WO2021186043A1

WO2021186043A1 - Überwachungseinheit für einen wechselrichter

Info

Publication number: WO2021186043A1
Application number: PCT/EP2021/057109
Authority: WO
Inventors: Florian DURST; Gerhard Wallisch; Bernhard STAUDINGER; Daniel CHALUPAR
Original assignee: Fronius International Gmbh
Priority date: 2020-03-20
Filing date: 2021-03-19
Publication date: 2021-09-23
Also published as: US20230216395A1; CN115485963A; EP4122092A1

Abstract

Um einen den Wechselrichter (1) vor verbotenen Schaltzuständen zu schützen, wird eine Überwachungseinheit (4) mit Überwachungseingängen (40) und Überwachungsausgängen (41) vorgesehen ist, wobei die Überwachungseingänge (40) mit den Steuerausgängen (51) verbunden sind, um die Schaltmuster (SM) zu empfangen, und wobei die Überwachungsausgänge (41) mit den Leistungsschaltern (S1+, S2+, S1-, S2-) verbunden sind. Die Überwachungseinheit ist (4) ausgestaltet, einen Übergang von einem ersten Schaltmuster (SM) auf ein zweites Schaltmuster (SM) mit einer Anzahl verbotener Übergänge und/oder mit einer Anzahl erlaubter Übergänge zu vergleichen und bei Übereinstimmung mit einem der verbotenen Übergänge und/oder bei Abweichung von der Anzahl erlaubter Übergänge das zweite Schaltmuster (SM) zu blockieren und bei Abweichung von der Anzahl verbotener Übergängen und/oder bei Übereinstimmung mit einem der erlaubten Übergänge das zweite Schaltmuster (SM) über die Überwachungsausgänge (41) an die Leistungsschalter (S1+, S2+, S1-, S2-) auszugeben.

Description

Überwachungseinheit für einen Wechselrichter

Die gegenständliche Erfindung betrifft einen Wechselrichter zum Wandeln einer Eingangs- Gleichspannung in zumindest eine Ausgangs-Wechselspannung, umfassend eine Anzahl Leistungsschalter und umfassend eine Steuereinheit, welche ausgestaltet ist über Steuerausgänge Schaltmuster für die Leistungsschalter auszugeben. Weiters betrifft die gegenständliche Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters, umfassend eine Anzahl an Leistungsschaltern, wobei eine Steuereinheit Schaltmuster für die Leistungsschalter ausgibt um eine Eingangs-Gleichspannung in zumindest eine Ausgangs- Wechselspannung zu wandeln.

Ein Wechselrichter wird auch als Inverter bezeichnet und stellt einen Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler dar. Das Bedeutet, dass ein Wechselrichter eine Eingangs-Gleichspannung in eine Ausgangs-Wechselspannung umwandelt. Dabei ist an einem Eingang eine Gleichspannungsquelle, beispielsweise eine Photovoltaik-Anlage im Generatorbetrieb, vorgesehen, welche die Eingangsgleichspannung zur Verfügung stellt. Es kann auch ein Gleichspannungswandler zwischen der Photovoltaik-Anlage und dem Eingang des Wechselrichters geschaltet werden um die PV Anlage im optimalen Arbeitspunkt zu betreiben. Die Eingangsgleichspannung wird an einer Brückeneingangsseite der Gleichspannungs/Wechselspannungs-Brücke angelegt. Am Eingang des Wechselrichters kann weiters ein kapazitiver Zwischenkreis vorgesehen sein, an welchem die Eingangsgleichspannung ebenso angelegt. Die Ausgangs-Wechselspannung liegt an einer Brückenausgangsseite der Gleichspannungs/Wechselspannungs-Brücke (welche somit den Ausgang des Wechselrichters darstellt) an und kann weiters einem Wechselspannungsnetz zur Verfügung gestellt werden. Am Ausgang des Wechselrichters können zudem Taktfilter und/oder Netzfilter vorgesehen sein. Der Wechselrichter kann auch bidirektional ausgestaltet sein, was bedeutet, dass auch eine Ausgangs-Wechselspannung in eine Eingangs- Gleichspannung gewandelt werden kann.

Ist der Wechselrichter als Multi-Level-Inverter ausgebildet, so weist die Gleichspannungs/Wechselspannungs-Brücke zumindest eine obere Halbbrücke und zumindest eine untere Halbbrücke auf. Jede Halbbrücke umfasst zumindest zwei über eine Verbindungspunkt verbundene Leistungsschalter, z.B. IGBTs oder MOSFETs, die sich jeweils in einem Schaltzustand, d.h. geöffnet oder geschlossen, befinden. Die obere Halbbrücke erzeugt positive Halbwellen der Ausgangs-Wechselspannung und die untere Halbbrücke negative Halbwellen der Ausgangs-Wechselspannung.

Der Wechselrichter kann eine oder mehrere Phasenzweige umfassen, wobei bei einem mehrphasigen Multi-Level-Inverter in der Gleichspannungs/Wechselspannungs-Brücke je zumindest eine obere und untere Halbbrücke pro Phase vorgesehen ist. Ein NPC (Neutral Point Clamped) Wechselrichter weist am Eingang einen Zwischenkreis auf, welcher zwei über einen Zwischenkreis-Mittelpunkt in Serie geschaltete Zwischenkreiskapazitäten umfasst. Der Zwischenkreis-Mittelpunkt ist weiters über Dioden mit den Verbindungspunkten der oberen und unteren Halbbrücken verbunden.

Es ist im Wechselrichter eine Steuereinheit vorgesehen. Steuerausgänge der Steuereinheit sind über Steuerleitungen mit den Leistungsschaltern verbunden. Die Steuereinheit gibt den Leistungsschaltern über die Steuerausgänge immer den aktuellen Schaltzustand vor. Die einzelnen Schaltzustände werden variiert, um die gewünschte Ausgang-Wechselspannung zu erzeugen. Die Schaltzustände der Leistungsschalter der Halbbrücken einer Phase zu einem Zeitpunkt wird in Folge gesamtheitlich betrachtet als Schaltmuster bezeichnet. Ein Schaltmuster umfasst also für jeden Leistungsschalter einen Schaltzustand. Somit gibt die Steuereinheit zu jedem Zeitpunkt ein Schaltmuster aus, welches über die Steuerleitungen an die Leistungsschalter weitergeleitet wird. Die Leistungsschalter sind entsprechend des aktuellen Schaltmusters zu jedem Zeitpunkt jeweils geöffnet, oder geschlossen um die gewünschte Ausgang-Wechselspannung zu erzeugen.

Es existieren jedoch auch bestimmte verbotene Schaltmuster, die zu Beschädigungen am Wechselrichter, insbesondere den Leistungsschaltern, führen können. Die verbotenen Schaltzustände können in destruktive und potentiell destruktive Schaltmuster aufgeteilt werden. Destruktive Schaltmuster führen unabhängig von äußeren Umständen zu einer Beschädigung, wogegen potentiell destruktive Schaltmuster zu Schäden führen können, wenn bestimmte äußere Umstände eintreten. Es ist somit wünschenswert, wenn sowohl destruktive, als auch potentiell destruktive Schaltmuster vermieden werden.

Insbesondere in der Entwicklungsphase, z.B. bei Tests der

Gleichspannungs/Wechselspannungs-Brücke, eines Wechselrichters sind verbotene Schaltmuster äußerst unangenehm. Werden beispielsweise in einem Phasenzweig die Leistungsschalter einer oberen und unteren Halbbrücke gleichzeitig geschlossen, d.h. leitend geschaltet (verbotenes Schaltmuster), so wird im Zwischenkreis gespeicherte Energie innerhalb kürzester Zeit in Wärmeenergie umgewandelt. Dadurch kann neben einer Beschädigung der Leistungsschalter oder anderer Komponenten auch ein lauter Knall entstehen, welcher zu bleibenden Gehörschäden führen kann.

Es ist daher eine Aufgabe der gegenständlichen Erfindung den Wechselrichter vor verbotenen Schaltzuständen zu schützen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem eine Überwachungseinheit mit Überwachungseingängen und Überwachungsausgängen vorgesehen ist, wobei die Überwachungseingänge mit den Steuerausgängen verbunden sind, um die Schaltmuster zu empfangen, und wobei die Überwachungsausgänge mit den Leistungsschaltern verbunden sind. Die Überwachungseinheit ist ausgestaltet, einen Übergang von einem ersten Schaltmuster auf ein zweites Schaltmuster mit einer Anzahl verbotener Übergänge und/oder mit einer Anzahl erlaubter Übergänge zu vergleichen und bei Übereinstimmung mit einem der verbotenen Übergänge und/oder bei Abweichung von der Anzahl erlaubter Übergänge das zweite Schaltmuster zu blockieren und bei Abweichung von der Anzahl verbotener Übergängen und/oder bei Übereinstimmung mit einem der erlaubter Übergänge das zweite Schaltmuster über die Überwachungsausgänge an die Leistungsschalter auszugeben.

Weiters wird die Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, wobei mittels einer Überwachungseinheit und unabhängig von der Steuereinheit ein Übergang von einem ersten Schaltmuster auf ein zweites Schaltmuster mit einer Anzahl verbotener Übergänge und/oder einer Anzahl erlaubter Übergänge verglichen wird, wobei die Überwachungseinheit bei Übereinstimmung des Übergangs mit einem der verbotenen Übergänge und/oder einer Abweichung von der Anzahl erlaubter Übergänge das zweite Schaltmuster blockiert und bei Abweichung des Übergangs von der Anzahl verbotener Übergänge und/oder bei Übereinstimmung mit einem der erlaubter Übergänge das zweite Schaltmuster an die Leistungsschalter ausgibt.

Als Übergang ist der aktuell von der Steuereinheit ausgegebene Übergang anzusehen.

