DE102020115757A1 - DEVICE AND METHOD FOR DETECTING A FAULT CURRENT IN A PHOTOVOLTAIC SYSTEM, AS WELL AS PHOTOVOLTAIC INVERTER WITH THE DEVICE - Google Patents

DEVICE AND METHOD FOR DETECTING A FAULT CURRENT IN A PHOTOVOLTAIC SYSTEM, AS WELL AS PHOTOVOLTAIC INVERTER WITH THE DEVICE Download PDF

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Abstract

Die Anmeldung beschreibt eine Detektionsvorrichtung (30) zur Detektion eines Fehlerstroms (IFehl) an einem PV-Generator (8) und/oder an dem PV-Generator (8) zugeordneten DC-Leitungen (4.1 - 4.3, 5.1 - 5.3) einer PV-Anlage (1), wobei der PV-Generator (8) zumindest einen ersten PV-String (2.1) und einen zweiten PV-String (2.2) aufweist, die über jeweils zwei DC-Leitungen (4.1, 5.1, 4.2, 5.2) mit einem PV-Wechselrichter (10) der PV-Anlage (1) verbunden sind. Dabei weist die Detektionsvorrichtung (30) zumindest einen Stromwandler (31) und eine mit dem zumindest einen Stromwandler (31) verbundene Auswerteeinheit (32) auf. Der Stromwandler (31) ist als ein von dem ersten PV-String (2.1) und dem zweiten PV-String (2.2) gemeinsam nutzbarer Stromwandler (31) ausgebildet, wobei ein Messsignal des gemeinsam nutzbaren Stromwandlers (31) eine Differenz eines von dem ersten PV-String (2.1) gegen das Erdpotential (PE) fließenden ersten Summenstroms (ISum,1) und eines von dem zweiten PV-String (2.2) gegen das Erdpotential (PE) fließenden zweiten Summenstroms (Isum,2) repräsentiert, und wobei der Fehlerstrom (IFehl), sofern er auftritt, ein Bestandteil des ersten Summenstroms (ISum,1) und/oder des zweiten Summenstroms (Isum,2) ist. Die Anmeldung beschreibt zudem einen PV-Wechselrichter (10) mit einer entsprechenden Detektionsvorrichtung (30), sowie ein Verfahren zur Detektion eines Fehlerstroms ( IFehl).The application describes a detection device (30) for detecting a fault current (IFehl) on a PV generator (8) and / or on the PV generator (8) assigned DC lines (4.1 - 4.3, 5.1 - 5.3) of a PV System (1), wherein the PV generator (8) has at least a first PV string (2.1) and a second PV string (2.2), which each have two DC lines (4.1, 5.1, 4.2, 5.2) with a PV inverter (10) of the PV system (1) are connected. The detection device (30) has at least one current transformer (31) and an evaluation unit (32) connected to the at least one current transformer (31). The current transformer (31) is designed as a current transformer (31) that can be used jointly by the first PV string (2.1) and the second PV string (2.2), a measurement signal from the jointly usable current transformer (31) being a difference between one of the first PV string (2.1) against the earth potential (PE) flowing first total current (ISum, 1) and a second total current (Isum, 2) flowing from the second PV string (2.2) against the earth potential (PE), and where the Fault current (IFehl), if it occurs, is a component of the first total current (ISum, 1) and / or the second total current (Isum, 2). The application also describes a PV inverter (10) with a corresponding detection device (30), as well as a method for detecting a fault current (IFehl).

Description

Technisches Gebiet der ErfindungTechnical field of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Detektion eines Fehlerstroms in einer Photovoltaik-Anlage (PV-Anlage). Bei dem Fehlerstrom kann es sich insbesondere um einen relativ kleinen resistiven Strom handeln, der zusätzlich zu einem im Normalbetrieb der PV-Anlage stets vorhandenen und relativ großen kapazitiven Ableitstrom auftreten kann. Die Erfindung betrifft zusätzlich einen Photovoltaik-Wechselrichter (PV-Wechselrichter) mit einer derartigen Vorrichtung.The invention relates to a device and a method for detecting a fault current in a photovoltaic system (PV system). The fault current can in particular be a relatively small resistive current, which can occur in addition to a relatively large capacitive leakage current that is always present during normal operation of the PV system. The invention also relates to a photovoltaic inverter (PV inverter) with such a device.

Stand der TechnikState of the art

Eine Photovoltaik-Anlage (PV-Anlage) kann eine Vielzahl an elektrischen Komponenten, insbesondere an Photovoltaik (PV) - Modulen umfassen, die in dezentraler Weise über eine große Fläche verteilt sind. Eine Gruppe von PV-Modulen, die stringweise, also untereinander in Form einer Reihenschaltung gruppiert ist, wird auch Photovoltaik-String (PV-String) genannt. Ein Photovoltaik-(PV-)Generator einer Photovoltaik-(PV-)Anlage kann einen oder mehrere Photovoltaik-(PV-)Teilgeneratoren aufweisen, die parallel zueinander gegebenenfalls jeweils über einen separaten DC/DC-Wandler mit einem gemeinsamen Gleichspannungs-Zwischenkreis (DC-Zwischenkreis) eines PV-Wechselrichters verbunden sind. Jeder der PV-Teilgeneratoren kann einen oder mehrere parallel zueinander verschaltete PV-Strings aufweisen. Konstruktionsbedingt weisen die PV-Module einer PV-Anlage stets eine elektrische Kapazität gegenüber ihrer Umgebung, insbesondere gegenüber ihrer meist geerdeten Aufständerung auf. Diese Kapazität ist zur Funktion der PV-Anlage nicht zwingend erforderlich, ergibt sich jedoch unweigerlich aus dem mechanischen Aufbau der PV-Module. Sie wird daher oftmals als „parasitäre Kapazität“ oder „Ableitkapazität“ bezeichnet. Die parasitäre Kapazität der PV-Anlage steigt üblicherweise mit der Größe des ihr zugeordneten PV-Generators, weswegen ein leistungsstarker PV-Generator auch eine entsprechend große parasitäre Kapazität aufweist. Zudem ist die parasitäre Kapazität abhängig von Umgebungsbedingungen und steigt beispielsweise bei Regen aufgrund einer damit verbundenen feuchten Oberfläche der PV-Module und/oder einer wegen einer erhöhten Luftfeuchtigkeit geänderten Dielektrizitätskonstante der Luft weiter an.A photovoltaic system (PV system) can comprise a large number of electrical components, in particular photovoltaic (PV) modules, which are distributed in a decentralized manner over a large area. A group of PV modules that is grouped string by string, i.e. one below the other in the form of a series connection, is also called a photovoltaic string (PV string). A photovoltaic (PV) generator of a photovoltaic (PV) system can have one or more photovoltaic (PV) sub-generators, which are connected in parallel to each other via a separate DC / DC converter with a common DC voltage intermediate circuit (DC DC link) of a PV inverter are connected. Each of the PV sub-generators can have one or more PV strings connected in parallel to one another. Due to the design, the PV modules of a PV system always have an electrical capacity in relation to their surroundings, in particular in relation to their mostly grounded mounting. This capacity is not absolutely necessary for the function of the PV system, but inevitably results from the mechanical structure of the PV modules. It is therefore often referred to as "parasitic capacitance" or "leakage capacitance". The parasitic capacity of the PV system usually increases with the size of the PV generator assigned to it, which is why a powerful PV generator also has a correspondingly large parasitic capacity. In addition, the parasitic capacitance is dependent on ambient conditions and increases further, for example in the event of rain, due to an associated moist surface of the PV modules and / or a changed dielectric constant of the air due to increased air humidity.

In einem Normalbetrieb der PV-Anlage weisen die PV-Module des PV-Generators üblicherweise zusätzlich zu einer zwischen ihren Anschlüssen herrschenden Gleichspannung (DC-Spannung) auch eine Wechselspannung (AC-Spannung) gegenüber dem Erdpotential (PE) auf. Die AC-Spannung der PV-Module ist insbesondere, aber nicht ausschließlich bei PV-Anlagen mit einem transformatorlosen PV-Wechselrichter stark ausgeprägt. Die AC-Spannung der PV-Module gegenüber dem Erdpotential hängt von der individuellen Schaltungstopologie des PV-Wechselrichters ab und weist üblicherweise eine Frequenz auf, die einer Frequenz des AC-Netzes oder einem ganzzahligen Vielfachen der Frequenz des AC-Netzes entspricht, an das der PV-Wechselrichter ausgangsseitig angeschlossen ist. Aufgrund der AC-Spannung der PV-Module und deren parasitärer Kapazität gegenüber dem Erdpotential ergibt sich auch im normalen Betrieb der PV-Anlage stets ein mehr oder weniger starker Ableitstrom des PV-Generators gegen das Erdpotential.In normal operation of the PV system, the PV modules of the PV generator usually have, in addition to a direct voltage (DC voltage) between their connections, an alternating voltage (AC voltage) with respect to the earth potential ( PE ) on. The AC voltage of the PV modules is particularly, but not exclusively, pronounced in PV systems with a transformerless PV inverter. The AC voltage of the PV modules compared to the ground potential depends on the individual circuit topology of the PV inverter and usually has a frequency that corresponds to a frequency of the AC network or an integral multiple of the frequency of the AC network to which the PV inverter is connected on the output side. Due to the AC voltage of the PV modules and their parasitic capacitance in relation to the earth potential, there is always a more or less strong leakage current of the PV generator compared to the earth potential, even during normal operation of the PV system.

Kommt es nun aufgrund eines Fehlers, z. B. einer schadhaften Leitungsisolierung, zu einem Kontakt einer geerdeten Person mit einer spannungsführenden Komponente des PV-Generators, beispielsweise der schadhaften Leitung, so ergibt sich - aufgrund des direkten Kontaktes üblicherweise sprungartig - ein zusätzlicher Fehlerstrom gegen das Erdpotential. Da ein Fehlerstrom ab einem Wert von ca. 30 mA personengefährdend sein kann, ist es normativ gefordert, einen derartigen Fehlerstrom sicher zu erkennen und bei Detektion eines derartigen Fehlerstroms weitere Maßnahmen, beispielsweise ein Abschalten und/oder Kurzschließen des PV-Generators, insbesondere des betreffenden PV-Teilgenerators einzuleiten.If it comes due to an error, e.g. B. a defective line insulation, to a contact of a grounded person with a live component of the PV generator, for example the defective line, then there is - due to the direct contact usually abruptly - an additional fault current to the ground potential. Since a fault current above a value of approx. 30 mA can be hazardous to people, the normative requirement is to reliably detect such a fault current and, if such a fault current is detected, further measures, for example switching off and / or short-circuiting the PV generator, in particular the relevant one Initiate the PV sub-generator.

Aufgrund immer größer werdender Nominalleistungen von PV-Anlagen steigen auch die parasitären Kapazitäten der zugeordneten PV-Generatoren oder PV-Teilgeneratoren und somit auch die im Normalbetrieb der PV-Anlage stets vorhandenen kapazitiven Ableitströme. Der dem Fehlerstrom zugeordnete Schwellwert von beispielsweise 30 mA bleibt jedoch konstant, kann allenfalls aufgrund strengerer normativer Beschränkungen noch verkleinert werden. Daher kann ein eventuell vorhandener Fehlerstrom bedeutend kleiner im Vergleich zu dem stets vorhandenen kapazitiven Ableitstrom der PV-Anlage sein. Die Detektion des Fehlerstroms wird daher aufgrund des geringen Signal/Rausch-Verhältnisses und den damit verbundenen empfindlich auszulegenden Messsystemen zunehmend aufwendiger und teurer. Es ist daher wünschenswert, insbesondere auch bei größeren PV-Anlagen einen potentiell auftretenden Fehlerstrom sicher und dennoch kostengünstig detektieren zu können, insbesondere dann, wenn der potentiell auftretende Fehlerstrom klein gegen den im normalen Betrieb der PV-Anlage stets vorhandenen kapazitiven Ableitstrom ist.Due to the ever increasing nominal power of PV systems, the parasitic capacities of the assigned PV generators or PV sub-generators and thus the capacitive leakage currents that are always present during normal operation of the PV system also increase. The threshold value of 30 mA, for example, assigned to the fault current, however, remains constant and, if necessary, can still be reduced due to stricter normative restrictions. Any fault current that may be present can therefore be significantly smaller compared to the capacitive leakage current that is always present in the PV system. The detection of the fault current is therefore becoming increasingly complex and expensive due to the low signal-to-noise ratio and the associated sensitive measurement systems. It is therefore desirable, especially in larger PV systems, to be able to detect a potentially occurring fault current reliably and yet inexpensively, especially when the potentially occurring fault current is small compared to the capacitive leakage current that is always present during normal operation of the PV system.

Aus der Druckschrift EP 2372857 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung eines Fehlerstromanteils eines Differenzstroms bekannt, wobei der Differenzstrom aus einem Ableitstromanteil und einem Fehlerstromanteil zusammengesetzt ist. Bei dem Verfahren wird der Differenzstrom als Stromsumme über den Strom eines Wechselstromgenerators führende AC-Leitungen erfasst. Ein von Spannungen an dem Wechselstromgenerator gegenüber dem Erdpotential abhängiges elektrisches Signal wird hinsichtlich einer Kapazität gegenüber dem Erdpotential mit einem Skalierungsfaktor multipliziert. Schließlich wird das derart skalierte elektrische Signal als Maß für den Ableitstromanteil von dem Differenzstrom subtrahiert.From the pamphlet EP 2372857 A1 a method for determining a fault current component of a differential current is known, the differential current being composed of a leakage current component and a fault current component. In which In the procedure, the differential current is recorded as the sum of the current across the AC lines carrying the current from an alternating current generator. An electrical signal that is dependent on voltages on the alternator in relation to the earth potential is multiplied by a scaling factor with regard to a capacitance in relation to the earth potential. Finally, the electrical signal scaled in this way is subtracted from the differential current as a measure for the leakage current component.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, mit der/dem auch kleine Fehlerströme innerhalb üblicherweise hoher Ableitströme einer PV-Anlage sicher erkannt werden können. Dabei soll die Vorrichtung / das Verfahren einfach und kostengünstig realisierbar sein. Es ist zudem Aufgabe der Erfindung, einen zur Durchführung des Verfahrens geeigneten PV-Wechselrichter aufzuzeigen.The invention is based on the object of specifying a device and a method with which even small fault currents can be reliably detected within the usually high leakage currents of a PV system. The device / method should be able to be implemented simply and inexpensively. It is also an object of the invention to provide a PV inverter suitable for carrying out the method.

