DE202024100442U1

DE202024100442U1 - Schaltvorrichtung, Wechselrichtersystem und Energiespeichersystem

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Publication number: DE202024100442U1
Application number: DE202024100442.6U
Authority: DE
Original assignee: Solax Power Network Tech Zhejiang Co Ltd; Solax Power Network Technology Zhejiang Co Ltd
Current assignee: Solax Power Network Tech Zhejiang Co Ltd; Solax Power Network Technology Zhejiang Co Ltd
Priority date: 2024-01-09
Filing date: 2024-01-30
Publication date: 2024-02-07
Anticipated expiration: 2034-01-31

Abstract

Schaltvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen ersten elektromagnetischen Schalter, einen zweiten elektromagnetischen Schalter, einen ersten normalerweise geschlossenen Hilfsschalter und einen zweiten normalerweise geschlossenen Hilfsschalter umfasst;wobei der erste elektromagnetische Schalter mit dem zweiten normalerweise geschlossenen Hilfsschalter, der Netzanschlussschnittstelle eines Wechselrichters und einer Last verbunden ist, die Netzanschlussschnittstelle mit einem Stromnetz verbunden ist und der zweite normalerweise geschlossene Hilfsschalter mit der Netzanschlussschnittstelle verbunden ist und somit zusammen mit der Netzanschlussschnittstelle und dem ersten elektromagnetischen Schalter einen ersten Regelkreis bildet;wobei der zweite elektromagnetische Schalter mit dem ersten normalerweise geschlossenen Hilfsschalter, der netzunabhängigen Schnittstelle des Wechselrichters und der Last verbunden ist, der erste normalerweise geschlossene Hilfsschalter mit der netzunabhängigen Schnittstelle verbunden ist und somit zusammen mit der netzunabhängigen Schnittstelle und dem zweiten elektromagnetischen Schalter einen zweiten Regelkreis bildet;wobei der erste elektromagnetische Schalter und der erste normalerweise geschlossene Hilfsschalter mechanisch miteinander verriegelt, der erste elektromagnetische Schalter und der zweite elektromagnetische Schalter mechanisch miteinander verriegelt und der zweite elektromagnetische Schalter und der zweite normalerweise geschlossene Hilfsschalter mechanisch miteinander verriegelt sind;wobei der erste Regelkreis im netzgebundenen Betrieb des Wechselrichters zur Steuerung des Schließens des ersten elektromagnetischen Schalters dient, um an der Netzanschlussschnittstelle und der Last eine elektrisch leitende Verbindung herzustellen, und zur Steuerung des Öffnens des ersten normalerweise geschlossenen Hilfsschalters dient, um den zweiten Regelkreis zu trennen, wodurch der Wechselrichter und das Stromnetz die Last über die Netzanschlussschnittstelle mit Strom versorgen;wobei der zweite Regelkreis beim netzunabhängigen Betrieb des Wechselrichters zur Steuerung des Schließens des zweiten elektromagnetischen Schalters dient, um an der netzunabhängigen Schnittstelle und der Last eine elektrisch leitende Verbindung herzustellen, und zur Steuerung des Öffnens des zweiten normalerweise geschlossenen Hilfsschalters dient, um den ersten Regelkreis zu trennen, wodurch der Wechselrichter die Last über die netzunabhängige Schnittstelle mit Strom versorgt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Stromversorgung und insbesondere eine Schaltvorrichtung, ein Wechselrichtersystem und ein Energiespeichersystem.
Stand der Technik
Der Wechselrichter und das Stromnetz werden oft als duale Stromquelle für die Last verwendet, um die Last mit Strom zu versorgen. Im Falle eines einzelnen Fehlers oder einer Fehlerbehebung an der dualen Stromquelle muss die duale Stromquelle entsprechend umgeschaltet werden. Während des Umschaltvorgangs müssen eine mechanische Verriegelung und eine elektrische Verriegelung zwischen dem Schalter von der Stromnetzseite zur Lastseite und dem Schalter von der netzunabhängigen Seite zur Lastseite realisiert werden, um sicherzustellen, dass die Spannung der netzunabhängigen Seite nicht an die der Stromnetzseite angelegt oder die stromnetzseitige Spannung nicht an die der netzunabhängigen Seite angelegt wird.
Wie für eine Last eine effektive Umschaltung der Stromversorgung erreicht werden kann, ist daher ein technisches Problem, das gelöst werden muss.
Aufgabe der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltvorrichtung, ein Wechselrichtersystem und ein Energiespeichersystem bereitzustellen, mit denen die Stromversorgung für eine Last umgeschaltet werden kann, um eine unterbrechungsfreie Stromversorgung für die Last und die Sicherheit der Stromversorgung zu gewährleisten.
In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Schaltvorrichtung bereitgestellt. Die Schaltvorrichtung umfasst einen ersten elektromagnetischen Schalter, einen zweiten elektromagnetischen Schalter, einen ersten normalerweise geschlossenen Hilfsschalter und einen zweiten normalerweise geschlossenen Hilfsschalter.
Der erste elektromagnetische Schalter ist mit dem zweiten normalerweise geschlossenen Hilfsschalter, der Netzanschlussschnittstelle eines Wechselrichters und einer Last verbunden, wobei die Netzanschlussschnittstelle mit einem Stromnetz verbunden ist und der zweite normalerweise geschlossene Hilfsschalter mit der Netzanschlussschnittstelle verbunden ist und somit zusammen mit der Netzanschlussschnittstelle und dem ersten elektromagnetischen Schalter einen ersten Regelkreis bildet.
Der zweite elektromagnetische Schalter ist mit dem ersten normalerweise geschlossenen Hilfsschalter, der netzunabhängigen Schnittstelle des Wechselrichters und der Last verbunden, wobei der erste normalerweise geschlossene Hilfsschalter mit der netzunabhängigen Schnittstelle verbunden ist und somit zusammen mit der netzunabhängigen Schnittstelle und dem zweiten elektromagnetischen Schalter einen zweiten Regelkreis bildet.
Hierbei sind der erste elektromagnetische Schalter und der erste normalerweise geschlossene Hilfsschalter mechanisch miteinander verriegelt, sind der erste elektromagnetische Schalter und der zweite elektromagnetische Schalter mechanisch miteinander verriegelt und sind der zweite elektromagnetische Schalter und der zweite normalerweise geschlossene Hilfsschalter mechanisch miteinander verriegelt.
Der erste Regelkreis dient im netzgebundenen Betrieb des Wechselrichters zur Steuerung des Schließens des ersten elektromagnetischen Schalters, um an der Netzanschlussschnittstelle und der Last eine elektrisch leitende Verbindung herzustellen, und dient zur Steuerung des Öffnens des ersten normalerweise geschlossenen Hilfsschalters, um den zweiten Regelkreis zu trennen, wodurch der Wechselrichter und das Stromnetz die Last über die Netzanschlussschnittstelle mit Strom versorgen.
Der zweite Regelkreis dient beim netzunabhängigen Betrieb des Wechselrichters zur Steuerung des Schließens des zweiten elektromagnetischen Schalters, um an der netzunabhängigen Schnittstelle und der Last eine elektrisch leitende Verbindung herzustellen, und dient zur Steuerung des Öffnens des zweiten normalerweise geschlossenen Hilfsschalters, um den ersten Regelkreis zu trennen, wodurch der Wechselrichter die Last über die netzunabhängige Schnittstelle mit Strom versorgt.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst der erste elektromagnetische Schalter einen ersten Hauptkontakt und eine erste Induktionsspule, wobei der erste Hauptkontakt zwischen der Netzanschlussschnittstelle und der Last angeordnet und mit diesen beiden verbunden ist, die erste Induktionsspule in Reihe mit dem zweiten normalerweise geschlossenen Hilfsschalter geschaltet ist und die erste Induktionsspule und der zweite normalerweise geschlossene Hilfsschalter ferner mit der Netzanschlussschnittstelle verbunden sind und somit zusammen mit der Netzanschlussschnittstelle einen ersten Regelkreis bilden.
Der zweite elektromagnetische Schalter umfasst einen zweiten Hauptkontakt und eine zweite Induktionsspule, wobei der zweite Hauptkontakt zwischen der netzunabhängigen Schnittstelle und der Last angeordnet und mit diesen beiden verbunden ist, die zweite Induktionsspule in Reihe mit dem ersten normalerweise geschlossenen Hilfsschalter geschaltet ist und die zweite Induktionsspule und der erste normalerweise geschlossene Hilfsschalter ferner mit der netzunabhängigen Schnittstelle verbunden sind und somit zusammen mit der netzunabhängigen Schnittstelle einen zweiten Regelkreis bilden.