Damit kann von der Überwachungseinheit geprüft werden, ob ein Übergang von einem (grundlegend erlaubten) ersten Schaltmuster in ein (grundlegend erlaubtes) zweites Schaltmuster einem erlaubten Übergang und/oder einem verbotenen Übergang entspricht. Die Anzahl verbotener Übergänge und/oder erlaubter Übergänge ist der Überwachungseinheit bekannt (beispielsweise aufgrund der Topologie des Wechselrichters vorgegeben) und kann beispielsweise als Tabelle vorliegen.

Die Prüfung auf Abweichung von der Anzahl erlaubter/verbotener Übergänge bedeutet, dass die Abweichung von allen erlaubten/verbotenen Übergängen überprüft wird. Eine Übereinstimmung kann logischerweise nur mit einem erlaubten/verbotenen Übergang vorliegen, da zu einem Zeitpunkt nur ein Übergang von der Steuereinheit ausgegeben wird.

Sind der Überwachungseinheit die Anzahl verbotener Übergänge bekannt, so kann durch eine Abweichung des Schaltmusters von allen dieser Anzahl verbotener Übergänge implizit eine Übereinstimmung mit einem erlaubten Übergang angenommen werden - womit das zweite Schaltmuster an die Leistungsschalter ausgegeben wird. Damit kann es auch ausreichend sein, wenn der Überprüfungseinheit nur die Anzahl verbotener Übergänge bekannt ist.

Ist der Überwachungseinheit die Anzahl erlaubter Übergänge bekannt, so kann durch eine Abweichung des Schaltmusters von allen dieser Anzahl erlaubter Übergänge implizit eine Übereinstimmung mit einem verbotenen Übergang angenommen werden kann, womit das zweite Schaltmuster blockiert wird. Damit kann es ausreichend sein, wenn der Überprüfungseinheit nur die Anzahl erlaubter Übergänge bekannt ist.

In einem Satz formuliert: Entspricht der Übergang keinem der erlaubten Übergänge, so entspricht der Übergang einem der Anzahl verbotener Übergänge, und umgekehrt. Sind der Überwachungseinheit die Anzahl erlaubte und die Anzahl verbotene Übergänge bekannt, so kann vorzugsweise ein Vergleich des Schaltmusters sowohl auf erlaubte, als auch auf verbotene Übergänge erfolgen. Dabei dürfen die Anzahl erlaubter und die Anzahl verbotener Übergänge natürlich nicht überlappen, d.h. ein Übergang kann nur erlaubt oder verboten sein.

Die Überwachungseinheit kann ausgestaltet sein, bei Übereinstimmung mit einem der verbotenen Übergänge und/oder bei Abweichung von der Anzahl erlaubter Übergänge, einen erlaubten Übergang vom ersten Schaltmuster in zumindest ein drittes Schaltmuster und einen erlaubten Übergang vom zumindest dritten Schaltmuster in das zweite Schaltmuster auszugeben.

Es kann bei Übereinstimmung des Übergangs mit einem der verbotenen Übergänge und/oder einer Abweichung von der Anzahl erlaubter Übergänge, ein erlaubter Übergang vom ersten Schaltmuster in zumindest ein drittes Schaltmuster und ein erlaubter Übergang vom zumindest dritten Schaltmuster in das zweite Schaltmuster ausgegeben werden.

Damit kann durch einen Umweg über einen oder mehrere erlaubte Übergänge sichergesellt werden, dass das zweite Schaltmuster erreicht wird - sofern es grundlegend möglich ist, das zweite Schaltmuster über einen oder mehrere erlaubte Übergänge zu erreichen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn zudem die während dieser Übergänge ausgegebenen Schaltmuster selbst mit einer Anzahl erlaubter und/oder verbotener Schaltmuster abgeglichen werden, um sicherzustellen, dass die ausgegebenen Schaltmuster selbst erlaubt sind, wie unten beschrieben.

Die Überwachungseinheit ist vorzugsweise ausgestaltet, ein empfangenes Schaltmuster mit einer Anzahl verbotener Schaltmustern und/oder mit einer Anzahl erlaubter Schaltmuster zu vergleichen und bei Übereinstimmung des Schaltmusters mit einem der verbotenen Schaltmuster und/oder bei Abweichung des Schaltmusters von der Anzahl erlaubter Schaltmustern das Schaltmuster zu blockieren, und das empfangene Schaltmuster bei Abweichung von der Anzahl verbotener Schaltmuster und/oder bei Übereinstimmung mit einem der erlaubten Schaltmuster über die Überwachungsausgänge an die Leistungsschalter auszugeben.

Weiters werden die Schaltmuster vorzugsweise von einer Überwachungseinheit unabhängig von der Steuereinheit mit einer Anzahl verbotener Schaltmuster und/oder einer Anzahl erlaubter Schaltmuster verglichen werden und die Überwachungseinheit bei Übereinstimmung des Schaltmusters mit einem der verbotenen Schaltmuster und/oder einer Abweichung von der Anzahl erlaubter Schaltmustern das Schaltmuster blockiert und bei Abweichung des Schaltmusters von der Anzahl verbotener Schaltmustern und/oder bei Übereinstimmung mit einem der erlaubten Schaltmuster das Schaltmuster an die Leistungsschalter ausgibt.

Als Schaltmuster ist das aktuell von der Steuereinheit ausgegebene Schaltmuster anzusehen. Die Leistungsschalter schalten dann entsprechend der erhaltenen Schaltmuster, die von der Überwachungseinheit ausgegeben werden. Da die von der Steuereinheit ausgegebenen Schaltmuster durch eine von der Steuereinheit unabhängige Überwachungseinheit mit der Anzahl verbotener/erlaubter Schaltmuster verglichen werden, muss die Steuereinheit selbst die ausgegebenen Schaltmuster nicht überwachen. Durch die Implementierung der Überwachung der Schaltmuster in der Überwachungseinheit werden die Ressourcen der Steuereinheit geschont. Durch die separate Ausführung ist die korrekte Funktionsweise der Überwachungseinheit zudem einfach testbar und es können Steuereinheit und Überwachungseinheit unabhängig voneinander entwickelt werden. Ebenso kann eine bereits in einem Wechselrichter vorhandene Steuereinheit auch mit einer Überwachungseinheit nachgerüstet werden. Hierzu muss die Überwachungseinheit lediglich zwischen Steuereinheit und Leistungsschalter geschaltet werden. Es kann natürlich auch zusätzlich in der Steuereinheit eine Prüfung auf erlaubte und/oder verbotene Schaltmuster erfolgen, womit der Vorteil der geschonten Ressourcen der Steuereinheit wieder obsolet wird.

Die verbotenen Schaltmuster und/oder erlaubten Schaltmuster sind der Überwachungseinheit bekannt (beispielsweise aufgrund der Topologie des Wechselrichters vorgegeben) und können beispielsweise als Tabelle vorliegen. Die Prüfung auf Abweichung von der Anzahl erlaubter/verbotener Schaltmuster bedeutet, dass die Abweichung von allen erlaubten/verbotenen Schaltmustern überprüft wird. Eine Übereinstimmung kann logischerweise nur mit einem erlaubten/verbotenen Schaltmuster vorliegen, da zu einem Zeitpunkt nur ein Schaltmuster von der Steuereinheit ausgegeben wird.

Sind der Überwachungseinheit die Anzahl verbotener Schaltmuster bekannt, so kann durch eine Abweichung des Schaltmusters von allen dieser Anzahl verbotener Schaltmuster implizit eine Übereinstimmung mit einem erlaubten Schaltmuster angenommen werden - was dazu führt, dass das Schaltmuster von der Überwachungseinheit an die Leistungsschalter ausgegeben wird. Damit kann es auch ausreichend sein, wenn der Überprüfungseinheit nur die Anzahl verbotener Schaltmuster bekannt ist.

Sind der Überwachungseinheit die Anzahl erlaubter Schaltmuster bekannt, so kann durch eine Abweichung des Schaltmusters von allen dieser Anzahl erlaubter Schaltmuster implizit eine Übereinstimmung mit einem verbotenen Schaltmuster angenommen werden kann, was dazu führt, dass das Schaltmuster von der Überwachungseinheit blockiert wird. Damit kann es ausreichend sein, wenn der Überprüfungseinheit nur die Anzahl erlaubter Schaltmuster bekannt ist.

In einem Satz formuliert: Entspricht das Schaltmuster keinem erlaubten Schaltmuster, so kann die Annahme getroffen werden, dass das Schaltmuster einem verbotenen Schaltmuster entspricht, und umgekehrt. Sind der Überwachungseinheit sowohl die Anzahl erlaubter, als auch die Anzahl verbotener Schaltmuster bekannt, so kann vorzugsweise ein Vergleich des Schaltmusters sowohl auf erlaubte, als auch auf verbotene Schaltmuster erfolgen. Dabei dürfen die Anzahl erlaubter und die Anzahl verbotener Schaltmuster natürlich nicht überlappen d.h. ein Schaltmuster kann nur erlaubt oder verboten sein.

Es kann die Überwachungseinheit bei Übereinstimmung des Schaltmusters mit einem der verbotenen Schaltmuster und/oder einer Abweichung von der Anzahl erlaubter Schaltmuster ein erlaubtes Schaltmuster ausgeben. Damit wird das verbotene Schaltmuster von der Überwachungseinheit durch ein erlaubtes ersetzt. Sobald die Steuereinheit wieder ein erlaubtes Schaltmuster ausgibt, kann dieses von der Überwachungseinheit wieder weitergeleitet werden.

Die Überwachungseinheit kann ausgestaltet sein, bei Übereinstimmung des Schaltmusters mit einem der verbotenen Schaltmuster und/oder einer Abweichung von der Anzahl erlaubter Schaltmuster ein erlaubtes Schaltmuster auszugeben.