Lösungsolution

Die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Detektion eines Fehlerstroms in einer PV-Anlage anzugeben, wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe, ein Verfahren zur Detektion eines Fehlerstroms in einer PV-Anlage anzugeben, wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 6 gelöst. Die Aufgabe, eine erfindungsgemäßen PV-Wechselrichter aufzuzeigen, wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Detektionsvorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 5, vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens in den abhängigen Ansprüchen 7 bis 13 wiedergegeben. Vorteilhafte Ausführungsformen des PV-Wechselrichters sind in den abhängigen Ansprüchen 15 und 16 aufgeführt.The object of specifying a device for detecting a fault current in a PV system is achieved according to the invention by a device with the features of independent claim 1. The object of specifying a method for detecting a fault current in a PV system is achieved according to the invention by a method having the features of independent claim 6. The object of showing a PV inverter according to the invention is achieved according to the invention with the features of the independent claim 14. Advantageous embodiments of the detection device are reproduced in the dependent claims 2 to 5, and advantageous embodiments of the method in the dependent claims 7 to 13. Advantageous embodiments of the PV inverter are listed in the dependent claims 15 and 16.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Eine Detektionsvorrichtung zur Detektion eines Fehlerstroms an einem PV-Generator und/oder an dem PV-Generator zugeordneten DC-Leitungen einer PV-Anlage weist zumindest einen Stromwandler und eine mit dem zumindest einen Stromwandler verbundene Auswerteeinheit auf. Der PV-Generator weist zumindest einen ersten PV-String und einen zweiten PV-String auf, die über jeweils zwei DC-Leitungen mit einem PV-Wechselrichter der PV-Anlage verbunden sind. Der Stromwandler ist als ein von dem ersten PV-String und dem zweiten PV-String gemeinsam nutzbarer oder gemeinsam genutzter Stromwandler ausgebildet. Ein Stromwandler ist ein Messgerät, das einen Strom in ein weiterverarbeitbares Messsignal umwandelt. Ein Messsignal des Stromwandlers repräsentiert dabei eine Differenz eines von dem ersten PV-String gegen das Erdpotential fließenden ersten Summenstroms und eines von dem zweiten PV-String gegen das Erdpotential fließenden zweiten Summenstroms. Ein Fehlerstrom ist, sofern er auftritt, insbesondere Bestandteil des ersten und/oder des zweiten Summenstroms. Daher kann der Fehlerstrom auch über die Differenz des ersten Summenstroms und des zweiten Summenstroms detektiert werden.A detection device for detecting a fault current on a PV generator and / or on the DC lines of a PV system assigned to the PV generator has at least one current converter and an evaluation unit connected to the at least one current converter. The PV generator has at least a first PV string and a second PV string, which are each connected to a PV inverter of the PV system via two DC lines. The current converter is designed as a current converter which can be used jointly or jointly by the first PV string and the second PV string. A current transformer is a measuring device that converts a current into a measurement signal that can be processed further. A measurement signal from the current transformer represents a difference between a first total current flowing from the first PV string towards ground potential and a second total current flowing from the second PV string towards ground potential. If a fault current occurs, it is in particular a component of the first and / or the second total current. The fault current can therefore also be detected via the difference between the first total current and the second total current.

Eine solche Detektionsvorrichtung hat den Vorteil, dass ein in der Regel im Normalbetrieb der PV-Anlage stets vorhandener gegen Erdpotential (PE) fließender Ableitstrom zweier PV-Strings weitgehend kompensiert, unter Umständen auch ausgelöscht werden kann. Der erste Summenstrom umfasst dabei insbesondere die Summe aus einem ersten gegen Erdpotential fließenden Ableitstrom des ersten PV-Strings und - falls er auftritt - eines ebenfalls gegen das Erdpotential fließenden Fehlerstroms am ersten PV-String. Der zweite Summenstrom umfasst dabei insbesondere die Summe aus einem zweiten gegen das Erdpotential fließenden Ableitstrom des zweiten PV-Strings und - falls er auftritt - eines ebenfalls gegen das Erdpotential fließenden Fehlerstroms am zweiten PV-String. Vorzugsweise sind der erste PV-String und der zweite PV-String sowohl hinsichtlich der Anzahl der PV-Module als auch deren Typ gleich, zumindest jedoch ähnlich aufgebaut. Zusätzlich handelt es sich bevorzugterweise um benachbarte, d. h. räumlich nahe beieinander angeordnete, PV-Strings. Auf diese Weise herrschen ähnliche Umgebungsbedingungen an dem ersten und dem zweiten PV-String. Daher sind die beiden PV-Strings hinsichtlich ihrer parasitären Kapazitäten ähnlich ausgelegt, so kann der erste Ableitstrom durch die Bildung der Differenz mit dem zweiten Ableitstrom größtenteils ausgelöscht, zumindest jedoch signifikant reduziert werden. Such a detection device has the advantage that, as a rule, during normal operation of the PV system, there is always an earth potential ( PE ) The leakage current flowing from two PV strings is largely compensated for, and can also be extinguished under certain circumstances. The first total current includes, in particular, the sum of a first leakage current of the first PV string flowing against ground potential and - if it occurs - a fault current on the first PV string that also flows against ground potential. The second total current comprises in particular the sum of a second leakage current of the second PV string flowing against ground potential and - if it occurs - a fault current on the second PV string that also flows against ground potential. The first PV string and the second PV string are preferably the same in terms of both the number of PV modules and their type, but at least have a similar structure. In addition, the PV strings are preferably adjacent, ie arranged spatially close to one another. In this way, there are similar environmental conditions at the first and the second PV string. The two PV strings are therefore designed to be similar in terms of their parasitic capacitances, so the first leakage current can largely be canceled out, or at least significantly reduced, by forming the difference with the second leakage current.

Gleiches gilt auch im umgekehrten Fall, nämlich, dass auch der zweite Ableitstrom durch die Bildung der Differenz mit dem ersten Ableitstrom weitestgehend kompensiert und unter Umständen sogar ausgelöscht werden kann. Auf diese Weise wird ein im normalen Betrieb der PV-Anlage üblicherweise vorhandenes den eventuell auftretenden Fehlerstrom überlagerndes Hintergrundsignal der Ableitströme weitestgehend reduziert. Tritt nun in einem der Summenströme zusätzlich zu dem stets vorhandenen Ableitstrom ein Fehlerstrom auf, so hebt sich der Fehlerstrom aus dem stets vorhandenen Hintergrundsignal umso stärker hervor, je kompensierender die Differenz der Ableitströme von erstem und zweitem PV-String ausfällt. In jedem Fall ist ein den Fehlerstrom repräsentierendes Messsignal signifikanter, als dies ohne die Differenzbildung der Summenströme der Fall wäre. Da das Hintergrundsignal des Stromwandlers deutlich reduziert ist, kann der Stromwandler auf einen kleinen Nominalstrom ausgelegt sein, der auch kleine Fehlerströme detektiert. Das üblicherweise hohe Hintergrundsignal oder Rauschsignal, d. h. der gesamte und in der Regel wesentlich größere Ableitstrom eines PV-Strings, wird aufgrund der Differenzbildung beider Summenströme nicht, zumindest jedoch nur in deutlich reduziertem Maße mitgemessen. Zusätzlich können auch sich gleich ändernde Umweltbedingungen, die üblicherweise ähnlich auf die parasitären Kapazitäten der benachbarten PV-Strings wirken, zumindest teilweise kompensiert werden.The same also applies in the opposite case, namely that the second leakage current can also be largely compensated for by forming the difference with the first leakage current and, under certain circumstances, can even be canceled. In this way, a background signal of the leakage currents which is usually present during normal operation of the PV system and which superimposes the fault current that may occur is reduced as far as possible. If a fault current occurs in one of the total currents in addition to the leakage current that is always present, the fault current is more pronounced from the background signal, the more compensating the difference between the leakage currents of the first and second PV string is. In any case, a measurement signal representing the fault current is more significant than would be the case without the formation of the difference between the total currents. Since the background signal from the current transformer is significantly reduced, the current transformer can be designed for a small nominal current that also detects small fault currents. The usually high background signal or noise signal, ie the entire and usually much larger leakage current of a PV string, is not measured, at least only to a significantly reduced extent, due to the difference between the two total currents. In addition, the same changing environmental conditions, which usually have a similar effect on the parasitic capacitances of the neighboring PV strings, can be at least partially compensated for.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen angegeben, deren Merkmale einzeln und in beliebiger Kombination miteinander angewendet werden können.Advantageous embodiments of the invention are specified in the following description and the subclaims, the features of which can be used individually and in any combination with one another.

In einer Ausführungsform der Detektionsvorrichtung ist der gemeinsam nutzbare Stromwandler als ein gemeinsam nutzbarer Durchflusswandler ausgebildet. Ein Durchflusswandler weist zumindest eine Spule auf, die zur Detektion eines durch einen Leiter fließenden Stroms von einem Magnetfeld des stromdurchflossenen Leiters durchsetzt wird. Dabei kann die Spule den stromdurchflossenen Leiter an einer Stelle entlang seines Umfangs zumindest teilweise umgeben. Mit dem Durchflusswandler lässt sich auch eine Kombination von Strömen, die zu einem Zeitpunkt in mehreren Leitern fließen, detektieren. Dies ist dann der Fall, wenn die stromdurchflossenen Leiter gemeinsam von dem Durchflusswandler umgeben werden, das heißt die stromdurchflossenen Leiter den Durchflusswandler gemeinsam durchsetzen. Hierbei durchsetzen die Magnetfelder, die durch die in den mehreren Leitern fließenden Ströme erzeugt werden, auch gleichzeitig die zumindest eine Spule des Durchflusswandlers. Dabei werden Ströme, deren Magnetfelder die zumindest eine Spule des Durchflusswandlers in gleichen Richtungen durchsetzen miteinander addiert, während Ströme, die die zumindest eine Spule des Durchflusswandlers in entgegengesetzten Richtungen durchsetzen, voneinander subtrahiert werden. Die Subtraktion der Ströme ist beispielsweise dann der Fall, wenn die in den zwei Leitern fließenden Ströme den Durchflusswandler in entgegengesetzten Richtungen durchsetzen. In der Ausführungsform der Erfindung wird nun der Durchflusswandler zur Detektion des Messsignals von den zwei DC-Leitungen des ersten PV-Strings und den zwei DC-Leitungen des zweiten PV-Strings durchsetzt. Dabei sind die beiden DC-Leitungen des ersten PV-Strings relativ zu den zwei DC-Leitungen des zweiten PV-Strings so orientiert, dass die darin fließenden Summenströme, die im normalen Betrieb der PV-Anlage im Wesentlichen durch den ersten gegen Erdpotential fließenden Ableitstrom und den zweiten gegen Erdpotential fließenden Ableitstrom gebildet werden, den Durchflusswandler in entgegengesetzten Richtungen durchsetzen. Auf diese Weise bietet der Durchflusswandler als Stromwandler eine einfache Form der Differenzbildung des ersten und des zweiten Summenstroms, wobei die Differenzbildung durch ein hinsichtlich der Stromrichtungen entgegengesetztes Durchsetzen des Durchflusswandlers mit dem von dem ersten PV-String gegen Erdpotential fließenden ersten Ableitstrom und dem von dem zweiten PV-String gegen Erdpotential fließenden zweiten Ableitstrom realisiert wird.In one embodiment of the detection device, the jointly usable current converter is designed as a jointly usable forward converter. A forward converter has at least one coil through which a magnetic field of the current-carrying conductor passes through it in order to detect a current flowing through a conductor. The coil can at least partially surround the current-carrying conductor at one point along its circumference. The forward converter can also be used to detect a combination of currents flowing in several conductors at a time. This is the case when the current-carrying conductors are surrounded jointly by the forward converter, that is to say the current-carrying conductors jointly pass through the forward converter. Here, the magnetic fields that are generated by the currents flowing in the multiple conductors also penetrate the at least one coil of the forward converter at the same time. Currents whose magnetic fields penetrate the at least one coil of the forward converter in the same directions are added to one another, while currents that penetrate the at least one coil of the forward converter in opposite directions are subtracted from one another. The subtraction of the currents is the case, for example, when the currents flowing in the two conductors pass through the flow converter in opposite directions. In the embodiment of the invention, the flow converter for detecting the measurement signal is now penetrated by the two DC lines of the first PV string and the two DC lines of the second PV string. The two DC lines of the first PV string are oriented relative to the two DC lines of the second PV string in such a way that the total currents flowing in them, during normal operation of the PV system, are essentially due to the first leakage current flowing to ground potential and the second leakage current flowing to ground potential are formed, which pass through the forward converter in opposite directions. In this way, the forward converter as a current transformer offers a simple form of forming the difference between the first and second total currents, the difference being formed by interspersing the forward converter with the first leakage current flowing from the first PV string against ground potential and that from the second in opposite directions with regard to the current directions PV string against earth potential is realized second leakage current.

