WO2023001365A1 - Operating method for an inverter, inverter, and energy generation system comprising such an inverter - Google Patents

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WO2023001365A1
WO2023001365A1 PCT/EP2021/070220 EP2021070220W WO2023001365A1 WO 2023001365 A1 WO2023001365 A1 WO 2023001365A1 EP 2021070220 W EP2021070220 W EP 2021070220W WO 2023001365 A1 WO2023001365 A1 WO 2023001365A1
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inverter
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feed
tariff
wear
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PCT/EP2021/070220
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Matthias GROENE
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Sma Solar Technology Ag
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Systems or methods specially adapted for specific business sectors, e.g. utilities or tourism
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/04—Forecasting or optimisation specially adapted for administrative or management purposes, e.g. linear programming or "cutting stock problem"

Definitions

  • the invention relates to an operating method for an inverter connected to an AC power supply network on the AC side, in which measured variables detected inside the inverter are monitored and regulated to comply with limit values of these measured variables that limit wear on the inverter.
  • the invention also relates to an inverter which is suitable for carrying out this operating method.
  • the inverter includes an AC-side power connection that can be connected to an AC power supply network and at least one DC-side power connection that can be connected to a DC energy source.
  • the inverter includes a controller for controlling and regulating the operation of the inverter.
  • the inverter also includes at least one sensor device for measuring measured variables, with the controller being designed to receive the measured variables and regulate them in order to comply with limit values that limit wear on the inverter.
  • Inverters are used to convert DC voltage into AC voltage and/or vice versa.
  • Such an inverter can be bidirectional, so that it can convert the two voltage forms into one another in both directions.
  • Such a bidirectional inverter can be used not only to feed electrical energy from the at least one DC energy source into the AC-connected power supply network, but also to route electrical energy from the power supply network to a battery device that functions, for example, both as a DC energy source and as a DC energy sink .
  • the inverter includes an inverter bridge, for example, the inverter bridge including controllable power semiconductor switches.
  • the inverter bridge can, for example, include three half-bridges for 3-phase operation.
  • the inverter bridge can also have, for example, a two-level or multi-level topology, in particular a 3-level topology.
  • the inverter bridge can have a BSNPC topology (Bidirectional Switch Neutral Point Clamped) or an ANPC topology (Active Neutral Point Clamped).
  • the invention also relates to an energy supply system with an inverter and at least one DC energy source connected to the inverter on the DC side.
  • the inverter can be connected to an AC power supply grid on the AC side and is designed to convert the DC voltage provided by the at least one DC energy source into AC voltage for feeding electrical energy into the AC power supply network.
  • the inverter of the energy supply system can be designed according to the inverter of the type mentioned at the outset, so that reference is also made to the explanations given above with regard to the inverter.
  • the inverter of the energy supply system can be connected to the AC power supply network without a transformer or via a transformer.
  • the at least one DC energy source of the energy supply system can be, for example, a photovoltaic generator or a DC energy source operated with wind power or a battery device.
  • the photovoltaic generator this can include a plurality of solar modules that generate electrical energy from sunlight.
  • the solar modules of the photovoltaic generator can be connected together to form a plurality of strings each comprising a series connection of solar modules.
  • each of the strings can be interconnected in parallel and jointly provide a total DC voltage between two output poles of the photovoltaic generator at a DC-side power connection of the inverter.
  • each of the strings could also be connected as a separate DC energy source with its two string output poles to a separate DC-side power connection of the inverter.
  • limit values can be stored in a controller of the inverter, which are complied with during operation of the inverter in order to Limiting the wear and tear of the inverter, so that the lifespan of the inverter is likely to correspond to a lifespan of the product that was guaranteed when the product was sold.
  • the inverter When designing an inverter, it is therefore customary to determine measured variables that are to be monitored in connection with wear and tear of the inverter and to store limit values for these measured variables in the controller in accordance with a desired service life of the product.
  • the measured variables can be, for example, a temperature inside the inverter and measured current and voltage values in the power path of the inverter.
  • the invention is based on the object of specifying an inverter and an operating method for such an inverter and a power generation system with such an inverter, with which a particularly flexible and economically improved mode of operation of the inverter is made possible.
  • the object is achieved according to the invention in an operating method of the type mentioned at the outset in that a controller of the inverter regulates the limit values as a function of a parameter representing a current feed-in tariff.
  • the invention is thus based on a new paradigm, according to which a guaranteed service life of an inverter is not an end in itself, but primarily serves to set up plannable costs for an energy supply system in relation to a probable yield.
  • This goal can also be achieved with the more flexible mode of operation according to the invention, for example in times when there is a higher feed-in tariff, higher wear and thus an operation of the inverter that shortens the service life is accepted.
  • the more flexible mode of operation of the inverter enables, for example, a particularly gentle mode of operation at times when there is a lower feed-in tariff, so that less wear and tear and thus an extension of the service life is made possible when the feed-in tariff is lower.
  • This more flexible mode of operation of the inverter means that it can react to changes in the feed-in tariff system and adapt to it in a sensible way, in contrast to the previously known rigid procedure, in which the wear and tear of the inverter is always limited to a predetermined, constant value. Even if, for example, the guaranteed service life of the inverter should not be achieved with the mode of operation of the inverter according to the invention, it is still possible in this case to achieve at least the same cost/benefit ratio as with the conventional operating method.
  • the inverter receives a parameter representing a current feed-in tariff, and the controller of the inverter regulates at least one of the limit values of the measured variables used to limit the wear as a function of the received parameter.
  • This parameter can be, for example, a measured value of a network frequency currently prevailing in the AC power supply network. Since the grid frequency can be used to determine an energy requirement in the grid, the controller can determine an approximate value for the current feed-in tariff using the measured value and a model stored in the controller between the grid frequency and the feed-in tariff of the grid operator. However, the parameter can also be, for example, a data record that is transmitted to the inverter from a control center of the AC power supply network and represents a current feed-in tariff. Regardless of the transmitting source of the parameter, the inverter can receive the parameter representing a current feed-in tariff, for example at time intervals, the parameter being current at the time of receipt, for example, and being used directly by the controller to regulate the limit values.
  • the inverter could also receive the parameters in clusters at time intervals, for example, so that the parameters together cover a period of time and individually represent a current feed-in tariff for a future period of the time period assigned to the respective parameter.
  • the controller can first temporarily store the parameters received in clusters and, at the beginning of the respective time period, use the parameter representing a current feed-in tariff for this time period to regulate the limit values.
  • the parameter can also represent a current feed-in tariff depending on a feed-in power. For example, if the current feed-in tariff grants a first tariff up to a feed-in power value and, in addition, a tariff of zero cents for the difference above this feed-in power value.
  • the parameter could also refer to a guaranteed duration of the feed-in tariff, so that the controller regulates the limit values depending on the parameter in such a way that the lifetime of the inverter corresponds to the guaranteed duration of the feed-in tariff.
  • the controller of the inverter changes the limit values of the measured variables depending on this parameter representing a current feed-in tariff with the aim of at least compensating for a change in yield of the inverter predicted based on the changed limit value with a change in wear predicted based on the changed limit value.
  • a forecast waiver of a possible energy yield due to a changed limit value can be determined in terms of value and compared with a forecast value-based avoidance of wear through the change in limit value, and the change in limit value can be selected in such a way that the avoidance of wear exceeds the value of the yield waiver or at least compensates for it.
  • a predicted additional yield can be determined in terms of value by a changed limit value and compared with a predicted additional wear and tear due to the change in limit value, and the change in limit value can be selected in such a way that the additional yield exceeds the additional wear in terms of value or at least compensates for it.
  • a value-based determination of a changed wear or a changed yield can include a prognosis of a power available on the DC side, which can include, for example, an insolation prognosis in the case of a photovoltaic system connected on the DC side. From this, the duration and the extent of a limitation of the power converted by the inverter can be determined and evaluated based on a specific selection of the limit value.
  • the additional or reduced yield determined in this way can be evaluated with the aid of the received parameter representing a current feed-in tariff.
  • the increased or reduced wear can be evaluated by modeling an influence on the service life and a predetermined value of the inverter or its repair or replacement costs.
  • the controller can, for example, initially set the limit values to standard limit values that limit the wear to a standard wear and tear, and compare the received parameters with a first and second parameter range, the first parameter range comprising parameters that at a distance from a standard feed-in tariff represent a lower feed-in tariff than the standard feed-in tariff, so that when the parameter changes to this first parameter range, the controller adapts the limit values so that they limit a lower level of wear than the standard wear.
  • the second parameter range can, for example, include parameters that represent a feed-in tariff below an economic remuneration limit, so that when the parameter changes to this second parameter range, the controller stops feeding in until the parameter again represents a feed-in tariff above the economic remuneration limit.
  • the economic compensation limit value can correspond to a feed-in tariff at which operation of the inverter appears uneconomical, for example 2 cents.
  • the first and second parameter range can, for example, be stored in the controller when designing the inverter or, for example, entered during the installation of the inverter via an interface of the device.
  • a matrix can be stored in the controller for regulating the limit values for the measured variables as a function of the parameter, which matrix specifies a functional relationship between the parameter and the respective limit value of a measured variable.
  • the wear of the inverter limited by the limit values can be limited by the matrix, for example, so that at the maximum feed-in power made possible by the limit values, at least a desired amount is generated over the expected service life of the inverter with this wear or, if this is too low feed-in tariff is not possible or reasonable, the inverter stops its feed-in operation.
  • the controller adjusts at least one of the limit values depending on the parameter that represents a current feed-in tariff and lies in this parameter range in such a way that these limit a higher or lower wear compared to a standard wear, depending on whether the parameter range represents a higher or lower feed-in tariff compared to the standard parameter.
  • the standard wear can be a mean value over time of a wear that occurs when the inverter is operated when the measured values are limited by standard limit values with the maximum possible power throttled by the limit values.
  • the standard wear leads to an expected standard lifetime of the inverter.
  • the standard service life can be a period of 20 years, for example.
  • the standard limit values can correspond to a usual interpretation of these limit values of the measured variables, which the person skilled in the art would select during the interpretation in order to be able to guarantee a certain guaranteed standard service life of the product on average.
  • variable feed-in tariff system In order to be able to offer an attractive cost/benefit ratio between production costs and expected yield with this design, it is variable feed-in tariff system assume a mean value over time or a feed-in tariff that dominates over time during normal operating times of the inverter, whereby this can then be referred to as the standard feed-in tariff.
  • a parameter that represents such a standard feed-in tariff can thus be referred to as a standard parameter.
  • standard thus correspond to sizes and assumptions that can be used sensibly in the state of the art in the previously usual mode of operation, in which the limit values remain unregulated and are specified during the design. The person skilled in the art knows how the person skilled in the art can select such sensible values for the standard sizes depending on the product.
  • the limit values of the observed measured variables associated with the individual parameter ranges are stored in the controller, which in the simplest case are constant for each parameter range.
  • the limit values for a parameter range that includes parameters that represent a higher feed-in tariff than a standard feed-in tariff can be selected in such a way that the limit values limit a higher maximum power, higher wear and a shorter expected service life than the standard - limit values is the case, whereby the product of the maximum power and the expected service life can be selected to be approximately the same as the product of the maximum power at standard limit values and the standard service life.
  • variable feed-in tariff system dominates in terms of time, it is advantageous to place the emphasis on an increase in the maximum power in the case of the seldom occurring higher feed-in tariffs and to accept a reduction in the service life, since the remaining time is then missing Statistically only a lower feed-in tariff would have accrued.
  • the more flexible mode of operation of the inverter according to the present embodiment of the invention thus enables a higher yield to be generated if the limit values are selected appropriately. This also applies analogously to a parameter range that includes parameters that represent a lower feed-in tariff.
  • the controller stops feed-in operation of the inverter when the parameter changes to this lowest parameter range.
