WO2020108959A1 - Method for supplying electricity to the controller of an inverter, facility component, inverter and energy generation facility having such a facility component - Google Patents

Method for supplying electricity to the controller of an inverter, facility component, inverter and energy generation facility having such a facility component Download PDF

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WO2020108959A1
WO2020108959A1 PCT/EP2019/080696 EP2019080696W WO2020108959A1 WO 2020108959 A1 WO2020108959 A1 WO 2020108959A1 EP 2019080696 W EP2019080696 W EP 2019080696W WO 2020108959 A1 WO2020108959 A1 WO 2020108959A1
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inverter
voltage
switching
switching unit
unit
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PCT/EP2019/080696
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Tim Roesinger
Michael Krug
Andreas Kluger
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Sma Solar Technology Ag
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    • H02J3/38Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/388Islanding, i.e. disconnection of local power supply from the network
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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Definitions

  • the invention relates to a method for the electrical supply of an inverter with AC voltage, a system component designed to carry out the method with an inverter, an inverter suitable as a component of the system component, and an energy generation system, in particular a photovoltaic (PV) system, with at least one such system component
  • PV photovoltaic
  • regenerative energy generation plants In the future, larger regenerative energy generation plants (EEA) must be suitable for performing a black start. With such a black start, the EEA must be able to build up an AC voltage in a stand-alone grid, for example in a local stand-alone grid of the EEA, in order to synchronize the AC voltage with another AC voltage of another neighboring stand-alone grid in the event of a failure of the public energy supply network (EVN) and to keep it stable when interconnecting the two island grids.
  • ESN public energy supply network
  • a method for black starting a photovoltaic (PV) power plant with a plurality of inverters which can be connected to a local AC network is known from the document WO 2014/140281 A1.
  • a first AC voltage is built up in the local AC network using a first inverter, which voltage is reduced compared to a nominal voltage of the local AC network.
  • a second inverter is connected to the AC network after synchronization with the first AC voltage. After the second inverter has been switched on, a second AC voltage which is higher than the first AC voltage is then built up in the AC network.
  • the AC voltage is built up in several stages with increasing amplitude of the AC voltage until the nominal voltage of the AC voltage in the local AC network is reached.
  • the AC voltages built up in the first stage possibly also in subsequent stages of the process, are opposite of the nominal voltage to ensure that the inverters connected to the local AC grid can operate below their respective power limits.
  • the known method is designed for inverters which supply themselves, but in particular their control unit, from a PV generator connected on the input side to the inverter.
  • this property is often not given in conventional inverters, since this, in particular its control unit, is set up to be supplied from an AC voltage network connected to the output of the inverter.
  • US 2008 0284172 A1 describes a method for black starting a wind farm which is connected to an external energy supply network.
  • the wind farm has a large number of wind energy plants and at least one auxiliary energy source which is switched on to a local AC network of the wind farm for the black start.
  • the wind turbines are supplied from the local AC network, via which the wind turbines are connected on the output side and via which, when the wind farm is operating properly, electrical power is fed into the public energy supply network connected to the wind farm.
  • the auxiliary power source is dimensioned so that all other ohmic, capacitive and inductive loads connected to the internal AC voltage network can also be supplied.
  • a relatively large auxiliary energy source has to be provided here.
  • a wind power installation is described in US 2012 0261917 A1, which has a diesel generator in order to initiate a black start in the event of a power grid failure to which the wind power installation can be coupled.
  • the diesel generator provides a predetermined voltage at an output of the wind energy installation in order to imitate the operating state of the power grid.
  • a wind farm with at least two wind turbines is disclosed.
  • the document US 2009 0160187 A1 discloses a method for operating a wind farm with a wind farm control system and at least two Wind turbines that are connected to each other via an internal network.
  • the method includes determining a current power consumption of the wind farm and adjusting the power generation of at least one of the wind turbines so that the current values of power generation and power consumption of the wind farm are essentially the same.
  • the utility model DE 21 2008 000 035 U1 describes a high frequency (HF) inverter for converting a direct voltage generated by at least one solar module via a DC / DC converter, an intermediate circuit and a DC / AC converter into an alternating voltage.
  • the inverter is designed to supply consumers and / or to feed into a supply network.
  • a grid monitoring unit monitors a status of the supply network and, depending on the status of the supply network, initiates a switchover of an operating mode of the inverter from a grid-connected operation to an island operation.
  • the invention is based on the object of specifying a method for the electrical supply of an inverter with an AC voltage, with which the inverter can be supplied with electrical power in a particularly inexpensive and inexpensive manner. It is also an object of the invention to provide a system component suitable for carrying out the method and comprising the inverter, an inverter suitable for use within the system component, and an energy generation system with such a system component suitable for carrying out the method.
  • the object is achieved according to the invention in a method of the type mentioned at the outset with the features of independent patent claim 1.
  • the object of specifying a system component suitable for carrying out the method and comprising the inverter is achieved according to the invention with the features of independent claim 8.
  • the object of specifying an inverter suitable for carrying out the method is achieved according to the invention with the features of independent claim 17.
  • the task of specifying a power generation plant suitable for carrying out the method with such a plant component is achieved by the Features of independent claim 18 solved.
  • Advantageous embodiments of the method are listed in dependent claims 2 to 7, advantageous embodiments of the system component in dependent claims 9 to 16 and an advantageous embodiment of the energy generation system in dependent claim 19.
  • the method according to the invention is carried out with a system component which comprises an inverter and a switching unit.
  • the switching unit can be integrated in the inverter.
  • the method according to the invention aims at an electrical supply of the inverter with an alternating voltage.
  • the inverter comprises an alternating voltage (AC) output for connecting the inverter to an alternating voltage (AC) network, a direct voltage (DC) input for connecting the inverter to a DC source, a DC / AC converter for converting one DC voltage applied to the DC input into an AC voltage and a control unit for controlling the DC / AC converter.
  • the control unit is electrically connected to the switching unit.
  • the switching unit is set up to supply the control unit via the AC network connected to the AC output in a first switching state and to supply the control unit via an auxiliary power source providing an AC voltage in a second switching state.
  • the auxiliary power source is separated from the AC output of the inverter in the second switching state of the switching unit, so that a flow of power between the auxiliary power source and the AC output and between the auxiliary power source and an AC network connected to the AC output is prevented.
  • the inverter also has a grid monitoring unit which is set up to detect a property of an AC voltage present in the AC grid. The process comprises the process steps:
  • the grid monitoring unit of the inverter can be designed as a separate component with a separate electrical supply.
  • the network monitoring unit can be supplied together with the control unit in the first switching state of the switching unit via the AC network and in the second switching state of the switching unit via the auxiliary power source.
  • the network monitoring unit can also be supplied via the control unit.
  • the network monitoring unit can be designed as an integral part of the control unit and does not require a separate electrical supply for proper operation.
  • the switching unit can be designed and set up to passively switch the switching unit to the second switching state and maintain the second switching state, and in particular without an explicit control signal.
  • Operating the switching unit in the first switching state can - but does not necessarily have to mean that the switching unit is operated in the first switching state permanently and for as long as the property of the AC voltage in the AC network that is detected by the network monitoring unit meets the specified criteria enough. Rather, it is sufficient that the switching unit is only operated in the first switching state for a limited period of time if the detected property of the AC voltage in the AC grid meets the specified criteria. For example, there may be a further period of time during which the property of the AC voltage prevailing in the AC network, which property is detected by the network monitoring unit, meets the specified criteria, but the switching unit is nevertheless not operated in the first switching state, but in a third switching state if appropriate.
  • the switching unit can also be operated in the second switching state, but need not be permanent and as long as the AC voltage is not detected in the AC network or the detected property of the AC voltage prevailing in the AC network does not meet the specified criteria. Rather, a one-time and time-limited operation of the switching unit in the second switching state is sufficient, provided that at least one of the conditions named after the term “if” is met. For this reason, the term “if” within the process steps should not be understood in the sense of “exactly when” or “always when”.
  • the switching unit can also be operated in the second switching state if the control unit detects or receives a failure / defect in the network monitoring unit.
  • the control unit can control a switching of the switching unit from the first to the second switching state.
  • the switching unit can be switched from the first to the second switching state passively and without explicit involvement of the control unit.
  • the term “operation” includes both active operation and passive operation. While the switching unit has to be acted upon in an active operation to maintain the respective switching state, this is not the case in a passive operation. Rather, the corresponding switching state is held by the switching unit on its own, in other words: the switching unit is left to its own devices, if necessary after an actively initiated switching operation, and has no further influence on the switching unit in the corresponding switching state. It is within the scope of the invention that each of the two switching states can be operated actively. Alternatively, it is also possible for only one of the two switching states to be operated actively while the other switching state is in each case is operated passively.
  • Passive operation of the switching unit in the first or in the second switching state is also encompassed by the invention, but then a change from one switching state to the other switching state is actively carried out, for example similar to the function of a bistable relay.
  • Operating the switching unit in the second switching state can also include switching the switching unit to the second switching state, optionally initially and once. The same applies to the operation of the switching unit in the first switching state.
  • the invention uses the effect that the AC voltage provided by the auxiliary energy source is not provided at the AC output of the inverter, but at a contact of the switching unit.
  • the contact of the switching unit is separated from the AC output of the inverter - at least for a certain period of time.
  • the auxiliary power source therefore does not have to supply energy to the AC network connected to the AC output of the inverter, including the impedances contained therein. This would be possible with a larger regenerative generation system with several inverters connected via a local island network, the control units of which are supplied via the AC output of the inverters, due to the impedances present in the local island network only with a comparatively high expenditure of energy.
  • the auxiliary power source would therefore have to be designed correspondingly large.
  • the auxiliary power source is now connected to the switching unit, which in its second switching state only supplies the control unit, and possibly other components of the inverter that use little energy, and in particular is not connected to the AC output of the inverter, the auxiliary power source does not have to be any more supply impedances connected in the local island network. For this reason, it is possible to design the auxiliary power source for a low nominal power and thus for a low cost. This is also the case if the control units of several inverters are simultaneously supplied by the auxiliary power source via the switching units assigned to the respective inverters or the auxiliary power source electrically supplies the control units of several inverters or a higher-level control system via the switching unit.
  • the property detected by the grid monitoring unit can comprise several variables, for example the height of an amplitude and the frequency of an AC voltage prevailing in the AC grid.
  • the predefined criteria in which the switching unit is operated in the first switching state can include at least one of the following criteria:
  • an amplitude Uo of the AC voltage prevailing in the AC network is - in particular at least for a predetermined first time period Atsw.i - within a predefined tolerance range around a nominal value Uo.nom for the amplitude of the AC voltage in the AC network,
  • a frequency fo of the AC voltage is - in particular for a predetermined second period of time - within a predetermined tolerance range around a nominal value fo.nom for the frequency of the AC voltage in the AC grid.
  • a setting of the switching unit in the first switching state and / or the operation of the switching unit in the first switching state can be controlled via the network monitoring unit or via this in connection with the control unit.
  • the grid monitoring unit and possibly with the control unit for controlling the switching unit components are used that are present in the inverter anyway. The additional components required are therefore limited to a controllable switching unit, but not its measured value-controlled control electronics, which can therefore further reduce the costs incurred.
  • the switching unit is switched to the second switching state and in particular the switching unit is operated passively in the second switching state in the event of a mains failure of the AC network.
  • the switching unit can be switched to the second switching state and / or the switching unit can be operated can be controlled in the second switching state via the network monitoring unit or via this in connection with the control unit.
  • At least one further component of the inverter in the second switching state of the switching unit, in addition to the control unit, at least one further component of the inverter can be selected from the group: fan, heater, AC switch, DC switch, and communication unit can be supplied by the auxiliary power source.
  • the supply can take place via a supply unit connected to the switching unit, which may provide different voltages for operating the components from the AC voltage of the auxiliary energy source. The components are then connected to corresponding connections of the supply unit.
  • the auxiliary power source can be deactivated when the switching unit is operated in the first switching state, in particular when the switching unit has been operating in the first switching state for a certain period of time.
  • the inverter can send a deactivation signal to the auxiliary energy source, which deactivates it.
  • deactivating a primary energy of the auxiliary energy source can be saved when its AC power is no longer required. This is the case, for example, when an AC voltage is already safely and in sufficient quality at the AC output of the inverter, e.g. because the AC voltage is generated by the inverter itself or by another inverter connected to the AC output of the inverter.
  • the auxiliary power source can advantageously be designed as a mobile auxiliary power source, which is separated from the switching unit or from the inverter when the switching unit is operated in the first switching state or when the switching unit has been operating in the first switching state for a certain period of time becomes.
  • a mobile auxiliary power source that is detachably connected to the inverter can be used in succession for several regenerative EEA. It is therefore only to be purchased once for the several EEA.
  • the switching unit provided that the AC voltage in the AC network meets the specified criteria, in particular depending on at least one state of the Auxiliary power source, operated for a period of time in a third switching state, which enables a power flow both between the control unit and the AC network and between the auxiliary power source and the AC network.
  • the auxiliary power source which is connected to the inverter, in particular to its control unit, via the switching unit can comprise an auxiliary source inverter powered by a battery, an auxiliary source inverter powered by a PV module or a series connection of PV modules, or a diesel generator.
  • the auxiliary source inverter can be fed from a combination of at least one battery and at least one PV module.
  • the auxiliary source inverter if it is fed by at least one battery, can be designed as a bidirectionally operating auxiliary source inverter.
  • the battery connected to the auxiliary source inverter can be formed by at least part of the battery that is also connected to the DC input of the inverter during normal operation.
  • the PV module connected to the auxiliary source inverter or the series connection of PV modules can comprise at least a part of the PV generator that is connected to its DC input during normal operation of the inverter.
  • parts of the DC source which is in any case connected to the DC input of the inverter, can be used for the black start without the need for additional components. It is not necessary for the battery or the PV module to be separate from the DC input of the inverter when it is connected to the auxiliary source inverter.
  • a system component designed according to the invention for carrying out the method comprises an inverter for converting direct voltage into alternating voltage and a switching unit.
  • the switching unit can be designed as a component of the inverter or as a separate component that is present outside a housing of the inverter.
  • the inverter includes:
  • DC direct voltage
  • a grid monitoring unit which is set up to detect a property of an AC voltage in the AC grid
  • the control unit of the inverter is electrically connected to the switching unit.
  • the switching unit is designed and set up to supply the control unit in a first switching state of the switching unit via the AC network connected to the AC output of the inverter, and to supply the control unit in a second switching state of the switching unit via an auxiliary power source providing an AC voltage, which is separated from the AC output in the second switching state, so that a power flow between the auxiliary power source and the AC output, and a power flow between the auxiliary power source and an AC network connected to the AC output is prevented.
  • the network monitoring unit of the inverter or the network monitoring unit in connection with the control unit is set up to operate the switching unit in the first or in the second switching state depending on the detected property of the AC voltage in the AC network.
  • the switching unit connected to the inverter can comprise a “normally-off” and / or a “normally-on” relay. In this way, the switching unit is able to assume a certain switching state on its own initiative and without external influence. This can advantageously be the second switching state.
  • the switching unit can be arranged in a housing of the inverter so that the inverter comprises the switching unit and the inverter is the system component.