In einem Ausführungsbeispiel sind der erste Hauptkontakt und der erste normalerweise geschlossene Hilfsschalter mechanisch miteinander verriegelt, sind der erste Hauptkontakt und der zweite Hauptkontakt mechanisch miteinander verriegelt und sind der zweite Hauptkontakt und der zweite normalerweise geschlossene Hilfsschalter mechanisch miteinander verriegelt.
Der erste Regelkreis dient zur Bestromung des Wechselrichters im netzgebundenen Betrieb des Wechselrichters, wodurch die erste Induktionsspule ein erstes elektromagnetisches Signal erzeugt, wobei das erste elektromagnetische Signal zur Steuerung des Schließens des ersten Hauptkontakts dient, um an der Netzanschlussschnittstelle und der Last eine elektrisch leitende Verbindung herzustellen, wobei, wenn der erste Hauptkontakt geschlossen ist, der erste normalerweise geschlossene Hilfsschalter geöffnet ist, um den zweiten Regelkreis zu trennen.
Der zweite Regelkreis dient zur Bestromung des Wechselrichters beim netzunabhängigen Betrieb des Wechselrichters, wodurch die zweite Induktionsspule ein zweites elektromagnetisches Signal erzeugt, wobei das zweite elektromagnetische Signal zur Steuerung des Schließens des zweiten Hauptkontakts dient, um an der netzunabhängigen Schnittstelle und der Last eine elektrisch leitende Verbindung herzustellen, wobei, wenn der zweite Hauptkontakt geschlossen ist, der zweite normalerweise geschlossene Hilfsschalter geöffnet ist, um den ersten Regelkreis zu trennen.
In einem Ausführungsbeispiel ist die erste Induktionsspule entweder mit dem Phasenleiter oder dem Neutralleiter der Netzanschlussschnittstelle verbunden, wobei der zweite normalerweise geschlossene Hilfsschalter mit dem anderen von dem Phasenleiter und dem Neutralleiter der Netzanschlussschnittstelle verbunden ist.
Der erste Hauptkontakt umfasst einen Hauptkontakt des ersten Phasenleiters und einen Hauptkontakt des ersten Neutralleiters, wobei der Hauptkontakt des ersten Phasenleiters in einer Eins-zu-eins-Entsprechung mit dem Phasenleiter der Netzanschlussschnittstelle und der Hauptkontakt des ersten Neutralleiters entsprechend mit dem Neutralleiter der Netzanschlussschnittstelle verbunden ist.
In einem Ausführungsbeispiel ist die zweite Induktionsspule entweder mit dem Phasenleiter oder dem Neutralleiter der netzunabhängigen Schnittstelle verbunden, wobei der erste normalerweise geschlossene Hilfsschalter mit dem anderen von dem Phasenleiter und dem Neutralleiter der netzunabhängigen Schnittstelle verbunden ist.
Der zweite Hauptkontakt umfasst einen Hauptkontakt des zweiten Phasenleiters und einen Hauptkontakt des zweiten Neutralleiters, wobei der Hauptkontakt des zweiten Phasenleiters in einer Eins-zu-eins-Entsprechung mit dem Phasenleiter der netzunabhängigen Schnittstelle und der Hauptkontakt des zweiten Neutralleiters entsprechend mit dem Neutralleiter der netzunabhängigen Schnittstelle verbunden ist.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Schaltvorrichtung ferner ein Zubehör für mechanische Verriegelung, wobei das Zubehör für mechanische Verriegelung zwischen dem ersten elektromagnetischen Schalter und dem zweiten elektromagnetischen Schalter angeordnet ist, der erste elektromagnetische Schalter und der zweite elektromagnetische Schalter einstückig mechanisch miteinander verbunden sind und der erste elektromagnetische Schalter und der zweite elektromagnetische Schalter mechanisch miteinander verriegelt sind.
In einem Ausführungsbeispiel ist der erste normalerweise geschlossene Hilfsschalter am ersten elektromagnetischen Schalter und der zweite normalerweise geschlossene Hilfsschalter am zweiten elektromagnetischen Schalter angebracht.
In einem Ausführungsbeispiel werden für den ersten elektromagnetischen Schalter und den zweiten elektromagnetischen Schalter Wechselstromschütze und für den ersten normalerweise geschlossenen Hilfsschalter und den zweiten normalerweise geschlossenen Hilfsschalter normalerweise geschlossene Hilfskontakte verwendet.
Hierbei liegen die Nennspannungen des ersten elektromagnetischen Schalters, des zweiten elektromagnetischen Schalters, des ersten normalerweise geschlossenen Hilfsschalters und des zweiten normalerweise geschlossenen Hilfsschalters alle innerhalb des Spannungsbereichs des Stromnetzes.
In einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Wechselrichtersystem bereitgestellt. Das Wechselrichtersystem umfasst einen Wechselrichter und eine wie im ersten Aspekt oder in einem beliebigen Ausführungsbeispiel des ersten Aspekts beschriebene Schaltvorrichtung, wobei der Wechselrichter und die Schaltvorrichtung miteinander verbunden sind, die Schaltvorrichtung ferner mit einer Last verbunden ist und der Wechselrichter Wechselstrom über die Schaltvorrichtung an die Last ausgibt.
In einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Energiespeichersystem bereitgestellt. Das Energiespeichersystem umfasst einen Batteriepack, einen Wechselrichter und eine wie im ersten Aspekt oder in einem beliebigen Ausführungsbeispiel des ersten Aspekts beschriebene Schaltvorrichtung, wobei sowohl der Batteriepack als auch die Schaltvorrichtung mit dem Wechselrichter verbunden sind, die Schaltvorrichtung ferner mit einer Last verbunden ist und der Wechselrichter den vom Batteriepack bereitgestellten Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt und den Wechselstrom über die Schaltvorrichtung an die Last ausgibt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen

1 zeigt ein schematisches Diagramm eines Anwendungsszenarios der Schaltvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt ein schematisches Strukturdiagramm der Schaltvorrichtung gemäß 1;
3 zeigt ein schematisches Anschlussdiagramm der Schaltvorrichtung gemäß 1;
4 zeigt ein schematisches Diagramm des Wechselrichtersystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 zeigt ein schematisches Diagramm des Energiespeichersystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Bezugszeichenliste

100: Schaltvorrichtung
10: erster elektromagnetischer Schalter
20: zweiter elektromagnetischer Schalter
30: erster normalerweise geschlossener Hilfsschalter
40: zweiter normalerweise geschlossener Hilfsschalter
50: Zubehör für mechanische Verriegelung
200: Wechselrichter
201: Batterieschnittstelle
202: Photovoltaikschnittstelle
203: Netzanschlussschnittstelle
204: netzunabhängige Schnittstelle
300: Batteriepack
400: Photovoltaikanordnung
500: Last
600: Stromnetz
1000: Wechselrichtersystem
2000: Energiespeichersystem

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Es wird auf 1 Bezug genommen, die ein schematisches Diagramm eines Anwendungsszenarios der Schaltvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Im Anwendungsszenario von 1 sind eine Schaltvorrichtung 100, ein Wechselrichter 200, ein Batteriepack 300, eine Photovoltaikanordnung 400, eine Last 500 und ein Stromnetz 600 vorgesehen.
Hierbei kann der Wechselrichter 200 eine Wechselrichterschaltung (nicht gezeigt), eine DC-DC-Wandlerschaltung (nicht gezeigt), eine Batterieschnittstelle 201, eine Photovoltaikschnittstelle 202, eine Netzanschlussschnittstelle 203 und eine netzunabhängige Schnittstelle 204 umfassen.
Die Wechselrichterschaltung kann verwendet werden, um Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln. In einigen Fällen kann die Wechselrichterschaltung sowohl mit Wechselrichter- als auch mit Gleichrichterfunktionen kompatibel sein. Das heißt, die Wechselrichterschaltung kann auch zur Gleichrichtung von Wechselstrom in Gleichstrom verwendet werden. Es ist verständlich, dass die Topologie der Wechselrichterschaltung entsprechend der tatsächlichen Situation bestimmt werden kann. Es kann sich beispielsweise um eine Vollbrückentopologie oder eine Halbbrückentopologie handeln.