  • the lowest parameter range can be parameters that represent a feed-in tariff of less than 2 cents. With a feed-in tariff below 2 cents, it can be more advantageous to protect the inverter during this time.
  • the controller adjusts the limit values dynamically and depending on the parameter at least within one parameter range of the at least one parameter range, so that they limit wear that is higher or lower in comparison to the feed-in tariff characterized by the parameter the other parameters of the parameter area.
  • the controller thus adapts the limit values when the parameter changes in the parameter range and also when the parameter changes within the parameter range.
  • the parameter is received by the inverter via a communication link from a control center of the AC power supply network or an information service or from a sensor device monitoring a network frequency.
  • the at least one changed limit value can include one of the following monitored measured variables of the inverter:
  • the limit value is preferably changed immediately after the parameter has been received.
  • the change in wear as well as a change in the feed power of the inverter caused by the change in the limit value also take effect as early as possible.
  • the at least one limit value is reset to a standard value if no parameter (32) is received within a specified period of time.
  • the default value can be a limit that represents a compromise between yield and wear under typical operating conditions.
  • a further object of the invention is to specify an inverter of the type mentioned at the beginning, with which a particularly flexible mode of operation of the inverter is made possible.
  • the object according to the invention is achieved in an inverter of the type mentioned at the outset in that the controller is set up to change the limit values as a function of a parameter representing a current feed-in tariff.
  • the inverter according to the invention is suitable for carrying out the operating method according to claim 1.
  • the controller can include one or more microcontrollers in which one or more software program products are stored for carrying out the programs during operation of the inverter, with at least one software program product ensuring compliance with the limit values monitors the measured variables and, if the limit values are threatened to be exceeded, initiates suitable measures to maintain the corresponding limit value and at least one software program product regulates the limit values depending on the parameters.
  • the controller has appropriate interfaces for receiving the parameters and the measured variables.
  • the inverter is designed and set up to carry out the operating method according to at least one of claims 2 to 5.
  • a further object of the invention is to specify an energy supply system of the type mentioned at the beginning, with which a particularly flexible mode of operation of the inverter is made possible.
  • the object according to the invention is achieved in an energy supply system of the type mentioned at the outset in that the inverter is designed according to one of claims 6 or 7 .
  • the inverter is designed according to one of claims 6 or 7 .
  • FIG. 1 schematically shows an energy supply system according to a first exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a linear dependency of a parameter on a variable feed-in tariff, according to a second exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 3 is a diagram showing a dependence of wear on the inverter on a limit value of a temperature in its interior according to a third exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a maximum power of the inverter as a function of a limit value of a temperature inside it, according to a fourth exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing a relationship between the anticipated service life of the inverter and a maximum output of the inverter according to a fifth exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 1 schematically shows an energy supply system 1 according to a first exemplary embodiment of the invention.
  • the energy supply system 1 has an inverter 2 which is connected on the DC side to a DC energy source 3 of the energy supply system 1 with a DC-side power connection 8 .
  • the DC energy source 3 is designed as a photovoltaic generator 3a and includes solar modules 4 that are connected in series and form a so-called string 5 .
  • the string 5 is connected to a connection terminal 6 with its positive pole and to a connection terminal 7 of the DC-side power connection 8 of the inverter 2 with its negative pole.
  • the DC-side power connection 8 of the inverter 2 is connected inside the inverter 2 via an intermediate circuit 9 and an inverter bridge 11 comprising three half-bridges 10 Inverter 2 connected to an AC-side power terminal 12 of the inverter 2.
  • the inverter 2 With this AC-side power connection 12 , the inverter 2 is connected to an external public AC power grid 15 via a transformer 14 included in the energy supply system 1 .
  • the energy supply system 1 also has a second DC energy source in the form of a battery device 18 which is connected to the intermediate circuit 9 via a further DC-side power connection 19 of the inverter.
  • the inverter bridge 11 is bidirectional, so that the battery device 18 can receive electrical energy from the AC power supply network 15 and from the photovoltaic generator 3a and, if necessary, can feed it back into the intermediate circuit 9 .
  • a battery management system 20 is shown as a component of the battery device 18 .
  • the battery device 18 includes a large number of battery cells, which are not shown explicitly for the sake of clarity.
  • a controller 22 of the inverter 2 for controlling and regulating the operation of the inverter is also shown. There are communication connections and/or control lines between the controller 22 and numerous components of the inverter 2 . For the sake of clarity, these connections were also not shown explicitly, with a few exceptions.
  • a sensor device 24 for measuring measured variables inside the inverter 2 is connected to the controller 22 via a communication link 25 for transmitting the measured variables measured by the sensor device.
  • the measured variables are regulated by the controller 22 in such a way that they comply with limit values that limit wear, the limit values being stored in the controller. Irrespective of this, the sensor device 24 can be designed for measuring further measured variables and/or can comprise a plurality of components arranged spatially separately.
  • the measured variables and limit values of these measured variables considered within the scope of this invention are selected in such a way that they are suitable for limiting wear on the inverter 2 .
  • a measured variable can be a temperature value inside the inverter housing 27 and other measured variables considered within the scope of this invention can be current and voltage values, based on which a current electrical feed power of the inverter 2 can be determined.
  • the communication connection 30 can be a connection that is not wired, at least in sections.
  • the controller 22 regulates the limit values of the measured variables depending on the parameter (see Figure 2 Pos. 32), so that by means This more flexible mode of operation of the inverter 2 can react to the fluctuations in the feed-in tariff with a time-variable feed-in tariff (see FIG. 2 item 33). For example, in that the controller 22 increases the wear when the feed-in tariff rises and reduces the wear when the feed-in tariff falls.
  • FIG. 2 shows a diagram which represents a possible linear relationship 31 between the parameter 32 and a feed-in tariff 33 represented by the parameter 32 .
  • the parameter 32 is plotted as a number in units of 1 on an axis 34 .
  • a feed-in tariff 33 is plotted in cents on an axis 35 .
  • a parameter of 3 represents a feed-in tariff of 3 cents.
  • a remuneration limit of 36 is drawn in at 2 cents. Below this remuneration limit value 36, it can make sense to reduce wear on the inverter (see FIG. 1 item 2) by setting the feed-in operation to zero and only resume it again after the remuneration limit value 36 has been exceeded.
  • a standard parameter 37 is entered for a feed-in tariff of 10 cents and a first parameter range 38 in the range from 3 to 6, with the inverter (see Figure 1 item 2) upon receiving a parameter 32 within this first parameter range 38 can adapt the limit values in such a way that they limit less wear on the inverter (see Figure 1 item 2) than with the standard parameter 37.
  • the controller of the inverter can stop the feed-in operation in order to protect the inverter as long as the currently received parameters 32 fall within this lowest parameter range 39 .
  • FIG. 3 schematically shows a diagram according to a third exemplary embodiment of the invention.
  • Wear 40 is plotted on an axis 41 in [%/year].
  • a limit value 42 for a temperature in [°C], which is measured inside the inverter housing, is plotted on an axis 43 .
  • the sensor device measuring the temperature can be arranged in the area of functionally essential components whose aging is temperature-dependent.
  • the wear 40 of the inverter is essentially exponential to the limit value 42 of the temperature.
  • a wear rate of 5%/year corresponds to a service life of the inverter of 20 years.
  • the limit value 42 of the temperature is set to 75° C. for this wear 40 .
  • Figure 4 shows schematically, based on a fourth exemplary embodiment of the invention, a relationship 50 between a maximum power 46 in [MW] of the inverter plotted on an axis 47 and a limit value 42 of a temperature measured inside the inverter housing in [°C] plotted on an axis 48 ]
  • the temperature can be measured in accordance with the explanations relating to FIG.
  • the limit values 42 of the temperature at 60° C., 75° C. and 90° C. the corresponding maximum powers 46 of the inverter according to the fourth exemplary embodiment of the invention, throttled due to the temperature limitation, are shown in each case.
  • the relationship could also have non-linear curves if, for example, cooling of the inverter is controlled accordingly.
  • Figure 5 schematically shows a diagram according to a fifth exemplary embodiment of the invention, the diagram showing a relationship between a maximum power 46 of the inverter (plotted on an axis 53 of the diagram in the unit [MW]) and an expected service life 51 of the inverter (plotted on an axis 52 of the chart in years).
  • the diagram shows three different settings 54a, 54b, 54c for three parameter ranges, which the control of the inverter according to the fifth exemplary embodiment sets by appropriately adjusting the limit values (see FIG. 3, 4 item 42).
  • setting 54b a temperature limit of 75°C is set, which in the given example leads to a maximum feed-in power of 2.5 MW.
  • a standard wear limited by the limit value would lead to an expected standard lifetime of 20 years.
  • the settings 54a, 54b, 54c are based on a relationship between temperature and service life, which assumes that the service life will be halved for an increase of 10°C.
  • the setting 54b shown corresponds to a standard setting, a standard feed-in tariff of 8 cents being assumed.
  • the setting 54a shown enables the controller, if the feed-in tariff drops from 8 cents to 6 cents, by lowering the temperature limit value to 70 °C with a maximum feed-in power of 2.43 MW and a theoretical extension of the expected service life to 28.28 years to at least compensate for the loss compared to a feed-in tariff of 8 cents.
  • the controller retains the setting 54b according to the exemplary embodiment shown.
  • the controller selects setting 54c according to the exemplary embodiment shown. This is a temperature limit of 77 °C, a maximum feed-in capacity of 2.57 MW and an expected lifespan of 17.48 years.
  • the values given for the three settings 54a, 54b and 54c have been rounded off and are therefore approximate.

Abstract

The invention relates to an operating method for an inverter (2) which is connected on the AC side to an AC power supply network (15), in which method measurement variables detected by the inverter (2) in its interior are monitored and controlled in order to comply with limit values (42) of these measurement variables, said limit values limiting wear (40) of the inverter (2). The operating method according to the invention makes it possible to operate the inverter in a particularly flexible manner in order to optimise the use of the inverter within its service life. To this end, a controller (22) of the inverter (2) controls the limit values (42) in a closed-loop manner depending on a parameter (32) that represents a current feed-in tariff.

Description

Beschreibung description
Betriebsverfahren für einen Wechselrichter, Wechselrichter und Energieerzeugungsanlage mit einem derartigen Wechselrichter Operating method for an inverter, inverter and power generation system with such an inverter
Die Erfindung bezieht sich auf ein Betriebsverfahren für einen AC-seitig an ein AC- Stromversorgungsnetz angeschlossenen Wechselrichter, bei dem vom Wechselrichter in seinem Inneren erfasste Messgrößen überwacht und geregelt werden zur Einhaltung von einen Verschleiß des Wechselrichters begrenzenden Grenzwerten dieser Messgrößen. The invention relates to an operating method for an inverter connected to an AC power supply network on the AC side, in which measured variables detected inside the inverter are monitored and regulated to comply with limit values of these measured variables that limit wear on the inverter.
Die Erfindung betrifft auch einen Wechselrichter, der zur Durchführung dieses Betriebsverfahrens geeignet ist. Der Wechselrichter umfasst einen an ein AC- Stromversorgungsnetz anschließbaren AC-seitigen Leistungsanschluss und mindestens einen an eine DC-Energiequelle anschließbaren DC-seitigen Leistungsanschluss. Zur Steuerung und Regelung des Betriebs des Wechselrichters umfasst der Wechselrichter eine Steuerung. Der Wechselrichter umfasst auch mindestens eine Sensoreinrichtung zur Messung von Messgrößen, wobei die Steuerung dazu ausgebildet ist, die Messgrößen zu empfangen und diese zur Einhaltung von einen Verschleiß des Wechselrichters begrenzenden Grenzwerten zu regeln. The invention also relates to an inverter which is suitable for carrying out this operating method. The inverter includes an AC-side power connection that can be connected to an AC power supply network and at least one DC-side power connection that can be connected to a DC energy source. The inverter includes a controller for controlling and regulating the operation of the inverter. The inverter also includes at least one sensor device for measuring measured variables, with the controller being designed to receive the measured variables and regulate them in order to comply with limit values that limit wear on the inverter.
