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Die Erfindung betrifft eine Wechselrichterbrückenschaltung mit einem ersten Eingangsanschluss, einem zweiten Eingangsanschluss, einem ersten Ausgangsanschluss und einem Neutralpunktanschluss. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Interleaved-Wechselrichterbrückenschaltung umfassend mindestens zwei solcher Wechselrichterbrückenschaltungen. Die Erfindung betrifft ferner auch einen mehrphasigen Wechselrichter umfassend für jede Phase eine Wechselrichterbrücke, die als eine solche Wechselrichterbrückenschaltung oder eine solche Interleaved-Wechselrichterbrückenschaltung ausgebildet ist. Und ferner betrifft die Erfindung auch eine Photovoltaikanlage aufweisend eine solche Wechselrichterbrückenschaltung, eine solche Interleaved-Wechselrichterbrückenschaltung oder einen solchen mehrphasigen Wechselrichter.
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Wechselrichter werden insbesondere in photovoltaischen Anlagen zur Umwandlung einer von einem Photovoltaikgenerator bereitgestellten Gleichspannung in einen Wechselstrom verwendet, um den Wechselstrom beispielsweise in ein Wechselstromnetz einzuspeisen. Die Umwandlung der Gleichspannung in einen Wechselstrom erfolgt dabei innerhalb des Wechselrichters durch eine sogenannte Wechselrichterbrücke. Bei einem mehrphasigen Wechselrichter ist für jede Phase jeweils eine Wechselrichterbrücke vorgesehen.
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Zur Ausbildung einer Wechselrichterbrücke sind verschiedene Formen von Wechselrichterbrückenschaltungen bekannt. Eine Form von Wechselrichterbrückenschaltungen sind beispielsweise die sogenannten neutralpunktgeklemmten (NPC - Neutral Point Clamped) Brückenschaltungen, wie sie beispielsweise in der Druckschrift: A. Nabae, I. Takahashi and H. Akagi, „A New Neutral-Point-Clamped PWM Inverter," in IEEE Transactions on Industry Applications, vol. IA-17, no. 5, pp. 518-523, Sept. 1981, beschrieben sind. NPC Brückenschaltungen weisen neben einem ersten Eingangsanschluss und einem zweiten Eingangsanschluss für eine Eingangsgleichspannung weiterhin einen Neutralpunktanschluss auf, der zur Verbindung mit einem Mittelpunkt eines eingangsseitig angeordneten Gleichspannungszwischenkreises vorgesehen ist, und zeichnen sich dadurch aus, dass an einem Ausgangsanschluss der NPC Brückenschaltung mindestens drei verschiedene Spannungspegel eingestellt werden können.
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In der Druckschrift: D. Floricau, G. Gateau, and A Leredde, „New active stacked NPC multilevel converter: Operation and features," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 57, no. 7, pp. 2272-2278, Jul. 2010, ist eine Weiterentwicklung der bekannten NPC Brückenschaltung beschrieben, bei der zwischen dem Neutralpunktanschluss und dem Ausgangsanschluss eine bidirektionale Halbleiterschalteranordnung und sowohl zwischen dem Neutralpunktanschluss und einem ersten Verbindungspunkt zwischen zwei von vier zwischen den Eingangsanschlüssen in Reihe geschalteten Hableiterschaltern als auch zwischen dem Neutralpunktanschluss und einem zweiten Verbindungspunkt zwischen zwei anderen der vier Hableiterschalter jeweils eine Diode oder ein weiterer Halbleiterschalter geschaltet ist.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wechselrichterbrückenschaltung bereitzustellen, um eine Umwandlung einer Gleichspannung in Wechselstrom, insbesondere für eine Photovoltaikanlage, zu realisieren, die gegenüber bekannten Wechselrichterbrückenschaltungen im Hinblick auf Schaltverluste bei gleichzeitig möglichst geringen Herstellungskosten verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Wechselrichterbrückenschaltung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 bzw. durch eine Interleaved-Wechselrichterbrückenschaltung gemäß dem nebengeordneten Anspruch 7 sowie durch einen mehrphasigen Wechselrichter gemäß den nebengeordneten Ansprüchen 9 und 11 und durch eine Photovoltaikanlage gemäß dem nebengeordneten Anspruch 13. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen wiedergegeben.