Die Batterieschnittstelle 201 dient zur Verbindung mit den positiven und negativen Elektroden des Batteriepacks 300. Die Photovoltaikschnittstelle 202 dient zur Verbindung mit der Ausgangsschnittstelle der Photovoltaikanordnung 400. Die Netzanschlussschnittstelle 203 dient zur Verbindung mit dem Stromnetz 600, wobei der Phasenleiter L' der Netzanschlussschnittstelle 203 in einer Eins-zu-eins-Entsprechung mit dem Phasenleiter L des Stromnetzes 600 und der Neutralleiter N' der Netzanschlussschnittstelle 203 entsprechend mit dem Neutralleiter N des Stromnetzes 600 verbunden ist. Die Netzanschlussschnittstelle 203 ist über den Phasenleiter L' und den Neutralleiter N' mit der Schaltvorrichtung 100 verbunden. In ähnlicher Weise ist die netzunabhängige Schnittstelle 204 über den Phasenleiter L'' und den Neutralleiter N'' mit der Schaltvorrichtung 100 verbunden. Die Schaltvorrichtung 100 ist ferner mit dem Phasenleiter L''' und dem Neutralleiter N''' der Last 500 verbunden.
Die Wechselrichterschaltung ist elektrisch mit der Netzanschlussschnittstelle 203 und der netzunabhängigen Schnittstelle 204 verbunden und ferner über die DC-DC-Wandlerschaltung elektrisch mit der Batterieschnittstelle 201 und der Photovoltaikschnittstelle 202 verbunden. Der Wechselrichter 200 kann über die Batterieschnittstelle 201 auf den vom Batteriepack 300 bereitgestellten Gleichstrom oder über die Photovoltaikschnittstelle 202 auf den von der Photovoltaikanordnung 400 bereitgestellten Gleichstrom zugreifen. Der Wechselrichter 200 kann Wechselstrom über die Netzanschlussschnittstelle 203 oder die netzunabhängige Schnittstelle 204 ausgeben. In einigen Fällen, wenn der Wechselrichter 200 mit der Gleichrichtungsfunktion kompatibel ist, kann der Wechselrichter 200 auch über die Netzanschlussschnittstelle 203 auf den Wechselstrom zugreifen und über die Batterieschnittstelle 201 Gleichstrom ausgeben.
Hierbei kann der Wechselrichter 200 zur Steuerung der elektrischen Verbindung zwischen der Netzanschlussschnittstelle 203 und dem Stromnetz 600 ferner mit einem Schalter (nicht gezeigt) versehen sein. Der Wechselrichter 200 kann ferner mit einem Schalter (nicht gezeigt) versehen sein, mit dem gesteuert werden kann, ob die Wechselrichterschaltung Wechselstrom über die Netzanschlussschnittstelle 203 oder die netzunabhängige Schnittstelle 204 überträgt. D. h. wenn der Wechselrichter 200 Wechselstrom über die Netzanschlussschnittstelle 203 überträgt, befindet sich der Wechselrichter 200 in diesem Fall in einem netzgebundenen Zustand, und, wenn der Wechselrichter 200 Wechselstrom über die netzunabhängige Schnittstelle 204 überträgt, befindet sich der Wechselrichter 200 in diesem Fall in einem netzunabhängigen Zustand.
Verständlicherweise kann für den Batteriepack 300 ein Batteriezellenmodul (nicht gezeigt) verwendet werden. Selbstverständlich kann der Batteriepack 300 auch ein Batteriezellenmodul und ein Batteriemanagementsystem (Battery Management System, BMS; nicht gezeigt) zum Verwalten der Statusparameter des Batteriezellenmoduls umfassen. In einigen Fällen ist der Batteriepack 300 ferner mit einer DC-DC (Direct Current-Direct Current)-Wandlerschaltung verbunden, sodass das Batteriezellenmodul über die DC-DC-Wandlerschaltung die Gleichstromspannung oder die Gleichstromleistung anpassen und somit die eingegebene Gleichstromspannung/Gleichstromleistung die Anforderungen des Batteriepacks 300 erfüllen oder somit die ausgegebene Gleichstromspannung/Gleichstromleistung die Anforderungen des Wechselrichters 200 erfüllen kann. Die Photovoltaikanordnung 400 kann aus mehreren Photovoltaikpaneelen bestehen und somit zur Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie dienen. In einigen Fällen ist die DC-DC-Wandlerschaltung ferner mit einer MPPT (Maximum Power Point Tracking)-Schaltung verbunden, sodass die Photovoltaikanordnung den Batteriepack 300 mit maximaler Leistungsabgabe auflädt. Selbstverständlich können in anderen Fällen die DC-DC-Wandlerschaltung und die MPPT-Schaltung auch in den Wechselrichter 200 integriert werden.
Die Last 500 kann ohne Einschränkung eine einphasige, zweiphasige oder dreiphasige Last sein. Das heißt, der Phasenleiter L''' der Last 500 kann ein einphasiger Phasenleiter (d. h. eine beliebige der dreiphasigen PhasenleiterA, B, C), ein zweiphasiger Phasenleiter (d. h. zwei beliebige der dreiphasigen Phasenleiter A, B, C) oder ein dreiphasiger Phasenleiter (d. h. die dreiphasigen Phasenleiter A, B, C) sein.
Dementsprechend kann der vom Wechselrichter 200 und Stromnetz 600 für die Last 500 bereitgestellte Wechselstrom je nach der Last 500 einphasiger, zweiphasiger oder dreiphasiger Wechselstrom sein. Hierbei sind der Phasenleiter L' der Netzanschlussschnittstelle 203, der Phasenleiter L'' der netzunabhängigen Schnittstelle 204 des Wechselrichters 200, der Phasenleiter L des Stromnetzes 600 und der Phasenleiter L''' der Last 500 in Anzahl und Phasenfolge gleich.
Bei der konkreten Umsetzung kann die Schaltvorrichtung 100 separat angeordnet werden. Selbstverständlich können für die Schaltvorrichtung 100 in der Praxis auch andere Anordnungsmethoden oder Implementierungsmethoden verwendet werden, was keine Einschränkung der vorliegenden Erfindung darstellt. In der tatsächlichen Anwendung kann die Schaltvorrichtung 100 zunächst mit der Netzanschlussschnittstelle 203, der netzunabhängigen Schnittstelle 204, dem Stromnetz 600 und der Last 500 verbunden und dann in Verbindung mit dem Wechselrichter 200 verwendet werden. Wenn der Wechselrichter 200 netzgebunden oder netzunabhängig betrieben wird, wird die Stromversorgung passend zur Last 500 umgeschaltet. Hierbei kann die Steuerlogik des netzgebundenen Betriebs und des netzunabhängigen Betriebs des Wechselrichters 200 je nach konkreter Situation voreingestellt oder manuell ausgewählt werden, was keine Einschränkung der vorliegenden Erfindung darstellt.
Wenn beispielsweise die Photovoltaikanordnung 400 Strom erzeugt und das Stromnetz 600 ordnungsgemäß funktioniert, ist die Netzanschlussschnittstelle 203 elektrisch mit dem Stromnetz 600 verbunden und befindet sich der Wechselrichter 200 in einem netzgebundenen Betriebszustand. Dementsprechend ist in diesem Fall die Netzanschlussschnittstelle 203 des Wechselrichters 200 durch die Schaltvorrichtung 100 elektrisch mit der Last 500 verbunden und ist die netzunabhängige Schnittstelle 204 des Wechselrichters 200 elektrisch von der Last 500 getrennt (kurz gesagt, der Wechselrichter 200 befindet sich in einem netzgebundenen und belasteten Zustand). Wenn sich der Wechselrichter 200 in einem netzgebundenen Betriebszustand befindet, kann die von der Photovoltaikanordnung 400 erzeugte elektrische Energie basierend auf der vorgegebenen Steuerlogik des Wechselrichters 200 die Last 500 mit Strom versorgen und gleichzeitig den Batteriepack 300 aufladen und Strom in das Stromnetz 600 einspeisen. Die Last 500 kann durch eine Kombination aus Stromnetz 600 und Wechselrichter 200 mit Strom versorgt werden.
Wenn beispielsweise das Stromnetz 600 ausfällt oder die Stromversorgung nicht mehr gewährleistet ist, steuert die Schaltvorrichtung 100 die Netzanschlussschnittstelle 203 des Wechselrichters 200 so, dass sie elektrisch von der Last 500 getrennt wird, und gleichzeitig steuert sie die netzunabhängige Schnittstelle 204 des Wechselrichters 200 so, dass sie elektrisch mit der Last 500 verbunden wird (kurz gesagt, der Wechselrichter 200 befindet sich in einem netzunabhängigen und belasteten Zustand), sodass die Last 500 ohne Unterbrechung Strom liefern und kontinuierlich arbeiten kann. Wenn die Stromversorgung des Stromnetzes 600 nach einem Stromausfall wiederhergestellt ist, kann der Wechselrichter 200 zur Stromerzeugung auf die Photovoltaikanordnung 400 zurückgreifen, wobei die voreingestellte Steuerlogik im Normalbetrieb des Stromnetzes 600 verwendet werden kann. Bezüglich der Schaltvorrichtung 100 wird auf den oben beschriebenen Schaltvorgang in einem netzgebundenen Zustand des Wechselrichters 200 verwiesen, weshalb sie hier nicht erneut beschrieben wird.