Wechselrichter dienen der Umwandlung von DC-Spannung in AC-Spannung und/oder umgekehrt. Ein derartiger Wechselrichter kann bidirektional ausgebildet sein, so dass dieser die beiden Spannungsformen in beide Richtungen ineinander umwandeln kann. Mittels eines derartigen bidirektionalen Wechselrichters kann nicht nur elektrische Energie der mindestens einen DC-Energiequelle in das AC-seitig angeschlossene Stromversorgungsnetz eingespeist werden, sondern auch elektrische Energie des Stromversorgungsnetzes zu einer beispielsweise sowohl als DC-Energiequelle als auch als DC-Energiesenke fungierenden Batterievorrichtung geleitet werden. Zur Umwandlung der DC-Spannung in AC-Spannung umfasst der Wechselrichter beispielsweise eine Wechselrichterbrücke, wobei die Wechselrichterbrücke ansteuerbare Leistungshalbleiterschalter umfasst. Die Wechselrichterbrücke kann beispielsweise drei Halbbrücken für einen 3-phasigen Betrieb umfassen. Auch kann die Wechselrichterbrücke beispielsweise eine Zwei- oder Multi-Level- Topologie, insbesondere eine 3-Level-Topologie aufweisen. Beispielsweise kann die Wechselrichterbrücke eine BSNPC Topologie (Bidirectional Switch Neutral Point Clamped) oder eine ANPC Topologie (Active Neutral Point Clamped) aufweisen. Inverters are used to convert DC voltage into AC voltage and/or vice versa. Such an inverter can be bidirectional, so that it can convert the two voltage forms into one another in both directions. Such a bidirectional inverter can be used not only to feed electrical energy from the at least one DC energy source into the AC-connected power supply network, but also to route electrical energy from the power supply network to a battery device that functions, for example, both as a DC energy source and as a DC energy sink . To convert the DC voltage into AC voltage, the inverter includes an inverter bridge, for example, the inverter bridge including controllable power semiconductor switches. The inverter bridge can, for example, include three half-bridges for 3-phase operation. The inverter bridge can also have, for example, a two-level or multi-level topology, in particular a 3-level topology. For example, the inverter bridge can have a BSNPC topology (Bidirectional Switch Neutral Point Clamped) or an ANPC topology (Active Neutral Point Clamped).
Die Erfindung betrifft auch eine Energieversorgungsanlage mit einem Wechselrichter und mindestens einer DC-seitig an den Wechselrichter angeschlossenen DC-Energiequelle. Der Wechselrichter ist AC-seitig an ein AC-Stromversorgungsnetz anschließbar und ist dazu ausgebildet, die von der mindestens einen DC-Energiequelle bereitgestellte DC-Spannung zur Einspeisung von elektrischer Energie in das AC-Stromversorgungsnetz in AC-Spannung umzuwandeln. The invention also relates to an energy supply system with an inverter and at least one DC energy source connected to the inverter on the DC side. The inverter can be connected to an AC power supply grid on the AC side and is designed to convert the DC voltage provided by the at least one DC energy source into AC voltage for feeding electrical energy into the AC power supply network.
Der Wechselrichter der Energieversorgungsanlage kann gemäß dem Wechselrichter der eingangs genannten Art ausgebildet sein, so dass bezüglich des Wechselrichters auch auf die weiter oben angegebenen Ausführungen verwiesen wird. Zur Anbindung der Energieversorgungsanlage an das AC-Stromversorgungsnetz kann der Wechselrichter der Energieversorgungsanlage transformatorlos oder über einen Transformator an das AC- Stromversorgungsnetz angeschlossen sein. Die mindestens eine DC-Energiequelle der Energieversorgungsanlage kann beispielsweise ein Photovoltaik-Generator oder eine mit Windkraft betriebene DC-Energiequelle oder eine Batterievorrichtung sein. Im Falle des Photovoltaik-Generators kann dieser eine Mehrzahl an Solarmodulen umfassen, die elektrische Energie aus Sonnenlicht erzeugen. Die Solarmodule des Photovoltaik- Generators können zu mehreren jeweils eine Reihenschaltung von Solarmodulen umfassenden Strings zusammengeschaltet sein. Diese Strings können parallel zusammengeschaltet sein und gemeinsam zwischen zwei Ausgangspolen des Photovoltaik- Generators eine DC-Gesamtspannung an einem DC-seitigen Leistungsanschluss des Wechselrichters bereitstellen. Alternativ könnte jeder der Strings aber auch als separate DC- Energiequelle mit seinen zwei String-Ausgangspolen an einen separaten DC-seitigen Leistungsanschluss des Wechselrichters angeschlossen sein. The inverter of the energy supply system can be designed according to the inverter of the type mentioned at the outset, so that reference is also made to the explanations given above with regard to the inverter. To connect the energy supply system to the AC power supply network, the inverter of the energy supply system can be connected to the AC power supply network without a transformer or via a transformer. The at least one DC energy source of the energy supply system can be, for example, a photovoltaic generator or a DC energy source operated with wind power or a battery device. In the case of the photovoltaic generator, this can include a plurality of solar modules that generate electrical energy from sunlight. The solar modules of the photovoltaic generator can be connected together to form a plurality of strings each comprising a series connection of solar modules. These strings can be interconnected in parallel and jointly provide a total DC voltage between two output poles of the photovoltaic generator at a DC-side power connection of the inverter. Alternatively, however, each of the strings could also be connected as a separate DC energy source with its two string output poles to a separate DC-side power connection of the inverter.
Im Betrieb eines Wechselrichters entsteht in seinem Inneren eine nicht unerhebliche Wärmemenge, die aus dem Wechselrichtergehäuse abgeführt werden muss, um ein Überhitzen und eine vorschnelle Alterung von Bauteilen zu verhindern. Zudem können auch hohe elektrische Ströme und Spannungen Bauteile des Wechselrichters schädigen bzw. altern lassen, so dass für eine Gewährleistung einer garantierten Lebensdauer eines Wechselrichters für derartige Messgrößen Grenzwerte in einer Steuerung des Wechselrichters hinterlegt sein können, die im Betrieb des Wechselrichters eingehalten werden, um einen Verschleiß des Wechselrichters zu begrenzen, so dass die Lebensdauer des Wechselrichters beispielsweise einer beim Verkauf garantierten Lebensdauer des Produktes voraussichtlich entspricht. Es ist somit üblich, bei der Auslegung eines Wechselrichters Messgrößen zu bestimmen, welche im Zusammenhang mit einem Verschleiß des Wechselrichters überwacht werden sollen und zu diesen in Betracht gezogenen Messgrößen in der Steuerung Grenzwerte zu hinterlegen entsprechend einer angestrebten Lebensdauer des Produktes. Bei den Messgrößen kann es sich beispielsweise um eine Temperatur im Inneren des Wechselrichters handeln sowie um Strom- und Spannungsmesswerte im Leistungspfad des Wechselrichters. Für einen Betreiber einer eingangs genannten Energieversorgungsanlage ist es attraktiv, beim Kauf eines Wechselrichters ein Produkt zu wählen, welches ein günstiges Verhältnis zwischen den Anschaffungskosten und der garantierten Lebensdauer aufweist und dessen Ausfallrate gering ist. During operation of an inverter, a not inconsiderable amount of heat is generated inside, which has to be dissipated from the inverter housing in order to prevent overheating and premature aging of components. In addition, high electrical currents and voltages can damage or age components of the inverter, so that to ensure a guaranteed service life of an inverter for such measured variables, limit values can be stored in a controller of the inverter, which are complied with during operation of the inverter in order to Limiting the wear and tear of the inverter, so that the lifespan of the inverter is likely to correspond to a lifespan of the product that was guaranteed when the product was sold. When designing an inverter, it is therefore customary to determine measured variables that are to be monitored in connection with wear and tear of the inverter and to store limit values for these measured variables in the controller in accordance with a desired service life of the product. The measured variables can be, for example, a temperature inside the inverter and measured current and voltage values in the power path of the inverter. For an operator one With the energy supply system mentioned at the beginning, it is attractive when buying an inverter to choose a product that has a favorable relationship between the acquisition costs and the guaranteed service life and whose failure rate is low.
Das Dokument US 2009/0020286 A1 befasst sich mit einem Betriebsverfahren für einen Wechselrichter, bei dem Grenzen von Betriebsparametern in dem Fall optimiert werden, dass die ursprünglichen Parameter für einen Betriebsfall dimensioniert wurden, der nicht den realen Betriebsbedingungen entspricht. Document US 2009/0020286 A1 deals with an operating method for an inverter in which operating parameter limits are optimized in the event that the original parameters were dimensioned for an operating case that does not correspond to the real operating conditions.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wechselrichter und ein Betriebsverfahren für einen derartigen Wechselrichter und eine Energieerzeugungsanlage mit einem derartigen Wechselrichter anzugeben, mit welchem/welcher eine besonders flexible und ökonomisch verbesserte Betriebsweise des Wechselrichters ermöglicht wird. The invention is based on the object of specifying an inverter and an operating method for such an inverter and a power generation system with such an inverter, with which a particularly flexible and economically improved mode of operation of the inverter is made possible.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Betriebsverfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass eine Steuerung des Wechselrichters die Grenzwerte in Abhängigkeit eines eine aktuelle Einspeisevergütung repräsentierenden Parameters regelt. The object is achieved according to the invention in an operating method of the type mentioned at the outset in that a controller of the inverter regulates the limit values as a function of a parameter representing a current feed-in tariff.
