EP3891858A1 - Verfahren zum vorladen eines netzabschnitts - Google Patents

Verfahren zum vorladen eines netzabschnitts

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Publication number
EP3891858A1
EP3891858A1 EP19729680.9A EP19729680A EP3891858A1 EP 3891858 A1 EP3891858 A1 EP 3891858A1 EP 19729680 A EP19729680 A EP 19729680A EP 3891858 A1 EP3891858 A1 EP 3891858A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
network
voltage
network section
section
sections
Prior art date
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Pending
Application number
EP19729680.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karsten Handt
Hubert Schierling
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3891858A1 publication Critical patent/EP3891858A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0068—Battery or charger load switching, e.g. concurrent charging and load supply
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/001—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection limiting speed of change of electric quantities, e.g. soft switching on or off
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/06—Two-wire systems

Definitions

  • the invention relates to a method for precharging a network section of a DC network, and a Computerprogrammpro product with which the method can be carried out. Likewise, the invention relates to a corresponding switching device and a DC network with such a switching device.
  • An energy distribution within an industrial plant or a building by means of direct current is not only due to a simple energy exchange between devices and / or a simple connection to e.g. regenerative energy sources advantageous.
  • DC networks have a number of network sections, which are used, for example, as energy sources, energy stores or loads, ie. H. can be designed as electrical consumers.
  • the network sections are connected to each other in an electrically separable manner via Wegvor devices.
  • the switching device usually has electronic and / or mechanical switches.
  • a DC network also has a connection to a three-phase network, which forms an external energy source of the DC network. The three-phase current is rectified with the help of a rectifier and fed to the DC network via a supply unit.
  • AC Alternating Current
  • these electric drives form capacitors, which are arranged to stabilize and buffer the DC voltage in the inverters, which are obligatory upstream of the AC electric drives, mainly capacitive loads.
  • a compensation current flows through the switching device between a first network section of the DC network functioning as a central supply network and the capacitive loads arranged in a second network section of the DC network, which very large amplitudes can assume - therefore also called switch-on surge - and thus can lead to the thermal destruction of electronic components and to intolerable repercussions on the supply network.
  • this compensating current can be controlled by various measures - however, the underlying principle is to limit the maximum value of the compensating current.
  • the simplest way to limit the equalization current, hereinafter also referred to as precharge current, during a precharge is to conduct the equalization current between the two network sections through a precharge resistor.
  • the pre-charging resistor is only required when switching on the capacitive load to the supply network; it serves to limit the precharge current with which the capacitive load is charged from the supply network. As soon as the capacitive load is charged, the current limitation can be ended; For this purpose, the precharge resistor can be bridged, for example, by means of a bridging contact.
  • switching on a precharge resistor has the disadvantage that there is always a voltage difference between the two network sections if the load draws power in the precharge phase, for example due to the leakage currents of the capacitors, the current through balancing resistors, but also through Auxiliary power supplies that start immediately after reaching a possibly relatively low voltage value.
  • a second option for limiting the compensation current during a pre-charge is to use a step-down converter in the load current path.
  • a step-down converter choke is required. Instead of the buck converter choke as one
  • the inductance of the power lines can alternatively be used. However, this requires a high clock frequency, which leads to larger switching losses at the transistor, and / or it results in a large current ripple; the maximum current of the current ripple can become significantly larger than the nominal current of the step-down converter.
  • the buck converter must be designed for the maximum current of the current ripple, which means that it must have a current carrying capacity many times higher than that actually required for the buck converter.
  • the invention is therefore based on the object of specifying an improved method for precharging.
  • the object is achieved by a method according to claim 1. It is a method for precharging a second network section with electrical energy from a first network section of a DC network.
  • an initial voltage prevailing in the second network section was lower than a DC voltage prevailing in the first network section.
  • the two network sections are electrically connected to one another via a precharging resistor with a resistance current path.
  • the two network sections are electrically connected to one another via a semiconductor switch arranged in parallel with the resistance current path. The semiconductor switch is operated in a clocked mode or in a linear range as a variable resistor.
  • the two network sections are electrically connected via the semiconductor switch arranged parallel to the resistance current path, the two network sections can also remain electrically conductively connected via the resistance current path.
  • the object is also achieved by a switching device according to claim 5. It is a Wegvor device for precharging a second network section with electrical energy from a first network section of a DC network.
  • the switching device comprises a resistance current path having a precharge resistor.
  • the switching device comprises a semiconductor switch arranged parallel to the resistance current path, which is designed to electrically connect the two network sections and which comprises at least one power semiconductor.
  • the power semiconductor can be operated as a controllable resistor in a clocked operation or in an operation in the linear range.
  • the switching device also includes a control unit for controlling the power semiconductor.
  • the essence of the invention is that over the time duration of the voltage adjustment between the two Netzab sections between different current limiting methods is changed, the most suitable depending on the current voltage difference Current limiting method is selected. In this way, the disadvantages inherent in the respective preloading options are largely avoided.
  • the precharging takes place via the precharging resistor: due to the fact that at the beginning of this first section the voltage driving the compensating current is still relatively high, the compensating current flowing between the two sections is also relatively high ; thus, an effective pre-charging can take place first.
  • the voltage level in the second network section tends to while the voltage level in the first network section and the voltage driving the compensating current decreases significantly over time; a phase is reached in which the precharge resistance is relatively large in relation to the reduced driving voltage, so that the equalizing current is substantially smaller than at the beginning of the first period.
  • the second time period of the method according to the invention is started, following the first time period, in which the precharging takes place via a semiconductor switch arranged in parallel with the resistance current path, which is clocked or operated in a linear range.
  • the semiconductor switch in clocked operation acts as a switching DC-DC converter, in which the output voltage is less than the amount of the input voltage.
  • the semiconductor switch is regularly switched on and off by a controller; A few hundred to several million switching cycles are usually carried out per second.
  • the semiconductor switch operated in the linear range acts as a controllable resistor which limits the compensating current. Due to the substantially reduced driving voltage between the two connected network sections at the beginning of the second time section compared to the voltage present at the beginning of the first time section, the compensating current and the corresponding thermal power loss are significantly smaller than they would be under the voltage present at the start of the first time section Ren. Consequently, the semiconductor switch is not thermally overloaded; An oversizing of the semiconductor switch which provides security in this regard can thus be avoided.
  • the present invention thus makes it possible to achieve a full precharge without additional components.
  • the next available high voltage difference between the connected network sections is used.
  • the precharge phase via the semiconductor switch there is a high one Voltage difference that prevails in the pre-charging phase via the pre-charging resistor is undesirable: instead, the now lower voltage difference between the two connected network sections is used.
  • the precharging can be regarded as complete in order to go into normal operation.
  • the two network sections are connected to one another, preferably via the semiconductor switch.
  • the transition between the operation of the semiconductor switch in clocked operation or in the linear range and the subsequent normal operation, in which the two network sections are practically at the same voltage level, is fluid: it is possible to clock the clocked operation via a peak current value of the compensating current to regulate, which at some point can no longer be reached and thus the semiconductor switch simply remains switched on; alternatively, it is possible to regulate the active area via a current to flow, so that the set resistance value always decreases until it finally reaches the minimum value, i.e. the switch remains switched on.
  • the present invention implements a protection concept for the plant operation in order to avoid a damaging compensating current, the protection concept being able to be variably adapted to the plant configuration.
  • the two network sections are connected via the semiconductor switch as soon as the voltage in the second network section is between 60 and 90 percent of the DC voltage.
  • This voltage range is the optimal range for opening the semiconductor switch, since there is the best compromise between an increasing delay with a further precharge via the precharge resistor and a greater power loss or risk of damage caused by high currents when precharging started earlier via the semiconductor switch.
  • the two network sections are connected via the semiconductor switch as soon as an equalizing current flowing via the resistance current path is less than a predetermined threshold value.
  • the threshold value can be selected so that the best compromise for the given network section constellation is between an increasing delay with a further precharging via the precharging resistor and a greater power loss or risk of damage from high currents when precharging starts earlier via the semiconductor scarf ter achieved.
  • the resistance current path has a switch in series with the precharging resistor, the control unit being designed to control the switch. With the switch, the resistance current path can be opened and closed by the precharging resistor.
  • the switch arranged in the resistance current path comprises at least one power semiconductor.
  • This switch can be used as a switchable semiconductor, e.g. B. a transistor, an IGBT, a MOSFET, or the like. It is also possible for the switch to be designed in the form of two switchable semiconductors which are connected in series, if appropriate in each case with a diode connected in antiparallel to the switchable semiconductor. If a mechanical switch is to switch the precharging resistor on and off, the mechanical switch must have a DC switching capacity; this is often difficult to achieve with mechanical switches. A switchable power semiconductor has a DC switching capacity, and a power semiconductor can also switch significantly faster than a mechanical switch.
  • the task outlined is also solved by a computer program product according to the invention.
  • the computer program product is designed to be executable in at least one control unit.
  • the computer program product can be used as software, e.g. B. as an app downloadable from the Internet, or as firmware in a memory storable and designed to be executable by a processor or arithmetic unit.
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • the computer program product is designed to implement and carry out at least one embodiment of the sketched method for precharging a network section.
  • the computer program product according to the invention can be designed to carry out the method for precharging a network section which is designed to be executable in a control unit of the switching device.
