EP3949101A1 - Windenergieanlage mit einer wechselrichtereinrichtung zum erzeugen einer wechselspannung sowie entsprechendes verfahren - Google Patents

Windenergieanlage mit einer wechselrichtereinrichtung zum erzeugen einer wechselspannung sowie entsprechendes verfahren

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EP3949101A1
EP3949101A1 EP20716458.3A EP20716458A EP3949101A1 EP 3949101 A1 EP3949101 A1 EP 3949101A1 EP 20716458 A EP20716458 A EP 20716458A EP 3949101 A1 EP3949101 A1 EP 3949101A1
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EP
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voltage
inverter
load resistor
input
output
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EP20716458.3A
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Hans-Günter ECKEL
Ingmar KAISER
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Wobben Properties GmbH
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Publication date
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a method for generating at least one alternating voltage by means of at least one inverter device.
  • the present invention also relates to a corresponding inverter device.
  • the present invention also relates to a wind energy installation with such an inverter device.
  • Wind energy plants are known and they generate electrical energy from wind and feed this into an electrical supply network.
  • Modern wind turbines use a so-called full converter concept in particular, in which the energy is generated by a generator as alternating current, this alternating current is rectified and this rectified alternating current is then inverted again in order to adapt it to the electrical network according to frequency, phase and voltage level that it should be fed in.
  • Such support tasks with which the electrical supply network is to be electrically supported, regularly include a rapid change in the power fed in. This can also mean that the power fed in has to be changed very quickly, namely in the range of seconds or even in the range of less than a second, the level of the electrical power fed in, in particular the active power fed in.
  • the named chopper circuit is required, which thus forms an additional element for an inverter that can generate corresponding costs.
  • German Patent and Trademark Office researched the following prior art in the priority application for the present application: DE 23 49 161 A1, DE 25 21 940 A1, DE 10 2007 003 172 A1, DE 10 2009 017 023 A1 and DE 10 2012 209 903 A1.
  • the present invention is therefore based on the object of addressing the problems mentioned.
  • a solution is to be proposed which enables a rapid power reduction or even rapid consumption of power from the electrical supply network with as little effort as possible.
  • At least an alternative solution to previously known solutions should be proposed.
  • a method according to claim 1 is proposed. This method is thus provided for generating at least one alternating voltage by means of at least one inverter device.
  • the inverter device comprises at least one voltage input for applying an input voltage and one voltage output for emitting an output voltage and at least one DC voltage intermediate circuit for providing an intermediate circuit voltage.
  • an alternating voltage generated by a generator of a wind energy system can be input at the voltage input and an output voltage can be fed into an electrical supply network via the voltage output.
  • a reverse working direction is also possible, for example, and it is proposed in particular that the inverter device is designed such that the voltage input and voltage output have the same functionality, that is to say both an alternating voltage can take in as well as give one.
  • the DC voltage intermediate circuit is designed in such a way that the voltage input and voltage output essentially connect internally.
  • the process consists of several steps.
  • an alternating voltage at the voltage output is controlled for outputting a first part of an input power as useful power.
  • the AC voltage at the voltage output can also be controlled in such a way that an input power or part of it is received. This means in particular that the alternating voltage is controlled in relation to an output current or consumed current in such a way that power is output or consumed.
  • a system voltage of the inverter device be controlled.
  • Such a system voltage is an internal voltage and this system voltage is controlled or changed in such a way that at least one equalizing current flows through at least one load resistor, thereby delivering a second part of the input power or the entire input power as excess power to the at least one load resistor.
  • the load resistance can also be referred to synonymously as braking resistance. Operation when a compensating current flows, i.e. when excess power is output, can be referred to as braking operation.
  • Such a system voltage can in particular be a differential voltage between a plurality of DC voltage intermediate circuits of the same inverter device, or else the respective DC voltage of a DC voltage intermediate circuit as such. Differential voltages between several voltage inputs or voltage outputs, or a combination thereof, can also be considered. It was thus recognized that the inverter device as such can also carry out the dissipation of electrical power or a part of it via at least one load resistor without an additional chopper circuit through skillful operation.
  • the input voltage, the output voltage and / or the intermediate circuit voltage be changed as the system voltage, in particular that at least one DC voltage component be changed or modulated with respect to a reference potential, in particular earth potential. It is also possible that an alternating voltage component is modulated which has a direct component.
  • the output voltage is in particular a voltage that is present at an output of the inverter device that is connected to an electrical generator, an electrical motor, or an electrical supply network, or is set up to be connected to it.
  • the input voltage is in particular a voltage that is present at an input of the inverter device that is connected to an electrical generator, an electrical motor, or an electrical supply network, or is set up to be connected to it. It was particularly recognized that the input voltage, output voltage and / or the intermediate circuit voltage can also be changed in such a way that the functionality of the at least one voltage input and the at least one voltage output and possibly also of the DC voltage intermediate circuit can remain unchanged.
  • modulating a direct voltage component can lead to a compensating current, particularly as direct current, without the desired alternating voltage signal, especially the three-phase alternating voltage signal, being changed with regard to the alternating component.
  • a DC voltage component can be changed or modulated and lead to the equalizing current, while at the same time the functionality of delivering part of the input power as useful power, namely as a three-phase signal, or a corresponding input power input using a three-phase AC voltage signal, can remain unchanged.
  • the least one DC voltage intermediate circuit has at least one of the load resistors with a rectifying means connected in series therewith.
  • the rectifying means is designed in particular as a diode.
  • the DC voltage intermediate circuit has two poles and the at least one load resistor with the rectifying means connected in series with it thus form a series circuit which is arranged between the two poles.
  • the system voltage be changed in such a way that the direction of the intermediate circuit voltage is reversed so that the rectifying means becomes conductive for it and the at least one equalizing current flows through the rectifying means and the at least one load resistor.
  • the intermediate circuit voltage forms the system voltage that is changed. This change takes place in such a way that, for the purpose of generating the equalizing current via the at least one load resistor, the direction of the intermediate circuit voltage is reversed at least for a short time, that is, the polarity is quasi reversed.
  • the rectifying means becomes conductive and the compensating current can then flow essentially as a function of the level of the intermediate circuit voltage and the size of the load resistance.
  • the direction of the intermediate circuit voltage is not reversed or reversed and is then applied to the rectifying means in the reverse direction, so that no compensating current flows.
  • the excess power can be delivered when required without major component expenditure. It can also be controlled in terms of its level by adjusting the level of the intermediate circuit voltage and / or by changing the direction of the intermediate circuit voltage only for one delivery period and the length of the delivery period can then also change the level of the delivered Surplus output can be controlled.
  • periods of reversal of direction and periods in which the direction of the intermediate circuit voltage is not reversed can alternate and the ratio of these periods to one another can also control the excess power output.
  • the voltage reversal can therefore be carried out in a pulse-like manner and the power output can be controlled via a pulse-pause ratio. It is therefore particularly proposed that the level of the excess power is controlled by controlling a duration of the voltage reversal, i.e.
  • the duration during which the voltage reversal is present, and / or that the level of the intermediate circuit voltage, which is reversed in its direction, is controlled. Both could also be combined in order to thereby obtain a corresponding degree of freedom. In particular, other conditions can also have an influence on a reasonable level of the intermediate circuit voltage.
  • the conversion of a direct voltage into an alternating voltage does not require a specific direction of the intermediate circuit voltage. Put simply, the conversion can be carried out from both a positive and a negative intermediate circuit voltage. Ultimately, it is only a question of defining which direction of the intermediate circuit voltage is viewed as positive and which as negative.
  • the inverter device can adjust to this by being controlled accordingly. The control of the inverter device can be adjusted without any structural effort. In particular, no previously known additional chopper circuit is required to control the output of the excess power.
  • At least two inverter devices connected in parallel are provided and that the at least two inverter devices are connected via at least one of the load resistors.
  • System voltages of the at least two inverter devices are changed so differently from one another that at least one equalizing current flows between the inverter devices via the at least one load resistor.
  • the inverter devices can be operated differently to the extent that such a compensating current can flow, but at the same time controlling an input voltage or output voltage. can still be carried out according to the respective requirements. It was thus recognized that at least one degree of freedom is still available which can be used and accordingly allows different control of the two inverter devices.
  • the inverter devices have different absolute voltage potentials in their DC voltage intermediate circuit, that is to say that there are different voltage levels with regard to a common reference potential, for example the ground potential. These can be achieved by correspondingly different control of the inverter devices. In this case, however, the intermediate circuit voltage of both inverter devices can be the same, although it does not have to be the same.
  • both intermediate circuit voltages could be 800 V.
  • this intermediate circuit voltage could be composed of +400 V and -400 V in relation to the earth potential, whereas in the other inverter device it could be composed of +450 V and -350 V in relation to the earth potential.
  • this potential difference can be adjusted in height and only has to be adjusted temporarily.
  • the amount of excess power that is released can be controlled via duration and amplitude.
  • both inverter devices are operated in such a way that there is no potential difference between the two intermediate circuit voltages. Then no equalizing current will flow and no excess power will be delivered without the need for a switch to disconnect the load resistors.
  • several inverter devices are provided which are connected in parallel to one another and each have one of the DC voltage intermediate circuits. The DC voltage circuits are connected via the at least one load resistor. So the load resistance is between the connected to both inverter devices.
  • at least one of the inverter devices is raised and / or lowered in a general voltage potential in relation to a reference potential, for example in relation to the earth potential, so that a compensating current is established via the at least one load resistor.
  • This reference potential can be raised, for example, in such a way that the inverter device is operated at its voltage input in the sense of an active rectifier, which can be controlled in such a way that the direct current is passed into the positive and negative part of the direct voltage intermediate circuit in such a way that an ent - adjusts speaking potential. In other words, more direct current is fed into the positive part when the voltage potential is to be increased.
  • the voltage potential of the DC voltage intermediate circuits be set in relation to a reference potential, in particular in relation to the ground potential, so that they have a voltage difference from one another that leads to a compensating current via the at least one load resistor leads. This therefore also corresponds to the case already clearly explained above.
  • the inverter device each have a voltage input as an AC voltage input and a voltage signal is modulated on at least one of the AC voltage inputs, so that a mean voltage shift is set in relation to the reference potential, so that a compensating current results which, flows across the load resistor.
  • the equalizing current and thus the excess power is thus controlled via this modulated voltage signal.
  • the equalizing current can also flow in the area of the voltage input between the inverter devices, but it can also flow via the at least one load resistor, which is preferably connected between the two DC voltage intermediate circuits.
  • the inverter devices each have a voltage output as an alternating voltage output and a voltage signal is modulated on at least one of the alternating voltage outputs, so that a mean voltage shift is set in relation to the reference potential, so that a compensating current results, which is via the Load resistance flows.
  • the modulation at the voltage output can take place be provided.
  • the inverter device each have its DC voltage intermediate circuit as a voltage input. It was therefore particularly recognized here that an inverter device can also be provided which does not convert from alternating current to alternating current, but from direct current to alternating current or vice versa.
  • the aforementioned modulation in the alternating voltage range namely a voltage output here, can generate the potential difference that leads to the equalizing current.
  • the intermediate circuit voltage or the voltage potential in the direct voltage intermediate circuit can be viewed as a system voltage that is changed according to the invention.
  • inverter devices connected in parallel are provided, each having a voltage input as an AC voltage input, the AC voltage inputs being connected via the at least one load resistor, and a voltage signal being modulated on at least one of the AC voltage inputs, so that a mean Adjusts voltage shift in relation to the reference potential, so that a compensating current results that flows through the at least one load resistor.
  • the load resistance is not connected between the DC voltage intermediate circuits, but on the AC voltage side between the two AC voltage inputs of the two parallel-connected inverters. Analogously, this can also be provided on the output side of the inverter devices.
  • the AC voltage signals are basically the same.
  • three-phase alternating voltage signals or alternating current signals are provided that each have the same frequency, phase and amplitude between the two inverter devices, but with the difference that their reference potential is raised from one inverter device to the other, i.e. a DC -Offset.
  • such a DC offset does not influence the respective functioning of the individual inverter devices, at least not significantly. Only in a comparison between the two inverter devices that have different DC offsets or one of which has no DC offset does an effect arise and this can result. can be used to allow a compensating current to flow through the at least one load resistor.
  • a three-phase system is preferably assumed and three load resistors are accordingly provided, namely one for each phase.
  • the inverter devices are interconnected at their DC voltage intermediate circuits in such a way that the equalizing current or a part of it flows back in the area of the DC voltage intermediate circuits. The effect has been explained above.
  • the inverter devices are interconnected at their voltage outputs in such a way that the compensating current or part of it flows back in the area of the voltage outputs.
  • AC voltage outputs are particularly meant here, and the at least one load resistor can be arranged there.
  • the at least one inverter device is connected to a generator and / or consumer that has a star point.
  • the at least one load resistor be connected between the star point and a connection point of the DC voltage intermediate circuit and that a voltage potential is changed in such a way that a compensating current is established via the load resistor, the star point and the generator or consumer.
  • a topology is provided here in which a load or a source has a star point, the potential of which can initially be assumed to be 0, in order to express it clearly.
  • a The voltage center point can be provided, which basically has the same potential as the star point.
  • a DC voltage intermediate circuit is regularly provided which has two capacitors of the same size connected in series.
  • An interconnection to the star point can be provided between these so-called intermediate circuit capacitors. Normally, no current then flows through this connection line to the star point. However, in order to generate an equalizing current to deliver excess power, the voltage potential of the DC voltage intermediate circuit can be changed so that a potential difference to the star point can then arise, which can be used to modulate the equalizing current.
  • This also serves the purpose of illustration and it is not absolutely necessary that two series-connected intermediate circuit capacitors are actually provided in the DC voltage intermediate circuit, between which a tap is led to the star point of the load or the source.
  • a single capacitor can also be connected to one connection of the DC voltage intermediate circuit and the connection to the star point can be established via this and a corresponding compensating current can flow over it when a signal is modulated onto this star point, thereby delivering the excess power.
  • a voltage signal to be modulated on each voltage input designed as an AC voltage input, so that an average voltage shift is established in relation to the reference potential, so that a compensating current results that flows through the at least one load resistor.
  • the equalizing current can basically also flow at least partially outside the inverter device, in particular including the consumer or generator, that is to say the load or source. Modulation can therefore be carried out in such a way that this also affects the load or source and the equalizing current can then partially flow through this load or source if the load resistance via which the excess power is to be dissipated is connected accordingly. For this purpose, an interconnection via the star point of the load or source is suggested.
  • the at least two inverter devices are connected in parallel to one another and are each connected to a generator and / or consumer having a star point.