Die Erfindung geht somit von einem neuen Paradigma aus, gemäß dem eine garantierte Lebensdauer eines Wechselrichters kein Selbstzweck ist, sondern vorrangig dazu dient, für eine Energieversorgungsanlage planbare Kosten im Verhältnis zu einem voraussichtlichen Ertrag aufzustellen. Dieses Ziel lässt sich auch mit der erfindungsgemäßen flexibleren Betriebsweise erreichen, indem beispielsweise in Zeiten, in denen eine höhere Einspeisevergütung vorliegt, ein höherer Verschleiß und damit ein die Lebensdauer verkürzender Betrieb des Wechselrichters in Kauf genommen wird. Zusätzlich ermöglicht die flexiblere Betriebsweise des Wechselrichters beispielsweise eine besonders schonende Betriebsweise in Zeiten, in denen eine niedrigere Einspeisevergütung vorliegt, so dass ein niedrigerer Verschleiß und damit eine Verlängerung der Lebensdauer ermöglicht wird, wenn eine niedrigere Einspeisevergütung vorliegt. Durch diese flexiblere Betriebsweise des Wechselrichters kann dieser auf Änderungen im Einspeisevergütungssystem reagieren und sich diesem in sinnvoller Weise anpassen im Gegensatz zu der bisher bekannten starren Vorgehensweise, bei der der Verschleiß des Wechselrichters auf einen vorgegebenen immer gleichen Wert begrenzt wird. Selbst wenn bei der erfindungsgemäßen Betriebsweise des Wechselrichters beispielsweise die garantierte Lebensdauer des Wechselrichters nicht erreicht werden sollte, ist es dennoch ermöglicht, in diesem Fall mindestens das gleiche Kosten/Nutzen-Verhältnis zu erreichen, wie mit dem herkömmlichen Betriebsverfahren. Zur technischen Umsetzung dieses Ansatzes empfängt der Wechselrichter einen eine aktuelle Einspeisevergütung repräsentierenden Parameter, und die Steuerung des Wechselrichters regelt mindestens einen der Grenzwerte der zur Begrenzung des Verschleißes herangezogenen Messgrößen in Abhängigkeit von dem empfangenen Parameter. Bei diesem Parameter kann es sich beispielsweise um einen Messwert einer im AC-Stromversorgungsnetz aktuell herrschenden Netzfrequenz handeln. Da anhand der Netzfrequenz auf einen Energiebedarf im Netz geschlossen werden kann, kann die Steuerung mittels des Messwertes und eines in der Steuerung hinterlegten Modells zwischen der Netzfrequenz und der Einspeisevergütung des Netzbetreibers einen Näherungswert für die aktuelle Einspeisevergütung ermitteln. Bei dem Parameter kann es sich beispielsweise aber auch um ein von einer Leitstelle des AC-Stromversorgungsnetzes an den Wechselrichter übermittelten Datensatz handeln, der eine aktuelle Einspeisevergütung repräsentiert. Unabhängig von der übermittelnden Quelle des Parameters kann der Wechselrichter den eine aktuelle Einspeisevergütung repräsentierenden Parameter beispielsweise in zeitlichen Abständen empfangen, wobei der Parameter beispielsweise zum Zeitpunkt des Empfangs aktuell ist und von der Steuerung unmittelbar zur Regelung der Grenzwerte verwendet wird. Der Wechselrichter könnte die Parameter aber auch beispielsweise in zeitlichen Abständen clusterweise erhalten, so dass die Parameter gemeinsam eine Zeitspanne abdecken und einzeln jeweils für einen dem jeweiligen Parameter zugeordneten zukünftigen Zeitraum der Zeitspanne eine aktuelle Einspeisevergütung repräsentieren. Die Steuerung kann bei diesem Ausführungsbeispiel die clusterweise empfangenen Parameter zunächst Zwischenspeichern und am Beginn des jeweiligen Zeitraums den in diesem Zeitraum eine aktuelle Einspeisevergütung repräsentierenden Parameter zur Regelung der Grenzwerte heranziehen. Der Parameter kann auch eine aktuelle Einspeisevergütung in Abhängigkeit von einer Einspeiseleistung repräsentieren. Beispielsweise wenn die aktuelle Einspeisevergütung bis zu einem Einspeiseleistungswert einen ersten Vergütungsbetrag gewährt und darüber hinaus für den Differenzbetrag oberhalb dieses Einspeiseleistungswertes einen Vergütungsbetrag von null Cent. Der Parameter könnte sich auch auf eine garantierte Dauer der Einspeisevergütung beziehen, so dass die Steuerung die Grenzwerte in Abhängigkeit des Parameters so regelt, dass die Lebensdauer des Wechselrichters der garantierten Dauer der Einspeisevergütung entspricht. The invention is thus based on a new paradigm, according to which a guaranteed service life of an inverter is not an end in itself, but primarily serves to set up plannable costs for an energy supply system in relation to a probable yield. This goal can also be achieved with the more flexible mode of operation according to the invention, for example in times when there is a higher feed-in tariff, higher wear and thus an operation of the inverter that shortens the service life is accepted. In addition, the more flexible mode of operation of the inverter enables, for example, a particularly gentle mode of operation at times when there is a lower feed-in tariff, so that less wear and tear and thus an extension of the service life is made possible when the feed-in tariff is lower. This more flexible mode of operation of the inverter means that it can react to changes in the feed-in tariff system and adapt to it in a sensible way, in contrast to the previously known rigid procedure, in which the wear and tear of the inverter is always limited to a predetermined, constant value. Even if, for example, the guaranteed service life of the inverter should not be achieved with the mode of operation of the inverter according to the invention, it is still possible in this case to achieve at least the same cost/benefit ratio as with the conventional operating method. For the technical implementation of this approach, the inverter receives a parameter representing a current feed-in tariff, and the controller of the inverter regulates at least one of the limit values of the measured variables used to limit the wear as a function of the received parameter. This parameter can be, for example, a measured value of a network frequency currently prevailing in the AC power supply network. Since the grid frequency can be used to determine an energy requirement in the grid, the controller can determine an approximate value for the current feed-in tariff using the measured value and a model stored in the controller between the grid frequency and the feed-in tariff of the grid operator. However, the parameter can also be, for example, a data record that is transmitted to the inverter from a control center of the AC power supply network and represents a current feed-in tariff. Regardless of the transmitting source of the parameter, the inverter can receive the parameter representing a current feed-in tariff, for example at time intervals, the parameter being current at the time of receipt, for example, and being used directly by the controller to regulate the limit values. However, the inverter could also receive the parameters in clusters at time intervals, for example, so that the parameters together cover a period of time and individually represent a current feed-in tariff for a future period of the time period assigned to the respective parameter. In this exemplary embodiment, the controller can first temporarily store the parameters received in clusters and, at the beginning of the respective time period, use the parameter representing a current feed-in tariff for this time period to regulate the limit values. The parameter can also represent a current feed-in tariff depending on a feed-in power. For example, if the current feed-in tariff grants a first tariff up to a feed-in power value and, in addition, a tariff of zero cents for the difference above this feed-in power value. The parameter could also refer to a guaranteed duration of the feed-in tariff, so that the controller regulates the limit values depending on the parameter in such a way that the lifetime of the inverter corresponds to the guaranteed duration of the feed-in tariff.
Erfindungsgemäß verändert die Steuerung des Wechselrichters die Grenzwerte der Messgrößen in Abhängigkeit von diesem eine aktuelle Einspeisevergütung repräsentierenden Parameter mit dem Ziel, eine aufgrund des geänderten Grenzwerts prognostizierte Ertragsänderung des Wechselrichters mit einer aufgrund des geänderten Grenzwerts prognostizierte Verschleißänderung zumindest auszugleichen. Bei sinkender Einspeisevergütung kann also ein prognostizierter Verzicht auf einen möglichen Energieertrag durch einen geänderten Grenzwert wertmäßig bestimmt und verglichen werden mit einer prognostizierten wertmäßigen Verschleißvermeidung durch die Grenzwertänderung, und die Grenzwertänderung so gewählt werden, dass die Verschleißvermeidung den Ertragsverzicht wertmäßig überschreitet oder zumindest ausgleicht. Entsprechend kann bei steigender Einspeisevergütung ein prognostizierter Mehrertrag durch einen geänderten Grenzwert wertmäßig bestimmt und verglichen werden mit einem prognostizierten wertmäßigen Mehrverschleiß durch die Grenzwertänderung, und die Grenzwertänderung so gewählt werden, dass der Mehrertrag den Mehrverschleiß wertmäßig überschreitet oder zumindest ausgleicht. Eine wertmäßige Bestimmung eines geänderten Verschleißes beziehungsweise eines geänderten Ertrags kann eine Prognose einer DC-seitig verfügbaren Leistung umfassen, die beispielsweise bei einer DC-seitig angeschlossenen Photovoltaikanlage eine Einstrahlungsprognose umfassen kann. Hieraus können die Dauer und das Ausmaß einer Begrenzung der durch den Wechselrichter gewandelten Leistung aufgrund einer konkreten Wahl des Grenzwerts ermittelt und bewertet werden. Die Bewertung des so ermittelten Mehr- oder Minderertrages kann mit Hilfe des empfangenen, eine aktuelle Einspeisevergütung repräsentierenden Parameters erfolgen. Eine Bewertung des Mehr- oder Minderverschleißes kann durch eine Modellierung eines Einflusses auf die Lebensdauer und einen vorbestimmten Wert des Wechselrichters oder dessen Reparatur- oder Ersatzkosten erfolgen. According to the invention, the controller of the inverter changes the limit values of the measured variables depending on this parameter representing a current feed-in tariff with the aim of at least compensating for a change in yield of the inverter predicted based on the changed limit value with a change in wear predicted based on the changed limit value. At sinking With the feed-in tariff, a forecast waiver of a possible energy yield due to a changed limit value can be determined in terms of value and compared with a forecast value-based avoidance of wear through the change in limit value, and the change in limit value can be selected in such a way that the avoidance of wear exceeds the value of the yield waiver or at least compensates for it. Accordingly, with increasing feed-in tariffs, a predicted additional yield can be determined in terms of value by a changed limit value and compared with a predicted additional wear and tear due to the change in limit value, and the change in limit value can be selected in such a way that the additional yield exceeds the additional wear in terms of value or at least compensates for it. A value-based determination of a changed wear or a changed yield can include a prognosis of a power available on the DC side, which can include, for example, an insolation prognosis in the case of a photovoltaic system connected on the DC side. From this, the duration and the extent of a limitation of the power converted by the inverter can be determined and evaluated based on a specific selection of the limit value. The additional or reduced yield determined in this way can be evaluated with the aid of the received parameter representing a current feed-in tariff. The increased or reduced wear can be evaluated by modeling an influence on the service life and a predetermined value of the inverter or its repair or replacement costs.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Steuerung beispielsweise die Grenzwerte zunächst auf Standard-Grenzwerte einstellen, die den Verschleiß auf einen Standard-Verschleiß begrenzen, und die empfangenen Parameter jeweils mit einem ersten und zweiten Parameterbereich vergleichen, wobei der erste Parameterbereich Parameter umfasst, die mit Abstand zu einer Standard- Einspeisevergütung eine niedrigere Einspeisevergütung repräsentieren als die Standard- Einspeisevergütung, so dass bei einem Wechsel des Parameters in diesen ersten Parameterbereich die Steuerung die Grenzwerte anpasst, so dass diese einen niedrigeren Verschleiß begrenzen als der Standard-Verschleiß. Der zweite Parameterbereich kann beispielsweise Parameter umfassen, die eine Einspeisevergütung unterhalb eines wirtschaftlichen Vergütungs-Grenzwertes repräsentieren, so dass bei einem Wechsel des Parameters in diesen zweiten Parameterbereich die Steuerung den Einspeisebetrieb einstellt, bis der Parameter wieder eine Einspeisevergütung oberhalb des wirtschaftlichen Vergütungs-Grenzwertes repräsentiert. Der wirtschaftliche Vergütungs-Grenzwert kann hierbei einer Einspeisevergütung entsprechen, bei der ein Betrieb des Wechselrichters unwirtschaftlich erscheint, beispielsweise 2 Cent. Der erste und zweite Parameterbereich kann beispielsweise bei der Auslegung des Wechselrichters in der Steuerung hinterlegt werden oder beispielsweise bei der Installation des Wechselrichters über eine Schnittstelle des Gerätes eingegeben werden. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann in der Steuerung zur Regelung der Grenzwerte für die Messgrößen in Abhängigkeit des Parameters eine Matrix abgespeichert sein, welche einen funktionalen Zusammenhang zwischen dem Parameter und dem jeweiligen Grenzwert einer Messgröße vorgibt. Der von den Grenzwerten begrenzte Verschleiß des Wechselrichters kann durch die Matrix beispielsweise so begrenzt werden, dass bei durch die Grenzwerte ermöglichter maximaler Einspeiseleistung mindestens über die bei diesem Verschleiß voraussichtliche Lebensdauer des Wechselrichters hinweg mindestens ein angestrebter Betrag erwirtschaftet wird oder, wenn dies bei einer zu niedrigen Einspeisevergütung nicht möglich oder sinnvoll ist, der Wechselrichter seinen Einspeisebetrieb einstellt. When carrying out the method according to the invention, the controller can, for example, initially set the limit values to standard limit values that limit the wear to a standard wear and tear, and compare the received parameters with a first and second parameter range, the first parameter range comprising parameters that at a distance from a standard feed-in tariff represent a lower feed-in tariff than the standard feed-in tariff, so that when the parameter changes to this first parameter range, the controller adapts the limit values so that they limit a lower level of wear than the standard wear. The second parameter range can, for example, include parameters that represent a feed-in tariff below an economic remuneration limit, so that when the parameter changes to this second parameter range, the controller stops feeding in until the parameter again represents a feed-in tariff above the economic remuneration limit. In this case, the economic compensation limit value can correspond to a feed-in tariff at which operation of the inverter appears uneconomical, for example 2 cents. The first and second parameter range can, for example, be stored in the controller when designing the inverter or, for example, entered during the installation of the inverter via an interface of the device. According to a further exemplary embodiment of the invention, a matrix can be stored in the controller for regulating the limit values for the measured variables as a function of the parameter, which matrix specifies a functional relationship between the parameter and the respective limit value of a measured variable. The wear of the inverter limited by the limit values can be limited by the matrix, for example, so that at the maximum feed-in power made possible by the limit values, at least a desired amount is generated over the expected service life of the inverter with this wear or, if this is too low feed-in tariff is not possible or reasonable, the inverter stops its feed-in operation.