  • the computer program product can combine all the sub-functions of the method, that is to say it can be monolithic.
  • the computer program product can also be designed in a segmented manner and in each case distribute partial functions to segments that are executed on separate hardware. So it can Computer program product can be designed to be partially executable in a control unit of the first network section and partially in a control unit of the second network section.
  • part of the method can be carried out in a control unit and another part of the method can be carried out in a higher-level instance of the control unit, such as, for example, a PLC, a handheld parameterization device or a computer cloud.
  • the outlined task is also solved by a DC network according to the invention with a first network section and a second network section, wherein in an initial state an initial voltage prevailing in the second network section is lower than a DC voltage prevailing in the first network section.
  • the DC network has a switching device according to the invention, as described above, arranged between the first network section and the second network section.
  • the two network sections each comprise a first line and a second line, between which the voltage of the respective network section is applied, the two network sections being permanently connected to one another via the second lines and by means of the first lines a switching device can be connected and separated from each other.
  • FIG. 1 shows a DC network with several network sections
  • Figure 2 shows a central network section and a network section with a consumer and a switching device connected between the network sections.
  • Fig. 3 is a schematic representation of a Heidelbergvorrich device
  • Fig. 4 shows a first embodiment of a Heidelbergvorrich device
  • Fig. 6 shows another embodiment of a Wegvor direction
  • Fig. 8 is a diagram for explaining the clocked Be
  • Fig. 9 is a diagram for explaining the operation in the linear area of a line semiconductor.
  • the present invention relates to an electrotechnical situation.
  • Terms such as “connected” and “separated” or “isolated” and the like are therefore always meant in the electrical sense, not in the mechanical sense.
  • FIG. 1 shows a DC voltage network 100 with a multiplicity of network sections 31.
  • the network sections 31 are additionally supplemented with a single small letter in the illustration in FIG. 1. If reference is made to a very specific th of the network sections 31 shown in FIG. 1, the reference symbol supplemented by the corresponding small letter is used, for example reference numeral 31c or 31f. If, however, reference is only made generally to the network sections 31, only the reference number 31 is used without the addition of a small letter.
  • the DC voltage network has a central network section, briefly referred to as a central section. 1, this is the network section 31a.
  • the central section 31a represents the “hub” for the other network sections 31.
  • the central section 31a is therefore common for the other network sections 31.
  • the network sections 31 can form branches similar to a tree structure.
  • the network section 31d is subdivided into further network sections 31e to 31h.
  • several Netzab sections 31 can be connected in series. 1, these are the network sections 31k and 311.
  • the “network section” 31m represents the connection of the central section 31a to an AC network - here a three-phase network.
  • the type of network sections 31 as such can be determined as required, for example as a load zone, a robot cell or a load feeder. However, they generally each have an electrical energy store 32.
  • the energy store 32 can be a battery or a capacitor, for example.
  • the network sections 31 usually have at least one energy source 33 and / or at least one consumer 34.
  • An example of an energy source 33 is a photovoltaic system or a (charged) battery.
  • Examples of consumers 34 are an electric motor, a heater, and an (uncharged) battery.
  • other energy sources 33 and other consumers 34 may also be present. Combinations are also possible.
  • only one of the network sections 31 of the energy store 32, the energy source 33 and the consumer 34 are shown in FIG. 1.
  • the corresponding Units 32, 33 and 34 can, however, also be present in the other network sections 31.
  • the DC voltage network each has a switching device 35 for the network sections 31.
  • the switching device 35 can connect the respective network section 31 to at least one other network section 31 or separate it from the at least one other network section 31.
  • the network sections 31b to 311 can be connected or separated from the central section 1a directly or indirectly via other network sections 31.
  • a switching operation i.e. a change between two different ones
  • the switching device 35 of the network section 31f connecting or disconnecting the network section 31f with or from the network section 31d.
  • the network section 31f is thus connected or disconnected from the central section 31a via the network section 31d, or only connected to or disconnected from the network section 31d without a further connection to the central section 31a.
  • the network sections 31 Due to the design as a DC voltage network, the network sections 31 have a first, positive potential F1 in a first electrical line L + and a second, negative potential F2 in a second electrical line L-.
  • the reference characters L +, L- of the lines are shown in FIG. 1 only for the network sections la and lf.
  • Two lines of the network sections 31, which are at the same or an approximately the same potential F, can be connected to one another via the switching devices 5, for example a first electrical line L + lying at a positive potential F1, one of the network sections 31 with a positive potential F1 lying first electrical lines L + of the other network sections 31, and analogously a second electrical line L- lying on a negative potential F2 - one of the Network sections 31 with second electrical lines L- lying at a negative potential F2 of the other network sections 31.
  • a switching device 35 is formed such that - depending on the switching state - there is only one first line L + lying on a first, positive potential F1 of a first network section 31 of a first line L + lying on the first positive potential F1 the other network sections 31 separates or connects to them.
  • the second lines L- of the network sections 31 which are at negative potential F2, however, are permanently connected to one another. In this case, there is possibly only a single-pole separation of the respective network section 31 from the other network sections 31. There is therefore only one (1) switching path. Without restricting generality, it can always be assumed that the positive potential F1 is the switched potential, while the negative potential F2 is not switched. In principle, however, the reverse procedure is also possible.
  • a first switch preferably disconnects or connects a first line L + of a first network section 31 which is at a first potential F1 from or to a first line L + of the other network sections 31 which is at the first potential F1 and disconnects or connects one of them a second line L- of a first network section 31 lying at a second potential F2 of or with a second line L- of the other network sections 31 lying at the second potential F2.
  • the positive potentials F1 are identical to one another and also the negative potentials F2 are identical to one another.
  • the potential difference U between the positive potentials F1 and negative potentials F2, ie the electrical voltage present between the conductors L +, L-, is therefore the same for the network sections 31.
  • the voltage U should be equal to a nominal value.
  • the nominal value can be chosen as required; it can lie, for example, at 24 V, at 380 V, at 760 V or another suitable value.
  • the negative potential F2 is still the same for the network sections 31.
  • the positive potential F1 can have individual values for the network sections 31 or groups of network sections 31, if applicable. In the case of two-pole separation, this also applies to the negative potential F2.
  • the voltage U can, however, have its own value for the respective network section 31 or the respective group of network sections 31.
  • the switching device 35 connects the line L + of the central network section 31a which is at a positive potential with the corresponding line L + of the consumer network section 31i and the line L- of the central network section which is at a negative potential 31a with the corresponding line L- of the consumer network section 31i.
  • FIG. 3 shows the switching device 35 shown in FIG. 2 in an even larger illustration, by means of which the consumer network section 31i can be electrically connected to the central network section 31a with the electrical consumer 34 or separated therefrom.
  • the switching device 35 allows a single-pole separation of the network section 31i from the central network section 31a, the switching device 35 separating the lines L + which are at a positive potential and the network sections 31a, 31i and the lines L which are at a negative potential -
  • the network sections 31a, 31i can always be connected.
  • the switching device 35 has a semiconductor switch 1 with which the positive lines L + can be separated and connected to who.
  • the semiconductor switch 1 has at least one power semiconductor which can be operated in a clocked mode or can be operated in a linear mode as a controllable resistor.
  • the switching device 35 has a resistance current path 2, in which the compensating current is passed through a precharging resistor.
  • the semiconductor switch 1 and the resistance current path 2 can be controlled by a control unit 16, which with a Data storage 17 is connected.
  • a computer program product is stored in the data memory and, when executed by the control unit 16, carries out the steps of the method according to the invention.
  • Fig. 4 shows a first embodiment of the Wegvor direction.
  • the resistance current path 2 comprises two anti-serial IGBTs 7 and 9, hereinafter simply referred to as a transistor for simplification, each with a diode 8, 10 connected in parallel with the transistor 7 and 9, and a precharge resistor connected in series with the transistors 6.
  • the transistors 7, 9 are driven by a first control unit 12, ie switched on or off: this is done by changing the gate-emitter voltage on the respective transistor 7, 9.
  • the current path In a first current direction, the current path thus runs through a first switched transistor 9, which is antiparallel to the second, blocking transistor 7 connected diode 8 and the precharging resistor 6.
  • the current path In a second current direction directed against the first current direction, the current path thus runs through the precharging resistor 6, the second, switched transistor 7 and the diode 10 switched antiparallel to the first, switched transistor 9 .
  • the current path through the semiconductor switch 1 runs through two series-connected, switchable power semiconductors 3, which are designed as anti-serial, normally blocking n-channel MOSFETs.
  • the MOSFETs 3 are controlled by a second control unit 13, ie switched on or off: the MOSFETs 3 are controlled via a control voltage (gate-source voltage) or a control potential (gate potential), with which the current flow can be carried out from drain to source.
  • MOSFETs have an intrinsic inverse diode, so it is possible to dispense with an antiparallel to the MOSFETs 3 diodes, as required by the IGBT in the resistance current path 2.
  • a snubber element 4, 5 is formed parallel to the two MOSFETs 3 by connecting a capacitor 4 in series with a resistor 5, here: a variable resistor, which is also referred to as a varistor.
  • the capacitor 4 and the resistor 5 are dimensioned to match the voltage and the current.
  • the snubber element 4, 5 limits an overvoltage when the MOSFETs 3 are switched off.
