WO2013000522A1 - Kondensatoranordnung für einen zwischenkreis eines spannungswandlers - Google Patents

Kondensatoranordnung für einen zwischenkreis eines spannungswandlers Download PDF

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Burkard Müller
Jens Friebe
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Sma Solar Technology Ag
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Definitions

  • the invention relates to a capacitor arrangement for an input or intermediate circuit of a voltage converter and a voltage converter and an operating method for a voltage converter.
  • Voltage transformers are used to convert an input voltage into an output voltage. Input and output voltage can differ in terms of their height as well as their voltage type, ie DC voltage (DC - direct current) or AC voltage (AC - alternating current). As a voltage transformer in the context of the application are thus in particular
  • DC-DC converter hereinafter also referred to as DC / DC converter and inverter bridges, hereinafter referred to as DC / AC converter to understand.
  • Inverters which are used for example in a photovoltaic system, a fuel cell system or battery-powered backup power systems in a local power grid, have as an output stage at least one DC / AC converter, which may be preceded by a DC / DC converter as an input stage.
  • an upstream DC / DC converter usually serves to increase the voltage variation range at the input of the inverter.
  • the input voltage applied to the inverter changes if the operating point of photovoltaic modules of the photovoltaic system is varied depending on irradiation and load.
  • the voltage of a current source supplying a voltage transformer is not constant. For example, it changes in a photovoltaic system when irradiation and load-dependent, the operating point of photovoltaic modules of the photovoltaic system varies.
  • the battery voltage as the input voltage of a voltage transformer depends on the load being transferred and the state of charge of the battery.
  • the cell voltage of a fuel cell varies as input voltage of a voltage transformer, especially in the low load range to a special extent.
  • many types of PV modules, fuel cells or batteries can be connected to a voltage converter in many cases, so that the largest possible input voltage range of the converter allows the greatest possible flexibility.
  • Voltage transformers usually do not load the current source connected to their input continuously.
  • a non-continuous power flow in the case of an emitted alternating current is the cause or also a pulsed switching of power semiconductor switches in the voltage converter.
  • a capacitor arrangement is usually provided at the input of a voltage converter. In the simplest case, this consists of a capacitor connected in parallel with the input of the voltage converter. When such a capacitor arrangement is positioned between two voltage transformers in a multi-voltage converter arrangement, it is usually referred to as a DC link capacitor arrangement.
  • the circuit in which the capacitor arrangement is arranged is generally referred to as the intermediate circuit, following the usual terminology.
  • the capacitance of the capacitor arrangement is selected as a function of the height of the maximum tolerable voltage dips during the non-continuous current drain (voltage ripple), operating parameters, the topology of the voltage converter and in particular the minimum voltage at maximum energy conversion.
  • input and DC link capacitors with a capacity of a few millifarads are not uncommon for the voltage transformers.
  • the voltages applied to the capacitor arrays are in the range of 1000 volts or above. Capacitors of such capacity and withstand voltage are large and heavy. In addition, they are expensive and may be insufficiently available. If at desired capacity Capacitors with the required dielectric strength are not available, it is known to connect two capacitors with lower dielectric strength in series.
  • the two capacitors are then each half of the voltage applied to the series connection of both capacitors. Due to component tolerances, however, different capacitors differ in their properties, for example with respect to their internal resistance and their leakage current. As a result, different voltages can occur at the two series-connected capacitors during operation, which reduces the overall usable voltage range. To adjust the voltages, it is known to bring the center tap between the two capacitors via a resistance bridge or via a bridge with active switching elements to a potential that lies exactly between the potentials at the terminals of the capacitor arrangement. In the series connection of the capacitors, however, the total capacitance of the capacitor arrangement decreases to a value which is only half the capacitance of one of the capacitors.
  • a capacitor arrangement for an input circuit or intermediate circuit of a voltage converter has at least two capacitors, wherein switching devices are provided, through which the at least two capacitor banks are provided. connected in parallel in a first operating state and in a second operating state connected in series with the connection node.
  • the energy content increases quadratically with the voltage. Accordingly, the magnitude of voltage drops at a power draw from a capacitor of a given capacitance is less at a higher voltage than at a lower voltage. Conversely, this means that at higher voltages only smaller capacitances are required in the DC link than at lower voltages to prevent the voltage from breaking in excess of a certain level.
  • the invention makes use of this knowledge by the capacitor arrangement being formed by a parallel or, alternatively, a series connection of the two capacitors by the switching devices provided.
  • the capacitor arrangement being formed by a parallel or, alternatively, a series connection of the two capacitors by the switching devices provided.
  • the switching elements are arranged and designed such that in a third operating state, an inflow of charge into the at least two capacitors is prevented.
  • the capacitor arrangement can thus be exposed to voltages which are still above the maximum voltage in the case of a series connection of the two capacitors. When no more charge is taken from the capacitors, they effectively do not provide capacitance for the input or DC link. Nevertheless, the third operating state can be advantageously used if a high voltage is present in the input or intermediate circuit, but no or only small currents flow. By effectively isolating the capacitors from the input or DC link in this voltage range, they may be rated for less than the maximum voltage without affecting the functionality of the voltage converter or that of the current source and voltage converter system.
  • a voltage transformer arrangement which comprises in particular a DC / DC converter and / or a DC / AC converter for a photovoltaic system, is characterized in that it has such a capacitor arrangement in an input, output or DC circuit.
  • the resulting advantages of the voltage converter arrangement correspond to the advantages mentioned in connection with the capacitor arrangement.
  • one DC / DC converter is assigned to one of the capacitors of the capacitor arrangement.
  • each of the DC / DC converters assigned to the capacitors particularly preferably has two series-connected semiconductor switching elements, wherein at least one of the two series-connected semiconductor switching elements can be actively switched.
  • semiconductor switching elements with a lower dielectric strength can be used within the voltage converter arrangement.
  • a method according to the invention for operating such a voltage converter arrangement is characterized in that, depending on a voltage applied to the connection node of the capacitor arrangement, the at least two capacitors are connected in series either in the first operating state in parallel or in the second operating state.
  • the resulting advantages of the operating method correspond to the advantages mentioned in connection with the capacitor arrangement.
  • the first operating state is assumed when the voltage applied to the connection node voltage is smaller than a predetermined first threshold voltage.
  • the second operating state is assumed when the voltage is greater than the first threshold voltage.
  • the change of the operating state with a switching hysteresis be provided, in which the operating state is maintained in a hysteresis around the first threshold voltage, and only when leaving the band, if necessary, a change of the operating state is triggered.
  • a third operating state is provided in which the at least two capacitors are decoupled from the input or intermediate circuit in such a way that no charge inflow into the capacitors takes place.
  • the first operating state is then preferably assumed when the voltage applied to the connection node is less than a predefined first threshold voltage, the second operating state is assumed to be greater than the first threshold voltage and less than a second threshold voltage, and the third operating state is assumed, if it is greater than the second threshold voltage, the second threshold voltage being greater than the first threshold voltage.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a PV system in a first exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a representation of PV current and PV power as a function of a PV voltage and with the PV voltage correlated operating states of a capacitor arrangement
  • FIG. 3 is a flowchart of an operation method for a capacitor arrangement
  • 4 is a more detailed schematic representation of a PV system in a second embodiment
  • Fig. 5-7 are schematic representations of voltage transformers with associated capacitor arrays and
  • FIG. 1 shows a PV system 7 in a schematic representation.
  • the PV system has a PV generator 1, which provides at its outputs electrical power in the form of direct current at a photovoltaic output voltage Upv, abbreviated as PV voltage Upv provides.
  • the PV generator 1 in FIG. 1 is symbolized by the switching symbol of a single photovoltaic cell.
  • the PV generator 1 may be a single PV module having a plurality of cells, or an interconnection of a plurality of PV modules, in particular in a series connection to a string or a plurality parallel strings, act.
  • the PV generator 1 is connected by means of DC cables to a capacitor arrangement 10, which is arranged with two connection nodes 1 1, 12 parallel to an input of an inverter 20.
  • the capacitor arrangement 10 is thus arranged in a (DC) input circuit of the inverter 20.
  • a capacitor arrangement 10 may alternatively or additionally be provided at the output of the DC / DC converter in a so-called DC link.
  • the circuit in which the capacitor arrangement is generalized becomes generalized 10 is arranged, following the usual terminology referred to as a DC link.
  • the voltage applied to the capacitor arrangement 10 between the connection nodes 11 and 12 is referred to below as the intermediate circuit voltage Uzw. It corresponds in the present embodiment of FIG. 1, apart from line losses in the DC voltage lines substantially the photovoltaic voltage Upv.
  • the capacitor arrangement comprises two capacitors 13, 14, which via
  • each of the capacitors 13, 14 is connected to one of the connection nodes 1 1, 12 in each case with one of its connections.
  • the respective other terminal of each capacitor 13, 14 is connected on the one hand via one of the switching elements 16, 17 to the respective other terminal node 12 and 1 1 and on the other these other terminals of the capacitors 13, 14 via the switching member 15 are interconnected ,
  • the capacitors 13, 14 are used for smoothing the intermediate circuit voltage Uzw in a non-continuous current drain through the inverter 20th
  • the capacitor assembly 10 may be implemented as a separate unit, or may be integrated into the inverter 20. Furthermore, a control device 2 is provided, which controls both the switching elements 15-17 of the capacitor arrangement 10 and the inverter 20 in the illustrated embodiment. As shown by the dashed extension of the inverter 20 down, the control device 2 may be advantageously integrated in the inverter 20. Details of the function of the switching elements 15- 17 of the capacitor arrangement 10 are explained below in connection with the operating method shown in FIG.