Es versteht sich, dass das in 1 gezeigte Anwendungsszenario keine spezifische Einschränkung der Anwendungsszenarien der Schaltvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Schaltvorrichtung mehr oder weniger Geräte, Ausrüstungen, Module, Schaltungen oder Komponenten als dargestellt umfassen. Beispielsweise kann in einem Ausführungsbeispiel beim Wechselrichter 200 entweder die Batterieschnittstelle 201 oder die Photovoltaikschnittstelle 202 weggelassen werden.
Als nächstes wird die Schaltvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher beschrieben.
Es wird gleichzeitig auf 2 Bezug genommen. Die Schaltvorrichtung 100 umfasst einen ersten elektromagnetischen Schalter 10, einen zweiten elektromagnetischen Schalter 20, einen ersten normalerweise geschlossenen Hilfsschalter 30, einen zweiten normalerweise geschlossenen Hilfsschalter 40 und ein Zubehör für mechanische Verriegelung 50.
Wie in 2 gezeigt, kann der erste normalerweise geschlossene Hilfsschalter 30 am ersten elektromagnetischen Schalter 10 angebracht werden, um ihn mit dem ersten elektromagnetischen Schalter 10 zusammenzubauen. Der zweite normalerweise geschlossene Hilfsschalter 40 kann am zweiten elektromagnetischen Schalter 20 angebracht werden, um ihn mit dem zweiten elektromagnetischen Schalter 20 zusammenzubauen. Das Zubehör für mechanische Verriegelung 50 kann zwischen dem ersten elektromagnetischen Schalter 10 und dem zweiten elektromagnetischen Schalter 20 oder auf derselben Seite des ersten elektromagnetischen Schalters 10 und des zweiten elektromagnetischen Schalters 20 angeordnet sein, wodurch der erste elektromagnetische Schalter 10 und der zweite elektromagnetische Schalter 20 miteinander verbunden sind und somit die gesamte Schaltvorrichtung 100 einstückig ausgebildet ist. Auf diese Weise können in tatsächlichen Anwendungen eine einfache Implementierung, eine Reduzierung des Platzbedarfs und in Bezug auf Netzverbindungen eine Einsparung erzielt werden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der erste elektromagnetische Schalter 10 mit dem zweiten normalerweise geschlossenen Hilfsschalter 40, der Netzanschlussschnittstelle 203 des Wechselrichters 200 und der Last 500 verbunden und ist der zweite normalerweise geschlossene Hilfsschalter 40 ferner mit der Netzanschlussschnittstelle 203 verbunden, wodurch der erste elektromagnetische Schalter 10, der zweite normalerweise geschlossene Hilfsschalter 40 und die Netzanschlussschnittstelle 203 gemeinsam einen ersten Regelkreis bilden.
Der zweite elektromagnetische Schalter 20 ist mit dem ersten normalerweise geschlossenen Hilfsschalter 30, der netzunabhängigen Schnittstelle 204 des Wechselrichters 200 und der Last 500 verbunden und der erste normalerweise geschlossene Hilfsschalter 30 ist ferner mit der netzunabhängigen Schnittstelle 204 verbunden, wodurch der zweite elektromagnetische Schalter 20, der erste normalerweise geschlossene Hilfsschalter 30 und die netzunabhängige Schnittstelle 204 gemeinsam einen zweiten Regelkreis bilden.
Es wird gleichzeitig auf 3 Bezug genommen. Insbesondere umfasst der erste elektromagnetische Schalter 10 erste Hauptkontakte TL1, TN1 und eine erste Induktionsspule A1. Zur Vereinfachung der Unterscheidung kann TL1 auch als Hauptkontakt des ersten Phasenleiters und TN1 als Hauptkontakt des ersten Neutralleiters bezeichnet werden.
Die ersten Hauptkontakte TL1, TN1 sind zwischen der Netzanschlussschnittstelle 203 und der Last 500 geschaltet. Genauer gesagt ist das erste Ende (der Einfachheit halber ist in 3 das erste Ende als 1 dargestellt) des ersten Hauptkontakts TL1 in einer Eins-zu-eins-Entsprechung mit dem Phasenleiter L' der Netzanschlussschnittstelle 203 verbunden, das erste Ende des ersten Hauptkontakts TN1 entsprechend mit dem Neutralleiter N' der Netzanschlussschnittstelle 203 verbunden, das zweite Ende (der Einfachheit halber ist in 3 das zweite Ende als 2 dargestellt) des ersten Hauptkontakts TL1 in einer Eins-zu-eins-Entsprechung mit dem Phasenleiter L''' der Last 500 verbunden und das zweite Ende des ersten Hauptkontakts TN1 entsprechend mit dem Neutralleiter N''' der Last 500 verbunden.
Es versteht sich, dass, da der Phasenleiter L' der Netzanschlussschnittstelle 203 auch mit dem Phasenleiter L des Stromnetzes 600 und der Neutralleiter N' der Netzanschlussschnittstelle 203 auch mit dem Neutralleiter N des Stromnetzes 600 verbunden ist, das erste Ende des ersten Hauptkontakts TL1 in einer Eins-zu-eins-Entsprechung mit dem Phasenleiter L des Stromnetzes 600 und das erste Ende des ersten Hauptkontakts TN1 entsprechend mit dem Neutralleiter N des Stromnetzes 600 verbunden ist.
Die erste Induktionsspule A1 ist in Reihe mit dem zweiten normalerweise geschlossenen Hilfsschalter 40 (entsprechend K2 in 3) geschaltet, wobei die erste Induktionsspule A1 und der zweite normalerweise geschlossene Hilfsschalter 40 ferner mit der Netzanschlussschnittstelle 203 verbunden sind, sodass sie zusammen mit der Netzanschlussschnittstelle 203 einen ersten Regelkreis bilden. Genauer gesagt ist das erste Ende der ersten Induktionsspule A1 mit dem Phasenleiter L' der Netzanschlussschnittstelle 203 verbunden, das zweite Ende der ersten Induktionsspule A1 mit dem zweiten Ende des zweiten normalerweise geschlossenen Hilfsschalters 40 verbunden und das erste Ende des zweiten normalerweise geschlossenen Hilfsschalters 40 mit dem Neutralleiter N' der Netzanschlussschnittstelle 203 verbunden. Alternativ ist das erste Ende der ersten Induktionsspule A1 mit dem Neutralleiter N' der Netzanschlussschnittstelle 203 verbunden, das zweite Ende der ersten Induktionsspule A1 mit dem zweiten Ende des zweiten normalerweise geschlossenen Hilfsschalters 40 verbunden und das erste Ende des zweiten normalerweise geschlossenen Hilfsschalters 40 mit dem Phasenleiter L' der Netzanschlussschnittstelle 203 verbunden. Die erste Induktionsspule A1, der zweite normalerweise geschlossene Hilfsschalter 40 und die Netzanschlussschnittstelle 203 sind somit miteinander zu einem ersten Regelkreis verbunden.
Es wird weiter auf 3 Bezug genommen. Der zweite elektromagnetische Schalter 20 umfasst zweite Hauptkontakte TL2, TN2 und eine zweite Induktionsspule A2. Zur Vereinfachung der Unterscheidung kann TL2 auch als Hauptkontakt des zweiten Phasenleiters und TN2 als Hauptkontakt des zweiten Neutralleiters bezeichnet werden.
Die zweiten Hauptkontakte TL2, TN2 sind zwischen der netzunabhängigen Schnittstelle 204 und der Last 500 angeordnet und mit diesen beiden verbunden. Genauer gesagt ist das erste Ende des zweiten Hauptkontakts TL'' in einer Eins-zu-eins-Entsprechung mit dem Phasenleiter L'' der netzunabhängigen Schnittstelle 204 verbunden, das erste Ende des zweiten Hauptkontakts TN'' entsprechend mit dem Neutralleiter N'' der netzunabhängigen Schnittstelle 204 verbunden, das zweite Ende des zweiten Hauptkontakts TL'' in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung mit dem Phasenleiter L''' der Last 500 verbunden und das zweite Ende des zweiten Hauptkontakts TN'' entsprechend mit dem Neutralleiter N''' der Last 500 verbunden.