Weiters kann bei Übereinstimmung des Schaltmusters mit einem verbotenen Schaltmuster und/oder einer Abweichung von der Anzahl erlaubter Schaltmuster eine Aktion ausgelöst werden. Als Aktion kann beispielsweise ein Notaus, d.h. eine Abschaltung oder ein Neustart des Wechselrichters, oder eines Teils davon, ausgelöst werden. Stattdessen oder zusätzlich kann als Aktion auch ein Signal ausgegeben werden. Das Signal kann von einerweiteren Einheit weiterverarbeitet werden. Zusätzlich oder stattdessen kann auch ein z.B. ein optisches und/oder akustisches Signal ausgegeben werden.

Vorzugsweise gibt die Überwachungseinheit bei Übereinstimmung des Übergangs mit einem der verbotenen Übergänge und/oder einer Abweichung von der Anzahl erlaubter Übergänge das erste Schaltmuster an die Leistungsschalter aus. Damit wird also ein verbotener Übergang vom ersten Schaltmuster in das zweite Schaltmuster verhindert und weiterhin das erste Schaltmuster ausgegeben.

Es kann weiters bei einem Übergang von einem ersten Schaltmuster in ein zweites Schaltmuster durch die Überwachungseinheit sichergestellt werden, dass das zweite Schaltmuster erst nach Ablauf einer Sicherheitszeit an die Leistungsschalter ausgegeben wird. Dies kann erforderlich sein, wenn ein Übergang zwar grundlegend erlaubt ist, dies jedoch erst nach einer gewissen Sicherheitszeit, während welcher beispielsweise Abklingvorgänge stattfinden.

Die Überwachungseinheit kann ausgestaltet sein, bei einem Übergang von einem ersten Schaltmuster in ein zweites Schaltmuster sicherzustellen, dass das zweite Schaltmuster erst nach Ablauf einer Sicherheitszeit an die Leistungsschalter ausgegeben wird.

Vorzugsweise ist ein erster oberer Leistungsschalter über einen oberen Mittelpunkt mit einem zweiten oberen Leistungsschalter verbunden ist und ein erster unterer Leistungsschalter über einen unteren Mittelpunkt mit einem zweiten unteren Leistungsschalter verbunden ist, wobei der obere Mittelpunkt, sowie der untere Mittelpunkt, vorzugsweise jeweils über Dioden, mit dem Zwischenkreis-Mittelpunkt verbunden sind. Weiters ist zwischen dem ersten Eingangspol und dem zweiten Eingangspol ein Zwischenkreis vorgesehen, welcher einen ersten Zwischenkreiskondensator und einen über den Zwischenkreis-Mittelpunkt verbundenen zweiten Zwischenkreiskondensator umfasst. Damit entspricht der Wechselrichter einem NPC (Neutral Point Clamped) Multi Level Wechselrichter, konkret einem NPC Drei-Level Wechselrichter. Natürlich kann auch ein NPC Wechselrichter mit mehr als drei Leveln vorgesehen sein. Bei NPC Multi Level Wechselrichtern sind verbotene Schaltmuster und Übergänge besonders kritisch, weshalb die Überwachung selbiger durch die erfindungsgemäße Überwachungseinheit besonders vorteilhaft ist.

Die Überwachungseinheit ist vorzugsweise ausgestaltet, die Schaltmuster mit zumindest einem der folgenden verbotenen Schaltmuster zu vergleichen:

- erster oberer Leistungsschalter geschlossen und zweiter oberer, erster unterer und zweiter unterer Leistungsschalter geöffnet,

- zweiter unterer Leistungsschalter geschlossen und erster unterer, erster oberer und zweiter oberer Leistungsschalter geöffnet,

- erster oberer und zweiter unterer Leistungsschalter geschlossen und zweiter oberer und erster unterer Leistungsschalter geöffnet,

- erster oberer und erster unterer Leistungsschalter geschlossen und zweiter oberer und zweiter unterer Leistungsschalter geöffnet,

- zweiter oberer und zweiter unterer Leistungsschalter geschlossen und erster oberer und erster unterer Leistungsschalter geöffnet

- drei (benachbarte oder nicht benachbarte) Leistungsschalter geschlossen,

- alle Leistungsschalter geschlossen. Vorzugsweise ist die Überwachungseinheit als FPGA (Field Programmable Gate Array), was sinngemäß „im Feld (also vor Ort) programmierbare (Logik-)Gatter-Anordnung“ bedeutet, ausgeführt. Damit sind für den Vergleich mit erlaubten/verbotenen Schaltmustern und/oder erlaubten/verbotenen Übergängen Frequenzen/Sampleraten von bis zu mehreren 100 MHz möglich, um Änderungen der Schaltmuster im ns-Bereich erkennen zu können. Ebenso kann der Vergleich der Schaltmuster mit verbotenen und/oder erlaubten Schaltmustern parallel erfolgen. Die Steuereinheit eines Wechselrichters ist üblicherweise als Digitaler Signalprozessor (DSP) ausgeführt, welcher Signale nicht mit derartig hohen Frequenzen verarbeiten kann. Es ist auch vorstellbar, dass die Überwachungseinheit (z.B. als FPGA) und die Steuereinheit (z.B. als DSP) gemeinsam auf einer anwendungsspezifische integrierten Schaltung ASIC (application-specific integrated Circuit) integriert sind. Dabei ist jedoch darauf zu achten, dass die Überwachungseinheit die Schaltmuster von der Steuereinheit empfängt und unabhängig von der Steuereinheit entsprechend der gegenständlichen Erfindung verarbeitet.

Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 8 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt

Fig.1 einen schematischen Wechselrichter nach dem Stand der Technik,

Fig.2 einen schematischen erfindungsgemäßen Wechselrichter,

Fig.3 einen einphasigen NPC (Neutral Point Clamped) Multi-Level Inverter,

Fig.4 einen dreiphasigen NPC (Neutral Point Clamped) Multi-Level Inverter,

Fig.5a, b, c erlaubte Schaltmuster einer Phase,

Fig.6a-f Schalterspannungen bei erlaubten Schaltmuster bei Ausgabe eines positiven Ausgangsstroms,

Fig.7a-f Schalterspannungen bei erlaubten Schaltmuster bei Ausgabe eines negativen Ausgangsstroms,

Fig.8 Übergänge zwischen erlaubten Schaltmustern.

In Fig. 1 ist ein schematischer Wechselrichter 1 nach dem Stand der T echnik dargestellt, welcher an seinem Eingang eine Gleichspannungsquelle 2, beispielsweise eine Photovoltaik- Anlage im Generatorbetrieb, aufweist. Die Gleichspannungsquelle 2 stellt dem Wechselrichter zwischen einem ersten Eingangspol A und einem zweiten Eingangspol B eine Eingangsgleichspannung Ue zur Verfügung und wandelt die Eingangs-Gleichspannung Ue in eine Ausgangs- Wechselspannung ua. Weiters ist am Eingang des Wechselrichters ein optionaler kapazitiver Zwischenkreis C vorgesehen, an welchem die Eingangsgleichspannung Ue anliegt. Zwischen der Gleichspannungsquelle 2 und dem Zwischenkreis C kann auch ein Gleichspannungswandler angeordnet sein. Der Wechselrichter 1 umfasst eine Anzahl an Leistungsschaltern (in Fig. 1 symbolisch als „S1+, S1-“ dargestellt), welche jeweils einen Schaltzustand aufweisen. Als Schaltzustand ist jeweils entweder leitend, d.h. geschlossen, oder nicht-leitend, d.h. geöffnet, vorgesehen. Der Wechselrichter 1 in Fig. 1 ist einphasig ausgeführt, was bedeutet, dass eine Ausgangs- Wechselspannung ua am Ausgang ausgegeben wird. Eine Auflistung der Schaltzustände der Leistungsschalter S1+, S1- eines Phasenzweigs wird als Schaltmuster SM dieses Phasenzweigs bezeichnet. Da in Fig. 1 nur ein Phasenzweig vorgesehen ist, ist ein Schaltmuster SM für die Leistungsschalter S1+, S1- dieses einen Phasenzweigs vorgesehen.

Die Schaltmuster SM wird an einem Signalausgang 51 einer Steuereinheit 5 ausgegeben und den Leistungsschaltern S1+, S1- zur Verfügung gestellt. Die Steuereinheit 5 ist beispielsweise als Digitaler Signalprozessor (DSP) ausgeführt. Durch eine bestimmte zeitliche Abfolge der Schaltmuster SM, welche von der Steuereinheit 5 generiert wird, wird Eingangs-Gleichspannung Ue in die Ausgangs-Wechselspannung ua gewandelt. Die Ausgangs-Wechselspannung ua kann beispielsweise in eine Netzspannung eines Energieversorgungsnetzes eingespeist werden. Da die Funktionsweise eines Wechselrichters 1 grundlegend bekannt ist, wird auf die konkrete Abfolge der Schaltmuster SM an dieser Stelle nicht näher eingegangen.

Es können durch die Steuereinheit 5 jedoch verbotene Schaltmuster SMx und/oder verbotene Schaltübergänge von einem ersten (grundsätzlich erlaubten) Schaltmuster SM in ein zweites (grundsätzlich erlaubtes) Schaltmuster SM vorgegeben werden. Schalten die Leistungsschalter S1+, S1- entsprechend eines verbotenen Schaltmusters SMx oder entsprechend eines verbotenen Schaltübergangs, so kann es zu Beschädigungen am Wechselrichter 1, insbesondere der Gleichspannungs/Wechselspannungs-Brücke 3 kommen.