  • the inverter can optionally have a connection for connecting the auxiliary power source, which is connected to a contact of the switching unit. In this case, the housing of the inverter does not have to be opened to connect the auxiliary power source to the switching unit.
  • the inverter can have a further output which enables a power flow from the AC network or from the auxiliary energy source, which is mediated via the switching unit.
  • further assemblies arranged outside a housing of the inverter and connected to the further output for example a power plant control system, can be supplied either by the auxiliary power source or by the AC network, depending on the switching state of the switching unit.
  • the inverter can be set up not only to control the control unit in the second switching state of the switching unit, but also at least one of its components, for example a fan, an AC switch, a DC switch, a communication unit and / or to supply heating via the auxiliary energy source.
  • the system component according to the invention can comprise a current-setting or a voltage-setting inverter.
  • the inverter can be set up for voltage-setting operation.
  • the inverter of the system component can be designed as a photovoltaic (PV) inverter, the DC input of which is connected to a PV generator.
  • the inverter of the system component can also be designed as a battery inverter, with its DC input being connectable or connected to a battery.
  • the inverter can also have a plurality of DC inputs, of which one DC input can be connected to a PV generator and another DC input can be connected to a battery.
  • An inverter according to the invention is designed and set up to be usable as an inverter of the system component.
  • its control unit is designed to be connectable to a switching unit of the system component. This can be achieved, for example, via a connection on the housing of the inverter, which is electrically connected to the control unit, possibly with the interposition of the switching unit, and which is designed to supply the control unit electrically via an auxiliary power source that is connected to the connection and provides an AC voltage.
  • An energy generation system comprises a plurality of inverters and at least one system component according to the invention, the system component comprising at least one inverter from the plurality of inverters according to the invention, the control unit of which is connected to the switching unit of the system component.
  • the EEA can be designed as a regenerative EEA, in particular as a photovoltaic (PV) system.
  • the EEA can have a power plant controller for controlling an operation of the plurality of inverters, which is also connected to the switching unit of the at least one system component and is designed and set up to be supplied via the auxiliary power source when the switching unit is operating in the second switching state will.
  • the auxiliary power source in the second switching state is disconnected from an AC connection of the inverter assigned to the system component.
  • the power plant controller is also set up to be supplied when the switching unit is operating in the first switching state via the AC network connected to the AC output of the inverter assigned to the system component.
  • the power plant control can be designed as a separate component, which is arranged outside a housing of the inverter of the system component. In this case, the power plant controller can be connected to the further connection of the inverter assigned to the system component and can be electrically connected to the switching unit via this.
  • the power plant control can also be arranged in a housing of the inverter of the system component and thus be an integral part of the inverter of the system component.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a system component according to the invention with an inverter and a switching unit
  • FIG. 2 shows a flowchart of the method according to the invention for the electrical supply of an inverter in one embodiment.
  • the inverter 1 illustrates an embodiment of a system component 17 according to the invention with an inverter 1 for converting a DC voltage into an AC voltage and a switching unit 8.
  • the inverter 1 has a direct voltage (DC) input 12 to which a DC source 19 providing the direct voltage, for example a photovoltaic (PV) generator 15, is connected.
  • DC direct voltage
  • the inverter 1 can also comprise a battery inverter, to whose DC input 12 a battery 16 is connected, which is illustrated in FIG. 1 in the form of symbols drawn in dashed lines.
  • the inverter 1 has an alternating voltage (AC) output 11, via which power is exchanged with an alternating voltage (AC) network 21 connected to the AC output 11.
  • AC alternating voltage
  • AC alternating voltage
  • the inverter 1 also includes a DC / AC converter 2, which converts the DC voltage present at the DC input 12 into an AC voltage, which is output at an output 13 of the DC / AC converter 2 and via a mains relay 6 to the AC output 11 of the inverter 1 is transmitted.
  • a grid monitoring unit 4 serves to detect a property of the AC grid 21, for example a voltage amplitude Uo and or a frequency f of an AC voltage present in the AC grid 21, even when the grid relay 6 is open.
  • the network control unit 4 is connected to a line-side contact of the relay network '. 6
  • the inverter 1 further includes a control unit 3 for controlling the DC / AC converter.
  • the switching unit 8 of the system component 17 is designed to supply the control unit 3 either via the AC output 11 or via an auxiliary energy source 22 which provides an AC voltage and is connected to a connection 18 of the inverter 1.
  • the switching unit 8 In the switch position shown in FIG. 1 by a solid line, the switching unit 8 is in a first switching state in which the control unit 3 is supplied via the AC network 21 connected to the AC output 11. Power flows from the AC network 21 via a transformer 9, which transforms a nominal voltage of the AC network 21 to an alternating voltage suitable for supplying the control unit 3, via the circuit unit 8 to the control unit 3.
  • a transformer 9 which transforms a nominal voltage of the AC network 21 to an alternating voltage suitable for supplying the control unit 3, via the circuit unit 8 to the control unit 3.
  • the power flowing from the AC network 21 via the switching unit 8 is first passed on to a supply circuit 5, which processes the incoming AC voltage for supplying further components of the inverter and forwards them to them.
  • a fan 10 of the inverter 1 is shown as an example in FIG. 1 as further components of the inverter 1.
  • the supply circuit 5 also supplies an external component 25 which is arranged outside the inverter 1.
  • the external component 25 is connected to a further output 14 of the inverter 1 and connected to the supply circuit 5 via this.
  • the further component 25 is a power plant controller 20 for the superordinate control of a plurality of inverters within a regenerative EEA.
  • a second switching state of the switching unit 8 is symbolized by a switch position shown in dashed lines.
  • the second switching state there is a power flow from the auxiliary energy source 22 - here: as an example an auxiliary source inverter 24 fed by a battery 23a and / or by a PV module 23b (shown in dashed lines in FIG. 1) via the switching unit 8 to the control unit 3.
  • the supply circuit 5 also receives a power flow from the auxiliary energy source 22, which after preparation serves to supply the fan 10 and the external component 25.
  • a power flow between the auxiliary energy source 22 and the AC output 11 and between the auxiliary energy source 22 and the AC network connected to the AC output 11 is prevented.
  • the inverter 1 is exemplarily designed as a three-phase inverter with three phase outputs. However, is also within the scope of the invention an inverter with a different number of phase outputs, for example a single-phase inverter possible.
  • the inverter 1 can be designed as a multi-stage inverter and contain a DC / DC converter arranged between the DC input 12 and the DC / AC converter 2.
  • the switching unit 8 is exemplarily arranged in a housing of the inverter 1 in FIG. 1. It is therefore an integral part of the inverter 1, which thus also forms the system component 17. However, this is not mandatory. In the context of the invention, it is also possible for the switching unit 8 to be arranged outside the inverter 1.
  • the supply circuit 5 shown in FIG. 1 is not absolutely necessary, in particular not when the further components to be supplied - here the fan 10 and the external component 25 - are supplied with an alternating voltage of the same quality as that of the control unit 3 is needed.
  • FIG. 2 shows a flowchart of the method according to the invention for the electrical supply of an inverter 1 in one embodiment.
  • the method is explained below using the example of a black start of a regenerative energy generation system, here: a PV system, which has at least one - advantageously a plurality of inverters that operate in a voltage-setting manner.
  • the EEA also has a system component 17, which is formed by way of example from an inverter 1 of the plurality of inverters and a switching unit 8.
  • the aim of the black start is to build up an AC voltage in a local AC network of the EEA, which is disconnected from the public power supply network (EVN) during the black start.
  • ESN public power supply network
  • the method begins with method step S1, in which there is no AC voltage with an amplitude Uo> 0V in the AC network 21.
  • method step S2 it is queried whether a detection of an alternating voltage in the AC grid 21 by the grid monitoring unit 4 is possible.
  • the switching unit 8 can be selectively switched to the second state, if necessary by means of a power supply from the auxiliary energy source 22, provided that it is not already in the second switching state, for example because the switching unit 8 assumes the second switching state automatically or passively.
  • the auxiliary energy source 22 is started and operated, if this has not yet been done. It thus generates an AC voltage for supplying the control unit 3 of the inverter 1.
  • the control unit 3 By supplying the control unit 3 with electricity, it can control the DC / AC converter 2 of the inverter 1 to set an AC voltage with the nominal amplitude Uo.nom of the AC network 21 .
  • the alternating voltage can be generated directly with the nominal amplitude Uo.nom of the AC network 21.
  • the AC voltage generated by the DC / AC converter 2 can also increase in steps to the nominal amplitude Uo.nom of the AC network 21, with further inverters 1 or 2 after each stage, as described in WO 2014/140281 A1 EEA can be added to the AC network 21.
  • the inverter 1 sets a voltage amplitude Uo, which results from its nominal power and the impedance of the AC network 21. If the nominal amplitude Uo.nom or a power limit of the inverter 1 has been reached, the method branches back to step S2.
  • step S2 After the build-up of an AC voltage with the amplitude Uo with OV ⁇ Uo ⁇ Uo.nom, a detection of the AC voltage in the AC network 21 is possible in step S2.
  • the method therefore branches to step S6, in which a property of the AC voltage in the AC network 21 - here: the amplitude Uo and a frequency f of the AC voltage - is detected by the network monitoring unit 4.
  • step S7 a query is made as to whether the detected property meets predetermined criteria.
  • An allowed tolerance range of 20% around the nominal amplitude Uo.nom and around the nominal frequency fo.nom of the AC voltage of the AC grid 21 is given as an example in FIG. 2 as predetermined criteria.
  • step S8 in which it is checked whether the AC voltage in the AC network 21 is stable. It can be queried here, for example, whether the detected amplitude Uo for a predetermined first time period Atsw.i is within a predefined tolerance range around the nominal value Uo.nom of the amplitude of the alternating voltage Uo.nom.
  • step S6 in which the amplitude Uo and the frequency f of the AC voltage are again detected in the AC network 21. If, on the other hand, the stability condition is met, the method branches to step S9, in which the switching unit 8 is now operated in the first switching state.
  • the operation of the switching unit 8 in the first switching state can also include that the switching unit 8 may be initially set to the first switching state.
  • the control unit 3 is supplied via the AC network 21 connected to the output 11 of the inverter 1.
  • step S10 the auxiliary power source 22 is deactivated and the method ends with step S1 1.
  • the switching unit 8 it is possible to operate the switching unit 8 between the method steps S8 and S9 for a certain period of time in a third switching state, which has both a power flow between the AC network 21 and the control unit 3 and a power flow between the AC network 21 and the auxiliary power source 22 allowed.
  • the third switching state of the switching unit 8 enables the battery 24 of the auxiliary energy source 22 to be charged by the bidirectionally operating auxiliary source inverter 24 while the control unit 3 is supplied from the AC network 21 at the same time.
  • PV Photovoltaic

Landscapes

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  • Inverter Devices (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

The application describes a method for supplying electricity to an inverter (1) through an AC voltage, wherein the inverter (1) has an AC voltage (AC) output (11) for connecting the inverter (1) to an AC voltage (AC) grid (21), a DC voltage (DC) input (12) for connecting the inverter (1) to a DC source (19), a DC-to-AC converter (2) for converting a DC voltage of the DC source (19) to an AC voltage, and a control unit (3) for controlling the DC-to-AC converter (2). The control unit (3) is connected to a switching unit (8) that is configured to supply the control unit (3) via the AC grid (21) connected to the AC output (11) in a first switching state, and to supply the control unit (3) via an auxiliary energy source (22) providing an AC voltage in a second switching state, which auxiliary energy source is disconnected from the AC output (11) in the second switching state of the switching unit (8). The inverter (1) furthermore has a grid monitoring unit (4) that is configured to detect a property of an AC voltage present in the AC grid (21). The method includes the method steps of: - operating the switching unit (8) in the second switching state when the AC voltage is not detected in the AC grid (21) or the property, detected by the grid monitoring unit (4), of the AC voltage prevailing in the AC grid (21) does not meet predefined criteria, and - operating the switching unit (8) in the first switching state when the property, detected by the grid monitoring unit (4), of the AC voltage prevailing in the AC grid (21) meets the predefined criteria. The application additionally discloses a facility component (17) suitable for performing the method and having an inverter (1) and a switching unit (8), an inverter (1) suitable for use within the facility component (17) and an energy generation facility (EEA) having at least one such inverter.

Description

VERFAHREN ZUR ELEKTRISCHEN VERSORGUNG DES STEURGERÄTS EINES WECHSELRICHTERS, METHOD FOR ELECTRICALLY SUPPLYING THE CONTROL UNIT OF A INVERTER,
ANLAGENKOMPONENTE, WECHSELRICHTER UND ENERGIEERZEUGUNGSANLAGE MIT EINER DERARTIGEN ANLAGENKOMPONENTE PLANT COMPONENT, INVERTER AND POWER GENERATION PLANT WITH SUCH A PLANT COMPONENT
Technisches Gebiet der Erfindung Technical field of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrischen Versorgung eines Wechselrichters mit Wechselspannung, eine zur Durchführung des Verfahrens ausgelegte Anlagenkomponente mit einem Wechselrichter, einen als Bestandteil der Anlagenkomponente geeigneten Wechselrichter, sowie eine Energieerzeugungsanlage, insbesondere eine Photovoltaik (PV) - Anlage, mit zumindest einer derartigen Anlagenkomponente The invention relates to a method for the electrical supply of an inverter with AC voltage, a system component designed to carry out the method with an inverter, an inverter suitable as a component of the system component, and an energy generation system, in particular a photovoltaic (PV) system, with at least one such system component
Stand der Technik State of the art
Zukünftig müssen größere regenerative Energieerzeugungsanlagen (EEA) zur Durchführung eines Schwarzstarts geeignet sein. Bei einem derartigen Schwarzstart muss die EEA in der Lage sein, bei einem Ausfall des öffentlichen Energieversorgungsnetzes (EVN), in einem Inselnetz, beispielsweise in einem lokalen Inselnetz der EEA, eine Wechselspannung aufzubauen, die Wechselspannung mit einer weiteren Wechselspannung eines weiteren benachbarten Inselnetzes zu synchronisieren und bei Zusammenschaltung beider Inselnetze stabil zu halten. In the future, larger regenerative energy generation plants (EEA) must be suitable for performing a black start. With such a black start, the EEA must be able to build up an AC voltage in a stand-alone grid, for example in a local stand-alone grid of the EEA, in order to synchronize the AC voltage with another AC voltage of another neighboring stand-alone grid in the event of a failure of the public energy supply network (EVN) and to keep it stable when interconnecting the two island grids.