  • the inverter 20 is connected via AC outputs to a single- or multi-phase power supply network 3.
  • the power supply network 3 may be a public utility network or a private utility network (island operation).
  • the inverter 20 with only two AC outputs designed for a single-phase feeding into the power grid 3. It is understood that a different than the illustrated single-phase design of the inverter 20 is possible, for example, a three-phase design.
  • Fig. 1 shows only the essential in the context of the application elements of the PV system.
  • switching devices e.g., isolators
  • filters e.g., sine-wave filters
  • network monitors e.g., network monitors
  • transformers e.g., transformers
  • elements not shown here e.g. Safety devices or switching devices, e.g. Switch-disconnector, DC contactors, be arranged.
  • FIGS. 2 and 3 a method for operating a capacitor arrangement in a PV system is shown with reference to FIGS. 2 and 3, as can be carried out, for example, within the PV system shown in FIG.
  • the reference numerals used here refer by way of example to the embodiment shown in Figure 1. Based on FIG. 2, the basic features of the method will first be clarified.
  • PV voltage Upv is given relative to a maximum voltage of the PV generator, which is also referred to as open circuit voltage. In the case of the PV system 7 shown in FIG. 1, it corresponds to the maximum voltage in the intermediate circuit, which is referred to below as Umax.
  • Umax the maximum voltage in the intermediate circuit
  • the voltage range of the PV voltage Upv is subdivided into three voltage ranges by dashed lines at a first and a second threshold voltage U1 or U2, wherein an operating state I, II or III of the capacitor arrangement 10 is associated with each of these voltage ranges is. It is assumed that the intermediate circuit voltage Uzw corresponds to the specified PV voltage Upv.
  • switching states of the switching elements 16 and 17 (top) and the switching element 15 (bottom) are shown, which serve to set the respective operating state I, II or III.
  • In the switching states is a zero for an open and a one for a closed switching element 15-17.
  • the assignment of the switching states to the voltage ranges is shown only as an example, the switching limits can be selected at other voltages or even overlap the voltage ranges if a hysteresis-based control method is selected.
  • the switching member 15 is opened and the switching members 16 and 17 are closed.
  • the two capacitors 13 and 14 connected in parallel with the connection nodes 1 1 and 12 are connected. Between the connection nodes, a total capacity is formed, which corresponds to the sum of the individual capacitances of the capacitors 13 and 14. For the following it is assumed that both capacitors 13, 14 have the same capacitance C and a same maximum operating voltage at their terminals Uc, also called dielectric strength.
  • the capacitor arrangement 10 then has a capacitance of 2-C and a maximum operating voltage Uc at its connection node 1 1, 12.
  • the switching elements 16 and 17 are opened and the switching member 15 is closed.
  • the capacitor arrangement 10 In this operating state II, the two capacitors 13 and 14 connected in series with the connection nodes 1 1 and 12 are connected. In the second operating state II, the capacitor arrangement 10 then has a capacitance of 0.5-C at a maximum operating voltage of 2-Uc at its connection node 1 1, 12.
  • the switching elements 15, 16 and 17 are opened.
  • the two capacitors 13 and 14 are decoupled from the terminal nodes 1 1 and 12 in terms of voltage.
  • the maximum operating voltage is determined only by the dielectric strength of the switching elements 15-17, however, no capacitance is provided at the connection node 1 1, 12 by the capacitor arrangement 10.
  • the first operating state I in which the highest PV current Ipv is present, provides the highest capacity for buffering the intermediate circuit voltage Uzw
  • the second operating state II in which the PV Current Ipv is less, although only a smaller capacity is provided, but the capacitor assembly 10 has a higher dielectric strength.
  • the third operating state III is finally occupied in a voltage range in which typically no or only a small current drain takes place.
  • PV generators are usually operated by a so-called MPP (Maximum Power Point) tracking device, also called MPP tracker, at a maximum power operating point. Under normal feed-in operating conditions of the PV generator, this is typically in a range of 30% to 80% of the open circuit voltage. The transitions between the operating states I and II or II and III are given in the example shown at 40% and 80%. Thus, in feed-in operation, that is to say when the PV generator 1 supplies a significant PV current Ipv, the capacitor arrangement 10 is operated in one of the operating states I or II, in which the capacitor arrangement 10 provides a capacitance.
  • MPP Maximum Power Point
  • FIG. 3 shows an operating method for setting operating states for a capacitor arrangement in a flow chart.
  • a first step S1 the third operating state III is initially set.
  • a second step S2 the intermediate circuit voltage Uzw applied to the node 1 1, 12 of the capacitor arrangement 10 is measured.
  • The- It can be made via appropriate taps by the controller 2. It is also conceivable that a measurement is performed by the inverter 20, wherein the measurement result is passed on in a suitable form to the control device 2.
  • the measured intermediate circuit voltage Uzw is then compared in a following step S3 with the second threshold voltage U2. If the intermediate circuit voltage is greater than the second threshold voltage, the method branches back to step S1, in which the third operating state III is set and the intermediate circuit voltage is measured again in the following step S2.
  • step S3 If it has been determined in step S3 that the intermediate circuit voltage Uzw is not greater than the second threshold value U2, the method is continued in a step S4, in which the measured intermediate circuit voltage Uzw is compared with the first threshold value U1. If the intermediate circuit voltage Uzw is greater than the first threshold value U1, the process branches to a step S5, otherwise to a step S6.
  • step S5 the second operating state II is set by opening the switching elements 16 and 17 and by subsequent closing of the switching element 15, in which the capacitors 13, 14 are connected in series.
  • the switching device 15 for producing the series connection of the capacitors Charging or discharging currents through the capacitors 13, 14 come.
  • the switching element 15 can be initially pulsed with short cycle times, in order to enable a slow adaptation of the voltage of the capacitors 13, 14 to the prevailing intermediate circuit voltage Uzw.
  • a resistor not shown in FIG. 1, can first be used to connect the capacitors 13, 14 for a certain period of time, after the period of time has elapsed from the switching element 15 is bridged.
  • the switching element 15 can by appropriate control of this switching element itself represent the resistance (resistive linear operation of the switching element). While the capacitor assembly 19 is in the operating state II, can be provided in addition, by pulsed driving on demand of the switching elements 16, 17 or by adjusting a linear operation of the switching elements 16, 17 to use these switching elements to possibly adjusting, divergent voltages to the Capacitors 13, 14 compensate such that both are charged as possible at any time to a same voltage level.
  • step S6 by opening the switching element 15 and subsequently closing the switching elements 16, 17, the first operating state I, in which the capacitors 13, 14 are connected in parallel, is set.
  • large equalizing currents can flow, both from the capacitor arrangement 10 to the inverter 20 and to the PV generator 1, as well as between the capacitors 13 and 14, if they have different voltage levels before the parallel connection.
  • a different voltage level of the capacitors 13, 14 can preferably be prevented by a corresponding operation control in the second operating state II.
  • a switchover from the first operating state I to the second operating state II with respect to the switching from the second operating state II to the first operating state I occurs only at an intermediate circuit voltage Uzw which is increased by a hysteresis bandwidth compared to the first threshold voltage U1.
  • a switchover from the second operating state II to the third operating state III with respect to the switchover from the third operating state III to the second operating state II likewise takes place at an intermediate circuit voltage which is increased compared to the second threshold voltage U2 by a hysteresis bandwidth (possibly to the previously mentioned different one) uzw.
  • a hysteresis bandwidth possibly to the previously mentioned different one
  • operating state III is optional for an operating method according to the application.
  • An operating method according to the application can also be implemented with only two operating states, the first operating state I and the second operating state II, in which case only the first threshold voltage U1 is relevant, which is preferably set at half the maximum intermediate circuit voltage Umax, again Hysteresis can be used for switching from one to the other operating state.
  • FIG. 4 shows a PV system 7 similar to that shown in FIG. 1 in a more detailed schematic representation. Identical or equivalent elements are given the same reference numerals in this as in the following figures, as in the preceding figures.
  • the PV system 7 in turn has a PV generator 1, which is coupled via a capacitor arrangement 10 with an inverter 20, whose output side is coupled to a power supply network 3.
  • a filter 6 is provided for signal shaping, which has a capacitor and a throttle here.
  • a control device 2 as in Fig. 1 is not shown for reasons of clarity in this and the following embodiments.
  • the switching devices 15-17 of the capacitor arrangement 10 are realized in the present case by MOSFETs (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors).
  • MOSFETs Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors
  • the switching elements 15-17 are also possible.
  • the switching elements 15-17 may also be electromagnetic switches such as relays or contactors.
  • the switching elements 15-17 can also be partially realized as passive switching elements by diodes.
  • the inverter 20 is formed by a combination of an upstream DC / DC converter 21 and an inverter bridge 23.
  • the upstream DC / DC converter 21 serves to increase the input voltage range of the inverter 20 at a predetermined, constant output voltage. It is controlled by an active semiconductor switching element 21 1 (in the present case a MOSFET transistor), a diode 212 as a passive semiconductor element. terschaltelement, a throttle 213 and optionally an input capacitor 214 is formed.