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Eine erfindungsgemäße Wechselrichterbrückenschaltung umfasst zunächst einen ersten Eingangsanschluss, einen zweiten Eingangsanschluss, einen ersten Ausgangsanschluss und einen Neutralpunktanschluss, wobei der erste Eingangsanschluss über eine Reihenschaltung aus einem ersten Halbleiterschalter, einem zweiten Halbleiterschalter, einem dritten Halbleiterschalter und einem vierten Halbleiterschalter mit dem zweiten Eingangsanschluss verbunden ist. Der Neutralpunktanschluss ist über eine bidirektionale Halbleiterschalteranordnung mit einem ersten Verbindungspunkt zwischen dem zweiten und dem dritten Halbleiterschalter, über einen fünften Halbleiterschalter mit einem zweiten Verbindungspunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Halbleiterschalter und über einen sechsten Halbleiterschalter mit einem dritten Verbindungspunkt zwischen dem dritten und dem vierten Halbleiterschalter verbunden. Der erste Verbindungspunkt ist ferner über eine Drossel mit dem Ausgangsanschluss verbunden.
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Der erste Halbleiterschalter und der vierte Halbleiterschalter sind bei der erfindungsgemäßen Wechselrichterbrückenschaltung als Bipolartransistoren, insbesondere IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor), mit jeweils einer antiparallel geschalteten Diode ausgebildet. Der zweite Halbleiterschalter und der dritte Halbleiterschalter sind als Feldeffekttransistoren, insbesondere MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), mit jeweils einer antiparallel geschalteten Diode ausgebildet. Diese Anordnung erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn ein Ansteuerverfahren mit Ansteuersignalen für die Halbleiterschalter verwendet wird, bei dem der erste und vierte Halbleiterschalter mit der Frequenz des zu erzeugenden Wechselstroms, beispielsweise mit 50 Hz, getaktet werden und der zweite und dritte Halbleiterschalter mit einer demgegenüber deutlich höheren Frequenz, beispielsweise im kHz-Bereich, mit beispielsweise einem pulsweitenmodulierten Signal getaktet werden.
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Die den Transistoren antiparallel geschalteten Dioden können intrinsische Dioden sein, beispielsweise Bodydioden von MOSFETs oder integrierte Dioden von IGBTs.
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Die Feldeffekttransistoren können vorzugsweise auf einem Halbleitermaterial mit größerer Bandlücke als bei Silizium (Si) basieren, beispielsweise auf Siliziumkarbid (SiC) oder Gallium-Nitrid (GaN).
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Der fünfte Halbleiterschalter und der sechste Halbleiterschalter sind in einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wechselrichterbrückenschaltung jeweils als passive Halbleiterschalter in Form von Dioden ausgebildet, in einer weiteren Ausführungsform sind sie jeweils als Bipolartransistoren, insbesondere IGBTs, mit einer antiparallel geschalteten Diode ausgebildet. Es können aber auch andere Formen von Halbleiterschaltern Anwendung finden.
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Die bidirektionale Halbleiterschalteranordnung kann beispielsweise als Reihenschaltung zweier Bipolartransistoren, insbesondere IGBTs, mit jeweils einer antiparallel geschalteten Diode ausgebildet sein. Grundsätzlich sind dem Fachmann auch noch weitere Ausbildungsmöglichkeiten für eine bidirektionale Halbleiterschalteranordnung bekannt, die ebensogut in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Wechselrichterbrückenschaltung verwendet werden können. Die Ausbildung der bidirektionalen Halbleiterschalteranordnung ist auch nicht auf die Verwendung von Bipolartransistoren beschränkt.
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Die Dioden der bidirektionalen Halbleiterschalteranordnung können vorzugsweise auf einem Halbleitermaterial mit größerer Bandlücke als bei Silizium (Si) basieren, beispielsweise auf Siliziumkarbid (SiC).