Bei einer Weiterbildung der Detektionsvorrichtung sind die zwei DC-Leitungen des ersten PV-Strings so zueinander angeordnet, dass während eines Normalbetriebs der PV-Anlage ein darin fließender DC-Strom zwischen dem ersten PV-String und dem PV-Wechselrichter den Durchflusswandler in zwei zueinander entgegengesetzten Richtungen durchsetzt. Auch die zwei DC-Leitungen des zweiten PV-Strings sind so zueinander angeordnet, dass während eines Normalbetriebs der PV-Anlage ein in den DC-Leitungen zwischen dem zweiten PV-String und dem PV-Wechselrichter fließender DC-Strom den Durchflusswandler in zwei zueinander entgegengesetzten Richtungen durchsetzt. Dabei ist eine mit einem positiven Pol des ersten PV-Strings verbundene DC-Leitung relativ zu einer mit einem positiven Pol des zweiten PV-Strings verbundenen DC-Leitung so angeordnet, dass während eines Normalbetriebs der PV-Anlage die zwischen den jeweiligen PV-Strings und dem PV-Wechselrichter fließenden DC-Ströme in den den positiven Polen zugeordneten DC-Leitungen den Durchflusswandler in entgegengesetzten Richtungen durchsetzen. Auf diese Weise wird in dem Messsignal des Durchflusswandlers sowohl ein in der positiven DC-Leitung fließender DC-Strom des ersten PV-Strings durch den in der negativen DC-Leitung fließenden DC-Strom des ersten PV-Strings kompensiert. Zusätzlich wird in dem Messsignal des Durchflusswandlers auch ein in der positiven DC-Leitung fließender DC-Strom des zweiten PV-Strings durch den in der negativen DC-Leitung fließenden DC-Strom des zweiten PV-Strings kompensiert. Dabei stellen die zwischen den PV-Strings und dem PV-Wechselrichter fließenden DC-Ströme jeweils einen Arbeitsstrom des ersten PV-Strings beziehungsweise des zweiten PV-Strings dar. Auch diese DC-Ströme sind im Normalbetrieb der PV-Anlage stets vorhanden. Zusätzlich zu den DC-Strömen wird jedoch auch der erste gegen Erdpotential fließende Ableitstrom des ersten PV-Strings durch den zweiten gegen Erdpotential fließenden Ableitstrom des zweiten PV-Strings kompensiert und umgekehrt. Dies ist der Fall, da der erste gegen Erdpotential fließende Ableitstrom des ersten PV-Strings den Durchflusswandler in der entgegengesetzten Richtung wie der zweite gegen Erdpotential fließende Ableitstrom des zweiten PV-Strings durchsetzt.In a further development of the detection device, the two DC lines of the first PV string are arranged with respect to one another in such a way that, during normal operation of the PV system, a DC current flowing therein between the first PV string and the PV inverter converts the forward converter into two to one another interspersed in opposite directions. The two DC lines of the second PV string are also arranged in such a way that, during normal operation of the PV system, a DC current flowing in the DC lines between the second PV string and the PV inverter converts the flow converter to each other interspersed in opposite directions. A DC line connected to a positive pole of the first PV string is arranged relative to a DC line connected to a positive pole of the second PV string in such a way that, during normal operation of the PV system, those between the respective PV strings and DC currents flowing to the PV inverter in the DC lines assigned to the positive poles pass through the forward converter in opposite directions. In this way, both a DC current of the first PV string flowing in the positive DC line is compensated for by the DC current of the first PV string flowing in the negative DC line in the measurement signal of the forward converter. In addition, a DC current of the second PV string flowing in the positive DC line is also compensated for by the DC current of the second PV string flowing in the negative DC line in the measurement signal of the forward converter. The DC currents flowing between the PV strings and the PV inverter each represent an operating current of the first PV string or the second PV string. These DC currents are also always present during normal operation of the PV system. In addition to the DC currents, however, the first leakage current of the first PV string flowing towards ground potential is also compensated for by the second leakage current of the second PV string flowing towards ground potential, and vice versa. This is the case because the first leakage current of the first PV string flowing towards ground potential passes through the forward converter in the opposite direction as the second leakage current of the second PV string flowing towards ground potential.

In einer Ausführungsform der Detektionsvorrichtung ist der Stromwandler auf einen Maximalwert ausgelegt ist, der einem Wert von maximal 50%, bevorzugt von maximal 25%, besonders bevorzugt von maximal 15% des größeren der beiden Werte aus dem ersten Ableitstrom und dem zweiten Ableitstrom entspricht. Dabei kennzeichnet der erste Ableitstrom einen im Normalbetrieb der PV-Anlage von dem ersten PV-String gegen das Erdpotential fließenden Strom und der zweite Ableitstrom einen im Normalbetrieb der PV-Anlage von dem zweiten PV-String gegen das Erdpotential fließenden Strom. In diesem Zusammenhang bezeichnet der Normalbetrieb der PV-Anlage einen Betriebszustand, bei dem die PV-Anlage in Betrieb ist und kein oder nahezu kein Fehlerstrom fließt. Diese Ausführungsform ermöglicht eine besonders kostengünstige Ausführung des Stromwandlers.In one embodiment of the detection device, the current transformer is designed for a maximum value which corresponds to a value of a maximum of 50%, preferably a maximum of 25%, particularly preferably a maximum of 15% of the larger of the two values from the first leakage current and the second leakage current. The first leakage current identifies a current flowing from the first PV string against the ground potential during normal operation of the PV system and the second leakage current a current flowing from the second PV string against the ground potential during normal operation of the PV system. In this context, normal operation of the PV system refers to an operating state in which the PV system is in operation and no or almost no fault current flows. This embodiment enables a particularly cost-effective design of the current transformer.

In einer Ausführungsform ist die Detektionsvorrichtung ausgelegt und eingerichtet, nicht nur einen Fehlerstrom IFehl an einem oder mehreren PV-Strings zu detektieren, sondern auch denjenigen PV-String der PV-Anlage zu ermitteln, bei dem der Fehlerstrom IFehl auftritt. Hierzu weist die PV-Anlage, an der die Detektion des Fehlerstroms IFehl mittels der Detektionsvorrichtung erfolgen soll, eine Anzahl n, mit n>2, PV-Strings auf. Zusätzlich weist die Detektionsvorrichtung eine gleichgroße Anzahl n, mit n>2, an Durchflusswandlern auf, die mit der Auswerteinheit der Detektionsvorrichtung verbunden sind. Zur Detektion des Messsignals wird jeder der Durchflusswandler von den DC-Leitungen zweier verschiedener PV-Strings durchsetzt. Zusätzlich ist die Durchsetzung der Durchflusswandler so ausgebildet, dass die DC-Leitungen jedes PV-Strings jeweils zwei verschiedene Durchflusswandler durchsetzen. Die Kombination der den jeweiligen PV-String durchsetzenden Durchflusswandler charakterisiert dann den PV-String.In one embodiment, the detection device is designed and set up, not just a fault current I miss to detect on one or more PV strings, but also to determine that PV string of the PV system in which the fault current I miss occurs. For this purpose, the PV system, on which the detection of the fault current I miss by means of the detection device, a number n, with n> 2, PV strings. In addition, the detection device has an equal number n, with n> 2, of flow converters, which are connected to the evaluation unit of the detection device. To detect the measurement signal, each of the flow converters is penetrated by the DC lines of two different PV strings. In addition, the flow converters are implemented in such a way that the DC lines of each PV string pass through two different flow converters. The combination of the flow converters penetrating the respective PV string then characterizes the PV string.

Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass nicht nur ein Fehlerstrom in der PV-Anlage erkannt werden kann, sondern auch der dem Fehlerstrom zugeordnete PV-String ermittelt werden kann. Konkret durchsetzt nämlich jeder PV-String eine bestimmte für den jeweiligen PV-String individuelle Kombination aus zwei verschiedenen Durchflusswandlern mit jeder seiner DC-Leitungen. Ein Fehlerstrom eines bestimmten PV-Strings führt daher zu einem entsprechendem Messsignal genau derjenigen Durchflusswandler, die von dem entsprechenden PV-String durchsetzt werden. Demzufolge ist derjenige PV-String, dessen DC-Leitungen beide Durchflusswandler durchsetzen, die einen Fehlerstrom detektieren, somit sehr wahrscheinlich auch derjenige PV-String, der dem Fehlerstrom zugeordnet werden kann.This embodiment offers the advantage that not only can a fault current in the PV system be detected, but the PV string assigned to the fault current can also be determined. Specifically, each PV string implements a specific combination of two different flow converters with each of its DC lines, which is individual for the respective PV string. A fault current of a specific PV string therefore leads to a corresponding measurement signal from precisely those flow converters that are penetrated by the corresponding PV string. As a result, the PV string whose DC lines pass through both flow converters that detect a fault current is therefore very likely also the PV string that can be assigned to the fault current.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zur Detektion eines Fehlerstroms in einer PV-Anlage mit einer erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung. Dabei weist ein PV-Generator der PV-Anlage zumindest einen ersten PV-String und einen zweiten PV-String auf, die über jeweils zwei DC-Leitungen mit einem PV-Wechselrichter der PV-Anlage verbunden sind. Das Verfahren weist zumindest die folgenden Schritte auf:

  • - Detektion eines Messsignals des zumindest einen Stromwandlers der Detektionsvorrichtung, wobei das Messsignal eine Differenz eines von dem ersten PV-String gegen das Erdpotential fließenden ersten Summenstroms und eines von dem zweiten PV-String gegen das Erdpotential fließenden zweiten Summenstroms repräsentiert;
  • - Signalisierung eines Fehlerstroms, wenn das detektierte Messsignal einen ersten Schwellwert übersteigt.
A method according to the invention is used to detect a fault current in a PV system with a detection device according to the invention. A PV generator of the PV system has at least a first PV string and a second PV string, which are each connected to a PV inverter of the PV system via two DC lines. The method has at least the following steps:
  • - Detection of a measurement signal of the at least one current transformer of the detection device, the measurement signal representing a difference between a first total current flowing from the first PV string against the ground potential and a second total current flowing from the second PV string against the ground potential;
  • - Signaling of a fault current when the detected measurement signal exceeds a first threshold value.

Bei dem Verfahren ergeben sich die bereits in Verbindung mit der Detektionsvorrichtung erläuterten Vorteile.The method gives rise to the advantages already explained in connection with the detection device.

In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Signalisierung des Fehlerstrom nur dann, wenn das Messsignal den ersten Schwellwert mit einem sprungartigen Anstieg überschreitet. Dabei kann der sprungartige Anstieg des Messsignals eine Änderung der Differenz des ersten Summenstroms und des zweiten Summenstroms von zumindest 10mA, vorteilhafterweise von zumindest 20mA repräsentieren. Eine solche Ausführungsform bietet die Möglichkeit, einen von einer Person verursachten Fehlerstrom gezielter zu erkennen und von anderen Effekten, die langsam, gegebenenfalls schleichend erfolgende Änderungen der Summenströme bewirken, zu unterscheiden. Dabei wird der Effekt ausgenutzt, dass eine Änderung eines Summenstroms in der Regel sprunghaft erfolgt, wenn eine Person in Kontakt zu einer spannungsführenden Komponente kommt. Demzufolge ändert sich auch das Messsignal sprunghaft. Langsame Änderungen in der Differenz beider Summenströme, beispielsweise aufgrund von ungleichen Umgebungsbedingungen der PV Strings und damit verbundenen langsam erfolgenden Änderungen in den Ableitströmen der beiden PV-Strings werden so ausgeblendet und nicht signalisiert. Als langsame Änderung ist insbesondere eine sich über viele Sekunden bis Minuten erstreckende Änderung zu verstehen.In one embodiment of the method, the fault current is only signaled when the measurement signal exceeds the first threshold value with a sudden increase. The sudden increase in the measurement signal can represent a change in the difference between the first total current and the second total current of at least 10 mA, advantageously of at least 20 mA. Such an embodiment offers the possibility of recognizing a fault current caused by a person in a more targeted manner and of differentiating it from other effects which cause slowly, possibly creeping changes in the total currents. This makes use of the effect that a change in a total current usually occurs suddenly when a person comes into contact with a live component. As a result, the measurement signal also changes abruptly. Slow changes in the difference between the two total currents, for example due to unequal ambient conditions of the PV strings and the associated slow changes in the leakage currents of the two PV strings, are masked out and not signaled. A slow change is to be understood in particular as a change that extends over many seconds to minutes.

In einer Ausführungsform des Verfahrens kann ein resistiver Stromanteil des von dem zumindest einen Stromwandler detektierten Messsignals bestimmt werden. Optional kann dabei der Fehlerstrom nur dann signalisiert werden, wenn das von dem Stromwandler erzeugte Messsignal bei Überschreitung des ersten Schwellwertes eine sprunghafte Änderung eines resistiven Stromanteils um zumindest 10mA, vorteilhafterweise um zumindest 20 mA aufweist. Diese Bestimmung des resistiven Stromanteils ermöglicht ebenfalls eine gezieltere Erkennung eines von einer Person verursachten Fehlerstroms. Im Gegensatz zum Ableitstrom, der über eine parasitäre Kapazität erfolgt und damit einen Blindstrom darstellt, ist der aufgrund eines Personenkontaktes fließende Fehlerstrom üblicherweise ein resistiver Strom. In einer Weiterbildung des Verfahrens lässt sich z. B. ein Verhältnis des resistiven und damit ohmschen Anteils zum kapazitiven Anteil über eine Phasenbeziehung zwischen dem gegen Erdpotential fließenden Strom und der diesen Strom verursachenden AC-Spannung der PV-Module ermitteln.In one embodiment of the method, a resistive current component of the measurement signal detected by the at least one current transformer can be determined. Optionally, the fault current can only be signaled if the measurement signal generated by the current transformer is at If the first threshold value is exceeded, there is a sudden change in a resistive current component by at least 10 mA, advantageously by at least 20 mA. This determination of the resistive current component also enables a more targeted detection of a fault current caused by a person. In contrast to the leakage current, which occurs via a parasitic capacitance and thus represents a reactive current, the fault current flowing due to personal contact is usually a resistive current. In a further development of the method, for. B. determine a ratio of the resistive and thus ohmic component to the capacitive component via a phase relationship between the current flowing to earth potential and the AC voltage of the PV modules causing this current.