  • FIG. 4 also shows a voltage detection device 11 for measuring the electrical voltage dropping across the switching device 35, and a current detection device 14 for measuring the current flowing through the switching device 35
  • the signal processing device 15 can be externally, e.g. received by an operator of the switching device, signals 19 for switching on and off and externally, e.g. Send status signals 20 to an operator of the switching device.
  • the current detection device 14 By means of the current detection device 14, both the resistance current path 2 and the current flowing through the semiconductor switch 1 can be measured.
  • FIG. 5 shows a flowchart of a method according to the invention for limiting a compensation current between the two network sections 31a, 31i, wherein in an initial state 51 an initial voltage U2_t0 prevailing in the second network section is less than a DC voltage U D c prevailing in the first network section is.
  • a first step 52 the two network sections 31a, 31i are electrically connected via the resistance current path 2 having a pre-charging resistor.
  • the compensation current flowing through this electrical connection the level of which is limited by the precharging resistor, flows in one direction, so that the potential difference between the two network sections 31a, 31i is equalized, in other words: the compensation current builds the voltage difference between the two Network sections 31a, 31i continuously.
  • a query step 53 queried whether the voltage U2 in the second network section 31i lies between the initial voltage U2_t0 and the DC voltage U D c and whether the voltage value U2 in the second network section 31i exceeds a certain percentage of the DC voltage U D c: as long as the If the voltage value U2 in the second network section 31i does not exceed a certain percentage of the DC voltage U D c (arrow “N”), the semiconductor switch 1 remains closed.
  • Fig. 6 shows a further embodiment of a voltage detection device 11 for the invention
  • voltage detection device 11 taps the voltage difference in first electrical line L + at measuring points before and after switching device 35 and the potential F2 of second electrical line L-.
  • Fig. 7 shows a plot of the current or voltage course of a power semiconductor with changes in state against the time t.
  • Four measurement curves 21-24 are shown in the diagram.
  • the measurement curve 21 characterizes the gate signal in the power semiconductor 3 in the main branch.
  • the compensating current I A is represented by the measurement curve 22.
  • the measurement curve 23 shows the voltage across the switching device according to the invention.
  • the DC line voltage U D c is shown in curve 24.
  • the illustration in FIG. 7 is also divided into areas A, B, C and D. In area A, starting with to and ending with ti, the power semiconductor 3 is switched off. The entire voltage drops here across the power semiconductor. In area B, between ti and t2, a precharge is shown via the precharge resistor until a threshold value is reached.
  • the area C shows the clocking of the power semiconductor in the main path up to a voltage difference of zero or until the compensating current is less than a predetermined reference value.
  • the dashed lines of the measurement curves are intended to indicate that the measurement curves in area C show very large deflections, caused by the clocked operation; the dashed line indicates a kind of mean value.
  • the switched-on power semiconductor is shown in area D, starting at t3, there now being no voltage difference between the input and output.
  • Fig. 8 shows a diagram for explaining the clocked operation of a semiconductor switch.
  • the semiconductor e.g. B. a transistor, works as a switch that is turned on and off at a high frequency, e.g. B. by means of a pulse width modulated control voltage or by means of a two-point control.
  • Fig. 8 In the upper part of Fig. 8 is shown in a plot of a voltage U over the time t that the semiconductor switch to which the voltage V is present is open for a period 0 to ti of a period T (on time) and is closed in the remaining partial area ti to T ge.
  • the quotient between switch-on time and period (ti / T) is called duty cycle or duty cycle.
  • a plot of a compensation current I A over time t shows that this opening and closing of the semiconductor switch, which changes in the pulse duty factor, results in a triangular course of the compensation current I A caused by the driving voltage V, the compensating current I A oscillating with an amplitude DI A between a minimum value I A , min and a maximum value I A , max .
  • An average compensating current is obtained as the time average of the triangularly fluctuating current
  • a left-hand, linear (ohmic) operating range lin of the semiconductor is separated from a right-hand, saturated (active) operating range sat of the semiconductor by a dashed parabolic line V D sat .
  • This representation of the relationships between the drain current I D and the drain-source voltage V DS as a function of the gate-source voltage V G s is referred to as the output characteristic field of a MOSFET.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorladen eines zweiten Netzabschnitts (31i) mit elektrischer Energie aus einem ersten Netzabschnitt (31a) eines DC-Netzes (100). Dabei ist in einem Anfangszustand (t0) eine in dem zweiten Netzabschnitt (31i) herrschende Anfangsspannung (U2_t0) geringer als eine in dem ersten Netzabschnitt (31a) herrschende DC-Spannung (UDC). Zu einem ersten Zeitpunkt (t) werden die beiden Netzabschnitte (31a, 31i) über einen einen Vorladewiderstand (6) aufweisenden Widerstands-Strompfad (2) verbunden. Zu einem nachfolgenden zweiten Zeitpunkt (t2), sobald die Spannung (U2) in dem zweiten Netzabschnitt (31i) zwischen der 1 Anfangsspannung (U2_t0) und der DC-Spannung (UDC) liegt, werden die zwei Netzabschnitte (31a, 31i) über einen parallel zum Widerstands-Strompfad (2) angeordneten Halbleiterschalter (1) verbunden, welcher in einem getakteten Betrieb betrieben wird oder in einem linearen Bereich als ein regelbarer Widerstand betrieben wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Vorladen eines Netzabschnitts
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorladen eines Netz abschnitts eines DC-Netzes, sowie ein Computerprogrammpro dukt, mit dem das Verfahren durchführbar ist. Gleichermaßen betrifft die Erfindung eine entsprechende Schaltvorrichtung und ein DC-Netz mit einer solchen Schaltvorrichtung.
Eine Energieverteilung innerhalb einer Industrieanlage oder eines Gebäudes mittels Gleichstroms ist nicht nur aufgrund eines einfachen Energieaustausches zwischen Geräten und/oder eines einfachen Anschlusses an z.B. regenerative Energiequel len vorteilhaft. Auch die einfache und hohe Modularität eines DC-Netzes hat sich gerade in der heutigen, sich ständig ver ändernden Industrie als vorteilhaft erwiesen (DC = Direct Current) .
Typischerweise weisen DC-Netze mehrere Netzabschnitte auf, welche beispielsweise als Energiequellen, Energiespeicher o- der Lasten, d. h. als elektrische Verbraucher, ausgebildet sein können. Die Netzabschnitte sind dabei über Schaltvor richtungen miteinander elektrisch trennbar verbunden. Zur Trennung der Netzabschnitte weist die Schaltvorrichtung übli cherweise elektronische und/oder mechanische Schalter auf. Üblicherweise weist ein DC-Netz auch eine Verbindung zu einem Drehstromnetz auf, welches eine externe Energiequelle des DC- Netzes bildet. Der Drehstrom wird hierbei mit Hilfe eines Gleichrichters gleichgerichtet und über eine Einspeiseeinheit dem DC-Netz zugeführt.
Die größten Verbraucher in einem industriellen DC-Netz sind üblicherweise AC-gespeiste Elektroantriebe (AC = Alternating Current) . Diese Elektroantriebe bilden aufgrund der Speicher kondensatoren, welche zur Stabilisierung und Pufferung der Gleichspannung in den den AC-Elektroantrieben obligatorisch vorgeschalteten Wechselrichtern angeordnet sind, hauptsächlich kapazitive Lasten. Beim Zuschalten dieser kapa zitiven Lasten an das DC-Netz fließt durch die Schaltvorrich tung ein Ausgleichsstrom zwischen einem als ein zentrales Versorgungsnetz fungierenden ersten Netzabschnitt des DC- Netzes und den in einem zweiten Netzabschnitt des DC-Netzes angeordneten kapazitiven Lasten, welcher sehr große Amplitu den annehmen kann - daher auch Einschalt-Stromstoß (engl.: switch-on surge) genannt - und damit zur thermischen Zerstö rung von elektronischen Komponenten und zu untragbaren Rück wirkungen auf das speisende Netz führen kann. Elektrotech nisch lässt sich dieser Ausgleichsstrom durch unterschiedli che Maßnahmen beherrschen - allen liegt jedoch das Prinzip zugrunde, den Maximalwert des Ausgleichsstromes zu begrenzen.
Die einfachste Möglichkeit zur Begrenzung des Ausgleichs stroms, im Folgenden auch als Vorladestrom bezeichnet, wäh rend einer Vorladung besteht darin, den Ausgleichsstrom zwi schen den beiden Netzabschnitten durch einen Vorladewider stand zu leiten. Der Vorladewiderstand wird nur beim Anschal ten der kapazitiven Last an das Versorgungsnetz benötigt; er dient dazu, den Vorladestrom, mit dem die kapazitive Last aus dem Versorgungsnetz aufgeladen wird, zu begrenzen. Sobald die kapazitive Last geladen ist, kann die Strombegrenzung beendet werden; zu diesem Zweck kann der Vorladewiderstand beispiels weise mittels eines Überbrückungskontakts überbrückt werden. Das Einschalten eines Vorladewiderstandes ist jedoch mit dem Nachteil verbunden, dass immer eine Spannungsdifferenz zwi schen den beiden Netzabschnitten erhalten bleibt, falls die Last bereits in der Vorladephase Leistung zieht, beispiels weise durch die Leckströme der Kondensatoren, durch den Strom durch Symmetrierwiderstände, aber auch durch Hilfsstromver sorgungen, welche sofort nach Erreichen eines ggf. relativ geringen Spannungswertes anlaufen.
