der Brückenschaltung des Wechselrichters entsprechend ansteuert.
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Ein Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters weist die folgenden Schritte auf:
- Messen der phasenspezifischen Netzspannungen am ersten Phasenanschluss und am zweiten Phasenanschluss;
- Ermitteln der Netzfrequenz aus den gemessenen Netzspannungen;
- Empfangen einer Sollfrequenz für den dritten Phasenanschluss;
- Ansteuern von Leistungsschaltern einer Brückenschaltung des Wechselrichters unter Verwendung der Sollfrequenz und der Netzfrequenz, um so phasenspezifische Wechselströme an den drei Phasenanschlüssen einzustellen.
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Ein solches Verfahren erlaubt den direkten Anschluss von einphasigen Lasten mit frequenzvariabler Leistungsaufnahme an dem dritten Phasenanschluss eines dreiphasigen Wechselrichters. Ein solches Verfahren erlaubt außerdem einen flexiblen Betrieb des Wechselrichters, um - je nach Betriebsmodus, ggf. auch gleichzeitig - elektrische Leistung aus dem Wechselspannungsnetz und/oder über den Gleichspannungseingang zu beziehen und/oder elektrische Leistung über den Gleichspannungseingang rückzuspeisen und/oder in das Wechselspannungsnetz einzuspeisen.
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Bevorzugt wird bei dem Verfahren die Frequenz des Wechselstroms am dritten Phasenanschluss in Abhängigkeit von der Sollfrequenz sowie die Frequenz der Wechselströme am ersten Phasenanschluss und am zweiten Phasenanschluss in Abhängigkeit von der Netzfrequenz eingestellt. Die Sollfrequenz kann dabei insbesondere um einen Faktor zwischen 0,1 und 10, bevorzugt zwischen 0,5 und 2, von der Netzfrequenz abweichen. Ein möglicher Wertebereich für die Sollfrequenz ist 25 Hz bis 100 Hz.
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Figurenliste
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
- 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung mit einem Wechselrichter und Gleichstromquellen sowie ein Wechselspannungsnetz und einen Netzabschnitt,
- 2 zeigt den schematischen Aufbau des dreiphasigen Wechselrichters mit einer Brückenschaltung, und
- 3 zeigt die Schritte eines Verfahrens zum Betrieb des Wechselrichters.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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1 zeigt schematisch einen Wechselrichter 2 mit einem Gleichspannungseingang 2.G, der mit einem PV-Generator 1 und einer Batterie 4 verbunden ist. Sowohl der PV-Generator 1 als auch die Batterie 4 wirken als Gleichstromquellen, wobei sowohl die Batterie 4 als auch der PV-Generator 1 grundsätzlich auch als „negative“ Gleichstromquelle wirken und Gleichstrom aufnehmen können. Insbesondere die Batterie 4 kann regelmäßig derart als Gleichstromsenke wirken, beispielsweise indem sie geladen wird. Der PV-Generator 1 kann Bestandteil einer PV-Anlage sein und ist in 1 optional stellvertretend für eine Mehrzahl von PV-Generatoren einer PV-Anlage dargestellt.
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Auf der Wechselspannungsseite weist der Wechselrichter 2 drei Phasenanschlüsse L1, L2, L3 auf. Der erste Phasenanschluss L1 und der zweite Phasenanschluss L2 sind mit einem Wechselspannungsnetz 3 verbunden. Über den ersten Phasenanschluss L1 und den zweiten Phasenanschluss L2 kann der Wechselrichter 2 elektrische Leistung mit dem Wechselspannungsnetz 3 austauschen. Das Wechselspannungsnetz 3 kann dabei ein bestehendes Energieversorgungsnetz, insbesondere ein Verteil- oder Übertragungsnetz, oder ein vom Wechselrichter 2 selbst aufgebautes Inselnetz sein.
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In 1 ist weiter ein Netzabschnitt 12, z. B. ein Haushalt dargestellt. Der Netzabschnitt 12 umfasst eine frequenzgeregelte Last 6, z. B. eine Pumpe eines Klimageräts mit einem Fluidkreislauf 7; es versteht sich, dass die Last 6 alternativ oder zusätzlich auch unabhängig vom Netzabschnitt 12 angeordnet sein und separat betrieben werden kann. Die Leistungsaufnahme der Last 6 ist eine Funktion der Frequenz des Wechselstroms, mit der die Last 6versorgt wird, beispielsweise indem die Drehzahl der Pumpe von der Frequenz des sie versorgenden Wechselstroms abhängt.