In einer Ausführungsform des Verfahrens weist der PV-Generator der PV-Anlage eine Anzahl n, mit n>2, an PV-Strings auf. Zusätzlich weist die Detektionsvorrichtung eine gleichgroße Anzahl n, mit n>2, an Durchflusswandlern auf. Dabei wird jeder der Durchflusswandler von den DC-Leitungen zweier verschiedener PV-Strings durchsetzt. Zusätzlich durchsetzen die DC-Leitungen jedes PV-Strings jeweils zwei verschiedene der Durchflusswandler. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass mittels des Verfahrens nicht nur ein Fehlerstrom in der PV-Anlage erkannt werden kann, sondern auch der dem Fehlerstrom zugeordnete PV-String der PV-Anlage ermittelt werden kann. Jeder der PV-Strings, also auch der dem Fehlerstrom zugeordnete PV-String, durchsetzt nämlich zwei verschiedene Durchflusswandler mit jeder seiner zwei DC-Leitungen. Ein Fehlerstrom in einem bestimmten der PV-Strings führt daher zu einem entsprechenden Messsignal in genau den Stromwandlern, die von dem bestimmten PV-String durchsetzt werden. Derjenige PV-String, dessen DC-Leitungen beide Durchflusswandler durchsetzen, die einen Fehlerstrom detektieren, ist somit sehr wahrscheinlich derjenige PV-String, der dem Fehlerstrom zugeordnet werden kann.In one embodiment of the method, the PV generator of the PV system has a number n, with n> 2, of PV strings. In addition, the detection device has an equal number n, with n> 2, of flow converters. The DC lines of two different PV strings pass through each of the forward converters. In addition, the DC lines of each PV string pass through two different flow converters. This embodiment offers the advantage that, by means of the method, not only can a fault current in the PV system be detected, but also the PV string of the PV system assigned to the fault current can be determined. Each of the PV strings, including the PV string assigned to the fault current, namely passes through two different flow converters with each of its two DC lines. A fault current in a specific one of the PV strings therefore leads to a corresponding measurement signal in precisely those current transformers that are penetrated by the specific PV string. The PV string whose DC lines pass through both flow converters that detect a fault current is therefore very likely the PV string that can be assigned to the fault current.

In einer Ausführungsform der Erfindung kann in Reaktion auf die Signalisierung des Fehlerstroms der gesamte PV-Generator freigeschaltet werden. Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, dass in Reaktion auf die Signalisierung des Fehlerstroms lediglich der den Fehlerstrom verursachende PV-String des PV-Generators freigeschaltet wird, während die restlichen nicht von dem Fehler betroffenen PV-Strings oder PV-Teilgeneratoren weiterbetrieben werden. Auf diese Weise kann ein Ausfall einer mit der Freischaltung verbundenen Einspeisevergütung minimiert werden. Durch das Freischalten des den Fehlerstrom verursachenden PV-Generators oder des den Fehlerstrom verursachenden PV-Strings wird der Fehlerstrom des PV-Generators beziehungsweise des entsprechenden PV-Strings unterdrückt. Dabei kann das Freischalten z. B. dadurch erfolgen, dass der betreffende PV-String vom PV-Wechselrichter getrennt, gegebenenfalls auch kurzgeschlossen wird. Dabei sollte ein Kurzschluss des PV-Strings ohne Trennung des PV-Wechselrichters vom AC-Netz möglichst nur dann erfolgen, wenn der betreffende PV-String eine Rückstromdiode aufweist oder über einen DC/DC-Wandler mit dem DC-Zwischenkreis des PV-Wechselrichters verbunden ist.In one embodiment of the invention, the entire PV generator can be activated in response to the signaling of the fault current. As an alternative to this, however, it is also possible that, in response to the signaling of the fault current, only the PV string of the PV generator causing the fault current is released, while the remaining PV strings or PV sub-generators not affected by the fault continue to be operated. In this way, the failure of a feed-in tariff associated with activation can be minimized. By activating the PV generator causing the fault current or the PV string causing the fault current, the fault current of the PV generator or the corresponding PV string is suppressed. The activation z. B. be done in that the PV string in question is disconnected from the PV inverter, possibly also short-circuited. A short circuit of the PV string without disconnecting the PV inverter from the AC grid should only occur if the PV string in question has a reverse current diode or is connected to the DC link of the PV inverter via a DC / DC converter is.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens können DC-Leitungen einer ersten Gruppe an PV-Strings 2.1-2.k und einer gleich großen zweiten Gruppe an PV-Strings 2.k+1 - 2.n einen gemeinsamen Durchflusswandler so durchsetzen, dass jeder der PV-Strings 2.1-2.k der ersten Gruppe einen gegen das Erdpotential fließenden ersten Summenstrom aufweist, der von einem gegen das Erdpotential fließenden zweiten Summenstrom eines korrespondierenden PV-Strings der zweiten Gruppe 2.k+1 - 2.n zumindest annähernd kompensiert wird. In dieser Ausführungsform kann ein Durchflusswandler gleichzeitig für 4, 6, 8 oder mehr geradzahlige PV-Strings verwendet werden. Dies kann eine kostengünstige Lösung der Detektionsvorrichtung wie auch des Verfahrens ermöglichen.In one embodiment of the method, DC lines of a first group of PV strings 2.1-2.k and an equally large second group of PV strings 2.k + 1 - 2.n can enforce a common forward converter so that each of the PV -Strings 2.1-2.k of the first group has a first total current flowing against the ground potential, which is at least approximately compensated by a second total current flowing against the ground potential of a corresponding PV string of the second group 2.k + 1 - 2.n. In this embodiment, one forward converter can be used for 4, 6, 8 or more even-numbered PV strings at the same time. This can enable a cost-effective solution for the detection device as well as the method.

Bei einem vorteilhaften Verfahren ähneln sich die zwei PV-Strings eines gemeinsam genutzten Stromwandlers so, dass bei einem Normalbetrieb der PV-Anlage eine Differenz des von dem ersten PV-String gegen das Erdpotential fließenden ersten Ableitstroms und des von dem zweiten PV-String gegen das Erdpotential fließenden zweiten Ableitstroms einen zweiten Schwellwert unterschreitet. Gemeinsam benutzt bedeutet, dass das von dem Stromwandler detektierte Messsignal von der Differenz von mit diesen PV-Strings zusammenhängenden Strömen abhängt. Dabei sollten die zusammengefassten PV-Strings vorteilhafterweise hinsichtlich ihrer parasitären Kapazitäten möglichst so ähnlich gewählt werden, dass der zweite Schwellwert hierbei einem Wert von 25% bezogen auf ein Maximum aus dem ersten Ableitstrom und dem zweiten Ableitstrom entspricht.In an advantageous method, the two PV strings of a jointly used current transformer are similar in such a way that, during normal operation of the PV system, a difference between the first leakage current flowing from the first PV string against the ground potential and that from the second PV string against the Ground potential flowing second leakage current falls below a second threshold value. Used together means that the measurement signal detected by the current transformer depends on the difference between the currents associated with these PV strings. The combined PV strings should advantageously be selected so similarly as possible with regard to their parasitic capacitances that the second threshold value corresponds to a value of 25% based on a maximum of the first leakage current and the second leakage current.

Ein erfindungsgemäßer Photovoltaik(PV)-Wechselrichter mit einem AC-Ausgang zum Anschluss an ein Wechselspannungsnetz (AC-Netz) und zumindest zwei DC-Eingängen zum Anschluss von zumindest zwei PV-Strings eines PV-Generators, weist bevorzugt eine zuvor beschriebene Detektionsvorrichtung auf und/oder ist zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens ausgelegt und eingerichtet. Der PV-Wechselrichter kann als einphasiger PV-Wechselrichter oder mehrphasiger, insbesondere dreiphasiger PV-Wechselrichter ausgebildet sein. Der PV-Wechselrichter kann einstufig ausgebildet und insbesondere frei von einem zwischen einem der DC-Eingänge und einem DC/AC-Wandler des PV-Wechselrichters angeordneten DC/DC-Wandler sein. Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, dass der PV-Wechselrichter mehrstufig ausgebildet ist und einen einem DC/AC-Wandler des PV-Wechselrichters vorgeschalteten DC/DC-Wandler aufweist. In einer weiteren Ausführungsform kann der PV-Wechselrichter als sogenannter Multi-String PV-Wechselrichter ausgebildet sein, bei der jeder der beiden PV-Strings jeweils über einen separaten DC/DC-Wandler mit einem gemeinsamen DC-Zwischenkreis verbunden ist.A photovoltaic (PV) inverter according to the invention with an AC output for connection to an alternating voltage network (AC network) and at least two DC inputs for connecting at least two PV strings of a PV generator preferably has a detection device described above and / or is designed and set up to carry out the method described above. The PV inverter can be designed as a single-phase PV inverter or a multi-phase, in particular three-phase, PV inverter. The PV inverter can be designed in a single stage and in particular be free of a DC / DC converter arranged between one of the DC inputs and a DC / AC converter of the PV inverter. Alternatively, however, it is also possible that the PV inverter is designed in several stages and has a DC / DC converter connected upstream of a DC / AC converter of the PV inverter. In a further embodiment, the PV inverter can be designed as a so-called multi-string PV inverter, in which each of the two PV strings is connected to a common DC intermediate circuit via a separate DC / DC converter.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist der PV-Wechselrichter eine nominelle Leistung von zumindest 10 kW auf. Bei einer solchen Auslegung, insbesondere für große PV Anlagen mit dem entsprechend ausgelegten PV-Wechselrichter kommen die Vorzüge des Verfahrens und der Detektionsvorrichtung besonders zum Tragen.According to an advantageous embodiment, the PV inverter has a nominal power of at least 10 kW. With such a design, especially for large PV systems with the correspondingly designed PV inverter, the advantages of the method and the detection device are particularly important.

In einer weiteren Ausführungsform ist der PV-Wechselrichter als ein transformatorloser PV-Wechselrichter ausgebildet. Bei einem solchen transformatorlosen PV-Wechselrichter können die von den PV-Strings gegen das Erdpotential fließenden Ableitströme besonders stark ausgeprägt sein. Das Verfahren und die Detektionsvorrichtung können also bei solchen PV-Wechselrichtern besonders vorteilhaft eingesetzt werden.In a further embodiment, the PV inverter is designed as a transformerless PV inverter. With such a transformerless PV inverter, the leakage currents flowing from the PV strings against the earth potential can be particularly pronounced. The method and the detection device can therefore be used particularly advantageously in such PV inverters.

FigurenlisteFigure list

Im Folgenden wird die Erfindung mithilfe von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen weiter erläutert und beschrieben. Es zeigen

  • 1 eine PV-Anlage mit einem erfindungsgemäßen PV-Wechselrichter in einer Ausführungsform;
  • 2 eine erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung in einer ersten Ausführungsform mit zwei PV-Strings und einem gemeinsam genutzten Durchflusswandler;
  • 3 eine erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung in einer zweiten Ausführungsform mit drei PV-Strings und drei Durchflusswandlern;
  • 4 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Detektion eines Fehlerstroms in einer Ausführungsform.
In the following, the invention is further explained and described with the aid of the exemplary embodiments shown in the figures. Show it
  • 1 a PV system with a PV inverter according to the invention in one embodiment;
  • 2 a detection device according to the invention in a first embodiment with two PV strings and a shared flow converter;
  • 3 a detection device according to the invention in a second embodiment with three PV strings and three flow converters;
  • 4th a flowchart of the method according to the invention for detecting a fault current in one embodiment.

FigurenbeschreibungFigure description

In 1 ist eine eine Photovoltaik-(PV-)Anlage 1 mit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen PV-Wechselrichters 10 dargestellt. Die PV-Anlage 1 beinhaltet einen ersten PV-String 2.1 und einem zweiten PV-String 2.2. Jeder PV-String 2.1, 2.2 weist mehrere in Reihe geschaltete PV-Module 3 auf. Beide PV-Strings 2.1, 2.2 bilden einen PV-Generator 8. Die beiden PV-Strings 2.1, 2.2 sind hinsichtlich Anzahl und Typ der PV-Module 3 ähnlich, insbesondere gleich ausgebildet. Zusätzlich sind die beiden PV-Strings 2.1, 2.2 so nah beieinander angeordnet, dass sie zumindest ähnlichen Umgebungsbedingungen hinsichtlich Einstrahlung und Temperatur unterworfen sind. Der Photovoltaik-Wechselrichter 10 ist exemplarisch als sogenannter Multi-String-Wechselrichter ausgebildet. Hierzu weist er mindestens zwei DC-Eingänge 11.1, 11.2 für DC-Leitungen 4.1, 5.1, 4.2, 5.2 der beiden PV-Strings 2.1, 2.2 aus Photovoltaikmodulen 3 auf. Jeder der DC-Eingänge 11.1, 11.2 ist über einen separaten DC/DC-Wandler 13 mit einem gemeinsamen DC-Zwischenkreis 14 verbunden. Der gemeinsame DC-Zwischenkreis 14 ist wiederum mit einer DC-Seite eines DC/AC-Wandlers 15 verbunden. Die AC-Seite des DC/AC-Wandlers 15 ist mit einem AC-Ausgang 12 des PV-Wechselrichters 10 verbunden. An den in 1 exemplarisch dreiphasig ausgelegten AC-Ausgang 12 des PV-Wechselrichter 10 ist ein ebenfalls dreiphasig ausgelegtes Wechselspannungs-(AC-)Netz 20 angeschlossen. Die DC-Eingänge 11.1, 11.2 sind über einen Stromwandler 31 mit den DC/DC-Wandlern 13 verbunden, Eine Steuerungseinheit 16 des PV-Wechselrichters 10 steuert die Schalter der DC/DC-Wandler 13 und des DC/AC-Wandlers 15 zur gewünschten Spannungswandlung an. Der PV-Wechselrichter 10 weist ferner eine Detektionsvorrichtung 30 mit einem Stromwandler 31 und einer mit dem Stromwandler 31 verbundenen Auswerteeinheit 32 auf. Der Stromwandler 31 ist zwischen den Eingängen 11.1, 11.2 und den DC/DC-Wandlern 13 des PV-Wechselrichters 10 angeordnet und kann als Durchflusswandler ausgebildet sein. Dabei repräsentiert ein Messsignal des Stromwandlers 31 eine Differenz eines von dem ersten PV-String 2.1 gegen das Erdpotential PE fließenden ersten Summenstroms ISum,1 und eines von dem zweiten PV-String 2.2 gegen das Erdpotential PE fließenden zweiten Summenstroms ISum,2 . Die Auswerteeinheit 32 ist ausgebildet, das von dem Stromwandler gemessene Messsignal weiterzuverarbeiten, z. B. auszuwerten. Sie ist zudem steuerungstechnisch und zur Kommunikation mit der Steuerungseinheit 16 des PV-Wechselrichters 10 verbunden.In 1 is a photovoltaic (PV) system 1 with an embodiment of a PV inverter according to the invention 10 shown. The PV system 1 contains a first PV string 2.1 and a second PV string 2.2 . Any PV string 2.1 , 2.2 has several PV modules connected in series 3 on. Both PV strings 2.1 , 2.2 form a PV generator 8th . The two PV strings 2.1 , 2.2 are with regard to the number and type of PV modules 3 similar, in particular designed the same. In addition, the two PV strings are 2.1 , 2.2 Arranged so close to one another that they are subject to at least similar environmental conditions in terms of irradiation and temperature. The photovoltaic inverter 10 is designed as a so-called multi-string inverter. For this it has at least two DC inputs 11.1 , 11.2 for DC lines 4.1 , 5.1 , 4.2 , 5.2 of the two PV strings 2.1 , 2.2 from photovoltaic modules 3 on. Each of the DC inputs 11.1 , 11.2 is via a separate DC / DC converter 13th with a common DC link 14th connected. The common DC link 14th is in turn with a DC side of a DC / AC converter 15th connected. The AC side of the DC / AC converter 15th is with an AC output 12th of the PV inverter 10 connected. At the in 1 three-phase AC output as an example 12th of the PV inverter 10 an alternating voltage (AC) network 20, which is also designed to be three-phase, is connected. The DC inputs 11.1 , 11.2 are via a current transformer 31 with the DC / DC converters 13th connected, a control unit 16 of the PV inverter 10 controls the switches of the DC / DC converter 13th and the DC / AC converter 15th for the desired voltage conversion. The PV inverter 10 further comprises a detection device 30th with a current transformer 31 and one with the current transformer 31 connected evaluation unit 32 on. The current transformer 31 is between the entrances 11.1 , 11.2 and the DC / DC converters 13th of the PV inverter 10 arranged and can be designed as a flow converter. A measurement signal from the current transformer represents 31 a difference of one from the first PV string 2.1 against the earth potential PE flowing first total current I Sum, 1 and one from the second PV string 2.2 against the earth potential PE flowing second total current I Sum, 2 . The evaluation unit 32 is designed to further process the measurement signal measured by the current transformer, e.g. B. evaluate. It is also control technology and for communication with the control unit 16 of the PV inverter 10 connected.

