DE102019203663A1 - Verfahren zum Steuern eines Umrichters und Umrichter mit Mittelpunktserdung - Google Patents

Verfahren zum Steuern eines Umrichters und Umrichter mit Mittelpunktserdung Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Steuern eines Umrichters (1) mit Mittelpunktserdung vorgeschlagen. Der Umrichter (1) umfasst einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluss (2, 3), an dem im Betrieb des Umrichters (1) eine Gleichspannungskomponente angeschlossen ist; eine Wechselrichterbrücke (10) mit steuerbaren Halbleiterschaltelementen (12, 17), die zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsanschluss (2, 3) verschaltet ist und einen Wechselrichterausgang (15), der einen ersten Ausgangsanschluss (4) des Umrichters (1) repräsentiert, umfasst; ein Gleichspannungszwischenkreis (20) mit Mittelpunktserdung, der eine Reihenschaltung aus einer ersten Ladungsspeichereinheit (21) und einer zweiten Ladungsspeichereinheit (26) umfasst, die zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsanschluss (2, 3) verschaltet ist, wobei ein Knotenpunkt (25) zwischen der ersten und der zweiten Ladungsspeichereinheit (21, 26) mit einem Bezugspotential verbunden ist und einen zweiten Ausgangsanschluss (5) des Umrichters (1) repräsentiert; und eine Steuereinheit (30) mit einer Recheneinheit (31) zur Bestimmung und Abgabe von Ansteuersignalen (s, s) für die steuerbaren Halbleiterschaltelemente (12, 17) der Wechselrichterbrücke (10) in Abhängigkeit eines Vorgabesignals (vs). Bei dem Verfahren übergibt die Steuereinheit (30) beim Erhalt des Vorgabesignals (vs), in dem ein Leistungswert von Null angefordert wird, in einem modifizierten Vorgabesignal (vs`) einen von Null unterschiedlichen Leistungswert an die Recheneinheit (31), den die Recheneinheit (31) dann zur Bestimmung und Abgabe der Ansteuersignale (s, s) für die steuerbaren Halbleiterschaltelemente (12, 17) der Wechselrichterbrücke (10) verarbeitet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Umrichters mit Mittelpunktserdung sowie einen Umrichter mit Mittelpunktserdung.
  • Umrichter mit Mittelpunktserdung werden in elektrischen Netzen zum Beispiel zum Anschluss von Batteriespeichern und/oder Photovoltaik-Anlagen, insbesondere im häuslichen Umfeld, eingesetzt. Neben geringen Kosten und der Möglichkeit, die sogenannte Common-Mode-Spannung zu reduzieren, weisen die Gleichstrom- und die Wechselstromseite einen gemeinsamen Leiter, der mit einem Bezugspotential verbunden ist, auf, wodurch beispielsweise Kurzschlussströme im Fehlerfall geringer sind als bei Umrichtern ohne Mittelpunktserdung.
  • Bei der Verwendung von Umrichtern mit Mittelpunktserdung treten manchmal Betriebsfälle auf, in denen über den Umrichter keine Leistung übertragen wird oder werden soll. Aus Energieeffizienzgründen wird der Umrichter daher durch eine Steuereinheit mit einer Leistungsvorgabe von 0 (Null) Watt gesteuert, wodurch sich jedoch die Problematik einer unerwünschten Geräuschentwicklung sowie unerwünschter EMV-Störungen (EMV = elektromagnetische Verträglichkeit) ergeben kann.
  • Um die Geräuschentwicklung, die im häuslichen Umfeld mitunter als störend empfunden wird, zu kompensieren, werden insbesondere schalldämpfende Gehäusekomponenten eingesetzt, wie zum Beispiel ein dickeres Gehäuse oder schallunterdrückende Matten in einem Lufteinlass. Darüber hinaus ist es möglich, die Geräuschentwicklung durch hardwaretechnische Modifikationen zu reduzieren, beispielsweise durch ein Hardwaredesign oder bestimmte Umrichtertopologien.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Umrichter mit Mittelpunktserdung sowie ein Verfahren zu dessen Steuerung anzugeben, welche baulich und/oder funktionell verbessert sind, um eine Geräuschunterdrückung auf konstruktiv einfachere und kostengünstigere Weise zu realisieren.
  • Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren gemäß dem Merkmal des Patentanspruches 1, ein Computerprogrammprodukt gemäß den Merkmalen des Anspruches 9 sowie einen Umrichter gemäß den Merkmalen des Anspruches 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Es wird ein Verfahren zum Steuern eines Umrichters mit Mittelpunktserdung vorgeschlagen. Der Umrichter umfasst einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluss, an dem im Betrieb des Umrichters eine Gleichspannungskomponente, zum Beispiel ein Batteriespeicher und/oder eine Photovoltaik-Anlage, angeschlossen ist. Der Umrichter umfasst ferner eine Wechselrichterbrücke mit steuerbaren Halbleiterschaltelementen, die zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsanschluss verschaltet ist und einen Wechselrichterausgang, der einen ersten Ausgangsanschluss des Umrichters repräsentiert, umfasst. Ein Gleichspannungszwischenkreis mit Mittelpunktserdung umfasst eine Reihenschaltung aus einer ersten Ladungsspeichereinheit und einer zweiten Ladungsspeichereinheit, wobei die Reihenschaltung zwischen dem erstem und dem zweiten Eingangsanschluss verschaltet ist. Ein Knotenpunkt der Reihenschaltung zwischen der ersten und der zweiten Ladungsspeichereinheit ist mit einem Bezugspotential verbunden und repräsentiert einen zweiten Ausgangsanschluss des Umrichters. Der Umrichter umfasst schließlich eine Steuereinheit mit einer Recheneinheit zur Bestimmung und Abgabe von Ansteuersignalen für die steuerbaren Halbleiterschaltelemente der Wechselrichterbrücke in Abhängigkeit eines Vorgabesignals. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren übergibt die Steuereinheit beim Erhalt des Vorgabesignals, in dem ein Leistungswert von Null angefordert wird, in einem modifizierten Vorgabesignal einen von Null unterschiedlichen Leistungswert an die Recheneinheit, den die Recheneinheit dann zur Bestimmung und Abgabe der Ansteuersignale für die steuerbaren Halbleiterschaltelemente der Wechselrichterbrücke verarbeitet.
  • In dem erfindungsgemäßen Umrichter mit Mittelpunktserdung ist die Steuereinheit erfindungsgemäß dazu ausgebildet, beim Erhalt des Vorgabesignals, in dem ein Leistungswert von Null angefordert wird, in einem modifizierten Vorgabesignal einen von Null unterschiedlichen Leistungswert an die Recheneinheit zu übergeben, den die Recheneinheit dann zur Bestimmung und Abgabe der Ansteuersignale für die steuerbaren Halbleiterschaltelemente der Wechselrichterbrücke verarbeitet.
  • Durch steuerungstechnische Leistungsvorgaben wird auf diese Weise der Zustand von keiner Leistungsvorgabe für den Umrichter umgangen, welcher als geräuschverursachend identifiziert wurde. Bei einer Leistungsvorgabe von Null Watt fließen Ausgleichsströme, welche zur Geräuschentwicklung in Induktivitäten der Leitungen und Kapazitäten des Gleichspannungszwischenkreises führen. Durch den gezielten Stromfluss in diesen Bauteilen kann die Schallentwicklung aktiv unterdrückt werden, da geräuschverursachende Ausgleichströme in einen gezielten Stromfluss gewandelt werden, welche zu keinerlei Geräuschemissionen führen.
  • Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Vorgehens besteht darin, dass die Bauteile des Umrichters gleichmäßig belastet werden. Dies führt zu einer längeren Lebensdauer der Umrichter.
  • Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der von Null unterschiedliche Leistungswert durch die Steuereinheit derart gewählt wird, dass dieser einen vorgegebenen Festwert von Null abweicht.
  • Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der von Null unterschiedliche Leistungswert durch die Steuereinheit durch eine Parametrierung bei der Inbetriebnahme, insbesondere bei der ersten Inbetriebnahme, des Umrichters festgelegt wird. Die Höhe des von Null abweichenden Werts kann z.B. in Abhängigkeit von den Komponenten des Umrichters und/oder den an den Umrichter angeschlossenen Komponenten gewählt sein.
  • Der von Null unterschiedliche Leistungswert kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung von der Steuereinheit aus einem Speicher ausgelesen werden. Alternativ kann der von Null unterschiedliche Leistungswert von der Steuereinheit über eine Kommunikationsschnittstelle von einem externen Parametrierrechner empfangen werden. Hierdurch kann der von Null abweichende Leistungswert variabel „remote“ eingestellt werden, indem eine Übertragung des von Null unterschiedlichen Leistungswerts von dem Parametrierrechner an die Steuereinheit des Umrichters erfolgt.
  • Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass der von Null unterschiedliche Leistungswert zeitlich variiert wird. Die zeitliche Variation kann hierbei eine Variation im Betrag und/oder in der Energieflussrichtung umfassen. Insbesondere umfasst die zeitliche Variation damit des von Null unterschiedlichen Leistungswerts positive und/oder negative Leistungswerte.
  • Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der Betrag des von Null unterschiedlichen Leistungswert in Abhängigkeit der eingangs- und ausgangsseitig mit dem Umrichter verbundenen Komponenten gewählt wird. Mit anderen Worten wird dabei auf die Einsatzumgebung des Umrichters ein abgestimmter von Null unterschiedlicher Leistungswert vorgegeben, um beispielsweise den Leistungsfluss bei angeschlossenem Energiespeicher an die Größe des Energiespeichers anpassen zu können.
  • Es wird ferner ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, das direkt in den internen Speicher eines digitalen Computers geladen werden kann und Softwarecodeabschnitte umfasst, mit denen die Schritte gemäß dem hierin beschriebenen Verfahren ausgeführt werden, wenn das Produkt auf einen Computer, insbesondere der hierin beschriebenen Steuereinrichtung, läuft. Das Computerprogrammprodukt kann auf einem Datenträger, wie zum Beispiel einem USB-Speicherstick, einer Speicherkarte, einer DVD und dergleichen verkörpert sein. Das Computerprogrammprodukt kann ebenfalls in der Form eines über ein drahtloses oder leitungsgebundenes Netz ladbares Signal vorliegen.
  • Der erfindungsgemäße Umrichter weist die gleichen Vorteile auf, wie diese vorstehend in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden. Insbesondere ist die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet, die Schritte des hierin beschriebenen Verfahrens auszuführen.
  • Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist der Umrichter ein Zwei-Levelstromrichter, bei dem die Wechselrichterbrücke zwei in Serie verschaltete steuerbare Halbleiterschaltelemente und die erste und die zweite Ladungsspeichereinheit des Gleichspannungszwischenkreises jeweils einen Kondensator umfasst.
  • Der Umrichter kann auch ein Multi-Levelstromrichter sein, bei dem die Wechselrichterbrücke zwei in Serie verschaltete Schalteinheiten mit jeweils einer Mehrzahl von steuerbaren Halbleiterschaltelementen und bei dem die erste und die zweite Ladungsspeichereinheit des Gleichspannungszwischenkreises jeweils eine der Mehrzahl entsprechende Anzahl an Kondensatoren umfasst.
  • Der hierin beschriebene Umrichter ist insbesondere für die Verbindung eines Batteriespeichers und/oder einer Photovoltaik-Anlage an ein Wechselspannungsnetz (Niederspannungsnetz) vorgesehen. Die Anwendung ist jedoch nicht auf diese speziellen Fälle begrenzt. Vielmehr kann der Umrichter auch zur Ansteuerung eines Antriebs verwendet werden.