Eine zweite Möglichkeit zur Begrenzung des Ausgleichsstroms während einer Vorladung ist die Verwendung eines Tiefsetz stellers im Laststrompfad . Dabei wird eine Tiefsetzsteller drossel benötigt. Anstatt die Tiefsetzstellerdrossel als ein separates Bauelement vorzusehen, was wegen der zusätzlichen Kosten, des Platzbedarfs und der Energieverluste unerwünscht ist, kann alternativ die Induktivität der Stromleitungen ver wendet werden. Allerdings erfordert dies eine hohe Taktfre quenz, was zu größeren Schaltverlusten am Transistor führt, oder/und es resultiert in einem großen Stromripple; dabei kann der Maximalstrom des Stromripple deutlich größer werden als der Nennstrom des Tiefsetzstellers . Das bedeutet, dass der Tiefsetzsteller für den Maximalstrom des Stromripples ausgelegt werden muss, wodurch er durchaus eine um ein Viel faches höhere Stromtragfähigkeit aufweisen muss, als für den Tiefsetzsteller eigentlich benötigt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbes sertes Verfahren zum Vorladen anzugeben.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Es handelt sich um ein Verfahren zum Vorladen eines zweiten Netzabschnitts mit elektrischer Energie aus einem ersten Netzabschnitt eines DC-Netzes. Dabei ist in einem Anfangszu stand eine in dem zweiten Netzabschnitt herrschende Anfangs spannung geringer als eine in dem ersten Netzabschnitt herr schende DC-Spannung. Zu einem ersten Zeitpunkt werden die beiden Netzabschnitte über einen einen Vorladewiderstand auf weisenden Widerstands-Strompfad miteinander elektrisch lei tend verbunden. Zu einem nachfolgenden zweiten Zeitpunkt, so bald die Spannung in dem zweiten Netzabschnitt zwischen der Anfangsspannung und der DC-Spannung liegt, werden die zwei Netzabschnitte über einen parallel zum Widerstands-Strompfad angeordneten Halbleiterschalter miteinander elektrisch lei tend verbunden. Dabei wird der Halbleiterschalter in einem getakteten Betrieb betrieben oder in einem linearen Bereich als ein regelbarer Widerstand betrieben. Der Betrieb im line aren Bereich erfordert weniger Aufwand in Bezug auf eine Schutzbeschaltung. Allerdings wird beim Betrieb im linearen Bereich die Verlustleistung im Leistungshalbleiter, der ja als ein variabler Widerstand arbeitet, umgesetzt. Außerdem ist der Schaltungsaufwand für einen Betrieb des Halbleiterschalters in einem linearen Bereich größer als für einen Betrieb des Halbleiterschalters im getakteten Betrieb.
Wenn die zwei Netzabschnitte über den parallel zum Wider stands-Strompfad angeordneten Halbleiterschalter elektrisch verbunden werden, können die beiden Netzabschnitte außerdem über den Widerstands-Strompfad elektrisch leitend verbunden bleiben .
Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine Schaltvorrichtung gemäß Anspruch 5. Es handelt sich dabei um eine Schaltvor richtung zum Vorladen eines zweiten Netzabschnitts mit elektrischer Energie aus einem ersten Netzabschnitt eines DC- Netzes. Die Schaltvorrichtung umfasst einen Vorladewiderstand aufweisenden Widerstands-Strompfad. Die Schaltvorrichtung um fasst einen parallel zum Widerstands-Strompfad angeordneten Halbleiterschalter, welcher dazu ausgelegt ist, die zwei Netzabschnitte elektrisch zu verbinden und welcher zumindest einen Leistungshalbleiter umfasst. Dabei ist der Leistungs halbleiter in einem getakteten Betrieb oder in einem Betrieb im linearen Bereich als ein regelbarer Widerstand betreibbar. Die Schaltvorrichtung umfasst außerdem eine Steuereinheit zum Steuern des Leistungshalbleiters.
Der parallel zum Widerstands-Strompfad angeordnete Halb leiterschalter umfasst zumindest einen Leistungshalbleiter, welcher in einem getakteten Betrieb oder in einem Betrieb im linearen Bereich als ein regelbarer Widerstand betreibbar ist. Dabei kommen alle abschaltbaren Leistungshalbleiter in Frage, wie z. B. IGBT (= Insulated Gate Bipolar Transistors), MOSFET (= Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) , GTO (= Gate Turn Off Thyristors), etc.
Der Kern der Erfindung liegt darin, dass über die zeitliche Dauer der Spannungsangleichung zwischen den beiden Netzab schnitten zwischen unterschiedlichen Strombegrenzungsverfah ren gewechselt wird, wobei in Abhängigkeit von der aktuell vorliegenden Spannungsdifferenz das am besten geeignete Strombegrenzungsverfahren gewählt wird. Auf diese Weise wer den die Nachteile, die den jeweiligen Vorlademöglichkeiten anhaften, weitgehend umgangen.
In einem ersten Zeitabschnitt der erfindungsgemäßen Verfah rens erfolgt die Vorladung über den Vorladewiderstand: auf grund der Tatsache, dass zu Beginn dieses ersten Zeitab schnitts die den Ausgleichsstrom treibende Spannung noch re lativ hoch ist, ist auch der zwischen den beiden Netzab schnitten fließende Ausgleichsstrom relativ hoch; somit kann zunächst eine effektive Vorladung erfolgen. Durch den fort während über den Vorladewiderstand fließenden Ausgleichsstrom strebt das Spannungsniveau in dem zweiten Netzabschnitt fort während zu dem Spannungsniveau in dem ersten Netzabschnitt und die den Ausgleichsstrom treibende Spannung verringert sich im Laufe der Zeit deutlich; es wird eine Phase erreicht, in der der Vorladewiderstand relativ groß im Verhältnis zu der verringerten treibenden Spannung ist, so dass der Aus gleichsstrom wesentlich kleiner als zu Beginn des ersten Zeitabschnitts ist. Wollte man in dieser Konstellation die vollständige Vorladung des zweiten Netzabschnitts abwarten, so könnte dies inakzeptabel lange dauern oder sogar nie er folgen, weil ja, wie bereits in der Einleitung erwähnt, immer eine Spannungsdifferenz zwischen den beiden Netzabschnitten erhalten bleibt, falls die Last bereits in der Vorladephase Leistung zieht, beispielsweise durch die Leckströme der Kon densatoren, durch den Strom durch Symmetrierwiderstände, aber auch durch Hilfsstromversorgungen, welche sofort nach Errei chen eines ggf. relativ geringen Spannungswertes anlaufen.
An diesem Punkt wird ein dem ersten Zeitabschnitt nachfolgen der zweiter Zeitabschnitt des erfindungsgemäßen Verfahrens begonnen, in dem die Vorladung über einen parallel zum Wider stands-Strompfad angeordneten Halbleiterschalter erfolgt, welcher getaktet oder in einem linearen Bereich betrieben wird . Der Halbleiterschalter im getakteten Betrieb wirkt als ein schaltender Gleichspannungswandler, bei dem die Ausgangsspan nung kleiner als der Betrag der Eingangsspannung ist. Der Halbleiterschalter wird von einer Steuerung regelmäßig ein- und ausgeschaltet; üblicherweise werden einige hundert bis mehrere Millionen Schaltzyklen je Sekunde durchgeführt.
Dadurch wird elektrische Energie vom ersten Netzabschnitt zum zweiten Netzabschnitt transferiert. Aufgrund der im Vergleich zu der zu Beginn des ersten Zeitabschnitts anliegenden Span nung wesentlich verringerten treibenden Spannung zwischen den beiden verbundenen Netzabschnitten zu Beginn des zweiten Zeitabschnitts ist der Stromanstieg geringer als er unter der zu Beginn des ersten Zeitabschnitts anliegenden Spannung wäre; dadurch bleiben Taktfrequenz und/oder Stromripple rela tiv klein. Folglich bleibt der Maximalstrom des Stromripple auf einem Niveau, welcher im sicheren Arbeitsbereich des Halbleiterschalters liegt.
Der im linearen Bereich, auch als aktiver Bereich bezeichnet, betriebene Halbleiterschalter wirkt als ein regelbarer Wider stand, der den Ausgleichsstrom begrenzt. Aufgrund der im Ver gleich zu der zu Beginn des ersten Zeitabschnitts anliegenden Spannung wesentlich verringerten treibenden Spannung zwischen den beiden verbundenen Netzabschnitten zu Beginn des zweiten Zeitabschnitts sind der Ausgleichsstrom und die entsprechende thermische Verlustleistung deutlich kleiner als sie unter der zu Beginn des ersten Zeitabschnitts anliegenden Spannung wä ren. Folglich wird der Halbleiterschalter nicht thermisch überlastet; eine in dieser Hinsicht Sicherheit gewährende Überdimensionierung des Halbleiterschalters kann somit unter bleiben .