  • inverter bridge 23 four semiconductor switching elements 231 to 234 are used in a known H-bridge circuit.
  • FIGS. 5 to 7 schematically show, as block diagrams, various arrangements of a combination of one or more capacitor arrangements with voltage transformers.
  • FIG. 5 has two DC / DC voltage transformers 21, 22, which may be part of an inverter 20, for example. It should be noted, however, that the illustrated combinations of capacitor arrangement and voltage transformers can be used not only in an inverter but also within DC voltage converters.
  • the DC / DC converters 21, 22 are connected with their input terminals in each case directly parallel to one of the capacitors 13, 14 of the capacitor arrangement 10. Each one of the input terminals of the DC / DC converter 21, 22 is thus connected to a terminal node 1 1 and 12, whereas the other terminal on each side of the switching element 15, the capacitor assembly 10 contacted. On the output side, in each case one connection of the DC / DC converters 21, 22 is connected in the same way to the switching element 15, whereas the other two connections represent the output nodes of the arrangement.
  • the dielectric strength of the DC / DC converters 21, 22 can also be lower than that of the maximum to the connection node, analogously to that of the capacitors 13, 14 1 1, 12 applied intermediate circuit voltage Uzw be selected.
  • the advantage with regard to the dimensioning of the capacitors 13, 14 by the interconnection of the capacitors 13, 14 via the switching elements 15 to 17 is transmitted by the illustrated advantageous arrangement of the DC / DC converters 21, 22 on their dimensions with respect to their dielectric strength , Any of the topologies known from the prior art can be used for the DC / DC converters 21, 22. be set. Examples are given below in connection with FIGS. 8 and 9.
  • FIG. 6 differs in an additional capacitor arrangement 10 ', which here on the output side of the two
  • the DC / DC converter 21, 22 is arranged.
  • the further capacitor arrangement 10 ' is constructed analogously to the capacitor arrangement 10 and is also connected analogously to this with the DC / DC converters 21, 22 and output connection nodes 1 1', 12 '.
  • the arrangement shown can be used as bidirectionally operating DC / DC voltage converter with a power flow in both directions.
  • the embodiment shown in FIG. 7 differs from that in FIG.
  • Fig. 6 shown in that the switching member 15 of the capacitor assembly 10 and the switching elements 16 'and 17' of the further capacitor assembly 10 'is replaced by diodes as passive switching elements.
  • the number of active switching elements required for the capacitor arrangement 10, 10 ' is reduced, however, the arrangement is no longer bidirectionally operable, but only with a power flow from left to right.
  • FIG. 8 shows a PV system 7 analogous to FIG. 4 in a detailed circuit diagram, making use of the basic principle shown in FIGS. 5 to 7 of assigning individual DC / DC converters to the capacitors of a capacitor arrangement 10 according to the application.
  • two DC / DC converters 21, 22 are each assigned directly to the capacitors 13, 14 of the capacitor arrangement 10.
  • the DC / DC converters 21, 22 each have a semiconductor switching element 21 1 or 221 and a diode 212 or 222.
  • an energy store is respectively provided with the chokes 213 and 223, which are, however, simultaneously used as energy stores for a further DC / DC converter 24 connected downstream of the DC / DC converters 21, 22.
  • the downstream DC / DC Converter 24 has an active semiconductor switching element 241 and two diodes 242, 243 and a capacitor 244.
  • the further DC / DC converter 24 serves to further increase the voltage transmission ratio of the inverter 20.
  • the further DC / DC converter 24 is finally connected to an inverter bridge 23 with the semiconductor switching elements 231 to 234 in known H-bridge circuit.
  • FIG. 9 shows a further exemplary embodiment of a photovoltaic system 7 in which DC / DC converters are assigned directly to capacitors of a capacitor arrangement 10 according to the application.
  • the DC / DC converters 21 and 22 in turn have semiconductor switching elements 21 1 and 221, diodes 212 and 222, chokes 213 and 223, and capacitors 214 and 224, respectively.
  • the DC / DC converters 25 and 26 are connected to the inverter bridge 23 via a coupling circuit 27 comprising two coupling diodes 271 and 272.
  • the DC / DC converters 25, 26 are also assigned to the capacitors 13 and 14, respectively.
  • the semiconductors of the DC / DC converters 21, 22 and 25, 26 can thus be designed with respect to their dielectric strength to the voltage applied to one of the capacitors 13, 14 maximum voltage.
  • the DC / DC converters 25, 26 are so far incomplete in the specified circuit topology, since they do not have their own throttle, but cooperate with arranged in the inverter bridge 23 chokes 235 and 236.
  • the combination of the incomplete DC / DC converters 25, 26 with the coupling unit 27 and the inverter bridge 23 in operating state II corresponds to a so-called 3-level NPC (neutral point clutter). ped) topology.
  • the topology shown in FIG. 9 works analogously to a so-called H5 bridge. The possibility of switching between these two bridge arrangements results in a large input voltage range in which the arrangement can operate at a given constant output voltage.
  • the semiconductor switching elements used in the voltage transformers may have a reduced withstand voltage compared to other voltage converter topologies.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kondensatoranordnung (10) für einen Eingangs- oder Zwischenkreis eines Spannungswandlers mit mindestens zwei Kondensatoren (13, 14) und zwei Anschlussknoten (11, 12). Es sind Schaltorgane (15, 16, 17) vorgesehen, durch die die mindestens zwei Kondensatoren (13, 14) in einem ersten Betriebszustand (I) parallel und in einem zweiten Betriebszustand (II) in Serie geschaltet mit den Anschlussknoten (11, 12) verbunden sind. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Spannungswandleranordnung mit einer derartigen Kondensatoranordnung und ein Betriebsverfahren für eine Kondensatoranordnung.

Description

Kondensatoranordnung für einen Zwischenkreis eines Spannungswandlers
Die Erfindung betrifft eine Kondensatoranordnung für einen Eingangs- oder Zwischen kreis eines Spannungswandlers sowie einem Spannungswandler und ein Betriebsverfahren für einen Spannungswandler. Spannungswandler dienen der Umwandlung einer Eingangs- in eine Ausgangsspannung. Eingangs- und Ausgangsspannung können sich dabei sowohl in ihrer Höhe, als auch in ihrer Spannungsart, also Gleichspannung (DC - direct current) oder Wechselspannung (AC - alternating current) unterscheiden. Als Spannungswandler im Rahmen der Anmeldung sind somit insbesondere
Gleichspannungswandler, im Folgenden auch als DC/DC-Wandler bezeichnet und Wechselrichterbrücken, im Folgenden auch als DC/AC-Wandler bezeichnet, zu verstehen. Wechselrichter, die zum Beispiel in einer Photovoltaikanlage, einem Brennstoffzellensystem oder für Batterie gespeiste Ersatzstromanlagen in einem lokalen Energieversorgungsnetz Verwendung finden, weisen als eine Ausgangsstufe zumindest einen DC/AC-Wandler auf, dem ein DC/DC-Wandler als Eingangsstufe vorgeschaltet sein kann. In einem Wechselrichter dient ein solcher vorgeschalteter DC/DC-Wandler üblicherweise der Vergrößerung des Spannungsvariationsbereiches am Eingang des Wechselrichters. Beispielsweise ändert sich beim Einsatz eines Wechselrichters in einer Photovoltaikanlage die am Wechselrichter anliegende Eingangsspannung, wenn einstrahlungs- und lastabhängig der Arbeitspunkt von Photovoltaikmodulen der Photovoltaikanlage variiert wird.
In vielen Einsatzfällen ist die Spannung einer einen Spannungswandler spei- senden Stromquelle nicht konstant. Beispielsweise ändert sie sich bei einer Photovoltaikanlage, wenn einstrahlungs- und lastabhängig der Arbeitspunkt von Photovoltaikmodulen der Photovoltaikanlage variiert. Bei einer batteriegespeisten Ersatzstromanlage ist die Batteriespannung als Eingangsspannung eines Spannungswandlers von der übertragenen Last und dem Ladezustand der Batterie abhängig. Ebenso variiert die Zellspannung einer Brennstoffzelle als Eingangsspannung eines Spannungswandlers gerade im Niederlastbereich in einem besonderen Maße. Hinzu kommt, dass man in vielen Fällen verschiedene Typen von PV-Modulen, Brennstoffzellen oder Batterien an einen Spannungswandler anschließen können möchte, so dass ein möglichst großer Ein- gangsspannungsbereich des Wandlers eine größtmögliche Flexibilität ermöglicht.
Spannungswandler belasten die an ihrem Eingang angeschlossene Stromquelle üblicherweise nicht kontinuierlich. Dafür ist beispielsweise ein nicht kontinu- ierlichen Leistungsfluss bei einem abgegebenen Wechselstrom ursächlich oder auch ein gepulstes Schalten von Leistungshalbleiterschaltern im Spannungswandler. Um Spannungseinbrüche, die an der Stromquelle aufgrund der nicht kontinuierlichen Stromentnahme auftreten, möglichst klein zu halten und so eine hohe mittlere Leistungsentnahme aus der Stromquelle zu ermöglichen, ist am Eingang eines Spannungswandlers üblicherweise eine Kondensatoranordnung vorgesehen. Diese besteht im einfachsten Fall aus einem parallel zum Eingang des Spannungswandlers geschalteten Kondensator. Wenn eine solche Kondensatoranordnung bei einer Anordnung mit mehreren Spannungswandler zwischen zwei Spannungswandlern positioniert ist, wird sie meist als Zwischenkreis-Kondensatoranordnung bezeichnet. Im Rahmen dieser Anmeldung wird im Folgenden unabhängig von der Position der Kondensatoranordnung verallgemeinernd der Kreis, in dem die Kondensatoranordnung angeordnet ist, der üblichen Terminologie folgend als Zwischenkreis bezeichnet.