Aus der Schrift WO 2014 / 140281 A1 ist ein Verfahren zum Schwarzstart eines Photovoltaik (PV) - Kraftwerks mit mehreren einem lokalen Wechselstromnetz zuschaltbaren Wechselrichtern bekannt. Dabei wird mit einem ersten Wechselrichter eine erste Wechselspannung in dem lokalen Wechselstromnetz aufgebaut, die gegenüber einer Nominalspannung des lokalen Wechselstromnetzes reduziert ist. Ein zweiter Wechselrichter wird dem Wechselstromnetz nach Synchronisation mit der ersten Wechselspannung zugeschaltet. Nach dem Zuschalten des zweiten Wechselrichters wird dann eine gegenüber der ersten Wechselspannung erhöhte zweite Wechselspannung in dem Wechselstromnetz aufgebaut. Der Aufbau der Wechselspannung erfolgt so in mehreren Stufen mit ansteigender Amplitude der Wechselspannung, bis die Nominalspannung der Wechselspannung in dem lokalen Wechselstromnetz erreicht ist. Die in der ersten Stufe, gegebenenfalls auch in weiter folgenden Stufen des Verfahrens aufgebauten Wechselspannungen sind gegenüber der Nominalspannung deswegen erniedrigt, um zu gewährleisten, dass die an das lokale Wechselspannungsnetz angeschlossenen Wechselrichter unterhalb ihrer jeweiligen Leistungsgrenze operieren können. A method for black starting a photovoltaic (PV) power plant with a plurality of inverters which can be connected to a local AC network is known from the document WO 2014/140281 A1. In this case, a first AC voltage is built up in the local AC network using a first inverter, which voltage is reduced compared to a nominal voltage of the local AC network. A second inverter is connected to the AC network after synchronization with the first AC voltage. After the second inverter has been switched on, a second AC voltage which is higher than the first AC voltage is then built up in the AC network. The AC voltage is built up in several stages with increasing amplitude of the AC voltage until the nominal voltage of the AC voltage in the local AC network is reached. The AC voltages built up in the first stage, possibly also in subsequent stages of the process, are opposite of the nominal voltage to ensure that the inverters connected to the local AC grid can operate below their respective power limits.
Das bekannte Verfahren ist für Wechselrichter ausgelegt, die sich selbst, insbesondere jedoch ihre Steuerungseinheit, aus einem eingangsseitig an den Wechselrichter angeschlossenen PV-Generator versorgen. Diese Eigenschaft ist jedoch bei herkömmlichen Wechselrichtern oftmals nicht gegeben, da diese, insbesondere deren Steuerungseinheit, eingerichtet ist, aus einem an den Ausgang des Wechselrichters angeschlossenen Wechselspannungsnetz versorgt zu werden. The known method is designed for inverters which supply themselves, but in particular their control unit, from a PV generator connected on the input side to the inverter. However, this property is often not given in conventional inverters, since this, in particular its control unit, is set up to be supplied from an AC voltage network connected to the output of the inverter.
Aus der Schrift US 2008 0284172 A1 wird ein Verfahren zum Schwarzstart eines Windparks beschrieben, der an ein externes Energieversorgungsnetz angeschlossen ist. Der Windpark weist eine Vielzahl von Windenergieanlagen und mindestens eine Hilfsenergiequelle auf, die zum Schwarzstart einem lokalen Wechselspannungsnetz des Windparks zugeschaltet wird. Bei dem Schwarzstart - wie sonst auch - werden die Windenergieanlagen aus dem lokalen Wechselspannungsnetz versorgt, über das die Windenergieanlagen ausgangsseitig angeschlossen sind und über das bei ordnungsgemäß operierendem Windpark auch eine Einspeisung elektrischer Leistung der Windenergieanlagen in das an den Windpark angeschossene öffentliche Energieversorgungsnetz erfolgt. Die Hilfsenergiequelle ist so dimensioniert, dass auch alle weiteren an das interne Wechselspannungsnetz angeschlossenen ohmschen, kapazitiven und induktiven Lasten versorgt werden können. Gerade bei ausgedehnten regenerativen EEAs ist hier noch eine relativ groß zu dimensionierende Hilfsenergiequelle vorzusehen. US 2008 0284172 A1 describes a method for black starting a wind farm which is connected to an external energy supply network. The wind farm has a large number of wind energy plants and at least one auxiliary energy source which is switched on to a local AC network of the wind farm for the black start. During the black start - as usual - the wind turbines are supplied from the local AC network, via which the wind turbines are connected on the output side and via which, when the wind farm is operating properly, electrical power is fed into the public energy supply network connected to the wind farm. The auxiliary power source is dimensioned so that all other ohmic, capacitive and inductive loads connected to the internal AC voltage network can also be supplied. Especially in the case of extensive regenerative EEAs, a relatively large auxiliary energy source has to be provided here.
In der Schrift US 2012 0261917 A1 wird eine Windenergieanlage beschrieben, die einen Dieselgenerator aufweist, um bei einem Ausfall eines Stromnetzes, an das die Windenergieanlage koppelbar ist, einen Schwarzstart zu initialisieren. Zum Durchführen des Schwarzstarts stellt der Dieselgenerator an einem Ausgang der Windenergieanlage eine vorbestimmte Spannung zur Verfügung, um das Stromnetz in seinem Betriebszustand nachzuahmen. Weiterhin wird ein Windpark mit zumindest zwei Windenergieanlagen offenbart. A wind power installation is described in US 2012 0261917 A1, which has a diesel generator in order to initiate a black start in the event of a power grid failure to which the wind power installation can be coupled. To carry out the black start, the diesel generator provides a predetermined voltage at an output of the wind energy installation in order to imitate the operating state of the power grid. Furthermore, a wind farm with at least two wind turbines is disclosed.
Die Schrift US 2009 0160187 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Windparks mit einem Windparksteuerungssystem und mindestens zwei Windturbinen, die über ein internes Netz miteinander verbunden sind. Das Verfahren beinhaltet das Bestimmen eines aktuellen Leistungsverbrauchs des Windparks, und das Einstellen der Leistungserzeugung von mindestens einer der Windturbinen, so dass die aktuellen Werte von Leistungserzeugung und Leistungsverbrauch des Windparks im Wesentlichen gleich sind. Die Gebrauchsmusterschrift DE 21 2008 000 035 U1 beschreibt einen Hochfrequenz (HF)-Wechselrichter zur Umwandlung einer von zumindest einem Solarmodul erzeugten Gleichspannung über einen DC/DC- Wandler, einen Zwischenkreis und einen DC/AC-Wandler in eine Wechselspannung. Der Wechselrichter ist zu einer Versorgung von Verbrauchern und/oder zur Einspeisung in ein Versorgungsnetz ausgelegt. Eine Netzüberwachungseinheit überwacht einen Status des Versorgungsnetzes und initiiert abhängig von dem Status des Versorgungsnetzes eine Umschaltung eines Betriebsmodus des Wechselrichters von einem netzgekoppelten Betrieb in einen Inselbetrieb. The document US 2009 0160187 A1 discloses a method for operating a wind farm with a wind farm control system and at least two Wind turbines that are connected to each other via an internal network. The method includes determining a current power consumption of the wind farm and adjusting the power generation of at least one of the wind turbines so that the current values of power generation and power consumption of the wind farm are essentially the same. The utility model DE 21 2008 000 035 U1 describes a high frequency (HF) inverter for converting a direct voltage generated by at least one solar module via a DC / DC converter, an intermediate circuit and a DC / AC converter into an alternating voltage. The inverter is designed to supply consumers and / or to feed into a supply network. A grid monitoring unit monitors a status of the supply network and, depending on the status of the supply network, initiates a switchover of an operating mode of the inverter from a grid-connected operation to an island operation.
Aufgabe der Erfindung Object of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur elektrischen Versorgung eines Wechselrichters mit einer Wechselspannung anzugeben, mit dem der Wechselrichter besonders aufwandsarm und kostengünstig elektrisch versorgt werden kann. Es ist zudem Aufgabe der Erfindung, eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete und den Wechselrichter umfassende Anlagenkomponente, einen zur Verwendung innerhalb der Anlagenkomponente geeigneten Wechselrichter, sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Energieerzeugungsanlage mit einer derartigen Anlagenkomponente anzugeben. The invention is based on the object of specifying a method for the electrical supply of an inverter with an AC voltage, with which the inverter can be supplied with electrical power in a particularly inexpensive and inexpensive manner. It is also an object of the invention to provide a system component suitable for carrying out the method and comprising the inverter, an inverter suitable for use within the system component, and an energy generation system with such a system component suitable for carrying out the method.
Lösung solution
Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe, eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete und den Wechselrichter umfassende Anlagenkomponente anzugeben, wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 8 gelöst. Die Aufgabe, einen zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Wechselrichter anzugeben, wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 17 gelöst. Die Aufgabe, eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Energieerzeugungsanlage mit einer derartigen Anlagenkomponente anzugeben, wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 18 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 7, vorteilhafte Ausführungsformen der Anlagenkomponente in den abhängigen Ansprüchen 9 bis 16 und eine vorteilhafte Ausführungsform der Energieerzeugungsanlage in dem abhängigen Anspruch 19 aufgeführt. The object is achieved according to the invention in a method of the type mentioned at the outset with the features of independent patent claim 1. The object of specifying a system component suitable for carrying out the method and comprising the inverter is achieved according to the invention with the features of independent claim 8. The object of specifying an inverter suitable for carrying out the method is achieved according to the invention with the features of independent claim 17. According to the invention, the task of specifying a power generation plant suitable for carrying out the method with such a plant component is achieved by the Features of independent claim 18 solved. Advantageous embodiments of the method are listed in dependent claims 2 to 7, advantageous embodiments of the system component in dependent claims 9 to 16 and an advantageous embodiment of the energy generation system in dependent claim 19.
Beschreibung der Erfindung Description of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit einer Anlagenkomponente durchgeführt, die einen Wechselrichter und eine Schalteinheit umfasst. Die Schalteinheit kann in den Wechselrichter integriert sein. Das erfindungsgemäße Verfahren zielt auf eine elektrische Versorgung des Wechselrichters mit einer Wechselspannung ab. Der Wechselrichter umfasst einen Wechselspannungs (AC) - Ausgang zum Anschluss des Wechselrichters an ein Wechselspannungs (AC) - Netz, einen Gleichspannungs (DC) - Eingang zum Anschluss des Wechselrichters an eine DC-Quelle, einen DC/AC-Wandler zum Wandeln einer an dem DC-Eingang anliegenden Gleichspannung in eine Wechselspannung und eine Steuerungseinheit zur Steuerung des DC/AC-Wandlers. Dabei ist die Steuerungseinheit mit der Schalteinheit elektrisch verbunden. Die Schalteinheit ist eingerichtet, in einem ersten Schaltzustand die Steuerungseinheit über das mit dem AC-Ausgang verbundene AC- Netz zu versorgen und in einem zweiten Schaltzustand die Steuerungseinheit über eine eine Wechselspannung bereitstellende Hilfsenergiequelle zu versorgen. Dabei ist die Hilfsenergiequelle in dem zweiten Schaltzustand der Schalteinheit von dem AC-Ausgang des Wechselrichters getrennt, so dass ein Leistungsfluss zwischen der Hilfsenergiequelle und dem AC-Ausgang, sowie zwischen der Hilfsenergiequelle und einem mit dem AC-Ausgang verbundenen AC-Netz verhindert wird. Der Wechselrichter weist ferner eine Netzüberwachungseinheit auf, die eingerichtet ist, eine Eigenschaft einer in dem AC-Netz vorliegenden Wechselspannung zu detektieren. Das Verfahren umfasst die Verfahrensschritte: The method according to the invention is carried out with a system component which comprises an inverter and a switching unit. The switching unit can be integrated in the inverter. The method according to the invention aims at an electrical supply of the inverter with an alternating voltage. The inverter comprises an alternating voltage (AC) output for connecting the inverter to an alternating voltage (AC) network, a direct voltage (DC) input for connecting the inverter to a DC source, a DC / AC converter for converting one DC voltage applied to the DC input into an AC voltage and a control unit for controlling the DC / AC converter. The control unit is electrically connected to the switching unit. The switching unit is set up to supply the control unit via the AC network connected to the AC output in a first switching state and to supply the control unit via an auxiliary power source providing an AC voltage in a second switching state. The auxiliary power source is separated from the AC output of the inverter in the second switching state of the switching unit, so that a flow of power between the auxiliary power source and the AC output and between the auxiliary power source and an AC network connected to the AC output is prevented. The inverter also has a grid monitoring unit which is set up to detect a property of an AC voltage present in the AC grid. The process comprises the process steps:
Betreiben der Schalteinheit in dem zweiten Schaltzustand, wenn die Wechselspannung in dem AC-Netz nicht detektiert wird, oder die detektierte Eigenschaft der in dem AC-Netz herrschenden Wechselspannung vorgegebenen Kriterien nicht genügt, und Betreiben der Schalteinheit in dem ersten Schaltzustand, wenn die von der Netzüberwachungseinheit detektierte Eigenschaft der in dem AC-Netz herrschenden Wechselspannung den vorgegebenen Kriterien genügt. Operating the switching unit in the second switching state when the AC voltage is not detected in the AC network or the detected property of the AC voltage prevailing in the AC network does not meet the criteria, and Operating the switching unit in the first switching state when the property of the AC voltage prevailing in the AC network, which property is detected by the network monitoring unit, meets the specified criteria.
Die Netzüberwachungseinheit des Wechselrichters kann als eine separate Komponente mit einer separaten elektrischen Versorgung ausgebildet sein. Dabei kann die Netzüberwachungseinheit zusammen mit der Steuerungseinheit in dem ersten Schaltzustand der Schalteinheit über das AC-Netz und in dem zweiten Schaltzustand der Schalteinheit über die Hilfsenergiequelle versorgt werden. Alternativ dazu kann die Netzüberwachungseinheit jedoch auch über die Steuerungseinheit versorgt werden. In einer weiteren Variante kann die Netzüberwachungseinheit als integraler Bestandteil der Steuerungseinheit ausgebildet sein und keine separate elektrische Versorgung zum ordnungsgemäßen Betrieb benötigen. Die Schalteinheit kann dazu ausgebildet und eingerichtet sein, dass ein Umschalten der Schalteinheit in den zweiten Schaltzustand und ein Aufrechterhalten des zweiten Schaltzustandes passiv, und insbesondere ohne ein explizites Steuersignal durchzuführen. The grid monitoring unit of the inverter can be designed as a separate component with a separate electrical supply. The network monitoring unit can be supplied together with the control unit in the first switching state of the switching unit via the AC network and in the second switching state of the switching unit via the auxiliary power source. Alternatively, the network monitoring unit can also be supplied via the control unit. In a further variant, the network monitoring unit can be designed as an integral part of the control unit and does not require a separate electrical supply for proper operation. The switching unit can be designed and set up to passively switch the switching unit to the second switching state and maintain the second switching state, and in particular without an explicit control signal.