Die vorliegende Erfindung erlaubt es also, ohne zusätzliche Bauelemente eine vollständige Vorladung zu erreichen. In der Vorladungsphase über den Vorladewiderstand nutzt man die zu nächst vorliegende hohe Spannungsdifferenz zwischen den bei den verbundenen Netzabschnitten aus. In der Vorladungsphase über den Halbleiterschalter dagegen ist eine hohe Spannungsdifferenz, die in der Vorladungsphase über den Vor ladewiderstand herrscht, unerwünscht: stattdessen wird die nun herrschende niedrigere Spannungsdifferenz zwischen den beiden verbundenen Netzabschnitten genutzt. Nach dem Durch laufen der beiden oben beschriebenen Zeitabschnitte des er findungsgemäßen Verfahrens existiert zwischen den beiden ver bundenen Netzabschnitten keine oder keine signifikante Span nungsdifferenz mehr. In diesem Fall kann das Vorladen als ab geschlossen betrachtet werden, um in den Normalbetrieb über zugehen. Im Normalbetrieb sind die beiden Netzabschnitte vor zugsweise über den Halbleiterschalter miteinander verbunden.
Dabei ist der Übergang zwischen dem Betrieb des Halbleiter schalters im getakteten Betrieb oder im linearen Bereich und dem anschließenden Normalbetrieb, in dem die beiden Netzab schnitte praktisch auf demselben Spannungsniveau liegen, fließend: es ist möglich, die Taktung im getakteten Betrieb über einen Stromspitzenwert des Ausgleichsstroms zu regeln, der irgendwann nicht mehr erreicht wird und somit der Halb leiterschalter einfach eingeschaltet bleibt; es ist alterna tiv möglich, den aktiven Bereich über einen zu fließenden Strom zu regeln, so dass der eingestellte Widerstandswert im mer kleiner wird, bis er schließlich den Minimalwert er reicht, der Schalter also eingeschaltet bleibt.
Die vorliegende Erfindung implementiert ein Schutzkonzept für den Anlagenbetrieb, um einen schädigenden Ausgleichsstrom zu vermeiden, wobei das Schutzkonzept an die Anlagenkonfigura tion variabel angepasst werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die zwei Netzabschnitte über den Halbleiterschalter verbun den, sobald die Spannung in dem zweiten Netzabschnitt zwi schen 60 und 90 Prozent der DC-Spannung beträgt. Dieser Span nungsbereich ist der optimale Bereich zum Öffnen des Halb leiterschalters, da man dort den besten Kompromiss zwischen einer zunehmenden Verzögerung bei einer weiteren Vorladung über den Vorladewiderstand und einer größeren Verlustleistung bzw. Schädigungsgefahr durch hohe Ströme bei einer früher einsetzenden Vorladung über den Halbleiterschalter erzielt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die zwei Netzabschnitte über den Halbleiterschalter verbun den, sobald ein über den Widerstands-Strompfad fließender Ausgleichsstrom kleiner als ein vorgegebener Schwellwert ist. Dabei kann der Schwellwert so gewählt werden, dass man für die vorgegebene Netzabschnitt-Konstellation den besten Kom promiss zwischen einer zunehmenden Verzögerung bei einer wei teren Vorladung über den Vorladewiderstand und einer größeren Verlustleistung bzw. Schädigungsgefahr durch hohe Ströme bei einer früher einsetzenden Vorladung über den Halbleiterschal ter erzielt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Widerstands-Strompfad in Reihe zum Vorladewiderstand einen Schalter auf, wobei die Steuereinheit zum Steuern des Schal ters ausgebildet ist. Mit dem Schalter kann der Widerstands- Strompfad durch den Vorladewiderstand geöffnet und geschlos sen werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst der im Widerstands-Strompfad angeordnete Schalter zumindest einen Leistungshalbleiter. Dieser Schalter kann als ein schaltbarer Halbleiter, z. B. ein Transistor, ein IGBT, ein MOSFET, o. ä., ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass der Schalter in Form von zwei antiseriell verschalteten schaltbarer Halbleitern, ggf. jeweils mit einer antiparallel zum schaltbaren Halbleiter geschalteten Diode, ausgebildet ist. Wenn ein mechanischer Schalter den Vorladewiderstand zu- und abschalten soll, muss der mechanische Schalter ein DC- Schaltvermögen aufweisen; das ist bei mechanischen Schaltern aber oft schwierig zu realisieren. Ein schaltbarer Leistungs halbleiter weist ein DC-Schaltvermögen auf, und außerdem kann ein Leistungshalbleiter signifikant schneller schalten als ein mechanischer Schalter. Die skizzierte Aufgabenstellung wird auch durch ein erfin dungsgemäßes Computerprogrammprodukt gelöst. Das Computerpro grammprodukt ist in zumindest einer Steuereinheit ausführbar ausgebildet. Das Computerprogrammprodukt kann als Software, z. B. als eine aus dem Internet herunterladbare App, oder als Firmware in einem Speicher speicherbar und durch einen Pro zessor oder ein Rechenwerk ausführbar ausgebildet sein. Al ternativ oder ergänzend kann das Computerprogrammprodukt auch zumindest teilweise als festverdrahtete Schaltung ausgebildet sein, beispielsweise als ein ASIC (ASIC = Application Spe cific Integrated Circuit) . Das erfindungsgemäße Computerpro grammprodukt ist dazu ausgebildet, das oben beschriebene Ver fahren nach einem der oben erwähnten Ansprüche durchzuführen. Das Computerprogrammprodukt ist also dazu ausgebildet, das Verfahren zum Vorladen eines Netzabschnitts durchzuführen. Insbesondere ist es dazu ausgebildet, den Schritt durchzufüh ren, zu einem ersten Zeitpunkt die beiden Netzabschnitte über einen Vorladewiderstand aufweisenden Widerstands-Strompfad zu verbinden. Außerdem ist es dazu ausgebildet, den Schritt aus zuführen, zu einem nachfolgenden zweiten Zeitpunkt, sobald die Spannung in dem zweiten Netzabschnitt zwischen der An fangsspannung und der DC-Spannung liegt, die zwei Netzab schnitte über einen parallel zum Widerstands-Strompfad ange ordneten Halbleiterschalter zu verbinden, welcher in einem getakteten Betrieb oder in einem Betrieb im linearen Bereich als ein regelbarer Widerstand betrieben wird. Erfindungsgemäß ist das Computerprogrammprodukt dazu ausgebildet, mindestens eine Ausführungsform des skizzierten Verfahrens zum Vorladen eines Netzabschnitts umzusetzen und durchzuführen. Dabei kann das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt dazu ausgebildet sein, das Verfahren zum Vorladen eines Netzabschnitts durch zuführen, welches in einer Steuereinheit der Schaltvorrich tung ausführbar ausgebildet ist. Dabei kann das Computerpro grammprodukt sämtliche Teilfunktionen des Verfahrens in sich vereinigen, also monolithisch ausgebildet sein. Alternativ kann das Computerprogrammprodukt auch segmentiert ausgebildet sein und jeweils Teilfunktionen auf Segmente verteilen, die auf separater Hardware ausgeführt werden. So kann das Computerprogrammprodukt teilweise in einer Steuereinheit des ersten Netzabschnitts und teilweise in einer Steuereinheit des zweiten Netzabschnitts ausführbar ausgebildet sein. Au ßerdem kann ein Teil des Verfahrens in einer Steuereinheit durchgeführt werden und ein anderer Teil des Verfahrens in einer der Steuereinheit übergeordneten Instanz, wie bei spielsweise einer SPS, einem Handparametriergerät oder einer Computer-Cloud .
Die skizzierte Aufgabenstellung wird auch durch ein erfin dungsgemäßes DC-Netz mit einem ersten Netzabschnitt und einem zweiten Netzabschnitt gelöst, wobei in einem Anfangszustand eine in dem zweiten Netzabschnitt herrschende Anfangsspannung geringer als eine in dem ersten Netzabschnitt herrschende DC- Spannung ist. Dabei weist das DC-Netz eine zwischen dem ers ten Netzabschnitt und dem zweiten Netzabschnitt angeordnete erfindungsgemäße Schaltvorrichtung, wie sie oben beschrieben ist, auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen DC-Netzes umfassen die beiden Netzabschnitte jeweils eine erste Leitung und eine zweite Leitung, zwischen denen die Spannung des jeweiligen Netzabschnitts anliegt, wobei die beiden Netzabschnitte über die zweiten Leitungen permanent miteinander verbunden sind und über die ersten Leitungen mit tels einer Schaltvorrichtung miteinander verbindbar und von einander trennbar sind.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam menhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbei spiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung:
Fig. 1 ein DC-Netz mit mehreren Netzabschnitten, Fig. 2 ein zentraler Netzabschnitt und ein Netzabschnitt mit einem Verbraucher sowie eine zwischen die Netz abschnitte geschaltete Schaltvorrichtung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Schaltvorrich tung;
Fig. 4 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schaltvorrich tung;
Fig. 5 ein Ablaufdiagramm des beanspruchten Verfahrens;
Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schaltvor richtung;
Fig. 7 ein Diagramm von an der Schaltvorrichtung gemesse nen Strom- und Spannungswerten über den zeitlichen Ablauf des beanspruchten Verfahrens;
Fig. 8 ein Diagramm zur Erläuterung des getakteten Be
triebs eines Halbleiterschalters; und
Fig. 9 ein Diagramm zur Erläuterung zum Betrieb im linea ren Bereich eines Leitungshalbleiters.
Die vorliegende Erfindung betrifft - allgemein gesprochen - einen elektrotechnischen Sachverhalt. Begriffe wie „verbun den" und „getrennt" oder „isoliert" und dergleichen sind da her stets im elektrischen Sinne gemeint, nicht im mechani schen Sinne.