Der erste PV-String 2.1 weist eine erste parasitäre Kapazität 6.1 gegenüber dem Erdpotential PE auf. Der zweite PV-String 2.2 weist eine zweite parasitäre Kapazität 6.2 gegenüber dem Erdpotential PE auf. Parasitäre Kapazitäten 6.1, 6.2 treten bei PV-Modulen 3 auf und sind von den Umgebungsbedingungen, wie z. B. Feuchtigkeit, Temperatur, Niederschlag oder ähnlichem abhängig.The first PV string 2.1 has a first parasitic capacitance 6.1 compared to the earth potential PE on. The second PV string 2.2 has a second parasitic capacitance 6.2 compared to the earth potential PE on. Parasitic capacities 6.1 , 6.2 occur with PV modules 3 and are dependent on the environmental conditions, such as B. humidity, temperature, precipitation or the like dependent.

Über die erste parasitäre Kapazität 6.1 fließt ein erster Ableitstrom IAbl,1 vom ersten PV-String 2.1 in Richtung Erdpotential PE. Über die zweite parasitäre Kapazität 6.2 fließt ein zweiter Ableitstrom IAbl,2 vom zweiten PV-String 2.2 in Richtung Erdpotential PE. Bei den Ableitströmen IAbl,1 IAbl,2 handelt es sich um kapazitive Blindströme, die daraus resultieren, dass einem Gleichspannungspotential der PV-Module 3 gegenüber dem Erdpotential ein AC-Potential überlagert ist. Die Ableitströme IAbl,1 , IAbl,2 sind sind zusammen mit den parasitären Kapazitäten 6.1, 6.2 von den Umgebungsbedingungen der PV-Strings 2.1, 2.2 wie Feuchtigkeit, Temperatur, Niederschlag, o. ä. abhängig. Sie können sich zeitlich gegebenenfalls stark, wenn auch zeitlich eher langsam ändern. Allerdings ändern sie sich dabei für die ähnlichen PV-Strings 2.1, 2.2 in ähnlicher Weise.About the first parasitic capacitance 6.1 a first leakage current flows I oj, 1 from the first PV string 2.1 towards earth potential PE . About the second parasitic capacitance 6.2 a second leakage current flows I oj, 2 from the second PV string 2.2 towards earth potential PE . With the leakage currents I oj, 1 I oj, 2 it concerns capacitive reactive currents that result from it result that a DC voltage potential of the PV modules 3 an AC potential is superimposed on the earth potential. The leakage currents I oj, 1 , I oj, 2 are are together with the parasitic capacitances 6.1 , 6.2 the environmental conditions of the PV strings 2.1 , 2.2 such as humidity, temperature, precipitation, etc. dependent. They can change significantly over time, even if rather slowly over time. However, they change for the similar PV strings 2.1 , 2.2 in a similar way.

Im Fehlerfall, z. B. wenn eine geerdete Person 7 einen Kontakt zwischen einem der PV-Strings 2.1, 2.2 und dem Erdpotential PE herstellt, fließt zusätzlich zu dem Ableitstrom IAbl,1 IAbl,2 an demjenigen PV-String 2.1, 2.2, an dem der Fehlerfall verursacht wurde, ein Fehlerstrom IFehl gegen das Erdpotential PE. Dies ist in 1 exemplarisch am Beispiel des ersten PV-Strings 2.1 illustriert.In the event of an error, e.g. B. if a grounded person 7th a contact between one of the PV strings 2.1 , 2.2 and the earth potential PE produces flows in addition to the leakage current I oj, 1 I oj, 2 on that PV string 2.1 , 2.2 at which the fault was caused is a fault current I miss against the earth potential PE . This is in 1 using the example of the first PV string 2.1 illustrated.

Das Messsignal des Stromwandlers 31 repräsentiert nun die Differenz des ersten Summenstroms ISum,1 und des zweiten Summenstroms ISum,2 . Dabei umfasst der erste Summenstrom ISum,1 die Summe aus dem ersten Ableitstrom IAbl,1 und - wie in 1 dargestellt im Fehlerfall - dem Fehlerstrom IFehl . Der zweite Summenstrom ISum,2 umfasst die Summe aus dem zweiten Ableitstrom IAbl,2 und den in einem Fehlerfall an dem zweiten PV-String 2.2 ebenfalls dort ebenfalls vorhandenen Fehlerstrom IFehl . Für den in 1 dargestellten Fall, dass an dem zweiten Sting 2.2 kein Fehlerfall vorliegt, entspricht der zweite Summenstrom ISum,2 dem zweiten Ableitstrom IAbl,2 .The measuring signal of the current transformer 31 now represents the difference of the first total current I Sum, 1 and the second sum stream I Sum, 2 . The first includes total current I Sum, 1 the sum of the first leakage current I oj, 1 and - as in 1 shown in the event of a fault - the fault current I miss . The second sum stream I Sum, 2 includes the sum of the second leakage current I oj, 2 and in the event of a fault on the second PV string 2.2 fault current also present there I miss . For the in 1 illustrated case that on the second sting 2.2 If there is no fault, the second total current corresponds I Sum, 2 the second leakage current I oj, 2 .

Insbesondere bei leistungsstarken PV-Wechselrichtern 10 ohne galvanische Trennung zwischen DC- und AC-Seite entspricht der weit überwiegende Teil der Summenströme ISum,1 ISum,2 den Ableitströmen IAbl,1 , IAbl,2 , die durch die parasitären Kapazitäten 6.1, 6.2 verursacht werden. Für den Schutz gegen elektrischen Schlag von Personen 7 müssen nun plötzliche Änderungen der Summenströme ISum,1 , ISum,2 detektiert werden können, wie sie durch das Fließen lebensgefährlicher Ströme durch menschliche Körper von Personen 7 entstehen können. Derartige resistive Fehlerströme IFehl sind bereits bei Stromstärken lebensgefährlich, die deutlich unter den üblichen Stromstärken der ungefährlichen kapazitiven Ableitströme IAbl,1 , IAbl,2 liegen können. Um nun einen potentiell auftretenden resistiven Fehlerstrom IFehl mit derart geringen Stromstärken zuverlässig und mit geringem Aufwand messen zu können, wird vorgeschlagen, auf eine jeweils separate Messung eines Summenstroms ISum,1 ISum,2 mit einem jeweils möglicherweise hohen, für beide PV-Strings 2.1, 2.2 jedoch ähnlichen Ableitstrom IAbl,1 , IAbl,2 zu verzichten. Stattdessen gibt der Stromwandler 31 als Messsignal den Unterschied, also die Differenz der Summenströme ISum,1 ISum,2 und damit auch der Ableitströme IAbl,1 , IAbl,2 zwischen den beiden PV-Strings 2.1, 2.2 aus. Dieser Unterschied ist, gemäß der oben genannten Voraussetzung der Ähnlichkeit der PV-Strings 2.1, 2.2, gering. Damit ist auch ein üblicherweise dauerhaft vorhandenes Messsignal, d. h. das Messsignal, das im Normalbetrieb der PV-Anlage 1 ohne Fehlerfall, also ohne Fehlerstrom IFehl , vorliegt, aufgrund der eintretenden Kompensation der Summenströme ISum,1 , ISum,2 ebenfalls gering.Especially with powerful PV inverters 10 Without galvanic separation between the DC and AC sides, the vast majority of the total currents correspond I Sum, 1 I Sum, 2 the leakage currents I oj, 1 , I oj, 2 caused by the parasitic capacitance 6.1 , 6.2 caused. For protection against electric shock to people 7th must now have sudden changes in the total currents I Sum, 1 , I Sum, 2 can be detected as they are caused by the flow of life-threatening currents through the human body of persons 7th can arise. Such resistive fault currents I miss are already life-threatening at currents that are well below the usual currents of non-dangerous capacitive leakage currents I oj, 1 , I oj, 2 can lie. To now a potentially occurring resistive fault current I miss To be able to measure reliably and with little effort with such low current intensities, it is proposed to use a separate measurement of a total current in each case I Sum, 1 I Sum, 2 with a possibly high one for both PV strings 2.1 , 2.2 but similar leakage current I oj, 1 , I oj, 2 to renounce. Instead, the current transformer gives 31 as the measurement signal, the difference, i.e. the difference in the total currents I Sum, 1 I Sum, 2 and thus also the leakage currents I oj, 1 , I oj, 2 between the two PV strings 2.1 , 2.2 out. This difference is, according to the assumption mentioned above, the similarity of the PV strings 2.1 , 2.2 , small amount. This means that there is also a measurement signal that is usually permanently present, ie the measurement signal that is generated during normal operation of the PV system 1 without fault, i.e. without fault current I miss , is present, due to the compensation of the total currents that occurs I Sum, 1 , I Sum, 2 also low.

Eine Änderung des Summenstroms ISum,1 , ISum,2 in einem der PV-Strings 2.1, 2.2, zum Beispiel, wenn eine Person einen spannungsführenden Leiter berührt, wirkt sich nur auf denjenigen der PV-Strings 2.1, 2.2 aus, an dem der Fehler aufgetreten ist, der also dem Fehler zugeordnet ist. Im Fehlerfall erhöht sich daher der verbleibende Unterschied zwischen den Summenströmen ISum,1 , ISum,2 der ähnlichen PV-Strings 2.1, 2.2 signifikant relativ zu dem ansonsten kompensierten und üblicherweise dauerhaft vorhandenem Messsignal. Dieser Effekt ist in dem Messsignal des Stromwandlers 31 gut erkennbar. Demzufolge kann ein entsprechend empfindlicher, günstiger Stromwandler 31 gewählt werden und der Fehlerstrom IFehl kann mit zuverlässigen und günstigen Mitteln detektiert werden.A change in the total current I Sum, 1 , I Sum, 2 in one of the PV strings 2.1 , 2.2 For example, if a person touches a live conductor, it only affects those of the PV strings 2.1 , 2.2 on which the error occurred, i.e. which is assigned to the error. In the event of a fault, the remaining difference between the total currents therefore increases I Sum, 1 , I Sum, 2 of similar PV strings 2.1 , 2.2 significant relative to the otherwise compensated and usually permanently present measurement signal. This effect is in the measuring signal of the current transformer 31 good to see. As a result, a correspondingly sensitive, inexpensive current transformer 31 can be selected and the fault current I miss can be detected with reliable and inexpensive means.

In 2 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung 30 dargestellt, wie sie beispielsweise in einem erfindungsgemäßen PV-Wechselrichter 10 der PV-Anlage 1 aus 1 angeordnet sein kann. Die Detektionsvorrichtung 30 beinhaltet einen Stromwandler 31, und eine mit dem Stromwandler 31 verbundene Auswerteeinheit 32. Dabei ist der Stromwandler 31 in 2 als Durchflusswandler 33 ausgebildet, der von den zwei PV-Strings 2.1, 2.2 der PV-Anlage 1 durchsetzt wird. Die Durchsetzung ist derart ausgebildet, dass sich ein in der positiven DC-Leitung 4.1 fließender DC-Strom IStr,1 des ersten PV-Strings 2.1 mit einem in der negativen DC-Leitung 5.1 in entgegengesetzter Richtung durch den Durchflusswandler 33 fließenden und üblicherweise gleichgroßen DC-Strom IStr,1 kompensiert. Gleiches gilt so für die DC-Ströme IStr,2 , des zweiten PV-Strings 2.2, die in dessen positiver DC-Leitung 4.2 und in dessen negativer DC-Leitung 5.2 fließen. Die DC-Ströme IStr,1 , IStr,2 sind somit üblicherweise Gegentakt-Signale, die innerhalb der DC-Leitungen fließen. Diese als Gegentakt-Signale auftretenden DC-Ströme IStr,1 , IStr,2 fließen insbesondere nicht, zumindest nicht in einem Normalbetrieb der PV-Anlage 1, bei dem kein Fehlstrom IFehl vorliegt, von den DC-Leitungen gegen Erdpotential.In 2 is a first embodiment of a detection device according to the invention 30th shown, for example, in a PV inverter according to the invention 10 of the PV system 1 out 1 can be arranged. The detection device 30th includes a current transformer 31 , and one with the current transformer 31 connected evaluation unit 32 . Here is the current transformer 31 in 2 as a flow converter 33 formed by the two PV strings 2.1 , 2.2 of the PV system 1 is enforced. The enforcement is designed in such a way that there is one in the positive DC line 4.1 flowing DC current I Str, 1st of the first PV string 2.1 with one in the negative DC line 5.1 in the opposite direction through the flow converter 33 flowing and usually equally large DC current I Str, 1st compensated. The same applies to the DC currents I Str, 2 , the second PV string 2.2 that is in its positive DC line 4.2 and in its negative DC line 5.2 flow. The DC currents I Str, 1st , I Str, 2 are therefore usually push-pull signals that flow within the DC lines. These DC currents appearing as push-pull signals I Str, 1st , I Str, 2 in particular do not flow, at least not in normal operation of the PV system 1 where there is no fault current I miss is present, from the DC lines to earth potential.