  • Obwohl der Umrichter insbesondere für ein einphasiges Wechselspannungsnetz vorgesehen ist, kann der Umrichter auch mehrphasig, insbesondere dreiphasig, ausgebildet werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Umrichters mit Mittelpunktserdung und Steuereinrichtung; und
    • 2 einen Ablaufplan zur erfindungsgemäßen Steuerung des in 1 gezeigten Umrichters.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Umrichters 1 mit Mittelpunktserdung, wobei beispielhaft ein Zwei-Levelstromrichter dargestellt ist. Das nachfolgend beschriebene Prinzip könnte in analoger Weise auch auf einen Multi-Levelstromrichter übertragen werden, auch wenn dies nicht explizit dargestellt ist.
  • Der Umrichter 1 umfasst einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluss 2, 3, an welche für den Betrieb des Umrichters eine nicht dargestellte Gleichspannungskomponente angeschlossen ist. Die Gleichspannungskomponente kann beispielsweise ein Batteriespeicher, eine Photovoltaik-Anlage oder ein sogenannter Hybridspeicher, das heißt, eine Kombination aus Photovoltaik-Anlage und Batteriespeicher, sein. Daneben können auch andere Gleichspannungskomponenten, welche eine Energieerzeugungs- und/oder Energiespeicherfunktion aufweisen, zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsanschluss 2, 3 verschaltet sein. Für die weitere Beschreibung wird davon ausgegangen, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsanschluss 2, 3 eine Eingangsspannung Ud anliegt.
  • In bekannter Weise umfasst der Umrichter 1 ferner eine Wechselrichterbrücke 10 sowie einen Gleichspannungszwischenkreis 20 mit Mittelpunktserdung.
  • Die Wechselrichterbrücke 10 umfasst zwei in Serie verschaltete Schalteinheiten 11, 16, die zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsanschluss 2, 3 verschaltet sind. Ein Knotenpunkt 15 zwischen der ersten und der zweiten Schalteinheit 11, 16 repräsentiert einen ersten Ausgangsanschluss 4 des Umrichters 1.
  • Im Falle des vorliegenden Zwei-Levelstromrichters umfasst jede der Schalteinheiten 11, 16 jeweils genau ein steuerbares Halbleiterschaltelement 12, 17, über deren Lastrecke jeweils eine Freilaufdiode 13, 18 angeordnet ist. Das Leitend- und Sperrend-Schalten der steuerbaren Halbleiterschaltelemente 12, 17 erfolgt mittels eines jeweiligen Ansteuersignals s1 , s2 , welches von einer Steuereinheit 30 bestimmt und an jeweiligen Ausgängen bereitgestellt wird.
  • Der Gleichspannungszwischenkreis 20 umfasst eine Reihenschaltung aus einer ersten Ladungsspeichereinheit 21 und einer zweiten Ladungsspeichereinheit 26, wobei die Reihenschaltung zwischen dem ersten und dem erstem Eingangsanschluss 2, 3 verschaltet ist. Ein Knotenpunkt 25 zwischen der ersten und der zweiten Ladungsspeichereinheit 21, 26 ist mit einem Bezugspotential (Massepotential) verbunden und repräsentiert einen zweiten Ausgangsanschluss 5 des Umrichters 1.
  • Beim Ausführungsbeispiel der 1, das einen Zwei-Levelstromrichter darstellt, umfasst die erste Ladungsspeichereinheit 21 und die zweite Ladungsspeichereinheit 26 jeweils einen einzigen Kondensator 22, 27, über denen jeweils die halbe Eingangsspannung Ud/2 abfällt.
  • Zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluss 4, 5 kann im Betrieb des Umrichters 1 eine Ausgangsspannung Ua abgegriffen werden. Wie der Verschaltung in der 1 unschwer zu entnehmen ist, weisen die Gleichspannungsseite und die Wechselspannungsseite ein gemeinsames Potential, das Bezugspotential (Massepotential), auf, wodurch eine Common-Mode-Spannung im Betrieb reduzierbar ist. Im Falle eines auftretenden Fehlers sind darüber hinaus eventuell auftretende Kurzschlussströme geringer.