Die Kapazität der Kondensatoranordnung wird abhängig von der Höhe der ma- ximal tolerierbaren Spannungseinbrüche während der der nicht kontinuierlichen Stromentnahme (Spannungsrippel), von Betriebsparametern, der Topologie des Spannungswandlers und insbesondere der minimalen Spannung bei maximaler Energiewandlung gewählt. Bei Wechselrichtern im Photovoltaikbereich sind für die Spannungswandler Eingangs- bzw. Zwischenkreis-Kondensatoren mit einer Kapazität von einigen Millifarad nicht unüblich. Gleichzeitig liegen die Spannungen, mit denen die Kondensatoranordnungen beaufschlagt werden, im Bereich von 1000 Volt oder darüber. Kondensatoren einer derartigen Kapazität und Spannungsfestigkeit sind groß und schwer. Zudem sind sie teuer und unter Umständen nur unzureichend verfügbar. Wenn bei gewünschter Kapazität Kondensatoren mit der geforderten Spannungsfestigkeit nicht erhältlich sind, ist es bekannt, zwei Kondensatoren mit kleinerer Spannungsfestigkeit in Reihe zu schalten. Idealerweise stellt sich an den beiden Kondensatoren dann jeweils die Hälfte der Spannung ein, die an der Serienschaltung beider Kondensatoren anliegt. Aufgrund von Bauelementtoleranzen unterscheiden sich verschiedene Kondensatoren jedoch in ihren Eigenschaften, beispielsweise bezüglich ihres Innenwiderstands und ihres Leckstroms. Dadurch können sich an den beiden in Reihe geschalteten Kondensatoren im Betrieb unterschiedliche Spannungen einstellen, was den insgesamt nutzbaren Spannungsbereich verringert. Zur Anpassung der Spannungen ist es bekannt, den Mittelabgriff zwischen den beiden Kondensatoren über eine Widerstandsbrücke oder über eine Brücke mit aktiven Schaltelementen auf ein Potenzial zu bringen, dass genau zwischen den Potenzialen an den Anschlüssen der Kondensatoranordnung liegt. Bei der Reihenschaltung der Kondensatoren verringert sich jedoch die Gesamtkapazi- tät der Kondensatoranordnung auf einen Wert, der nur noch bei der halben Kapazität eines der Kondensatoren liegt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kondensatoranordnung für einen Eingangs-, Ausgangs- oder Zwischenkreis eines Spannungs- wandlers anzugeben, die in einem weiten Spannungsbereich betrieben werden kann und durch die bei geringer Spannungsschwankung ein nicht kontinuierlicher Leistungsfluss bereitgestellt werden kann, auch wenn eine eingangsseitig zufließende Leistung im Wesentlichen konstant ist. Es ist eine weitere Aufgabe, eine Spannungswandleranordnung mit einer derartigen Kondensatoranordnung und ein Betriebsverfahren für einen solchen Spannungswandler anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch eine Kondensatoranordnung, einen Spannungswandler und ein Betriebsverfahren mit den jeweiligen Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß weist eine Kondensatoranordnung für ein Eingangs- oder Zwischenkreis eines Spannungswandlers mindestens zwei Kondensatoren auf, wobei Schaltorgane vorgesehen sind, durch die die mindestens zwei Konden- satoren in einem ersten Betriebszustand parallel und in einem zweiten Betriebszustand in Serie geschaltet mit den Anschlussknoten verbunden sind. Bei Kondensatoren steigt der Energieinhalt quadratisch mit der Spannung. Entsprechend ist die Größe von Spannungseinbrüchen bei einer Leistungsent- nähme aus einem Kondensator einer gegebenen Kapazität bei höherer Spannung geringer als bei kleinere Spannung. Umgekehrt bedeutet das, dass bei höheren Spannungen nur kleinere Kapazitäten im Zwischenkreis benötigt werden als bei geringeren Spannungen, um zu verhindern, dass die Spannung nicht über ein bestimmtes Maß einbricht. Die Erfindung macht sich diese Er- kenntnis zu Nutze, indem durch die vorgesehenen Schaltorgane die Kondensatoranordnung aus einer Parallel- oder alternativ einer Serienschaltung der zwei Kondensatoren gebildet wird. Bei Parallelschaltung der beiden Kondensatoren kann bei entsprechend niedrigerer maximaler Eingangsspannung die Summe der Kapazitäten der beiden Kondensatoren im ersten Betriebszustand bereit- gestellt werden. Im zweiten Betriebszustand ist die Kapazität geringer, jedoch wird die beispielsweise im Leerlauf der Photovoltaikmodule erforderliche hohe Spannungsfestigkeit erreicht. Die Erfindung nutzt somit aus, dass Spannungsfestigkeit und hohe Kapazität nicht gleichzeitig gefordert werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Kondensatoranordnung sind die Schaltorgane so angeordnet und ausgeführt, dass in einem dritten Betriebszustand ein Zufluss von Ladung in die mindestens zwei Kondensatoren unterbunden ist. In diesem dritten Betriebszustand kann die Kondensatoranordnung somit Spannungen ausgesetzt werden, die noch über der Maximal- Spannung bei einer Serienschaltung der beiden Kondensatoren liegen. Wenn keine Ladung mehr von den Kondensatoren aufgenommen wird, stellen diese effektiv auch keine Kapazität für den Eingangs- oder Zwischenkreis bereit. Dennoch kann der dritte Betriebszustand vorteilhaft eingesetzt werden, wenn zwar eine hohe Spannung im Eingangs- oder Zwischenkreis vorliegt, aber kei- ne oder nur geringe Ströme fließen. Dadurch, dass in diesem Spannungsbereich die Kondensatoren effektiv von dem Eingangs- oder Zwischenkreis abgekoppelt sind, können sie für eine geringere als die Maximalspannung ausgelegt sein, ohne dass die Funktionalität des Spannungswandlers oder die des Systems aus Stromquelle und Spannungswandler beeinträchtigt wird. Eine erfindungsgemäße Spannungswandleranordnung, die insbesondere einen DC/DC-Wandler und/oder einen DC/AC-Wandler für eine Photovoltaikanlage umfasst, zeichnet sich dadurch aus, dass sie in einem Eingangs-, Ausgangs- oder Zwischenkreis eine derartige Kondensatoranordnung aufweist. Die sich ergebenden Vorteile der Spannungswandleranordnung entsprechen den im Zusammenhang mit der Kondensatoranordnung genannten Vorteilen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Spannungswandleranordnung ist je ein DC/DC-Wandler je einem der Kondensatoren der Kondensatoranordnung zugeordnet. Besonders bevorzugt weist dabei jeder der den Kondensatoren zugeordneten DC/DC-Wandler jeweils zwei in Reihe geschaltete Halbleiterschaltelemente auf, wobei mindestens eines der zwei in Reihe geschalteten Halbleiterschaltelemente aktiv schaltbar ist. Auf diese Weise können innerhalb der Spannungswandleranordnung Halbleiterschaltelemente mit einer niedrigeren Spannungsfestigkeit eingesetzt werden. Der erfindungsgemäß bei der Kondensatoranordnung im Hinblick auf die notwendige Spannungsfestigkeit der Kondensatoren erzielte Vorteil wird so auch auf Halbleiterschaltelemente in der Spannungswandleranordnung übertragen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer derartigen Spannungswandleranordnung zeichnet sich dadurch aus, dass abhängig von einer an den Anschlussknoten der Kondensatoranordnung anliegenden Spannung die mindestens zwei Kondensatoren entweder in dem ersten Betriebszustand parallel oder in dem zweiten Betriebszustand seriell verschaltet werden. Die sich ergebenden Vorteile des Betriebsverfahrens entsprechen den im Zusammenhang mit der Kondensatoranordnung genannten Vorteilen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Betriebsverfahrens wird der erste Betriebszustand eingenommen, wenn die an den Anschlussknoten anliegende Spannung kleiner als eine vorgegebene erste Schwellenwertspannung ist. Der zweite Betriebszustand wird eingenommen, wenn die Spannung größer als die erste Schwellenwertspannung ist. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Wechsel des Betriebszustandes mit einer Schalthysterese vorgesehen werden, bei der in einem Hystereseband um die erste Schwellwertspannung der Betriebszustand beibehalten wird, und erst bei Verlassen des Bandes gegebenenfalls ein Wechsel des Betriebszustandes ausgelöst wird. Hierdurch kann ein unnötiges Wechseln durch nur geringfügiges bzw. kurzfristiges Über- oder Unterschreiten der ersten Schwellwertspannung vermieden werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Betriebsverfahrens ist ein dritter Betriebszustand vorgesehen, in dem die mindestens zwei Kondensatoren derart von dem Eingangs- oder Zwischenkreis abgekoppelt sind, dass kein La- dungszufluss in die Kondensatoren stattfindet. Bevorzugt wird dann der erste Betriebszustand eingenommen, wenn die an den Anschlussknoten anliegenden Spannung kleiner als eine vorgegebene erste Schwellenwertspannung ist, der zweite Betriebszustand eingenommen, wenn sie größer als die ersten Schwel- lenwertspannung und kleiner als eine zweite Schwellenwertspannung ist und der dritte Betriebszustand eingenommen, wenn sie größer als die zweite Schwellenwertspannung ist, wobei die zweite Schwellenwertspannung größer als die erste Schwellenwertspannung ist. Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von neun Figuren näher erläutert.