Das Betreiben der Schalteinheit in dem ersten Schaltzustand, kann - muss aber nicht zwingenderweise bedeuten, dass die Schalteinheit dauerhaft und so lange in dem ersten Schaltzustand betrieben wird, wie auch die von der Netzüberwachungseinheit detektierte Eigenschaft der in dem AC-Netz herrschenden Wechselspannung den vorgegebenen Kriterien genügt. Vielmehr ist es ausreichend, dass die Schalteinheit lediglich für einen begrenzten Zeitraum in dem ersten Schaltzustand betrieben wird, wenn die detektierte Eigenschaft der Wechselspannung in dem AC-Netz den vorgegebenen Kriterien genügt. Beispielsweise kann ein weiterer Zeitraum existieren, bei der die von der Netzüberwachungseinheit detektierte Eigenschaft der in dem AC- Netz herrschenden Wechselspannung den vorgegebenen Kriterien genügt, die Schalteinheit aber trotzdem nicht in dem ersten Schaltzustand, sondern gegebenenfalls in einem dritten Schaltzustand betrieben wird. Hingegen gilt jedoch, dass immer dann, wenn die Schalteinheit in dem ersten Schaltzustand betrieben wird, die detektierte Eigenschaft der in dem AC-Netz herrschenden Wechselspannung auch den vorgegebenen Kriterien genügt. Eine entsprechende Betrachtung gilt sinngemäß so auch für das Betreiben der Schalteinheit in dem zweiten Schaltzustand. Auch das Betreiben der Schalteinheit in dem zweiten Schaltzustand kann, muss jedoch nicht zwingenderweise dauerhaft und solange erfolgen, wie die Wechselspannung in dem AC-Netz nicht detektiert wird, oder die detektierte Eigenschaft der in dem AC-Netz herrschenden Wechselspannung den vorgegebenen Kriterien nicht genügt. Vielmehr ist ein einmaliges und zeitlich begrenztes Betreiben der Schalteinheit in dem zweiten Schaltzustand ausreichend, sofern zumindest eine der nach dem Begriff „wenn“ genannten Voraussetzungen erfüllt sind. Aus diesem Grund ist der Begriff „wenn“ innerhalb der Verfahrensschritte insbesondere nicht im Sinne von„genau dann, wenn“ oder„immer dann, wenn“ zu verstehen. Operating the switching unit in the first switching state can - but does not necessarily have to mean that the switching unit is operated in the first switching state permanently and for as long as the property of the AC voltage in the AC network that is detected by the network monitoring unit meets the specified criteria enough. Rather, it is sufficient that the switching unit is only operated in the first switching state for a limited period of time if the detected property of the AC voltage in the AC grid meets the specified criteria. For example, there may be a further period of time during which the property of the AC voltage prevailing in the AC network, which property is detected by the network monitoring unit, meets the specified criteria, but the switching unit is nevertheless not operated in the first switching state, but in a third switching state if appropriate. On the other hand, however, it applies that whenever the switching unit is operated in the first switching state, the detected property of the AC voltage prevailing in the AC network also meets the specified criteria. A corresponding consideration applies analogously to the operation of the switching unit in the second switching state. The switching unit can also be operated in the second switching state, but need not be permanent and as long as the AC voltage is not detected in the AC network or the detected property of the AC voltage prevailing in the AC network does not meet the specified criteria. Rather, a one-time and time-limited operation of the switching unit in the second switching state is sufficient, provided that at least one of the conditions named after the term “if” is met. For this reason, the term “if” within the process steps should not be understood in the sense of “exactly when” or “always when”.
Dass die Wechselspannung in dem AC-Netz nicht detektiert wird kann derart verstanden werden, dass die Netzüberwachungseinheit ordnungsgemäß operiert und deswegen keine Wechselspannung detektiert, weil keine Wechselspannung mit einer Spannungsamplitude > 0V in dem AC-Netz vorhanden ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Schalteinheit auch in dem zweiten Schaltzustand betrieben werden, wenn die Steuerungseinheit einen Ausfall/Defekt der Netzüberwachungseinheit detektiert oder übermittelt bekommt. In diesem Fall kann beispielsweise die Steuerungseinheit ein Umschalten der Schalteinheit vom ersten in den zweiten Schaltzustand steuern. Ein Umschalten der Schalteinheit von dem ersten in den zweiten Schaltzustand kann, wie nachfolgend erläutert, jedoch auch passiv und ohne explizite Beteiligung der Steuerungseinheit erfolgen. The fact that the AC voltage is not detected in the AC network can be understood to mean that the network monitoring unit is operating properly and therefore does not detect any AC voltage because there is no AC voltage with a voltage amplitude> 0V in the AC network. According to one exemplary embodiment, the switching unit can also be operated in the second switching state if the control unit detects or receives a failure / defect in the network monitoring unit. In this case, for example, the control unit can control a switching of the switching unit from the first to the second switching state. However, as explained below, the switching unit can be switched from the first to the second switching state passively and without explicit involvement of the control unit.
Der Begriff „Betreiben“ beinhaltet erfindungsgemäß sowohl ein aktives Betreiben, als auch ein passives Betreiben. Während bei einem aktiven Betreiben Einwirkungen auf die Schalteinheit erforderlich sind, um den jeweiligen Schaltzustand aufrechtzuerhalten, ist dies bei einem passiven Betreiben nicht der Fall. Vielmehr wird hier der entsprechende Schaltzustand von der Schalteinheit von selbst gehalten, mit anderen Worten: Die Schalteinheit liegt - gegebenenfalls nach aktiv initiierter Durchführung einer Schalthandlung - sich selbst überlassen und ohne weitere Einwirkung auf die Schalteinheit in dem entsprechenden Schaltzustand vor. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass jeder der beiden Schaltzustände aktiv betrieben werden kann. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass nur einer der beiden Schaltzustände aktiv betrieben wird während der jeweils andere Schaltzustand passiv betrieben wird. Auch ein passives Betreiben der Schalteinheit in dem ersten bzw. in dem zweiten Schaltzustand ist von der Erfindung umfasst, wobei dann jedoch ein Wechsel des einen Schaltzustandes in den jeweils anderen Schaltzustand aktiv durchgeführt wird, beispielsweise ähnlich der Funktion eines bistabilen Relais. Das Betreiben der Schalteinheit in dem zweiten Schaltzustand kann auch beinhalten, dass die Schalteinheit, gegebenenfalls anfänglich und einmalig in den zweiten Schaltzustand versetzt wird. Analoges gilt auch für das Betreiben der Schalteinheit in dem ersten Schaltzustand. According to the invention, the term “operation” includes both active operation and passive operation. While the switching unit has to be acted upon in an active operation to maintain the respective switching state, this is not the case in a passive operation. Rather, the corresponding switching state is held by the switching unit on its own, in other words: the switching unit is left to its own devices, if necessary after an actively initiated switching operation, and has no further influence on the switching unit in the corresponding switching state. It is within the scope of the invention that each of the two switching states can be operated actively. Alternatively, it is also possible for only one of the two switching states to be operated actively while the other switching state is in each case is operated passively. Passive operation of the switching unit in the first or in the second switching state is also encompassed by the invention, but then a change from one switching state to the other switching state is actively carried out, for example similar to the function of a bistable relay. Operating the switching unit in the second switching state can also include switching the switching unit to the second switching state, optionally initially and once. The same applies to the operation of the switching unit in the first switching state.
Die Erfindung nutzt den Effekt, dass die von der Hilfsenergiequelle bereitgestellte Wechselspannung nicht an dem AC-Ausgang des Wechselrichters, sondern an einem Kontakt der Schalteinheit bereitgestellt wird. Dabei ist der der Kontakt der Schalteinheit - zumindest für eine gewisse Zeitdauer - von dem AC-Ausgang des Wechselrichters getrennt. Die Hilfsenergiequelle muss somit nicht das mit dem AC- Ausgang des Wechselrichters verbundene AC-Netz samt der darin enthaltenen Impedanzen energetisch versorgen. Dies wäre nämlich bei einer größeren regenerativen Erzeugungsanlage mit mehreren über ein lokales Inselnetz verbundenen Wechselrichtern, deren Steuerungseinheiten sich über den AC- Ausgang der Wechselrichter versorgen, aufgrund der in dem lokalen Inselnetz vorhandenen Impedanzen nur mit einem vergleichsweise hohen Energieaufwand möglich. Entsprechend groß müsste daher die Hilfsenergiequelle herkömmlicherweise ausgelegt werden. Indem nun jedoch erfindungsgemäß die Hilfsenergiequelle an der Schalteinheit angeschlossen ist, die in ihrem zweiten Schaltzustand lediglich die Steuerungseinheit, und gegebenenfalls weitere wenig Energie verbrauchende Komponenten des Wechselrichters versorgt und insbesondere nicht mit dem AC-Ausgang des Wechselrichters verbunden ist, muss die Hilfsenergiequelle auch nicht weitere in dem lokalen Inselnetz angeschlossene Impedanzen versorgen. Aus diesem Grund es möglich, die Hilfsenergiequelle auf eine geringe Nominalleistung und damit kostengünstig auszulegen. Dies ist auch dann noch der Fall, wenn die Steuerungseinheiten mehrerer Wechselrichter über den jeweiligen Wechselrichtern zugeordnete Schalteinheiten gleichzeitig von der Hilfsenergiequelle versorgt werden oder die Hilfsenergiequelle über die Schalteinheit die Steuerungseinheiten mehrerer Wechselrichter oder eine übergeordnete Steuerung elektrisch versorgt. Die von der Netzüberwachungseinheit detektierte Eigenschaft kann mehrere Größen umfassen, beispielsweise die Höhe einer Amplitude und die Frequenz einer in dem AC-Netz herrschenden Wechselspannung. Die vorgegebenen Kriterien, bei denen die Schalteinheit in dem ersten Schaltzustand betrieben wird, können zumindest eines der folgenden Kriterien umfassen: The invention uses the effect that the AC voltage provided by the auxiliary energy source is not provided at the AC output of the inverter, but at a contact of the switching unit. The contact of the switching unit is separated from the AC output of the inverter - at least for a certain period of time. The auxiliary power source therefore does not have to supply energy to the AC network connected to the AC output of the inverter, including the impedances contained therein. This would be possible with a larger regenerative generation system with several inverters connected via a local island network, the control units of which are supplied via the AC output of the inverters, due to the impedances present in the local island network only with a comparatively high expenditure of energy. The auxiliary power source would therefore have to be designed correspondingly large. However, since, according to the invention, the auxiliary power source is now connected to the switching unit, which in its second switching state only supplies the control unit, and possibly other components of the inverter that use little energy, and in particular is not connected to the AC output of the inverter, the auxiliary power source does not have to be any more supply impedances connected in the local island network. For this reason, it is possible to design the auxiliary power source for a low nominal power and thus for a low cost. This is also the case if the control units of several inverters are simultaneously supplied by the auxiliary power source via the switching units assigned to the respective inverters or the auxiliary power source electrically supplies the control units of several inverters or a higher-level control system via the switching unit. The property detected by the grid monitoring unit can comprise several variables, for example the height of an amplitude and the frequency of an AC voltage prevailing in the AC grid. The predefined criteria in which the switching unit is operated in the first switching state can include at least one of the following criteria:
- eine Amplitude Uo der in dem AC-Netz herrschenden Wechselspannung ist - insbesondere mindestens für eine vorgegebene erste Zeitdauer Atsw.i - innerhalb eines vordefinierten Toleranzbereiches um einen Nominalwert Uo.nom für die Amplitude der Wechselspannung in dem AC-Netz, an amplitude Uo of the AC voltage prevailing in the AC network is - in particular at least for a predetermined first time period Atsw.i - within a predefined tolerance range around a nominal value Uo.nom for the amplitude of the AC voltage in the AC network,
- eine Frequenz fo der Wechselspannung ist - insbesondere für eine vorgegebene zweite Zeitdauer - innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches um einen Nominalwert fo.nom für die Frequenz der Wechselspannung in dem AC-Netz. - A frequency fo of the AC voltage is - in particular for a predetermined second period of time - within a predetermined tolerance range around a nominal value fo.nom for the frequency of the AC voltage in the AC grid.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen angegeben, deren Merkmale einzeln und in beliebiger Kombination miteinander angewendet werden können. Advantageous embodiments of the invention are specified in the following description and the subclaims, the features of which can be used individually and in any combination with one another.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens kann ein Versetzen der Schalteinheit in den ersten Schaltzustand und/oder das Betreiben der Schalteinheit in dem ersten Schaltzustand über die Netzüberwachungseinheit oder über diese in Verbindung mit der Steuerungseinheit gesteuert werden. Mit der Netzüberwachungseinheit und gegebenenfalls mit der Steuerungseinheit für die Steuerung der Schalteinheit werden somit Komponenten verwendet, die in dem Wechselrichter ohnehin vorhanden sind. Die zusätzlich erforderlichen Komponenten beschränken sich daher lediglich auf eine steuerbare Schalteinheit, nicht aber deren messwertgesteuerte Ansteuerungselektronik, weswegen hierdurch die anfallenden Kosten nochmals reduziert werden können. In an advantageous embodiment of the method, a setting of the switching unit in the first switching state and / or the operation of the switching unit in the first switching state can be controlled via the network monitoring unit or via this in connection with the control unit. With the grid monitoring unit and possibly with the control unit for controlling the switching unit, components are used that are present in the inverter anyway. The additional components required are therefore limited to a controllable switching unit, but not its measured value-controlled control electronics, which can therefore further reduce the costs incurred.
Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass ein Versetzen der Schalteinheit in den zweiten Schaltzustand und insbesondere auch das Betreiben der Schalteinheit in dem zweiten Schaltzustand bei einem Netzausfall des AC-Netzes passiv erfolgt. It can also be regarded as advantageous that the switching unit is switched to the second switching state and in particular the switching unit is operated passively in the second switching state in the event of a mains failure of the AC network.
Sofern lediglich die detektierten Eigenschaften der in dem AC-Netz herrschenden Wechselspannung den vorgegebenen Kriterien nicht genügt, kann ein Versetzen der Schalteinheit in den zweiten Schaltzustand und/oder das Betreiben der Schalteinheit in dem zweiten Schaltzustand über die Netzüberwachungseinheit oder über diese in Verbindung mit der Steuerungseinheit gesteuert werden. If only the detected properties of the AC voltage prevailing in the AC network does not meet the specified criteria, the switching unit can be switched to the second switching state and / or the switching unit can be operated can be controlled in the second switching state via the network monitoring unit or via this in connection with the control unit.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens kann in dem zweiten Schaltzustand der Schalteinheit zusätzlich zu der Steuerungseinheit zumindest eine weitere Komponente des Wechselrichters ausgewählt aus der Gruppe: Lüfter, Heizung, AC-Schalter, DC-Schalter, und Kommunikationseinheit von der Hilfsenergiequelle versorgt werden. Die Versorgung kann über eine mit der Schalteinheit verbundene Versorgungseinheit erfolgen, die aus der Wechselspannung der Hilfsenergiequelle gegebenenfalls unterschiedliche Spannungen zum Betrieb der Komponenten bereitstellt. Die Komponenten sind dann mit entsprechenden Anschlüssen der Versorgungseinheit verbunden. In a further advantageous embodiment of the method, in the second switching state of the switching unit, in addition to the control unit, at least one further component of the inverter can be selected from the group: fan, heater, AC switch, DC switch, and communication unit can be supplied by the auxiliary power source. The supply can take place via a supply unit connected to the switching unit, which may provide different voltages for operating the components from the AC voltage of the auxiliary energy source. The components are then connected to corresponding connections of the supply unit.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann die Hilfsenergiequelle dann, wenn die Schalteinheit in dem ersten Schaltzustand betrieben wird, insbesondere dann, wenn die Schalteinheit schon seit einer bestimmten Zeitdauer in dem ersten Schaltzustand betrieben wird, deaktiviert werden. Hierzu kann der Wechselrichter ein Deaktivierungssignal an die Hilfsenergiequelle senden, wodurch diese deaktiviert wird. Durch die Deaktivierung kann eine Primärenergie der Hilfsenergiequelle eingespart werden, wenn deren Wechselspannungsleistung nicht mehr benötigt wird. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn bereits eine Wechselspannung sicher und in ausreichender Qualität an dem AC-Ausgang des Wechselrichters anliegt, z.B. weil die Wechselspannung von dem Wechselrichter selbst oder von einem anderen mit dem AC-Ausgang des Wechselrichters verbundenen Wechselrichter erzeugt wird. Die Hilfsenergiequelle kann vorteilhafterweise als eine mobile Hilfsenergiequelle ausgebildet sein, die dann, wenn die Schalteinheit in dem ersten Schaltzustand betrieben wird, oder dann, wenn die Schalteinheit bereits seit einer bestimmten Zeitdauer in dem ersten Schaltzustand betrieben wird, von der Schalteinheit oder von dem Wechselrichter getrennt wird. Eine mobile und lösbar mit dem Wechselrichter verbundene Hilfsenergiequelle kann nacheinander für mehrere regenerative EEA verwendet werden. Sie ist daher für die mehreren EEA nur einmalig anzuschaffen. In an advantageous embodiment of the method, the auxiliary power source can be deactivated when the switching unit is operated in the first switching state, in particular when the switching unit has been operating in the first switching state for a certain period of time. For this purpose, the inverter can send a deactivation signal to the auxiliary energy source, which deactivates it. By deactivating a primary energy of the auxiliary energy source can be saved when its AC power is no longer required. This is the case, for example, when an AC voltage is already safely and in sufficient quality at the AC output of the inverter, e.g. because the AC voltage is generated by the inverter itself or by another inverter connected to the AC output of the inverter. The auxiliary power source can advantageously be designed as a mobile auxiliary power source, which is separated from the switching unit or from the inverter when the switching unit is operated in the first switching state or when the switching unit has been operating in the first switching state for a certain period of time becomes. A mobile auxiliary power source that is detachably connected to the inverter can be used in succession for several regenerative EEA. It is therefore only to be purchased once for the several EEA.
Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass die Schalteinheit unter der Voraussetzung, dass die Wechselspannung in dem AC-Netz den vorgegebenen Kriterien genügt, insbesondere in Abhängigkeit mindestens eines Zustandes der Hilfsenergiequelle, für eine Zeitdauer in einem dritten Schaltzustand betrieben wird, der einen Leistungsfluss sowohl zwischen der Steuerungseinheit und dem AC-Netz als auch zwischen der Hilfsenergiequelle und dem AC-Netz ermöglicht. It can also be considered advantageous that the switching unit, provided that the AC voltage in the AC network meets the specified criteria, in particular depending on at least one state of the Auxiliary power source, operated for a period of time in a third switching state, which enables a power flow both between the control unit and the AC network and between the auxiliary power source and the AC network.
Die Hilfsenergiequelle, die über die Schalteinheit mit dem Wechselrichter, insbesondere mit dessen Steuerungseinheit verbunden ist, kann einen über eine Batterie gespeisten Hilfsquellen-Wechselrichter, einen über ein PV-Modul oder eine Reihenschaltung von PV-Modulen gespeisten Hilfsquellen-Wechselrichter oder einen Dieselgenerator umfassen. Optional ist es natürlich auch möglich, dass der Hilfsquellen-Wechselrichter aus einer Kombination von zumindest einer Batterie und zumindest einem PV-Modul gespeist wird. Dabei kann der Hilfsquellen- Wechselrichter, wenn er von zumindest einer Batterie gespeist wird, als bidirektional operierender Hilfsquellen-Wechselrichter ausgebildet sein. Vorteilhafterweise kann die an den Hilfsquellen-Wechselrichter angeschlossene Batterie durch zumindest einen Teil derjenigen Batterie gebildet werden, die auch im Normalbetrieb des Wechselrichters an dessen DC-Eingang angeschlossen ist. In gleicher Weise kann das an den Hilfsquellen-Wechselrichter angeschlossene PV-Modul oder die Reihenschaltung von PV-Modulen zumindest einen Teil des PV-Generators umfassen, der im Normalbetrieb des Wechselrichters an dessen DC-Eingang angeschlossen ist. Auf diese Weise können Teile der ohnehin an dem DC-Eingang des Wechselrichters angeschlossenen DC-Quelle für den Schwarzstart genutzt werden, ohne dass hierfür zusätzliche Komponente vorgehalten werden müssen. Dabei ist es nicht notwendig, dass die Batterie bzw. das PV-Modul dann, wenn sie/es mit dem Hilfsquellen-Wechselrichter verbunden ist, von dem DC-Eingang des Wechselrichters getrennt vorliegt. The auxiliary power source, which is connected to the inverter, in particular to its control unit, via the switching unit can comprise an auxiliary source inverter powered by a battery, an auxiliary source inverter powered by a PV module or a series connection of PV modules, or a diesel generator. Optionally, it is of course also possible for the auxiliary source inverter to be fed from a combination of at least one battery and at least one PV module. The auxiliary source inverter, if it is fed by at least one battery, can be designed as a bidirectionally operating auxiliary source inverter. Advantageously, the battery connected to the auxiliary source inverter can be formed by at least part of the battery that is also connected to the DC input of the inverter during normal operation. In the same way, the PV module connected to the auxiliary source inverter or the series connection of PV modules can comprise at least a part of the PV generator that is connected to its DC input during normal operation of the inverter. In this way, parts of the DC source, which is in any case connected to the DC input of the inverter, can be used for the black start without the need for additional components. It is not necessary for the battery or the PV module to be separate from the DC input of the inverter when it is connected to the auxiliary source inverter.
Gerade im Falle eines bidirektional operierenden Hilfsquellen-Wechselrichters kann es vorteilhaft sein, wenn die Schalteinheit bei einer den vorgegebenen Kriterien genügenden Wechselspannung in dem AC-Netz für eine dritte Zeitdauer in einem dritten Schaltzustand betrieben wird, der einen Leistungsfluss zwischen der Steuerungseinheit und dem AC-Netz einerseits und zwischen der Hilfsenergiequelle und dem AC-Netz andererseits ermöglicht. Hierdurch kann ein Aufladen der Batterie über den (bidirektional operierenden) Hilfsquellen-Wechselrichter der Hilfsenergiequelle aus dem AC-Netz erfolgen. Die Umschaltung der Schalteinheit in den dritten Schaltzustand kann insbesondere von einem Ladezustand der Batterie abhängig sein. Eine erfindungsgemäße zur Durchführung des Verfahrens ausgelegte Anlagenkomponente umfasst einen Wechselrichter zur Umwandlung von Gleichspannung in Wechselspannung und eine Schalteinheit. Dabei kann die Schalteinheit als ein Bestandteil des Wechselrichters oder als separate Komponente ausgebildet sein, die außerhalb eines Gehäuses des Wechselrichters vorliegt. Dabei umfasst der Wechselrichter: Especially in the case of a bidirectionally operating auxiliary source inverter, it can be advantageous if the switching unit is operated in a third switching state for a third period of time with an alternating voltage in the AC network that meets the specified criteria and which has a power flow between the control unit and the AC Network on the one hand and between the auxiliary power source and the AC network on the other hand. As a result, the battery can be charged via the (bidirectionally operating) auxiliary source inverter of the auxiliary power source from the AC grid. The switchover of the switching unit to the third switching state can be dependent in particular on a state of charge of the battery. A system component designed according to the invention for carrying out the method comprises an inverter for converting direct voltage into alternating voltage and a switching unit. The switching unit can be designed as a component of the inverter or as a separate component that is present outside a housing of the inverter. The inverter includes:
- einen Gleichspannungs (DC) - Eingang zum Anschluss des Wechselrichters an eine die Gleichspannung bereitstellende DC-Quelle, a direct voltage (DC) input for connecting the inverter to a DC source providing the direct voltage,
- einen Wechselspannungs (AC) - Ausgang zum Anschluss des Wechselrichters an ein Wechselspannungs (AC) - Netz - an alternating voltage (AC) output for connecting the inverter to an alternating voltage (AC) network
- eine Netzüberwachungseinheit, die eingerichtet ist, eine Eigenschaft einer Wechselspannung in dem AC-Netz zu detektieren, a grid monitoring unit which is set up to detect a property of an AC voltage in the AC grid,
- einen DC/AC-Wandler, und - a DC / AC converter, and
- eine Steuerungseinheit zur Steuerung des DC/AC-Wandlers. - A control unit for controlling the DC / AC converter.
Die Steuerungseinheit des Wechselrichters ist mit der Schalteinheit elektrisch verbunden. Dabei ist die Schalteinheit ausgelegt und eingerichtet, in einem ersten Schaltzustand der Schalteinheit die Steuerungseinheit über das mit dem AC- Ausgang des Wechselrichters verbundene AC-Netz zu versorgen, und in einem zweiten Schaltzustand der Schalteinheit die Steuerungseinheit über eine eine Wechselspannung bereitstellende Hilfsenergiequelle zu versorgen, die in dem zweiten Schaltzustand von dem AC-Ausgang getrennt ist, so dass ein Leistungsfluss zwischen der Hilfsenergiequelle und dem AC-Ausgang, sowie ein Leistungsfluss zwischen der Hilfsenergiequelle und einem mit dem AC-Ausgang verbundenen AC- Netz verhindert wird. Weiterhin ist die Netzüberwachungseinheit des Wechselrichters oder die Netzüberwachungseinheit in Verbindung mit der Steuerungseinheit eingerichtet, die Schalteinheit in Abhängigkeit der detektierten Eigenschaft der Wechselspannung in dem AC-Netz in dem ersten oder in dem zweiten Schaltzustand zu betreiben. Es ergeben sich die bereits in Verbindung mit dem Verfahren erläuterten Vorteile. The control unit of the inverter is electrically connected to the switching unit. The switching unit is designed and set up to supply the control unit in a first switching state of the switching unit via the AC network connected to the AC output of the inverter, and to supply the control unit in a second switching state of the switching unit via an auxiliary power source providing an AC voltage, which is separated from the AC output in the second switching state, so that a power flow between the auxiliary power source and the AC output, and a power flow between the auxiliary power source and an AC network connected to the AC output is prevented. Furthermore, the network monitoring unit of the inverter or the network monitoring unit in connection with the control unit is set up to operate the switching unit in the first or in the second switching state depending on the detected property of the AC voltage in the AC network. The advantages already explained in connection with the method result.
In einer Ausführungsform der Anlagenkomponente kann die mit dem Wechselrichter verbundene Schalteinheit ein „normally-off“ und/oder ein „normally-on“ Relais umfassen. Auf diese Weise ist die Schalteinheit in der Lage, von sich aus und ohne Einwirkung von außen einen bestimmten Schaltzustand einzunehmen. Vorteilhafterweise kann es sich hierbei um den zweiten Schaltzustand handeln. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Anlagenkomponente kann die Schalteinheit in einem Gehäuse des Wechselrichters angeordnet sein, so, dass der Wechselrichter die Schalteinheit umfasst und der Wechselrichter die Anlagenkomponente ist. In einer Ausführungsform der Anlagenkomponente kann der Wechselrichter optional einen Anschluss zum Anschließen der Hilfsenergiequelle aufweisen, der mit einem Kontakt der Schalteinheit verbunden ist. In diesem Fall muss das Gehäuse des Wechselrichters nicht geöffnet werden, um die Hilfsenergiequelle mit der Schalteinheit zu verbinden. In einer weiteren Ausführungsform der Anlagenkomponente kann der Wechselrichter einen weiteren Ausgang aufweisen, der einen über die Schalteinheit vermittelten Leistungsfluss aus dem AC-Netz oder aus der Hilfsenergiequelle ermöglicht. Über den weiteren Ausgang können weitere außerhalb eines Gehäuses des Wechselrichters angeordnete und mit dem weiteren Ausgang verbundene Baugruppen, beispielsweise eine Kraftwerks-Steuerung, abhängig von dem Schaltzustand der Schalteinheit entweder durch die Hilfsenergiequelle oder durch das AC-Netz versorgt werden. Der Wechselrichter kann in einer Ausführungsform der Anlagenkomponente dazu eingerichtet sein, in dem zweiten Schaltzustand der Schalteinheit nicht nur die Steuerungseinheit, sondern auch zumindest eine weitere seiner Komponenten, beispielsweise einen Lüfter, einen AC-Schalter, einen DC-Schalter, eine Kommunikationseinheit und/oder eine Heizung über die Hilfsenergiequelle zu versorgen. In one embodiment of the system component, the switching unit connected to the inverter can comprise a “normally-off” and / or a “normally-on” relay. In this way, the switching unit is able to assume a certain switching state on its own initiative and without external influence. This can advantageously be the second switching state. In an advantageous embodiment of the system component, the switching unit can be arranged in a housing of the inverter so that the inverter comprises the switching unit and the inverter is the system component. In one embodiment of the system component, the inverter can optionally have a connection for connecting the auxiliary power source, which is connected to a contact of the switching unit. In this case, the housing of the inverter does not have to be opened to connect the auxiliary power source to the switching unit. In a further embodiment of the system component, the inverter can have a further output which enables a power flow from the AC network or from the auxiliary energy source, which is mediated via the switching unit. Via the further output, further assemblies arranged outside a housing of the inverter and connected to the further output, for example a power plant control system, can be supplied either by the auxiliary power source or by the AC network, depending on the switching state of the switching unit. In one embodiment of the system component, the inverter can be set up not only to control the control unit in the second switching state of the switching unit, but also at least one of its components, for example a fan, an AC switch, a DC switch, a communication unit and / or to supply heating via the auxiliary energy source.
Prinzipiell kann die erfindungsgemäße Anlagenkomponente einen stromstellenden oder einen spannungsstellenden Wechselrichter umfassen. In einer besonders bevorzugten Variante der Anlagenkomponente kann der Wechselrichter für einen spannungstellenden Betrieb eingerichtet sein. Der Wechselrichter der Anlagenkomponente kann als Photovoltaik (PV) - Wechselrichter ausgebildet sein, dessen DC-Eingang mit einem PV-Generator verbunden ist. Alternativ kann der Wechselrichter der Anlagenkomponente auch als Batterie-Wechselrichter ausgebildet sein, wobei dessen DC-Eingang mit einer Batterie verbindbar oder verbunden ist. Der Wechselrichter kann auch mehrere DC-Eingänge aufweisen, von denen ein DC-Eingang mit einem PV-Generator und ein weiterer DC-Eingang mit einer Batterie verbindbar oder verbunden ist. Ein erfindungsgemäßer Wechselrichter ist dazu ausgebildet und eingerichtet, als Wechselrichter der Anlagenkomponente verwendbar zu sein. Hierzu ist seine Steuerungseinheit dazu ausgebildet, mit einer Schalteinheit der Anlagenkomponente verbindbar zu sein. Dies kann beispielsweise über einen Anschluss am Gehäuse des Wechselrichters realisiert werden, der mit der Steuerungseinheit gegebenenfalls unter Zwischenschaltung der Schalteinheit elektrisch verbunden ist und der ausgelegt ist, die Steuerungseinheit über eine mit dem Anschluss verbundene eine Wechselspannung bereitstellende Hilfsenergiequelle elektrisch zu versorgen. In principle, the system component according to the invention can comprise a current-setting or a voltage-setting inverter. In a particularly preferred variant of the system component, the inverter can be set up for voltage-setting operation. The inverter of the system component can be designed as a photovoltaic (PV) inverter, the DC input of which is connected to a PV generator. Alternatively, the inverter of the system component can also be designed as a battery inverter, with its DC input being connectable or connected to a battery. The inverter can also have a plurality of DC inputs, of which one DC input can be connected to a PV generator and another DC input can be connected to a battery. An inverter according to the invention is designed and set up to be usable as an inverter of the system component. For this purpose, its control unit is designed to be connectable to a switching unit of the system component. This can be achieved, for example, via a connection on the housing of the inverter, which is electrically connected to the control unit, possibly with the interposition of the switching unit, and which is designed to supply the control unit electrically via an auxiliary power source that is connected to the connection and provides an AC voltage.