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Die Versorgung der Last 6 mit elektrischer Energie erfolgt im dargestellten Beispiel einphasig über den dritten Phasenanschluss L3 des Wechselrichters 2. Die Frequenz des Wechselstroms auf dem dritten Phasenanschluss L3 liegt dabei bevorzugt im Bereich zwischen 25 Hz und 100 Hz. Die Last 6 kann die von ihr benötigte Sollfrequenz über eine Steuerleitung 11 an den Wechselrichter 2 übermitteln. Über die Schnittstelle 9 kann der Wechselrichter 2 die Sollfrequenz empfangen.
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Der Wechselrichter 2 kann zusätzlich über die Phasen L1 und L2 mit dem Netzabschnitt 12 verbunden sein, um mindestens einen herkömmlichen Verbraucher 8 im Netzabschnitt 12 mit elektrischer Leistung aus dem Wechselrichter 2 zu versorgen. Dies ermöglicht, die vom Wechselrichter 2 über den Gleichspannungseingang 2.G bezogene und als Wechselstrom ausgegebene Energie gezielt und insbesondere möglichst vollständig lokal im Netzabschnitt 12 zu verbrauchen. Der Verbraucher 8 kann beispielsweise ein beliebiger einphasiger Verbraucher eines Haushalts sein.
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Optional kann der Netzabschnitt weitere Verbraucher (nicht dargestellt) aufweisen. Es ist grundsätzlich möglich, auch dreiphasige Verbraucher im Netzabschnitt 12 mit dreiphasiger Wechselspannung zu versorgen, beispielsweise indem ein dreiphasiger Verbraucher über den ersten und zweiten Phasenanschluss L1, L2 aus dem Wechselrichter und über eine dritte Phase L3' aus dem Wechselspannungsnetz 3 versorgt wird. Dies ist von insbesondere von Vorteil, da die vom Wechselrichter 2 auf Phase L3 ausgegebene Leistung von herkömmlichen Verbrauchern im Netzabschnitt 12 nicht ohne weiteres verwertet werden kann, insbesondere aufgrund der variablen Frequenz des Wechselstroms auf Phase L3. Durch die Verbindung des Netzabschnittes 12 mit den Phasen L1 und L2 wird jedoch ermöglicht, dass die vom Wechselrichter 2 aus der Gleichstromquelle bezogene Energie möglichst komplett und unmittelbar lokal verbraucht werden kann.
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In 2 ist schematisch der Wechselrichter 2 aus 1 mit einer Brückenschaltung 2a dargestellt. Die Brückenschaltung 2a weist einen Gleichspannungseingang 2.G auf, über den Gleichstromquellen an den Wechselrichter 2 angeschlossen werden können. In 2 sind eine Batterie 4 und ein PV-Generator 1 als beispielhafte Gleichstromquellen dargestellt. Die Brückenschaltung 2a weist auf ihrer Wechselspannungsseite einen ersten Phasenanschluss L1, einen zweiten Phasenanschluss L2, einen dritten Phasenanschluss L3 sowie den Neutralleiteranschluss N auf. Die drei Phasenanschlüsse L1, L2, L3 sind zum Austausch elektrischer Leistung mittels Wechselspannung ausgebildet. Die Brückenschaltung 2a weist eine Anzahl an Leistungsschaltern auf, die insbesondere in einer dreiphasigen Topologie zwischen dem Gleichspannungseingang 2.G und den Phasenanschlüssen L1, L2, L3 angeordnet sein können. Die Leistungsschalter werden mittels einer geeigneten Taktung bevorzugt derart angesteuert, so dass durch getaktetes Anlegen der Gleichspannung am Gleichspannungseingangs 2.G an die Phasenanschlüsse L1, L2, L3 des Wechselrichters 2 Wechselströme auf den Phasenanschlüssen L1, L2, L3 angeregt werden.
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Der erste Phasenanschluss L1 und der zweite Phasenanschluss L2 sind ausgebildet, mit dem Wechselspannungsnetz 3 elektrische Leistung auszutauschen, also entweder in das Wechselspannungsnetz 3 einzuspeisen oder aus dem Wechselspannungsnetz 3 zu beziehen. Ist das Wechselspannungsnetz 3 ein vom Wechselrichter 2 maßgeblich beeinflusstes Inselnetz, so kann der Wechselrichter 2 die Netzfrequenz vorgeben und Phasenlage sowie Amplitude des Wechselstroms auf den Phasen L1 und L2 geeignet einstellen, um das Inselnetz zu bilden. Ist das Netz 3 ein bestehendes Wechselspannungsnetz, so passt der Wechselrichter 2 Frequenz und Phasenlage des über die Phasen L1 und L2 ausgetauschten Wechselstroms an das Wechselspannungsnetz 3 an. Hierfür sind phasenspezifische Spannungsmessmittel 5 vorgesehen, die eingerichtet sind, die Netzspannungen auf dem ersten Phasenanschluss L1 und dem zweiten Phasenanschluss L2 zu messen.