  • Mit den ersten und zweiten Ausgangsanschlüssen 4, 5 sind Komponenten eines nicht dargestellten einphasigen Wechselspannungsnetzes verbunden. Diese Komponenten können Verbraucher und/oder Energieerzeuger umfassen. Der in 1 dargestellte Umrichter 1 ist somit in der Lage, Leistung von der Gleichspannungsseite an die Wechselspannungsseite, und umgekehrt, zu übertragen. Eine Übertragung von Leistung von der Wechselspannungsseite zur Gleichspannungsseite ist beispielsweise dann erforderlich, wenn ein mit der Gleichspannungsseite verbundener Batteriespeicher geladen werden muss.
  • Da die Funktionsweise des in 1 schematisch dargestellten Zwei-Levelstromrichters dem Fachmann prinzipiell bekannt ist, wird auf eine genauere Beschreibung der Funktionsweise im Folgenden beschrieben, da diese als bekannt vorausgesetzt wird.
  • 1 zeigt darüber hinaus die bereits erwähnte Steuereinheit 30. Die Steuereinheit 30 umfasst eine Leistungsbestimmungseinheit 31, eine Recheneinheit 32 zur Bestimmung und Abgabe der Ansteuersignale s1 , s2 für die steuerbaren Halbleiterschaltelemente 12, 17 der Wechselrichterbrücke 10 in Abhängigkeit eines von der Leistungsbestimmungseinheit 31 empfangenen Vorgabesignals vs, welches eine Leistungsvorgabe repräsentiert. Optional kann die Steuereinheit 30 darüber hinaus einen Speicher 33 sowie eine Kommunikationsschnittstelle 34 zur Kommunikation mit einem, zum Beispiel, externen Parametrierrechner 40 umfassen. Die Kommunikation zwischen der Steuereinheit 30 und dem externen Parametrierrechner 40 kann wahlweise leitungsgebunden oder drahtlos erfolgen.
  • Abhängig von den Komponenten, die an den Umrichter auf der Gleichspannungs- und der Wechselspannungsseite angeschlossen sind, kann das Vorgabesignal vs eine Leistungsvorgabe von Null Watt enthalten. Dies bedeutet, über den Umrichter 1 soll keine Leistung übertragen werden. Derartige Situationen können beispielsweise auftreten, wenn eine mit den Eingangsanschlüssen 2, 3 verbundene Energiequelle (zum Beispiel die erwähnte Photovoltaik-Anlage) nichts in das Wechselspannungsnetz an der Ausgangsseite einspeist. Alternativ kann die Situation auch dann auftreten, wenn auf der Ausgangs- oder Wechselspannungsseite keine Last vorliegt. Diese genannten Situationen sind lediglich Anwendungsbeispiele, eine Leistungsvorgabe von Null Watt kann auch in anderen, weiteren Fällen auftreten.
  • Bei dem in 1 gezeigten Umrichter mit Mittelpunktserdung tritt bei der Leistungsvorgabe von Null Watt eine Geräuschentwicklung auf, welche durch in den Umrichter fließende Ausgleichsströme hervorgerufen ist. Die Ausgleichsströme fließen dabei zwischen den Kondensatoren 22, 27 und den Leitungsinduktivitäten der Gleichspannungsseite. Die dadurch hervorgerufene Geräuschentwicklung kann insbesondere im häuslichen Umfeld als störend empfunden werden.
  • Zur Reduzierung der Schallentwicklung wird vorgeschlagen, durch einen gezielten Stromfluss in den Komponenten (Kondensatoren 22, 27 und den nicht explizit dargestellten Induktivitäten der Gleichspannungsseite) die Schallentwicklung zu unterdrücken. Mit anderen Worten wird durch eine steuerungstechnische Leistungsvorgabe der Zustand von keiner Leistungsvorgabe umgangen, indem eine geänderte Ansteuerung der steuerbaren Halbleiterschaltelemente der Wechselbrücke 10 erfolgt. Im Ergebnis können die geräuschverursachenden Ausgleichsströme in einen gezielten Stromfluss gewandelt werden, welche keinerlei Schallemissionen nach sich ziehen.