Eine erfindungsgemäße Energieerzeugungsanlage (EEA), umfasst eine Mehrzahl von Wechselrichtern und zumindest eine erfindungsgemäße Anlagenkomponente, wobei die Anlagenkomponente zumindest einen erfindungsgemäßen Wechselrichter aus der Mehrzahl von Wechselrichtern umfasst, dessen Steuerungseinheit mit der Schalteinheit der Anlagenkomponente verbunden ist. Die EEA kann als regenerative EEA, insbesondere als Photovoltaik (PV) - Anlage ausgebildet sein. In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die EEA eine Kraftwerkssteuerung zur Steuerung eines Betriebs der Mehrzahl von Wechselrichtern aufweisen, die ebenfalls mit der Schalteinheit der zumindest einen Anlagenkomponente verbundenen ist und ausgebildet und eingerichtet ist, bei einem Betrieb der Schalteinheit in dem zweiten Schaltzustand über die Hilfsenergiequelle versorgt zu werden. Dabei ist die Hilfsenergiequelle in dem zweiten Schaltzustand von einem AC-Anschluss des der Anlagenkomponente zugeordneten Wechselrichters getrennt. Die Kraftwerkssteuerung ist ferner eingerichtet, bei einem Betrieb der Schalteinheit in dem ersten Schaltzustand über das mit dem AC-Ausgang des der Anlagenkomponente zugeordneten Wechselrichters verbundene AC-Netz versorgt zu werden. Dabei kann die Kraftwerkssteuerung als separate Komponente ausgebildet sein, die außerhalb eines Gehäuses des Wechselrichters der Anlagenkomponente angeordnet ist. In diesem Fall kann die Kraftwerkssteuerung an den weiteren Anschluss des der Anlagenkomponente zugeordneten Wechselrichters angeschlossen und über diesen mit der Schalteinheit elektrisch verbunden sein. Alternativ dazu kann die Kraftwerkssteuerung aber auch in einem Gehäuse des Wechselrichters der Anlagenkomponente angeordnet und somit integraler Bestandteil des Wechselrichters der Anlagenkomponente sein. Kurzbeschreibunq der Figuren An energy generation system (EEA) according to the invention comprises a plurality of inverters and at least one system component according to the invention, the system component comprising at least one inverter from the plurality of inverters according to the invention, the control unit of which is connected to the switching unit of the system component. The EEA can be designed as a regenerative EEA, in particular as a photovoltaic (PV) system. In an advantageous embodiment, the EEA can have a power plant controller for controlling an operation of the plurality of inverters, which is also connected to the switching unit of the at least one system component and is designed and set up to be supplied via the auxiliary power source when the switching unit is operating in the second switching state will. The auxiliary power source in the second switching state is disconnected from an AC connection of the inverter assigned to the system component. The power plant controller is also set up to be supplied when the switching unit is operating in the first switching state via the AC network connected to the AC output of the inverter assigned to the system component. The power plant control can be designed as a separate component, which is arranged outside a housing of the inverter of the system component. In this case, the power plant controller can be connected to the further connection of the inverter assigned to the system component and can be electrically connected to the switching unit via this. As an alternative to this, the power plant control can also be arranged in a housing of the inverter of the system component and thus be an integral part of the inverter of the system component. Brief description of the figures
Im Folgenden wird die Erfindung mithilfe von Figuren dargestellt. Von diesen zeigen The invention is illustrated below with the aid of figures. Show from these
Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlagenkomponente mit einem Wechselrichter und einer Schalteinheit; 1 shows an embodiment of a system component according to the invention with an inverter and a switching unit;
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur elektrischen Versorgung eines Wechselrichters in einer Ausführungsform. 2 shows a flowchart of the method according to the invention for the electrical supply of an inverter in one embodiment.
Fiqurenbeschreibunq Description of features
In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlagenkomponente 17 mit einem Wechselrichters 1 zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung und einer Schalteinheit 8 illustriert. Der Wechselrichter 1 weist einen Gleichspannungs (DC) - Eingang 12 auf, an den eine die Gleichspannung bereitstellende DC-Quelle 19, beispielsweise ein Photovoltaik (PV) - Generator 15 angeschlossen ist. Alternativ dazu kann der Wechselrichter 1 auch einen Batterie- Wechselrichter umfassen, an dessen DC-Eingang 12 eine Batterie 16 angeschlossen ist, was in Fig.1 in Form von gestrichelt gezeichneten Symbolen illustriert ist. Der Wechselrichter 1 weist einen Wechselspannungs (AC) - Ausgang 1 1 auf, über den ein Leistungsaustausch mit einem an den AC - Ausgang 1 1 angeschlossenen Wechselspannungs (AC) - Netz 21 erfolgt. Der Wechselrichter 1 beinhaltet weiterhin einen DC/AC-Wandler 2, der die an dem DC Eingang 12 anliegende Gleichspannung in eine Wechselspannung umwandelt, die an einem Ausgang 13 des DC/AC- Wandlers 2 ausgegeben wird und über ein Netzrelais 6 an den AC Ausgang 11 des Wechselrichters 1 übermittelt wird. Eine Netzüberwachungseinheit 4 dient dazu, auch bei geöffnetem Netzrelais 6 eine Eigenschaft des AC-Netzes 21 , beispielsweise eine Spannungsamplitude Uo und oder eine Frequenz f einer in dem AC-Netz 21 vorliegenden Wechselspannung zu detektieren. Hierzu ist die Netzüberwachungseinheit 4 mit einem netzseitigen Kontakt des Netzrelais' 6 verbunden. Der Wechselrichter 1 beinhaltet weiterhin eine Steuerungseinheit 3 zur Steuerung des DC/AC-Wandlers. Die Schalteinheit 8 der Anlagenkomponente 17 ist ausgelegt, die Steuerungseinheit 3 wahlweise entweder über den AC Ausgang 1 1 oder über eine an einen Anschluss 18 des Wechselrichters 1 angeschlossene eine Wechselspannung bereitstellende Hilfsenergiequelle 22 zu versorgen. In der in Fig. 1 mittels einer durchgezogenen Linie dargestellten Schalterstellung liegt die Schalteinheit 8 einem ersten Schaltzustand vor, bei dem die Steuerungseinheit 3 über das an den AC-Ausgang 1 1 angeschlossene AC-Netz 21 versorgt wird. Dabei erfolgt ein Leistungsfluss aus dem AC-Netz 21 über einen Transformator 9, der eine Nominalspannung des AC-Netzes 21 auf eine zur Versorgung der Steuerungseinheit 3 geeignete Wechselspannung transformiert, über die Schaltungseinheit 8 zur Steuerungseinheit 3. In dem in Fig. 1 dargestellten Fall wird die von dem AC-Netz 21 über die Schalteinheit 8 fließende Leistung zunächst an eine Versorgungsschaltung 5 weitergeleitet, die die eingehende Wechselspannung zur Versorgung weiterer Komponenten des Wechselrichters aufbereitet und an diese weiterleitet. Als weitere Komponenten des Wechselrichters 1 ist in Fig. 1 exemplarisch ein Lüfter 10 des Wechselrichters 1 dargestellt. Von der Versorgungsschaltung 5 wird auch eine externe Komponente 25 versorgt, die außerhalb des Wechselrichters 1 angeordnet ist. Hierzu ist die externe Komponente 25 an einen weiteren Ausgang 14 des Wechselrichters 1 angeschlossenen und über diesen mit der Versorgungsschaltung 5 verbunden. Exemplarisch handelt es sich bei der weiteren Komponente 25 um eine Kraftwerkssteuerung 20 zur übergeordneten Steuerung einer Mehrzahl von Wechselrichtern innerhalb einer regenerativen EEA. In Fig. 1 ist ein zweiter Schaltzustand der Schalteinheit 8 durch eine gestrichelt dargestellte Schalterstellung symbolisiert. In dem zweiten Schaltzustand erfolgt ein Leistungsfluss von der Hilfsenergiequelle 22 - hier: exemplarisch ein von einer Batterie 23a und/oder von einem PV-Modul 23b (in Fig. 1 gestrichelt dargestellt) gespeister Hilfsquellen- Wechselrichter 24 - über die Schalteinheit 8 zu der Steuerungseinheit 3. Auch die Versorgungsschaltung 5 empfängt in dem zweiten Schaltzustand der Schalteinheit 8 einen Leistungsfluss von der Hilfsenergiequelle 22, der nach Aufbereitung zur Versorgung des Lüfters 10 und der externen Komponente 25 dient. Dabei wird in dem zweiten Schaltzustand der Schalteinheit 8 ein Leistungsfluss zwischen der Hilfsenergiequelle 22 und dem AC-Ausgang 1 1 , sowie zwischen der Hilfsenergiequelle 22 und dem mit dem AC-Ausgang 1 1 verbundenen AC-Netz verhindert. 1 illustrates an embodiment of a system component 17 according to the invention with an inverter 1 for converting a DC voltage into an AC voltage and a switching unit 8. The inverter 1 has a direct voltage (DC) input 12 to which a DC source 19 providing the direct voltage, for example a photovoltaic (PV) generator 15, is connected. As an alternative to this, the inverter 1 can also comprise a battery inverter, to whose DC input 12 a battery 16 is connected, which is illustrated in FIG. 1 in the form of symbols drawn in dashed lines. The inverter 1 has an alternating voltage (AC) output 11, via which power is exchanged with an alternating voltage (AC) network 21 connected to the AC output 11. The inverter 1 also includes a DC / AC converter 2, which converts the DC voltage present at the DC input 12 into an AC voltage, which is output at an output 13 of the DC / AC converter 2 and via a mains relay 6 to the AC output 11 of the inverter 1 is transmitted. A grid monitoring unit 4 serves to detect a property of the AC grid 21, for example a voltage amplitude Uo and or a frequency f of an AC voltage present in the AC grid 21, even when the grid relay 6 is open. For this purpose the network control unit 4 is connected to a line-side contact of the relay network '. 6 The inverter 1 further includes a control unit 3 for controlling the DC / AC converter. The switching unit 8 of the system component 17 is designed to supply the control unit 3 either via the AC output 11 or via an auxiliary energy source 22 which provides an AC voltage and is connected to a connection 18 of the inverter 1. In the switch position shown in FIG. 1 by a solid line, the switching unit 8 is in a first switching state in which the control unit 3 is supplied via the AC network 21 connected to the AC output 11. Power flows from the AC network 21 via a transformer 9, which transforms a nominal voltage of the AC network 21 to an alternating voltage suitable for supplying the control unit 3, via the circuit unit 8 to the control unit 3. In the case shown in FIG. 1 the power flowing from the AC network 21 via the switching unit 8 is first passed on to a supply circuit 5, which processes the incoming AC voltage for supplying further components of the inverter and forwards them to them. A fan 10 of the inverter 1 is shown as an example in FIG. 1 as further components of the inverter 1. The supply circuit 5 also supplies an external component 25 which is arranged outside the inverter 1. For this purpose, the external component 25 is connected to a further output 14 of the inverter 1 and connected to the supply circuit 5 via this. By way of example, the further component 25 is a power plant controller 20 for the superordinate control of a plurality of inverters within a regenerative EEA. In Fig. 1, a second switching state of the switching unit 8 is symbolized by a switch position shown in dashed lines. In the second switching state, there is a power flow from the auxiliary energy source 22 - here: as an example an auxiliary source inverter 24 fed by a battery 23a and / or by a PV module 23b (shown in dashed lines in FIG. 1) via the switching unit 8 to the control unit 3. In the second switching state of the switching unit 8, the supply circuit 5 also receives a power flow from the auxiliary energy source 22, which after preparation serves to supply the fan 10 and the external component 25. In the second switching state of the switching unit 8, a power flow between the auxiliary energy source 22 and the AC output 11 and between the auxiliary energy source 22 and the AC network connected to the AC output 11 is prevented.
In Figur 1 ist der Wechselrichter 1 exemplarisch als ein dreiphasiger Wechselrichter mit drei Phasenausgängen ausgebildet. Im Rahmen der Erfindung ist jedoch auch ein Wechselrichter mit einer anderen Anzahl von Phasenausgängen, beispielsweise ein einphasiger Wechselrichter möglich. Zudem kann der Wechselrichter 1 als mehrstufiger Wechselrichter ausgebildet sein und einen zwischen dem DC-Eingang 12 und dem DC/AC-Wandler 2 angeordneten DC/DC-Wandler beinhalten. Die Schalteinheit 8 ist in Fig. 1 exemplarisch in einem Gehäuse des Wechselrichters 1 angeordnet. Sie ist damit integraler Bestandteil des Wechselrichters 1 , der somit auch die Anlagenkomponente 17 ausbildet. Dies ist jedoch nicht zwingend. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, dass die Schalteinheit 8 außerhalb des Wechselrichters 1 angeordnet ist. Zudem ist die in Fig. 1 dargestellte Versorgungsschaltung 5 nicht zwingend erforderlich, insbesondere dann nicht, wenn die weiteren zu versorgenden Komponenten - hier der Lüfter 10 und die externe Komponente 25 - mit einer Wechselspannung gleicher Qualität versorgt werden, wie sie auch von der Steuerungseinheit 3 benötigt wird. In Figure 1, the inverter 1 is exemplarily designed as a three-phase inverter with three phase outputs. However, is also within the scope of the invention an inverter with a different number of phase outputs, for example a single-phase inverter possible. In addition, the inverter 1 can be designed as a multi-stage inverter and contain a DC / DC converter arranged between the DC input 12 and the DC / AC converter 2. The switching unit 8 is exemplarily arranged in a housing of the inverter 1 in FIG. 1. It is therefore an integral part of the inverter 1, which thus also forms the system component 17. However, this is not mandatory. In the context of the invention, it is also possible for the switching unit 8 to be arranged outside the inverter 1. In addition, the supply circuit 5 shown in FIG. 1 is not absolutely necessary, in particular not when the further components to be supplied - here the fan 10 and the external component 25 - are supplied with an alternating voltage of the same quality as that of the control unit 3 is needed.