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Der Wechselrichter 2 umfasst weiter eine Steuereinrichtung 10. Die Steuereinrichtung 10 ist mit den phasenspezifischen Spannungsmessmitteln 5 verbunden, die jeweils einem Phasenleiter L1 oder L2 sowie dem Neutralleiter N zugeordnet sind. Die Spannungsmessmittel 5 erfassen die Netzspannungen UN der einzelnen Phasen. Die Steuereinrichtung 10 empfängt von den Spannungsmessmitteln 5 die gemessenen Netzspannungen UN . Die Steuereinrichtung 10 ist ausgelegt, die Leistungsschalter der Brückenschaltung 2a derart anzusteuern, dass auf den Phasenanschlüssen L1, L2 eine mit der Netzspannung UN synchronisierte Ausgangsspannung anliegt, die einen Wechselstrom zum Austausch elektrischer Leistung mit dem Wechselspannungsnetz 3 erzeugt.
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Die Steuereinrichtung 10 ist weiter eingerichtet, die Leistungsschalter der Brückenschaltung 2a derart anzusteuern, dass auf dem dritten Phasenanschluss L3 ein Wechselstrom mit variabler Frequenz ausgegeben werden kann. Die Steuereinrichtung 10 ist insbesondere eingerichtet, auf dem dritten Phasenanschluss L3 einen Wechselstrom mit einer Sollfrequenz einzustellen, die insbesondere von der Netzfrequenz der Wechselspannung im Wechselspannungsnetz 3 abweicht. Die Sollfrequenz für den Wechselstrom kann von der Steuereinrichtung 10 mittels eines Steuersignals 11 über die Schnittstelle 9 empfangen werden. Die Last 6 ist dabei eingerichtet, die von ihr gewünschte oder benötigte Sollfrequenz über das Steuersignal 11 auszugeben.
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Die Steuereinrichtung ist weiter eingerichtet, über den Gleichspannungseingang 2.G des Wechselrichters 2 eine Rückspeiseleistung in Form von Gleichstrom auszugeben. Diese Rückspeiseleistung kann z. B. dazu dienen, die Batterie 4 aufzuladen. In einem solchen Betriebsmodus ist der Wechselrichter 2 also dazu eingerichtet, über den ersten und zweiten Phasenanschluss L1, L2 elektrische Leistung aus dem Wechselspannungsnetz 3 zu beziehen und über den Gleichspannungseingang 2.G als Gleichstrom auszugeben. Die Ausgabe von Wechselstrom über den dritten Phasenanschluss L3 kann optional parallel dazu erfolgen.
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3 zeigt ein Verfahren zum Betrieb des Wechselrichters 2. In Schritt S1 werden die phasenspezifischen Netzspannungen UN am ersten Phasenanschluss L1 und am zweiten Phasenanschluss L2 durch die Spannungsmessmittel 5 gemessen. In Schritt S2 wird die Netzfrequenz aus den gemessenen Netzspannungen UN durch die Steuereinrichtung 10 ermittelt. In Schritt S3 wird die Sollfrequenz für den dritten Phasenanschluss durch die Steuereinrichtung 10 von der Last 6 mittels des Steuersignals 11 über die Schnittstelle 9 empfangen. In Schritt S4 werden die Leistungsschalter der Brückenschaltung 2a des Wechselrichters 2 unter Verwendung der Sollfrequenz und der Netzfrequenz durch die Steuereinrichtung 10 angesteuert, um so phasenspezifische Wechselströme an den drei Phasenanschlüssen L1, L2, L3 einzustellen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- PV-Generator
- 2
- Wechselrichter
- 2.G
- Gleichspannungseingang
- 2a
- Brückenschaltung
- 3
- Wechselspannungsnetz
- 4
- Batterie
- 5
- phasenspezifische Spannungsmessmittel
- 6
- Last
- 7
- Kühlkreislauf
- 8
- Last
- 9
- Schnittstelle
- 10
- Steuereinrichtung
- 11
- Steuersignal
- 12
- Netzabschnitt
- N
- Neutralleiter
- L1
- erster Phasenanschluss
- L2
- zweiter Phasenanschluss
- L3
- dritter Phasenanschluss
- L3'
- dritte Phase des Wechselspannungsnetzes
- UN
- Netzspannungen