Die zweite Induktionsspule A2 ist in Reihe mit dem ersten normalerweise geschlossenen Hilfsschalter 30 (entsprechend K1 in 3) geschaltet, wobei die zweite Induktionsspule A2 und der erste normalerweise geschlossene Hilfsschalter 30 ferner mit der netzunabhängigen Schnittstelle 204 verbunden sind, sodass sie zusammen mit der netzunabhängigen Schnittstelle 204 einen zweiten Regelkreis bilden. Genauer gesagt ist das erste Ende der zweiten Induktionsspule A2 mit dem Phasenleiter L'' der netzunabhängigen Schnittstelle 204 verbunden, das zweite Ende der zweiten Induktionsspule A2 mit dem zweiten Ende des ersten normalerweise geschlossenen Hilfsschalters 30 verbunden und das erste Ende des ersten normalerweise geschlossenen Hilfsschalters 30 mit dem Neutralleiter N'' der netzunabhängigen Schnittstelle 204 verbunden. Alternativ ist das erste Ende der zweiten Induktionsspule A2 mit dem Neutralleiter N'' der netzunabhängigen Schnittstelle 204 verbunden, das zweite Ende der zweiten Induktionsspule A2 mit dem zweiten Ende des ersten normalerweise geschlossenen Hilfsschalters 30 verbunden und das erste Ende des ersten normalerweise geschlossenen Hilfsschalters 30 mit dem Phasenleiter L'' der netzunabhängigen Schnittstelle 204 verbunden. Die zweite Induktionsspule A2, der erste normalerweise geschlossene Hilfsschalter 30 und die netzunabhängige Schnittstelle 204 sind somit miteinander zu einem zweiten Regelkreis verbunden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der erste elektromagnetische Schalter 10 und der zweite elektromagnetische Schalter 20 normalerweise offene Schalter und sind der erste normalerweise geschlossene Hilfsschalter 30 und der zweite normalerweise geschlossene Hilfsschalter 40 normalerweise geschlossene Schalter, wobei die Typen des ersten elektromagnetischen Schalters 10, des zweiten elektromagnetischen Schalters 20, des ersten normalerweise geschlossenen Hilfsschalters 30 und des zweiten normalerweise geschlossenen Hilfsschalters 40 keinen Beschränkungen unterliegen, solange sie die entsprechenden Funktionen erfüllen können. Beispielsweise können im vorliegenden Ausführungsbeispiel für den ersten elektromagnetischen Schalter 10 und den zweiten elektromagnetischen Schalter 20 Wechselstromschütze verwendet werden, wobei der erste Hauptkontakt des ersten elektromagnetischen Schalters 10 und der zweite Hauptkontakt des zweiten elektromagnetischen Schalters 20 normalerweise offene Kontakte sind. Für den ersten normalerweise geschlossenen Hilfsschalter 30 und den zweiten normalerweise geschlossenen Hilfsschalter 40 können normalerweise geschlossene Hilfskontakte verwendet werden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Schaltvorrichtung 100 in Verbindung mit einem Wechselrichter 200, der netzgebunden und netzunabhängig mit einer Last betrieben werden kann, verwendet, sodass die Nennspannungen des ersten elektromagnetischen Schalters 10, des zweiten elektromagnetischen Schalters 20, des ersten normalerweise geschlossenen Hilfsschalters 30 und des zweiten normalerweise geschlossenen Hilfsschalters 40 alle innerhalb des Spannungsbereichs des Stromnetzes 600 liegen. Wenn es sich bei dem Stromnetz 600 beispielsweise um ein kommunales Stromnetz mit 220 V handelt, können die Nennspannungen des ersten elektromagnetischen Schalters 10, des zweiten elektromagnetischen Schalters 20, des ersten normalerweise geschlossenen Hilfsschalters 30 und des zweiten normalerweise geschlossenen Hilfsschalters 40 in einem Bereich von 210 bis 230 V liegen. Durch ein solches Design kann verhindert werden, dass der erste elektromagnetische Schalter 10, der zweite elektromagnetische Schalter 20, der erste normalerweise geschlossene Hilfsschalter 30 und der zweite normalerweise geschlossene Hilfsschalter 40 durch Überlastung beschädigt werden und ausfallen, wodurch eine Beeinträchtigung des normalen Betriebs des Wechselrichters 200, des Stromnetzes 600 und der Last 500 vermieden wird.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der erste elektromagnetische Schalter 10 und der erste normalerweise geschlossene Hilfsschalter 30 mechanisch miteinander verriegelt, der zweite elektromagnetische Schalter 20 und der zweite normalerweise geschlossene Hilfsschalter 40 mechanisch miteinander verriegelt und der erste elektromagnetische Schalter 10 und der zweite elektromagnetische Schalter 20 mechanisch miteinander verriegelt.
Es wird auf 3 Bezug genommen. Insbesondere sind die ersten Hauptkontakte TL1, TN1 des ersten elektromagnetischen Schalters 10 mechanisch mit dem ersten normalerweise geschlossenen Hilfsschalter 30 verriegelt. Daher werden die ersten Hauptkontakte TL1, TN1 und der erste normalerweise geschlossene Hilfsschalter 30 nicht gleichzeitig geschlossen. Wenn daher die ersten Hauptkontakte TL1, TN1 vom offenen in den geschlossenen Zustand umgeschaltet werden, wird der erste normalerweise geschlossene Hilfsschalter 30 vom geschlossenen in den offenen Zustand umgeschaltet. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass die Netzanschlussschnittstelle 203 des Wechselrichters 200 kurzgeschlossen wird.
In ähnlicher Weise sind die zweiten Hauptkontakte TL2, TN2 des zweiten elektromagnetischen Schalters 20 mechanisch mit dem zweiten normalerweise geschlossenen Hilfsschalter 40 verriegelt. Daher werden die zweiten Hauptkontakte TL2, TN2 und der zweite normalerweise geschlossene Hilfsschalter 40 nicht gleichzeitig geschlossen. Wenn daher die zweiten Hauptkontakte TL2, TN2 vom offenen in den geschlossenen Zustand umgeschaltet werden, wird der zweite normalerweise geschlossene Hilfsschalter 40 vom geschlossenen in den offenen Zustand umgeschaltet. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass die netzunabhängige Schnittstelle 204 des Wechselrichters 200 kurzgeschlossen wird.
Der erste Hauptkontakt TL1 und der zweite Hauptkontakt TL2 sind mechanisch miteinander verriegelt.
Es versteht sich, dass im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Implementierungsmethode der mechanischen Verriegelung keinen Beschränkungen unterliegt. Beispielsweise können der erste Hauptkontakt TL1 und der zweite Hauptkontakt TL2 durch das Zubehör für mechanische Verriegelung 50 mechanisch miteinander verbunden werden, sodass der erste Hauptkontakt TL1 und der zweite Hauptkontakt TL2 über das Zubehör für mechanische Verriegelung 50 mechanisch miteinander verriegelt sind.
Hierbei unterliegt die Struktur des Zubehörs für mechanische Verriegelung 50 keinen Beschränkungen, solange durch die mechanische Struktur die Funktion realisiert werden kann, dass beim ersten Hauptkontakt und beim zweiten Hauptkontakt nicht gleichzeitig eine elektrisch leitende Verbindung hergestellt wird. Beispielsweise kann für das Zubehör für mechanische Verriegelung 50 eine mechanische Verbindungsstange verwendet werden. Wenn von dem ersten Hauptkontakt und dem zweiten Hauptkontakt bei einem davon eine elektrisch leitende Verbindung hergestellt wird, wird der andere blockiert und kann nicht geschlossen werden, wodurch sichergestellt wird, dass sich entweder der erste Hauptkontakt oder der zweite Hauptkontakt im geschlossenen Zustand befindet. Daher kann selbst bei einem Ausfall der elektrischen Verriegelung garantiert werden, dass der erste Hauptkontakt und der zweite Hauptkontakt nicht gleichzeitig geschlossen werden. Auf diese Weise kann ein effektives Umschalten der Schaltvorrichtung 100 gewährleistet und ein ordnungsgemäßer und sicherer Betrieb der Schaltvorrichtung 100 und des Stromkreises, an den die Schaltvorrichtung 100 angeschlossen ist, gewährleistet werden.
Basierend auf der obigen Gestaltung wird Strom vom Stromnetz 600 bereitgestellt, wenn sich der Wechselrichter 200 im netzgebundenen Betrieb befindet, wobei der Wechselrichter 200 über die Netzanschlussschnittstelle 203 den von der Last 500 benötigten Wechselstrom ausgibt. Selbstverständlich können das Stromnetz 600 und der Wechselrichter 200 in manchen Fällen auch gemeinsam Wechselstrom ausgeben, um Lastanforderungen zu erfüllen.