Zusätzlich zu dem DC-Potential auf den positiven DC-Leitungen 4.1, 4.2 und auf den negativen DC-Leitungen 5.1, 5.2 der beiden PV-Strings 2.1, 2.2 ist jeweils gegenüber dem Erdpotential ein AC-Potential überlagert. Das AC-Signal ist topologiebedingt vorhanden, weil der PV-Wechselrichter 10, an den die PV-Strings 2.1, 2.2 eingangsseitig angeschlossen sind, ausgangsseitig mit dem AC-Netz verbunden ist. Bei dem AC-Signal, welches in 2 mittels der Wellenlinien illustriert ist, handelt es sich üblicherweise um ein Gleichtakt-Signal gegenüber dem Erdpotential. Hieraus ergibt sich in Verbindung mit den parasitären Kapazitäten 6.1, 6.2 der beiden PV-Strings 2.1, 2.2 jeweils ein Ableitstrom IAbl,1 IAbl,2 , und damit jeweils ein Summenstrom ISum,1 ISum,2 , der von jedem der PV-Strings 2.1, 2.2 gegen das Erdpotential PE fließt. Die Durchsetzung des Durchflusswandlers 33 hinsichtlich der Summenströme ISum,1 ISum,2 , ist nun derart, dass der erste Summenstrom ISum,1 des ersten PV-Strings 2.1 den Durchflusswandler in entgegengesetzter Richtung zu dem zweiten Summenstrom ISum,2 des zweiten PV-Strings 2.2 durchsetzt. Da die parasitären Kapazitäten 6.1, 6.2 der PV-Strings 2.1, 2.2 ähnlich sind, ergibt sich im normalen Betrieb der PV-Strings 2.1, 2.2 (d.h. in Abwesenheit eines Fehlerstroms) eine weitestgehende Kompensation des Messsignals des Durchflusswandlers 33 Tritt nun ein Fehlerstrom in einem der beiden PV-Strings 2.1, 2.2 auf, so addiert sich zu dem Ableitstrom des fehlerbehafteten PV-Strings und es resultiert ein signifikantes Messsignal des Stromwandlers 33.In addition to the DC potential on the positive DC lines 4.1 , 4.2 and on the negative DC lines 5.1 , 5.2 of the two PV strings 2.1 , 2.2 an AC potential is superimposed on the earth potential. The AC signal is present due to the topology, because the PV inverter 10 to which the PV strings 2.1 , 2.2 connected on the input side is connected to the AC grid on the output side. With the AC signal, which is in 2 is illustrated by means of the wavy lines, it is usually a common-mode signal with respect to the ground potential. This results in connection with the parasitic capacitances 6.1 , 6.2 of the two PV strings 2.1 , 2.2 one leakage current each I oj, 1 I oj, 2 , and thus a total current in each case I Sum, 1 I Sum, 2 that of each of the PV strings 2.1 , 2.2 against the earth potential PE flows. Enforcement of the forward converter 33 with regard to the total currents I Sum, 1 I Sum, 2 , is now such that the first total current I Sum, 1 of the first PV string 2.1 the forward converter in the opposite direction to the second total current I Sum, 2 of the second PV string 2.2 interspersed. Because the parasitic capacitance 6.1 , 6.2 the PV strings 2.1 , 2.2 are similar, results in normal operation of the PV strings 2.1 , 2.2 (ie in the absence of a fault current) the greatest possible compensation of the measuring signal of the flow converter 33 If a fault current occurs in one of the two PV strings 2.1 , 2.2 on, so adds to the leakage current of the faulty PV string and a significant measurement signal of the current transformer results 33 .

Das beschriebene Prinzip ist auch auf PV-Wechselrichter 10 mit mehr als zwei PV-Strings anwendbar, indem immer die DC-Leitungen von jeweils zwei ähnlichen PV-Strings paarweise in der in 2 dargestellten Weise durch einen Stromwandler 31, insbesondere einen Durchflusswandler 33 geführt werden. Bei einer Anzahl n von PV-Strings werden somit eine Anzahl n/2 von Stromwandlern 31, insbesondere Durchflusswandlern 31 benötigt. Alternativ dazu können jedoch auch die DC-Leitungen 4.1, 4.2, 5.1, 5.2 einer jeden anderen, geradzahligen Zahl von ähnlichen PV-Strings 2.1, 2.2 auf diese Art zusammengefasst werden, nämlich indem der Summenstrom der einen Hälfte der PV-Strings in der einen Richtung und der Summenstrom der anderen Hälfte der PV-Strings in der entgegengesetzten Richtung durch den genau einen gemeinsamen Durchflusswandler 33 als Stromwandler 31 geführt wird.The principle described is also applicable to PV inverters 10 Can be used with more than two PV strings by always placing the DC cables of two similar PV strings in pairs in the in 2 way shown by a current transformer 31 , especially a forward converter 33 be guided. With a number n of PV strings, there are thus a number n / 2 of current transformers 31 , especially forward converters 31 needed. Alternatively, however, the DC cables can also be used 4.1 , 4.2 , 5.1 , 5.2 any other even number of similar PV strings 2.1 , 2.2 can be combined in this way, namely by the total current of one half of the PV strings in one direction and the total current of the other half of the PV strings in the opposite direction through exactly one common flow converter 33 as a current transformer 31 to be led.

Bei Anwendungen, in denen eine geradzahlige Anzahl an PV-Strings 2.1, 2.2 mit einem gemeinsamen Stromwandler 31, wie in 1 und 2 dargestellt, überwacht werden, ist eine Lokalisierung einer sprunghaften Änderung eines Summenstroms ISum,1 , ISum,2 auf einen der PV-Strings 2.1, 2.2 nur indirekt möglich. Es kann zwar eine sprunghafte Änderung in der Gesamtheit der beiden PV-Strings 2.1, 2.2 erkannt werden, jedoch kann durch den Aufbau noch nicht erkannt werden, von welchem der beiden PV-Strings 2.1, 2.2 der sprunghafte Anstieg und damit der Fehlerstrom IFehl hervorgerufen wird. Eine Möglichkeit zur Bestimmung des jeweilig fehlerbehafteten der PV-Strings 2.1, 2.2 wird in Verbindung mit 3 näher erläutert.For applications in which an even number of PV strings 2.1 , 2.2 with a common current transformer 31 , as in 1 and 2 represented, monitored, is a localization of a sudden change in a total current I Sum, 1 , I Sum, 2 on one of the PV strings 2.1 , 2.2 only possible indirectly. There can be an abrupt change in the entirety of the two PV strings 2.1 , 2.2 can be recognized, however, due to the structure, it cannot yet be recognized from which of the two PV strings 2.1 , 2.2 the sudden increase and thus the fault current I miss is caused. One way of determining which of the PV strings is faulty 2.1 , 2.2 will be used in conjunction with 3 explained in more detail.

3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung 30. Die zweite Ausführungsform ist in einigen Punkten ähnlich zu der ersten Ausführungsform der Detektionsvorrichtung 30 gemäß 2 ausgeführt, weswegen hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die Figurenbeschreibung der 2 verwiesen wird. Im Folgenden werden hauptsächlich die Unterschiede der zweiten von der ersten Ausführungsform dargestellt. 3 shows a second embodiment of a detection device according to the invention 30th . The second embodiment is similar in some respects to the first embodiment of the detection device 30th according to 2 executed, which is why with regard to the similarities on the description of the figures 2 is referred. The following mainly shows the differences between the second and the first embodiment.

Im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform ist die zweite Ausführungsform der Detektionsvorrichtung 30 für insgesamt drei PV-Strings 2.1, 2.2, 2.3 ausgelegt und beinhaltet drei Durchflusswandler 33.1, 33.2, 33.3, die mit der Auswerteeinheit 32 verbunden sind. Der erste DC-Strom IStr,1 des ersten PV-Strings 2.1 durchfließt den ersten Durchflusswandler 33.1 zweimal, jeweils einmal in entgegengesetzter Richtung. Zusätzlich durchfließt der erste DC-Strom IStr,1 des ersten PV-Strings 2.1 den dritten Durchflusswandler 33.3 ebenfalls zweimal, jeweils einmal in entgegengesetzter Richtung. Der zweite DC-Strom IStr,2 des zweiten PV-Strings 2.2 durchfließt den zweiten Durchflusswandler 33.2 zweimal, jeweils einmal in entgegengesetzter Richtung. Zusätzlich durchfließt der zweite DC-Strom IStr,2 des zweiten PV-Strings 2.2 den ersten Durchflusswandler 33.1 ebenfalls zweimal, jeweils einmal in entgegengesetzter Richtung. Der dritte DC-Strom IStr,3 des dritten PV-Strings 2.3 durchfließt den zweiten Durchflusswandler 33.2 zweimal, jeweils einmal in entgegengesetzter Richtung. Zusätzlich durchfließt der dritte DC-Strom IStr,3 des dritten PV-Strings 2.3 den dritten Durchflusswandler 33.3 zweimal, jeweils einmal in entgegengesetzter Richtung. Jeder Durchflusswandler wird also stets von den DC-Strömen von jeweils einem Paar aus zwei der PV-Strings 2.1 - 2.3 durchflossen. Dabei ist die Durchsetzung derart ausgebildet, dass die Ableitströme IAbl,1 , IAbl,2 IAbl,3, sowie auch die Summenströme ISum,1 , ISum,2 ISum,3 für jedes Paar an PV-Strings 2.1 - 2.3 mit einem gemeinsamen Durchflusswandler 33.1 - 33.3, den gemeinsamen Durchflusswandler 33.1 - 33.3 in entgegengesetzter Richtung durchsetzen. Auf diese Weise ergibt sich auch hier für jeden der Durchflusswandler eine jeweils paarweise wirkende Kompensation der Summenströme ISum,1 , ISum,2 ISum,3 .In contrast to the first embodiment, the second embodiment is the detection device 30th for a total of three PV strings 2.1 , 2.2 , 2.3 designed and includes three flow converters 33.1 , 33.2 , 33.3 with the evaluation unit 32 are connected. The first DC current I Str, 1st of the first PV string 2.1 flows through the first forward converter 33.1 twice, each time in the opposite direction. In addition, the first DC current flows through it I Str, 1st of the first PV string 2.1 the third forward converter 33.3 also twice, each time in the opposite direction. The second DC current I Str, 2 of the second PV string 2.2 flows through the second forward converter 33.2 twice, each time in the opposite direction. In addition, the second DC current flows through it I Str, 2 of the second PV string 2.2 the first forward converter 33.1 also twice, each time in the opposite direction. The third DC current I Str, 3 of the third PV string 2.3 flows through the second forward converter 33.2 twice, each time in the opposite direction. In addition, the third DC current flows through it I Str, 3 of the third PV string 2.3 the third forward converter 33.3 twice, each time in the opposite direction. Each forward converter is therefore always powered by the DC currents from a pair of two of the PV strings 2.1 - 2.3 flowed through. The enforcement is designed in such a way that the leakage currents I oj, 1 , I oj, 2 IAbl, 3, as well as the total currents I Sum, 1 , I Sum, 2 I Sum, 3rd for each pair of PV strings 2.1 - 2.3 with a common flow converter 33.1 - 33.3 , the common forward converter 33.1 - 33.3 prevail in the opposite direction. In this way, there is also a compensation of the total currents that acts in pairs for each of the flow converters I Sum, 1 , I Sum, 2 I Sum, 3rd .

Mit einer in 3 dargestellten Ausführungsform ist ein Lokalisieren desjenigen PV-Strings 2.1, 2.2, 2.3, der eine sprunghafte Änderung des Summenstroms tatsächlich ausgelöst hat, möglich. Dabei werden die Durchflusswandler 33.1, 33.2, 33.3 derart verwendet, dass durch sie die DC-Leitungen 4.1, 4.2, 4.3, 5.1, 5.2, 5.3 von jeweils zwei PV-Strings 2.1, 2.2, 2.3 in Art einer „Daisy Chain“ Kette kompensierend geführt werden.With an in 3 The embodiment shown is a localization of that PV string 2.1 , 2.2 , 2.3 , which actually triggered a sudden change in the total current, is possible. Thereby the flow converters 33.1 , 33.2 , 33.3 so used that through it the DC lines 4.1 , 4.2 , 4.3 , 5.1 , 5.2 , 5.3 of two PV strings each 2.1 , 2.2 , 2.3 be guided in a compensating manner in the manner of a "daisy chain".

Jeder der PV-Strings 2.1, 2.2, 2.3 in 3 ist jeweils mit zwei bestimmten für ihn charakteristischen der drei Durchflusswandler 33.1, 33.2, 33.3 verbunden. Ein sprunghafter Anstieg des Summenstroms ISum,1 , ISum,2 ISum,3 an einem der PV-Strings 2.1, 2.2, 2.3 erzeugt daher einen Sprung des entsprechenden Messsignals in den zwei jeweils für ihn charakteristischen Durchflusswandlern 33.1 - 33.3. Über einen Vergleich, welche zwei der insgesamt drei Durchflusswandler 33.1 - 33.3 nun einen sprunghaften Anstieg des Messsignals aufweisen, kann auf den PV-String geschlossen werden, der den Fehler verursacht hat. Dabei kann der Vergleich der Messignale der einzelnen Durchflusswandler und die Bestimmung des fehlerbehafteten PV-Strings 2.1 - 2.3 über die Auswerteeinheit 32 erfolgen.Each of the PV strings 2.1 , 2.2 , 2.3 in 3 is each with two specific for him characteristic of the three forward converters 33.1 , 33.2 , 33.3 connected. A sudden increase in the total current I Sum, 1 , I Sum, 2 I Sum, 3rd on one of the PV strings 2.1 , 2.2 , 2.3 therefore generates a jump in the corresponding measurement signal in the two flow converters that are characteristic of it 33.1 - 33.3 . By comparing which two of the three flow converters 33.1 - 33.3 now show a sudden increase in the measurement signal, conclusions can be drawn about the PV string that caused the error. The comparison of the measurement signals of the individual flow converters and the determination of the faulty PV string 2.1 - 2.3 via the evaluation unit 32 respectively.