  • the at least one load resistor is connected between the star points. A voltage potential is then changed in such a way that an equalizing current is established via the load resistor, the star point and the generator or consumer.
  • a voltage signal be modulated on at least one of the voltage inputs designed as AC voltage inputs, so that a mean voltage shift is established in relation to the reference potential, so that a compensating current results that flows through the at least one load resistor between the star points .
  • the voltage at the voltage inputs is changed so that this voltage at the voltage inputs represents the system voltage that is changed.
  • this is also correspondingly possible at the voltage outputs or the voltage inputs can also be controlled by appropriate control of the inverter device for outputting power.
  • the load or source is thus also included here, with a second inverter device and thus its second load or second source also being included.
  • At least two inverter devices are provided, each of which has its DC voltage intermediate circuit as a voltage input and is connected in parallel to one another, with their DC voltage intermediate circuits being connected in parallel.
  • their voltage outputs are connected via at least one load resistor.
  • a voltage signal is modulated on at least one of the voltage inputs designed as AC voltage outputs, so that a mean voltage shift is established in relation to the reference potential, so that a compensating current results that flows through at least one load resistance between the AC voltage outputs and the two Inverter devices thus have a connected or even common DC voltage intermediate circuit and balancing resistors are provided at the AC voltage output, which in principle can also function as an input, namely in particular preferably one per phase.
  • the equalizing current that is caused by the modulated voltage signal can then flow through these load resistors, namely by the resulting power potential difference between the two AC voltage outputs of the two inverter devices.
  • the output voltage at the AC voltage output is to be understood as the system voltage that is changed to generate the equalizing current.
  • these inverter devices differ by their pulse modulation at their AC voltage outputs.
  • the pulse modulation is basically carried out for the inverter devices in such a way that the desired alternating current is generated, but it was recognized that there is also a degree of freedom that enables the voltage potential to be influenced at the same time.
  • the different modulation then results in the differential potential that can be set accordingly for controlling the equalizing current.
  • these output voltages can also be modulated in the same way in order to avoid a potential difference, in order not to obtain a differential potential, so that there is no equalizing current if this is not desired.
  • the compensating current can also be controlled accordingly, depending on the pulse modulation.
  • the adjustment of the system voltage is preferably varied over time with regard to the voltage level and / or the division between the inverter devices. This is proposed, in particular, so that the inverter device is loaded essentially equally on average over time by the equalizing currents. Put simply, the respective modulations can alternate in order to achieve an equalization of the load.
  • the system voltage changes only one or a few inverter devices according to a predetermined criterion
  • the change in the system voltage changes to at least one other inverter device, so that the change in the system voltage is carried out on average, but not at the same time, on all inverter devices .
  • a predetermined time is provided as a predetermined criterion, which can be referred to as the changeover time, for example. If the changeover time expires, the change in the system voltage changes to at least one other inverter device, as long as excess power is to be delivered in any case.
  • the changeover time expires, the change in the system voltage changes to at least one other inverter device, as long as excess power is to be delivered in any case.
  • Load resistors can then also be connected accordingly, for example between each of the more than two inverter devices.
  • at least one load resistor does not have to, but can, be connected between each inverter device, but for example only between two adjacent ones.
  • an interconnection in pairs is also fundamentally possible.
  • the modulation load and / or the direct load from the equalizing current be gradually passed on to another inverter device in order to achieve a balanced load.
  • At least two inverter devices are connected in parallel to each other, at least one additional consumer to be supplied by a DC voltage intermediate circuit is connected via rectifying means between the multiple DC voltage intermediate circuits of the inverter devices, so that the additional consumer is each effective between a highest and / or the lowest voltage potential of the DC voltage intermediate circuits is connected.
  • the intended change in the system voltage in order to generate a compensating current in order to thereby generate a compensating current also creates a special topology. Basically it is of course undesirable to use power unused.
  • the load resistor is designed as a resistor with a non-linear current-voltage characteristic.
  • a current is set as a function of the load resistance, namely a current that depends on the current-voltage characteristic of the load resistance.
  • a characteristic curve in which the current increases disproportionately with increasing voltage opens up the possibility of achieving very high equalizing currents by changing the system voltage.
  • Such a non-linear current-voltage characteristic can be achieved in particular by using a varistor.
  • an inverter arrangement is also proposed.
  • Such an inverter arrangement has at least one inverter device for generating at least one AC voltage and the at least one inverter device or each of the inverter devices each comprises at least one voltage input for applying an input voltage, at least one voltage output for outputting an output voltage, at least one DC voltage intermediate circuit for providing an intermediate circuit voltage and a control device for controlling the inverter device.
  • the inverter arrangement also has a load resistor for absorbing an equalizing current.
  • the control device is prepared for controlling an alternating voltage at the voltage output of the relevant inverter device for outputting a first part of an input power as useful power, or for receiving the input power or a part thereof.
  • Each control device is also prepared for changing a system voltage of the inverter device in such a way that at least one equalizing current flows through at least one load resistor in order to thereby deliver a second part of the input power or the entire input power as excess power to the at least one load resistor.
  • the inverter arrangement is designed as is evident from the description of at least one embodiment of the method described.
  • the inverter arrangement is prepared to be operated in accordance with at least one method described above.
  • the inverter arrangement comprises at least two inverter devices, each with a control device, and the inverter arrangement comprises a central controller for coordinating the control units and thus for coordinating the inverter devices.
  • the behavior of the inverter devices to one another is important, and the central control is provided for this purpose.
  • the load resistor is preferably designed as a resistor with a non-linear current-voltage characteristic.
  • a wind energy installation with at least one inverter arrangement is also proposed.
  • the inverter arrangement proposed is one in accordance with at least one embodiment described above.
  • the wind energy installation is prepared to feed electrical power into an electrical supply network by means of the inverter arrangement and, if required, to output power as excess power through at least one compensating current in at least one load resistor. This is done in particular by changing at least one system voltage of at least one of the inverter devices.
  • the wind energy installation is thus provided for feeding in and also supporting the electrical supply network. Particularly when the electrical supply network suddenly needs to reduce the power to be fed in abruptly, or even to take power from the electrical supply network by means of the wind energy system, this can be output as excess power through the equalizing current in the at least one load resistor.
  • FIG. 1 shows a wind energy installation schematically in a perspective illustration.
  • FIG. 2 shows schematically an inverter arrangement with several inverter devices and a central controller.
  • FIG. 1 shows a wind energy installation 100 with a tower 102 and a nacelle 104.
  • a rotor 106 with three rotor blades 108 and a spinner 110 is arranged on the nacelle 104.
  • the rotor 106 is set in rotation by the wind during operation and thereby drives a generator in the nacelle 104.
  • FIG. 2 schematically shows an inverter arrangement 200 with two inverter devices 202 by way of example.
  • These two inverter devices 202 there can also be more than two, or in principle there can also be only one, are linked to one another, which the symbolically represented linking bracket 204 is intended to indicate. Details of the links are not shown in FIG. 2, in particular because different links come into consideration.
  • a link via at least one load resistor is provided.
  • each inverter device 202 has its own load resistance for outputting an excess power and the linkage of the inverter devices 202, for example. only a coordination of the inverter devices 202 provides to the extent that it is coordinated when which inverter device carries out excess power via the respective load resistor, and if necessary, at what level.
  • the inverter devices 202 in FIG. 2 each have a voltage input 206, a voltage output 208 and a DC voltage intermediate circuit 210.
  • An input voltage can be received by an input source 212 and rectified in an input-side rectifier 214 and sent to the respective DC voltage intermediate circuit 210.
  • an inverter 216 can invert the direct voltage and output it as alternating voltage at the voltage output 208 to an output load 218.
  • the two inverter devices 202 shown, including their wiring by input source and output load 218, are shown identically for the sake of simplicity. However, this can also vary in principle.
  • the active flow direction shown above from the input source 212 to the output load 218 can also be reversed.
  • the input-side rectifier 214 can also be operated as an inverter and is designed accordingly, and / or that the inverter 218 can be operated as a rectifier and is designed accordingly.
  • each input source can also be an input load and absorb a voltage or corresponding power.
  • each output load 218 can also be an output source and input a corresponding voltage at voltage output 208 or input a corresponding power there. Such variations are basically possible through the appropriate control.
  • Each inverter device has two control devices 220.
  • two control devices 220 are provided for each inverter device 202, namely one for the input rectifier 214 and one for the inverter 216.
  • the two control devices 220 of each inverter can also be used.
  • t device 202 be combined to form a control device.
  • the control devices 220 which are shown in the same simplified form here, can differ between input rectifier 214 and inverter 216.
  • both the inverter 216 can be operated as a rectifier 214 and the rectifier 214 can be operated as an inverter 216.
  • a central controller 222 is provided for controlling and / or coordinating the inverters 202 of the inverter arrangement 200.
  • This central controller 222 controls and / or coordinates the inverter devices 202, in particular via the control devices 220 provided in each case.
  • each double arrow indicates that information can be transmitted in every direction.
  • Both the input rectifier 214 and the inverter 216 can in this respect also be referred to as partial converters and thus the input rectifier 214 can be referred to synonymously as the first partial converter (partial converter 1) and the inverter 216 as the second partial converter (partial converter 2).
  • the invention thus relates to electronic power converters that connect an AC power source (source) to an AC power sink (load) and - as is the state of the art today - a two-stage conversion of AC (alternating or three-phase voltage) via a Carry out a DC intermediate circuit (direct voltage) to AC (alternating or three-phase voltage).
  • the underlying structure is shown schematically in FIG. 3a.
  • Some embodiments also relate to converters that connect a DC source (or load) to an AC load (or source), which FIG. 3b shows schematically.
  • the braking unit which can also be referred to as a chopper circuit, is a step-down converter.It comprises a power semiconductor that can be switched off (e.g. an IGBT, MOSFET or IGCT), a freewheeling diode, the intermediate circuit capacitor (possibly present in the converter anyway) and the Braking resistor itself.
  • FIG. 3c shows a braking unit for an AC-AC converter and thus for a structure according to FIG. 3a and FIG. 3d for a DC-AC converter and thus for a structure according to FIG. 3b.
  • One variant can be referred to as an AC-AC converter with reversible DC voltage. It is assumed that the partial converters enable the voltage of the DC link to be reversed. This is e.g. this is the case with current intermediate circuit converters and with some modular multilevel converters and is known to those skilled in the art.
  • the braking resistor is arranged in series with a diode in the intermediate circuit.
  • the braking power is controlled by the level of the negative intermediate circuit voltage Ud. This is shown in Figure 3e.
  • the circuit comprises the series connection of braking resistor RB and diodes D between the two poles of the intermediate circuit voltage. To this end, it is suggested to control the braking unit by reversing the polarity of the intermediate circuit voltage Ud and changing the amount of the intermediate circuit voltage.
  • One embodiment uses an AC-AC converter, with two partial converters and a braking unit control by means of different DC voltages.
  • the term converter is used here and below synonymously for an inverter arrangement, in particular for an inverter arrangement 200 in the sense of FIG. 2.
  • the term partial converter is used here and below in general and can refer to an inverter device as or similar to the inverter device 202 according to FIG , as well as parts thereof, as well as a rectifier, especially a rectifier 214 according to FIG.
  • the converter has at least two partial converters a and b, each of which has a DC voltage intermediate circuit similar to the DC voltage intermediate circuit 210 according to FIG. 2 (or more than two partial converters, then the explanations apply accordingly).
  • the partial converters have a controllable DC intermediate circuit voltage Ud. It is not necessary that the DC link voltage can be reversed.
  • the intermediate circuits of both inverters, i.e. both inverter devices here, are connected via braking resistors.
  • both converters In normal operation, both converters have the same intermediate circuit voltage Ud, so that no current flows.
  • Different intermediate circuit voltages are set in braking mode, so that there is a power flow from the converter with a higher intermediate circuit voltage and also with a lower intermediate circuit voltage via the braking resistors. As a result, part of the power in the braking resistors is converted into heat. If an AC voltage shifted by 180 ° is superimposed on both DC intermediate circuit voltages, the power flow from one to the other intermediate circuit balances out over a period of this AC voltage and the power consumption in the braking resistor remains. The structure for this is shown in FIG. 3f, which provides for a control of the braking unit by superimposing a phase-shifted AC voltage on the DC intermediate circuit voltages.
  • connection of the intermediate circuits via braking resistors in connection with a superposition of a phase-shifted AC voltage on the DC voltage Uda and Udb is provided.
  • a varistor or other element with a strongly non-linear characteristic can also be used, i.e. a resistor with a non-linear current-voltage characteristic.
  • a characteristic is proposed in which no current flows even if there are slight differences in the intermediate circuit voltages, but the difference between the intermediate circuit voltages does not have to be too large for high current flow and thus high power. In this case, the characteristic is such that the current increases disproportionately with the voltage, i.e. in relation to the respective amounts.
  • this consumer is to be fed from the two intermediate circuits, this can be done via decoupling diodes. In normal operation, this consumer is supplied from both sub-intermediate circuits, and in braking operation from the sub-intermediate circuit with a higher voltage. This is shown in FIG. 3j.
  • FIG. 3k Another embodiment, in which different intermediate circuit voltages are generated during braking, consists in the AC-side coupling of the converters (for one or both sources or loads). This is shown in Figure 3k.
  • Another embodiment relates to an AC-AC converter, consisting of two partial converters, coupled on the AC side with braking resistors between the DC intermediate circuits, and a braking unit control using circulating currents.
  • the converter consists of at least two partial converters a and b (or more than two partial converters, then the explanations apply accordingly).
  • At least one AC output of the inverter is connected.
  • a (different) offset common mode voltage
  • a voltage Uab different from zero is produced between the intermediate circuits. Since the intermediate circuits of both inverters are in turn connected via braking resistors, a circulating current flows through the braking resistors. This is shown in FIG.
  • the structure basically corresponds to that of FIG. 3k, but different offset voltages are generated at the AC inputs or outputs in relation to FIG. 3I, whereas for FIG. 3k the generation, in particular the direct generation, of different intermediate circuit voltages was provided. According to one embodiment, these variants can also be combined.
  • the connection of the intermediate circuits with braking resistors in connection with different offset voltages for the partial converters coupled on the AC side is therefore proposed.
  • one embodiment provides for a coupling only on one AC side, as shown in FIG. 3m.
  • FIG. 3n Such an embodiment with the possibility of feeding additional consumers from both intermediate circuits is shown in FIG. 3n.
  • Another embodiment relates to an AC-AC converter, consisting of two partial converters, coupled on the DC side with braking resistors between the AC outputs, and braking unit control using circulating currents.
  • the converter consists of at least two partial converters a and b (or more than two partial converters, then the explanations apply accordingly).