Um dem vorzubeugen ist erfindungsgemäß zwischen der Steuereinheit 5 und den Leistungsschaltern S1+, S1- eine Überwachungseinheit 4 vorgesehen, wie in Fig. 2 dargestellt. Die Überwachungseinheit 4 ist mit ihren Überwachungseingängen 40 mit den Signalausgängen 51 der Steuereinheit 5 verbunden und überprüft unabhängig von der Steuereinheit 5 ob das von der Steuereinheit 5 aktuell vorgegebene Schaltmuster SM einem verbotenen Schaltmuster SMx aus einer Anzahl verbotener Schaltmuster SMx entspricht. Hierzu kann an der Überwachungseinheit 4 beispielsweise eine Tabelle mit einer Anzahl an verbotenen Schaltmustern SMx vorliegen, wobei das Schaltmuster SM mit den verbotenen Schaltmustern SMx abgeglichen wird. Entspricht das Schaltmuster SM einem der verbotenen Schaltmuster SMx, so wird das von der Steuereinheit 5 ausgegebene Schaltmuster SM von der Überwachungseinheit 4 blockiert, d.h. nicht an die Leistungsschalter S1+, S1- weitergegeben. Stattdessen wird vorteilhaftweise ein erlaubtes Schaltmuster SM0 ausgegeben, z.B. das letzte erlaubte Schaltmuster, das von der Steuereinheit 5 erzeugt wurde. Weiters kann eine Aktion N ausgelöst werden, beispielsweise ein Notaus und/oder ein z.B. optisches und/oder akustisches Signal ausgegeben werden. Es kann von der Überwachungseinheit 4 auch ein Hinweissignal ausgegeben und von einer anderen Einheit weiterverarbeitet werden. Stellt die Überwachungseinheit 4 fest, dass das von der Steuereinheit 5 ausgegebene Schaltmuster SM von der Anzahl verbotener Schaltmuster SMx abweicht, d.h. keinem der Anzahl verbotener Schaltmuster SMx entspricht, so kann vorteilhafterweise davon ausgegangen werden, dass das aktuelle Schaltmuster SM einem erlaubten Schaltmuster SM0 entspricht. In diesem Fall wird das aktuelle Schaltmuster SM von der Überwachungseinheit 4 an die Leistungsschalter S1+, S1- ausgegeben. Anstatt einem Vergleich der von der Steuereinheit 5 ausgegebenen Schaltmustern SM mit einer Anzahl verbotener Schaltmuster SMx kann natürlich auch ein Vergleich mit einer Anzahl erlaubter Schaltmuster SM0 erfolgen. In diesem Fall blockiert die Überwachungseinheit 4 bei Abweichung des Schaltmusters SM von der Anzahl erlaubter Schaltmustern SM0 das Schaltmuster SM und gibt bei Übereinstimmung des Schaltmusters SM mit einem erlaubten Schaltmuster SM0 das Schaltmuster SM an die Leistungsschalter S1+, S1- aus. Natürlich kann das Schaltmuster SM von der Überwachungseinheit 4 auch unabhängig von der Steuereinheit 5 mit einer Anzahl verbotener Schaltmuster SMx und einer Anzahl erlaubter Schaltmuster SM0 verglichen werden. Dabei darf die Anzahl verbotener Schaltmuster SMx natürlich nicht mit der Anzahl erlaubter Schaltmuster SM0 überlappen, d.h. ein Schaltmuster SM kann nur verboten oder erlaubt sein.

Zudem kann vorgesehen sein, dass die Überwachungseinheit 4 unabhängig von der Steuereinheit 5 überprüft, ob die Steuereinheit 5 einen verbotenen Übergang von einem ersten (grundsätzlich erlaubten) Schaltmuster SM1 in ein zweites (grundsätzlich erlaubtes) Schaltmuster SM2 erzeugt. Ist dem der Fall, so wird der verbotene Übergang von der Überwachungseinheit 4 blockiert, d.h. verhindert, dass die Leistungsschalter S1+, S1- (direkt) vom ersten Schaltmuster SM1 in das zweite Schaltmuster SM2 schalten. Hierzu kann die Überwachungseinheit 4 beispielsweise statt dem zweiten Schaltmuster SM2 ein drittes (erlaubtes) Schaltmuster SM3 an die Leistungsschalter S1+, S1- weitergeben, wobei der Übergang vom ersten Schaltmuster SM1 in das dritte Schaltmuster SM3 natürlich erlaubt sein muss. In weiterer Folge kann die Überwachungseinheit 4 das zweite Schaltmuster SM2 ausgeben, sofern der Übergang vom dritten Schaltmuster SM3 in das zweite Schaltmuster SM2 erlaub ist. Es kann somit statt einem verbotenen Übergang von einem ersten Schaltmuster SM1 in ein zweites Schaltmuster SM2 ein Umweg über beliebig viele erlaubte Übergänge erfolgen, wobei die jeweiligen Schaltmuster SM, in welche übergegangen wird, natürlich selbst erlaubt sein müssen.

Es kann von der Überwachungseinheit 4 statt dem verbotenen Übergang auch weiterhin das erste Schaltmuster SM 1 , welches ja erlaubt ist, an die Leistungsschalter S1+, S1 - ausgegeben werden oder an den Leistungsschaltern S1+, S1- ein erlaubter Übergang in ein anderes erlaubtes Schaltmuster SM hervorgerufen werden. Weiters kann, wenn die Überwachungseinheit 4 einen verbotenen Übergang feststellt eine Aktion N ausgelöst werden, beispielsweise ein Notaus und/oder ein z.B. optisches und/oder akustisches Signal etc., ausgegeben werden.

Stellt die Überwachungseinheit 4 fest, dass die Steuereinheit 5 einen erlaubten Übergang von einem ersten Schaltmuster SM1 in ein zweites Schaltmuster SM2 ausgibt, so gibt die Überwachungseinheit 4 diesen erlaubten Übergang, d.h. das zweite Schaltmuster SM2, an die Leistungsschalter S1+, S1- weiter.

Natürlich kann, analog wie schon in Bezug auf die erlaubten Schaltmuster SMO und die verbotenen Schaltmuster SMx ausgeführt, alternativ oder zusätzlich zum Vergleich mit erlaubten Übergängen ein Vergleich mit verbotenen Übergängen von einem ersten Schaltmuster SM1 in ein zweites Schaltmuster SM2 erfolgen und bei Feststellung eines verbotenen Übergangs durch die Überwachungseinheit 4 das zweite Schaltmuster SM2 blockiert und bei Feststellung eines erlaubten Übergangs durch die Überwachungseinheit 4 das zweite Schaltmuster SM2 an die Leistungsschalter S1+, S1- ausgegeben werden.

In Fig. 3 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Wechselrichters 1 in Form eines einphasigen NPC (Neutral Point Clamped) Multi-Level (hier drei-Level) Wechselrichters dargestellt. Der Zwischenkreis C umfasst hier einen oberen Zwischenkreiskondensator C+ und einen in Serie geschalteten unteren Zwischenkreiskondensator C-. Die Eingangsgleichspannung Ue liegt zwischen einem ersten Eingangspol A und einem zweiten Eingangspol B an, wobei die Serienschaltung der beiden Zwischenkreiskondensatoren C+,

C- zwischen dem ersten Eingangspol A und dem zweiten Eingangspol B angeordnet ist. Vorteilhafterweise befindet sich zwischen dem oberen Zwischenkreiskondensators C+ und dem unteren Zwischenkreiskondensators C- ein Zwischenkreis-Mittelpunkt M. Der obere Zwischenkreiskondensator C+ und der untere Zwischenkreiskondensator C- bilden somit den Zwischenkreis C, wobei natürlich auch weitere serielle und/oder parallele Kondensatoren im Zwischenkreis Z vorgesehen sein können. Es wird zudem der erste Eingangspol A über eine obere Halbbrücke HB+ und eine in Serie geschaltete zugehörige untere Halbbrücke HB- mit dem zweiten Eingangspol B verbunden, womit die Eingangsspannung Ue jeweils an der Serienschaltung der oberen Halbbrücke HB+ und zugehörigen unteren Halbbrücke HB- anliegt. Die obere Halbbrpcke HB+ und untere Halbbrücke HB- bilden somit eine Gleichspannungs/Wechselspannungs-Brücke. Zwischen der oberen Halbbrücke HB+ und der zugehörigen unteren Halbbrücke HB- befindet sich ein Ausgangspol. Der Ausgangspol kann weiters mit Taktfiltern (z.B. eine in Serie geschaltete Taktfilterinduktivität und/oder eine gegen Masse geschaltete Taktfilterkapazität) versehen sein. Am Ausgangspol liegt die Ausgangswechselspannung ua, welche beispielsweise in ein Energieversorgungsnetz eingespeist werden kann.

Die oberen Halbbrücke HB+ umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel einen oberen Leistungsschalter S1+ und einen in Serie geschalteten unteren Leistungsschalter S2+, wobei sich zwischen dem oberen Leistungsschalter S1+ und dem unteren Leistungsschalter S2+ ein oberer Mittelpunkt M+ befindet. In der oberen Halbbrücke HB+ sind parallel zum oberen Leistungsschalter S1+ und dem unteren Leistungsschalter S2+ jeweils Freilaufdioden D angeordnet, die in Richtung des ersten Pols A durchlässig gepolt ist. Der Zwischenkreis- Mittelpunkt M ist zudem über eine obere Diode D1+ mit dem oberen Mittelpunkt M+ verbunden, der in Richtung des oberen Mittelpunkts M+ durchlässig gepolt ist.