Die Figuren zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer PV-Anlage in einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 eine Darstellung von PV-Strom und PV-Leistung in Abhängigkeit einer PV-Spannung und mit der PV-Spannung korrelierten Betriebszuständen einer Kondensatoranordnung,
Fig. 3 ein Flussdiagramm eines Betriebsverfahrens für eine Kondensatoranordnung, Fig. 4 eine detailliertere schematische Darstellung einer PV-Anlage in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig. 5-7 schematische Darstellungen von Spannungswandlern mit zugeordneten Kondensatoranordnungen und
Fig. 8 und 9 detailliertere schematische Darstellungen weiterer Ausführungsbeispiele von PV-Anlagen.
Figur 1 zeigt eine PV-Anlage 7 in einer schematischen Darstellung. Die PV- Anlage weist einen PV-Generator 1 auf, der an seinen Ausgängen elektrische Leistung in Form von Gleichstrom bei einer Photovoltaikausgangsspannung Upv, abgekürzt als PV-Spannung Upv bezeichnet, bereitstellt.
Beispielhaft ist der PV-Generator 1 in der Figur 1 durch das Schaltzeichen einer einzelnen Photovoltaikzelle symbolisiert. In einer Umsetzung der dargestellten PV-Anlage kann es sich bei dem PV-Generator 1 um ein einzelnes PV- Modul, das eine Vielzahl von Zellen aufweist, oder um eine Zusammenschaltung mehrerer PV-Module, insbesondere in einer Serienverschaltung zu einem String oder zu mehreren parallel geschalteten Strings, handeln.
Der PV-Generator 1 ist mittels Gleichstromleitungen mit einer Kondensatoranordnung 10 verbunden, die mit zwei Anschlussknoten 1 1 , 12 parallel zu einem Eingang eines Wechselrichters 20 angeordnet ist.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kondensatoranordnung 10 somit in einem (Gleichstrom-) Eingangskreis des Wechselrichters 20 angeordnet. Bei Wechselrichtern, die mehrstufig aufgebaut sind und die neben einer Wechselrichterbrücke noch einen solchen vorgelagerten Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) aufweisen, kann eine derartige Kondensatoranordnung 10 alternativ oder zusätzlich am Ausgang des DC/DC-Wandlers in einem sogenannten Zwischenkreis vorgesehen sein. Wie bereits eingangs ausgeführt, wird im Rahmen dieser Anmeldung unabhängig von der Position der Kondensatoranordnung 10 verallgemeinernd der Kreis, in dem die Kondensatoranordnung 10 angeordnet ist, der üblichen Terminologie folgend als Zwischenkreis bezeichnet.
Die an der Kondensatoranordnung 10 zwischen den Anschlussknoten 1 1 und 12 anliegende Spannung wird im Folgenden als Zwischenkreisspannung Uzw bezeichnet. Sie entspricht bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Fig. 1 abgesehen von Leitungsverlusten in den Gleichspannungsleitungen im Wesentlichen der Photovoltaikspannung Upv. Die Kondensatoranordnung umfasst zwei Kondensatoren 13, 14, die über
Schaltorgane 15, 16, 17 untereinander und mit den Anschlussknoten 1 1 , 12 verbunden sind. Dabei ist jeder der Kondensatoren 13, 14 mit jeweils einem seiner Anschlüsse mit einem der Anschlussknoten 1 1 , 12 verbunden. Der jeweils andere Anschluss eines jeden Kondensators 13, 14 ist zum einen über jeweils eines der Schaltorgane 16, 17 mit dem jeweils andere Anschlussknoten 12 bzw. 1 1 verbunden und zum anderen sind diese anderen Anschlüsse der Kondensatoren 13, 14 über das Schaltorgan 15 miteinander verbunden. Die Kondensatoren 13, 14 dienen einer Glättung der Zwischenkreisspannung Uzw bei einer nicht kontinuierlichen Stromentnahme durch den Wechselrichter 20.
Die Kondensatoranordnung 10 kann als eine separate Einheit ausgeführt sein, oder auch in den Wechselrichter 20 integriert sein. Weiterhin ist eine Steuereinrichtung 2 vorgesehen, die im dargestellten Ausführungsbeispiel sowohl die Schaltorgane 15-17 der Kondensatoranordnung 10 als auch den Wechselrich- ter 20 steuert. Wie durch die gestrichelte Verlängerung des Wechselrichters 20 nach unten dargestellt ist, kann die Steuereinrichtung 2 vorteilhaft in dem Wechselrichter 20 integriert sein. Details zu der Funktion der Schaltorgane 15- 17 der Kondensatoranordnung 10 werden nachfolgend im Zusammenhang mit dem in Fig. 2 dargestellten Betriebsverfahren erläutert.
Der Wechselrichter 20 ist über Wechselstromausgänge mit einem ein- oder mehrphasigen Energieversorgungsnetz 3 verbunden. Das Energieversorgungsnetz 3 kann ein öffentliches Versorgungsnetz oder ein privates Versorgungsnetz (Inselbetrieb) sein. Beispielhaft ist der Wechselrichter 20 mit nur zwei Wechselstromausgängen für ein einphasiges Einspeisen in das Energieversorgungsnetz 3 ausgelegt. Es versteht sich, dass auch eine andere als die dargestellte einphasige Auslegung des Wechselrichters 20 möglich ist, z.B. eine dreiphasige Auslegung.
Die Fig. 1 zeigt lediglich die im Rahmen der Anmeldung wesentlichen Elemente der PV-Anlage. Auf der Wechselstromseite des Wechselrichters 20 können beispielsweise nicht dargestellte Schaltorgane (z.B. Trenner), Filter (z.B. Sinusfilter), Netzüberwachungseinrichtungen und/oder Transformatoren vorgesehen sein. Ebenso können gleichstromseitig in der Verbindung zwischen dem PV- Generator 1 und der Kondensatoranordnung bzw. dem Wechselrichter 20 hier nicht dargestellte Elemente wie z.B. Sicherungsorgane oder Schaltorgane, z.B. Lasttrennschalter, DC-Schütze, angeordnet sein. Im Folgenden wird anhand der Fig. 2 und 3 ein Verfahren zum Betreiben einer Kondensatoranordnung in einer PV-Anlage dargestellt, wie es beispielsweise innerhalb der in Fig. 1 gezeigten PV-Anlage ausgeführt werden kann. Die dabei benutzten Bezugszeichen beziehen sich beispielhaft auf das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel. Anhand von Fig. 2 werden zunächst die Grundzüge des Verfahrens verdeutlicht.
Fig. 2 zeigt im oberen Teil schematisch typische Abhängigkeiten von einem PV-Strom Ipv (Kurve 4) und von einer PV-Leistung Ppv (Kurve 5) von der PV- Spannung Upv eines PV-Generators. Die PV-Spannung Upv ist dabei relativ zu einer maximalen Spannung des PV-Generators angegeben, die auch als Leerlaufspannung bezeichnet wird. Sie entspricht bei der in der Fig. 1 dargestellten PV-Anlage 7 der maximalen Spannung im Zwischenkreis, die im Folgenden als Umax bezeichnet wird. In der Fig. 2 ist der Spannungsbereich des PV-Spannung Upv durch gestrichelte Linien bei einer ersten und einer zweiten Schwellenwertspannung U1 bzw. U2 in drei Spannungsbereiche unterteilt, wobei jedem dieser Spannungsbereiche ein Betriebszustand I, II oder III der Kondensatoranordnung 10 zugeordnet ist. Es wird dabei angenommen, dass die Zwischenkreisspannung Uzw der angegebenen PV-Spannung Upv entspricht.
Im unteren Teil der Figur 2 sind Schaltzustände der Schaltorgane 16 und 17 (oben) und des Schaltorgans 15 (unten) wiedergegeben, die der Einstellung des jeweiligen Betriebszustands I, II oder III dienen. Bei den Schaltzuständen steht eine Null für ein geöffnetes und eine Eins für ein geschlossenes Schaltorgan 15-17. Die Zuordnung der Schaltzustände zu den Spannungsbereichen ist nur beispielhaft dargestellt, die Schaltgrenzen können bei anderen Spannun- gen gewählt werden bzw. die Spannungsbereiche sogar überlappen, falls ein hysterebehaftetes Steuerverfahren gewählt wird.