Wenn die Netzanschlussschnittstelle 203 Wechselstrom ausgibt, wird beim ersten Regelkreis eine elektrisch leitende Verbindung hergestellt, da sich der zweite normalerweise geschlossene Hilfsschalter 40 im geschlossenen Zustand befindet, wobei die erste Induktionsspule A1 die Ausgabe der Netzanschlussschnittstelle 203 empfangen kann, wodurch ein erstes elektromagnetisches Signal (z. B. eine elektromagnetische Kraft) erzeugt wird. Durch das erste elektromagnetische Signal (oder - mit anderen Worten - durch die Steuerung des ersten elektromagnetischen Signals) werden die ersten Hauptkontakte TL1, TN1 in den geschlossenen Zustand umgeschaltet, sodass durch den ersten elektromagnetischen Schalter 10 an der Netzanschlussschnittstelle 203 und der Last 500 eine elektrisch leitende Verbindung hergestellt wird. Da der erste normalerweise geschlossene Hilfsschalter 30 und der erste elektromagnetische Schalter 10 mechanisch miteinander verriegelt sind, wird gleichzeitig der erste normalerweise geschlossene Hilfsschalter 30 in den offenen Zustand umgeschaltet, wodurch der zweite Regelkreis getrennt wird.
Es versteht sich, dass, sobald der zweite Regelkreis getrennt ist, kein Strom mehr bereitgestellt werden kann, um die zweiten Hauptkontakte TL2, TN2 zu schließen. Daher können in diesem Fall der erste elektromagnetische Schalter 10 und der zweite elektromagnetische Schalter 20 elektrisch miteinander verriegelt werden. Der erste Hauptkontakt TL1 und der zweite Hauptkontakt TL2 sind mechanisch miteinander verriegelt, sodass, wenn der erste Hauptkontakt TL1 geschlossen ist, die zweiten Hauptkontakte TL2, TN2 nicht geschlossen sind und sich weiterhin im offenen Zustand befinden, selbst nach einem einzelnen Fehler des zweiten Regelkreises Strom unbeabsichtigt bereitgestellt wird.
Daher wird in diesem Fall der von der Netzanschlussschnittstelle 203 ausgegebene Wechselstrom über die geschlossenen ersten Hauptkontakte TL1, TN1 an die Last 500 übertragen. Das heißt, dass in diesem Fall von dem Wechselrichter 200 und dem Stromnetz 600 mindestens einer davon als Stromversorgung dient, um die Last 500 mit Strom zu versorgen.
Wenn der Wechselrichter 200 aufgrund eines Stromausfalls im Stromnetz 600 oder aus anderen Gründen netzunabhängig betrieben werden muss, muss in diesem Fall die Verbindung zwischen dem Stromnetz 600 und dem Wechselrichter 200 getrennt werden, um die Sicherheit des Stromnetzes 600 während der Wartung zu gewährleisten. Daher gibt der Wechselrichter 200 in diesem Fall über die netzunabhängige Schnittstelle 204 Wechselspannung aus, wobei die Netzanschlussschnittstelle 203 in diesem Fall ausgeschaltet ist, wodurch die erste Induktionsspule A1 an Leistung verliert und das erste elektromagnetische Signal nicht erzeugen kann, sodass die ersten Hauptkontakte TL1, TN1 beide in den offenen Zustand umgeschaltet werden und der erste normalerweise geschlossene Hilfsschalter 30 in den geschlossenen Zustand umgeschaltet wird. Daher sind die zweite Induktionsspule A2 und der zweite Regelkreis, in dem sich der erste normalerweise geschlossene Hilfsschalter 30 befindet, miteinander verbunden, sodass sie auf die Ausgabe der netzunabhängigen Schnittstelle 204 zugreifen können. Auf dieser Grundlage kann die zweite Induktionsspule A2 die Ausgabe der netzunabhängigen Schnittstelle 204 empfangen, wodurch ein zweites elektromagnetisches Signal (z. B. eine elektromagnetische Kraft) erzeugt wird. Durch das zweite elektromagnetische Signal (oder - mit anderen Worten - durch die Steuerung des zweiten elektromagnetischen Signals) werden die zweiten Hauptkontakte TL2, TN2 in den geschlossenen Zustand umgeschaltet, sodass durch den zweiten elektromagnetischen Schalter 20 an der netzunabhängigen Schnittstelle 204 und der Last 500 eine elektrisch leitende Verbindung hergestellt wird. Da der zweite normalerweise geschlossene Hilfsschalter 40 und der zweite elektromagnetische Schalter 20 mechanisch miteinander verriegelt sind, wird gleichzeitig der zweite normalerweise geschlossene Hilfsschalter 40 in den offenen Zustand umgeschaltet, wodurch der erste Regelkreis getrennt wird.
Es versteht sich, dass, sobald der erste Regelkreis getrennt ist, kein Strom mehr bereitgestellt werden kann, um die ersten Hauptkontakte TL1, TN1 zu schließen. Daher können in diesem Fall der zweite elektromagnetische Schalter 20 und der erste elektromagnetische Schalter 10 elektrisch miteinander verriegelt werden. Der erste Hauptkontakt TL1 und der zweite Hauptkontakt TL2 sind mechanisch miteinander verriegelt, sodass, wenn der zweite Hauptkontakt TL2 geschlossen ist, die ersten Hauptkontakte TL1, TN1 nicht geschlossen sind und sich weiterhin im offenen Zustand befinden, selbst nach einem einzelnen Fehler des ersten Regelkreises Strom unbeabsichtigt bereitgestellt wird.
Daher wird in diesem Fall die Ausgabe der netzunabhängigen Schnittstelle 204 über die geschlossenen zweiten Hauptkontakte TL2, TN2 an die Last 500 übertragen. Das heißt, in diesem Fall dient der Wechselrichter 200 als Stromversorgung und versorgt die Last 500 über die netzunabhängige Schnittstelle 204 mit Strom.
Wenn beim Stromnetz 600 während des oben genannten Vorgangs zunächst die Stromversorgung nicht mehr gewährleistet ist und dann die Stromversorgung wiederhergestellt wird, kann beim zweiten normalerweise geschlossenen Hilfsschalter 40 und beim ersten Regelkreis, in dem sich die erste Induktionsspule A1 befindet, keine elektrisch leitende Verbindung hergestellt werden, da in diesem Fall sich der zweite normalerweise geschlossene Hilfsschalter 40 im getrennten Zustand befindet, sodass die ersten Hauptkontakte TL1, TN1 im offenen Zustand und die zweiten Hauptkontakte TL2, TN2 im geschlossenen Zustand bleiben. Daher bleiben in diesem Fall durch den zweiten elektromagnetischen Schalter 20 die netzunabhängige Schnittstelle 204 und die Last 500 in einem Zustand, in dem bei den beiden eine elektrisch leitende Verbindung hergestellt wird, wobei der zweite normalerweise geschlossene Hilfsschalter 40 vom ersten Regelkreis getrennt bleibt, sich der Wechselrichter 200 in einem netzunabhängigen Betriebszustand befindet und die Last 500 weiterhin durch den Wechselrichter 200 mit Strom versorgt wird.
Wenn ferner später der Wechselrichter 200 aufhört, Wechselspannung über die netzunabhängige Schnittstelle 204 auszugeben, d. h. die netzunabhängige Schnittstelle 204 ist ausgeschaltet, kann die Schaltvorrichtung 100 so umgeschaltet werden, dass sie auf die Ausgabe der Netzanschlussschnittstelle 203 zugreifen kann, wodurch das Stromnetz 600 und der Wechselrichter 200 die Last 500 über die Netzanschlussschnittstelle 203 mit Strom versorgen. Für den konkreten Vorgang wird auf die entsprechende Beschreibung der Schaltvorrichtung 100 beim Ausgeben über die Netzanschlussschnittstelle 203 verwiesen, weshalb sie hier nicht wiederholt werden soll.
Es ist ersichtlich, dass, wenn beim Stromnetz 600 die Stromversorgung wiederhergestellt wird, wann die Schaltvorrichtung 100 wieder so umschaltet, dass die Ausgabe der Netzanschlussschnittstelle 203 an die Last übertragen wird, davon abhängig ist, wann die netzunabhängige Schnittstelle 204 des Wechselrichters 200 ausgeschaltet wird. Daher kann der Wechselrichter 200 über eine Spannungsabtastschaltung die Spannung zwischen dem Phasenleiter L und dem Neutralleiter N oder die Spannung an der Netzanschlussschnittstelle 203 abtasten, um zu bestimmen, ob beim Stromnetz 600 die Stromversorgung nicht mehr gewährleistet ist, und somit seinen eigenen Betriebszustand zu steuern (d. h. ob es sich um einen netzgekoppelten Betrieb oder einen netzunabhängigen Betrieb handelt, und ob die Ausgabe über die Netzanschlussschnittstelle 203 oder die netzunabhängige Schnittstelle 204 erfolgt) und somit die Schaltsituation der Schaltvorrichtung 100 zu beeinflussen. Beispielsweise kann der Wechselrichter 200 die Ausgabe von Wechselspannung über die netzunabhängige Schnittstelle 204 stoppen, nachdem beim Stromnetz 600 die Stromversorgung für eine vorgegebene Zeitdauer wiederhergestellt wurde, sodass die Schaltvorrichtung 100 wieder so schaltet, dass das Stromnetz 600 die Last 500 über die Netzanschlussschnittstelle 203 mit Wechselstrom versorgt, nachdem beim Stromnetz 600 die Stromversorgung wiederhergestellt wurde. Durch eine solche Gestaltung kann sichergestellt werden, dass der Last 500 erst dann Strom zugeführt wird, wenn die Stromversorgung des Stromnetzes 600 stabil ist, wodurch die Stabilität und der normale Betrieb der Last 500 sichergestellt werden. Hierbei kann die vorgegebene Zeitdauer entsprechend der tatsächlichen Situation bestimmt werden, beispielsweise auf 5 Sekunden oder eine andere Dauer festgelegt werden.