  • the DC intermediate circuits are connected.
  • a (different) offset common-mode voltage
  • a voltage that differs from zero is created between the AC outputs. Since the AC outputs of both inverters are connected via braking resistors, a circulating current flows through the braking resistors.
  • FIG. 3o illustrates a corresponding structure with control of the braking unit by means of different offset voltages on the converter output voltages in converters coupled on the DC side with braking resistors between the AC outputs.
  • the resistors can also be arranged on both AC sides.
  • Another embodiment with varistors instead of linear resistors can also be implemented here.
  • the AC-side outputs, for which no braking resistors are used, can also be coupled.
  • FIG. 3p shows an embodiment with additional coupling on an AC side.
  • the braking resistor is arranged between the star points of the loads (or sources).
  • Figure 3q shows such an embodiment with a braking resistor between the star points of the load.
  • Another embodiment relates to an AC-AC converter, consisting of two partial converters, coupled on the AC side, with braking resistors between the AC outputs, and braking unit control using circulating currents.
  • the converter consists of at least two partial converters a and b (or more than two partial converters, then the explanations apply accordingly).
  • the AC outputs of a partial converter are connected.
  • a (different) offset common-mode voltage
  • a voltage different from zero is created between the AC outputs of the other partial converter. Since the AC outputs of these two converters are connected via braking resistors, a circulating current flows through the braking resistors.
  • FIG. 3r shows such a structure with control of the braking unit by means of different offset voltages on the converter output voltages with coupling on one AC side with braking resistors between the outputs on the other AC side.
  • An embodiment with varistors instead of linear resistors can also be implemented here.
  • Another embodiment relates to an AC-AC converter with a braking resistor at the star point of the load.
  • the braking resistor is connected between the star point of the load and the center point of the intermediate circuit.
  • a common mode voltage on the AC output voltage causes a current through the braking resistor, but also a common mode current through the load (or source).
  • FIG. 3s and FIG. 3t each show a variant of a structure with a braking resistor between the star point of the load and the center point or other connection point of the intermediate circuit.
  • a further embodiment relates to a DC-AC converter, consisting of two partial converters, coupled on the DC side, with braking resistors between the AC outputs, and a braking unit control using circulating currents.
  • This embodiment considers a DC-AC converter. It is assumed that the converter consists of at least two partial converters a and b (or more than two partial converters, then the explanations apply accordingly).
  • the DC sides of the partial converters are connected.
  • a (different) offset common-mode voltage
  • a voltage that differs from zero is created between the AC outputs. Since the AC outputs of both partial inverters are connected via braking resistors, a circulating current flows through the braking resistors.
  • This embodiment therefore proposes a connection of the AC outputs of the converters with braking resistors in connection with different offset voltages for the partial converters coupled on the DC side.
  • FIG. 3u shows such a structure with control of the braking unit by means of different offset voltages on the converter output voltages in converters coupled on the DC side with braking resistors between the AC outputs.
  • a further embodiment relates to a DC-AC converter, consisting of two partial converters, coupled on the AC side, with braking resistors between the DC outputs, and a braking unit control using circulating currents.
  • This embodiment again considers a DC-AC converter. It is assumed that the converter consists of at least two partial converters a and b (or more than two partial converters, then the explanations apply accordingly).
  • the AC outputs of the partial inverters are connected.
  • a (different) offset common-mode voltage
  • a non-zero voltage is created between the DC outputs. Since the DC outputs of both partial converters are connected via braking resistors, a circulating current flows through the braking resistors.
  • a connection of the DC outputs of the converters with braking resistors in connection with different offset voltages for the partial converters coupled on the AC side is therefore proposed.
  • An embodiment with varistors instead of linear resistors can also be implemented here, as can an embodiment for feeding additional consumers.
  • FIG. 3v shows a structure with control of the braking unit by means of different offset voltages on the converter output voltages in the case of converters coupled in an AC-soapy manner with braking resistors between the DC outputs.
  • FIG. 3w shows an embodiment with the possibility of feeding additional loads from both DC outputs.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen wenigstens einer Wechselspannung mittels wenigstens einer Wechselrichtereinrichtung (202), und die Wechselrichtereinrichtung (202) umfasst jeweils wenigstens einen Spannungseingang (206) zum Anlegen einer Eingangsspannung, wenigstens einen Spannungsausgang (208) zum Abgeben einer Ausgangsspannung und wenigstens einen Gleichspannungszwischenkreis (210) zum Bereitstellen einer Zwischenkreisspannung, und das Verfahren umfasst Steuern einer Wechselspannung am Spannungsausgang (208) zum Abgeben eines ersten Teils einer Eingangsleistung als Nutzleistung, oder zum Empfangen der Eingangsleistung oder eines Teils davon, und Verändern einer Systemspannung der Wechselrichtereinrichtung (202) so, dass wenigstens ein Ausgleichsstrom über wenigstens einen Lastwiderstand fließt, um dadurch an dem wenigstens einen Lastwiderstand einen zweiten Teil der Eingangsleistung oder die gesamte Eingangsleistung als Überschussleistung abzugeben.

Description

Windenergieanlage mit einer Wechselrichtereinrichtung zum Erzeugen einer Wechselspannung sowie entsprechendes Verfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen wenigstens einer Wechselspannung mittels wenigstens einer Wechselrichtereinrichtung. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung auch eine entsprechende Wechselrichtereinrichtung. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Windenergieanlage mit einer solchen Wechselrichterein- richtung.
Windenergieanlagen sind bekannt und sie erzeugen elektrische Energie aus Wind und speisen diese in ein elektrisches Versorgungsnetz ein. Moderne Windenergieanlagen verwenden dazu besonders ein sog. Vollumrichterkonzept, bei dem die Energie von einem Generator als Wechselstrom erzeugt wird, dieser Wechselstrom gleichgerichtet wird und dieser gleichgerichtete Wechselstrom dann wieder wechselgerichtet wird, um ihn nach Frequenz, Phase und Spannungshöhe an das elektrische Netz anzupassen, in das er eingespeist werden soll.
Darüber hinaus ist es inzwischen auch üblich und wird häufig seitens der Netzbetreiber auch gefordert, dass eine solche Windenergieanlage nicht nur im sog. Netzparallelbetrieb einspeisen kann, sondern auch ggf. Stützaufgaben übernehmen kann. Solche Stützaufgaben, mit denen das elektrische Versorgungsnetz elektrisch gestützt werden soll, beinhalten regelmäßig eine schnelle Veränderung der eingespeisten Leistung. Das kann auch beinhalten, dass die eingespeiste Leistung sehr schnell, nämlich im Sekundenbereich oder sogar im Bereich kürzer als eine Sekunde, die eingespeiste elektrische Leistung, besonders die eingespeiste Wirkleistung, in ihrer Höhe verändert werden muss.
Solche plötzlichen Leistungsveränderungen werden dabei mitunter mit einer solchen Geschwindigkeit bzw. kurzen Reaktionszeit gefordert, dass die Windenergieanlage in dieser Zeit die tatsächliche Leistungserzeugung mittels des Generators so schnell nicht oder nicht vollständig reduzieren kann. In einem solchen Fall kommt dann ein sog. Chopper-Widerstand zum Einsatz, über den Leistung, die der Generator erzeugt hat, die aber nicht mehr Netz eingespeist werden soll, thermisch verbraucht wird. Der auch im deutschen Sprachgebrauch übliche Begriff des Chopper-Widerstands geht darauf zurück, dass dieser Wderstand mittels einer Chopper- Schaltung angesteuert wird, die nämlich ähnlich eines Puls-Weiten-Modulationsverfahrens arbeitet und darüber die in den Chopper-Wderstand abgeführte Leistung der Höhe nach steuern kann. Darüber ist es auch möglich, nicht nur die in das elektrische Versorgungsnetz eingespeiste Leistung zu reduzieren, sondern auch überschüssige Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz aufzunehmen und in diesen Chopper-Wderstand abzufüh- ren.
Hierfür ist entsprechend die genannte Chopper-Schaltung erforderlich, die somit für einen Wechselrichter ein zusätzliches Element bildet, das entsprechende Kosten verursachen kann.
Das Deutsche Patent- und Markenamt hat in der Prioritätsanmeldung zu vorliegender Anmeldung folgenden Stand der Technik recherchiert: DE 23 49 161 A1 , DE 25 21 940 A1 , DE 10 2007 003 172 A1 , DE 10 2009 017 023 A1 und DE 10 2012 209 903 A1.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die genannten Probleme zu adressieren. Insbesondere soll eine Lösung vorgeschlagen werden, die eine schnelle Leistungsreduktion oder sogar schnelle Aufnahme einer Leistung aus dem elektrischen Ver- sorgungsnetz mit möglichst geringem Aufwand ermöglicht. Zumindest soll zu bisher bekannten Lösungen eine alternative Lösung vorgeschlagen werden.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Dieses Verfahren ist somit zum Erzeugen wenigstens einer Wechselspannung mittels wenigstens einer Wechselrichtereinrichtung vorgesehen. Die Wechselrichtereinrichtung umfasst wenigstens einen Spannungseingang zum Anlegen einer Eingangsspannung und einen Spannungsausgang zum Abgeben einer Ausgangsspannung sowie wenigstens einen Gleichspan- nungszwischenkreis zum Bereitstellen einer Zwischenkreisspannung. Besonders kann an dem Spannungseingang eine von einem Generator einer Wndenergieanlage erzeugte Wechselspannung eingegeben werden und über den Spannungsausgang eine Ausgangs- Spannung in ein elektrisches Versorgungsnetz eingespeist werden. Es kommt aber auch bspw. eine umgekehrte Wrkrichtung in Betracht und besonders wird vorgeschlagen, dass die Wechselrichtereinrichtung so ausgebildet ist, dass Spannungseingang und Spannungsausgang die gleiche Funktionalität aufweisen, also beide eine Wechselspannung aufnehmen können, als auch eine abgeben können. Der Gleichspannungszwischenkreis ist besonders so ausgestaltet, dass der Spannungseingang und Spannungsausgang intern im Wesentlichen verbindet.
Das Verfahren umfasst mehrere Schritte. Gemäß einem Schritt wird eine Wechselspan- nung am Spannungsausgang zum Abgeben eines ersten Teils einer Eingangsleistung als Nutzleistung gesteuert. Die Wechselspannung am Spannungsausgang kann auch so gesteuert werden, dass eine Eingangsleistung oder ein Teil davon empfangen wird. Das bedeutet besonders, dass die Wechselspannung in Bezug auf einen abgegebenen Strom oder aufgenommenen Strom so gesteuert wird, dass eine Leistung abgegeben oder auf- genommen wird.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass eine Systemspannung der Wechselrichtereinrichtung gesteuert wird. Eine solche Systemspannung ist insoweit eine interne Spannung und diese Systemspannung wird so gesteuert bzw. so verändert, dass wenigstens ein Ausgleichsstrom über wenigstens einen Lastwiderstand fließt, um dadurch an dem wenigstens einen Lastwiderstand einen zweiten Teil der Eingangsleistung oder die gesamte Eingangsleistung als Überschussleistung abzugeben. Der Lastwiderstand kann auch synonym als Bremswiderstand bezeichnet werden. Der Betrieb, wenn ein Ausgleichsstrom fließt, also eine Überschussleistung abgegeben wird, kann als Bremsbetrieb bezeichnet werden.
Hier wurde besonders erkannt, dass moderne Wechselrichtereinrichtungen wenigstens noch einen Freiheitsgrad wenigstens einer internen Spannung aufweisen, der genutzt werden kann, um einen Ausgleichsstrom über einen Lastwiderstand fließen zu lassen. Besonders kann hierdurch die Verwendung einer Chopper-Schaltung vermieden werden, die nämlich keine Systemspannung steuert, sondern unmittelbar einen gepulsten Kurzschlussstrom über einen Chopper-Widerstand erzeugt. Stattdessen wird hier eine Systemspannung, die ohnehin vorhanden ist, verändert, so dass der Ausgleichsstrom fließen kann.
Eine solche Systemspannung kann besonders eine Differenzspannung zwischen mehreren Gleichspannungszwischenkreisen derselben Wechselrichtereinrichtung sein, oder auch die jeweilige Gleichspannung eines Gleichspannungszwischenkreises als solche. Aber auch Differenzspannungen zwischen mehreren Spannungseingängen oder Spannungsausgängen, oder eine Kombination daraus kommen in Betracht. Es wurde somit erkannt, dass die Wechselrichtereinrichtung als solche durch ein geschicktes Betreiben das Abführen elektrischer Leistung oder eines Teils davon über wenigstens einen Lastwiderstand ohne zusätzliche Chopper-Schaltung mit erledigen kann.
Somit ist auch ein wichtiger Aspekt, keine Chopper-Schaltung zu verwenden, was somit als Lösung vorgeschlagen wird. Insbesondere erfolgt kein unmittelbares Steuern des Ausgleichsstromes durch eine gepulste Strom- oder Spannungssteuerung.
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass als Systemspannung die Eingangsspannung, die Ausgangsspannung und/oder die Zwischenkreisspannung verändert wird, insbesondere, dass wenigstens ein Gleichspannungsanteil verändert oder in Bezug auf ein Bezugspoten- zial, insbesondere Erdpotenzial, aufmoduliert wird. Es kommt dabei auch in Betracht, dass ein Wechselspannungsanteil aufmoduliert wird, der einen Gleichanteil aufweist.
Die Ausgangsspannung ist besonders eine Spannung, die anliegt an einem Ausgang der Wechselrichtereinrichtung, der mit einem elektrischen Generator, einem elektrischen Motor, oder einem elektrischen Versorgungsnetz verbunden wird, bzw. dazu eingerichtet ist, damit verbunden zu werden. Die Eingangsspannung ist besonders eine Spannung, die anliegt an einem Eingang der Wechselrichtereinrichtung, der mit einem elektrischen Generator, einem elektrischen Motor, oder einem elektrischen Versorgungsnetz verbunden wird, bzw. dazu eingerichtet ist, damit verbunden zu werden. Dabei wurde besonders erkannt, dass die Eingangsspannung, Ausgangsspannung und/oder die Zwischenkreisspannung auch so verändert werden kann, dass die Funktionalität des wenigstens einen Spannungseingangs und des wenigstens einen Spannungsausgangs und ggf. auch des Gleichspan- nungszwischenkreises unverändert bleiben kann. Besonders kann, je nach Ausführungsform, das Aufmodulieren eines Gleichspannungsanteils zu einem Ausgleichsstrom besonders als Gleichstrom führen, ohne dass das gewünschte Wechselspannungssignal, beson- ders dreiphasige Wechselspannungssignal hinsichtlich des Wechselanteils verändert wird.