In dem ersten Betriebszustand I ist das Schaltorgan 15 geöffnet und die Schaltorgane 16 und 17 sind geschlossen. In diesem Betriebszustand I sind die beiden Kondensatoren 13 und 14 parallel geschaltet mit den Anschlussknoten 1 1 und 12 verbunden. Zwischen den Anschlussknoten bildet sich eine Gesamtkapazität aus, die der Summe der einzelnen Kapazitäten der Kondensatoren 13 und 14 entspricht. Für das Folgende wird angenommen, dass beide Kondensatoren 13, 14 gleiche Kapazität C und eine gleiche maximale Betriebsspannung an ihren Anschlüssen Uc, auch Spannungsfestigkeit genannt, haben. Im ersten Betriebszustand I weist die Kondensatoranordnung 10 dann eine Kapazität von 2-C und eine maximale Betriebsspannung Uc an ihren Anschlussknoten 1 1 , 12 auf. In dem zweiten Betriebszustand II sind die Schaltorgane 16 und 17 geöffnet und das Schaltorgan 15 ist geschlossen. In diesem Betriebszustand II sind die beiden Kondensatoren 13 und 14 in Reihe geschaltet mit den Anschlussknoten 1 1 und 12 verbunden. In dem zweiten Betriebszustand II weist die Kondensatoranordnung 10 dann eine Kapazität von 0,5-C bei einer maximalen Betriebs- Spannung von 2-Uc an ihren Anschlussknoten 1 1 , 12 auf.
In dem dritten Betriebszustand III sind schließlich die Schaltorgane 15, 16 und 17 geöffnet. In diesem Betriebszustand III sind die beiden Kondensatoren 13 und 14 von den Anschlussknoten 1 1 und 12 spannungsmäßig entkoppelt. In diesem dritten Betriebszustand III ist die maximalen Betriebsspannung nur durch die Spannungsfestigkeit der Schaltorgane 15-17 bestimmt, jedoch wird durch die Kondensatoranordnung 10 keine Kapazität an den Anschlussknoten 1 1 , 12 bereitgestellt.
Wie die Kurve 4 zeigt, fällt der PV-Strom Ipv monoton mit steigender PV- Spannung Upv und somit auch steigender Zwischenkreisspannung Uzw ab. Die Zuordnung der Betriebszustände I, II und III trägt diesem Umstand Rechnung: Der erste Betriebszustand I, in dem der höchste PV-Strom Ipv vorliegt, stellt die höchste Kapazität zur Pufferung der Zwischenkreisspannung Uzw bereit, wohingegen der zweite Betriebszustand II, in dem der PV-Strom Ipv geringer ist, zwar eine nur geringere Kapazität bereitgestellt wird, dafür aber die Kondensatoranordnung 10 eine höhere Spannungsfestigkeit aufweist. Der dritte Betriebszustand III wird schließlich in einem Spannungsbereich eingenom- men, in dem typischerweise keine oder nur eine geringe Stromentnahme erfolgt.
PV-Generatoren werden üblicherweise durch eine sogenannte MPP-(Maximum Power Point) Nachführeinrichtung, auch MPP-Tracker genannt, an einem Ar- beitspunkt maximaler Leistung betrieben. Dieser liegt unter normalen Einspei- se-Betriebsbedingungen des PV-Generators typischerweise in einem Bereich von 30% bis 80% der Leerlaufspannung. Die Übergänge zwischen den Be- triebszuständen I und II bzw. II und III sind im dargestellten Beispiel bei 40% und 80% vorgegeben. Somit wird die Kondensatoranordnung 10 im Einspeise- betrieb, also dann, wenn der PV-Generator 1 einen nennenswerten PV-Strom Ipv liefert, in einem der Betriebszustände I oder II betrieben, in denen die Kondensatoranordnung 10 eine Kapazität bereitstellt.
In Fig. 3 ist ein Betriebsverfahren zum Einstellen von Betriebszuständen für ei- ne Kondensatoranordnung in einem Flussdiagramm dargestellt.
In einem ersten Schritt S1 wird zunächst der dritte Betriebszustand III eingestellt. In einem zweiten Schritt S2 wird die an dem Knoten 1 1 , 12 der Kondensatoranordnung 10 anliegende Zwischenkreisspannung Uzw gemessen. Die- ses kann über entsprechende Abgriffe von der Steuereinrichtung 2 vorgenommen werden. Ebenfalls ist es denkbar, dass eine Messung von dem Wechselrichter 20 ausgeführt wird, wobei das Messergebnis in geeigneter Form an die Steuereinrichtung 2 weitergereicht wird.
In der Steuereinrichtung 2 wird die gemessene Zwischenkreisspannung Uzw dann in einem folgenden Schritt S3 mit der zweiten Schwellenwertspannung U2 verglichen. Falls die Zwischenkreisspannung größer als die zweite Schwellenwertspannung ist, verzweigt das Verfahren zurück zum Schritt S1 , in dem der dritte Betriebszustand III eingestellt bleibt und im nachfolgenden Schritt S2 die Zwischenkreisspannung erneut gemessen wird.
Falls in dem Schritt S3 festgestellt wurde, dass die Zwischenkreisspannung Uzw nicht größer als der zweite Schwellenwert U2 ist, wird das Verfahren in ei- nem Schritt S4 fortgesetzt, in dem die gemessene Zwischenkreisspannung Uzw mit dem ersten Schwellenwert U1 verglichen wird. Falls die Zwischenkreisspannung Uzw größer als der erste Schwellenwert U1 ist, verzweigt das Verfahren zu einem Schritt S5, andernfalls zu einem Schritt S6. In dem Schritt S5 wird durch Öffnen der Schaltorgane 16 und 17 sowie durch nachfolgendes Schließen des Schaltorgans 15 der zweite Betriebszustand II eingestellt, in dem die Kondensatoren 13, 14 in Serie geschaltet sind. Abhängig von dem Ladezustand der Kondensatoren 13, 14, also insbesondere abhängig davon, ob ein Einstellen des zweiten Betriebszustands II aus einem vorherigen dritten Betriebszustand III oder ersten Betriebszustand I erfolgt, kann es beim Schließen des Schaltorgans 15 zur Herstellung der Serienverschaltung der Kondensatoren kurzzeitig zu hohen Lade- oder Entladeströmen durch die Kondensatoren 13, 14 kommen. Um diese Ströme nicht zu groß werden zu lassen, kann vorgesehen sein das Schaltorgan 15 zum Beispiel zunächst gepulst mit kurzen Taktzeiten einzuschalten, um eine langsame Anpassung der Spannung der Kondensatoren 13, 14 an die herrschende Zwischenkreisspannung Uzw zu ermöglichen. Alternativ kann zunächst ein in der Figur 1 nicht dargestellter Widerstand zur Verbindung der Kondensatoren 13, 14 für eine gewisse Zeitspanne eingesetzt werden, der nach Ablauf dieser Zeitspanne von dem Schaltorgan 15 überbrückt wird. Bei geeigneter Auslegung des Schaltorgans 15 kann durch entsprechende Ansteuerung dieses Schaltorgan selbst den Widerstand darstellen (resistiver Linearbetrieb des Schaltorgans). Während sich die Kondensatoranordnung 19 im Betriebszustand II befindet, kann darüber hinaus vorgesehen sein, durch bedarfsweises gepulstes Ansteuern der Schaltorgane 16, 17 oder durch Einstellen eines Linearbetriebs der Schaltorgane 16, 17 diese Schaltorgane zu benutzen, um sich eventuell einstellende, voneinander abweichende Spannungen an den Kondensatoren 13, 14 derart auszugleichen, dass beide möglichst jederzeit bis zu einem gleichen Spannungsniveau geladen sind.
In dem Schritt S6 wird durch Öffnen des Schaltorgans 15 und nachfolgendes Schließen der Schaltorgane 16, 17 der erste Betriebszustand I, in dem die Kondensatoren 13, 14 parallel geschaltet sind, eingestellt. Auch hierbei können große Ausgleichsströme fließen, sowohl von der Kondensatoranordnung 10 zum Wechselrichter 20 bzw. zum PV-Generator 1 , als auch zwischen den Kondensatoren 13 und 14, falls diese vor der Parallelverschaltung unterschiedliche Spannungsniveaus aufweisen. Wie zuvor angegeben, kann ein unterschiedli- ches Spannungsniveau der Kondensatoren 13, 14 bevorzugt durch eine entsprechende Betriebsführung im zweiten Betriebszustand II verhindert werden. Falls dennoch unterschiedliche Spannungen vorliegen, ist es zum Beispiel denkbar, zunächst einen der Kondensatoren 13, 14 durch Einschalten des entsprechenden Schaltorgans 17 bzw. 16 mit dem Zwischenkreis zu verbinden und den entsprechend anderen der Kondensatoren 14, 13 durch Betätigen des Schaltorgans 16 bzw. 17 durch gepulsten Betrieb oder durch Linearbetrieb, also resistiv, langsam auf die gleiche Spannung zu bringen. Alternativ ist es auch möglich, die Kondensatoren 13, 14 durch gleichzeitiges Schließen aller Schaltorgane 15-17, bevorzugt im Puls- bzw. Linearbetrieb, zunächst zu entladen und danach das Schaltorgan 15 zu öffnen und die Kondensatoren 13, 14 dann parallel geschaltet vom PV-Generator 1 wieder aufzuladen. Aus Gründen der Energieeffizienz und Belastung der Schaltorgane 15, 17 und der Kondensatoren 13, 14 sind die erstgenannten Lösungen bevorzugt. In alternativen Ausgestaltungen des dargestellten Verfahrens kann vorgesehen sein, das Umschalten zwischen verschiedenen Betriebszuständen I bis III mit einer Umschalthysterese zu versehen. In einem solchen Fall erfolgt ein Umschalten von dem ersten Betriebszustand I in den zweiten Betriebszustand II gegenüber dem Umschalten von dem zweiten Betriebszustand II in den ersten Betriebszustand I erst bei einer gegenüber der ersten Schwellwertspannung U1 um eine Hysteresebandbreite erhöhten Zwischenkreisspannung Uzw. Entsprechend erfolgt eine Umschaltung von dem zweiten Betriebszustand II in den dritten Betriebszustand III gegenüber der Umschaltung von dem dritten Betriebs- zustand III in den zweiten Betriebszustand II ebenfalls bei einer gegenüber der zweiten Schwellwertspannung U2 um eine (ggf. zur zuvor genannten unterschiedliche) Hysteresebandbreite erhöhten Zwischenkreisspannung Uzw. Auf diese Weise werden definiertere Umschaltvorgänge erreicht und ein häufiges Umschalten zwischen Betriebszuständen verhindert, insbesondere wenn sich die Zwischenkreisspannung Uzw gerade im Bereich einer der Schwellenwertspannungen U1 oder U2 bewegt.