In Fig. 2 ist ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur elektrischen Versorgung eines Wechselrichters 1 in einer Ausführungsform dargestellt. Das Verfahren wird im Folgenden am Beispiel eines Schwarzstarts einer regenerativen Energieerzeugungsanlage, hier: einer PV-Anlage, erklärt, die zumindest einen - vorteilhafterweise mehrere spannungsstellend operierende Wechselrichter aufweist. Die EEA weist zudem eine Anlagenkomponente 17 auf, die exemplarisch aus einem Wechselrichter 1 der mehreren Wechselrichter und einer Schalteinheit 8 gebildet ist. Ziel des Schwarzstarts ist es, eine Wechselspannung in einem lokalen Wechselspannungsnetz der EEA aufzubauen, das während dem Schwarzstart von dem öffentlichen Energieversorgungsnetz (EVN) abgetrennt ist. Zu Beginn des Schwarzstarts ist lediglich ein erster Wechselrichter 1 über sein geschlossenes Netzrelais 6 mit dem lokalen Wechselspannungsnetz, nachfolgend als AC-Netz 21 bezeichnet, verbunden. 2 shows a flowchart of the method according to the invention for the electrical supply of an inverter 1 in one embodiment. The method is explained below using the example of a black start of a regenerative energy generation system, here: a PV system, which has at least one - advantageously a plurality of inverters that operate in a voltage-setting manner. The EEA also has a system component 17, which is formed by way of example from an inverter 1 of the plurality of inverters and a switching unit 8. The aim of the black start is to build up an AC voltage in a local AC network of the EEA, which is disconnected from the public power supply network (EVN) during the black start. At the beginning of the black start, only a first inverter 1 is connected via its closed grid relay 6 to the local AC grid, hereinafter referred to as AC grid 21.
Das Verfahren beginnt mit dem Verfahrensschritt S1 , bei dem keine Wechselspannung mit einer Amplitude Uo > 0V in dem AC-Netz 21 vorliegt. In dem Verfahrensschritt S2 wird abgefragt, ob eine Detektion einer Wechselspannung in dem AC-Netz 21 durch die Netzüberwachungseinheit 4 möglich ist. Zu Beginn des Schwarzstarts ist dies nicht der Fall, weswegen das Verfahren zu einem Schritt S3 verzweigt, bei dem die Schalteinheit 8 in dem zweiten Schaltzustand betrieben wird. Hierzu kann die Schalteinheit 8 - gegebenenfalls mittels eines Leistungsbezuges aus der Hilfsenergiequelle 22 - gezielt in den zweiten Zustand versetzt werden, sofern sie nicht ohnehin schon in dem zweiten Schaltzustand vorliegt, beispielsweise weil die Schalteinheit 8 den zweiten Schaltzustand von selbst bzw. passiv einnimmt. In dem folgenden Schritt S4 wird die Hilfsenergiequelle 22 - falls noch nicht erfolgt - gestartet und betrieben. Sie erzeugt somit eine Wechselspannung zur Versorgung der Steuerungseinheit 3 des Wechselrichters 1. Indem die Steuerungseinheit 3 elektrisch versorgt wird, kann diese den DC/AC-Wandler 2 des Wechselrichters 1 zum Stellen einer Wechselspannung mit der Nominalamplitude Uo.nom des AC-Netzes 21 ansteuern. Dabei kann die Wechselspannung je nach Nominalleistung des Wechselrichters 1 unmittelbar mit der Nominalamplitude Uo.nom des AC-Netzes 21 erzeugt werden. Alternativ dazu kann die von dem DC/AC-Wandler 2 erzeugte Wechselspannung aber auch stufenartig auf die Nominalamplitude Uo.nom des AC- Netzes 21 ansteigen, wobei nach jeder Stufe - wie in der Schrift WO 2014 / 140281 A1 beschrieben - weitere Wechselrichter 1 der EEA dem AC-Netz 21 hinzugeschaltet werden. In diesem Fall stellt der Wechselrichter 1 eine Spannungsamplitude Uo, die sich aus seiner Nominalleistung und der Impedanz des AC-Netzes 21 ergibt. Ist die Nominalamplitude Uo.nom oder eine Leistungsgrenze des Wechselrichters 1 erreicht, verzweigt das Verfahren zurück zum Schritt S2. The method begins with method step S1, in which there is no AC voltage with an amplitude Uo> 0V in the AC network 21. In method step S2 it is queried whether a detection of an alternating voltage in the AC grid 21 by the grid monitoring unit 4 is possible. At the beginning of the black start, this is not the case, which is why the method branches to a step S3, in which the switching unit 8 is operated in the second switching state. For this purpose, the switching unit 8 can be selectively switched to the second state, if necessary by means of a power supply from the auxiliary energy source 22, provided that it is not already in the second switching state, for example because the switching unit 8 assumes the second switching state automatically or passively. In the following step S4, the auxiliary energy source 22 is started and operated, if this has not yet been done. It thus generates an AC voltage for supplying the control unit 3 of the inverter 1. By supplying the control unit 3 with electricity, it can control the DC / AC converter 2 of the inverter 1 to set an AC voltage with the nominal amplitude Uo.nom of the AC network 21 . Depending on the nominal power of the inverter 1, the alternating voltage can be generated directly with the nominal amplitude Uo.nom of the AC network 21. As an alternative to this, the AC voltage generated by the DC / AC converter 2 can also increase in steps to the nominal amplitude Uo.nom of the AC network 21, with further inverters 1 or 2 after each stage, as described in WO 2014/140281 A1 EEA can be added to the AC network 21. In this case, the inverter 1 sets a voltage amplitude Uo, which results from its nominal power and the impedance of the AC network 21. If the nominal amplitude Uo.nom or a power limit of the inverter 1 has been reached, the method branches back to step S2.
Nach dem Aufbau einer Wechselspannung mit der Amplitude Uo mit OV < Uo ^ Uo.nom ist in dem Schritt S2 eine Detektion der Wechselspannung in dem AC-Netz 21 möglich. Daher verzweigt das Verfahren zu dem Schritt S6, bei dem eine Eigenschaft der Wechselspannung in dem AC-Netz 21 - hier: die Amplitude Uo und eine Frequenz f der Wechselspannung - durch die Netzüberwachungseinheit 4 detektiert wird. Im Schritt S7 wird abgefragt, ob die detektierte Eigenschaft vorgegebenen Kriterien genügt. Als vorgegebene Kriterien ist in Fig. 2 exemplarisch jeweils ein erlaubter Toleranzbereich von 20% um die Nominalamplitude Uo.nom und um die Nominalfrequenz fo.nom der Wechselspannung des AC-Netzes 21 angegeben. Genügen die detektierten Werte von Amplitude Uo und Frequenz f der Wechselspannung diesen Kriterien nicht, verzweigt das Verfahren zurück zum Schritt S3, wobei die Schalteinheit 8 weiterhin in dem 2. Schaltzustand betrieben wird. Genügen hingegen die Amplitude Uo und die Frequenz f den vorgegebenen Kriterien, so verzweigt das Verfahren zu einem Schritt S8, bei dem überprüft wird ob die Wechselspannung in dem AC-Netz 21 stabil ist. Hierbei kann beispielsweise abgefragt werden, ob die detektierte Amplitude Uo für eine vorgegebene erste Zeitdauer Atsw.i innerhalb eines vordefinierten Toleranzbereiches um den Nominalwert Uo.nom der Amplitude der Wechselspannung Uo.nom liegt. Alternativ oder kumulativ kann abgefragt werden, ob die detektierte Frequenz f der Wechselspannung bereits für eine vorgegebene zweite Zeitdauer innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches um den Nominalwert für die Frequenz der Wechselspannung fnom liegt. Bei nicht zutreffender Stabilitätsbedingung verzweigt das Verfahren zurück zum Schritt S6 bei dem abermals die Amplitude Uo und die Frequenz f der Wechselspannung in dem AC-Netz 21 detektiert werden. Ist hingegen die Stabilitätsbedingung erfüllt, verzweigt das Verfahren zum Schritt S9, bei dem die Schalteinheit 8 nunmehr in dem ersten Schaltzustand betrieben wird. Das Betreiben der Schalteinheit 8 in dem ersten Schaltzustand kann auch beinhalten, dass die Schalteinheit 8 gegebenenfalls anfänglich in den ersten Schaltzustand versetzt wird. In dem ersten Schaltzustand wird die Steuerungseinheit 3 über das an den Ausgang 1 1 des Wechselrichters 1 angeschlossene AC-Netz 21 versorgt. In einem nachfolgenden Schritt S10 wird die Hilfsenergiequelle 22 deaktiviert und das Verfahren endet mit dem Schritt S1 1. After the build-up of an AC voltage with the amplitude Uo with OV <Uo ^ Uo.nom, a detection of the AC voltage in the AC network 21 is possible in step S2. The method therefore branches to step S6, in which a property of the AC voltage in the AC network 21 - here: the amplitude Uo and a frequency f of the AC voltage - is detected by the network monitoring unit 4. In step S7, a query is made as to whether the detected property meets predetermined criteria. An allowed tolerance range of 20% around the nominal amplitude Uo.nom and around the nominal frequency fo.nom of the AC voltage of the AC grid 21 is given as an example in FIG. 2 as predetermined criteria. If the detected values of amplitude Uo and frequency f of the alternating voltage do not meet these criteria, the method branches back to step S3, the switching unit 8 still being operated in the second switching state. If, on the other hand, the amplitude Uo and the frequency f satisfy the specified criteria, the method branches to a step S8, in which it is checked whether the AC voltage in the AC network 21 is stable. It can be queried here, for example, whether the detected amplitude Uo for a predetermined first time period Atsw.i is within a predefined tolerance range around the nominal value Uo.nom of the amplitude of the alternating voltage Uo.nom. Alternatively or cumulatively, it can be queried whether the detected frequency f of the AC voltage has already been within a predetermined tolerance range around the nominal value for the frequency of the AC voltage fnom for a predetermined second time period. If the stability condition does not apply, the method branches back to step S6, in which the amplitude Uo and the frequency f of the AC voltage are again detected in the AC network 21. If, on the other hand, the stability condition is met, the method branches to step S9, in which the switching unit 8 is now operated in the first switching state. The operation of the switching unit 8 in the first switching state can also include that the switching unit 8 may be initially set to the first switching state. In the first switching state, the control unit 3 is supplied via the AC network 21 connected to the output 11 of the inverter 1. In a subsequent step S10, the auxiliary power source 22 is deactivated and the method ends with step S1 1.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist es möglich, die Schalteinheit 8 zwischen dem Verfahrensschritten S8 und S9 für eine bestimmte Zeitdauer in einem dritten Schaltzustand zu betreiben, der sowohl einen Leistungsfluss zwischen dem AC-Netz 21 und der Steuerungseinheit 3, als auch einen Leistungsfluss zwischen dem AC-Netz 21 und der Hilfsenergiequelle 22 erlaubt. Dabei ermöglicht der dritte Schaltzustand der Schalteinheit 8 ein Aufladen der Batterie 24 der Hilfsenergiequelle 22 durch den bidirektional operierenden Hilfsquellen-Wechselrichter 24 bei gleichzeitiger Versorgung der Steuerungseinheit 3 aus dem AC-Netz 21. Bezuqszeichenliste In a further embodiment of the method, it is possible to operate the switching unit 8 between the method steps S8 and S9 for a certain period of time in a third switching state, which has both a power flow between the AC network 21 and the control unit 3 and a power flow between the AC network 21 and the auxiliary power source 22 allowed. The third switching state of the switching unit 8 enables the battery 24 of the auxiliary energy source 22 to be charged by the bidirectionally operating auxiliary source inverter 24 while the control unit 3 is supplied from the AC network 21 at the same time. Reference list
Wechselrichter Inverter
DC/AC-Wandler DC / AC converter
Steuerungseinheit Control unit
Netzüberwachungseinheit Network monitoring unit
Versorgungseinheit Supply unit
Netzrelais Power relay
DC-Schalter DC switch
Schalteinheit Switching unit
Transformator transformer
Lüfter Fan
AC-Ausgang AC output
DC-Eingang DC input
Ausgang exit
weiterer Ausgang further exit
Photovoltaik (PV) - Generator Photovoltaic (PV) generator
Batterie battery
Anlagenkomponente Plant component
Anschluss connection
DC-Quelle DC source
Kraftwerks-Steuerung Power plant control
AC-Netz AC grid
Hilfsenergiequelle Auxiliary energy source
a Batteriea battery
b PV-Modul b PV module
Hilfsquellen-Wechselrichter Auxiliary inverter
Komponente -S1 1 Verfahrensschritt Component -S1 1 process step

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zur elektrischen Versorgung eines Wechselrichters (1 ) mit einer Wechselspannung, wobei der Wechselrichter einen Wechselspannungs (AC) - Ausgang (1 1 ) zum Anschluss des Wechselrichters (1 ) an ein Wechselspannungs (AC) - Netz (21 ), einen Gleichspannungs (DC) - Eingang (12) zum Anschluss des Wechselrichters (1 ) an eine DC-Quelle (19), einen DC/AC-Wandler (2) zum Wandeln einer Gleichspannung der DC-Quelle (19) in eine Wechselspannung und eine Steuerungseinheit (3) zur Steuerung des DC/AC-Wandlers (2) umfasst, 1. A method for the electrical supply of an inverter (1) with an alternating voltage, the inverter having an alternating voltage (AC) output (1 1) for connecting the inverter (1) to an alternating voltage (AC) network (21), a direct voltage (DC) - input (12) for connecting the inverter (1) to a DC source (19), a DC / AC converter (2) for converting a DC voltage from the DC source (19) into an AC voltage and a control unit (3) for controlling the DC / AC converter (2),
- wobei die Steuerungseinheit (3) mit einer Schalteinheit (8) verbunden ist, die eingerichtet ist, in einem ersten Schaltzustand die Steuerungseinheit (3) über das mit dem AC-Ausgang (1 1 ) verbundene AC-Netz (21 ) zu versorgen und in einem zweiten Schaltzustand die Steuerungseinheit (3) über eine eine Wechselspannung bereitstellende Hilfsenergiequelle (22) zu versorgen, die im zweiten Schaltzustand der Schalteinheit (8) von dem AC-Ausgang (1 1 ) getrennt ist, - The control unit (3) is connected to a switching unit (8) which is set up to supply the control unit (3) in a first switching state via the AC network (21) connected to the AC output (11) and to supply the control unit (3) in a second switching state via an auxiliary power source (22) which provides AC voltage and which is separated from the AC output (1 1) in the second switching state of the switching unit (8),
- wobei der Wechselrichter (1 ) ferner eine Netzüberwachungseinheit (4) aufweist, die eingerichtet ist, eine Eigenschaft einer in dem AC-Netz (21 ) vorliegenden Wechselspannung zu detektieren, - The inverter (1) also has a grid monitoring unit (4) which is set up to detect a property of an AC voltage present in the AC grid (21),
mit den Schritten: with the steps:
- Betreiben der Schalteinheit (8) in dem zweiten Schaltzustand, wenn die Wechselspannung in dem AC-Netz (21 ) nicht detektiert wird, oder die von der Netzüberwachungseinheit (4) detektierte Eigenschaft der in dem AC-Netz (21 ) herrschenden Wechselspannung vorgegebenen Kriterien nicht genügt, und - Operating the switching unit (8) in the second switching state when the AC voltage in the AC network (21) is not detected, or the property of the AC voltage (21) detected by the network monitoring unit (4) predetermined criteria not enough, and
- Betreiben der Schalteinheit (8) in dem ersten Schaltzustand, wenn die von der Netzüberwachungseinheit (4) detektierte Eigenschaft der in dem AC-Netz (21 ) herrschenden Wechselspannung den vorgegebenen Kriterien genügt. - Operating the switching unit (8) in the first switching state when the property of the AC voltage (21) detected by the network monitoring unit (4) satisfies the specified criteria.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei ein Versetzen der Schalteinheit (8) in den ersten Schaltzustand und/oder das Betreiben der Schalteinheit (8) in dem ersten Schaltzustand über die Netzüberwachungseinheit (4) oder über diese in Verbindung mit der Steuerungseinheit (3) gesteuert wird. 2. The method according to claim 1, wherein a switching of the switching unit (8) in the first switching state and / or the operation of the switching unit (8) in the first switching state via the network monitoring unit (4) or via this in connection with the control unit (3) is controlled.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in dem zweiten Schaltzustand der Schalteinheit (8) zusätzlich zu der Steuerungseinheit (3) zumindest eine weitere Komponente des Wechselrichters ausgewählt aus der Gruppe: Lüfter (10), Heizung, AC-Schalter (6), DC-Schalter (7), und Kommunikationseinheit von der Hilfsenergiequelle (22) versorgt wird. 3. The method according to claim 1 or 2, wherein in the second switching state of the switching unit (8) in addition to the control unit (3) at least one further Component of the inverter selected from the group: fan (10), heating, AC switch (6), DC switch (7), and communication unit is supplied by the auxiliary power source (22).