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Es kann vorteilhaft sein, Halbleiterschalter in einem gemeinsamen Modul zu integrieren. Dabei können beispielsweise der erste Halbleiterschalter, der vierte Halbleiterschalter, der fünfte Halbleiterschalter, der sechste Halbleiterschalter und die jeweils dazu antiparallel geschalteten Dioden in einem gemeinsamen Modul angeordnet sein und weiterhin können der zweite Halbleiterschalter, der dritte Halbleiterschalter und die jeweils dazu antiparallel geschalteten Dioden in einem gemeinsamen Modul angeordnet sein.
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Eine Interleaved-Wechselrichterbrückenschaltung kann gebildet werden, indem mindestens zwei erfindungsgemäße Wechselrichterbrückenschaltungen parallel geschaltet werden, d.h. die ersten Eingangsanschlüsse, die zweiten Eingangsanschlüsse, die ersten Ausgangsanschlüsse und die Neutralpunktanschlüsse der Wechselrichterbrückenschaltungen sind jeweils direkt miteinander verbunden. Die mindestens zwei Wechselrichterbrückenschaltungen verwenden dadurch gemeinsame erste Eingangsanschlüsse, zweite Eingangsanschlüsse, erste Ausgangsanschlüsse und Neutralpunktanschlüsse. Bei der Interleaved-Wechselrichterbrückenschaltung sind die Ansteuersignale für die Halbleiterschalter jeweils einer der Wechselrichterbrückenschaltungen gegenüber den entsprechenden Ansteuersignalen für die Halbleiterschalter der anderen Wechselrichterbrückenschaltungen phasenversetzt, wobei im Fall von N parallel geschalteten Wechselrichterbrückenschaltungen die Phasenverschiebung zwischen den entsprechenden Ansteuersignalen jeweils zweier Wechselrichterbrückenschaltungen typischerweise 360°/ N beträgt. Es sind jedoch auch hiervon abweichende Phasenverschiebungen möglich.
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Bei einer erfindungsgemäßen Interleaved-Wechselrichterbrückenschaltung können die Drosseln der mindestens zwei Wechselrichterbrückenschaltungen magnetisch gekoppelt sein.
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Ein mehrphasiger Wechselrichter kann gebildet werden, indem für jede Phase jeweils eine Wechselrichterbrücke vorgesehen ist, wobei die Wechselrichterbrücken eingangsseitig parallel geschaltet sind. Die Wechselrichterbrücken sind bei einem erfindungsgemäßen mehrphasigen Wechselrichter jeweils als erfindungsgemäße Wechselrichterbrückenschaltung oder alternativ jeweils als erfindungsgemäße Interleaved-Wechselrichterbrückenschaltung ausgebildet. Eine eingangsseitige Parallelschaltung bedeutet, dass die ersten Eingangsanschlüsse, die zweiten Eingangsanschlüsse und die Neutralpunktanschlüsse der Wechselrichterbrückenschaltungen bzw. der Interleaved-Wechselrichterbrückenschaltungen jeweils direkt miteinander verbunden sind, das heißt, dass alle Wechselrichterbrückenschaltungen bzw. alle Interleaved-Wechselrichterbrückenschaltungen gemeinsame erste Eingangsanschlüsse, zweite Eingangsanschlüsse und Neutralpunktanschlüsse verwenden.
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Bei einem erfindungsgemäßen mehrphasigen Wechselrichter können die Drosseln der Wechselrichterbrückenschaltungen bzw. der Interleaved-Wechselrichterbrückenschaltungen aller Phasen zusammen magnetisch gekoppelt sein.
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Eine erfindungsgemäße Photovoltaikanlage weist eine erfindungsgemäße Wechselrichterbrückenschaltung oder eine erfindungsgemäße Interleaved-Wechselrichterbrückenschaltung oder einen erfindungsgemäßen mehrphasigen Wechselrichter auf. Dabei ist zwischen dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss ein Photovoltaikgenerator angeschlossen und ferner zwischen dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss ein geteilter Gleichspannungszwischenkreis vorgesehen, dessen Mittelpunkt mit dem Neutralpunktanschluss verbunden. Der Ausgangsanschluss bzw. die Ausgangsanschlüsse sind jeweils zur Verbindung mit Phasenleitern eines Wechselstromnetzes vorgesehen.