Fig. 1 zeigt ein Gleichspannungsnetz 100 mit einer Vielzahl von Netzabschnitten 31. Die Netzabschnitte 31 sind in der Darstellung von Fig. 1 zusätzlich mit einem einzelnen kleinen Buchstaben ergänzt. Wenn nachfolgend auf einen ganz bestimm ten der in Fig. 1 dargestellten Netzabschnitte 31 Bezug ge nommen wird, wird das durch den entsprechenden kleinen Buch staben ergänzte Bezugszeichen verwendet, also beispielsweise das Bezugszeichen 31c oder das Bezugszeichen 31f. Wenn hinge gen lediglich allgemein auf die Netzabschnitte 31 Bezug ge nommen wird, wird nur das Bezugszeichen 31 ohne Ergänzung durch einen kleinen Buchstaben verwendet.
In der Regel weist das Gleichspannungsnetz einen zentralen Netzabschnitt, kurz als Zentralabschnitt bezeichnet, auf. In der Darstellung von Fig. 1 ist dies der Netzabschnitt 31a.
Der Zentralabschnitt 31a stellt die „Nabe" für die anderen Netzabschnitte 31 dar. Der Zentralabschnitt 31a ist also für die anderen Netzabschnitte 31 gemeinsam.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, können die Netzabschnitte 31 ähnlich einer Baumstruktur Verzweigungen bilden. Beispiels weise ist der Netzabschnitt 31d in sich in weitere Netzab schnitte 31e bis 31h unterteilt. Auch können mehrere Netzab schnitte 31 hintereinandergeschaltet sein. In der Darstellung von Fig. 1 sind dies die Netzabschnitte 31k und 311. Der „Netzabschnitt" 31m stellt die Anbindung des Zentralab schnitts 31a an ein Wechselstromnetz - hier ein Drehstromnetz - dar .
Die Art der Netzabschnitte 31 als solche kann nach Bedarf be stimmt sein, z.B. als eine Lastzone, eine Roboterzelle oder ein Verbraucherabzweig. Sie weisen jedoch in der Regel je weils einen elektrischen Energiespeicher 32 auf. Der Energie speicher 32 kann beispielsweise eine Batterie oder ein Kon densator sein. Die Netzabschnitte 31 weisen meistens weiter hin mindestens eine Energiequelle 33 und/oder mindestens ei nen Verbraucher 34 auf. Ein Beispiel einer Energiequelle 33 ist eine Photovoltaikanlage oder eine (geladene) Batterie. Beispiele von Verbrauchern 34 sind ein elektrischer Motor, eine Heizeinrichtung und eine (ungeladene) Batterie. Es kön nen aber auch andere Energiequellen 33 und andere Verbraucher 34 vorhanden sein. Auch Kombinationen sind möglich. Aus Grün den der Übersichtlichkeit sind in Fig. 1 nur für einen der Netzabschnitte 31 der Energiespeicher 32, die Energiequelle 33 und der Verbraucher 34 eingezeichnet. Die entsprechenden Einheiten 32, 33 und 34 können aber auch bei den anderen Netzabschnitten 31 vorhanden sein.
Das Gleichspannungsnetz weist für die Netzabschnitte 31 je weils eine Schaltvorrichtung 35 auf. Über die jeweilige
Schaltvorrichtung 35 kann - je nach Ansteuerung der Schalt vorrichtung 35 - der jeweilige Netzabschnitt 31 mit mindes tens einem anderen Netzabschnitt 31 verbunden oder von dem mindestens einen anderen Netzabschnitt 31 getrennt werden. Im Ergebnis ergibt sich dadurch, dass die Netzabschnitte 31b bis 311 direkt oder indirekt über andere Netzabschnitte 31 mit dem Zentralabschnitt la verbunden werden können bzw. von ihm getrennt werden können. Beispielsweise bewirkt ein Schaltvor gang, d.h. ein Wechsel zwischen zwei unterschiedlichen
Schaltzuständen, der Schaltvorrichtung 35 des Netzabschnitts 31f das Verbinden bzw. das Trennen des Netzabschnitts 31f mit dem bzw. von dem Netzabschnitt 31d. Je nach dem Schaltzustand der Schaltvorrichtung 35 für den Netzabschnitt 31d wird damit der Netzabschnitt 31f über den Netzabschnitt 31d mit dem Zentralabschnitt 31a verbunden bzw. von ihm getrennt oder ohne weitergehende Verbindung zum Zentralabschnitt 31a nur mit dem Netzabschnitt 31d verbunden bzw. von ihm getrennt.
Aufgrund der Ausgestaltung als Gleichspannungsnetz weisen die Netzabschnitte 31 in einer ersten elektrischen Leitung L+ ein erstes, positives Potenzial F1 und in einer zweiten elektri schen Leitung L- ein zweites, negatives Potenzial F2 auf. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in Fig. 1 die Bezugszei chen L+, L- der Leitungen nur für die Netzabschnitte la und lf eingezeichnet. Zwei Leitungen der Netzabschnitte 31, die auf einem gleichen oder einem annähernd gleichen Potenzial F liegen, können über die Schaltvorrichtungen 5 miteinander verbunden werden, also beispielsweise eine auf einem positi ven Potential F1 liegende erste elektrische Leitung L+ eines der Netzabschnitte 31 mit auf einem positiven Potential F1 liegenden ersten elektrischen Leitungen L+ der anderen Netz abschnitte 31, und analog eine auf einem negativen Potential F2 liegende zweite elektrische Leitung L- eines der Netzabschnitte 31 mit auf einem negativen Potential F2 lie genden zweiten elektrischen Leitungen L- der anderen Netzab schnitte 31. Eine Verbindung „über Kreuz", also beispiels weise der ersten Leitung L+ des Zentralabschnitts 31a mit der zweiten Leitung L- eines der anderen Netzabschnitte 31, ist hingegen nicht zulässig.
Im einfachsten Fall ist eine Schaltvorrichtung 35 derart aus gebildet, dass es - je nach Schaltzustand - nur eine auf ei nem ersten, positiven Potential F1 liegende erste Leitung L+ eines ersten Netzabschnitts 31 von einer auf dem ersten, po sitiven Potential F1 liegenden ersten Leitung L+ der anderen Netzabschnitte 31 trennt bzw. mit ihnen verbindet. Die auf negativem Potenzial F2 liegenden zweiten Leitungen L- der Netzabschnitte 31 hingegen sind permanent miteinander verbun den. In diesem Fall erfolgt also gegebenenfalls nur eine ein polige Trennung des jeweiligen Netzabschnitts 31 von den an deren Netzabschnitten 31. Es ist somit nur ein (1) Schaltpfad vorhanden. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann hierbei stets angenommen werden, dass das positive Potenzial F1 das geschaltete Potenzial ist, während das negative Potenzial F2 nicht geschaltet wird. Prinzipiell ist jedoch auch die umge kehrte Vorgehensweise möglich.
Es ist allerdings auch möglich, dass eine zweipolige Trennung des jeweiligen Netzabschnitts 31 von den anderen Netzab schnitten 31 mithilfe von zwei Schaltern, d.h. je Leitung ein Schalter, erfolgt. Vorzugsweise trennt bzw. verbindet ein erster Schalter eine auf einem ersten Potential F1 liegende erste Leitung L+ eines ersten Netzabschnitts 31 von bzw. mit einer auf dem ersten Potential F1 liegenden ersten Leitung L+ der anderen Netzabschnitte 31 und trennt bzw. verbindet ein zweiter Schalter eine auf einem zweiten Potential F2 liegende zweite Leitung L- eines ersten Netzabschnitts 31 von bzw. mit einer auf dem zweiten Potential F2 liegenden zweiten Leitung L- der anderen Netzabschnitte 31. Solange die Netzabschnitte 31 miteinander verbunden sind, sind die positiven Potentiale F1 untereinander gleich und auch die negativen Potentiale F2 untereinander gleich. Auch der Potentialunterschied U zwischen den positiven Potentialen F1 und negativen Potentialen F2, d.h. die zwischen den Lei tern L+, L- anliegende elektrische Spannung, ist damit für die Netzabschnitte 31 derselbe. Die Spannung U sollte nach Möglichkeit gleich einem Nennwert sein. Der Nennwert kann nach Bedarf gewählt sein; er kann beispielsweise bei 24 V, bei 380 V, bei 760 V oder einem anderen geeigneten Wert lie gen. Wenn die Netzabschnitte 31 voneinander getrennt sind, ist im Falle der einpoligen Trennung das negative Potential F2 immer noch für die Netzabschnitte 31 dasselbe. Das posi tive Potential F1 kann in diesem Fall hingegen für die Netz abschnitte 31 bzw. gegebenenfalls Gruppen von Netzabschnitten 31 individuelle Werte aufweisen. Im Falle der zweipoligen Trennung gilt dies zusätzlich auch für das negative Potential F2. In beiden Fällen - also sowohl bei der einpoligen Tren nung als auch bei der zweipoligen Trennung - kann die Span nung U jedoch individuell für den jeweiligen Netzabschnitt 31 bzw. die jeweilige Gruppe von Netzabschnitten 31 jeweils ei nen eigenen Wert aufweisen.