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the
Hilfsenergiequelle (22) dann, wenn die Schalteinheit (8) in dem ersten Schaltzustand betrieben wird, insbesondere dann, wenn die Schalteinheit (8) seit einer bestimmten Zeitdauer in dem ersten Schaltzustand betrieben wird, deaktiviert wird. Auxiliary power source (22) when the switching unit (8) is operated in the first switching state, in particular when the switching unit (8) has been operated in the first switching state for a certain period of time.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the
Hilfsenergiequelle (22) als eine mobile Hilfsenergiequelle ausgebildet ist, die dann, wenn die Schalteinheit (8) in dem ersten Schaltzustand betrieben wird, oder dann, wenn die Schalteinheit (8) seit einer bestimmten Zeitdauer in dem ersten Schaltzustand betrieben wird, von der Schalteinheit (8) oder von dem Wechselrichter (1 ) getrennt wird. Auxiliary power source (22) is designed as a mobile auxiliary power source which, when the switching unit (8) is operated in the first switching state, or when the switching unit (8) has been operated in the first switching state for a certain period of time, by the switching unit (8) or from the inverter (1).
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die vorgegebenen Kriterien, bei denen die Schalteinheit (8) in dem ersten Schaltzustand betrieben wird, zumindest eines der folgenden Kriterien umfasst: 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the predetermined criteria, in which the switching unit (8) is operated in the first switching state, comprise at least one of the following criteria:
- eine Amplitude Uo der in dem AC-Netz (21 ) herrschenden Wechselspannung ist - insbesondere mindestens für eine vorgegebene erste Zeitdauer Atsw.i - innerhalb eines vordefinierten Toleranzbereiches um einen Nominalwert Uo.nom für die Amplitude der Wechselspannung in dem AC-Netz (21 ), - An amplitude Uo of the AC voltage prevailing in the AC network (21) is - in particular at least for a predetermined first time period Atsw.i - within a predefined tolerance range around a nominal value Uo.nom for the amplitude of the AC voltage in the AC network (21 ),
- eine Frequenz fo der Wechselspannung ist - insbesondere für eine vorgegebene zweite Zeitdauer Atsw,2 - innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches um einen Nominalwert fo.nom für die Frequenz der Wechselspannung in dem AC-Netz (21 ). - A frequency fo of the AC voltage is - in particular for a predetermined second time period Atsw, 2 - within a predetermined tolerance range around a nominal value fo.nom for the frequency of the AC voltage in the AC network (21).
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schalteinheit (8) unter der Voraussetzung, dass die Wechselspannung in dem AC-Netz (21 ) den vorgegebenen Kriterien genügt, für eine Zeitdauer in einem dritten Schaltzustand betrieben wird, der einen Leistungsfluss zwischen der Steuerungseinheit (3) und dem AC-Netz (21 ) und zwischen der7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the switching unit (8), provided that the AC voltage in the AC network (21) meets the predetermined criteria, is operated for a period of time in a third switching state, which has a power flow between the Control unit (3) and the AC network (21) and between the
Hilfsenergiequelle (22) und dem AC-Netz (21 ) ermöglicht. Auxiliary power source (22) and the AC network (21) allows.
8. Anlagenkomponente (17) mit einem Wechselrichter (1 ) zur Umwandlung von Gleichspannung in Wechselspannung, wobei der Wechselrichter umfasst 8. System component (17) with an inverter (1) for converting DC voltage to AC voltage, the inverter comprising
- einen Gleichspannungs (DC) - Eingang (12) zum Anschluss des - A direct voltage (DC) input (12) for connecting the
Wechselrichters (1 ) an eine die Gleichspannung bereitstellende DC-Quelle (19),Inverter (1) to a DC source (19) providing the DC voltage,
- einen Wechselspannungs (AC) - Ausgang (1 1 ) zum Anschluss des Wechselrichters (1 ) an ein Wechselspannungs (AC) - Netz (21 ) - an alternating voltage (AC) - output (1 1) for connecting the inverter (1) to an alternating voltage (AC) - grid (21)
- eine Netzüberwachungseinheit (4), die eingerichtet ist, eine Eigenschaft einer Wechselspannung in dem AC-Netz (21 ) zu detektieren, a network monitoring unit (4) which is set up to detect a property of an AC voltage in the AC network (21),
- einen DC/AC-Wandler (2), und - A DC / AC converter (2), and
- eine Steuerungseinheit (3) zur Steuerung des DC/AC-Wandlers (2), - a control unit (3) for controlling the DC / AC converter (2),
dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagenkomponente (17) eine Schalteinheit (8) umfasst, und die Steuerungseinheit (3) mit der Schalteinheit (8) elektrisch verbunden ist, wobei die Schalteinheit (8) dazu ausgebildet und eingerichtet ist, in einem ersten Schaltzustand der Schalteinheit (8) die Steuerungseinheit (3) über das mit dem AC-Ausgang (1 1 ) verbundene AC-Netz (21 ) zu versorgen und in einem zweiten Schaltzustand der Schalteinheit (8) die Steuerungseinheit (3) über eine eine Wechselspannung bereitstellende Hilfsenergiequelle (22) zu versorgen, die in dem zweiten Schaltzustand der Schalteinheit (8) von dem AC- Ausgang (1 1 ) getrennt ist, und characterized in that the system component (17) comprises a switching unit (8), and the control unit (3) is electrically connected to the switching unit (8), the switching unit (8) being designed and set up in a first switching state of the switching unit (8) to supply the control unit (3) via the AC network (21) connected to the AC output (1 1) and, in a second switching state of the switching unit (8), to supply the control unit (3) via an auxiliary power source that provides an AC voltage ( 22) to supply, which in the second switching state of the switching unit (8) is separated from the AC output (1 1), and
- wobei die Netzüberwachungseinheit (4), gegebenenfalls in Verbindung mit der Steuerungseinheit (3), eingerichtet ist, die Schalteinheit (8) in Abhängigkeit der detektierten Eigenschaft der Wechselspannung in dem AC-Netz (21 ) in dem ersten oder in dem zweiten Schaltzustand zu betreiben. - The network monitoring unit (4), optionally in connection with the control unit (3), is set up to switch the switching unit (8) depending on the detected property of the AC voltage in the AC network (21) in the first or in the second switching state operate.
9. Anlagenkomponente (17) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagenkomponente (17) der Wechselrichter (1 ) ist und der Wechselrichter (1 ) die Schalteinheit (8) umfasst, wobei der Wechselrichter (1 ) optional einen Anschluss (18) zum Anschließen der Hilfsenergiequelle (22) aufweist. 9. System component (17) according to claim 8, characterized in that the system component (17) is the inverter (1) and the inverter (1) comprises the switching unit (8), the inverter (1) optionally having a connection (18) for connecting the auxiliary power source (22).
10. Anlagenkomponente (17) nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (8) ein „normally-off“ und/oder ein „normally-on“ Relais umfasst. 10. System component (17) according to one of claims 8 and 9, characterized in that the switching unit (8) comprises a "normally-off" and / or a "normally-on" relay.
1 1. Anlagenkomponente (17) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (1 ) einen weiteren Ausgang (14) aufweist, der einen über die Schalteinheit (8) vermittelten Leistungsfluss aus dem AC-Netz (21 ) oder der Hilfsenergiequelle (22) ermöglicht, und über den weitere außerhalb eines Gehäuses des Wechselrichters (1 ) angeordnete Baugruppen, beispielsweise eine Kraftwerks-Steuerung (20), elektrisch versorgbar sind. 1 1. System component (17) according to any one of claims 8 to 10, characterized in that the inverter (1) has a further output (14) which has a power flow from the AC network (21) mediated via the switching unit (8). or the auxiliary power source (22), and via which further modules arranged outside a housing of the inverter (1), for example a power plant controller (20), can be supplied with electricity.
12. Anlagenkomponente (17) nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (1 ) eingerichtet ist, weitere seiner Komponenten, beispielsweise einen Lüfter (10), einen AC-Schalter (6), einen DC-Schalter (7), eine Kommunikationseinheit und/oder eine Heizung in dem zweiten Schaltzustand der Schalteinheit (8) über die Hilfsenergiequelle (22) zu versorgen. 12. Plant component (17) according to one of claims 8 to 1 1, characterized in that the inverter (1) is set up, further of its components, for example a fan (10), an AC switch (6), a DC switch (7) to supply a communication unit and / or a heater in the second switching state of the switching unit (8) via the auxiliary power source (22).
13. Anlagenkomponente (17) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (1 ) für einen spannungsstellenden Betrieb eingerichtet ist. 13. System component (17) according to one of claims 8 to 12, characterized in that the inverter (1) is set up for a voltage-setting operation.
14. Anlagenkomponente (17) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (1 ) als Photovoltaik (PV) - Wechselrichter ausgebildet ist, dessen DC-Eingang (12) mit einem PV-Generator (15) verbindbar ist, oder dass der Wechselrichter (1 ) als Batterie-Wechselrichter ausgebildet ist, dessen DC-Eingang (12) mit einer Batterie (16) verbindbar ist. 14. Plant component (17) according to one of claims 8 to 13, characterized in that the inverter (1) is designed as a photovoltaic (PV) inverter, whose DC input (12) can be connected to a PV generator (15) , or that the inverter (1) is designed as a battery inverter, the DC input (12) of which can be connected to a battery (16).
15. Anlagenkomponente (17) nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (8) mit einer Hilfsenergiequelle (22) verbindbar ist, die einen über eine Batterie (23a) gespeisten Hilfsquellen- Wechselrichter (24), einen über ein PV-Modul (23b) oder eine Reihenschaltung von PV-Modulen (23b) gespeisten Hilfsquellen-Wechselrichter (24) oder einen Dieselgenerator umfasst. 15. System component (17) according to any one of claims 8 to 14, characterized in that the switching unit (8) can be connected to an auxiliary power source (22) which is an auxiliary source inverter (24) fed by a battery (23a), one by comprises a PV module (23b) or a series connection of auxiliary source inverters (24) fed by PV modules (23b) or a diesel generator.
16. Anlagenkomponente (17) nach Anspruch 15, wobei die an den Hilfsquellen- Wechselrichter (24) angeschlossene Batterie (23a) durch zumindest einen Teil der Batterie (16) gebildet wird, die im Normalbetrieb des Wechselrichters (1 ) an dessen DC-Eingang (12) angeschlossen ist, oder wobei das an den Hilfsquellen- Wechselrichter (24) angeschlossene PV-Modul (23b) zumindest einen Teil des PV-Generators (15) umfasst, der im Normalbetrieb des Wechselrichters (1 ) an dessen DC-Eingang (12) angeschlossen ist. 16. The system component (17) according to claim 15, wherein the battery (23a) connected to the auxiliary source inverter (24) is formed by at least part of the battery (16), which is in normal operation of the inverter (1) at its DC input (12) is connected, or wherein the PV module (23b) connected to the auxiliary source inverter (24) at least a part of the PV generator (15), which is connected to the DC input (12) of the inverter (1) during normal operation.
17. Wechselrichter, dadurch gekennzeichnet, dass er dazu ausgebildet und eingerichtet ist, als Wechselrichter (1 ) der Anlagenkomponente (17) nach einem der Ansprüche 8 bis 16 verwendbar zu sein. 17. Inverter, characterized in that it is designed and set up to be used as an inverter (1) of the system component (17) according to one of claims 8 to 16.
18. Energieerzeugungsanlage (EEA), insbesondere Photovoltaik (PV) - Anlage, mit einer Mehrzahl von Wechselrichtern, und zumindest einer Anlagenkomponente (17) nach einem der Ansprüche 8 bis 16, wobei die Anlagenkomponente (17) zumindest einen Wechselrichter (1 ) aus der Mehrzahl der Wechselrichter umfasst. 18. Power generation plant (EEA), in particular photovoltaic (PV) plant, with a plurality of inverters, and at least one plant component (17) according to one of Claims 8 to 16, the plant component (17) comprising at least one inverter (1) from the Includes a majority of the inverters.
19. Energieerzeugungsanlage (EEA) nach Anspruch 18, weiterhin umfassend eine Kraftwerkssteuerung (20) zur übergeordneten Steuerung eines Betriebs der Mehrzahl von Wechselrichtern, wobei die Kraftwerkssteuerung (20) mit einer Schalteinheit (8) der mindestens einen Anlagenkomponente (17) elektrisch verbundenen ist, und eingerichtet ist, 19. Power generation plant (EEA) according to claim 18, further comprising a power plant controller (20) for the superordinate control of an operation of the plurality of inverters, the power plant controller (20) being electrically connected to a switching unit (8) of the at least one plant component (17), and is set up
bei einem Betrieb der Schalteinheit (8) in dem zweiten Schaltzustand über die Hilfsenergiequelle (22) versorgt zu werden, die in dem zweiten Schaltzustand von einem AC-Ausgang (1 1 ) des der Anlagenkomponente (17) zugeordneten Wechselrichters (1 ) getrennt ist, und to be supplied when the switching unit (8) is operating in the second switching state via the auxiliary power source (22), which in the second switching state is separated from an AC output (1 1) of the inverter (1) assigned to the system component (17), and
bei einem Betrieb der Schalteinheit (8) in dem ersten Schaltzustand über das AC-Netz (21 ) versorgt zu werden, das mit dem AC-Ausgang (1 1 ) des der Anlagenkomponente (17) zugeordneten Wechselrichters (1 ) verbunden ist. to be supplied during operation of the switching unit (8) in the first switching state via the AC network (21), which is connected to the AC output (1 1) of the inverter (1) assigned to the system component (17).
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