Besonders kann ein Gleichspannungsanteil verändert oder aufmoduliert werden und zu dem Ausgleichsstrom führen, während gleichzeitig die Funktionalität der Abgabe eines Teils der Eingangsleistung als Nutzleistung, nämlich als dreiphasiges Signal, oder eine entsprechende Aufnahme einer Eingangsleistung mittels eines dreiphasigen Wechsel- Spannungssignals unverändert bleiben kann. Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der wenigste eine Gleichspan- nungszwischenkreis wenigstens einen der Lastwiderstände mit einem dazu in Reihe geschalteten Gleichrichtmittel aufweist. Das Gleichrichtmittel ist insbesondere als Diode ausgebildet. Der Gleichspannungszwischenkreis weist dabei zwei Pole auf und der wenigstens eine Lastwiderstand mit dem dazu in Reihe geschalteten Gleichrichtmittel bilden somit eine Reihenschaltung, die zwischen den beiden Polen angeordnet ist.
Dazu wird vorgeschlagen, dass das Verändern der Systemspannung so erfolgt, dass die Zwischenkreisspannung in ihrer Richtung umgekehrt wird, so dass das Gleichrichtmittel für sie leitend wird und dadurch der wenigstens eine Ausgleichsstrom über das Gleichrichtmit- fei und den wenigstens einen Lastwiderstand fließt.
Hier bildet somit die Zwischenkreisspannung die Systemspannung, die verändert wird. Diese Veränderung erfolgt so, dass zum Zwecke des Erzeugens des Ausgleichsstroms über den wenigstens einen Lastwiderstand die Zwischenkreisspannung sich zumindest kurzzeitig in ihrer Richtung umgekehrt, also quasi umgepolt wird. Durch diese Änderung der Richtung der Zwischenkreisspannung wird das Gleichrichtmittel leitend und es kann der Ausgleichsstrom dann im Wesentlichen in Abhängigkeit der Höhe der Zwischenkreisspannung und der Größe des Lastwiderstands fließen. Solange also ein solcher Ausgleichsstrom und damit das Abgeben einer Überschlussleistung nicht gewünscht ist, wird die Zwischenkreisspannung in ihrer Richtung nicht umgedreht bzw. zurückgedreht und liegt dann in Sperrrichtung des Gleichrichtmittels an diesem an, so dass kein Ausgleichsstrom fließt.
Durch diese Variante kann somit ohne großen Bauteilaufwand die Überschussleistung bei Bedarf abgegeben werden. Sie kann dabei der Höhe nach auch dadurch gesteuert werden, dass die Höhe der Zwischenkreisspannung eingestellt wird und/oder dadurch, dass die Änderung der Richtung der Zwischenkreisspannung nur jeweils für einen Abgabezeitraum geändert wird und über die Länge des Abgabezeitraums kann dann auch die Höhe der abgegebenen Überschussleistung gesteuert werden. Dabei können sich auch Zeiträume der Richtungsumkehr und Zeiträume, in denen die Richtung der Zwischenkreisspannung nicht umgekehrt ist, abwechseln und das Verhältnis dieser Zeiträume zueinander kann auch die abgegebene Überschlussleistung steuern. Die Spannungsumkehr kann also pulsartig durchgeführt werden und die Leistungsabgabe über ein Puls-Pausen-Verhältnis gesteuert werden. Vorzugsweise wird somit besonders vorgeschlagen, dass die Überschussleistung in ihrer Höhe dadurch gesteuert wird, dass eine Dauer der Spannungsumkehr gesteuert wird, also die Dauer während der die Spannungsumkehr vorliegt, und/oder dass eine Höhe der in ihrer Richtung umgekehrten Zwischenkreisspannung gesteuert wird. Beides könnte auch kombiniert werden, um dadurch einen entsprechenden Freiheitsgrad zu erhalten. Besonders können auch andere Bedingungen Einfluss auf eine sinnvolle Höhe der Zwischenkreisspannung haben.
Es wurde besonderes erkannt, dass das Wechselrichten einer Gleichspannung in eine Wechselspannung keine bestimmte Richtung der Zwischenkreisspannung erfordert. Ver- einfacht ausgedrückt kann das Wechselrichten sowohl von einer positiven als auch einer negativen Zwischenkreisspannung aus durchgeführt werden. Letztlich ist es ohnehin nur eine Frage der Definition, welche Richtung der Zwischenkreisspannung als positiv und welche als negativ angesehen wird. Die Wechselrichtereinrichtung kann sich darauf einsteilen, indem sie entsprechend angesteuert wird. Das Anpassen der Ansteuerung der Wechsel- richtereinrichtung kann dabei ohne bautechnischen Aufwand durchgeführt werden. Besonders bedarf es keiner bisher bekannten zusätzlichen Chopper-Schaltung, um das Abgeben der Überschussleistung zu steuern.
Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass wenigstens zwei zueinander parallel geschaltete Wechselrichtereinrichtungen vorgesehen sind und die wenigstens zwei Wechselrichtereinrichtungen über wenigstens einen der Lastwiderstände verbunden sind. Dabei werden Systemspannungen der wenigstens zwei Wechselrichtereinrichtungen so unterschiedlich zueinander verändert, dass wenigstens ein Ausgleichsstrom zwischen den Wechselrichtereinrichtungen über den wenigstens einen Lastwiderstand fließen. Hier liegt der Gedanke zugrunde, dass bei zwei zueinander parallel geschalteten baugleichen und identisch betriebenen Wechselrichtereinrichtungen jeweils an zwei gleichen Spannungspunkten das gleiche Spannungspotenzial anliegt und diese exemplarisch genannten Spannungspunkte elektrisch verbunden werden können, ohne dass ein Ausgleichsstrom fließt. Dazu wurde nun erkannt, dass diese beiden exemplarisch genannten Wechselrichtereinrichtungen aber gezielt so unterschiedlich betrieben werden können, dass doch ein Aus- gleichsstrom fließen kann.
Besonderes wurde erkannt, dass die Wechselrichtereinrichtungen insoweit unterschiedlich betrieben werden können, dass ein solcher Ausgleichsstrom fließen kann, wobei aber gleichzeitig jeweils das Steuern einer Eingangsspannung oder Ausgangsspannung den- noch gemäß den jeweiligen Anforderungen durchgeführt werden kann. Es wurde also erkannt, dass wenigstens noch ein Freiheitsgrad vorhanden ist, der genutzt werden kann, und eine unterschiedliche Steuerung der beiden Wechselrichtereinrichtungen entsprechend zulässt. Besonders kann vorgesehen sein, dass die Wechselrichtereinrichtungen in ihrem Gleich- spannungszwischenkreis unterschiedliche absolute Spannungspotenziale aufweisen, also in Bezug auf ein gemeinsames Referenzpotenzial, z.B. das Erdpotenzial, unterschiedliche Spannungshöhen vorliegen. Diese können durch entsprechende unterschiedliche Steuerung der Wechselrichtereinrichtungen erreicht werden. Dabei kann jeweils die Zwischen- kreisspannung beider Wechselrichtereinrichtungen aber gleich sein, wobei sie nicht gleich sein muss.
Um ein einfaches anschauliches Beispiel zu nennen, könnten beide Zwischenkreisspannungen 800 V betragen. Dabei könnte sich diese Zwischenkreisspannung bei der einen Wechselrichtereinrichtung aus +400 V und -400 V jeweils bezogen auf das Erdpotenzial zusammensetzen, wohingegen sie sich bei der anderen Wechselrichtereinrichtung aus +450 V und -350 V bezogen auf das Erdpotenzial zusammensetzen. Trotz gleicher Zwischenkreisspannung von 800 V ergäbe sich aber zwischen den beiden Wechselrichtereinrichtungen in diesem genannten anschaulichen Beispiel ein Potenzialunterschied von 50 V, der zum Erzeugen des Ausgleichsstroms genutzt werden könnte. Auch hier ist vorgesehen, dass sich dieser Potenzialunterschied in der Höhe einstellen lässt und auch nur vorübergehend eingestellt werden muss. Auch hier lässt sich über Dauer und Amplitude die Höhe der Überschussleistung, die dadurch abgebeben wird, steuern. In dem genannten Beispiel könnte es ausreichend sein, jeweils einen Lastwiderstand zwischen den beiden positiven Zwischenkreisspannungspunkten und den beiden negati- ven Zwischenkreisspannungspunkten vorzusehen. Wenn kein Ausgleichsstrom fließen soll, werden beide Wechselrichtereinrichtungen so betrieben, dass sich zwischen den beiden Zwischenkreisspannung kein Potentialunterschied ergibt. Dann wird auch kein Ausgleichsstrom fließen und keine Überschussleistung abgegeben werden, ohne dass es dafür eines Schalters zum Abtrennen der Lastwiderstände bedürfte. Es wird somit gemäß einer Ausführungsform vorgeschlagen, dass mehrere zueinander parallel geschaltete Wechselrichtereinrichtungen vorgesehen sind, die jeweils einen der Gleichspannungszwischenkreise aufweisen. Die Gleichspannungskreise sind über den wenigstens einen Lastwiderstand verbunden. Der Lastwiderstand ist also zwischen den beiden Wechselrichtereinrichtungen verschaltet. Dabei wird vorgeschlagen, dass wenigstens eine der Wechselrichtereinrichtungen in einem allgemeinem Spannungspotenzial in Bezug auf ein Bezugspotenzial, also bspw. in Bezug auf das Erdpotenzial, so angehoben und/oder abgesenkt wird, dass sich ein Ausgleichsstrom über den wenigstens einen Last- widerstand einstellt.
Das Anheben dieses Bezugspotenzials kann bspw. so erfolgen, dass die Wechselrichtereinrichtung an ihrem Spannungseingang im Sinne eines aktiven Gleichrichters betrieben wird, der so gesteuert werden kann, dass entsprechen der Gleichstrom so in den positiven und negativen Teil des Gleichspannungszwischenkreises geleitet wird, dass sich ein ent- sprechendes Potenzial einstellt. Anschaulich gesprochen wird also mehr Gleichstrom in den positiven Teil geleitet, wenn das Spannungspotenzial angehoben werden soll.
Gemäß einer Variante wird dabei vorgeschlagen, dass die Gleichspannungszwischen- kreise in ihrem Spannungspotenzial in Bezug auf ein Bezugspotenzial, insbesondere in Bezug auf das Erdpotenzial, so eingestellt werden, dass sie zueinander einen Spannungs- unterschied aufweisen, der zu einem Ausgleichsstrom über den wenigstens einen Lastwiderstand führt. Das entspricht somit auch dem bereits oben anschaulich erläuterten Fall.
Außerdem oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Wechselrichtereinrichtung jeweils einen Spannungseingang als Wechselspannungseingang aufweisen und an wenigstens einem der Wechselspannungseingänge ein Spannungssignal aufmoduliert wird, so dass sich eine mittlere Spannungsverschiebung in Bezug auf das Bezugspotenzial einstellt, so dass ein Ausgleichsstrom resultiert, der u.a. über den Lastwiderstand fließt. Der Ausgleichsstrom und damit die Überschussleistung wird somit über dieses aufmodulierte Spannungssignal gesteuert. Der Ausgleichsstrom kann auch im Bereich des Spannungseingangs zwischen den Wechselrichtereinrichtungen fließen, er kann aber auch über den wenigstens einen Lastwiderstand fließen, der vorzugsweise zwischen den beiden Gleich- spannungszwischenkreisen verschaltet ist.
Gemäß einer zusätzlichen oder alternativen Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Wechselrichtereinrichtungen jeweils einen Spannungsausgang als Wechselspannungsausgang aufweisen und an wenigstens einem der Wechselspannungsausgänge ein Spannungssignal aufmoduliert wird, sodass sich eine mittlere Spannungsverschiebung in Bezug auf das Bezugspotenzial einstellt, sodass ein Ausgleichsstrom resultiert, der u.a. über den Lastwiderstand fließt. Hier kann also das Aufmodulieren am Spannungsausgang vorgesehen sein. Hier wird insbesondere vorgeschlagen, dass die Wechselrichtereinrichtung jeweils ihren Gleichspannungszwischenkreis als Spannungseingang aufweist. Hier wurde also besonders erkannt, dass auch eine Wechselrichtereinrichtung vorgesehen sein kann, die nicht von Wechselstrom zu Wechselstrom wandelt, sondern von Gleichstrom zu Wechselstrom bzw. umgekehrt. Auch hier kann durch das genannte Aufmodulieren im Wechselspannungsbereich, hier nämlich einem Spannungsausgang, der Potenzialunterscheid erzeugt werden, der zu dem Ausgleichsstrom führt.
Besonders kann in den genannten Fällen die Zwischenkreisspannung bzw. das Spannungspotenzial in dem Gleichspannungszwischenkreis als Systemspannung angesehen werden, die erfindungsgemäß verändert wird.
Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass mehrere zueinander parallel geschaltete Wechselrichtereinrichtungen vorgesehen sind, die jeweils einen Spannungseingang als Wechselspannungseingang aufweisen, wobei die Wechselspannungseingänge über den wenigstens einen Lastwiderstand verbunden sind, und an wenigstens einem der Wechselspannungseingänge ein Spannungssignal aufmoduliert wird, so dass sich eine mittlere Spannungsverschiebung in Bezug auf das Bezugspotenzial einstellt, so dass ein Ausgleichsstrom resultiert, der über den wenigstens einen Lastwiderstand fließt.
Hier wird also besonders vorgesehen, dass der Lastwiderstand nicht zwischen den Gleich- spannungszwischenkreisen verschaltet ist, sondern wechselspannungsseitig zwischen den beiden Wechselspannungseingängen der beiden parallel geschalteten Wechselrichter. Sinngemäß kann das auch an der Ausgangsseite der Wechselrichtereinrichtungen vorgesehen sein. Die Wechselspannungssignale sind dabei grundsätzlich gleich. Insbesondere sind jeweils dreiphasige Wechselspannungssignale bzw. Wechselstromsignale vorgesehen, die zwischen den beiden Wechselrichtereinrichtungen jeweils dieselbe Fre- quenz, Phase und Amplitude aufweisen, allerdings mit dem Unterschied, dass sie von der einen Wechselrichtereinrichtung zur anderen in ihrem Bezugspotenzial angehoben sind, also anschaulich gesprochen einen DC-Offset aufweisen.