Durch die im Zusammenhang mit den Fig. 2 und 3 beschriebenen Betriebsverfahren und die Wahl der Schwellspannungen U1 , U2 zu 40% bzw. 80% der max. auftretenden Zwischenkreisspannung Umax wird ermöglicht, als Kondensatoren 13, 14 Kondensatoren mit einer Spannungsfestigkeit von 40% der maximalen Zwischenkreisspannung Umax einzusetzen. Es wird angemerkt, dass für ein anmeldungsgemäßes Betriebsverfahren der Betriebszustand III optional ist. Ein anmeldungsgemäßes Betriebsverfahren kann auch mit nur zwei Be- triebszuständen, dem ersten Betriebszustand I und dem zweiten Betriebszustand II umgesetzt werden, wobei in diesem Fall nur die erste Schwellenwertspannung U1 relevant ist, die vorzugsweise bei der halben maximalen Zwischenkreisspannung Umax festgelegt wird, wobei wiederum eine Hysterese für das Umschalten von dem einen in den anderen Betriebszustand eingesetzt werden können. In einer derartigen Ausgestaltung können als Kondensatoren 13, 14 Kondensatoren eingesetzt werden, die eine Spannungsfestigkeit von 50% der maximalen Zwischenkreisspannung Umax aufweisen. Von der Kondensatoranordnung 10 wird dann über den gesamten Spannungsbereich eine Kapazität von 2 C oder 0,5 C bereitgestellt. Fig. 4 zeigt eine PV-Anlage 7 ähnlich der in Fig. 1 gezeigten in einer detaillierteren schematischen Darstellung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind in dieser wie in den nachfolgenden Figuren mit gleichen Bezugszeichen verse- hen, wie in den vorangehenden Figuren.
Die PV-Anlage 7 weist wiederum einen PV-Generator 1 auf, der über eine Kondensatoranordnung 10 mit einem Wechselrichter 20, der ausgangsseitig mit einem Energieversorgungsnetz 3 gekoppelt ist. Hierbei ist parallel zum Ausgang des Wechselrichters 20 ein Filter 6 zur Signalformung vorgesehen, der hier einen Kondensator und eine Drossel aufweist. Eine Steuereinrichtung 2 wie in Fig. 1 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit bei diesem und den folgenden Ausführungsbeispielen nicht dargestellt. Die Schaltorgane 15-17 der Kondensatoranordnung 10 sind vorliegend durch MOSFETs (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors) realisiert. Dabei ist das Schaltorgan 15 durch eine antiserielle Verschaltung von zwei MOS- FET-Transistoren als beidseitig sperrender Schalter ausgebildet. Dieses ist erforderlich wenn der dritte Betriebszustand III eingenommen werden soll, da die Spannungen an Schalter 15 im ersten Betriebszustand I und im dritten Betriebszustand III entgegengesetzte Polaritäten aufweisen. Eine Realisierung der Schaltorgane 15-17 durch andere Halbleiterleistungsschalter, beispielsweise IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) oder Bipolartransistoren, ist ebenfalls möglich. Alternativ können die Schaltorgane 15-17 auch elektromagneti- sehe Schalter wie Relais oder Schütze sein. Wie im Zusammenhang mit Fig. 7 weiter unten ausgeführt ist, können die Schaltorgane 15-17 teilweise auch als passive Schaltorgane durch Dioden realisiert sein.
Der Wechselrichter 20 ist im dargestellten Beispiel durch eine Kombination ei- nes vorgeschalteten DC/DC-Wandlers 21 und einer Wechselrichterbrücke 23 gebildet. Der vorgeschaltete DC/DC-Wandler 21 dient einer Vergrößerung des Eingangsspannungsbereichs des Wechselrichters 20 bei vorgegebener, konstanter Ausgangsspannung. Er wird durch ein aktives Halbleiterschaltelement 21 1 (vorliegend ein MOSFET-Transistor), eine Diode 212 als passives Halblei- terschaltelement, eine Drossel 213 sowie optional einen Eingangskondensator 214 gebildet.
In der Wechselrichterbrücke 23 kommen vier Halbleiterschaltelemente 231 bis 234 in bekannter H-Brückenschaltung zum Einsatz.
In den Fig. 5 bis 7 sind schematisch als Blockschaltdiagramme verschiedene Anordnungen einer Kombination von einer oder mehrerer Kondensatoranordnungen mit Spannungswandlern dargestellt.
Die Anordnung der Fig. 5 weist zwei DC/DC-Spannungswandler 21 , 22 auf, die beispielsweise Teil eines Wechselrichters 20 seien können. Es wird angemerkt, dass die dargestellten Kombinationen von Kondensatoranordnung und Spannungswandlern jedoch nicht nur in einem Wechselrichter, sondern auch inner- halb von Gleichspannungswandlern eingesetzt werden können.
Die DC/DC-Wandler 21 , 22 sind mit ihren Eingangsanschlüssen jeweils unmittelbar parallel zu einem der Kondensatoren 13, 14 der Kondensatoranordnung 10 geschaltet. Jeweils einer der Eingangsanschlüsse der DC/DC-Wandler 21 , 22 ist also mit einem Anschlussknoten 1 1 bzw. 12 verbunden, wohingegen der andere Anschluss auf jeweils einer Seite des Schaltorgans 15 die Kondensatoranordnung 10 kontaktiert. Ausgangsseitig ist jeweils ein Anschluss der DC/DC-Wandler 21 , 22 auf gleiche Weise mit dem Schaltorgan 15 verbunden, wohingegen die anderen beiden Anschlüsse die Ausgangsknoten der Anord- nung darstellen. Durch die unmittelbare Zuordnung jeweils eines der DC/DC- Wandler 21 , 22 zu einem der Kondensatoren 13, 14 kann die Spannungsfestigkeit der DC/DC-Wandler 21 , 22 ebenfalls analog zu der der Kondensatoren 13, 14 geringer als die maximal an den Anschlussknoten 1 1 , 12 anliegende Zwi- schenkreisspannung Uzw gewählt werden. Der Vorteil im Hinblick auf die Di- mensionierung der Kondensatoren 13, 14 durch die Verschaltung der Kondensatoren 13, 14 über die Schaltorgane 15 bis 17 überträgt sich durch die dargestellte vorteilhafte Anordnung der DC/DC-Wandler 21 , 22 auf deren Dimensionierung bezüglich ihrer Spannungsfestigkeit. Für die DC/DC-Wandler 21 , 22 können dabei beliebige aus dem Stand der Technik bekannte Topologien ein- gesetzt werden. Beispiele werden weiter unten im Zusammenhang mit den Fig. 8 und 9 gegeben.
Das in Fig. 6 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich in einer zu- sätzlichen Kondensatoranordnung 10', die hier ausgangsseitig der beiden
DC/DC-Wandler 21 , 22 angeordnet ist. Die weitere Kondensatoranordnung 10' ist analog zu der Kondensatoranordnung 10 aufgebaut und auch analog zu dieser mit den DC/DC-Wandlern 21 , 22 und ausgangsseitigen Anschlussknoten 1 1 ', 12' verbunden. In dieser Ausgestaltung erfolgt eine Pufferung sowohl der linksseitigen Zwischenkreisspannung Uzw, als auch einer entsprechenden rechtsseitigen Zwischenkreisspannung Uzw'. Die dargestellte Anordnung kann als bidirektional arbeitender DC/DC-Spannungswandler mit einem Leistungs- fluss in beide Richtungen eingesetzt werden. Das in Fig. 7 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in
Fig. 6 gezeigten dadurch, dass das Schaltorgan 15 der Kondensatoranordnung 10 sowie die Schaltorgane 16' und 17' der weiteren Kondensatoranordnung 10' durch Dioden als passive Schaltorgane ersetzt ist. In dieser Ausgestaltung ist die Anzahl der für die Kondensatoranordnung 10, 10' benötigten aktiven Schaltorgane verringert, jedoch ist die Anordnung nicht mehr bidirektional betreibbar, sondern nur mit einem Leistungsfluss von links nach rechts.
Fig. 8 zeigt eine PV-Anlage 7 analog zu Fig. 4 in einem detaillierten Schaltbild, wobei von dem in den Fig. 5 bis 7 dargestellten Grundprinzip der Zuordnung einzelner DC/DC-Wandler zu den Kondensatoren einer anmeldungsgemäßen Kondensatoranordnung 10 Gebrauch gemacht wird.