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 refinements of the invention are specified in the following description and the dependent claims, the features of which can be used individually and in any combination with one another.
Es kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass bei mindestens einem Parameterbereich, der gegenüber einem Standard-Parameter eine höhere oder niedrigere Einspeisevergütung repräsentiert, die Steuerung mindestens einen der Grenzwerte in Abhängigkeit des eine aktuelle Einspeisevergütung repräsentierenden Parameters, der in diesem Parameterbereich liegt, derart anpasst, dass diese gegenüber einem Standard-Verschleiß einen höheren oder einen niedrigeren Verschleiß begrenzen, je nachdem, ob der Parameterbereich gegenüber dem Standard-Parameter eine höhere oder eine niedrigere Einspeisevergütung repräsentiert. It can advantageously be provided that in the case of at least one parameter range that represents a higher or lower feed-in tariff than a standard parameter, the controller adjusts at least one of the limit values depending on the parameter that represents a current feed-in tariff and lies in this parameter range in such a way that these limit a higher or lower wear compared to a standard wear, depending on whether the parameter range represents a higher or lower feed-in tariff compared to the standard parameter.
Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht eine Regelung der Grenzwerte auf der Basis eines sehr einfachen, stufenweisen Zusammenhangs zwischen den Parameterbereichen und dem von den Grenzwerten begrenzten Verschleiß. Bei dem Standard-Verschleiß kann es sich um einen zeitlichen Mittelwert eines Verschleißes handeln, der sich einstellt, wenn der Wechselrichter bei einer Begrenzung der Messwertgrößen durch Standard-Grenzwerte bei durch die Grenzwerte gedrosselter maximal möglicher Leistung betrieben wird. Der Standard-Verschleiß führt zu einer voraussichtlichen Standard-Lebensdauer des Wechselrichters. Bei der Standard-Lebensdauer kann es sich je nach Auslegung und bei hochwertigen Wechselrichtern um eine Zeitspanne von beispielsweise 20 Jahren handeln. Die Standard-Grenzwerte können einer üblichen Auslegung dieser Grenzwerte der Messgrößen entsprechen, die der Fachmann bei der Auslegung auswählen würde, um im Mittel eine bestimmte garantierte Standard-Lebensdauer des Produktes gewährleisten zu können. Um bei dieser Auslegung ein attraktives Kosten/Nutzen Verhältnis zwischen Herstellungskosten und voraussichtlichem Ertrag anbieten zu können, wird er bei einem variablen Einspeisevergütungssystem von einem zeitlichen Mittelwert oder einer zeitlich dominierenden Einspeisevergütung während üblicher Betriebszeiten des Wechselrichters ausgehen, wobei diese dann mit Standard-Einspeisevergütung bezeichnet werden kann. Ein Parameter, der eine derartige Standard-Einspeisevergütung repräsentiert, kann somit als Standard-Parameter bezeichnet werden. Die im Rahmen dieser Ausgestaltung verwendeten Bezeichnungen mit der Voranstellung „Standard“ entsprechen somit Größen und Annahmen, die im Stand der Technik bei der bisher üblichen Betriebsweise, bei der die Grenzwerte ungeregelt bleiben und bei der Auslegung festgelegt werden, sich sinnvoll verwenden lassen. Wie der Fachmann derart sinnvolle Werte für die Standard-Größen je nach Produkt auswählen kann, ist dem Fachmann bekannt. This refinement of the invention enables the limit values to be regulated on the basis of a very simple, gradual relationship between the parameter ranges and the wear limited by the limit values. The standard wear can be a mean value over time of a wear that occurs when the inverter is operated when the measured values are limited by standard limit values with the maximum possible power throttled by the limit values. The standard wear leads to an expected standard lifetime of the inverter. Depending on the design and in the case of high-quality inverters, the standard service life can be a period of 20 years, for example. The standard limit values can correspond to a usual interpretation of these limit values of the measured variables, which the person skilled in the art would select during the interpretation in order to be able to guarantee a certain guaranteed standard service life of the product on average. In order to be able to offer an attractive cost/benefit ratio between production costs and expected yield with this design, it is variable feed-in tariff system assume a mean value over time or a feed-in tariff that dominates over time during normal operating times of the inverter, whereby this can then be referred to as the standard feed-in tariff. A parameter that represents such a standard feed-in tariff can thus be referred to as a standard parameter. The designations used in this design with the prefix “standard” thus correspond to sizes and assumptions that can be used sensibly in the state of the art in the previously usual mode of operation, in which the limit values remain unregulated and are specified during the design. The person skilled in the art knows how the person skilled in the art can select such sensible values for the standard sizes depending on the product.
In der Steuerung sind gemäß der vorliegenden Ausgestaltung der Erfindung zu den einzelnen Parameterbereichen zugehörige Grenzwerte der betrachteten Messgrößen gespeichert, die im einfachsten Fall je Parameterbereich konstant sind. Beispielsweise können die Grenzwerte für einen Parameterbereich, der Parameter umfasst, die eine höhere Einspeisevergütung repräsentieren als eine Standard-Einspeisevergütung, derart gewählt sein, dass die Grenzwerte eine höhere maximale Leistung, einen höheren Verschleiß und eine kürzere voraussichtliche Lebensdauer begrenzen, als dies bei den Standard- Grenzwerten der Fall ist, wobei das Produkt aus maximaler Leistung und voraussichtlicher Lebensdauer annähernd gleich gewählt sein kann wie das Produkt aus maximaler Leistung bei Standard-Grenzwerten und der Standard-Lebensdauer. Wenn der Standard-Parameter in dem variablen Einspeisevergütungssystem zeitlich dominiert, ist es von Vorteil, bei den seltener auftretenden höheren Einspeisevergütungen das Gewicht auf eine Erhöhung der maximalen Leistung zu legen und dafür eine Verkürzung der Lebenszeit in Kauf zu nehmen, da in der dann fehlenden Restzeit statistisch nur eine geringere Einspeisevergütung angefallen wäre. Die flexiblere Betriebsweise des Wechselrichters gemäß der vorliegenden Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht somit bei geeigneter Wahl der Grenzwerte die Erwirtschaftung eines höheren Ertrags. Dies gilt in analoger Weise auch für einen Parameterbereich, der Parameter umfasst, die eine geringere Einspeisevergütung repräsentieren. According to the present embodiment of the invention, the limit values of the observed measured variables associated with the individual parameter ranges are stored in the controller, which in the simplest case are constant for each parameter range. For example, the limit values for a parameter range that includes parameters that represent a higher feed-in tariff than a standard feed-in tariff can be selected in such a way that the limit values limit a higher maximum power, higher wear and a shorter expected service life than the standard - limit values is the case, whereby the product of the maximum power and the expected service life can be selected to be approximately the same as the product of the maximum power at standard limit values and the standard service life. If the standard parameter in the variable feed-in tariff system dominates in terms of time, it is advantageous to place the emphasis on an increase in the maximum power in the case of the seldom occurring higher feed-in tariffs and to accept a reduction in the service life, since the remaining time is then missing Statistically only a lower feed-in tariff would have accrued. The more flexible mode of operation of the inverter according to the present embodiment of the invention thus enables a higher yield to be generated if the limit values are selected appropriately. This also applies analogously to a parameter range that includes parameters that represent a lower feed-in tariff.
Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass bei einem untersten Parameterbereich, welcher eine Einspeisevergütung unterhalb eines Vergütungs- Grenzwertes repräsentierende Parameter umfasst, die Steuerung bei einem Wechsel des Parameters in diesen untersten Parameterbereich einen Einspeisebetrieb des Wechselrichters einstellt. It can also be considered advantageous that in the lowest parameter range, which includes parameters representing a feed-in tariff below a remuneration limit value, the controller stops feed-in operation of the inverter when the parameter changes to this lowest parameter range.
Beispielsweise kann es sich bei dem untersten Parameterbereich um Parameter handeln, die eine Einspeisevergütung unter 2 Cent repräsentieren. Bei einer Einspeisevergütung unterhalb von 2 Cent kann es vorteilhafter sein, den Wechselrichter in dieser Zeit zu schonen. For example, the lowest parameter range can be parameters that represent a feed-in tariff of less than 2 cents. With a feed-in tariff below 2 cents, it can be more advantageous to protect the inverter during this time.
Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass die Steuerung mindestens innerhalb eines Parameterbereichs des mindestens einen Parameterbereichs die Grenzwerte dynamisch und abhängig vom Parameter anpasst, so dass diese einen Verschleiß begrenzen, der entsprechend der durch den Parameter charakterisierten Einspeisevergütung höher oder niedriger ist im Vergleich zu den anderen Parametern des Parameterbereichs. It can also be seen as advantageous that the controller adjusts the limit values dynamically and depending on the parameter at least within one parameter range of the at least one parameter range, so that they limit wear that is higher or lower in comparison to the feed-in tariff characterized by the parameter the other parameters of the parameter area.
Dies ermöglicht eine feinere Abstimmung innerhalb der Parameterbereiche. Die Steuerung passt somit bei einem Wechsel des Parameters in den Parameterbereich die Grenzwerte an und zusätzlich auch bei einer Änderung des Parameters innerhalb des Parameterbereichs. This allows finer tuning within the parameter ranges. The controller thus adapts the limit values when the parameter changes in the parameter range and also when the parameter changes within the parameter range.
Vorteilhafterweise kann weiter vorgesehen sein, dass der Parameter vom Wechselrichter über eine Kommunikationsverbindung von einer Leitstelle des AC-Stromversorgungsnetzes oder einem Informationsdienst oder von einer eine Netzfrequenz überwachenden Sensoreinrichtung empfangen wird. Advantageously, it can also be provided that the parameter is received by the inverter via a communication link from a control center of the AC power supply network or an information service or from a sensor device monitoring a network frequency.
In einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der mindestens eine geänderte Grenzwert eine der folgenden überwachten Messgrößen des Wechselrichters umfassen: In one embodiment of the method according to the invention, the at least one changed limit value can include one of the following monitored measured variables of the inverter:
- einen an einem Leistungsanschluss anliegenden Spannungswert, - a voltage value applied to a power connection,
- einen an dem Leistungsanschluss bestimmten Stromwert oder Leistungswert, - a current value or power value determined at the power connection,
- einen an einem Zwischenkreis bestimmten Spannungsrippel, sowie - a voltage ripple determined on an intermediate circuit, as well as
- einen an einer Wechselrichterbrücke bestimmten Temperaturwert - a temperature value determined on an inverter bridge
- einen an einem Wickelgut bestimmten Temperaturwert. - a temperature value determined on a winding material.
Bevorzugt wird die Änderung des Grenzwerts unmittelbar nach Empfang des Parameters vorgenommen. Hierdurch werden die Verschleißänderung ebenso wie eine durch die Änderung des Grenzwerts erfolgende Änderung der Einspeiseleistung des Wechselrichters ebenfalls möglichst frühzeitig wirksam. The limit value is preferably changed immediately after the parameter has been received. As a result, the change in wear as well as a change in the feed power of the inverter caused by the change in the limit value also take effect as early as possible.