Außerdem kann der Neutralleiter N'' des Wechselrichters 200 oder das erste Ende des zweiten Hauptkontakts TN2 des zweiten elektromagnetischen Schalters 20 ferner mit einer Schutzerdung (protective earth, PE; nicht dargestellt) verbunden werden. Auf diese Weise kann beim netzunabhängigen Betrieb des Wechselrichters 200 die Leistungssicherheit der Schaltvorrichtung 100 und des mit der Schaltvorrichtung 100 verbundenen Stromkreises weiter verbessert werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Schaltvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit dem Wechselrichter verwendet werden kann, um die Stromversorgung für die Last umzuschalten und die belastete Netzanschlussschnittstelle oder die belastete netzunabhängige Schnittstelle für den Wechselrichter (sogenannter belasteter netzgebundener oder belasteter netzunabhängiger Betrieb) umzuschalten. Die Schalteffizienz und die Sicherheit sind hoch, was dazu beiträgt, die unterbrechungsfreie Stromversorgung der Last und den sicheren Betrieb des Wechselrichters zu gewährleisten.
Im Vergleich zu professionellen automatischen Transferschaltern (Automatic Transfer Switching Equipment, ATS) erfordern manuelle Zwei-Wege-Messerschalter eine manuelle Bedienung. Die Bedienung des Messerschalters ist umständlich und birgt Sicherheitsrisiken. Die Schaltzeit des Messerschalters ist lang, sodass, wenn das Stromnetz ausfällt oder die Stromversorgung wiederhergestellt ist, der Messerschalter nicht sofort eine Umschaltung ausführen kann. ATS-Schalter sind teuer und die Umschaltung ist relativ langsam. In der Regel dauert die Umschaltung mehr als 1 Sekunde. Die Schaltvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann aus Schützen, Hilfskontaktgeräten und mechanischem Zubehör bestehen. Durch ein schnelles Verbinden und Trennen von Schütz und Hilfskontaktgerät kann die Schaltzeit der Schaltvorrichtung sehr kurz sein (z. B. innerhalb von 100 Millisekunden). Darüber hinaus sind Schütze, Hilfskontaktgeräte und mechanische Zubehöre kostengünstig, einfach aufgebaut und leicht einstückig zusammenzubauen. Daher hat die Schaltvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Vorteile einer hohen Schalteffizienz, niedriger Kosten, einer einfachen Struktur, einer einfachen Implementierung und eines geringen Platzbedarfs.
Darüber hinaus können durch die Schaltvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine mechanische Verriegelung und eine elektrische Verriegelung zwischen dem Schalter (nämlich dem ersten elektromagnetischen Schalter) von der Stromnetzseite zur Lastseite und dem Schalter (nämlich dem zweiten elektromagnetischen Schalter) von der netzunabhängigen Seite zur Lastseite realisiert werden, wobei durch eine mechanische Verriegelung verhindert werden kann, dass ein Ausfall der elektrischen Verriegelung zum Ausfall der Schaltfunktion der Schaltvorrichtung führt. Im Falle eines Einzelfehlers wird die netzunabhängige Spannung nicht an der der Stromnetzseite angelegt oder wird die netzseitige Spannung nicht an der der netzunabhängigen Seite angelegt. Auf diese Weise kann die Sicherheit der netzseitigen Wartung gewährleistet und ein Sicherheitsunfall vermieden werden, wenn der Wechselrichter netzunabhängig ist. Darüber hinaus kann eine Überbeanspruchung der elektronischen Komponenten des Wechselrichters vermieden werden.
Es wird gleichzeitig auf 4 Bezug genommen. Das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt ferner ein Wechselrichtersystem bereit.
Wie in 4 gezeigt, umfasst das Wechselrichtersystem 1000 eine Schaltvorrichtung 100 und einen Wechselrichter 200.
Hierbei sind die Schaltvorrichtung 100 und der Wechselrichter 200 miteinander verbunden, wobei die Schaltvorrichtung 100 ferner mit einer Last und der Wechselrichter 200 ferner mit einem Stromnetz verbunden ist. Die Schaltvorrichtung 100 kann eine Schaltvorrichtung 100 gemäß dem in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sein.
Es versteht sich, dass für die Beschreibung der Schaltvorrichtung 100, des Wechselrichters 200, des Stromnetzes und der Last auf die entsprechende Beschreibung der Schaltvorrichtung 100 verwiesen werden kann, weshalb sie hier nicht wiederholt werden soll.
Es wird gleichzeitig auf 5 Bezug genommen. Das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt ferner ein Energiespeichersystem bereit.
Wie in 5 gezeigt, umfasst das Energiespeichersystem 2000 eine Schaltvorrichtung 100, einen Wechselrichter 200 und einen Batteriepack 300.
Hierbei wird für die Beschreibung der Schaltvorrichtung 100 und des Wechselrichters 200 auf die entsprechende Beschreibung von 4 verwiesen, weshalb sie hier nicht wiederholt werden soll. Der Batteriepack 300 ist mit dem Wechselrichter 200 verbunden und kann dadurch Gleichstrom für den Wechselrichter 200 bereitstellen. Der Wechselrichter 200 kann den vom Batteriepack 300 bereitgestellten Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln, wobei der Wechselstrom über die Schaltvorrichtung 100 an die mit dem Wechselrichter 200 verbundene Last übertragen wird. Es ist verständlich, dass ein auf einer solchen Struktur basierendes Energiespeichersystem auch als Energiespeicher-Wechselrichtersystem bezeichnet werden kann.
Selbstverständlich stellt das in 5 gezeigte Energiespeichersystem 2000 keine spezifische Einschränkung des Energiespeichersystems 2000 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. In einigen Fällen kann das Energiespeichersystem auch mehr oder weniger Geräte, Ausrüstungen, Module, Schaltungen oder Komponenten als dargestellt umfassen.
Die vorliegende Erfindung stellt somit eine Schaltvorrichtung, ein Wechselrichtersystem und ein Energiespeichersystem bereit, wobei der erste elektromagnetische Schalter und der zweite normalerweise geschlossene Hilfsschalter der Schaltvorrichtung und die Netzanschlussschnittstelle eines Wechselrichters einen ersten Regelkreis bilden, der zweite elektromagnetische Schalter und der erste normalerweise geschlossene Hilfsschalter der Schaltvorrichtung und die netzunabhängige Schnittstelle des Wechselrichters einen zweiten Regelkreis bilden, der erste elektromagnetische Schalter und der erste normalerweise geschlossene Hilfsschalter mechanisch miteinander verriegelt sind, der erste elektromagnetische Schalter und der zweite elektromagnetische Schalter mechanisch miteinander verriegelt sind und der zweite elektromagnetische Schalter und der zweite normalerweise geschlossene Hilfsschalter mechanisch miteinander verriegelt sind, wobei der erste Regelkreis im netzgebundenen Betrieb des Wechselrichters zur Steuerung des Schließens des ersten elektromagnetischen Schalters und des Öffnens des ersten normalerweise geschlossenen Hilfsschalters dient, um den zweiten Regelkreis zu trennen, wobei beim netzunabhängigen Betrieb des Wechselrichters der zweite Regelkreis zur Steuerung des Schließens des zweiten elektromagnetischen Schalters und des Öffnens des zweiten normalerweise geschlossenen Hilfsschalters dient, um den ersten Regelkreis zu trennen. Mit der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung kann eine Umschaltung der Stromversorgung für die Last realisiert werden.