Die untere Halbbrücke HB- umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel in analoger Weise einen oberen Leistungsschalter S1- und einen in Serie geschalteten unteren Leistungsschalter S2-, wobei sich zwischen dem oberen Leistungsschalter S1- und dem zugehörigen unteren Leistungsschalter S2- ein unterer Mittelpunkt M- befindet. Parallel zum ersten oberen Leistungsschalter S1- und dem ersten unteren Leistungsschalter S2- ist eine Freilaufdiode D angeordnet, die in Richtung des zugehörigen oberen Mittelpunkts M+, d.h. in Richtung des ersten Pols A, durchlässig gepolt ist. Der untere Mittelpunkt M- ist über eine untere Diode D+ mit dem Zwischenkreis-Mittelpunkt M verbunden, wobei die untere Diode D1- in Richtung des Zwischenkreis-Mittelpunkts M durchlässig gepolt ist. Natürlich können die obere und/oder untere Halbbrücke HB+, HB- auch weitere Leistungsschalter umfassen und/oder der Wechselrichter weitere Halbbrücken umfassen, beispielsweise um die Leistung des Wechselrichters 1 zu erhöhen.

Die Leistungsschalter S1+, S2+ der oberen Halbbrücke HB+ der oberen Halbbrücke HB+ und weisen jeweils einen Schaltzustand Z1+, Z2+ und die Leistungsschalter S1-, S2- der unteren Halbbrücke HB- jeweils einen Schaltzustand Z1-, Z2- auf. Als Schaltzustand Z1+, Z2+, Z1-, Z2- ist jeweils leitend, d.h. geschlossen, oder nicht-leitend, d.h. geöffnet, vorgesehen, wobei in der dargestellten Ausführung die Leistungsschalter S1+, S2+ S1-, S2- 1-aktiv sind. Das bedeutet, dass die Leistungsschalter S1+, S2+ S1-, S2- jeweils bei einem Schaltzustand Z1+, Z2+, Z1-, Z2- von geschlossen und bei einem Schaltzustand Z1+,

Z2+, Z1-, Z2- von O‘ geöffnet sind.

Die Schaltzustände Z1+, Z2+, Z1-, Z2- der Leistungsschalter S1+, S2+ S1-, S2- einer Phase werden in weiterer Folge als vierstelliges Schaltmuster SM dieser Phase beschrieben. Dabei stellt die erste Stelle den Schaltzustand Z1+ des ersten oberen Leistungsschalters S1+, die zweite Stelle den Schaltzustand Z2+ des zweiten oberen Leistungsschalters S2+, die dritte Stelle den Schaltzustand Z1- des ersten unteren Leistungsschalters S1- und die vierte Stelle den Schaltzustand Z2- des zweiten unteren Leistungsschalters S2- dar.

Der dargestellte Wechselrichter 1, ausgeführt als Multi-Level NPC-lnverter, zeichnet sich dadurch aus, dass der Zwischenkreis C auf zwei Zwischenkreiskondensatoren C+ und C- aufgeteilt ist. Damit teilt sich die Eingangsgleichspannung Ue auf die beiden Zwischenkreiskondensatoren C+ und C- auf, wobei am oberen Zwischenkreiskondensator C+ die obere Zwischenkreisspannung UC1 und am unteren Zwischenkreiskondensator C- die untere Zwischenkreisspannung UC2 anliegt. In Kombination mit der Aufteilung der auf eine obere Halbbrücke HB+ und eine untere Halbbrücke HB- (Multi-Level Inverter) ergibt sich der Vorteil, dass je nach vorliegendem Schaltmuster SM nicht die gesamte Eingangsgleichspannung Ue an den jeweiligen Leistungsschaltern S1+, S2+ S1-, S2- anliegt, sondern nur der Anteil, welcher als Zwischenkreisspannung UC+, UC- am jeweiligen Zwischenkreiskondensatoren C+, C- anliegt. Damit können beispielsweise bei einer Eingangsgleichspannung Ue von 1000 V und Zwischenkreisspannungen UC+, UC- von jeweils 500V auch IGBTs (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) als Leistungsschalter S1+, S2+ S1-, S2- verwendet werden. Die Leistungsschalter S1+, S2+ S1- , S2- müssen somit nur einer Spannung von 500V standhalten.

In dieser Ausführung ergeben sich jedoch verbotene Schaltmuster SMx, die besonders gefährlich sind. Aus diesem Grund ist in der zwischen der Steuereinheit 5 und den Leistungsschaltern S1+, S2+ S1-, S2- eine erfindungsgemäße Überwachungseinheit 4 vorgesehen, wobei Überwachungseingänge 40 der Überwachungseinheit 4 mit Steuerausgängen 51 der Steuereinheit 5 verbunden. Damit empfängt die Überwachungseinheit 4 die von der Steuereinheit 5 vorgegebenen Schaltmuster SM (Z1+, Z2+, Z1-, Z2-) und vergleicht diese jeweils einer Anzahl mit verbotener Schaltmuster SMx. Gibt die Steuereinheit 5 an ihren Steuerausgängen 51 ein verbotenes Schaltmuster SMx aus, so wird dieses von der Überwachungseinheit 4 blockiert, d.h. nicht an die Leistungsschalter S1+, S2+ S1-, S2- weitergegeben. Stattdessen kann von der Überwachungseinheit 4 beispielsweise eine Aktion N ausgelöst werden oder ein erlaubtes Schaltmuster SM0 an die Leistungsschalter S1+, S2+ S1-, S2- ausgegeben werden. Stellt die Überwachungseinheit 4 beim Vergleich eines aktuellen Schaltmusters SM mit der Anzahl verbotener Schaltmuster SMx fest, dass das Schaltmuster SM erlaubt ist, so gibt die Überwachungseinheit 4 das Schaltmuster SM an die jeweiligen Leistungsschalter S1+, S2+ S1-, S2- aus.

Umgekehrt kann natürlich wie oben erwähnt ein Vergleich des Schaltmusters SM mit einer Anzahl erlaubter Schaltmuster SM0 erfolgen. Gibt die Steuereinheit 5 an ihren Steuerausgängen 51 ein erlaubtes Schaltmuster SMx aus, so gibt die Überwachungseinheit 4 das Schaltmuster SM an die jeweiligen Leistungsschalter S1+, S2+ S1-, S2- aus. Gibt die Steuereinheit 5 an ihren Steuerausgängen 51 ein verbotenes Schaltmuster SMx aus so wird dieses von der Überwachungseinheit 4 blockiert, d.h. nicht an die Leistungsschalter S1+,

S2+ S1-, S2- weitergeleitet.

Natürlich kann der Wechselrichter 1 auch eine Mehrzahl an Phasen und damit Phasenzweigen umfassen. In Fig. 4 ist beispielhaft ein dreiphasiger Wechselrichter 1 dargestellt. Dieser Wechselrichter 1 unterscheidet sich vom einphasigen Wechselrichter nach Fig. 3 dadurch, dass die Gleichspannungs/Wechselspannungs-Brücke pro Phasenzweig jeweils eine obere Halbbrücke HB+, HB‘+, HB“+ und eine zugehörige untere Halbbrücke HB-, HB‘-, HB“-umfasst. Für drei Phasenzweige sind somit insgesamt drei obere Halbbrücken HB+, HB‘+, HB“+ und drei untere Halbbrücken HB-, HB‘-, HB“- vorgesehen. Es wird der erste Pol A jeweils über die obere Halbbrücke HB+, HB‘+, HB“+ und die über den jeweiligen Ausgangpol in Serie geschaltete zugehörige untere Halbbrücke HB-, HB‘-, HB“- mit dem zweiten Pol B verbunden, womit die Eingangsgleichspannung Ue jeweils an der Serienschaltung der oberen Halbbrücken HB+, HB‘+, HB“+ und zugehörigen untere Halbbrücken HB-, HB‘-, HB“- jeder Phase anliegt.. Die oberen Halbbrücken HB+, HB‘+,

HB“+ umfassen jeweils einen oberen Leistungsschalter S1+, S1‘+, S1“+ und jeweils einen in Serie geschalteten unteren Leistungsschalter S2+, S2‘+, S2“+, wobei sich zwischen den oberen Leistungsschaltern S1+, S1‘+, S1“+ und den zugehörigen unteren Leistungsschaltern S2+, S2‘+, S2“+, jeweils ein oberer Mittelpunkt M1+, M1‘+, M1“+ befindet. In den oberen Halbbrücken HB+, HB‘+, HB“+ sind parallel zu den oberen Leistungsschaltern S1+, S1‘+, S1“+ und den unteren Leistungsschaltern S2+, S2‘+, S2“+, jeweils Freilaufdioden D angeordnet, die in Richtung des ersten Pols A durchlässig gepolt sind. Der Zwischenkreis- Mittelpunkt M ist zudem über obere Dioden D+, D‘+, D“+ mit den oberen Mittelpunkten M+, M‘+, M“+ verbunden und in Richtung der oberen Mittelpunkte M+, M‘+, M“+ durchlässig gepolt. Die unteren Halbbrücken HB-, HB‘-, HB“- umfassen im hier dargestellten Ausführungsbeispiel in analoger Weise einen oberen Leistungsschalter S1-, S1‘-, S1“- und einen jeweils in Serie geschalteten unteren Leistungsschalter S2-, S2‘-, S2‘-, wobei sich zwischen den oberen Leistungsschaltern S1-, S1‘-, S1“- und den zugehörigen unteren Leistungsschaltern S2-, S2‘-, S2“- jeweils ein unterer Mittelpunkt M-, M‘-, M“- befindet. Parallel zu den oberen Leistungsschaltern S1-, S1‘-, S1“- und den unteren Leistungsschaltern S2-, S2‘-, S2“- sind jeweils Freilaufdioden D angeordnet, in Richtung des zugehörigen Mittelpunkts M, M‘, M“, d.h. in Richtung des ersten Pols A durchlässig gepolt sind. Die unteren Mittelpunkte M-, M‘-, M“- sind über untere Dioden D-, D‘-, D“- mit dem Zwischenkreis-Mittelpunkt M verbunden, wobei die unteren Dioden D-, D‘-, D“- in Richtung des Zwischenkreis-Mittelpunkts M durchlässig gepolt sind. Die Leistungsschalter S1+, ST+, S1“, S1-, ST-, S1“- S2+, S2‘+, S2“+, S2-, S2‘-, S2“- der Halbbrücken HB1+, HB2+, HB3+, HB1-, HB2-, HB3- werden jeweils von der Steuerschaltung 5 derart angesteuert, dass die Eingangs-Gleichspannung Ue über den Zwischenkreis Z und die Leistungsschalter S1+, ST+, S1“, S1-, ST-, S1“- S2+, S2‘+, S2“+, S2-, S2‘-, S2“- (als Teil der der Gleichspannungs/Wechselspannungs-Brücke) in eine Ausgangs- Wechselspannung ua, ua‘, ua“ pro Phasenzweig gewandelt wird. Die Ausgangs- Wechselspannungen ua, ua‘, ua“ liegen in jedem Phasenzweig am jeweiligen Ausgangspol an, wobei an den Ausgangspolen auch Taktfilter (z.B. jeweils in Serie geschaltete Taktfilterinduktivitäten und/oder zwischen den Phasenzweig in Stern geschaltete Takftilerkapazitäten) vorgesehen sein können. Die Ausgangs-Wechselspannungen ua, ua‘, ua“ können am jeweiligen Ausgangspol des Wechselrichters 1 jeweils in Netzphasen eines Energieversorgungsnetzes eingespeist werden, wobei auch Netzfilter vorgesehen sein können. Ein Energieversorgungsnetz umfasst eine Anzahl Netzphasen, die jeweils eine phasenverschobene Netzspannung (z.B. 230 Volt) mit einer Netzfrequenz (z.B. 50 Hz) aufweisen. Die Ausgangs-Wechselspannungen ua, ua‘, ua“ sind vorzugsweise mit der jeweiligen Netzspannung synchronisiert, um ein Einspeisen in das Energieversorgungsnetz zu ermöglichen.