Das hier beschriebene Vorgehen lässt sich auch auf eine Konfiguration der Detektionsvorrichtung 30 mit mehr als drei PV-Strings 2.1, 2.2, 2.3 übertragen. Allgemein ergibt sich, dass für eine Anzahl n von PV-Strings 2.1 - 2.n auch eine Anzahl n von Durchflusswandlern benötigt werden, um nicht nur einen Fehler in einem der PV-Strings 2.1 - 2.n aufzuzeigen, sondern auch den jeweils fehlerbehafteten der PV-Strings 2.1 - 2.n zu bestimmen.The procedure described here can also be applied to a configuration of the detection device 30th with more than three PV strings 2.1 , 2.2 , 2.3 transfer. In general, it follows that for a number n of PV strings 2.1 - 2.n also a number n of forward converters are required to avoid just one fault in one of the PV strings 2.1 - 2.n, but also the faulty PV strings 2.1 - 2.n to be determined.

Eine Ungleichheit der paarweise betrachteten und jeweils einen Durchflusswandler durchsetzenden PV-Strings 2.1, 2.2, 2.3 kann eine Übersteuerung des jeweiligen Durchflusswandlers 33.1, 33.2, 33.3 bewirken. Umgekehrt kann von einer zu großen Ungleichheit der über einen Durchflusswandler 33.1, 33.2, 33.3 am PV-Wechselrichter 10 angeschlossenen PV-Strings 2.1, 2.2, 2.3 ausgegangen werden, wenn das Messsignal eines gemeinsam genutzten Durchflusswandlers 33.1, 33.2, 33.3 auch im Normalbetrieb der PV-Anlage 1 dauerhaft eine Differenz der Summenströme ISum,1 , ISum,2 ISum,3 mit hoher Stromstärke erfasst, wenn also diese Stromstärke einen bestimmten Bemessungs-Wert als zweiten Schwellwert STH,2 dauerhaft übersteigt. In einem solchen Fall können jedoch entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden, z. B. eine andere Gruppierung in Bezug auf die gemeinsam genutzten Durchflusswandler 33.1 - 33.3 und/oder gegebenenfalls eine Änderung einzelner PV-Strings 2.1 - 2.3 in Bezug auf Typ und Anzahl der dem PV-String 2.1 - 2.3 zugeordneten PV-Module 3.An inequality of the PV strings considered in pairs and each penetrating a flow converter 2.1 , 2.2 , 2.3 can override the respective flow converter 33.1 , 33.2 , 33.3 cause. Conversely, from too great an inequality of the across a flow converter 33.1 , 33.2 , 33.3 on the PV inverter 10 connected PV strings 2.1 , 2.2 , 2.3 can be assumed if the measurement signal of a shared flow converter 33.1 , 33.2 , 33.3 even during normal operation of the PV system 1 permanently a difference in the total currents I Sum, 1 , I Sum, 2 I Sum, 3rd detected with a high amperage, so if this amperage has a certain rated value as the second threshold value S TH, 2 permanently exceeds. In such a case, however, appropriate measures can be taken, e.g. B. a different grouping in relation to the shared forward converters 33.1 - 33.3 and / or, if necessary, a change in individual PV strings 2.1 - 2.3 in terms of type and number of the PV string 2.1 - 2.3 assigned PV modules 3 .

In 4 ist ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Detektion eines Fehlerstroms gemäß einer Ausführungsform dargestellt.In 4th is a flowchart of a method according to the invention for detecting a fault current according to one embodiment.

In Schritt S1 wird ein Messsignal des zumindest einen Stromwandlers 31 detektiert. Das Messsignal repräsentiert dabei z. B. eine Differenz eines von dem ersten PV-String 2.1 gegen das Erdpotential PE fließenden ersten Summenstroms ISum,1 und eines von dem zweiten PV-String 2.2 gegen das Erdpotential PE fließenden zweiten Summenstroms ISum,2 . Bei Verwendung einer Detektionsvorrichtung 30, die gemäß 3 für mehr als zwei PV-Strings 2.1, 2.2 ausgelegt ist, kann das Messsignal zusätzlich auch eine Differenz eines von dem ersten PV-String 2.1 gegen das Erdpotential PE fließenden ersten Summenstroms ISum,1 und eines von dem dritten PV-Strings 2.3 gegen das Erdpotential PE fließenden dritten Summenstroms ISum,3 und/oder eine Differenz eines von dem zweiten PV-String 2.2 gegen das Erdpotential PE fließenden zweiten Summenstrom ISum,2 und eines von dem dritten PV-String 2.3 gegen das Erdpotential PE fließenden dritten Summenstroms ISum,3 beinhalten.In step S1 becomes a measurement signal of the at least one current transformer 31 detected. The measurement signal represents z. B. a difference of one from the first PV string 2.1 against the earth potential PE flowing first total current I Sum, 1 and one from the second PV string 2.2 against the earth potential PE flowing second total current I Sum, 2 . When using a detection device 30th that according to 3 for more than two PV strings 2.1 , 2.2 is designed, the measurement signal can also be a difference between one of the first PV string 2.1 against the earth potential PE flowing first total current I Sum, 1 and one of the third PV string 2.3 against the earth potential PE flowing third sum stream I Sum, 3rd and / or a difference in one of the second PV string 2.2 against the earth potential PE flowing second total current I Sum, 2 and one from the third PV string 2.3 against the earth potential PE flowing third sum stream I Sum, 3rd include.

In Schritt S2 wird überprüft, ob das detektierte Messsignal einen ersten Schwellwert STH,1 übersteigt. Falls nein, wird mit Schritt S1 fortgefahren. Falls ja, folgt der optionale Schritt S3, bei dem überprüft wird, ob sich das Messsignal sprunghaft ändert. Ist dies der Fall, so wird im optionalen Schritt S4 geprüft, ob sich der resistive Anteil des Messsignals sprunghaft ändert. Ist dies der Fall, so wird mit Schritt S5 fortgefahren. Falls die Prüfung der optionalen Schritte S3 oder S4 negativ ist, wird mit Schritt S1 fortgefahren. Falls die optionalen Schritte S3 und S4 nicht durchgeführt werden, wird nach erfolgter Prüfung in Schritt S2 dann, wenn das detektierte Messsignal den ertsen Schwellwert STH,1 übersteigt, mit dem Schritt S5 fortgefahren.In step S2 it is checked whether the detected measurement signal has a first threshold value S TH, 1 exceeds. If not, with step S1 proceeded. If so, the optional step follows S3 , which checks whether the measurement signal changes suddenly. If this is the case, then in the optional step S4 checked whether the resistive component of the measurement signal changes abruptly. If this is the case, step S5 proceeded. If checking the optional steps S3 or S4 is negative, will step with S1 proceeded. If the optional steps S3 and S4 are not carried out, after the check in step S2 when the detected measurement signal has reached the first threshold value STH, 1 exceeds, with the step S5 proceeded.

In Schritt S5 wird ein Fehlerstrom IFehl signalisiert, wenn das detektierte Messsignal gemäß der Prüfung in Schritt S2 den ersten Schwellwert STH,1 übersteigt. Eine Signalisierung kann beispielsweise ein innerhalb der Auswerteeinrichtung 32 generiertes Alarmsignal sein, das weitere Maßnahmen auslösen kann. Eine Signalisierung des Fehlerstroms IFehl kann initiiert durch die Auswerteeinheit 32 auch über ein per Funk übertragenes Signal an einen Betreiber der PV-Anlage 1 erfolgen.In step S5 becomes a fault current I miss signals when the detected measurement signal according to the test in step S2 the first threshold S TH, 1 exceeds. Signaling can, for example, occur within the evaluation device 32 be generated alarm signal that can trigger further measures. A signaling of the fault current I miss can be initiated by the evaluation unit 32 also via a radio transmitted signal to an operator of the PV system 1 respectively.

An Schritt S5 schließt sich der optionale Schritt S6 an, der insbesondere für eine Ausführung der Detektionsvorrichtung 30 gemäß 3 durchgeführt werden kann. In Schritt S6 wird der betroffene PV-String 2.1, 2.2, 2.3 ermittelt, der die Änderung des Messsignals und damit den Fehlerstrom IFehl ausgelöst hat. Nach Ermittlung des betroffenen PV-Strings 2.1, 2.2, 2.3 kann dieser in Schritt S7 freigeschaltet werden, um mögliche Gefahren für Personen 7 abzuwenden. Dabei kann die PV-Anlage 1 zusammen mit den restlichen nicht vom Fehlerstrom IFehl betroffenen PV-Strings weiterbetrieben werden.At step S5 closes the optional step S6 on, in particular for a design of the detection device 30th according to 3 can be carried out. In step S6 becomes the affected PV string 2.1 , 2.2 , 2.3 determines the change in the measurement signal and thus the fault current I miss triggered. After determining the affected PV string 2.1 , 2.2 , 2.3 can do this in step S7 unlocked to avoid possible dangers to people 7th avert. The PV system can 1 together with the rest not from the fault current I miss affected PV strings continue to be operated.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Photovoltaik (PV) - AnlagePhotovoltaic (PV) system
2.1, 2.2, 2.32.1, 2.2, 2.3
PV-StringPV string
33
PV-ModulPV module
4.1, 4.2, 4.34.1, 4.2, 4.3
DC-LeitungDC line
5.1, 5.2, 5.35.1, 5.2, 5.3
DC-LeitungDC line
6.1, 6.26.1, 6.2
parasitäre Kapazitätparasitic capacitance
77th
Personperson
88th
PV-GeneratorPV generator
1010
WechselrichterInverter
11.1, 11.211.1, 11.2
DC-EingangDC input
1212th
AC-AusgangAC output
1313th
DC/DC-WandlerDC / DC converter
1414th
DC-ZwischenkreisDC link
1515th
DC/AC-WandlerDC / AC converter
1616
SteuerungseinheitControl unit
2020th
Wechselspannungsnetz (AC-Netz)Alternating voltage network (AC network)
3030th
DetektionsvorrichtungDetection device
3131
StromwandlerPower converter
3232
AuswerteeinheitEvaluation unit
33, 33.1, 33.2, 33.333, 33.1, 33.2, 33.3
DurchflusswandlerFlow converter
S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7
VerfahrensschritteProcedural steps
ISum,1, ISum,2, ISum,3ISum, 1, ISum, 2, ISum, 3
SummenstromTotal current
IFehlI mistake
FehlerstromFault current
IAbl,1, IAbi,2IAbl, 1, IAbi, 2
AbleitstromLeakage current
IStr,1, Istr,2, IStr,3IStr, 1, Istr, 2, IStr, 3
DC-StromDC power
PEPE
ErdpotentialEarth potential
STH,1STH, 1
erster Schwellwertfirst threshold
STH,2STH, 2
zweiter Schwellwertsecond threshold

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • EP 2372857 A1 [0006]EP 2372857 A1 [0006]

Claims (16)