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In einer Ausführungsform kann der Neutralpunktanschluss einer erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage mit einem Neutralleiter des Wechselstromnetzes verbunden sein.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Die Figuren dienen hierbei der Veranschaulichung von Ausführungsformen der Erfindung, beschränken die Erfindung aber nicht auf die gezeigten Merkmale.
- 1 zeigt eine erfindungsgemäße Photovoltaikanlage mit einer erfindungsgemäßen Wechselrichterbrückenschaltung,
- 2 zeigt eine erfindungsgemäße Photovoltaikanlage mit einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wechselrichterbrückenschaltung,
- 3 a), 3 b), 3 c) und 3 d) zeigen alternative Ausführungsformen für eine bidirektionale Halbleiterschalteranordnung einer erfindungsgemäßen Wechselrichterbrückenschaltung,
- 4 zeigt eine erfindungsgemäße Photovoltaikanlage mit einer erfindungsgemäßen Interleaved-Wechselrichterbrückenschaltung,
- 5 zeigt eine magnetische Kopplung von Drosseln zweier erfindungsgemäßer Wechselrichterbrückenschaltungen.
- 6 zeigt eine erfindungsgemäße Photovoltaikanlage mit einem erfindungsgemäßen mehrphasigen Wechselrichter,
- 7 zeigt eine erfindungsgemäße Photovoltaikanlage mit einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen mehrphasigen Wechselrichters,
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Photovoltaikanlage 40 mit einem Photovoltaikgenerator 41, der zwischen einem ersten Eingangsanschluss 2 und einem zweiten Eingangsanschluss 3 einer erfindungsgemäßen Wechselrichterbrückenschaltung 1 angeschlossen ist. Weiterhin ist zwischen dem ersten Eingangsanschluss 2 und dem zweiten Eingangsanschluss 3 ein aus einer Reihenschaltung zweier Kondensatoren gebildeter geteilter Gleichspannungszwischenkreis 42 angeschlossen. Ein Verbindungspunkt zwischen den beiden Kondensatoren bildet einen Mittelpunkt 43 des geteilten Gleichspannungszwischenkreises 42. Dieser Mittelpunkt 43 ist mit einem Neutralpunktanschluss 5 der Wechselrichterbrückenschaltung 1 verbunden.
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Ein Ausgangsanschluss 4 der Wechselrichterbrückenschaltung 1 ist mit einem Phasenleiter L1 eines Wechselstromnetzes 44 verbunden und der Neutralpunktanschluss 5 ist mit einem Neutralleiter N des Wechselstromnetzes 44 verbunden. Die Wechselrichterbrückenschaltung 1 bildet somit hier einen einphasigen Wechselrichter.
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Bei der Wechselrichterbrückenschaltung 1 sind zwischen dem ersten Eingangsanschluss 2 und dem zweiten Eingangsanschluss 3 ein erster Halbleiterschalter 6, ein zweiter Halbleiterschalter 7, ein dritter Halbleiterschalter 8 und ein vierter Halbleiterschalter 9 in Reihe geschaltet. Der erste Halbleiterschalter 6 und der vierte Halbleiterschalter 9 sind als Bipolartransistoren, hier konkret als IGBTs, mit jeweils einer hierzu antiparallel geschalteten Diode ausgeführt und der zweite Halbleiterschalter 7 und der dritte Halbleiterschalter 8 sind als Feldeffekttransistoren, hier konkret als MOSFETs, mit jeweils einer hierzu antiparallel geschalteten Diode ausgeführt. Die Anordnung der Transistoren in der Reihenschaltung ist dabei so, dass bei Vorliegen eines höheren elektrischen Potentials am ersten Eingangsanschluss 2 als am zweiten Eingangsanschluss 3 bei eingeschalteten Transistoren ein Stromfluss durch die Reihenschaltung möglich ist, der durch Ausschalten der Transistoren unterbrochen werden kann, und bei Vorliegen eines höheren elektrischen Potentials am zweiten Eingangsanschluss 3 als am ersten Eingangsanschluss 2 ein Strom durch die antiparallel geschalteten Dioden fließen kann.