Wie in der in Fig. 3 dargestellten Ausführung, ist auch in der nach Fig. 4 dargestellten Ausführung zwischen der Steuereinheit 5 und den Leistungsschaltern S1+, ST+, S1“, S1-, ST-, S1“- S2+, S2‘+, S2“+, S2-, S2‘-, S2“- eine erfindungsgemäße Überwachungseinheit 4 vorgesehen. Die Überwachungseinheit 4 vergleicht die von der Steuereinheit 5 vorgegebenen Schaltmuster SM mit einer Anzahl verbotener Schaltmuster SM, wobei je ein Schaltmuster SM pro Phase betrachtet wird. Die Schaltmuster SM der einzelnen Phasenzweig können dabei unabhängig voneinander mit den verbotenen/erlaubten Schaltmustern SMx/SMO verglichen werden. Es kann auch ein Schaltmuster SM vorgesehen sein, das auch Schaltzustände von Leistungsschaltern mehrerer Phasenzweige umfasst, und mit entsprechend verbotenen/erlaubten Schaltmustern SMx/SMO verglichen wird.

Es wird in Zusammenschau der Figuren 5 bis 8 beispielhaft auf die Schaltmuster SM eines einphasigen Wechselrichters 1 entsprechend Fig. 3 eingegangen, wobei die Erfindung natürlich auch für andersartige Wechselrichter 1 angewendet werden kann, beispielsweise einem dreiphasigen Wechselrichter 1 entsprechend Fig. 4.

Für den Wechselrichter nach Fig. 3 existieren sechs erlaubte Schaltmuster SM0 und zehn verbotene Schaltmuster SMx, wobei die verbotenen Schaltmuster SMx in potentiell destruktive und destruktive Schaltmuster eingeteilt werden können.

Destruktive Schaltmuster (nicht in den Figuren dargestellt) werden gebildet, wenn drei benachbarte oder auch nicht benachbarte Leistungsschalter gleichzeitig geschlossen sind: ‘1110‘, O111‘, Ί 101 ‘, Ί011' oder wenn alle Leistungsschalter S1+, S2+, S1-, S2- gleichzeitig geschlossen sind: Ί 111 Destruktive Schaltmuster führen zu Kurzschlüssen oder zu unzulässig hohen Spannungsabfällen an den Leistungsschaltern S1+, S2+, S1-, S2- und somit auch bei kurzzeitigem Auftreten zur Zerstörung eines Leistungsschaltern S1+, S2+,

51-, S2-. Potentiell destruktive Schaltmuster können abhängig von äußeren Umständen, zur Beschädigung des Wechselrichters 1, insbesondere den Leistungsschaltern S1+, S2+, S1-,

52- führen. Wird beispielsweise der erste obere Leistungsschalter S1+ geschlossen, während die Ausgangs-Wechselspannung ua ihren negativen Scheitelwert erreicht, führt dies zu einer Überschreitung der Sperrspannung des betroffenen ersten oberen Leistungsschalters S1+. Potentiell destruktive Schaltmuster sind abhängig von den Schaltzuständen anderer Phasenzweige (bei mehrphasigen Wechselrichtern 1) sowie von der aktuellen Ausgangs-Wechselspannung ua. Potentiell destruktiv sind für den Wechselrichter l nach Fig. 3 die Schaltmuster Ί000', O001‘, ‘1001‘, Ί010', O101‘. Der Wechselrichter 1 nach Fig. 3 weist also zehn verbotene Schaltmuster SMx (fünf destruktive und fünf potentiell destruktive Schaltmuster) vorhanden.

Vorzugsweise wird durch die Überwachungseinheit 4 verhindert, dass potentiell destruktive Schaltmuster, wie auch destruktive Schaltmuster, an die Leistungsschalter S1+, S2+, S1-, S2- gelangen.

Erlaubte Schaltmuster SM0 ergeben sich z.B., wenn zwei benachbarte Leistungsschalter geschlossen (und die weiteren Leistungsschalter offen) sind: ‘1100‘, O110‘, O011‘. Fig. 5a, 5b und 5c zeigen jeweils diese erlaubten Schaltmuster SM0, wobei die entsprechenden Schaltzustände Z1+, Z2+, Z1-, Z2- des Schaltmusters SM, d.h. die Stellungen der Leistungsschalter S1+, S2+, S1-, S2- dargestellt sind. In Fig. 5a liegt das erlaubte Schaltmuster SM0 ‘1100‘ vor, womit am ersten unteren Leistungsschalter S1- die obere Zwischenkreisspannung UC+ und am zweiten unteren Leistungsschalter S2- die untere Zwischenkreisspannung UC- anliegt. In Fig. 5b hingegen liegt das erlaubte Schaltmuster SM0 O110‘ vor, womit am ersten oberen Leistungsschalter S1+ die obere Zwischenkreisspannung UC+ und am zweiten unteren Leistungsschalter S2- die untere Zwischenkreisspannung UC- anliegt. In Fig. 5c liegt das erlaubte Schaltmuster SM0 O011‘ vor, womit am ersten oberen Leistungsschalter S1+ die obere Zwischenkreisspannung UC+ und am zweiten oberen Leistungsschalter S2+ die untere Zwischenkreisspannung UC- anliegt. Zusammengefasst sind die in Fig. 5a, b, c dargestellten Schaltmuster SM erlaubte Schaltmuster SM0, da an den Leistungsschalter S1+, S2+ S1-, S2- jeweils nur die obere oder untere Zwischenkreisspannung UC+, UC- anliegt.

Ein weiteres erlaubtes Schaltmuster SM0 ergibt sich, wenn alle Leistungsschalter S1+, S2+ S1-, S2- geöffnet sind, d.h. die Gleichspannungs/Wechselspannungs-Brücke 3 ausgeschaltet ist: O000‘. Weiters sind erlaubte Schaltmuster SM0 vorhanden, wenn nur der zweite obere Leistungsschalter S2+ oder der erste untere Leistungsschalter S1- geschlossen ist: O100‘, O010‘.

Fig. 6a bis 6f zeigt alle sechs erlaubten Schaltmuster SMO, wobei in Fig. 6a das erlaubte Schaltmuster SMOa ‘1100‘, in Fig. 6b das erlaubte Schaltmuster SMOb O100‘, in Fig. 6c das erlaubte Schaltmuster SMOc Ό110‘, in Fig. 6d das erlaubte Schaltmuster SMOd O010‘, in Fig. 6e das erlaubte Schaltmuster SMOe O011‘ und in Fig. 6f das erlaubte Schaltmuster SMOf Ό000 ‘dargestellt ist. Weiters sind in den Fig. 6a bis 6f die Spannungen an den Leistungsschaltern S1+, S2+ S1-, S2- bei einem positiven Ausgangsstrom ia, d.h. einem aus dem Ausgangspol fließenden Ausgangsstrom ia, dargestellt. So liegt in Fig. 6a die obere Zwischenkreisspannung UC+ am ersten unteren

Leistungsschalter S1- an und die untere Zwischenkreisspannung UC- am zweiten unteren Leistungsschalter S2-.

In Fig. 6b liegt die obere Zwischenkreisspannung UC+ am ersten oberen Leistungsschalter S1+ an und die untere Zwischenkreisspannung UC- an der Serienschaltung des ersten und zweiten unteren Leistungsschalters S1-, S2-.

In Fig. 6c liegt die obere Zwischenkreisspannung UC+ am ersten oberen Leistungsschalter S1+ an und die untere Zwischenkreisspannung UC- am zweiten unteren Leistungsschalter S2-.

In Fig. 6d, wie auch in Fig. 6e und Fig. 6f, liegt die obere Zwischenkreisspannung UC+ am ersten oberen Leistungsschalter S1+ an und die untere Zwischenkreisspannung UC- am zweiten oberen Leistungsschalter S2+.