In einer vorteilhaften Ausführung wird der mindestens eine Grenzwert auf einen Standardwert zurückgesetzt, wenn innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer kein Parameter (32) empfangen wird. Auf diese Weise wird verhindert, dass der Wechselrichter dauerhaft oder über einen erheblichen Zeitraum mit Grenzwerten betrieben wird, die den Verschleiß oder den Ertrag unangemessen verschlechtern, weil eine Kommunikation aktueller Parameter aus technischen oder anderen Gründen verhindert ist. Der Standardwert kann ein Grenzwert sein, der unter typischen Betriebsbedingungen einen Kompromiss zwischen Ertrag und Verschleiß darstellt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wechselrichter der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem eine besonders flexible Betriebsweise des Wechselrichters ermöglicht wird. In an advantageous embodiment, the at least one limit value is reset to a standard value if no parameter (32) is received within a specified period of time. This prevents the inverter from being operated permanently or over a considerable period of time with limit values that unreasonably worsen wear or yield because communication of current parameters is prevented for technical or other reasons. The default value can be a limit that represents a compromise between yield and wear under typical operating conditions. A further object of the invention is to specify an inverter of the type mentioned at the beginning, with which a particularly flexible mode of operation of the inverter is made possible.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird bei einem Wechselrichter der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Steuerung dazu eingerichtet ist, die Grenzwerte in Abhängigkeit von einem eine aktuelle Einspeisevergütung repräsentierenden Parameter zu ändern. The object according to the invention is achieved in an inverter of the type mentioned at the outset in that the controller is set up to change the limit values as a function of a parameter representing a current feed-in tariff.
Der erfindungsgemäße Wechselrichter eignet sich zur Durchführung des Betriebsverfahrens nach Anspruch 1. Die Steuerung kann einen oder mehrere Microcontroller umfassen, in dem/denen ein oder mehrere Softwareprogrammprodukte abgespeichert sind zur Durchführung der Programme im Betrieb des Wechselrichters, wobei mindestens ein Softwareprogrammprodukt die Einhaltung der Grenzwerte durch die Messgrößen überwacht und bei einer drohenden Überschreitung der Grenzwerte geeignete Maßnahmen einleitet zur Wahrung des entsprechenden Grenzwertes und mindestens ein Softwareprogrammprodukt die Grenzwerte in Abhängigkeit der Parameter regelt. Die Steuerung weist entsprechende Schnittstellen auf zum Empfang der Parameter und der Messgrößen. The inverter according to the invention is suitable for carrying out the operating method according to claim 1. The controller can include one or more microcontrollers in which one or more software program products are stored for carrying out the programs during operation of the inverter, with at least one software program product ensuring compliance with the limit values monitors the measured variables and, if the limit values are threatened to be exceeded, initiates suitable measures to maintain the corresponding limit value and at least one software program product regulates the limit values depending on the parameters. The controller has appropriate interfaces for receiving the parameters and the measured variables.
Bezüglich der Bedeutung von Begriffen, Definitionen und möglicher Ausgestaltungen und Ausführungsbeispiele des Wechselrichters und seiner Merkmale sei auch auf die obigen Ausführungen in den mit den Verfahrensansprüchen korrespondierenden Abschnitten verwiesen sowie auf die Ausführungen in der Einleitung. With regard to the meaning of terms, definitions and possible configurations and exemplary embodiments of the inverter and its features, reference is also made to the above statements in the sections corresponding to the method claims and to the statements in the introduction.
Weiter kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Wechselrichter zur Durchführung des Betriebsverfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 5 ausgebildet und eingerichtet ist. Furthermore, it can advantageously be provided that the inverter is designed and set up to carry out the operating method according to at least one of claims 2 to 5.
Bezüglich der Bedeutung von Begriffen, Definitionen und möglicher Ausgestaltungen und Ausführungsbeispiele des Wechselrichters und seiner Merkmale sei auch auf die obigen Ausführungen in den mit den entsprechenden Verfahrensansprüchen korrespondierenden Abschnitten verwiesen. With regard to the meaning of terms, definitions and possible configurations and exemplary embodiments of the inverter and its features, reference is also made to the above statements in the sections corresponding to the corresponding method claims.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Energieversorgungsanlage der eingangs genannten Art anzugeben, mit welcher eine besonders flexible Betriebsweise des Wechselrichters ermöglicht wird. A further object of the invention is to specify an energy supply system of the type mentioned at the beginning, with which a particularly flexible mode of operation of the inverter is made possible.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird bei einer Energieversorgungsanlage der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Wechselrichter nach einem der Ansprüche 6 oder 7 ausgebildet ist. Bezüglich der Bedeutung von Begriffen, Definitionen und möglicher Ausgestaltungen und Ausführungsbeispiele der Energieversorgungsanlage und ihrer Merkmale sei auch auf die obigen Ausführungen in den mit den Verfahrensansprüchen und mit dem Anspruch 6 korrespondierenden Abschnitten verwiesen sowie auf die Ausführungen in der Einleitung. The object according to the invention is achieved in an energy supply system of the type mentioned at the outset in that the inverter is designed according to one of claims 6 or 7 . With regard to the meaning of terms, definitions and possible configurations and exemplary embodiments of the energy supply system and its features, reference is also made to the above statements in the sections corresponding to the method claims and claim 6 and to the statements in the introduction.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figur der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen. Further expedient refinements and advantages of the invention are the subject of the description of exemplary embodiments of the invention with reference to the figure of the drawing, in which the same reference symbols refer to components that function in the same way.
Dabei zeigt die The
Fig. 1 schematisch eine Energieversorgungsanlage gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 1 schematically shows an energy supply system according to a first exemplary embodiment of the invention.
Fig. 2 schematisch ein Diagramm, welches eine lineare Abhängigkeit eines Parameters von einer variablen Einspeisevergütung darstellt, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung 2 is a diagram showing a linear dependency of a parameter on a variable feed-in tariff, according to a second exemplary embodiment of the invention
Fig.3 schematisch ein Diagramm, welches eine Abhängigkeit eines Verschleißes des Wechselrichters von einem Grenzwert einer Temperatur in seinem Inneren darstellt gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, 3 is a diagram showing a dependence of wear on the inverter on a limit value of a temperature in its interior according to a third exemplary embodiment of the invention,
Fig. 4 schematisch ein Diagramm, das eine Abhängigkeit einer maximalen Leistung des Wechselrichters von einem Grenzwert einer Temperatur in seinem Inneren darstellt gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und 4 is a schematic diagram showing a maximum power of the inverter as a function of a limit value of a temperature inside it, according to a fourth exemplary embodiment of the invention, and
Fig. 5 schematisch ein Diagramm, welches einen Zusammenhang zwischen der voraussichtlichen Lebensdauer des Wechselrichters und einer maximalen Leistung des Wechselrichters darstellt gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung. 5 is a diagram showing a relationship between the anticipated service life of the inverter and a maximum output of the inverter according to a fifth exemplary embodiment of the invention.
Die Figur 1 zeigt schematisch eine Energieversorgungsanlage 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Energieversorgungsanlage 1 weist einen Wechselrichter 2 auf, der DC-seitig mit einem DC-seitigen Leistungsanschluss 8 an eine DC- Energiequelle 3 der Energieversorgungsanlage 1 angeschlossen ist. Die DC-Energiequelle 3 ist als Photovoltaik-Generator 3a ausgebildet und umfasst Solarmodule 4, die in Reihe geschaltet sind und einen sogenannten String 5 ausbilden. Der String 5 ist mit seinem Pluspol an eine Anschlussklemme 6 und mit seinem Minuspol an eine Anschlussklemme 7 des DC-seitigen Leistungsanschluss 8 des Wechselrichters 2 angeschlossen. Der DC-seitige Leistungsanschluss 8 des Wechselrichters 2 ist im Inneren des Wechselrichters 2 über einen Zwischenkreis 9 und eine drei Halbbrücken 10 umfassende Wechselrichterbrücke 11 des Wechselrichters 2 mit einem AC-seitigen Leistungsanschluss 12 des Wechselrichters 2 verbunden. Mit diesem AC-seitigen Leistungsanschluss 12 ist der Wechselrichter 2 über einen von der Energieversorgungsanlage 1 umfassten Transformator 14 an ein externes öffentliches AC-Stromversorgungsnetz 15 angeschlossen. Die Energieversorgungsanlage 1 weist noch eine zweite DC-Energiequelle auf in Form einer Batterie Vorrichtung 18, die über einen weiteren DC-seitigen Leistungsanschluss 19 des Wechselrichters an den Zwischenkreis 9 angeschlossen ist. Die Wechselrichterbrücke 11 ist bidirektional ausgebildet, so dass die Batterievorrichtung 18 aus dem AC-Stromversorgungsnetz 15 und aus dem Photovoltaik-Generator 3a elektrische Energie aufnehmen kann und im Bedarfsfall zurück in den Zwischenkreis 9 einspeisen kann. Als Komponente der Batterievorrichtung 18 ist ein Batteriemanagementsystem 20 dargestellt. Zur Zwischenspeicherung elektrischer Energie umfasst die Batterievorrichtung 18 eine Vielzahl an Batteriezellen, die der Übersichtshalber nicht explizit dargestellt sind. Eine Steuerung 22 des Wechselrichters 2 zur Steuerung und Regelung des Wechselrichterbetriebs ist ebenfalls dargestellt. Zwischen der Steuerung 22 und zahlreichen Komponenten des Wechselrichters 2 bestehen Kommunikationsverbindungen und/oder Steuerleitungen. Der Übersichtshalber wurden diese Verbindungen bis auf Ausnahmen ebenfalls nicht explizit dargestellt. Eine Sensoreinrichtung 24 zur Messung von Messgrößen im Inneren des Wechselrichter 2 ist über eine Kommunikationsverbindung 25 zur Übermittlung der von der Sensoreinrichtung gemessenen Messwertgrößen mit der Steuerung 22 verbunden. Die Messgrößen werden von der Steuerung 22 derart geregelt, dass diese einen Verschleiß begrenzende Grenzwerte einhalten, wobei die Grenzwerte in der Steuerung hinterlegt sind. Davon unabhängig kann die Sensoreinrichtung 24 zur Messung weiterer Messgrößen ausgebildet sein und/oder mehrere räumlich getrennt angeordneten Komponenten umfassen. Die im Rahmen dieser Erfindung betrachteten Messgrößen und Grenzwerte dieser Messgrößen sind derart ausgewählt, dass diese sich zur Begrenzung eines Verschleißes des Wechselrichters 2 eignen. Beispielsweise kann es sich bei einer Messgröße um einen Temperaturwert im Inneren des Wechselrichtergehäuses 27 handeln und bei weiteren im Rahmen dieser Erfindung betrachteten Messgrößen um Strom- und Spannungswerte, anhand derer eine aktuelle elektrische Einspeiseleistung des Wechselrichters 2 ermittelt werden kann. FIG. 1 schematically shows an energy supply system 1 according to a first exemplary embodiment of the invention. The energy supply system 1 has an inverter 2 which is connected on the DC side to a DC energy source 3 of the energy supply system 1 with a DC-side power connection 8 . The DC energy source 3 is designed as a photovoltaic generator 3a and includes solar modules 4 that are connected in series and form a so-called string 5 . The string 5 is connected to a connection terminal 6 with its positive pole and to a connection terminal 7 of the DC-side power connection 8 of the inverter 2 with its negative pole. The DC-side power connection 8 of the inverter 2 is connected inside the inverter 2 via an intermediate circuit 9 and an inverter bridge 11 comprising three half-bridges 10 Inverter 2 connected to an AC-side power terminal 12 of the inverter 2. With this AC-side power connection 12 , the inverter 2 is connected to an external public AC power grid 15 via a transformer 14 included in the energy supply system 1 . The energy supply system 1 also has a second DC energy source in the form of a battery device 18 which is connected to the intermediate circuit 9 via a further DC-side power connection 19 of the inverter. The inverter bridge 11 is bidirectional, so that the battery device 18 can receive electrical energy from the AC power supply network 15 and from the photovoltaic generator 3a and, if necessary, can feed it back into the intermediate circuit 9 . A battery management system 20 is shown as a component of the battery device 18 . For temporary storage of electrical energy, the battery device 18 includes a large number of battery cells, which are not shown explicitly for the sake of clarity. A controller 22 of the inverter 2 for controlling and regulating the operation of the inverter is also shown. There are communication connections and/or control lines between the controller 22 and numerous components of the inverter 2 . For the sake of clarity, these connections were also not shown explicitly, with a few exceptions. A sensor device 24 for measuring measured variables inside the inverter 2 is connected to the controller 22 via a communication link 25 for transmitting the measured variables measured by the sensor device. The measured variables are regulated by the controller 22 in such a way that they comply with limit values that limit wear, the limit values being stored in the controller. Irrespective of this, the sensor device 24 can be designed for measuring further measured variables and/or can comprise a plurality of components arranged spatially separately. The measured variables and limit values of these measured variables considered within the scope of this invention are selected in such a way that they are suitable for limiting wear on the inverter 2 . For example, a measured variable can be a temperature value inside the inverter housing 27 and other measured variables considered within the scope of this invention can be current and voltage values, based on which a current electrical feed power of the inverter 2 can be determined.