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Der Neutralpunktanschluss 5 ist über eine bidirektionale Halbleiterschalteranordnung 10 mit einem ersten Verbindungspunkt 11 zwischen dem zweiten und dem dritten Halbleiterschalter 7, 8 verbunden, wobei der erste Verbindungspunkt 11 wiederum über eine Drossel 16 mit dem Ausgangsanschluss 4 verbunden ist. Die bidirektionale Halbleiterschalteranordnung 10 ist im vorliegenden Beispiel durch eine Reihenschaltung zweier Bipolartransistoren, konkret IGBTs, mit einer jeweils antiparallel geschalteten Diode ausgebildet. Dabei sind die Kollektoren der beiden Bipolartransistoren miteinander verbunden, so dass entweder ein Stromfluss durch den einen Transistor und die Diode des anderen Transistors oder durch den anderen Transistor und die Diode des einen Transistors möglich ist. Mit dieser Anordnung lässt sich ein Stromfluss durch die bidirektionale Halbleiterschalteranordnung 10 sowohl in eine Richtung als auch in die andere Richtung zulassen oder sperren.
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Zwischen dem Neutralpunktanschluss 5 und einem zweiten Verbindungspunkt 12 zwischen dem ersten und dem zweiten Halbleiterschalter 6, 7 ist ein fünfter Halbleiterschalter 14 angeschlossen, der hier als passiver Halbleiterschalter in Form eine Diode ausgeführt ist, wobei die Diode so angeordnet ist, dass bei Vorliegen eines höheren elektrischen Potentials am Neutralpunktanschluss 5 als am zweiten Verbindungspunkt 12 ein Strom durch die Diode fließt.
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Schließlich ist bei der erfindungsgemäßen Wechselrichterbrückenschaltung 1 noch zwischen dem Neutralpunktanschluss 5 und einem dritten Verbindungspunkt 13 zwischen dem dritten und dem vierten Halbleiterschalter 8, 9 ein sechster Halbleiterschalter 15 angeschlossen, der hier ebenfalls als passiver Halbleiterschalter in Form eine Diode ausgeführt ist, wobei die Diode so angeordnet ist, dass bei Vorliegen eines höheren elektrischen Potentials am dritten Verbindungspunkt 13 als am Neutralpunktanschluss 5 ein Strom durch die Diode fließt.
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Zwischen dem zweiten Verbindungspunkt 12 und dem Neutralpunktanschluss 5 kann zusätzlich eine optionale Kapazität angeordnet werden, um Schaltüberspannungen des Feldeffekttransistors 7 zu reduzieren. Ebenso kann zwischen dem dritten Verbindungspunkt 13 und dem Neutralpunktanschluss 5 zusätzlich eine optionale Kapazität angeordnet werden, um Schaltüberspannungen des Feldeffekttransistors 8 zu reduzieren.
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In 2 ist eine erfindungsgemäße Photovoltaikanlage 40 mit einer alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wechselrichterbrückenschaltung 1 dargestellt. Die Wechselrichterbrückenschaltung 1 unterscheidet sich von derjenigen in 1 dadurch, dass der fünfte Halbleiterschalter 14 und der sechste Halbleiterschalter 15 hier jeweils als Bipolartransistoren, konkret als IGBTs, mit einer antiparallel geschalteten Diode ausgebildet sind. Dabei sind die Transistoren so angeordnet, dass bei Vorliegen eines höheren elektrischen Potentials am zweiten Verbindungspunkt 12 als am Neutralpunktanschluss 5 bei eingeschaltetem Transistor des fünften Halbleiterschalters 14 ein Stromfluss durch diesen Transistor möglich ist, der durch Ausschalten des Transistors unterbrochen werden kann und bei Vorliegen eines höheren elektrischen Potentials am Neutralpunktanschluss 5 als am dritten Verbindungspunkt 13 bei eingeschaltetem Transistor des sechsten Halbleiterschalters 15 ein Stromfluss durch diesen Transistor möglich ist, der durch Ausschalten des Transistors unterbrochen werden kann. Entsprechend sind die antiparallel geschalteten Dioden so angeordnet, dass bei Vorliegen eines höheren elektrischen Potentials am Neutralpunktanschluss 5 als am zweiten Verbindungspunkt 12 ein Strom durch die Diode des fünften Halbleiterschalters 14 fließen kann und bei Vorliegen eines höheren elektrischen Potentials am dritten Verbindungspunkt 13 als am Neutralpunktanschluss 5 ein Strom durch die Diode des sechsten Halbleiterschalters 15 fließen kann.