Detektionsvorrichtung (30) zur Detektion eines Fehlerstroms (IFehl) an einem PV-Generator (8) und/oder an dem PV-Generator (8) zugeordneten DC-Leitungen (4.1 - 4.3, 5.1 - 5.3) einer PV-Anlage (1), wobei der PV-Generator (8) zumindest einen ersten PV-String (2.1) und einen zweiten PV-String (2.2) aufweist, die über jeweils zwei DC-Leitungen (4.1, 5.1, 4.2, 5.2) mit einem PV-Wechselrichter (10) der PV-Anlage (1) verbunden sind, wobei die Detektionsvorrichtung (30) zumindest einen Stromwandler (31) und eine mit dem zumindest einen Stromwandler (31) verbundene Auswerteeinheit (32) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass - der Stromwandler (31) als ein von dem ersten PV-String (2.1) und dem zweiten PV-String (2.2) gemeinsam nutzbarer Stromwandler (31) ausgebildet ist, wobei ein Messsignal des gemeinsam nutzbaren Stromwandlers (31) eine Differenz eines von dem ersten PV-String (2.1) gegen das Erdpotential (PE) fließenden ersten Summenstroms (ISum,1) und eines von dem zweiten PV-String (2.2) gegen das Erdpotential (PE) fließenden zweiten Summenstroms (Isum,2) repräsentiert, und wobei der Fehlerstrom (IFehl), sofern er auftritt, ein Bestandteil des ersten Summenstroms (ISum,1) und/oder des zweiten Summenstroms (Isum,2) ist.Detection device (30) for detecting a fault current (I fault ) on a PV generator (8) and / or on the DC lines (4.1 - 4.3, 5.1 - 5.3) assigned to the PV generator (8) of a PV system (1 ), the PV generator (8) having at least a first PV string (2.1) and a second PV string (2.2), which are connected to a PV via two DC lines (4.1, 5.1, 4.2, 5.2) Inverters (10) of the PV system (1) are connected, the detection device (30) having at least one current transformer (31) and an evaluation unit (32) connected to the at least one current transformer (31), characterized in that - the current transformer (31) is designed as a current transformer (31) that can be used jointly by the first PV string (2.1) and the second PV string (2.2), a measurement signal from the jointly usable current transformer (31) being a difference between one of the String (2.1) against the ground potential (PE) flowing first total current (I Sum, 1 ) and one from the second PV string (2 .2) represents the second total current (I sum, 2 ) flowing against the earth potential (PE), and where the fault current (I Fehl ), if it occurs, is a component of the first total current (I Sum, 1 ) and / or the second total current (I sum, 2 ) is. Detektionsvorrichtung (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsam nutzbare Stromwandler (31) als ein gemeinsam nutzbarer Durchflusswandler (33) ausgebildet ist, der zur Detektion des Messsignals von den zwei DC-Leitungen (4.1, 5.1) des ersten PV-Strings (2.1) und den zwei DC-Leitungen (4.2, 5.2) des zweiten PV-Strings (2.2) durchsetzt wird.Detection device (30) after Claim 1 , characterized in that the jointly usable current transformer (31) is designed as a jointly usable flow converter (33) which is used to detect the measurement signal from the two DC lines (4.1, 5.1) of the first PV string (2.1) and the two DC lines (4.2, 5.2) of the second PV string (2.2) is penetrated. Detektionsvorrichtung (30) nach Anspruch 2, wobei die zwei DC-Leitungen (4.1, 5.1) des ersten PV-Strings (2.1) so zueinander angeordnet sind, dass während eines Normalbetriebs der PV-Anlage (1) ein darin fließender DC-Strom (IStr,1) den Durchflusswandler (33) in zwei zueinander entgegengesetzten Richtungen durchsetzt, und wobei die zwei DC-Leitungen (4.2, 5.2) des zweiten PV-Strings (2.2) so zueinander angeordnet sind, dass während eines Normalbetriebs der PV-Anlage (1) ein darin fließender DC-Strom (IStr,2) den Durchflusswandler (33) in zwei zueinander entgegengesetzten Richtungen durchsetzt, und - wobei eine mit einem positiven Pol des ersten PV-Strings (2.1) verbundene DC-Leitung (4.1) relativ zu einer mit einem positiven Pol des zweiten PV-Strings (2.2) verbundene DC-Leitung (4.2) so angeordnet ist, dass während eines Normalbetriebs der PV-Anlage (1) die DC-Ströme (IStr,1, IStr,2) in den den positiven Polen zugeordneten DC-Leitungen (4.1, 4.2) den Durchflusswandler (33) in entgegengesetzten Richtungen durchsetzen.Detection device (30) after Claim 2 , the two DC lines (4.1, 5.1) of the first PV string (2.1) being arranged in relation to one another in such a way that, during normal operation of the PV system (1), a DC current (I Str, 1 ) flowing in the flow converter (33) penetrated in two mutually opposite directions, and wherein the two DC lines (4.2, 5.2) of the second PV string (2.2) are arranged in such a way that, during normal operation of the PV system (1), a DC flowing therein -Current (I Str, 2 ) passes through the flow converter (33) in two mutually opposite directions, and - wherein a DC line (4.1) connected to a positive pole of the first PV string (2.1) is relative to one with a positive pole of the second PV string (2.2) connected DC line (4.2) is arranged so that during normal operation of the PV system (1) the DC currents (I Str, 1 , I Str, 2 ) in the positive poles assigned DC lines (4.1, 4.2) pass through the flow converter (33) in opposite directions. Detektionsvorrichtung (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Stromwandler (31) auf einen Maximalwert ausgelegt ist, der einem Wert von maximal 50%, bevorzugt von maximal 25%, besonders bevorzugt von maximal 15% des größeren der beiden Werte aus einem ersten Ableitstrom (IAbl,1) und einem zweiten Ableitstrom IAbl,2 entspricht, wobei der erste Ableitstrom (IAbl,1) einen im Normalbetrieb der PV-Anlage (1) von dem ersten PV-String (2.1) gegen das Erdpotential (PE) fließenden Strom kennzeichnet und der zweite Ableitstrom (IAbl,2) einen im Normalbetrieb der PV-Anlage (1) von dem zweiten PV-String (2.2) gegen das Erdpotential (PE) fließenden Strom kennzeichnet.Detection device (30) according to one of the preceding claims, wherein the current transformer (31) is designed for a maximum value which is a value of a maximum of 50%, preferably a maximum of 25%, particularly preferably a maximum of 15% of the larger of the two values from a first Leakage current (I Abl, 1 ) and a second leakage current I Abl, 2 corresponds, with the first leakage current (I Abl, 1 ) being one of the first PV string (2.1) against earth potential (2.1) during normal operation of the PV system (1) PE) characterizes the flowing current and the second leakage current (IA bl, 2 ) characterizes a current flowing from the second PV string (2.2) against the earth potential (PE) during normal operation of the PV system (1). Detektionsvorrichtung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die PV-Anlage (1) eine Anzahl PV-Strings (2.1-2.3) aufweist, wobei die Anzahl größer zwei ist, wobei die Detektionsvorrichtung (30) eine gleichgroße Anzahl an Durchflusswandlern (33) aufweist, die mit der Auswerteinheit (32) der Detektionsvorrichtung (30) verbunden sind, wobei zur Detektion des Messsignals jeder der Durchflusswandler (33) von den DC-Leitungen (4.1 - 4.3, 5.1 - 5.3) zweier verschiedener PV-Strings (2.1 - 2.3) durchsetzt wird, und wobei die DC-Leitungen (4.1-4.3, 5.1-5.3) jedes PV-Strings (2.1-2.3) jeweils zwei verschiedene der Durchflusswandler (33) durchsetzen.Detection device (30) according to one of the Claims 1 until 4th , the PV system (1) having a number of PV strings (2.1-2.3), the number being greater than two, the detection device (30) having an equal number of flow converters (33) which are connected to the evaluation unit (32 ) of the detection device (30) are connected, each of the flow converters (33) being penetrated by the DC lines (4.1-4.3, 5.1-5.3) of two different PV strings (2.1-2.3) for the detection of the measurement signal, and the DC lines (4.1-4.3, 5.1-5.3) of each PV string (2.1-2.3) pass through two different flow converters (33). Verfahren zur Detektion eines Fehlerstroms (IFehl) an einer PV-Anlage (1), wobei ein PV-Generator (8) der PV-Anlage (1) zumindest einen ersten PV-String (2.1) und einen zweiten PV-String (2.2) aufweist, die über jeweils zwei DC-Leitungen (4.1, 5.1, 4.2, 5.2) mit einem PV-Wechselrichter (10) der PV-Anlage (1) verbunden sind, mit einer Detektionsvorrichtung (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche umfassend die Schritte: - Detektion eines Messsignals des zumindest einen Stromwandlers (31), wobei das Messsignal eine Differenz eines von dem ersten PV-String (2.1) gegen das Erdpotential (PE) fließenden ersten Summenstroms (ISum,1) und eines von dem zweiten PV-String (2.2) gegen das Erdpotential (PE) fließenden zweiten Summenstroms (Isum,2) repräsentiert; - Signalisierung eines Fehlerstroms (IFehl), wenn das detektierte Messsignal einen ersten Schwellwert (STH,1) übersteigt.Method for detecting a fault current (I Fehl ) in a PV system (1), wherein a PV generator (8) of the PV system (1) has at least a first PV string (2.1) and a second PV string (2.2 ), which are each connected to a PV inverter (10) of the PV system (1) via two DC lines (4.1, 5.1, 4.2, 5.2), with a detection device (30) according to one of the preceding claims comprising the Steps: - Detection of a measurement signal from the at least one current transformer (31), the measurement signal being a difference between a first total current (I Sum, 1 ) flowing from the first PV string (2.1) to the ground potential (PE) and one from the second PV -String (2.2) against the ground potential (PE) represents the second total current (I sum, 2 ) flowing; - Signaling of a fault current (I Fehl ) when the detected measurement signal exceeds a first threshold value (S TH, 1 ). Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Signalisierung des Fehlerstrom (IFehl,1) nur dann erfolgt, wenn das Messsignal den ersten Schwellwert (STH,1) mit einem sprungartigen Anstieg überschreitet, der eine Änderung der Differenz des ersten Summenstroms (ISum,1) und des zweiten Summenstroms (Isum,2) von zumindest 10mA, vorteilhafterweise von zumindest 20mA repräsentiert.Procedure according to Claim 6 , the fault current (I Fehl, 1 ) is only signaled when the measurement signal exceeds the first threshold value (S TH, 1 ) with a sudden increase that results in a change in the difference between the first total current (I Sum, 1 ) and the second total current (I sum, 2 ) of at least 10mA, advantageously represented by at least 20mA. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei ein resistiver Stromanteil des von dem zumindest einen Stromwandler (31) detektierten Messsignals bestimmt wird, wobei optional der Fehlerstrom (IFehl) nur dann signalisiert wird, wenn das von dem Stromwandler (31) detektierte Messsignal bei Überschreitung des ersten Schwellwertes (STH,1) eine sprunghafte Änderung eines resistiven Stromanteils um zumindest 10mA, vorteilhafterweise um zumindest 20mA aufweist.Method according to one of the Claims 6 or 7th , where a resistive current component of the at least one current transformer (31) detected measurement signal is determined, optionally the fault current (I Fehl ) is only signaled if the measurement signal detected by the current transformer (31) shows a sudden change in a resistive value when the first threshold value (S TH, 1) is exceeded Current component by at least 10mA, advantageously by at least 20mA. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der PV-Generator (8) der PV-Anlage (1) eine Anzahl an PV-Strings (2.1-2.3) aufweist, wobei die Anzahl größer zwei ist, und wobei die Detektionsvorrichtung (30) eine gleichgroße Anzahl an Stromwandlern (31) aufweist, wobei ein den Fehlerstrom verursachender PV-String (2.1-2.3) darüber ermittelt wird, dass zur Detektion des Messsignals jeweils zwei der PV-Strings (2.1-2.3) jeweils einen der Stromwandler (31) gemeinsam nutzen und wobei jeder der PV-Strings (2.1-2.3) jeweils zwei der Stromwandler (31) nutzt..Method according to one of the Claims 6 until 8th , the PV generator (8) of the PV system (1) having a number of PV strings (2.1-2.3), the number being greater than two, and the detection device (30) having an equal number of current transformers (31 ), wherein a PV string (2.1-2.3) causing the fault current is determined by the fact that two of the PV strings (2.1-2.3) each share one of the current transformers (31) to detect the measurement signal, and each of the PV -Strings (2.1-2.3) each uses two of the current transformers (31) .. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei in Reaktion auf die Signalisierung des Fehlerstroms (IFehl) der PV-Generator (8) oder lediglich der den Fehlerstrom (IFehl) verursachende PV-String (2.1-2.3) des PV-Generators (8) freigeschaltet wird.Method according to one of the Claims 6 until 9 , whereby the PV generator (8) or only the PV string (2.1-2.3) of the PV generator (8) causing the fault current (I Fehl ) is activated in response to the signaling of the fault current (I fault). Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei DC-Leitungen (4.1-4.3, 5.1 - 5.3) einer ersten Gruppe an PV-Strings (2.1-2.3) und einer gleich großen zweiten Gruppe an PV-Strings einen gemeinsamen Durchflusswandler (31) so durchsetzen, dass jeder der PV-Strings (2.1-2.3) der ersten Gruppe einen gegen das Erdpotential (PE) fließenden ersten Summenstrom (ISum,1) aufweist, der von einem gegen das Erdpotential (PE) fließenden zweiten Summenstrom (Isum,2) eines korrespondierenden PV-Strings der zweiten Gruppe zumindest annähernd kompensiert wird.Method according to one of the Claims 6 until 10 , whereby DC lines (4.1-4.3, 5.1 - 5.3) of a first group of PV strings (2.1-2.3) and a second group of the same size of PV strings enforce a common forward converter (31) so that each of the PV strings Strings (2.1-2.3) of the first group has a first total current (I Sum, 1 ) flowing against the ground potential (PE), which is derived from a second total current (I sum, 2 ) of a corresponding PV string flowing against the ground potential (PE) of the second group is at least approximately compensated. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei die zwei PV-Strings (2.1, 2.2) eines gemeinsam genutzten Stromwandlers (31) sich so ähneln, dass bei einem Normalbetrieb der PV-Anlage (1) eine Differenz eines von dem ersten PV-String (2.1) gegen das Erdpotential (PE) fließenden ersten Ableitstroms (IAbl,1) und eines von dem zweiten PV-String (2.2) gegen das Erdpotential (PE) fließenden zweiten Ableitstroms (IAbl,2) einen zweiten Schwellwert (STH,2) unterschreitet.Method according to one of the Claims 6 until 11th , whereby the two PV strings (2.1, 2.2) of a jointly used current transformer (31) are so similar that during normal operation of the PV system (1) there is a difference between one of the first PV strings (2.1) and the earth potential ( PE) flowing first leakage current (I Abl, 1 ) and a second leakage current (IA bl, 2 ) flowing from the second PV string (2.2) against the ground potential (PE) falls below a second threshold value (S TH, 2 ). Verfahren nach Anspruch 12, wobei der zweite Schwellwert (STH,2) einem Wert von 25%, vorteilhafterweise einem Wert von 15% bezogen auf ein Maximum aus dem ersten Ableitstrom (IAbl,1) und dem zweiten Ableitstrom (IAbl,2) entspricht.Procedure according to Claim 12 , the second threshold value (S TH , 2) corresponding to a value of 25%, advantageously a value of 15% based on a maximum of the first leakage current (I Abl, 1 ) and the second leakage current (IA bl, 2). PV-Wechselrichter (10) mit einem AC-Ausgang (12) zum Anschluss an ein Wechselspannungsnetz (20) und zumindest zwei DC-Eingängen (11.1, 11.2) zum Anschluss von zumindest zwei PV-Strings (2.1, 2.2, 2.3) eines PV-Generators (8), dadurch gekennzeichnet, dass der PV-Wechselrichter (10) eine Detektionsvorrichtung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweist, und/oder zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 6 bis 13 ausgelegt und eingerichtet ist.PV inverter (10) with an AC output (12) for connection to an AC voltage network (20) and at least two DC inputs (11.1, 11.2) for connection of at least two PV strings (2.1, 2.2, 2.3) of a PV -Generator (8), characterized in that the PV inverter (10) has a detection device (30) according to one of the Claims 1 until 5 has, and / or for performing a method according to one of the Claims 6 until 13th is designed and furnished. PV-Wechselrichter (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der PV-Wechselrichter (10) eine nominelle Leistung von zumindest 10 kW aufweist.PV inverter (10) Claim 14 , characterized in that the PV inverter (10) has a nominal power of at least 10 kW. PV-Wechselrichter (10) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der PV-Wechselrichter (10) als ein transformatorloser PV-Wechselrichter ausgebildet ist.PV inverter (10) Claim 14 or 15th , characterized in that the PV inverter (10) is designed as a transformerless PV inverter.
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