Zwischen einer externen Leitstelle 29 des AC-Stromversorgungsnetzes 15 und der Steuerung 22 besteht eine Kommunikationsverbindung 30, über welche in zeitlichen Abständen von der Leitstelle 29 an die Steuerung 22 ein Parameter (siehe Figur 2 Pos. 32), der eine aktuelle Einspeisevergütung (siehe Figur 2 Pos. 33) repräsentiert, übermittelt wird. Bei der Kommunikationsverbindung 30 kann es sich mindestens abschnittsweise um eine nicht leitungsgebundene Verbindung handeln. Die Steuerung 22 regelt die Grenzwerte der Messgrößen in Abhängigkeit von dem Parameter (siehe Figur 2 Pos. 32), so dass mittels dieser flexibleren Betriebsweise der Wechselrichter 2 bei einer zeitlich variablen Einspeisevergütung (siehe Figur 2 Pos. 33) auf die Schwankungen in der Einspeisevergütung reagieren kann. Beispielsweise, indem die Steuerung 22 bei einer steigenden Einspeisevergütung den Verschleiß anhebt und bei sinkender Einspeisevergütung den Verschleiß senkt. There is a communication link 30 between an external control center 29 of the AC power supply network 15 and the controller 22, via which the control center 29 transmits a parameter (see Figure 2 item 32) to the controller 22 at time intervals, which indicates a current feed-in tariff (see Figure 2 Pos. 33) represents, is transmitted. The communication connection 30 can be a connection that is not wired, at least in sections. The controller 22 regulates the limit values of the measured variables depending on the parameter (see Figure 2 Pos. 32), so that by means This more flexible mode of operation of the inverter 2 can react to the fluctuations in the feed-in tariff with a time-variable feed-in tariff (see FIG. 2 item 33). For example, in that the controller 22 increases the wear when the feed-in tariff rises and reduces the wear when the feed-in tariff falls.
Die Figur 2 zeigt ein Diagramm, welches einen möglichen linearen Zusammenhang 31 zwischen dem Parameter 32 und einer durch den Parameter 32 repräsentierten Einspeisevergütung 33 darstellt. Auf einer Achse 34 ist der Parameter 32 in Einheiten von 1 als Zahl aufgetragen. Auf einer Achse 35 ist eine Einspeisevergütung 33 in Cent aufgetragen. Somit repräsentiert beispielsweise ein Parameter von 3 eine Einspeisevergütung von 3 Cent. Bei 2 Cent ist ein Vergütungs-Grenzwert 36 eingezeichnet. Unterhalb dieses Vergütungs-Grenzwertes 36 kann es sinnvoll sein, einen Verschleiß des Wechselrichters (siehe Figur 1 Pos. 2) durch Einstellen des Einspeisebetriebs auf null zu reduzieren und diesen erst wieder nach Überschreiten des Vergütungs-Grenzwertes 36 erneut aufzunehmen. Ein Standard-Parameter 37 ist bei dem dargestellten Beispiel bei einer Einspeisevergütung von 10 Cent eingetragen und ein erster Parameterbereich 38 im Bereich von 3 bis 6, wobei der Wechselrichter (siehe Figur 1 Pos. 2) bei Empfangen eines Parameters 32 innerhalb dieses ersten Parameterbereiches 38 die Grenzwerte derart anpassen kann, dass diese einen geringeren Verschleiß des Wechselrichters (siehe Figur 1 Pos. 2) begrenzen, als bei dem Standard- Parameter 37. Es ist auch ein unterster Parameterbereich 39 von 0 bis 2 eingezeichnet, der Parameter umfasst, die eine Einspeisevergütung unterhalb des Vergütungs-Grenzwertes 36 von 2 Cent repräsentieren. Bei Empfang eines in diesen untersten Parameterbereich 39 fallenden Parameters 32 kann die Steuerung des Wechselrichters den Einspeisebetrieb einstellen, um den Wechselrichter zu schonen, solange die aktuell empfangenen Parameter 32 in diesen untersten Parameterbereich 39 fallen. FIG. 2 shows a diagram which represents a possible linear relationship 31 between the parameter 32 and a feed-in tariff 33 represented by the parameter 32 . The parameter 32 is plotted as a number in units of 1 on an axis 34 . A feed-in tariff 33 is plotted in cents on an axis 35 . For example, a parameter of 3 represents a feed-in tariff of 3 cents. A remuneration limit of 36 is drawn in at 2 cents. Below this remuneration limit value 36, it can make sense to reduce wear on the inverter (see FIG. 1 item 2) by setting the feed-in operation to zero and only resume it again after the remuneration limit value 36 has been exceeded. In the example shown, a standard parameter 37 is entered for a feed-in tariff of 10 cents and a first parameter range 38 in the range from 3 to 6, with the inverter (see Figure 1 item 2) upon receiving a parameter 32 within this first parameter range 38 can adapt the limit values in such a way that they limit less wear on the inverter (see Figure 1 item 2) than with the standard parameter 37. There is also a lowest parameter range 39 from 0 to 2, which includes parameters that include a represent a feed-in tariff below the tariff limit 36 of 2 cents. When a parameter 32 falling within this lowest parameter range 39 is received, the controller of the inverter can stop the feed-in operation in order to protect the inverter as long as the currently received parameters 32 fall within this lowest parameter range 39 .
Die Figur 3 zeigt schematisch ein Diagramm gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein Verschleiß 40 ist in [%/Jahr] auf einer Achse 41 aufgetragen. Ein Grenzwert 42 für eine Temperatur in [°C], die im Inneren des Wechselrichtergehäuses gemessen wird, ist auf einer Achse 43 aufgetragen. Die die Temperatur messende Sensoreinrichtung kann hierfür im Bereich funktionswesentlicher Bauteile angeordnet sein, deren Alterung temperaturabhängig ist. Der Verschleiß 40 des Wechselrichters verhält sich gemäß dem eingezeichneten Zusammenhang 44 im Wesentlichen exponentiell zum Grenzwert 42 der Temperatur. Beispielsweise entspricht ein Verschleiß von 5%/Jahr einer Lebensdauer des Wechselrichters von 20 Jahren. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist bei diesem Verschleiß 40 der Grenzwert 42 der Temperatur auf 75 °C eingestellt. Die Figur 4 zeigt schematisch anhand eines vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Zusammenhang 50 zwischen einer auf einer Achse 47 aufgetragenen maximalen Leistung 46 in [MW] des Wechselrichters und einem auf einer Achse 48 aufgetragenen Grenzwert 42 einer im Inneren des Wechselrichtergehäuses gemessenen Temperatur in [°C] Die Temperatur kann hierbei entsprechend der Ausführungen zu Figur 3 gemessen werden. Für die Grenzwerte 42 der Temperatur bei 60 °C, 75 °C und 90 °C sind jeweils die zugehörigen aufgrund der Temperaturbegrenzung gedrosselten maximalen Leistungen 46 des Wechselrichters gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung eingezeichnet. Es ergibt sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein annähernd linearer Zusammenhang 50 zwischen den beiden Größen. Selbstverständlich könnte der Zusammenhang gemäß anderer Ausführungsbeispiele auch nichtlineare Verläufe aufweisen, wenn beispielsweise eine Kühlung des Wechselrichters entsprechend angesteuert wird. FIG. 3 schematically shows a diagram according to a third exemplary embodiment of the invention. Wear 40 is plotted on an axis 41 in [%/year]. A limit value 42 for a temperature in [°C], which is measured inside the inverter housing, is plotted on an axis 43 . For this purpose, the sensor device measuring the temperature can be arranged in the area of functionally essential components whose aging is temperature-dependent. According to the relationship 44 shown, the wear 40 of the inverter is essentially exponential to the limit value 42 of the temperature. For example, a wear rate of 5%/year corresponds to a service life of the inverter of 20 years. In the illustrated exemplary embodiment of the invention, the limit value 42 of the temperature is set to 75° C. for this wear 40 . Figure 4 shows schematically, based on a fourth exemplary embodiment of the invention, a relationship 50 between a maximum power 46 in [MW] of the inverter plotted on an axis 47 and a limit value 42 of a temperature measured inside the inverter housing in [°C] plotted on an axis 48 ] Here, the temperature can be measured in accordance with the explanations relating to FIG. For the limit values 42 of the temperature at 60° C., 75° C. and 90° C., the corresponding maximum powers 46 of the inverter according to the fourth exemplary embodiment of the invention, throttled due to the temperature limitation, are shown in each case. In the exemplary embodiment shown, there is an approximately linear relationship 50 between the two variables. Of course, according to other exemplary embodiments, the relationship could also have non-linear curves if, for example, cooling of the inverter is controlled accordingly.
Die Figur 5 zeigt schematisch ein Diagramm gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei das Diagramm einen Zusammenhang zwischen einer maximalen Leistung 46 des Wechselrichters (aufgetragen auf einer Achse 53 des Diagramms in der Einheit [MW]) und einer voraussichtlichen Lebensdauer 51 des Wechselrichters (aufgetragen auf einer Achse 52 des Diagramms in Jahren) darstellt. Das Diagramm zeigt zu drei Parameterbereichen drei unterschiedliche Einstellungen 54a, 54b, 54c, die die Steuerung des Wechselrichters gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel durch entsprechende Anpassung der Grenzwerte (siehe Figur 3, 4 Pos. 42) einstellt. Bei der Einstellung 54b ist ein Grenzwert der Temperatur von 75°C eingestellt, der bei dem angegebenen Beispiel zu einer maximalen Einspeiseleistung von 2,5 MW führt. Ein durch den Grenzwert begrenzter Standard-Verschleiß würde zu einer voraussichtlichen Standard-Lebenszeit von 20 Jahren führen. Den Einstellungen 54a, 54b, 54c liegt ein Zusammenhang zwischen Temperatur und Lebensdauer zugrunde, der bei einer Erhöhung von 10°C von einer Halbierung der Lebensdauer ausgeht. Die gezeigte Einstellung 54b entspricht bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel einer Standard-Einstellung, wobei von einer Standard- Einspeisevergütung von 8 Cent ausgegangen wird. Die eingezeichnete Einstellung 54a ermöglicht es der Steuerung, bei einem Absinken der Einspeisevergütung von 8 Cent auf 6 Cent durch Absenken des Temperatur-Grenzwertes auf 70 °C bei einer maximalen Einspeiseleistung von 2,43 MW und einer theoretischen Verlängerung der voraussichtlichen Lebensdauer auf 28,28 Jahre den Verlust gegenüber einer Einspeisevergütung von 8 Cent mindestens auszugleichen. Bei einem Ansteigen der Einspeisevergütung von 8 Cent bis annähernd 10 Cent, behält gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Steuerung die Einstellung 54b bei. Für Einspeisevergütungen ab 10 Cent und darüber, wählt die Steuerung gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Einstellung 54c aus. Diese liegt bei einem Grenzwert der Temperatur von 77 °C, einer maximalen Einspeiseleistung von 2,57 MW und einer voraussichtlichen Lebensdauer von 17,48 Jahren. Die angegebenen Werte zu den drei Einstellungen 54a, 54b und 54c wurden gerundet und sind somit ca. Angaben. Figure 5 schematically shows a diagram according to a fifth exemplary embodiment of the invention, the diagram showing a relationship between a maximum power 46 of the inverter (plotted on an axis 53 of the diagram in the unit [MW]) and an expected service life 51 of the inverter (plotted on an axis 52 of the chart in years). The diagram shows three different settings 54a, 54b, 54c for three parameter ranges, which the control of the inverter according to the fifth exemplary embodiment sets by appropriately adjusting the limit values (see FIG. 3, 4 item 42). With setting 54b, a temperature limit of 75°C is set, which in the given example leads to a maximum feed-in power of 2.5 MW. A standard wear limited by the limit value would lead to an expected standard lifetime of 20 years. The settings 54a, 54b, 54c are based on a relationship between temperature and service life, which assumes that the service life will be halved for an increase of 10°C. In the exemplary embodiment shown, the setting 54b shown corresponds to a standard setting, a standard feed-in tariff of 8 cents being assumed. The setting 54a shown enables the controller, if the feed-in tariff drops from 8 cents to 6 cents, by lowering the temperature limit value to 70 °C with a maximum feed-in power of 2.43 MW and a theoretical extension of the expected service life to 28.28 years to at least compensate for the loss compared to a feed-in tariff of 8 cents. If the feed-in tariff increases from 8 cents to approximately 10 cents, the controller retains the setting 54b according to the exemplary embodiment shown. For feed-in tariffs of 10 cents and more, the controller selects setting 54c according to the exemplary embodiment shown. This is a temperature limit of 77 °C, a maximum feed-in capacity of 2.57 MW and an expected lifespan of 17.48 years. The values given for the three settings 54a, 54b and 54c have been rounded off and are therefore approximate.