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Auch bei dem Ausführungsbeispiel in 2 kann zwischen dem zweiten Verbindungspunkt 12 und dem Neutralpunktanschluss 5 zusätzlich eine optionale Kapazität angeordnet werden, um Schaltüberspannungen des Feldeffekttransistors 7 zu reduzieren, und zwischen dem dritten Verbindungspunkt 13 und dem Neutralpunktanschluss 5 kann ebenfalls zusätzlich eine optionale Kapazität angeordnet werden, um Schaltüberspannungen des Feldeffekttransistors 8 zu reduzieren.
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Alternative Ausführungsformen für eine bidirektionale Halbleiterschalteranordnung 10 einer erfindungsgemäßen Wechselrichterbrückenschaltung 1 sind in den 3 a) - d) dargestellt.
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Die Anordnung in 3 a) unterscheidet sich von der aus 1 bzw. 2 bekannten Anordnung dadurch, dass die Emitter der beiden Bipolartransistoren anstatt die Kollektoren miteinander verbunden sind.
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Bei der Anordnung in 3 b) liegt anstatt einer Reihenschaltung von zwei Bipolartransistoren mit einer jeweils antiparallel geschalteten Diode zwischen dem Neutralpunktanschluss 5 und dem ersten Verbindungspunkt 11 eine Parallelschaltung zweier Bipolartransistoren, hier konkret IGBTs, vor, denen jeweils eine Diode in Reihe geschaltet ist, wobei die mögliche Durchflussrichtung für einen Strom bei eingeschalteten Transistoren in den parallelen Zweigen jeweils entgegengesetzt ist.
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Die aus 3 b) bekannte Reihenschaltung eines Transistors mit einer Diode in der gezeigten Anordnung stellt funktional eine in Rückwärtsrichtung sperrende Hableiterschalteranordnung dar. Für diese Funktion gibt es auch sogenannte „Reverse Blocking IGBTs“, so dass unter Verwendung solcher Transistoren eine bidirektionale Halbleiterschalteranordnung 10 durch eine Antiparallelschaltung der Transistoren realisiert werden kann, wie in 3 c) dargestellt.
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3 d) zeigt schließlich noch eine bidirektionale Halbleiterschalteranordnung 10 mit einer Diodenbrücke, bei der zwei Brückenanschlüsse durch einen Bipolartransistor, hier konkret einen IGBT, miteinander verbunden sind.
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Mit allen in den 3 a) - d) gezeigten Halbleiterschalteranordnungen lässt sich ein Stromfluss zwischen dem Neutralpunktanschluss 5 und dem ersten Verbindungspunkt 11 sowohl in eine Richtung als auch in die andere Richtung zulassen oder sperren.
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Die erfindungsgemäße Photovoltaikanlage 40 in 4) unterscheidet sich von derjenigen in 1 bzw. 2 dadurch, dass sie eine erfindungsgemäße Interleaved-Wechselrichterbrückenschaltung 20 aufweist. Die erfindungsgemäße Interleaved-Wechselrichterbrückenschaltung 20 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel dadurch gebildet, dass zwei der aus 1 bekannten Wechselrichterbrückenschaltungen 1, 1' eingangsseitig und ausgangsseitig parallel geschaltet sind, indem die ersten Eingangsanschlüsse 2, 2', die zweiten Eingangsanschlüsse 3, 3', die ersten Ausgangsanschlüsse 4, 4' und die Neutralpunktanschlüsse 5, 5' der Wechselrichterbrückenschaltungen 1, 1' jeweils direkt miteinander verbunden sind. Die Interleaved-Wechselrichterbrückenschaltung 20 ist vorteilhaft in Verbindung mit einer Ansteuerung, bei der die Ansteuersignale für die Halbleiterschalter der einen Wechselrichterbrückenschaltung 1 gegenüber den entsprechenden Ansteuersignalen für die Halbleiterschalter der anderen Wechselrichterbrückenschaltung 1' phasenversetzt sind, im vorliegenden Fall vorzugsweise um 180°.