Besonders beeinflusst ein solcher DC-Offset die jeweilige Funktionsweise der einzelnen Wechselrichtereinrichtungen nicht, zumindest nicht signifikant. Erst im Vergleich zwischen den beiden Wechselrichtereinrichtungen, die unterschiedliche DC-Offsets aufweisen bzw. von denen eine keinen DC-Offset aufweist, stellt sich ein Effekt ein und dieser kann aus- genutzt werden, um überden wenigstens einen Lastwiderstand einen Ausgleichsstrom fließen zu lassen. Vorzugsweise wird von einem dreiphasigen System ausgegangen und entsprechend werden drei Lastwiderstände vorgesehen, nämlich einer für jede Phase.
Es kann aber auch ein solches Aufmodulieren eines Offsets an einer der AC-Seiten vorge- sehen sein, wobei für den Ausgleichsstrom aber wenigstens ein Lastwiderstand zwischen den Gleichspannungszwischenkreisen vorgesehen ist. Hier liegt besonders die Erkenntnis zugrunde, dass ein Strom grundsätzlich im Kreis fließt. Ein aufmoduliertes Signal am Wechselspannungseingang oder-ausgang kann somit dort zu einem Ausgleichsstrom führen, dergleichzeitig aber auch bei entsprechender Verschaltung mit Lastwiderständen oder einem Lastwiderstand im Bereich der Gleichspannungszwischenkreise dort zurückfließen kann. Das Abgeben der Überschussleistung kann also in dem Fall auch durch wenigstens einen Lastwiderstand vorgesehen sein, der zwischen den Gleichspannungszwischenkreisen verschaltet ist.
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass die Wechselrichtereinrichtungen so an ihren Gleichspannungszwischenkreisen untereinander verschaltet sind, dass der Ausgleichsstrom oder ein Teil davon im Bereich der Gleichspannungszwischenkreise zurückfließt. Der Effekt wurde vorstehend erläutert.
Außerdem oder alternativ wird vorgeschlagen, dass die Wechselrichtereinrichtungen so an ihren Spannungsausgängen untereinander verschaltet sind, dass der Ausgleichsstrom o- der ein Teil davon im Bereich der Spannungsausgänge zurückfließt. Besonders sind hier Wechselspannungsausgänge gemeint und dort kann der wenigstens eine Lastwiderstand angeordnet sein.
Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die wenigstens eine Wechselrichtereinrichtung mit einem einen Sternpunkt aufweisenden Erzeuger und/oder Verbrau- eher verschaltet ist. Dazu wird vorgeschlagen, dass der wenigstens eine Lastwiderstand zwischen dem Sternpunkt und einem Anschlusspunkt des Gleichspannungszwischenkrei- ses verschaltet ist und dass ein Spannungspotenzial so verändert wird, dass sich ein Ausgleichsstrom über den Lastwiderstand, den Sternpunkt und den Erzeuger bzw. Verbraucher einstellt. Hier wird also eine Topologie vorgesehen, bei der eine Last oder eine Quelle einen Sternpunkt aufweist, dessen Potenzial zunächst als 0 angenommen werden kann, um es anschaulich auszudrücken. Dazu kann im Gleichspannungszwischenkreis ebenfalls ein Spannungsmittelpunkt vorgesehen sein, der grundsätzlich dasselbe Potenzial wie der Sternpunkt aufweist. Besonders ist regelmäßig ein Gleichspannungszwischenkreis vorgesehen, der zwei in Reihe geschaltete, gleich große, Kondensatoren aufweist. Zwischen diesen sog. Zwischenkreiskondensatoren kann eine Verschaltung zum Sternpunkt vorge- sehen sein. Im Normalfall fließt dann grundsätzlich kein Strom über diese Verbindungsleitung zum Sternpunkt hin. Um aber einen Ausgleichsstrom zum Abgeben einer Überschussleistung zu generieren, kann das Spannungspotenzial des Gleichspannungszwischenkrei- ses verändert werden, so dass dann ein Potenzialunterschied zum Sternpunkt entstehen kann, der zum Modulieren des Ausgleichsstroms verwendet werden kann. Auch dies dient der Veranschaulichung und es ist nicht unbedingt erforderlich, dass tatsächlich im Gleichspannungszwischenkreis zwei in Reihe geschaltete Zwischenkreiskondensatoren vorgesehen sind, zwischen denen ein Abgriff zum Sternpunkt der Last bzw. der Quelle hin geführt wird. Bspw. kann auch ein einzelner Kondensator mit einem Anschluss des Gleichspannungszwischenkreises verbunden sein und darüber die Verbin- düng zum Sternpunkt hergestellt werden und darüber bei Aufmodulierung eines Signals auf diesen Sternpunkt ein entsprechender Ausgleichsstrom fließen, um dadurch die Überschussleistung abzugeben.
Dazu wird vorzugsweise somit vorgesehen, dass jeweils an einem als Wechselspannungseingang ausgebildeten Spannungseingang ein Spannungssignal aufmoduliert wird, so dass sich eine mittlere Spannungsverschiebung in Bezug auf das Bezugspotenzial einstellt, so dass ein Ausgleichsstrom resultiert, der über den wenigstens einen Lastwiderstand fließt. Besonders wurde hier auch erkannt, dass der Ausgleichsstrom im Grunde zumindest teilweise auch außerhalb der Wechselrichtereinrichtung fließen kann, insbesondere den Verbraucher oder Erzeuger, also die Last oder Quelle, mit einschließen kann. Es kann also eine Modulierung so erfolgen, dass dies auch die Last oder Quelle betrifft und der Ausgleichstrom kann dann insoweit teilweise durch diese Last bzw. Quelle fließen, wenn der Lastwiderstand, überden die Überschussleistung abgeführt werden soll, entsprechend verschaltet ist. Dazu wird eine Verschaltung über den Sternpunkt der Last oder Quelle vorgeschlagen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die wenigstens zwei Wechselrichtereinrichtungen zueinander parallelgeschaltet sind und jeweils mit einem einen Sternpunkt aufweisenden Erzeuger und/oder Verbraucher verschaltet sind. Dazu wird vorgeschlagen, dass derwenigstens eine Lastwiderstand zwischen den Sternpunkten verschaltet ist. Ein Spannungspotenzial wird dann so verändert, dass sich ein Ausgleichsstrom über den Lastwiderstand, den Sternpunkt und den Erzeuger bzw. Verbraucher einstellt.
Besonders wird vorgeschlagen, dass dazu an wenigstens einen der als Wechselspan- nungseingänge ausgebildeten Spannungseingänge ein Spannungssignal aufmoduliert wird, so dass sich eine mittlere Spannungsverschiebung in Bezug auf das Bezugspotenzial einstellt, so dass ein Ausgleichsstrom resultiert, der über den wenigstens einen Lastwiderstand zwischen den Sternpunkten fließt. Es wird also die Spannung an den Spannungseingängen verändert, so dass diese Spannung an den Spannungseingängen die System- Spannung darstellt, die verändert wird. Sinngemäß ist dies auch an den Spannungsausgängen entsprechend möglich bzw. die Spannungseingänge können auch durch entsprechende Ansteuerung der Wechselrichtereinrichtung zur Leistungsabgabe gesteuert werden. Auch hier wird somit die Last oder Quelle mit einbezogen, wobei auch eine zweite Wechselrichtereinrichtung und damit seine zweite Last bzw. zweite Quelle mit einbezogen wird.
Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass wenigstens zwei Wechselrichtereinrichtungen vorgesehen sind, die jeweils ihren Gleichspannungszwischenkreis als Spannungseingang aufweisen und zueinander parallel verschaltet sind, wobei ihre Gleichspan- nungszwischenkreise parallel verschaltet sind. Hierzu wird vorgesehen, dass ihre Span- nungsausgänge über wenigstens einen Lastwiderstand verbunden sind. Diese Ausführungsform betrifft somit im Grunde einen Wechselrichter, der aus einer Gleichspannung einen Wechselstrom erzeugt und dabei keine Einheit aufweist, die zuvor die Gleichspannung aus einem Wechselstrom generiert hat.
Dafür wird vorgesehen, dass an wenigstens einem der als Wechselspannungsausgänge ausgebildeten Spannungseingängen ein Spannungssignal aufmoduliert wird, so dass sich eine mittlere Spannungsverschiebung in Bezug auf das Bezugspotenzial einstellt, so dass ein Ausgleichsstrom resultiert, der über den wenigsten einen Lastwiderstand zwischen den Wechselspannungsausgängen fließt und die beiden Wechselrichtereinrichtungen weisen somit einen verbundenen oder sogar gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis auf und es sind am Wechselspannungsausgang, der grundsätzlich auch als Eingang fungieren kann, Ausgleichswiderstände vorgesehen, nämlich insbesondere vorzugsweise einer je Phase. Über diese Lastwiderstände kann dann der Ausgleichsstrom fließen, der durch das aufmodulierte Spannungssignal hervorgerufen wird, nämlich durch den entstehenden Po- tenzialunterschied zwischen den beiden Wechselspannungsausgängen der beiden Wechselrichtereinrichtungen. Hier ist die Ausgangsspannung am Wechselspannungsausgang als Systemspannung zu verstehen, die zum Erzeugen des Ausgleichsstroms verändert wird. Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass bei mehreren zueinander parallel geschalteten Wechselrichtereinrichtungen, wenn diese Wechselrichtereinrichtungen jeweils einen Wechselspannungsausgang als Spannungsausgang aufweisen und am Wechselspannungsausgang jeweils eine Ausgangsspannung durch ein durch Schalter gepulstes Signal erzeugt oder beeinflusst wird, ein Differenzpotenzial zwischen den Wechselspan- nungsausgängen dadurch erzeugt wird, dass jeweils die Schalter der jeweiligen Wechselrichterausgänge mit unterschiedlichen Schaltzeiten zumindest zueinander verschobenen Schaltzeiten angesteuert werden, wobei das Differenzpotenzial zu einem Ausgleichsstrom durch einen Lastwiderstand führt.
Es wird somit vorgeschlagen, dass sich diese Wechselrichtereinrichtungen durch ihre Puls- modulation an ihren Wechselspannungsausgängen unterscheiden. Die Pulsmodulation erfolgt grundsätzlich für die Wechselrichtereinrichtungen so, dass der gewünschte Wechselstrom entsteht, es wurde aber erkannt, dass es zusätzlich einen Freiheitsgrad gibt, der ermöglicht, dass gleichzeitig das Spannungspotenzial beeinflusst werden kann. Durch die unterschiedliche Modulation ergibt sich dann das Differenzpotenzial, das zum Steuern des Ausgleichsstroms entsprechend eingestellt werden kann. Auch hier gilt natürlich, dass diese Ausgangsspannungen auch entsprechend gleich moduliert werden können, um keine Potenzialunterschied zu bekommen, um kein Differenzpotenzial zu erhalten, so dass sich kein Ausgleichsstrom ergibt, wenn dieser nicht gewünscht ist. Entsprechend kann auch der Ausgleichsstrom je nach Pulsmodulation gesteuert werden. Vorzugsweise wird das Anpassen der Systemspannung, insbesondere das Anpassen der Eingangsspannung, Ausgangsspannung und der Zwischenkreisspannung, in Bezug auf Spannungshöhe und oder Aufteilung zwischen den Wechselrichtereinrichtungen zeitlich variiert. Das wird insbesondere so vorgeschlagen, dass die Wechselrichtereinrichtung im zeitlichen Mittel durch die Ausgleichsströme im Wesentlichen gleich belastet werden. Ver- einfacht ausgedrückt können sich die jeweiligen Modulationen abwechseln, um eine Vergleichmäßigung der Belastung zu erreichen. Außerdem oder alternativ wird vorgeschlagen, dass bei der Veränderung der Systemspannung nur einer oder einiger Wechselrichtereinrichtungen nach einem vorbestimmten Kriterium die Veränderung der Systemspannung zu wenigstens einer weiteren Wechselrichtereinrichtung wechselt, so dass die Veränderung der Systemspannung im Mittel, aber nicht zeitgleich, auf allen Wechselrichtereinrichtungen durchgeführt wird. Als vorbestimmtes Kriterium wird besonders eine vorbestimmte Zeit vorgesehen, die bspw. als Wechselzeit bezeichnet werden kann. Läuft die Wechselzeit ab, wechselt die Veränderung der Systemspannung zu wenigstens einerweiteren Wechselrichtereinrichtung, solange jedenfalls eine Überschussleistung abgegeben werden soll. Hierzu und auch zu allen übrigen vorstehend erläuterten Ausführungsformen ist zu erwähnen, dass nicht nur die Verwendung von zwei Wechselrichtereinrichtungen, sondern auch mehr als zwei Wechselrichtereinrichtungen in Betracht kommt. Sofern diese nicht interagieren, können diese jeweils einzeln wie vorgeschlagen gesteuert werden bzw. vorgesehen sein. Soweit diese, also gemäß den übrigen Ausführungsformen, interagieren, also insbesondere parallelgeschaltet sind, können auch mehr als zwei parallelgeschaltet werden. Es können dann auch entsprechend bspw. zwischen jeder der mehr als zwei Wechselrichtereinrichtungen Lastwiderstände verschaltet werden. Bei drei oder mehr Wechselrichtereinrichtungen muss aber nicht, kann aber, zwischen jeder Wechselrichtereinrichtung wenigstens ein Lastwiderstand verschaltet werden, sondern bspw. nur jeweils zwischen zwei benachbarten. Bei einer geraden Anzahl mehrerer verwendeter Wechselrichtereinrichtungen kommt auch grundsätzlich eine paarweise Verschaltung in Betracht.
Besonders bei drei und noch mehr Wechselrichtereinrichtungen wird vorgeschlagen, die Modulationsbelastung und/oder die unmittelbare Belastung durch den Ausgleichsstrom, soweit möglich, nach und nach zu einer weiteren Wechselrichtereinrichtung weiterzuge- ben, um eine ausgeglichene Belastung zu erreichen.
Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass für den Fall, dass wenigstens zwei Wechselrichtereinrichtungen zueinander parallel geschaltet sind, wenigstens ein von einem Gleichspannungszwischenkreis zu versorgender Zusatzverbraucher über Gleichrichtmittel zwischen den mehreren Gleichspannungszwischenkreisen der Wechselrichter- einrichtungen verschaltet ist, so dass der Zusatzverbraucher jeweils wirksam zwischen einem höchsten und/oder niedrigsten Spannungspotenzial der Gleichspannungszwischen- kreise angeschlossen ist. Hier wurde besonders erkannt, dass durch die vorgesehene Veränderung der Systemspannung, um dadurch einen Ausgleichsstrom zu erzeugen, um dadurch einen Ausgleichsstrom zu erzeugen, auch eine spezielle Topologie entsteht. Grundsätzlich ist es natürlich unerwünscht, Leistung ungenutzt zu verbrauchen. Sofern keine sinnvolle Nutzung herbei- geführt werden kann, ist ein solches Verschenken von Leistung hinnehmbar, wenn er der Systemsicherheit und/oder der Systemstabilität dient, besonders der Netzstabilität eines elektrischen Versorgungsnetzes, in das mittels der wenigstens einen Wechselrichtereinrichtung eingespeist wird. Gibt es aber einen sinnvollen Verbrauch, der mit solcher sporadisch auftretender Überschussleistung ganz oder teilweise betrieben werden kann, oder diese zumindest zusätzlich verwerten kann, so kann dieser in der beschriebenen Weise angeschlossen und angesteuert werden. Er wird nämlich besonders zwischen einem hohen und niedrigen Potenzial zweier Gleichspannungszwischenkreise zweier Wechselrichtereinrichtungen angeschlossen und kann dann im Zusammenhang mit dem Verändern der Systemspannung angesteuert werden. Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der Lastwiderstand als Widerstand mit nichtlinearer Strom-Spannungs-Kennlinie ausgebildet ist. Hier wurde besonders erkannt, dass über das Verändern der Systemspannung ein Strom in Abhängigkeit des Lastwiderstands eingestellt wird, der nämlich von der Strom-Spannungs-Kennlinie des Lastwiderstands abhängt. Besonders eine Kennlinie, bei der sich der Strom mit steigender Spannung überproportional erhöht, eröffnet die Möglichkeit, sehr hohe Ausgleichsströme über die Veränderung der Systemspannung zu erreichen. Eine solche nichtlineare Strom- Spannungs-Kennlinie kann besonders durch Verwendung eines Varistors erreicht werden.
Erfindungsgemäß wird auch eine Wechselrichteranordnung vorgeschlagen. Eine solche Wechselrichteranordnung weist wenigstens eine Wechselrichtereinrichtung zum Erzeugen wenigstens einer Wechselspannung auf und die wenigstens eine Wechselrichtereinrichtung bzw. jede der Wechselrichtereinrichtungen umfasst jeweils wenigstens einen Spannungseingang zum Anlegen einer Eingangsspannung, wenigstens einen Spannungsausgang zum Abgeben einer Ausgangsspannung, wenigstens einen Gleichspannungszwi- schenkreis zum Bereitstellen einer Zwischenkreisspannung und eine Steuereinrichtung zum Ansteuern der Wechselrichtereinrichtung. Die Wechselrichteranordnung weist auch einen Lastwiderstand zum Aufnehmen eines Ausgleichsstromes auf. Dabei ist die Steuereinrichtung vorbereitet zum Steuern einer Wechselspannung am Spannungsausgang der betreffenden Wechselrichtereinrichtung zum Abgeben eines ersten Teils einer Eingangsleistung als Nutzleistung, oder zum Empfangen der Eingangsleistung oder eines Teils da- von. Jede Steuereinrichtung ist auch vorbereitet zum Verändern einer Systemspannung der Wechselrichtereinrichtung so, dass wenigstens ein Ausgleichsstrom über wenigstens einen Lastwiderstand fließt, um dadurch an den wenigstens einen Lastwiderstand einen zweiten Teil der Eingangsleistung oder die gesamte Eingangsleistung als Überschussleistung abzugeben. Besonders ist die Wechselrichteranordnung so ausgebildet, wie sich aus der Beschreibung wenigstens einer Ausführungsform des beschriebenen Verfahrens ergibt. Außerdem oder alternativ ist die Wechselrichteranordnung dazu vorbereitet, gemäß wenigstens einem vorstehend beschriebenen Verfahren betrieben zu werden. Entsprechend ergeben sich die Vorteile einer solchen Wechselrichteranordnung aus den vorstehend beschriebenen Erläu- terungen zu den Ausführungsformen der beschriebenen Verfahren.
Insbesondere umfasst die Wechselrichteranordnung wenigstens zwei Wechselrichtereinrichtungen mit jeweils einer Steuereinrichtung und die Wechselrichteranordnung umfasst eine Zentralsteuerung zum Koordinieren der Steuereinheiten und damit zum Koordinieren der Wechselrichtereinrichtungen. Besonderes für die Ausführungsformen, die mehrere pa- rallel geschaltete Wechselrichtereinrichtungen vorschlagen bzw. zu Grunde legen, kommt es auf das Verhalten der Wechselrichtereinrichtungen zueinander an und dazu ist die Zentralsteuerung vorgesehen.
Insbesondere ist auf jeder Steuereinrichtung und/oder der Zentralsteuerung ein Verfahren gemäß wenigstens einer vorstehend beschriebenen Ausführungsform implementiert. Vorzugsweise ist der Lastwiderstand als Widerstand mit nichtlinearer Strom-Spannungs- Kennlinie ausgebildet.
Erfindungsgemäß wird auch eine Windenergieanlage mit wenigstens einer Wechselrichteranordnung vorgeschlagen. Als Wechselrichteranordnung wird eine gemäß wenigstens einer vorstehend beschriebenen Ausführungsformen vorgeschlagen. Die Windenergiean- läge ist dazu vorbereitet, mittels der Wechselrichteranordnung elektrische Leistung in ein elektrisches Versorgungsnetz einzuspeisen und bei Bedarf Leistung als Überschussleistung durch wenigstens einen Ausgleichsstrom in wenigstens einem Lastwiderstand abzugeben. Das erfolgt insbesondere durch Verändern wenigstens einer Systemspannung wenigstens einer der Wechselrichtereinrichtungen. Die Windenergieanlage ist somit zum Einspeisen und auch Stützen des elektrischen Versorgungsnetzes vorgesehen. Besonders bei dem plötzlichen Bedarf des elektrischen Versorgungsnetzes, abrupt einzuspeisende Leistung zu reduzieren, oder sogar mittels der Wndenergieanlage Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz zu entnehmen, kann diese durch den Ausgleichsstrom in den wenigstens einen Lastwiderstand als Überschussleistung abgegeben werden. Dadurch kann die Wndenergieanlage auf einfache und schnelle Art und Weise eine solche Netzstützung vornehmen, wobei dies mit einem vergleichsweise geringen Bauteilaufwand möglich ist. Insbesondere braucht keine Chopper- Schaltung vorgehalten zu werden. Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren beispielhaft näher erläutert.
Figur 1 zeigt eine Windenergieanlage schematisch in einer perspektivischen Darstellung.
Figur 2 zeigt schematisch eine Wechselrichteranordnung mit mehreren Wechselrich- tereinrichtungen und einer Zentralsteuerung.
Figuren 3a
bis 3w zeigen schematische Schaltbilder verschiedener Ausführungsformen einer
Wechselrichteranordnung.
Figur 1 zeigt eine Wndenergieanlage 100 mit einem Turm 102 und einer Gondel 104. An der Gondel 104 ist ein Rotor 106 mit drei Rotorblättern 108 und einem Spinner 1 10 angeordnet. Der Rotor 106 wird im Betrieb durch den Wind in eine Drehbewegung versetzt und treibt dadurch einen Generator in der Gondel 104 an.
Figur2 zeigt schematisch eine Wechselrichteranordnung 200 mit exemplarisch zwei Wechselrichtereinrichtungen 202. Diese beiden Wechselrichtereinrichtungen 202, es können auch mehr als zwei sein, oder es kann grundsätzlich auch nur eine sein, sind miteinander verknüpft, was die symbolisch dargestellte Verknüpfungsklammer 204 andeuten soll. Details der Verknüpfungen sind in Figur 2 besonders deswegen nicht gezeigt, weil verschiedene Verknüpfungen in Betracht kommen. Insbesondere ist eine Verknüpfung über wenigstens einen Lastenwiderstand vorgesehen. Es kommt aber auch in Betracht, dass jede Wechselrichtereinrichtung 202 ihren eigenen Lastwiderstand zum Abgeben einer Überschussleistung aufweist und die Verknüpfung der Wechselrichtereinrichtungen 202 bspw. lediglich eine Koordinierung der Wechselrichtereinrichtungen 202 insoweit vorsieht, dass koordiniert wird, wann welche Wechselrichtereinrichtung eine Überschussleistung über den jeweiligen Lastwiderstand durchführt, und ggf. in welcher Höhe.
Die nachfolgenden Figuren erläutern dann Details zu möglichen Ausführungsformen so- wohl einzelner Wechselrichtereinrichtungen 202 als auch mehrerer kombinierter Wechselrichtereinrichtungen 202.
Die Wechselrichtereinrichtungen 202 der Figur 2 weisen jeweils einen Spannungseingang 206, einen Spannungsausgang 208 und einen Gleichspannungszwischenkreis 210 auf. Eine Eingangsspannung kann dabei jeweils von einer Eingangsquelle 212 empfangen wer- den und in einem eingangsseitigen Gleichrichter 214 gleichgerichtet und auf den jeweiligen Gleichspannungszwischenkreis 210 gegeben werden. Von dort aus kann ein Wechselrichter 216 die Gleichspannung wechselrichten und als Wechselspannung am Spannungsausgang 208 an eine Ausgangslast 218 abgeben. Die beiden gezeigten Wechselrichtereinrichtungen 202 sind insoweit, einschließlich ihrer Beschaltung durch Eingangsquelle und Ausgangslast 218 der Einfachheit halber identisch dargestellt. Dies kann aber auch grundsätzlich variieren.
Außerdem kann sich bspw. auch die oben dargestellte Wirkflussrichtung von der Eingangsquelle 212 zur Ausgangslast 218 umgekehrt gestalten. Das gilt sowohl für den grundsätzlichen Aufbau, insbesondere aber auch für die Art der Ansteuerung, die grundsätzlich die- sen Wirkfluss umkehren und insbesondere im Wesentlichen beliebig steuern kann. Besonders wird vorgeschlagen, dass der eingangsseitige Gleichrichter 214 auch als Wechselrichter betrieben werden kann und entsprechend ausgelegt ist, und/oder dass der Wechselrichter 218 als Gleichrichter betrieben werden kann und entsprechend ausgelegt ist. Insoweit kann jede Eingangsquelle auch eine Eingangslast sein und eine Spannung bzw. entsprechende Leistung aufnehmen. Sinngemäß kann auch jede Ausgangslast 218 eine Ausgangsquelle sein und eine entsprechende Spannung an Spannungsausgang 208 eingeben bzw. dort eine entsprechende Leistung eingeben. Solche Variationen sind grundsätzlich durch die entsprechende Ansteuerung möglich.
Jede Wechselrichtereinrichtung weist zwei Steuereinrichtungen 220 auf. Hier sind exemp- larisch jeweils zwei Steuereinrichtungen 220 für jede Wechselrichtereinrichtung 202 vorgesehen, nämlich eine für den Eingangsgleichrichter 214 und eine für den Wechselrichter 216. Alternativ können aber auch die beiden Steuereinrichtungen 220 jeder Wechselrich- tereinrichtung 202 zu einer Steuereinrichtung zusammengefasst sein. Grundsätzlich können sich die hier vereinfacht gleich dargestellten Steuereinrichtungen 220 zwischen Eingangsgleichrichter 214 und Wechselrichter 216 unterscheiden. Grundsätzlich kann aber, wie oben angedeutet wurde, sowohl der Wechselrichter 216 als Gleichrichter 214 betrieben werden, als auch der Gleichrichter 214 als Wechselrichter 216.
Schließlich ist zur Steuerung und/oder Koordination der Wechselrichter 202 der Wechselrichteranordnung 200 eine Zentralsteuerung 222 vorgesehen. Diese Zentralsteuerung 222 steuert und/oder koordiniert die Wechselrichtereinrichtungen 202 insbesondere über die jeweils vorgesehenen Steuereinrichtungen 220. Dabei deutet jeder Doppelpfeil an, dass in jede Richtung Informationen übertragen werden können.
Sowohl der Eingangsgleichrichter 214 als auch der Wechselrichter 216 können insoweit auch jeweils als Teilumrichter bezeichnet werden und somit kann synonym der Eingangsgleichrichter 214 als erster Teilumrichter (Teilumrichter 1 ) und der Wechselrichter 216 als zweiter Teilumrichter (Teilumrichter 2) bezeichnet werden. Die Erfindung bezieht sich somit auf leistungselektronische Umrichter, die eine AC- Leistungsquelle (Quelle) mit einer AC-Leistungssenke (Last) verbinden und dazu- wie es heute Stand der Technik ist- eine zweistufige Umformung von AC (Wechsel- oder Drehspannung) über einen DC-Zwischenkreis (Gleichspannung) nach AC (Wechsel- oder Drehspannung) vornehmen. Den zu Grunde liegenden Aufbau zeigt Figur 3a schematisch. Manche Ausführungsformen beziehen sich auch auf Umrichter, die eine DC-Quelle (oder Last) mit einer AC-Last (oder Quelle) verbinden, was Figur 3b schematisch zeigt.
Wenn die Quelle in diesen Umrichter mehr Leistung einspeist als die Last entnimmt, entsteht ein Leistungsüberschuss.
Nach dem Stand der Technik wird dieser Leistungsüberschuss mit einem Bremssteller in einem Widerstand in Wärme umgesetzt. Schaltungstechnisch handelt es sich bei dem Bremssteller, der auch als Chopper-Schaltung bezeichnet werden kann, um einen Tiefsetzsteller Er umfasst einen abschaltbaren Leistungshalbleiter (z.B. einen IGBT, MOSFET oder IGCT), eine Freilaufdiode, den Zwischenkreiskondensator (möglicherweise im Umrichter ohnehin vorhanden) und den Bremswiderstand selber. Figur 3c zeigt dazu einen Bremssteller zu einem AC-AC-Umrichter und damit zu einem Aufbau gemäß Figur 3a und Figur 3d zu einem DC-AC-Umrichter und damit zu einem Aufbau gemäß Figur 3b.
Die erfindungsgemäßen Lösungen zielen darauf ab, den schaltungstechnischen Aufwand für den Bremssteiler zu reduzieren oder ganz einzusparen und den Bremswiderstand ohne zusätzliche Leistungshalbleiter ansteuern zu können. Dazu werden nachfolgend verschiedene Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Eine Variante kann als AC-AC-Umrichter mit umpolbarer DC-Spannung bezeichnet werden. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Teilumrichter eine Umpolung der Spannung des DC-Zwischenkreises ermöglichen. Dies ist z.B. bei Stromzwischenkreis-Umrichtern und bei manchen modularen Multilevel-Umrichtern der Fall und dem Fachmann bekannt.
Bei dieser Ausführungsform wird der Bremswiderstand in Reihe mit einer Diode im Zwischenkreis angeordnet. Die Steuerung der Bremsleistung erfolgt durch die Höhe der nega- tiven Zwischenkreisspannung Ud. Das ist in Figur 3e gezeigt.