Claims

Schaltvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen ersten elektromagnetischen Schalter, einen zweiten elektromagnetischen Schalter, einen ersten normalerweise geschlossenen Hilfsschalter und einen zweiten normalerweise geschlossenen Hilfsschalter umfasst; wobei der erste elektromagnetische Schalter mit dem zweiten normalerweise geschlossenen Hilfsschalter, der Netzanschlussschnittstelle eines Wechselrichters und einer Last verbunden ist, die Netzanschlussschnittstelle mit einem Stromnetz verbunden ist und der zweite normalerweise geschlossene Hilfsschalter mit der Netzanschlussschnittstelle verbunden ist und somit zusammen mit der Netzanschlussschnittstelle und dem ersten elektromagnetischen Schalter einen ersten Regelkreis bildet; wobei der zweite elektromagnetische Schalter mit dem ersten normalerweise geschlossenen Hilfsschalter, der netzunabhängigen Schnittstelle des Wechselrichters und der Last verbunden ist, der erste normalerweise geschlossene Hilfsschalter mit der netzunabhängigen Schnittstelle verbunden ist und somit zusammen mit der netzunabhängigen Schnittstelle und dem zweiten elektromagnetischen Schalter einen zweiten Regelkreis bildet; wobei der erste elektromagnetische Schalter und der erste normalerweise geschlossene Hilfsschalter mechanisch miteinander verriegelt, der erste elektromagnetische Schalter und der zweite elektromagnetische Schalter mechanisch miteinander verriegelt und der zweite elektromagnetische Schalter und der zweite normalerweise geschlossene Hilfsschalter mechanisch miteinander verriegelt sind; wobei der erste Regelkreis im netzgebundenen Betrieb des Wechselrichters zur Steuerung des Schließens des ersten elektromagnetischen Schalters dient, um an der Netzanschlussschnittstelle und der Last eine elektrisch leitende Verbindung herzustellen, und zur Steuerung des Öffnens des ersten normalerweise geschlossenen Hilfsschalters dient, um den zweiten Regelkreis zu trennen, wodurch der Wechselrichter und das Stromnetz die Last über die Netzanschlussschnittstelle mit Strom versorgen; wobei der zweite Regelkreis beim netzunabhängigen Betrieb des Wechselrichters zur Steuerung des Schließens des zweiten elektromagnetischen Schalters dient, um an der netzunabhängigen Schnittstelle und der Last eine elektrisch leitende Verbindung herzustellen, und zur Steuerung des Öffnens des zweiten normalerweise geschlossenen Hilfsschalters dient, um den ersten Regelkreis zu trennen, wodurch der Wechselrichter die Last über die netzunabhängige Schnittstelle mit Strom versorgt.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektromagnetische Schalter einen ersten Hauptkontakt und eine erste Induktionsspule umfasst, wobei der erste Hauptkontakt zwischen der Netzanschlussschnittstelle und der Last angeordnet und mit diesen beiden verbunden ist, die erste Induktionsspule in Reihe mit dem zweiten normalerweise geschlossenen Hilfsschalter geschaltet ist und die erste Induktionsspule und der zweite normalerweise geschlossene Hilfsschalter ferner mit der Netzanschlussschnittstelle verbunden sind und somit zusammen mit der Netzanschlussschnittstelle einen ersten Regelkreis bilden; wobei der zweite elektromagnetische Schalter einen zweiten Hauptkontakt und eine zweite Induktionsspule umfasst, der zweite Hauptkontakt zwischen der netzunabhängigen Schnittstelle und der Last angeordnet und mit diesen beiden verbunden ist, die zweite Induktionsspule in Reihe mit dem ersten normalerweise geschlossenen Hilfsschalter geschaltet ist und die zweite Induktionsspule und der erste normalerweise geschlossene Hilfsschalter ferner mit der netzunabhängigen Schnittstelle verbunden sind und somit zusammen mit der netzunabhängigen Schnittstelle einen zweiten Regelkreis bilden.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hauptkontakt und der erste normalerweise geschlossene Hilfsschalter mechanisch miteinander verriegelt, der erste Hauptkontakt und der zweite Hauptkontakt mechanisch miteinander verriegelt und der zweite Hauptkontakt und der zweite normalerweise geschlossene Hilfsschalter mechanisch miteinander verriegelt sind; wobei der erste Regelkreis zur Bestromung des Wechselrichters im netzgebundenen Betrieb des Wechselrichters dient, wodurch die erste Induktionsspule ein erstes elektromagnetisches Signal erzeugt, wobei das erste elektromagnetische Signal zur Steuerung des Schließens des ersten Hauptkontakts dient, um an der Netzanschlussschnittstelle und der Last eine elektrisch leitende Verbindung herzustellen, wobei, wenn der erste Hauptkontakt geschlossen ist, der erste normalerweise geschlossene Hilfsschalter geöffnet ist, um den zweiten Regelkreis zu trennen; wobei der zweite Regelkreis zur Bestromung des Wechselrichters beim netzunabhängigen Betrieb des Wechselrichters dient, wodurch die zweite Induktionsspule ein zweites elektromagnetisches Signal erzeugt, wobei das zweite elektromagnetische Signal zur Steuerung des Schließens des zweiten Hauptkontakts dient, um an der netzunabhängigen Schnittstelle und der Last eine elektrisch leitende Verbindung herzustellen, wobei, wenn der zweite Hauptkontakt geschlossen ist, der zweite normalerweise geschlossene Hilfsschalter geöffnet ist, um den ersten Regelkreis zu trennen.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Induktionsspule entweder mit dem Phasenleiter oder dem Neutralleiter der Netzanschlussschnittstelle verbunden ist, wobei der zweite normalerweise geschlossene Hilfsschalter mit dem anderen von dem Phasenleiter und dem Neutralleiter der Netzanschlussschnittstelle verbunden ist; wobei der erste Hauptkontakt einen Hauptkontakt des ersten Phasenleiters und einen Hauptkontakt des ersten Neutralleiters umfasst, wobei der Hauptkontakt des ersten Phasenleiters in einer Eins-zu-eins-Entsprechung mit dem Phasenleiter der Netzanschlussschnittstelle und der Hauptkontakt des ersten Neutralleiters entsprechend mit dem Neutralleiter der Netzanschlussschnittstelle verbunden ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Induktionsspule entweder mit dem Phasenleiter oder dem Neutralleiter der netzunabhängigen Schnittstelle verbunden ist, wobei der erste normalerweise geschlossene Hilfsschalter mit dem anderen von dem Phasenleiter und dem Neutralleiter der netzunabhängigen Schnittstelle verbunden ist; wobei der zweite Hauptkontakt einen Hauptkontakt des zweiten Phasenleiters und einen Hauptkontakt des zweiten Neutralleiters umfasst, wobei der Hauptkontakt des zweiten Phasenleiters in einer Eins-zu-eins-Entsprechung mit dem Phasenleiter der netzunabhängigen Schnittstelle und der Hauptkontakt des zweiten Neutralleiters entsprechend mit dem Neutralleiter der netzunabhängigen Schnittstelle verbunden ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung ferner ein Zubehör für mechanische Verriegelung umfasst, wobei das Zubehör für mechanische Verriegelung zwischen dem ersten elektromagnetischen Schalter und dem zweiten elektromagnetischen Schalter angeordnet ist, der erste elektromagnetische Schalter und der zweite elektromagnetische Schalter einstückig mechanisch miteinander verbunden sind und der erste elektromagnetische Schalter und der zweite elektromagnetische Schalter mechanisch miteinander verriegelt sind.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste normalerweise geschlossene Hilfsschalter am ersten elektromagnetischen Schalter und der zweite normalerweise geschlossene Hilfsschalter am zweiten elektromagnetischen Schalter angebracht ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den ersten elektromagnetischen Schalter und den zweiten elektromagnetischen Schalter Wechselstromschütze und für den ersten normalerweise geschlossenen Hilfsschalter und den zweiten normalerweise geschlossenen Hilfsschalter normalerweise geschlossene Hilfskontakte verwendet werden; wobei die Nennspannungen des ersten elektromagnetischen Schalters, des zweiten elektromagnetischen Schalters, des ersten normalerweise geschlossenen Hilfsschalters und des zweiten normalerweise geschlossenen Hilfsschalters alle innerhalb des Spannungsbereichs des Stromnetzes liegen.
Wechselrichtersystem, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Wechselrichter und eine Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst, wobei der Wechselrichter und die Schaltvorrichtung miteinander verbunden sind, die Schaltvorrichtung ferner mit einer Last verbunden ist und der Wechselrichter Wechselstrom über die Schaltvorrichtung an die Last ausgibt.
Energiespeichersystem, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Batteriepack, einen Wechselrichter und eine Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst, wobei sowohl der Batteriepack als auch die Schaltvorrichtung mit dem Wechselrichter verbunden sind, die Schaltvorrichtung ferner mit einer Last verbunden ist und der Wechselrichter den vom Batteriepack bereitgestellten Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt und den Wechselstrom über die Schaltvorrichtung an die Last ausgibt.