Fig. 7a bis 7f zeigen dieselben sechs erlaubten Schaltmuster SMOa, SMOb, SMOc, SMOd, SMOe, SMOf wie die Fig. 6a bis 6f, wobei jedoch die Spannungen an den Leistungsschaltern S1+, S2+ S1-, S2- bei einem negativen, d.h. einen in den Ausgangspol fließenden, Ausgangsstrom ia dargestellt sind.

So liegt in Fig. 7a analog zu Fig. 6a die obere Zwischenkreisspannung UC+ am ersten unteren Leistungsschalter S1- an und die untere Zwischenkreisspannung UC- am zweiten unteren Leistungsschalter S2-.

In Fig. 7b liegt jedoch die obere Zwischenkreisspannung UC+ am ersten unteren Leistungsschalter S1- an und die untere Zwischenkreisspannung UC- am zweiten unteren Leistungsschalter S2-.

In Fig. 7c liegt wie in Fig. 6c die obere Zwischenkreisspannung UC+ am ersten oberen Leistungsschalter S1+ an und die untere Zwischenkreisspannung UC- am zweiten unteren Leistungsschalter S2-. In Fig. 7d liegt jedoch im Gegensatz zu Fig. 6d die obere Zwischenkreisspannung UC+ an einer Serienschaltung der oberen Leistungsschalter S1+, S2+ an und die untere Zwischenkreisspannung UC- am zweiten unteren Leistungsschalter S2-.

In Fig. 7e liegt wie in Fig. 6e die obere Zwischenkreisspannung UC+ am ersten oberen Leistungsschalter S1+ an und die untere Zwischenkreisspannung UC- am zweiten oberen Leistungsschalter S2+.

In Fig. 7f liegt im Gegensatz zu Fig. 6f die obere Zwischenkreisspannung UC+ am ersten unteren Leistungsschalter S1- an und die untere Zwischenkreisspannung UC- am zweiten unteren Leistungsschalter S2-.

Zusätzlich oder anstatt der Prüfung des Schaltmusters SM selbst auf erlaubte Schaltmuster SMO oder verbotene Schaltmuster SMx können Übergänge von einem ersten (grundsätzlich erlaubten) Schaltmuster SM1 in ein zweites (grundsätzliches erlaubtes) Schaltmuster SM2 verboten oder auch erlaubt sein. In Fig. 8 sind die erlaubten Übergänge dargestellt. So ist ein Übergang vom erlaubten Schaltmuster SMOa ‘1100‘ (entsprechend Fig. 6a) in das erlaubte Schaltmuster SMOc O110‘ (entsprechend Fig. 6c) und umgekehrt verboten. Wird vom erlaubten Schaltmuster SMOa ‘1100‘ direkt in das erlaubte Schaltmuster SMOc O110‘ geschaltet, d.h. der zweite obere Leistungsschalter S2+ direkt geöffnet, so kann der Fall eintreten, dass die obere Halbbrücke HB+ einen Kurzschluss darstellt, womit der obere Zwischenkreiskondensator C+ kurzgeschlossen wird.

Um dennoch einen derartigen Übergang sicherzustellen, ist das erlaubte Schaltmuster SMOb O100‘ zwischen dem erlaubten Schaltmuster SMOa ‘1100‘ und dem erlaubten Schaltmuster SMOc O110‘ vorgesehen. Das bedeutet, dass vom erlaubten Schaltmuster SMOa ‘1100‘ über das erlaubte Schaltmuster SMOb O100‘ in das erlaubte Schaltmuster SMOc O110‘ geschaltet wird und gleichermaßen vom Schaltmuster SMOc O110‘ über das Schaltmuster SMOb O100‘ in das Schaltmuster SMOa ‘1100‘.

Gleichermaßen sind jeweils ein Übergang vom erlaubten Schaltmuster SMOc Ό110‘ in das erlaubte Schaltmuster SMOe O011‘ (entsprechend Fig. 6e) und umgekehrt verboten. Daher ist das erlaubte Schaltmuster SMOd O010‘ (entsprechend Fig. 6d) zwischen dem erlaubten Schaltmuster SMOc O110‘ und dem erlaubten Schaltmuster SMOe O011‘ vorgesehen. Das bedeutet, dass vom erlaubten Schaltmuster SMOc Ό110‘ über das erlaubte Schaltmuster SMOd O010‘ in das erlaubte Schaltmuster SMOe Ό011‘ geschaltet wird und gleichermaßen vom erlaubten Schaltmuster SMOe O011‘ über das erlaubte Schaltmuster SMOd O010‘ in das erlaubte Schaltmuster SMOc O110‘.

Beim Übergang vom erlaubten Schaltmuster SMOa ‘1100‘ über das erlaubte Schaltmuster SMOb O100‘ in das erlaubte Schaltmuster SMOc Ό110‘ wird zuerst der erste obere Leistungsschalter S1+ geöffnet (erster oberer Schaltzustand Z1+ geht von auf Ό ‘), womit die Spannung am ersten oberen Leistungsschalter S1+ steigt und die Spannung an den unteren Leistungsschaltern S1-, S2- sinkt. Sobald die Spannung am ersten oberen Leistungsschalter S1+ die obere Zwischenkreisspannung C+ erreicht hat, leitet die obere Diode D+. Die Spannung am ersten oberen Leistungsschalter S1+ steigt ab diesem Zeitpunkt nicht mehr, womit der erste obere Leistungsschalter S1+ vor Überspannung geschützt ist. Im Anschluss wird der erste untere Leistungsschalter S1- geschlossen (erster unterer Schaltzustand Z1- geht von 0 auf 1), womit das erlaubte Schaltmuster SMOc Ό110‘ (entsprechend Fig. 6c) erreicht wird. Alternativ - gemäß Fig. 8 - kann nachdem die obere Diode D+ leitet in das erlaubte Schaltmuster SMOf O000‘ geschaltet werden (Fig. 6f).

Bei einem negativen Ausgangsstrom ia wird beim Übergang vom erlaubten Schaltmuster SMOe O011‘ (entsprechend Fig. 7e) in das erlaubte Schaltmuster SMOc O110‘

(entsprechend Fig. 7c) über das erlaubte Schaltmuster SMOd 0010 (entsprechend Fig. 7d) wird zuerst der zweite untere Leistungsschalter S2- geöffnet (zweiter unterer Schaltzustand Z2- geht von auf Ό ‘), womit die Spannung am zweiten unteren Leistungsschalter S2- steigt und die Spannung an den oberen Leistungsschaltern S1+, S2+ sinkt. Sobald die Spannung am zweiten unteren Leistungsschalter S2- die untere Zwischenkreisspannung C- erreicht hat, leitet die untere Diode D-. Die Spannung am zweiten unteren Leistungsschalter S2- steigt ab diesem Zeitpunkt nicht mehr, womit der zweite untere Leistungsschalter S2- vor Überspannung geschützt ist.

Im Anschluss wird der zweite obere Leistungsschalter S2+ geschlossen (zweiter oberer Schaltzustand Z2+ geht von 0 auf 1)), womit das erlaubte Schaltmuster SMOc 0110 (Fig. 7c) erreicht wird. Alternativ - gemäß Fig. 8 - kann nachdem die untere Diode D- leitet in das Schaltmuster SMOf Ό000' geschaltet werden (entsprechend Fig. 7f).

Es ist wie erwähnt für einen positiven Ausgangsstrom ia (Fig. 6) und einen negativen Ausgangsstrom ia (Fig. 7) das erlaubte Schaltmuster SMOf Ό000' (Fig. 6f) vorgesehen, was einer deaktivierten Gleichspannungs/Wechselspannungs-Brücke entspricht. In und aus diesem erlaubten Schaltmuster SMOf Ό000' kann von und in das erlaubte Schaltmuster SMOb Ό100 (Fig. 6b, 7b), das erlaubte Schaltmuster SMOc Ό110 (Fig. 6c, 7c) und das erlaubte Schaltmuster SMOd Ό010' (Fig. 6d, 7d) geschaltet werden. Ein Übergang vom erlaubten Schaltmuster SMOf Ό000' in die erlaubten Schaltmuster SMOa Ί100' (Fig. 6a, 7a) oder SMOe ,0011' (Fig. 6e, 7e) und umgekehrt ist jedoch verboten. Dieses Verbot ergibt sich aus der Tatsache, dass ein Schalten des ersten oberen Leistungsschalters S1+/ zweiten unteren Leistungsschalter S2- vor dem zweiten oberen Leistungsschalter S2+/ersten unteren Leistungsschalter S2+ nicht garantiert werden kann.

Um ein von der Steuereinheit 5 ausgegebene Schaltmuster SM zu überwachen, ist erfindungsgemäß eine Überwachungseinheit 4 vorgesehen. Die Überwachungseinheit 4 überprüft die von der Steuereinheit 5 vorgegebenen Schaltmuster SM vergleicht sie mit verbotenen Schaltmustern SMx und/oder erlaubten Schaltmustern SMO. Vorteilhafterweise vergleicht die Überwachungseinheit 4 weiters Übergänge von (erlaubten) Schaltmustern SMO in verbotene und/oder erlaubte Übergänge. Wird von der Überwachungseinheit 4 (direkt durch Vergleich mit der Anzahl verbotener Schaltmuster SMx oder indirekt durch Vergleich mit erlaubten Schaltmustern SMO) festgestellt, dass ein Schaltmuster SM einem verbotenen Schaltmuster SMx entspricht, so wird dieses Schaltmuster von der Überwachungseinheit blockiert, d.h. nicht an die Leistungsschalter S1+, S2+ S1-, S2- ausgegeben. Entspricht das Schaltmuster SM einem erlaubten Schaltmuster SMO, so wird das Schaltmuster an Leistungsschalter S1+, S2+ S1-, S2- ausgegeben.