Die Schaltung umfasst die Reihenschaltung aus Bremswiderstand RB und Dioden D zwischen den beiden Polen derZwischenkreisspannung. Dazu wird die Steuerung des Bremsstellers durch Umpolen der Zwischenkreisspannung Ud und Verändern des Betrags der Zwischenkreisspannung vorgeschlagen. Eine Ausführungsform verwendet einen AC-AC-Umrichter, mit zwei Teilumrichtern und einer Bremsstellersteuerung durch unterschiedliche DC-Spannungen. Der Begriff Umrichter wird hier und nachfolgend synonym für eine Wechselrichteranordnung verwendet, insbesondere für eine Wechselrichteranordnung 200 im Sinne der Figur 2. Der Begriff Teilumrichter wird hier und nachfolgend allgemein verwendet und kann sowohl eine Wechselrich- tereinrichtung wie oder ähnlich der Wechselrichtereinrichtung 202 gemäß Figur 2 bezeichnen, als auch Teile davon, wie auch einen Gleichrichter, besonders einen Gleichrichter 214 gemäß Figur 2, und/oder wie auch einen Wechselrichter, besonders einen Wechselrichter 216 gemäß Figur 2. Es wird nun davon ausgegangen, dass der Umrichter mindestens zwei Teilumrichtern a und b aufweist, die jeweils einen Gleichspannungszwischenkreis ähnlich dem Gleichspan- nungszwischenkreis 210 gemäß Figur 2 haben (oder auch mehr als zwei Teilumrichter, dann gelten die Ausführungen entsprechend). Die Teilumrichter haben eine steuerbare DC-Zwischenkreisspannung Ud. Es ist dabei nicht notwendig, dass die Zwischenkreisspannung umgepolt werden kann. Die Zwischenkreise beider Umrichter, also hier beider Wechselrichtereinrichtungen, sind über Bremswiderstände verbunden.
Im Normalbetrieb haben beide Umrichter die gleiche Zwischenkreisspannung Ud, so dass kein Strom fließt. Im Bremsbetrieb werden unterschiedliche Zwischenkreisspannungen ein- gestellt, so dass es einen Leistungsfluss von dem Umrichter mit höherer Zwischenkreisspannung zudem mit niedrigerer Zwischenkreisspannung über die Bremswiderstände gibt. Dadurch wird ein Teil der Leistung in den Bremswiderständen in Wärme umgesetzt. Wird beiden DC-Zwischenkreisspannungen eine um 180° phasenverschobene AC-Spannung überlagert, so gleicht sich der Leistungsfluss von einem in den anderen Zwischenkreis über eine Periode dieser AC-Spannung aus und es bleibt der Leistungsumsatz im Bremswiderstand. Den Aufbau dazu zeigt Figur 3f und die sieht eine Steuerung des Bremsstellers durch Überlagerung einer phasenverschobenen AC-Spannung auf die DC- Zwischenkreisspannungen vor.
Hierbei ist die Verbindung der Zwischenkreise über Bremswiderstände in Verbindung mit einer Überlagerung einer phasenverschobenen AC-Spannung auf die DC-Spannung Uda und Udb vorgesehen.
An Stelle von zwei Widerständen kann auch nur ein Widerstand und eine niederohmige Verbindung der Zwischenkreise vorgenommen werden. Dazu zeigen Figur 3g und Figur 3h zwei Varianten. An Stelle eines Widerstands mit einer weitgehend linearen I = f(U) Charakteristik kann auch ein Varistor oder anderes Element mit einer stark nichtlinearen Charakteristik verwendet werden, also ein Widerstand mit nichtlinearer Strom-Spannungs-Kennlinie. Besonders wird eine solche Kennlinie vorgeschlagen, bei der bei geringen Unterschieden der Zwischenkreisspannungen noch kein Strom fließt, der Unterschied zwischen den Zwischenkreis- Spannungen für hohen Stromfluss und damit hohe Leistung aber nicht zu groß werden muss. In diesem Fall ist die Charakteristik also so, dass der Strom überproportional mit der Spannung, also jeweils bezogen auf die Beträge, ansteigt. Dies gilt auch für alle weiteren und vorstehenden Ausführungsformen. Wenn es aus übergeordneten Gründen vorteilhaft ist, die Teilzwischenkreise a und b im Normalbetrieb zu verbinden, kann dies über abschaltbare Leistungshalbleiter geringer Spannung erfolgen, besonders über Transistoren. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn im Normalbetrieb nur ein recht geringer Strom zwischen den Zwischenkreisen fließt. Im Bremsbetrieb werden solche Transistoren T abgeschaltet. Diese Variante ist in Figur 3i gezeigt.
Wenn aus den beiden Teilzwischenkreisen ein weiterer Verbraucher gespeist werden soll, kann dies über Abkoppeldioden erfolgen. Im Normalbetrieb erfolgt die Speisung dieses Verbrauchers aus beiden Teilzwischenkreisen, im Bremsbetrieb dadurch aus dem Teilzwi- schenkreis mit höherer Spannung. Dies zeigt Figur 3j.
Eine weitere Ausführungsform, bei der im Bremsbetrieb unterschiedliche Zwischenkreisspannungen erzeugt werden, besteht in der AC-seitigen Kopplung der Umrichter (für eine oder beide Quellen bzw. Lasten). Das zeigt Figur 3k.
Eine weitere Ausführungsform betrifft einen AC-AC-Umrichter, bestehend aus zwei Teilum- richtern, AC-seitig gekoppelt mit Bremswiderstände zwischen den DC-Zwischenkreisen, und einer Bremsstellersteuerung durch Kreisströme.
Dabei wird wiederum davon ausgegangen, dass der Umrichter aus mindestens zwei Teilumrichtern a und b besteht (oder auch mehr als zwei Teilumrichtern, dann gelten die Ausführungen entsprechend). Wenigstens ein AC-Ausgang der Umrichter ist verbunden. In- dem auf die Ausgangsspannungen der beiden Teilumrichter 1 a und 1 b bzw. 2a und 2b ein (unterschiedlicher) Offset (Common-Mode Spannung) aufmoduliert wird, entsteht eine von Null verschiedene Spannung Uab zwischen den Zwischenkreisen. Da die Zwischenkreise beider Umrichter wiederum über Bremswiderstände verbunden sind, fließt ein Kreisstrom über die Bremswiderstände. Das zeigt Figur 3I und sieht eine Steuerung des Bremsstellers durch unterschiedliche Offsetspannungen auf den Umrichterausgangsspannungen bei AC-seifig gekoppelten Umrichtern mit Bremswiderständen zwischen den DC-Zwischenkreisen vor. Der Aufbau entspricht grundsätzlich dem der Figur 3k, aber zu Figur 3I werden unterschiedliche Offsetspannungen an den AC-Ein- oder Ausgängen erzeugt, wohingegen für die Figur 3k das Erzeugen, insbesondere das direkte Erzeugen, unterschiedlicher Zwischenkreisspannungen vorgesehen war. Gemäß einer Ausführungsform können diese Varianten auch kombiniert werden. Hierfür wird somit allgemein die Verbindung der Zwischenkreise mit Bremswiderständen in Verbindung mit unterschiedlichen Offset-Spannungen für die AC-seitig gekoppelten Teilumrichter vorgeschlagen.
Dazu sieht eine Ausführungsform eine Kopplung nur auf einer AC-Seite vor, was Figur 3m zeigt.
Eine Ausführungsform mit Varistoren an Stelle linearer Widerstände ist auch hier realisierbar und wird vorgeschlagen, ebenso eine Ausführungsform zur Speisung von Zusatzverbrauchern.
Eine solche Ausführungsform mit der Möglichkeit der Speisung weiterer Verbraucher aus beiden Zwischenkreisen zeigt Figur 3n.
Eine weitere Ausführungsform betrifft einen AC-AC-Umrichter, bestehend aus zwei Teilumrichtern, DC-seitig gekoppelt mit Bremswiderständen zwischen den AC-Ausgängen, und Bremsstellersteuerung durch Kreisströme.
Dabei wird wiederum davon ausgegangen, dass der Umrichter aus mindestens zwei Teilumrichtern a und b (oder auch mehr als zwei Teilumrichtern, dann gelten die Ausführungen entsprechend) besteht. Die DC-Zwischenkreise sind verbunden. Indem auf die Ausgangsspannungen der beiden Teilumrichter 1 a und 1 b bzw. 2a und 2b ein (unterschiedlicher) Offset (Common-Mode Spannung) aufmoduliert wird, entsteht eine von Null verschiedene Spannung zwischen den AC-Ausgängen. Da die AC-Ausgänge beider Umrichter über Bremswiderstände verbunden sind, fließt ein Kreisstrom über die Bremswiderstände.
Hierfür wird allgemein ist die Verbindung der AC-Ausgänge der Umrichter mit Bremswiderständen in Verbindung mit unterschiedlichen Offset-Spannungen für die DC-seitig gekoppelten Teilumrichter vorgeschlagen.
Figur 3o veranschaulicht einen entsprechenden Aufbau mit Steuerung des Bremsstellers durch unterschiedliche Offsetspannungen auf den Umrichterausgangsspannungen bei DC- seitig gekoppelten Umrichtern mit Bremswiderständen zwischen den AC-Ausgängen.
Gemäß einer Ausführungsform können die Wderstände auch auf beiden AC-Seiten angeordnet sein. Eine weitere Ausführungsform mit Varistoren an Stelle linearer Widerstände ist auch hier realisierbar. Ebenso können die AC-seitigen Ausgänge, bei denen keine Bremswiderstände verwendet werden, gekoppelt sein.
Figur 3p zeigt eine Ausführungsform mit zusätzlicher Kopplung auf einer AC-Seite. In einer noch weiteren Ausführungsform ist der Bremswiderstand zwischen den Sternpunkten der Lasten (oder Quellen) angeordnet.
Figur 3q zeigt eine solche Ausführungsform mit Bremswiderstand zwischen den Sternpunkten der Last.
Eine weitere Ausführungsform betrifft einen AC-AC-Umrichter, bestehend aus zwei Teilum- richtern, AC-seitig gekoppelt, mit Bremswiderstände zwischen den AC-Ausgängen, und Bremsstellersteuerung durch Kreisströme.
Hierbei wird wiederum davon ausgegangen, dass der Umrichter aus mindestens zwei Teilumrichtern a und b (oder auch mehr als zwei Teilumrichtern, dann gelten die Ausführungen entsprechend) besteht. Die AC-Ausgänge eines Teilumrichters sind verbunden. Indem auf die Ausgangsspannungen der beiden Teilumrichter 1 a und 1 b bzw. 2a und 2b ein (unterschiedlicher) Offset (Common-Mode Spannung) aufmoduliert wird, entsteht eine von Null verschiedene Spannung zwischen den AC-Ausgängen des anderen Teilumrichters. Da die AC-Ausgänge dieser beiden Teilumrichter über Bremswiderstände verbunden sind, fließt ein Kreisstrom über die Bremswiderstände. Somit wird die Verbindung der AC-Ausgänge der einen Teilumrichter mit Bremswiderständen in Verbindung mit unterschiedlichen Offset-Spannungen für die auf der anderen AC- Seite gekoppelten Teilumrichter vorgeschlagen.
Figur 3r zeigt einen solchen Aufbau mit Steuerung des Bremsstellers durch unterschiedliche Offsetspannungen auf den Umrichterausgangsspannungen bei Kopplung auf einer AC-Seite mit Bremswiderständen zwischen den Ausgängen der anderen AC-Seite.
Eine Ausführungsform mit Varistoren an Stelle linearer Wderstände ist auch hier realisierbar. Eine weitere Ausführungsform betrifft einen AC-AC-Umrichter, mit Bremswiderstand am Sternpunkt der Last.
Hierbei ist der Bremswiderstand zwischen dem Sternpunkt der Last und dem Mittelpunkt des Zwischenkreises angeschlossen. Durch eine Common-Mode Spannung auf der AC- Ausgangsspannung, wird ein Strom durch den Bremswiderstand, allerdings auch ein Com- mon-Mode Strom durch die Last (oder Quelle) hervorgerufen.
Figur 3s und Figur 3t zeigen je eine Variante eines Aufbaus mit Bremswiderstand zwischen Sternpunkt der Last und Mittelpunkt oder anderem Anschlusspunkt des Zwischenkreises.
Eine weitere Ausführungsform betrifft einen DC-AC-Umrichter, bestehend aus zwei Tei- lumrichtern, DC-seitig gekoppelt, mit Bremswiderständen zwischen den AC-Ausgängen, und einer Bremsstellersteuerung durch Kreisströme.
Diese Ausführungsform betrachtet einen DC-AC-Umrichter. Es wird davon ausgegangen, dass der Umrichter aus mindestens zwei Teilumrichtern a und b (oder auch mehr als zwei Teilumrichtern, dann gelten die Ausführungen entsprechend) besteht. Die DC-Seiten der Teilumrichter sind verbunden. Indem auf die AC-Ausgangsspannungen der beiden Teilumrichter a und b ein (unterschiedlicher) Offset (Common-Mode Spannung) aufmoduliert wird, entsteht eine von Null verschiedene Spannung zwischen den AC-Ausgängen. Da die AC- Ausgänge beider Teilumrichter über Bremswiderstände verbunden sind, fließt ein Kreisstrom über die Bremswiderstände. Diese Ausführungsform schlägt somit eine Verbindung der AC-Ausgänge der Umrichter mit Bremswiderständen in Verbindung mit unterschiedlichen Offset-Spannungen für die DC-seitig gekoppelten Teilumrichter vor.
Eine Ausführungsform mit Varistoren an Stelle linearer Widerstände ist auch hier realisierbar. Figur 3u zeigt einen solchen Aufbau mit Steuerung des Bremsstellers durch unterschiedliche Offsetspannungen auf den Umrichterausgangsspannungen bei DC-seitig gekoppelten Umrichtern mit Bremswiderständen zwischen den AC-Ausgängen. Eine weitere Ausführungsform betrifft einen DC-AC-Umrichter, bestehend aus zwei Teilumrichtern, AC-seitig gekoppelt, mit Bremswiderständen zwischen den DC-Ausgängen, und einer Bremsstellersteuerung durch Kreisströme.