Falls die Spannung Ul eines ersten Netzabschnitts 31 von der Spannung U2 eines anderen Netzabschnitts 31 abweicht, d.h. falls gilt: Ul + U2, dürfen die entsprechenden Netzabschnitte 31 nicht ohne weiteres elektrisch verbunden werden, da der durch die Spannungsdifferenz AU zwischen den auf unterschied lichen Potentialen F liegenden Leitungen L ausgelöste Strom eine so hohe Stärke annehmen kann, dass elektrische Komponen ten, insbesondere Leistungshalbleiter, Schaden nehmen könn ten. Ein solcher Strom fließt zwar nur bei Anschluss kapazi tiver Lasten; das ist aber der Standard bei Industrienetzen, da dort Umrichterzwischenkreise miteinander gekoppelt werden. Zum Ausgleich derartiger Spannungsunterschiede AU = Ul - U2 zwischen den zu verbindenden Leitern L vor dem Verbinden wei sen die Schaltvorrichtungen 5 jeweils eine Vorladevorrichtung 100 auf. Fig. 2 zeigt in einer vergrößerter Darstellung die in Fig. 1 dargestellte Verbindung zwischen dem zentralen Netzabschnitt 31a mit dem Netzabschnitt 31i, in dem ein elektrischer Ver braucher 34 angeschlossen ist, kurz als Verbraucher-Netzab schnitt 31i bezeichnet, mittels einer zwischen die beiden Netzabschnitte 31a, 31i geschalteten Schaltvorrichtung 35. Dabei verbindet die Schaltvorrichtung 35 die auf einem posi tiven Potential liegende Leitung L+ des zentralen Netzab schnitts 31a mit der entsprechenden Leitung L+ des Verbrau cher-Netzabschnitts 31i und die auf einem negativen Potential liegende Leitung L- des zentralen Netzabschnitts 31a mit der entsprechenden Leitung L- des Verbraucher-Netzabschnitts 31i.
Fig. 3 zeigt in noch weiter vergrößerter Darstellung die in Fig. 2 dargestellte Schaltvorrichtung 35, durch die der Ver- braucher-Netzabschnitt 31i mit dem elektrischen Verbraucher 34 mit dem zentralen Netzabschnitt 31a elektrisch verbunden bzw. von ihm getrennt werden kann. Zu diesem Zweck erlaubt die Schaltvorrichtung 35 eine einpolige Trennung des Netzab schnitts 31i von dem zentralen Netzabschnitt 31a, wobei die Schaltvorrichtung 35 eine Trennung der auf einem positiven Potential liegenden Leitungen L+ der Netzabschnitte 31a, 31i vornimmt und die auf einem negativen Potential liegenden Lei tungen L- der Netzabschnitte 31a, 31i stets verbunden lässt.
Die Schaltvorrichtung 35 weist einen Halbleiterschalter 1 auf, mit dem die Plusleitungen L+ getrennt und verbunden wer den können. Zu diesem Zweck weist der Halbleiterschalter 1 mindestens einen Leistungshalbleiter auf, der in einem getak teten Betrieb betrieben oder in einem Betrieb im linearen Be reich als ein regelbarer Widerstand betrieben werden kann. In Parallelschaltung zum Halbleiterschalter 1 weist die Schalt vorrichtung 35 einen Widerstands-Strompfad 2 auf, in dem der Ausgleichsstrom durch einen Vorladewiderstand geleitet wird.
Der Halbleiterschalter 1 und der Widerstands-Strompfad 2 sind durch eine Steuereinheit 16 steuerbar, welche mit einem Datenspeicher 17 verbunden ist. In dem Datenspeicher ist ein Computerprogrammprodukt gespeichert, das bei einer Ausführung durch die Steuereinheit 16 die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt.
Fig. 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Schaltvor richtung. Der Widerstands-Strompfad 2 umfasst zwei antiseri ell geschaltete IGBTs 7 und 9, im Folgenden zur Vereinfachung einfach als Transistor bezeichnet, jeweils mit einer antipa rallel zum Transistor 7 und 9 geschalteten Diode 8, 10, und einen in Reihe zu den Transistoren geschalteten Vorladewider stand 6. Die Transistoren 7, 9 werden von einer ersten Steu ereinheit 12 angesteuert, d.h. leitend oder sperrend geschal tet: dies erfolgt durch ein Verändern der Gate-Emitter-Span- nung am jeweiligen Transistor 7, 9. In einer ersten Strom richtung verläuft der Strompfad somit durch einen ersten, leitend geschalteten Transistor 9, die antiparallel zum zwei ten, sperrend geschalteten Transistor 7 geschaltete Diode 8 und den Vorladewiderstand 6. In einer entgegen der ersten Stromrichtung gerichteten zweiten Stromrichtung verläuft der Strompfad somit durch den Vorladewiderstand 6, den zweiten, leitend geschalteten Transistor 7 und die antiparallel zum ersten, sperrend geschalteten Transistor 9 geschaltete Diode 10.
Der Strompfad durch den Halbleiterschalter 1 verläuft durch zwei in Reihe geschaltete, schaltbare Leistungshalbleiter 3, welche als antiseriell geschaltete, normal sperrende n-Kanal- MOSFETs ausgebildet sind. Die MOSFETs 3 werden von einer zweiten Steuereinheit 13 angesteuert, d.h. leitend oder sper rend geschaltet: die Ansteuerung der MOSFETs 3 erfolgt über eine Steuerspannung (Gate-Source-Spannung) bzw. ein Steuerpo tential (Gate-Potential) , mit ihr kann der Stromfluss von Drain nach Source beeinflusst werden. MOSFETs haben eine intrinsische Inversdiode, deshalb kann auf eine antiparallel zu den MOSFETs 3 geschaltete Dioden, wie beim IGBT im Wider stands-Strompfad 2 benötigt, verzichtet werden. Parallel zu den beiden MOSFETs 3 ist ein Snubber-Glied 4, 5, gebildet durch eine Reihenschaltung eines Kondensators 4 mit einem Wi derstand 5, hier: einem variablen Widerstand, der auch als Varistor bezeichnet wird, geschaltet. Der Kondensator 4 und der Widerstand 5 sind dabei passend zur Spannung und zum Strom dimensioniert. Das Snubber-Glied 4, 5 begrenzt eine Überspannung beim Ausschalten der MOSFETs 3.
Fig. 4 zeigt außerdem eine Spannungserfassungseinrichtung 11 zur Messung der über der Schaltvorrichtung 35 abfallenden elektrischen Spannung, eine Stromerfassungseinrichtung 14 zur Messung des durch die Schaltvorrichtung 35 fließenden
elektrischen Stroms, sowie eine Signalverarbeitungseinrich tung 15, welche Messsignale der Spannungs- und Stromerfas sungseinrichtungen 11, 14 empfängt, auswertet und Signale an die beiden Steuereinheiten 12, 13 ausgibt. Dabei kann die Signalverarbeitungseinrichtung 15 von außen, z.B. von einem Betreiber der Schaltvorrichtung, Signale 19 zum Ein- und Aus schalten empfangen sowie nach außen, z.B. an einen Betreiber der Schaltvorrichtung, Statussignale 20 senden. Durch die Stromerfassungseinrichtung 14 kann sowohl der durch den Wi derstands-Strompfad 2 als auch der durch den Halbleiterschal ter 1 fließende Strom gemessen werden.
Fig. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Ver fahrens zum Begrenzen eines Ausgleichsstroms zwischen den zwei Netzabschnitten 31a, 31i, wobei in einem Anfangszustand 51 eine in dem zweiten Netzabschnitt herrschende Anfangsspan nung U2_t0 geringer als eine in dem ersten Netzabschnitt herrschende DC-Spannung UDc ist. In einem ersten Schritt 52 werden die zwei Netzabschnitte 31a, 31i über den einen Vorla dewiderstand aufweisenden Widerstands-Strompfad 2 elektrisch verbunden. Der über diese elektrische Verbindung fließende Ausgleichsstrom, dessen Höhe durch den Vorladewiderstand be grenzt wird, fließt in einer Richtung, so dass der Potential unterschied zwischen den zwei Netzabschnitten 31a, 31i ausge glichener wird, mit anderen Worten: der Ausgleichsstrom baut die Spannungsdifferenz zwischen den zwei Netzabschnitten 31a, 31i fortwährend ab. Regelmäßig wird in einem Abfrageschritt 53 abgefragt, ob die Spannung U2 in dem zweiten Netzabschnitt 31i zwischen der Anfangsspannung U2_t0 und der DC-Spannung UDc liegt und ob der Spannungswert U2 in dem zweiten Netzab schnitt 31i einen bestimmten Prozentsatz der DC-Spannung UDc überschreitet: solange der Spannungswert U2 in dem zweiten Netzabschnitt 31i einen bestimmten Prozentsatz der DC- Spannung UDc nicht überschreitet (Pfeil „N") , bleibt der Halbleiterschalter 1 geschlossen. Erst wenn der Spannungswert U2 in dem zweiten Netzabschnitt 31i einen bestimmten Prozent satz der DC-Spannung UDc überschreitet (Pfeil „Y") , wird der Halbleiterschalter 1 geöffnet, wobei die Leistungshalbleiter 3 in dem Halbleiterschalter 1 in einem getakteten Betrieb des Halbleiterschalters 1 und/oder in einem Betrieb im linearen Bereich als regelbare Widerstände betrieben werden.
Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Span nungserfassungseinrichtung 11 für die erfindungsgemäße
Schaltvorrichtung 35. Die Spannungserfassungseinrichtung 11 greift in diesem Beispiel den Spannungsunterschied in der ersten elektrischen Leitung L+ an Messpunkten vor und nach der Schaltvorrichtung 35 sowie das Potential F2 der zweiten elektrischen Leitung L- ab.
Fig. 7 zeigt eine Auftragung des Strom- bzw. Spannungsver laufs eines Leistungshalbleiters mit Zustandsänderungen gegen die Zeit t. Im Diagramm sind vier Messkurven 21-24 darge stellt. Die Messkurve 21 charakterisiert das Gatesignal im Leistungshalbleiter 3 im Hauptzweig. Durch Messkurve 22 ist der Ausgleichsstrom IA dargestellt. Die Messkurve 23 zeigt die Spannung über der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung. In Messkurve 24 ist die DC-Netzspannung UDc dargestellt. Die Darstellung in Fig. 7 ist außerdem in Bereiche A, B, C und D unterteilt. Im Bereich A, beginnend mit to und endend mit ti, ist der Leistungshalbleiter 3 ausgeschaltet. Die gesamte Spannung fällt hier über dem Leistungshalbleiter ab. Im Be reich B, zwischen ti und t2, ist eine Vorladung über den Vor ladewiderstand bis zum Erreichen eines Schwellwertes darge stellt. Der Bereich C, zwischen t2 und t3, zeigt das Takten des Leistungshalbleiters im Hauptpfad bis zu einer Spannungs differenz Null bzw. bis der Ausgleichsstrom kleiner als ein vorgegebener Referenzwert ist. Durch die Strichelung der Messkurven soll angedeutet werden, dass die Messkurven im Be reich C sehr große Ausschläge zeigen, hervorgerufen durch den getakteten Betrieb; die gestrichelte Linie gibt eine Art Mit telwert an. Abschließend ist in Bereich D, beginnend bei t3, der einschaltete Leistungshalbleiter dargestellt, wobei nun zwischen Ein- und Ausgang keine Spannungsdifferenz mehr vor liegt .
Fig. 8 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung des getakteten Be triebs eines Halbleiterschalters. Der Halbleiter, z. B. ein Transistor, arbeitet als ein Schalter, der mit einer hohen Frequenz ein- und ausgeschaltet wird, z. B. mittels einer pulsweiten-modulierten Steuerspannung oder mittels einer Zweipunktregelung .
Im oberen Teil von Fig. 8 ist in einer Auftragung einer Span nung U über der Zeit t gezeigt, dass der Halbleiterschalter, an dem die Spannung V anliegt, während eines zeitlichen Teil bereichs 0 bis ti einer Periodendauer T geöffnet ist (Ein schaltzeit) und in dem verbleibenden Teilbereich ti bis T ge schlossen wird. Der Quotient zwischen Einschaltzeit zu Perio dendauer (ti/T) wird Tastverhältnis oder Tastgrad (englisch: duty cycle) genannt.
Im unteren Teil von Fig. 8 ist in einer Auftragung eines Aus gleichsstroms IA über der Zeit t gezeigt, dass durch dieses im Tastverhältnis wechselnde Öffnen und Schließen des Halb leiterschalters ein dreieckförmiger Verlauf des durch die treibende Spannung V hervorgerufenen Ausgleichsstroms IA ent steht, wobei der Ausgleichsstrom IA mit einer Amplitude DIA zwischen einem Minimalwert IA, min und einem Maximalwert IA, max pendelt. Als zeitlicher Mittelwert des dreieckförmig schwan kenden Stroms ergibt sich ein mittlerer Ausgleichsstrom
IA, ean der im unteren Teil von Fig. 8 gestrichelt eingetra gen ist. Fig. 9 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebs eines Leitungshalbleiters, hier: eines Feldeffekttransistors (=
FET) mit Drain-, Source- und Gate-Anschlüssen, im linearen Bereich. Im Diagramm ist der Drain-Strom ID über der Drain- Source-Spannung VDS aufgetragen, wobei in dem Diagramm ver schiedene Drain-Strom-Kurven für unterschiedliche hohe Gate- Source-Spannungen VGs eingetragen sind; im Fall, dass die Gate-Source-Spannungen VGs gleich der Schwellenspannung VT ist, VGs = VT , verläuft die Drain-Strom-Kurve entlang der x- Achse. Dabei ist im Diagramm ein links liegender, linearer (ohmscher) Betriebsbereich lin des Halbleiters durch eine ge strichelte parabelförmige Linie VDs sat von einem rechts lie genden, gesättigten (aktiven) Betriebsbereich sat des Halb- leiters getrennt. Diese Darstellung der Zusammenhänge zwi schen dem Drain-Strom ID und der Drain-Source-Spannung VDS in Abhängigkeit von der Gate-Source-Spannung VGs wird als Aus gangskennlinienfeld eines MOSFETs bezeichnet.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Vorladen eines zweiten Netzabschnitts (31i) mit elektrischer Energie aus einem ersten Netzabschnitt (31a) eines DC-Netzes (100), wobei in einem Anfangszustand (to) eine in dem zweiten Netzabschnitt (31i) herrschende Anfangs spannung (U2_t0) geringer als eine in dem ersten Netzab schnitt (31a) herrschende DC-Spannung (UDc) ist,
- wobei zu einem ersten Zeitpunkt (ti) die beiden Netzab schnitte (31a, 31i) über einen einen Vorladewiderstand (6) aufweisenden Widerstands-Strompfad (2) verbunden werden; und
- zu einem nachfolgenden zweiten Zeitpunkt {t.2) , sobald die Spannung (U2) in dem zweiten Netzabschnitt (31i) zwischen der Anfangsspannung (U2_t0) und der DC-Spannung (UDc) liegt, die zwei Netzabschnitte (31a, 31i) über einen parallel zum Wider stands-Strompfad (2) angeordneten Halbleiterschalter (1) ver bunden werden, welcher in einem getakteten Betrieb betrieben wird oder in einem linearen Bereich als ein regelbarer Wider stand betrieben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zwei Netzabschnitte (31a, 31i) über den Halbleiterschalter (1) verbunden werden, sobald die Spannung (U2) in dem zweiten Netzabschnitt (31i) zwischen 60 und 90 Prozent der DC-Spannung (UDc) beträgt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die zwei Netzabschnitte (31a, 31i) über den Halbleiterschalter (1) verbunden werden, sobald ein über den Widerstands-Strom pfad (2) fließender Ausgleichsstrom (IA) kleiner als ein vor gegebener Schwellwert (Is) ist.
4. Computerprogrammprodukt (80) zum Vorladen eines zweiten Netzabschnitts (31i) mit elektrischer Energie aus einem ers ten Netzabschnitt (31a) eines DC-Netzes (100), wobei das Com puterprogrammprodukt (80) in einer Steuereinheit (16) des DC- Netzes (100) ausführbar und zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausgebildet ist.
5. Schaltvorrichtung (35) zum Vorladen eines zweiten Netzab schnitts (31i) mit elektrischer Energie aus einem ersten Netzabschnitt (31a) eines DC-Netzes (100), umfassend
- einen Vorladewiderstand (6) aufweisenden Widerstands-Strom pfad (2 ) ,
- einen parallel zum Widerstands-Strompfad (2) angeordneten Halbleiterschalter (1), welcher dazu ausgelegt ist, die zwei Netzabschnitte (31a, 31i) elektrisch zu verbinden und welcher zumindest einen Leistungshalbleiter (3) umfasst, welcher in einem getakteten Betrieb oder in einem Betrieb im linearen Bereich als ein regelbarer Widerstand betreibbar ist, und
- eine Steuereinheit (16) zum Steuern des Leistungshalblei ters (3) .
6. Schaltvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, dass der Widerstands-Strompfad (2) in Reihe zum Vorlade widerstand (6) einen Schalter (7, 8, 9, 10) aufweist, wobei die Steuereinheit (16) zum Steuern des Schalters (7, 8, 9,
10) ausgebildet ist.
7. Schaltvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, dass der Schalter (7, 8, 9, 10) zumindest einen Leis tungshalbleiter (7, 9) umfasst.
8. DC-Netz (100) mit einem ersten Netzabschnitt (31a) und einem zweiten Netzabschnitt (31i) , wobei in einem Anfangszu stand (to) eine in dem zweiten Netzabschnitt (31i) herr schende Anfangsspannung (U2_t0) geringer als eine in dem ers ten Netzabschnitt (31a) herrschende DC-Spannung (UDc) ist, aufweisend eine zwischen dem ersten Netzabschnitt (31a) und dem zweiten Netzabschnitt (31i) angeordnete Schaltvorrichtung (31) nach einem der Ansprüche 5 bis 7.
9. DC-Netz (100) nach Anspruch 8, wobei die beiden Netzab schnitte (31a, 31i) jeweils eine erste Leitung (L+) und eine zweite Leitung (L-) umfassen, zwischen denen die Spannung (UDCV U2) des jeweiligen Netzabschnitts (31a, 31i) anliegt, wobei die beiden Netzabschnitte (31a, 31i) über die zweiten Leitungen (L-) permanent miteinander verbunden sind und über die ersten Leitungen (L+) mittels einer Schaltvorrichtung (35) miteinander verbindbar und voneinander trennbar sind.
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