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Die Drosseln 16, 16' der zwei Wechselrichterbrückenschaltungen 1, 1' sind bei dem Ausführungsbeispiel in 4 nicht miteinander gekoppelt, sie können aber auch, wie in 5 dargestellt, magnetisch gekoppelt sein.
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In 6 ist eine erfindungsgemäße Photovoltaikanlage 40 mit einem erfindungsgemäßen mehrphasigen Wechselrichter 30 dargestellt. Der mehrphasige Wechselrichter 30 wird hier durch drei Wechselrichterbrücken 31, 31', 31" gebildet, die eingangsseitig parallel geschaltet sind. Die Wechselrichterbrücken 31, 31', 31" können als Wechselrichterbrückenschaltung 1 wie in 1 oder 2 ausgeführt sein oder als Interleaved-Wechselrichterbrückenschaltung 20 wie in 4.
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Die eingangsseitige Parallelschaltung der drei Wechselrichterbrücken 31, 31', 31" ist realisiert, indem die ersten Eingangsanschlüsse 2, 2', 2", die zweiten Eingangsanschlüsse 3, 3'. 3" und die Neutralpunktanschlüsse 5, 5', 5" jeweils direkt miteinander verbunden sind. Zwischen den gemeinsamen ersten Eingangsanschlüssen 2, 2', 2" und den gemeinsamen zweiten Eingangsanschlüssen 3, 3'. 3" sind so wie bei den Photovoltaikanlagen 40 in den 1, 2, und 4 ein Photovoltaikgenerator 41 und ein geteilter Gleichspannungszwischenkreis 42, dessen Mittelpunkt 43 mit den gemeinsamen Neutralpunktanschlüssen 5, 5', 5" verbunden ist, angeschlossen.
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Die Ausgangsanschlüsse 4, 4', 4" sind jeweils mit einem Phasenleiter L1, L2 bzw. L3 eines dreiphasigen Wechselstromnetzes 44 verbunden. Es handelt sich also bei dem Ausführungsbeispiel des mehrphasigen Wechselrichters 30 in 6 um einen dreiphasigen Wechselrichter.
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Bei dem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen mehrphasigen Wechselrichters 30 in 7 sind gegenüber 6 zusätzlich die Neutralpunktanschlüsse 5, 5', 5" mit einem Neutralleiter N des Wechselstromnetzes 44 verbunden.
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Die Erfindung ist nicht auf die explizit gezeigten Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in vielfacher Art und Weise abgewandelt, insbesondere mit anderen gezeigten oder dem Fachmann bekannten Ausführungsformen kombiniert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1'
- Wechselrichterbrückenschaltung
- 2, 2', 2"
- Eingangsanschluss
- 3, 3', 3"
- Eingangsanschluss
- 4, 4', 4"
- Ausgangsanschluss
- 5, 5', 5"
- Neutralpunktanschluss
- 6, 6'
- Halbleiterschalter
- 7, 7'
- Halbleiterschalter
- 8, 8'
- Halbleiterschalter
- 9, 9'
- Halbleiterschalter
- 10, 10'
- bidirektionale Halbleiterschalteranordnung
- 11, 11'
- Verbindungspunkt
- 12, 12'
- Verbindungspunkt
- 13, 13'
- Verbindungspunkt
- 14, 14'
- Halbleiterschalter
- 15, 15'
- Halbleiterschalter
- 16, 16'
- Drossel
- 20
- Interleaved-Wechselrichterbrückenschaltung
- 30
- mehrphasiger Wechselrichter
- 31, 31', 31"
- Wechselrichterbrücke
- 40
- Photovoltaikanlage
- 41
- Photovoltaikgenerator
- 42
- Gleichspannungszwischenkreis
- 43
- Mittelpunkt
- 44
- Wechselstromnetz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- A. Nabae, I. Takahashi and H. Akagi, „A New Neutral-Point-Clamped PWM Inverter,“ in IEEE Transactions on Industry Applications, vol. IA-17, no. 5, pp. 518-523, Sept. 1981 [0003]
- D. Floricau, G. Gateau, and A Leredde, „New active stacked NPC multilevel converter: Operation and features,“ IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 57, no. 7, pp. 2272-2278, Jul. 2010 [0004]