Diese Ausführungsform betrachtet wiederum einen DC-AC-Umrichter. Es wird davon aus- gegangen, dass der Umrichter aus mindestens zwei Teilumrichtern a und b (oder auch mehr als zwei Teilumrichtern, dann gelten die Ausführungen entsprechend) besteht. Die AC-Ausgänge der Teilumrichter sind verbunden. Indem auf die AC-Ausgangsspannungen der beiden Teilumrichter a und b ein (unterschiedlicher) Offset (Common-Mode Spannung) aufmoduliert wird, entsteht eine von Null verschiedene Spannung zwischen den DC- Ausgängen. Da die DC-Ausgänge beider Teilumrichter über Bremswiderstände verbunden sind, fließt ein Kreisstrom über die Bremswiderstände.
Es wird somit eine Verbindung der DC-Ausgänge der Umrichter mit Bremswiderständen in Verbindung mit unterschiedlichen Offset-Spannungen für die AC-seitig gekoppelten Teilumrichter vorgeschlagen. Eine Ausführungsform mit Varistoren an Stelle linearer Widerstände ist auch hier realisierbar, ebenso eine Ausführungsform zur Speisung von Zusatzverbrauchern.
Figur 3v zeigt einen Aufbau mit Steuerung des Bremsstellers durch unterschiedliche Offsetspannungen auf den Umrichterausgangsspannungen bei AC-seifig gekoppelten Umrichtern mit Bremswiderständen zwischen den DC-Ausgängen. Figur 3w zeigt dazu eine Ausführungsform mit der Möglichkeit der Speisung weiterer Verbraucher aus beiden DC-Ausgängen.

Claims

Ansprüche
Verfahren zum Erzeugen wenigstens einer Wechselspannung mittels wenigstens einer Wechselrichtereinrichtung (202), und die Wechselrichtereinrichtung (202) umfasst jeweils
wenigstens einen Spannungseingang (206) zum Anlegen einer Eingangsspannung,
wenigstens einen Spannungsausgang (208) zum Abgeben einer Ausgangsspannung und
wenigstens einen Gleichspannungszwischenkreis (210) zum Bereitstellen einer Zwischenkreisspannung,
und das Verfahren umfasst
Steuern einer Wechselspannung am Spannungsausgang (208) zum Abgeben eines ersten Teils einer Eingangsleistung als Nutzleistung, oder zum Empfangen der Eingangsleistung oder eines Teils davon, und
Verändern einer Systemspannung der Wechselrichtereinrichtung (202) so, dass wenigstens ein Ausgleichsstrom über wenigstens einen Lastwiderstand fließt, um dadurch an dem wenigstens einen Lastwiderstand einen zweiten Teil der Eingangsleistung oder die gesamte Eingangsleistung als Überschussleistung abzugeben.
Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
als Systemspannung die Eingangsspannung, die Ausgangsspannung und/oder die Zwischenkreisspannung verändert wird, insbesondere, dass wenigstens ein Gleichspannungsanteil verändert oder in Bezug auf ein Bezugspotential, insbesondere Erdpotential, aufmoduliert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der wenigstens eine Gleichspannungszwischenkreis (210)
zwei Pole aufweist und
wenigstens einen der Lastwiderstände mit einem dazu in Reihe geschalteten Gleichrichtmittel, insbesondere Diode, als Reihenschaltung aufweist, wobei
die Reihenschaltung zwischen den beiden Polen angeordnet ist, und dass das Verändern der Systemspannung so erfolgt, dass die Zwischenkreisspannung in ihrer Richtung umgekehrt wird, so dass das Gleichrichtmittel für sie leitend wird und dadurch der wenigstens eine Ausgleichsstrom über das Gleichrichtmittel und den wenigstens einen Lastwiderstand fließt. 4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Überschussleistung in ihrer Höhe gesteuert wird durch
Steuern einer Dauer der Spannungsumkehr und/oder
Steuern einer Höhe der in ihrer Richtung umgekehrten Zwischenkreisspan- nung.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens zwei zueinander parallel geschaltete Wechselrichtereinrichtungen (202) vorgesehen sind und
- die wenigstens zwei Wechselrichtereinrichtungen (202) über wenigstens einen der Lastwiderstände verbunden sind und
Systemspannungen der wenigstens zwei Wechselrichtereinrichtungen (202) so unterschiedlich zu einander verändert werden, dass wenigstens ein Ausgleichsstrom zwischen den Wechselrichtereinrichtungen (202) über den we- nigstens einen Lastwiderstand fließt.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
mehrere zueinander parallelgeschaltete Wechselrichtereinrichtungen (202) vorgesehen sind, die jeweils einen der Gleichspannungszwischenkreise (210) aufweisen,
die Gleichspannungszwischenkreise (210) über den wenigstens einen Lastwiderstand verbunden sind, und
wenigstens eine der Wechselrichtereinrichtungen (202) in einem allgemeinen Spannungspotential in Bezug auf ein Bezugspotential so angehoben und/oder abgesenkt wird, dass sich ein Ausgleichsstrom über den wenigstens einen
Lastwiderstand einstellt, insbesondere, dass die Gleichspannungszwischenkreise (210) in ihrem Spannungspotential in Bezug auf ein Bezugspotential so eingestellt werden, dass sie zueinander einen Spannungsunterschied aufweisen, der zu einem Ausgleichsstrom über den wenigstens einen Lastwiderstand führt und/oder dass
- die Wechselrichtereinrichtungen (202) jeweils einen Spannungseingang (206) als Wechselspannungseingang aufweisen und an wenigstens einem der Wechselspannungseingänge ein Spannungssignal aufmoduliert wird, so dass sich eine mittlere Spannungsverschiebung in Bezug auf das Bezugspotential einstellt, so dass ein Ausgleichsstrom resultiert, der u.a. über den Lastwider- stand fließt, und/oder dass
die Wechselrichtereinrichtungen (202) jeweils einen Spannungsausgang (208) als Wechselspannungsausgang aufweisen und an wenigstens einem der Wechselspannungsausgänge ein Spannungssignal aufmoduliert wird, so dass sich eine mittlere Spannungsverschiebung in Bezug auf das Bezugspo- tential einstellt, so dass ein Ausgleichsstrom resultiert, der u.a. über den Lastwiderstand fließt, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Wechselrichtereinrichtungen (202) jeweils ihren Gleichspannungszwischenkreis (210) als Spannungseingang (206) aufweisen.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
mehrere zueinander parallelgeschaltete Wechselrichtereinrichtungen (202) vorgesehen sind, die jeweils einen Spannungseingang (206) als Wechselspannungseingang aufweisen,
die Wechselspannungseingänge über den wenigstens einen Lastwiderstand verbunden sind, und
an wenigstens einem der Wechselspannungseingänge ein Spannungssignal aufmoduliert wird, so dass sich eine mittlere Spannungsverschiebung in Bezug auf das Bezugspotential einstellt, so dass ein Ausgleichsstrom resultiert, der über den wenigstens einen Lastwiderstand fließt. 8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wechselrichtereinrichtungen (202) so an ihren Gleichspannungszwi- schenkreisen (210) untereinander verschaltet sind, dass der Ausgleichsstrom oder ein Teil davon im Bereich der Gleichspannungszwischenkreise (210) zurückfließt und/oder
die Wechselrichtereinrichtungen (202) so an ihren Spannungsausgängen (208) untereinander verschaltet sind, dass der Ausgleichsstrom oder ein Teil davon im Bereich der Spannungsausgänge (208) zurückfließt.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Wechselrichtereinrichtung (202) mit einem einen Sternpunkt aufweisenden Erzeuger und/oder Verbraucher verschaltet ist, - der wenigstens eine Lastwiderstand zwischen dem Sternpunkt und einem Anschlusspunkt des Gleichspannungszwischenkreises (210) verschaltet ist, und ein Spannungspotential so verändert wird, dass sich ein Ausgleichsstrom über den Lastwiderstand, den Sternpunkt und den Erzeuger bzw. Verbraucher einstellt, insbesondere so, dass
- jeweils an einem als Wechselspannungseingang ausgebildeten Spannungseingang ein Spannungssignal aufmoduliert wird, so dass sich eine mittlere Spannungsverschiebung in Bezug auf das Bezugspotential einstellt, so dass ein Ausgleichsstrom resultiert, der über den wenigstens einen Lastwiderstand fließt. 10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens zwei Wechselrichtereinrichtungen (202) zueinander parallelgeschaltet sind und jeweils mit einem einen Sternpunkt aufweisenden Erzeuger und/oder Verbraucher verschaltet sind,
- der wenigstens eine Lastwiderstand zwischen den Sternpunkten verschaltet ist, und
ein Spannungspotential so verändert wird, dass sich ein Ausgleichsstrom über den Lastwiderstand, den Sternpunkt und den Erzeuger bzw. Verbraucher einstellt, insbesondere so, dass
- an wenigstens einem der als Wechselspannungseingänge ausgebildeten
Spannungseingänge ein Spannungssignal aufmoduliert wird, so dass sich eine mittlere Spannungsverschiebung in Bezug auf das Bezugspotential einstellt, so dass ein Ausgleichsstrom resultiert, der über den wenigstens einen Lastwiderstand zwischen den Sternpunkten fließt. 1 1 . Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens zwei Wechselrichtereinrichtungen (202) vorgesehen sind, die jeweils ihren Gleichspannungszwischenkreis (210) als Spannungseingang (206) aufweisen, und
zueinander parallel verschaltet sind, wobei
ihre Gleichspannungszwischenkreise (210) parallel verschaltet sind und ihre Spannungsausgänge (208) über wenigstens einen Lastwiderstand verbunden sind, wobei
- an wenigstens einem der als Wechselspannungsausgänge ausgebildeten
Spannungsausgängen (208) ein Spannungssignal aufmoduliert wird, so dass sich eine mittlere Spannungsverschiebung in Bezug auf das Bezugspotential einstellt, so dass ein Ausgleichsstrom resultiert, der über den wenigstens einen Lastwiderstand zwischen den Wechselspannungsausgängen fließt. 12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei mehreren zueinander parallel geschalteten Wechselrichtereinrichtungen (202), wenn
diese Wechselrichtereinrichtungen (202) jeweils einen Wechselspannungs- ausgang als Spannungsausgang (208) aufweisen, und
am Wechselspannungsausgang jeweils eine Ausgangsspannung durch ein durch Schalter gepulstes Signal erzeugt oder beeinflusst wird, ein Differenzpotential zwischen den Wechselspannungsausgängen dadurch erzeugt wird, dass jeweils die Schalter der jeweiligen Wechselrichteraus- gänge mit unterschiedlichen Schaltzeiten, zumindest zueinander verschobenen Schaltzeiten angesteuert werden, wobei
das Differenzpotential zu einem Ausgleichsstrom durch einen Lastwiderstand führt.
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Anpassen der Systemspannung, insbesondere das Anpassen der Eingangsspannung, Ausgangsspannung und/oder Zwischenkreisspannung, in Bezug auf Spannungshöhe und/oder Aufteilung zwischen den Wechselrich- tereinrichtungen (202) zeitlich variiert wird, insbesondere so, dass die Wechselrichtereinrichtungen (202) im zeitlichen Mittel durch die Ausgleichsströme im Wesentlichen gleich belastet werden und/oder dass
bei der Veränderung der Systemspannung nur einer oder einiger Wechsel- richtereinrichtungen (202) nach einem vorbestimmten Kriterium, insbesondere nach einer vorbestimmten Zeit, die Veränderung der Systemspannung zu wenigstens einer weiteren Wechselrichtereinrichtung (202) wechselt, so dass die Veränderung der Systemspannung im Mittel, aber nicht zeitgleich, auf allen Wechselrichtereinrichtungen (202) durchgeführt wird. 14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
für den Fall, dass wenigstens zwei Wechselrichtereinrichtungen (202) zueinander parallelgeschaltet sind,
wenigstens ein von einem Gleichspannungszwischenkreis (210) zu versor- gender Zusatzverbraucher über Gleichrichtmittel zwischen den mehreren
Gleichspannungszwischenkreisen (210) der Wechselrichtereinrichtungen (202) verschaltet ist, so dass der Zusatzverbraucher jeweils wirksam zwischen einem höchsten und/oder niedrigsten Spannungspotential der Gleich- spannungszwischenkreise (210) angeschlossen ist. 15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Lastwiderstand als Widerstand mit nichtlinearer Strom-Spannungs-Kennlinie ausgebildet ist.
16. Wechselrichteranordnung (200) mit wenigstens einer Wechselrichtereinrichtung (202) zum Erzeugen wenigstens einer Wechselspannung, und die Wechselrichtereinrichtung (202) umfasst jeweils
wenigstens einen Spannungseingang (206) zum Anlegen einer Eingangsspannung,
wenigstens einen Spannungsausgang (208) zum Abgeben einer Ausgangs- Spannung,
wenigstens einen Gleichspannungszwischenkreis (210) zum Bereitstellen einer Zwischenkreisspannung,
wenigstens einen Lastwiderstand zum Aufnehmen eines Ausgleichsstromes und eine Steuereinrichtung (220) zum Ansteuern der Wechselrichtereinrichtung (202) und die Steuereinrichtung (220) ist vorbereitet zum
Steuern einer Wechselspannung am Spannungsausgang (208) zum Abgeben eines ersten Teils einer Eingangsleistung als Nutzleistung, oder zum Empfan- gen der Eingangsleistung oder eines Teils davon, und
Verändern einer Systemspannung der Wechselrichtereinrichtung (202) so, dass wenigstens ein Ausgleichsstrom über wenigstens einen Lastwiderstand fließt, um dadurch an dem wenigstens einen Lastwiderstand einen zweiten Teil der Eingangsleistung oder die gesamte Eingangsleistung als Überschuss- leistung abzugeben.
17. Wechselrichteranordnung nach Anspruch 16, umfassend
wenigstens zwei Wechselrichtereinrichtungen (202) mit jeweils einer Steuereinrichtung (220) und
eine Zentralsteuerung (222) zum Koordinieren der Steuereinheiten. 18. Wechselrichteranordnung (200) nach Anspruch 16 oder 17,
dadurch gekennzeichnet, dass
jede Steuereinrichtung (220) und/oder
die Zentralsteuerung (222)
dazu vorbereitet sind, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15 auszufüh- ren, und/oder dass
der Lastwiderstand als Widerstand mit nichtlinearer Strom-Spannungs-Kenn- linie ausgebildet ist.
19. Windenergieanlage (100) mit wenigstens einer Wechselrichteranordnung (200) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die Windenergieanlage (100) dazu vor- bereitet ist, mittels der Wechselrichteranordnung (200) elektrische Leistung in ein elektrisches Versorgungsnetz einzuspeisen und bei Bedarf Leistung als Überschussleistung durch wenigstens einen Ausgleichstrom in wenigstens einem Lastwiderstand abzugeben, insbesondere durch Verändern wenigstens einer Systemspannung wenigstens einer der Wechselrichtereinrichtungen (202).
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