In dem in Fig. 8 dargestellten Beispiel sind zwei DC/DC-Wandler 21 , 22 jeweils unmittelbar den Kondensatoren 13, 14 der Kondensatoranordnung 10 zuge- ordnet. Die DC/DC-Wandler 21 , 22 weisen jeweils ein Halbleiterschaltelement 21 1 bzw. 221 und eine Diode 212 bzw. 222 auf. Weiter ist mit den Drosseln 213 bzw. 223 jeweils ein Energiespeicher vorgesehen, der jedoch gleichzeitig als Energiespeicher für einen weiteren, den DC/DC-Wandlern 21 , 22 nachgeschalteten DC/DC-Wandler 24 eingesetzt werden. Der nachgeordnete DC/DC- Wandler 24 weist ein aktives Halbleiterschaltelement 241 sowie zwei Dioden 242, 243 und einen Kondensator 244 auf. Der weitere DC/DC-Wandler 24 dient einer weiteren Vergrößerung des Spannungsübertragungsverhältnisses des Wechselrichters 20. Der weitere DC/DC-Wandler 24 ist schließlich mit einer Wechselrichter Brücke 23 mit den Halbleiterschaltelementen 231 bis 234 in bekannte H-Brückenschaltung verbunden.
Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Photovoltaikanlage 7, bei der DC/DC-Wandler unmittelbar Kondensatoren einer anmeldungsgemäßen Kondensatoranordnung 10 zugeordnet sind.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind dieses DC/DC-Wandler 21 und 22, die als Hochsetzsteller ausgeführt sind und zwischen dem PV-Generator 1 und der Kondensatoranordnung 10 angeordnet sind, sowie weitere DC/DC-Wandler 25 und 26, die zwischen der Kondensatoranordnung 10 und einer ausgangsseiti- gen Wechselstrombrücke 23 eines Wechselrichters positioniert sind.
Die DC/DC-Wandler 21 und 22 weisen wiederum Halbleiterschaltelemente 21 1 bzw. 221 , Dioden 212 bzw. 222, Drosseln 213 bzw. 223 sowie Kondensatoren 214 bzw. 224 auf. Die DC/DC-Wandler 25 und 26 sind über eine Koppelschaltung 27, die zwei Koppeldioden 271 und 272 umfasst, mit der Wechselrichterbrücke 23 verbunden.
Die DC/DC-Wandler 25, 26 sind ebenfalls den Kondensatoren 13 bzw. 14 zu- geordnet. Die Halbleiter der DC/DC-Wandler 21 , 22 und 25, 26 können im Hinblick auf ihre Spannungsfestigkeit somit an die an jeweils einem der Kondensatoren 13, 14 maximal anliegende Spannung ausgelegt werden. Die DC/DC- Wandler 25, 26 sind insofern in der angegeben Schaltungstopologie unvollständig, da sie keine eigene Drossel aufweisen, sondern mit in der Wechsel- richterbrücke 23 angeordneten Drosseln 235 und 236 zusammenarbeiten.
Bei der Topologie aus Fig. 9 entspricht die Kombination der unvollständigen DC/DC-Wandler 25, 26 mit der Koppeleinheit 27 und der Wechselrichterbrücke 23 im Betriebszustand II einer sogenannten 3-Level-NPC (Neutral Point Clam- ped)-Topologie. Im Betriebszustand I arbeitet die in Fig. 9 gezeigte Topologie dagegen analog zu einer sogenannten H5-Brücke. Durch die Umschaltmöglichkeit zwischen diesen beiden Brückenanordnungen ergibt sich ein großer Eingangsspannungsbereich, in dem die Anordnung bei gegebener konstanter Ausgangsspannung arbeiten kann. Gleichzeitig können die in den Spannungswandlern eingesetzten Halbleiterschaltelemente eine verglichen mit anderen Spannungswandler-Topologien verringerte Spannungsfestigkeit aufweisen.
Bezugszeichenliste PV-Generator
Steuereinheit
Energieversorgungsnetz
Ipv-Kurve
Ppv- Kurve
Filter
PV-Anlage Kondensatoranordnung
, 12 Anschlussknoten
, 14 Kondensator
(Serien-) Schaltorgan
, 17 (Parallel-) Schaltorgan Wechselrichter
, 22 DC/DC-Spannungswandler
1 , 221 Halbleiterschaltelement
2, 222 Diode
3, 223 Drossel
4, 224 Kondensator DC/AC-Wandler
1 -234 Halbleiterschaltelement DC/DC-Spannungswandler
1 Halbleiterschaltelement
2, 243 Diode
4 Kondensator , 26 DC/DC-Spannungswandler
1 , 261 Halbleiterschaltelement
2, 262 Diode Koppelschaltung Koppeldiode

Claims

Ansprüche
1 . Kondensatoranordnung (10) für einen Eingangs- oder Zwischen kreis eines Spannungswandlers mit mindestens zwei Kondensatoren (13, 14) und zwei Anschlussknoten (1 1 , 12), wobei Schaltorgane (15, 16, 17) vorgesehen sind, durch die die mindestens zwei Kondensatoren (13, 14) in einem ersten Betriebszustand (I) parallel und in einem zweiten Betriebszustand (II) in Serie geschaltet mit den Anschlussknoten (1 1 , 12) verbunden sind.
2. Kondensatoranordnung (10) nach Anspruch 1 , bei der die Schaltorgane (15, 16, 17) so angeordnet und ausgeführt sind, dass in einem dritten Betriebszustand (III) ein Zufluss von Ladung in die mindestens zwei Kondensatoren (13, 14) unterbunden ist.
3. Kondensatoranordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei der Halbleiterschalter, insbesondere IGBTs oder MOSFETs, als Schaltorgane (15, 16, 17) eingesetzt werden.
4. Kondensatoranordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der eine Steuereinheit vorgesehen ist, die dazu eingerichtet ist, die Schaltorgane (15, 16, 17) abhängig von einer an den Anschlussknoten (1 1 , 12) anliegenden Spannung zu schalten.
5. Spannungswandleranordnung, insbesondere einen DC/DC-Wandler (21 , 22, 24, 25, 26) und/oder einen DC/AC-Wandler (23) für eine Photovoltaik- anlage umfassend, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem Eingangs-, Ausgangs- oder Zwischenkreis eine Kondensatoranordnung (10, 10') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweist.
6. Spannungswandleranordnung gemäß Anspruch 5, bei der je ein DC/DC- Wandler (21 , 22, 25, 26) je einem der Kondensatoren (13, 14) der Kondensatoranordnung (10) zugeordnet ist.
7. Spannungswandleranordnung gemäß Anspruch 6, wobei jeder der den Kondensatoren (13, 14) zugeordneten DC/DC-Wandler (21 , 22, 25, 26) jeweils zwei in Reihe geschaltete Halbleiterschaltelemente (21 1 , 212, 221 , 222, 251 , 252, 261 , 262) aufweist, wobei mindestens eines der zwei in Reihe geschalteten Halbleiterschaltelemente (21 1 , 221 , 251 , 261 ) aktiv schaltbar ist.
8. Betriebsverfahren für eine Kondensatoranordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem abhängig von einer an den Anschlussknoten (1 1 , 12) der Kondensatoranordnung (10) anliegenden Spannung die mindestens zwei Kondensatoren (13, 14) entweder in einem ersten Betriebszustand (I) parallel oder in einem zweiten Betriebszustand (II) seriell verschaltet werden.
9. Betriebsverfahren nach Anspruch 8, bei dem der erste Betriebszustand (I) eingenommen wird, wenn die an den Anschlussknoten (1 1 , 12) anliegenden Spannung kleiner als eine vorgegebene erste Schwellenwertspannung (U1 ) ist und der zweite Betriebszustand (II) eingenommen wird, wenn sie größer als die ersten Schwellenwertspannung (U1 ) ist.
10. Betriebsverfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem ein dritter Betriebszustand (III) vorgesehen ist, in dem die mindestens zwei Kondensatoren (13, 14) derart von den Anschlussknoten (1 1 , 12) der Kondensatoranordnung (10) abgekoppelt sind, dass kein Ladungszufluss in die mindestens zwei Kondensatoren (13, 14) stattfindet.
1 1 . Betriebsverfahren nach Anspruch 10, bei dem der erste Betriebszustand (I) eingenommen wird, wenn die an den Anschlussknoten (1 1 , 12) anliegenden Spannung kleiner als eine vorgegebene erste Schwellenwertspan- nung (U1 ) ist, der zweite Betriebszustand (II) eingenommen wird, wenn sie größer als die ersten Schwellenwertspannung (U1 ) und kleiner als eine zweite Schwellenwertspannung (U2) ist und der dritte Betriebszustand (III) eingenommen wird, wenn sie größer als die zweite Schwellenwertspan- nung (U2) ist, wobei die zweite Schwellenwertspannung (U2) größer als die erste Schwellenwertspannung (U1 ) ist.
Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , bei der eine Schalthysterese für ein Umschalten zwischen verschiedenen Betriebszu- ständen (I, II, III) vorgesehen ist.
Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei der eine an den mindestens zwei Kondensatoren anliegende Spannung bei einem Umschalten von Betriebszuständen (I, II, III) vor einer Verbindung der Kondensatoren (13, 14) angeglichen wird.
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