Bezugszeichenliste
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reference list
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Claims

Patentansprüche patent claims
1. Betriebsverfahren für einen AC-seitig an ein AC-Stromversorgungsnetz (15) angeschlossenen Wechselrichter (2), bei dem vom Wechselrichter (2) in seinem Inneren erfasste Messgrößen überwacht und geregelt werden zur Einhaltung von einen Verschleiß (40) des Wechselrichters (2) begrenzenden Grenzwerten (42) dieser Messgrößen, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (2) einen eine Einspeisevergütung repräsentierenden Parameter (32) empfängt und eine Steuerung (22) des Wechselrichters (2) mindestens einen der Grenzwerte (42) in Abhängigkeit von dem empfangenen Parameter (32) verändert, so dass eine aufgrund des geänderten Grenzwerts prognostizierte Ertragsänderung des Wechselrichters (2) eine aufgrund des geänderten Grenzwerts prognostizierte Verschleißänderung zumindest ausgleicht. 1. Operating method for an inverter (2) connected to an AC power supply network (15) on the AC side, in which measured variables recorded inside the inverter (2) are monitored and controlled to maintain wear (40) of the inverter (2 ) limiting limit values (42) of these measured variables, characterized in that the inverter (2) receives a parameter (32) representing a feed-in tariff and a controller (22) of the inverter (2) receives at least one of the limit values (42) as a function of the received Parameter (32) changed, so that a change in yield of the inverter (2) predicted on the basis of the changed limit value at least compensates for a change in wear predicted on the basis of the changed limit value.
2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, wobei bei mindestens einem Parameterbereich2. Operating method according to claim 1, wherein at least one parameter range
(38), der gegenüber einem Standard- Parameter (37) eine höhere oder niedrigere Einspeisevergütung (33) repräsentiert, die Steuerung (22) die Grenzwerte (42) in Abhängigkeit des eine aktuelle Einspeisevergütung (33) repräsentierenden Parameters (32), der in diesem Parameterbereich (38) liegt, derart anpasst, dass diese gegenüber einem Standard-Verschleiß einen höheren oder einen niedrigeren Verschleiß (40) begrenzen, je nachdem, ob der Parameterbereich (38) gegenüber dem Standard-Parameter (37) eine höhere oder eine niedrigere Einspeisevergütung (33) repräsentiert. (38), which represents a higher or lower feed-in tariff (33) compared to a standard parameter (37), the controller (22) sets the limit values (42) depending on the parameter (32) representing a current feed-in tariff (33), which in this parameter range (38) is adjusted in such a way that it limits a higher or lower wear (40) compared to a standard wear, depending on whether the parameter range (38) is higher or lower than the standard parameter (37). Feed-in tariff (33) represented.
3. Betriebsverfahren nach Anspruch 2, wobei bei einem untersten Parameterbereich3. Operating method according to claim 2, wherein at a lowest parameter range
(39), welcher eine Einspeisevergütung (33) unterhalb eines Vergütungs-Grenzwertes (36) repräsentierende Parameter (32) umfasst, die Steuerung (22) bei einem Wechsel des Parameters (32) in diesen untersten Parameterbereich (39) einen Einspeisebetrieb des Wechselrichters (2) einstellt. (39), which comprises parameters (32) representing a feed-in remuneration (33) below a remuneration limit value (36), the controller (22) when the parameter (32) changes to this lowest parameter range (39), a feed-in operation of the inverter ( 2) sets.
4. Betriebsverfahren nach Anspruch 2, wobei die Steuerung (22) mindestens innerhalb eines Parameterbereiches (38) des mindestens einen Parameterbereichs (38) die Grenzwerte (42) dynamisch und abhängig vom Parameter (32) anpasst, so dass diese einen Verschleiß (40) begrenzen, der entsprechend der durch den Parameter (32) charakterisierten Einspeisevergütung höher oder niedriger ist im Vergleich zu den anderen Parametern (32) des Parameterbereichs (38). 4. The operating method according to claim 2, wherein the controller (22) dynamically adapts the limit values (42) at least within one parameter range (38) of the at least one parameter range (38) and as a function of the parameter (32), so that wear (40) limit, which is higher or lower according to the feed-in tariff characterized by the parameter (32) compared to the other parameters (32) of the parameter range (38).
5. Betriebsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Parameter (32) vom Wechselrichter (2) über eine Kommunikationsverbindung (30) von einer Leitstelle (29) des AC-Stromversorgungsnetzes (15) oder einem Informationsdienst oder von einer eine Netzfrequenz überwachenden Sensoreinrichtung empfangen wird. 5. Operating method according to one of the preceding claims, wherein the parameter (32) from the inverter (2) via a communication link (30) from a control center (29) of the AC power supply network (15) or an information service or is received by a sensor device monitoring a mains frequency.
6. Betriebsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine geänderte Grenzwert (42) eine der folgenden überwachten Messgrößen des Wechselrichters (2) umfasst: einen an einem Leistungsanschluss (8, 12) anliegenden Spannungswert, einen an dem Leistungsanschluss (8, 12) bestimmten Stromwert oder Leistungswert, einen an einem Zwischenkreis (9) bestimmten Spannungsrippel, einen an einem Wickelgut bestimmten Temperaturwert, sowie einen an einer Wechselrichterbrücke (11) bestimmten Temperaturwert. 6. Operating method according to one of the preceding claims, wherein the at least one changed limit value (42) comprises one of the following monitored measured variables of the inverter (2): a voltage value present at a power connection (8, 12), a voltage value at the power connection (8, 12 ) current value or power value determined, a voltage ripple determined on an intermediate circuit (9), a temperature value determined on a winding material, and a temperature value determined on an inverter bridge (11).
7. Betriebsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Änderung des Grenzwerts unmittelbar nach Empfang des Parameters (32) erfolgt. 7. Operating method according to one of the preceding claims, wherein the change in the limit value takes place immediately after receipt of the parameter (32).
8. Betriebsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Grenzwert auf einen Standardwert zurückgesetzt wird, wenn innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer kein Parameter (32) empfangen wird. 8. Operating method according to one of the preceding claims, wherein the at least one limit value is reset to a default value if no parameter (32) is received within a predetermined period of time.
9. Wechselrichter (2) mit 9. Inverter (2) with
-einem an ein AC-Stromversorgungsnetz (15) anschließbaren AC-seitigen Leistungsanschluss (12) und mindestens einem an eine DC-Energiequelle (3) anschließbaren DC-seitigen Leistungsanschluss (8, 19), - an AC-side power connection (12) that can be connected to an AC power supply network (15) and at least one DC-side power connection (8, 19) that can be connected to a DC energy source (3),
-einer Steuerung (22) zur Steuerung und Regelung des Betriebs des Wechselrichters (2) und mindestens einer Sensoreinrichtung (24) zur Messung von Messgrößen, wobei die Steuerung (22) dazu ausgebildet ist, die Messgrößen zu empfangen und diese zur Einhaltung von einen Verschleiß (40) des Wechselrichters (2) begrenzenden Grenzwerten (42) zu regeln, dadurch gekennzeichnet, dass -der Wechselrichter (2) dazu eingerichtet ist, einen eine Einspeisevergütung repräsentierenden Parameter (32) zu empfangen und - a controller (22) for controlling and regulating the operation of the inverter (2) and at least one sensor device (24) for measuring measured variables, the controller (22) being designed to receive the measured variables and use them to maintain wear (40) of the inverter (2) limiting limit values (42), characterized in that the inverter (2) is set up to receive a parameter (32) representing a feed-in tariff and
-die Steuerung. (22) dazu eingerichtet ist, mindestens einen der Grenzwerte (42) in Abhängigkeit von dem empfangenen Parameter (32) zu verändern, so dass eine aufgrund des geänderten Grenzwerts prognostizierte Ertragsänderung des Wechselrichters (2) eine aufgrund des geänderten Grenzwerts prognostizierte Verschleißänderung zumindest ausgleicht. -the control. (22) is set up to change at least one of the limit values (42) as a function of the received parameter (32), so that a change in yield of the inverter (2) predicted on the basis of the changed limit value at least compensates for a change in wear predicted on the basis of the changed limit value.
10. Wechselrichter (2) nach Anspruch 8, wobei der Wechselrichter (2) zur Durchführung des Betriebsverfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 8 ausgebildet und eingerichtet ist. 10. Inverter (2) according to claim 8, wherein the inverter (2) is designed and set up for carrying out the operating method according to at least one of claims 2 to 8.
11. Wechselrichter nach Anspruch 9 oder 10, eingerichtet zur unmittelbaren Änderung des Grenzwerts nach Empfang des Parameters (32). 11. Inverter according to claim 9 or 10, set up to change the limit value immediately after receipt of the parameter (32).
12. Energieversorgungsanlage (1) mit einem Wechselrichter (2) und mindestens einer DC-seitig an den Wechselrichter (2) angeschlossenen DC-Energiequelle (3), wobei der Wechselrichter (2) AC-seitig an ein AC-Stromversorgungsnetz (15) anschließbar ist und dazu ausgebildet ist, die von der mindestens einen DC-Energiequelle (3) bereitgestellte DC-Spannung zur Einspeisung von elektrischer Energie in das AC- Stromversorgungsnetz (15) in AC-Spannung umzuwandeln, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (2) nach einem der Ansprüche 9 bis 11 ausgebildet und eingerichtet ist. 12. Energy supply system (1) with an inverter (2) and at least one DC energy source (3) connected to the inverter (2) on the DC side, wherein the inverter (2) can be connected to an AC power supply network (15) on the AC side is and is designed to convert the at least one DC energy source (3) provided DC voltage for feeding electrical energy into the AC power supply network (15) into AC voltage, characterized in that the inverter (2) according to is designed and set up according to one of claims 9 to 11.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20090020286A1 (en) 2007-07-17 2009-01-22 Johnson Rick D Plugging a Mined-Through Well
WO2012119232A1 (en) * 2011-03-09 2012-09-13 Solantro Semiconductor Corp. Inverter having extended lifetime dc-link capacitors

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