Claims

Patentansprüche

1. Wechselrichter (1) zum Wandeln einer zwischen einem ersten Eingangspol (A) und einem zweiten Eingangspol (B) anliegenden Eingangs-Gleichspannung (Ue) in zumindest eine Ausgangs-Wechselspannung (ua), umfassend eine Anzahl an Leistungsschalter (S1+, S2+, S1-, S2-) und umfassend eine Steuereinheit (5), welche ausgestaltet ist über Steuerausgänge (51) Schaltmuster (SM) für die Leistungsschalter (S1+, S2+, S1-, S2-) auszugeben, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überwachungseinheit (4) mit Überwachungseingängen (40) und Überwachungsausgängen (41) vorgesehen ist, wobei die Überwachungseingänge (40) mit den Steuerausgängen (51) verbunden sind, um die Schaltmuster (SM) zu empfangen, und wobei die Überwachungsausgänge (41) mit den Leistungsschaltern (S1+, S2+, S1-, S2-) verbunden sind, dass die Überwachungseinheit (4) ausgestaltet ist, einen Übergang von einem ersten Schaltmuster (SM) auf ein zweites Schaltmuster (SM) mit einer Anzahl verbotener Übergänge und/oder mit einer Anzahl erlaubter Übergänge zu vergleichen und bei Übereinstimmung mit einem der verbotenen Übergänge und/oder bei Abweichung von der Anzahl erlaubter Übergänge das zweite Schaltmuster (SM) zu blockieren und bei Abweichung von der Anzahl verbotener Übergängen und/oder bei Übereinstimmung mit einem der erlaubten Übergänge das zweite Schaltmuster (SM) über die Überwachungsausgänge (41) an die Leistungsschalter (S1+, S2+, S1-, S2-) auszugeben.

2. Wechselrichter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit (4) ausgestaltet ist, bei Übereinstimmung mit einem der verbotenen Übergänge und/oder bei Abweichung von der Anzahl erlaubter Übergänge einen erlaubten Übergang vom ersten Schaltmuster (SM) in zumindest ein drittes Schaltmuster (SM) und einen erlaubten Übergang vom zumindest dritten Schaltmuster (SM) in das zweite Schaltmuster (SM) auszugeben.

3. Wechselrichter (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit (4) ausgestaltet ist, ein empfangenes Schaltmuster (SM) mit einer Anzahl verbotener Schaltmustern (SMx) und/oder mit einer Anzahl erlaubter Schaltmuster (SMO) zu vergleichen und bei Übereinstimmung des Schaltmusters (SM) mit einem der verbotenen Schaltmuster (SMx) und/oder bei Abweichung des Schaltmusters (SM) von der Anzahl erlaubter Schaltmustern (SMO) das Schaltmuster (SM) zu blockieren, und das empfangene Schaltmuster (SM) bei Abweichung von der Anzahl verbotener Schaltmuster (SMx) und/oder bei Übereinstimmung mit einem der erlaubten Schaltmuster (SMO) über die Überwachungsausgänge (40) an die Leistungsschalter (S1+, S2+, S1-, S2-) auszugeben.

4. Wechselrichter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster oberer Leistungsschalter (S1 +, S1 ‘+, S1 “+) jeweils über einen oberen Mittelpunkt (M+, M+, M+) mit einem zweiten oberen Leistungsschalter (S2+, S2‘+, S2“+) verbunden ist, dass ein erster unterer Leistungsschalter (S1-, S1‘-, S1“-) jeweils über einen unteren Mittelpunkt (M-, M-, M-) mit einem zweiten unteren Leistungsschalter (S2-, S2‘-, S2“- ) verbunden ist, und dass der obere Mittelpunkt (M+, M+, M+), sowie der untere Mittelpunkt (M-, M-, M-) mit dem Zwischenkreis-Mittelpunkt (M) verbunden sind, und dass zwischen dem ersten Eingangspol (A) und dem zweiten Eingangspol (B) ein Zwischenkreis (C) vorgesehen ist, welcher einen ersten Zwischenkreiskondensator (C+) und einen über den Zwischenkreis-Mittelpunkt (M) verbundenen zweiten Zwischenkreiskondensator (C-) umfasst.

5. Wechselrichter (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit (4) ausgestaltet ist, die Schaltmuster (SM) mit zumindest einem der folgenden verbotenen Schaltmuster (SMx) zu vergleichen:

- erster oberer Leistungsschalter (S1+) geschlossen und zweiter oberer, erster unterer und zweiter unterer Leistungsschalter (S2+, S1-, S2-) geöffnet,

- zweiter unterer Leistungsschalter (S2-) geschlossen und erster unterer, erster oberer und zweiter oberer Leistungsschalter (S1-, S1+, S2+) geöffnet,

- erster oberer und zweiter unterer Leistungsschalter (S1+, S2-) geschlossen und zweiter oberer und erster unterer Leistungsschalter (S2+, S1-) geöffnet,

- erster oberer und erster unterer Leistungsschalter (S1+, S1-) geschlossen und zweiter oberer und zweiter unterer Leistungsschalter (S2+, S2-) geöffnet

- zweiter oberer und zweiter unterer Leistungsschalter (S2+, S2-) geschlossen und erster oberer und erster unterer Leistungsschalter (S1+, S1-) geöffnet

- drei Leistungsschalter (S1+, S2+, S1-; S2+, S1-, S2-; S1+, S2+ S2-; S1+, S1-, S2-)

- alle Leistungsschalter (S1+, S1-, S2+ S2-) geschlossen.

6. Wechselrichter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit (4) als FPGA ausgeführt ist.

7. Wechselrichter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit (4) ausgestaltet ist, bei einem Übergang von einem ersten Schaltmuster in ein zweites Schaltmuster sicherzustellen, dass das zweite Schaltmuster erst nach Ablauf einer Sicherheitszeit an die Leistungsschalter ausgegeben wird.

8. Wechselrichter (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit (4) ausgestaltet ist, bei Übereinstimmung des Schaltmusters (SM) mit einem der verbotenen Schaltmuster (SMx) und/oder einer Abweichung von der Anzahl erlaubter Schaltmuster (SMO) ein erlaubtes Schaltmuster (SMO) auszugeben.

9. Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters (1) umfassend eine Anzahl an Leistungsschaltern (S1+, S2+, S1-, S2-), wobei eine Steuereinheit (5) Schaltmuster (SM) für die Leistungsschalter (S1+, S2+, S1-, S2-) ausgibt, um eine Eingangs-Gleichspannung (Ue) in zumindest eine Ausgangs-Wechselspannung (ua) zu wandeln, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Überwachungseinheit (4) und unabhängig von der Steuereinheit (5) ein Übergang von einem ersten Schaltmuster (SM) auf ein zweites Schaltmuster (SM) mit einer Anzahl verbotener Übergänge und/oder einer Anzahl erlaubter Übergänge verglichen wird und die Überwachungseinheit (4) bei Übereinstimmung des Übergangs mit einem der verbotenen Übergänge und/oder einer Abweichung von der Anzahl erlaubter Übergänge das zweite Schaltmuster (SM) blockiert und bei Abweichung des Übergangs von der Anzahl verbotener Übergänge und/oder bei Übereinstimmung mit einem der erlaubter Übergänge das zweite Schaltmuster (SM) an die Leistungsschalter (S1+, S2+, S1-, S2-) ausgibt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit (4) bei Übereinstimmung des Übergangs mit einem der verbotenen Übergänge und/oder einer Abweichung von der Anzahl erlaubter Übergänge das erste Schaltmuster (SM) an die Leistungsschalter (S1+, S2+, S1-, S2-) ausgibt.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei Übereinstimmung des Übergangs mit einem der verbotenen Übergänge und/oder einer Abweichung von der Anzahl erlaubter Übergänge eine Aktion (N) ausgelöst wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass bei Übereinstimmung des Übergangs mit einem der verbotenen Übergänge und/oder einer Abweichung von der Anzahl erlaubter Übergänge, ein erlaubter Übergang vom ersten Schaltmuster (SM) in zumindest ein drittes Schaltmuster (SM) und ein erlaubter Übergang vom zumindest dritten Schaltmuster (SM) in das zweite Schaltmuster (SM) ausgegeben wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Überwachungseinheit (4) empfangenes Schaltmuster (SM) unabhängig von der Steuereinheit (5) mit einer Anzahl verbotener Schaltmuster (SMx) und/oder einer Anzahl erlaubter Schaltmuster (SMO) verglichen werden und die Überwachungseinheit (4) bei Übereinstimmung des Schaltmusters (SM) mit einem der verbotenen Schaltmuster (SMx) und/oder einer Abweichung von der Anzahl erlaubter Schaltmustern (SMO) das Schaltmuster (SM) blockiert und bei Abweichung des Schaltmusters (SM) von der Anzahl verbotener Schaltmustern (SMx) und/oder bei Übereinstimmung mit einem der erlaubten Schaltmuster (SMO) das Schaltmuster (SM) an die Leistungsschalter (S1+, S2+, S1-, S2-) ausgibt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Übergang von einem ersten Schaltmuster in ein zweites Schaltmuster durch die Überwachungseinheit (4) sichergestellt wird, dass das zweite Schaltmuster erst nach Ablauf einer Sicherheitszeit an die Leistungsschalter ausgegeben wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die

Überwachungseinheit (4) bei Übereinstimmung des Schaltmusters (SM) mit einem der verbotenen Schaltmuster (SMx) und/oder einer Abweichung von der Anzahl erlaubter Schaltmuster (SMO) ein erlaubtes Schaltmuster (SMO) ausgibt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei Übereinstimmung des Schaltmusters (SM) mit einem verbotenen Schaltmuster (SMx) und/oder einer Abweichung von der Anzahl erlaubter Schaltmuster (SMO) eine Aktion (N) ausgelöst wird.