DE4021552A1

DE4021552A1 - Verfahren einer sicherheitsabschaltung fuer in das netz einspeisende wechselrichter bei netzausfall

Info

Publication number: DE4021552A1
Application number: DE19904021552
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: HOPPE MICHAEL 5270 GUMMERSBACH DE
Current assignee: HOPPE MICHAEL 5270 GUMMERSBACH DE
Priority date: 1990-07-06
Filing date: 1990-07-06
Publication date: 1990-11-29

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, dessen Einsatzmöglichkeiten entsprechend Anspruch 2, sowie erfindungsgemäß die Möglichkeiten eines prinzipiellen Geräteaufbaus in mehreren Versionen entsprechend den Ansprüchen 3-7.

Stand der Technik

Zur Zeit werden Wechselrichter zur Einspeisung regenerativer Energie in das öffentliche Versorgungsnetz immer häufiger eingesetzt. Im Rahmen des 1000 Dächer- Programms der Bundesregierung wird die Zahl der Wechselrichter noch stark zunehmen.

Entsprechend der Technischen Anschlußbedingungen (TAB) der EVU müssen diese Wechselrichter bei Netzausfall (Störung oder Freischaltung wegen Arbeiten am Netz) selbsttätig abschalten.

Entsprechend dem Stand der Technik soll dies durch Spannungs- und Frequenzüberwachung sichergestellt werden.

Beschreibung des Problems

Praktische Erfahrungen (RWE in Kobern-Gondorf) und auch theoretische Überlegungen zeigen indes, daß im praktischen Betrieb die Möglichkeit existiert, in der diese Wechselrichter trotz Netzabschaltung nicht abschalten, weil die regenerative Energiezuführung gerade die Verluste des Wechselrichters und der noch angeschlossenen Verbraucher decken kann.

Das System befindet sich dann energetisch in einem Balancezustand.

Theoretische Überlegungen zeigen, daß ein solcher Balancezustand um so eher eintreten kann, je mehr Wechselrichter im abgeschalteten Netzabschnitt angeschlossen sind.

Für die Montagetruppe der EVU ist diese Situation sehr kritisch, da in einem freigeschalteten Netzabschnitt nicht zwangsläufig Spannungsfreiheit herrscht.

Aus Gründen der Personensicherheit darf jedoch mit den Arbeiten am Netz nicht begonnen werden, solange Spannung ansteht. Eine zeitaufwendige Suche nach den Spannungsquellen wäre die Folge, und Wechselrichter von Solaranlagen in Privathäusern könnten wegen Abwesenheit der Bewohner eventuell gar nicht ausgeschaltet werden. Unabdingbar sind daher Sicherheitseinrichtungen, die auf jeden Fall die Wechselrichter abschalten lassen, sobald das Netz abgeschaltet wird.

Lösung des Problems

Ursache des Nichtabschaltens der Wechselrichter ist die Energiebalance, die sich nach Abschalten des Netzes in dem entsprechenden Netzabschnitt zwischen regenerativen Energiequellen und Verbrauchern eingestellt ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine prinzipielle Hardwarelösung vorzuschlagen, die die Ursache, nämlich die Energiebalance, beseitigt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Verfahrensschritte von Anspruch 1 und 2 gelöst.

Variationen bezüglich der verschiedenen Hardwarelösungen, die alle ein Verfahren nach Anspruch 1 und 2 ermöglichen, werden in Ansprüchen 3-7 beansprucht.

Anhand der Zeichnung 1 sollen das Verfahren und der prinzipielle Geräteaufbau erläutert werden:

Die Sicherheitsabschaltung wird auf der Netzseite des Wechselrichters zwischen Phase und Neutralleiter in der Ausführung für Einphasensysteme oder in der dreiphasigen Ausführung zwischen den drei Außenleitern L 1, L 2, L 3 im Dreieck angeschlossen.

Ein Oszillator A 1 gibt periodisch Rechteckpulse einer bestimmten Dauer t _p (z. B. 30 ms, mindestens jedoch 1 Periode = 20 ms) mit einer Intervallzeit t _i (z. B. 2 sek.) auf die Basis (oder Gate beim FET) eines Leistungstransistors T 1. Diesem Transistor ist in Reihe eine Impedanz Z 1 (z. B. ein ohmscher Widerstand) und eine Diode D 1 geschaltet. Der Transistor T 1 schaltet dann für die Dauer des Rechteckpulses t _p die Impedanz zwischen Phase und Neutralleiter. Die Impedanz erhöht die Belastung des Systems Wechselrichter/Netz an dieser Stelle. Nun sind 2 Fälle zu unterscheiden:

a) Ist das Netz vom EVU nicht freigeschaltet, wird der zusätzliche Laststrom vom Netz aufgebracht, und der Wechselrichter speist weiterhin ungestört die gesamte regenerative Energie ins Netz.
b) Wurde das Netz vom EVU freigeschaltet, die Wechselrichter arbeiten aber aufgrund der oben beschriebenen Energiebalance weiter, muß der zusätzliche Laststrom vom Wechselrichter aufgebracht werden. Diese zusätzliche Belastung hebt jedoch die Energiebalance auf. Die Spannung und Frequenz des "Ersatznetzes" brechen zusammen, und die in dem Wechselrichter integrierte Spannungs- und Frequenzüberwachung schaltet den Wechselrichter aus. Diese Abschaltung erfolgt damit innerhalb einer maximalen Zeitspanne von t _i + t _p nach der Netzfreischaltung.

Damit ist die erfindungsgemäße Lösung gemäß den Ansprüchen 1 und 3 realisiert.

Da ein sicheres Funktionieren der Sicherheitsabschaltung unabdingbar ist, kann das Gerät mit einer Schaltung A 2 versehen werden, die den Ausfall der Steuerpuls-Erzeugung erkennen kann. Insbesondere kann dies eine triggerbare monostabile Kippstufe sein, für die die Steuerpulse als Triggerpulse verwendet werden. Bei Ausfall der Triggerung fällt der Ausgang der monostabilen Kippstufe nach einer bestimmten Zeit t _m auf 0 V zurück. Die Schaltung A 2 enthält ein Relais, welches bei der Kippstufen-Ausgangs spannung 0 V (entspr. Ausfall der Steuerpulse) abfällt und damit die Funktionsunfähigkeit der Sicherheitsabschaltung anzeigt.

Dieser Relaiskontakt kann in die Ferneinschaltschleife des Wechselrichters integriert werden. Bei Ausfall des Sicherheitsabschalters wird dann der Wechselrichter automatisch abgeschaltet.

Besser ist es, die Versorgung der Spule des Wechselrichter-Ausgangsschützes (muß für die allpolige Abschaltung vorhanden sein) über den Relaiskontakt K 1 zu schleifen. Bei Ausfall des Sicherheitsabschalters wird dann der Wechselrichter automatisch vom Netz getrennt. Damit ist die erfindungsgemäße Lösung gemäß den Ansprüchen 5 und 6 realisiert.

Claims

1. Verfahren, Wechselrichter, die in regenerativen Energieerzeugungsan lagen Energie in das öffentliche Netz einspeisen, auch dann zum Abschalten zu zwingen, wenn sich bei abgeschaltetem Netz aufgrund einer Energiebalance die Wechselrichter ein Ersatznetz bilden und weiter arbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß periodisch die Last verändert wird, und damit die Energiebalance aufgehoben wird.

2. Einsatzmöglichkeit des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren sowohl in einphasen Netzen als auch in dreiphasigen Netzen angewendet werden kann.

3. Prinzipieller Aufbau eines Gerätes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens folgende charakteristische Bauteile enthält:

a) Oszillator A 1, der periodisch mit festgelegter Frequenz Steuersignale auf die Basis eines Leistungstransistors T 1 (oder Gate eines FET) gibt,
b) Leistungstransistor T 1, der eine Impedanz Z 1 zwischen Phasenleiter und Neutralleiter am Wechselrichterausgang schaltet, und von den Steuersignalen nach 3a) angesteuert wird,
c) eine Impedanz Z 1 (z. B. ohmscher Widerstand), die vom Transistor T 1 zwischen die Leiter L und N geschaltet wird, und damit den Wechselrichter zusätzlich belastet,
d) eine Diode D 1, die eine Zerstörung des Transistors während der negativen Netzspannungshalbwelle verhindert.

4. Variation des Aufbaus nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Aufbau für einphasige Netze und einen 2. Aufbau für dreiphasige Netze mit den gleichen charakteristischen Bauteilen wie nach Anspruch 3 gibt.

5. Ergänzung des Aufbaus nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung A 2 hinzugefügt wird, die den Ausfall des Oszillators A 1 erkennen kann, und dieses über einen Relaiskontakt K 1 meldet.

6. Ergänzung des Anspruchs 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Relaiskontakt K 1 den Wechselrichter über dessen Fern-Einschaltschleife ausschalten kann oder den Wechselrichter über ein Schütz vom Netz und den Verbrauchern trennt.

7. Variation der Einsatzmöglichkeit des Gerätes, dadurch gekennzeichnet, daß nicht jedem Wechselrichter ein Gerät zugeordnet wird, sondern daß ein Gerät in leistungs stärkerer Ausführung in einem definierten Netzabschnitt eingesetzt wird, und dadurch bei Netzausfall eine Gruppe von Wechselrichtern gleichzeitig zum Abschalten zwingt.