  • Hierzu ist vorgesehen, dass die Steuereinheit 30 überprüft, welche Leistungsvorgabe für den Umrichter 1 gefordert ist und abhängig davon, ob die geforderte Leistungsvorgabe Null ist oder nicht, eine unterschiedliche Verarbeitung zur Bestimmung der Ansteuersignale s1 , s2 vornimmt. Die Überprüfung des in dem Vorgabesignal vs enthaltenen Leistungsvorgabe wird dabei durch die Leistungsbestimmungseinheit 31 übernommen.
  • Erhält die Steuereinheit 30 ein Vorgabesignal vs, wird dieses der Leistungsbestimmungseinheit zur Auswertung zugeführt. Wird in dem Vorgabesignal vs ein Leistungswert von Null angefordert (das heißt vs = 0), wird durch die Leistungsbestimmungseinheit 31 in einem modifizierten Vorgabesignal vs' ein von Null unterschiedlicher Leistungswert an die Recheneinheit 31 übergeben, damit diese dann basierend auf dem modifizierten Ausgabesignal vs' die Ansteuersignale s1 , s2 für die steuerbaren Halbleiterschaltelemente 12, 17 der Wechselrichterbrücke 10 bestimmt und an diese ausgibt.
  • Die Aufgabe der Leistungsbestimmungseinheit 31 besteht somit darin, zu überprüfen, ob das Vorgabesignal vs einen Wert umfasst, in dem ein Leistungswert von Null angefordert wird. Ist dies der Fall, so wird der Leistungswert auf einen von Null unterschiedlichen Leistungswert modifiziert und als modifiziertes Vorgabesignal vs' an die Recheneinheit 32 übergeben. Umfasst das Vorgabesignal vs demgegenüber einen von Null ungleichen Leistungswert, so wird dieser ohne weitere Modifikation durch die Leistungsbestimmungseinheit 31 an die Recheneinheit 32 übergeben, so dass diese unmittelbar aus dem Vorgabesignal vs die Ansteuersignale s1 , s2 für die steuerbaren Halbleiterschaltelemente 12, 17 der Wechselrichterbrücke 10 bestimmt.
  • Dadurch, dass die Ansteuersignale s1 , s2 derart bestimmt werden, dass auf eine Leistungsvorgabe von ungleich Null Watt, d.h. kleiner oder größer als Null Watt, geregelt wird, ergeben sich definierte Signalströme in dem Umrichter 1. Insbesondere können dadurch die die Geräuschentwicklung verursachenden Ausgleichsströme zwischen den Kondensatoren 22, 27 und den Leitungsinduktivitäten der Gleichspannungsseite vermieden werden. Es treten in erwünschter Weise lediglich Ströme auf, welche über die Kondensatoren in Richtung des Knotenpunkts 25 fließen, welche jedoch keine Geräusche entwickeln.
  • Stellt die Leistungsbestimmungseinheit 31 fest, dass das Vorgabesignal vs einen Leistungswert von Null anfordert, so kann durch die Leistungsbestimmungseinheit 31 ein fest eingestellter Sollzustand-Leistungswert, der größer oder kleiner als Null sein kann, in dem modifizierten Vorgabesignal vs' an die Recheneinheit 32 übergeben werden, z.B. 1 Watt. Ebenso kann durch die Leistungsbestimmungseinheit 31 ein parametrierbarer Sollzustand ergeben werden, das heißt es wird kein vorgegebener Festwert, sondern ein für den Umrichter und/oder die an den Umrichter angeschlossenen Komponenten bestimmter Wertbereich (z.B. -5 Watt bis +5 Watt) festgelegt. Die entsprechenden Werte können wahlweise aus dem Speicher 33 ausgelesen werden oder über die Kommunikationsschnittstelle 34 von dem Parametrierrechner 40, bei der Inbetriebnahme, insbesondere der ersten Inbetriebnahme, empfangen werden.
  • Hierbei ist es zweckmäßig, wenn über die Zeit von Null unterschiedliche Leistungswerte durch die Leistungsbestimmungseinheit 31 vorgegeben werden. Insbesondere kann es zweckmäßig sein, über die Zeit positive und negative Leistungswerte abzuwechseln, um beispielsweise eine dauerhafte Entladung eines mit den Eingangsanschlüssen 2, 3 verbundenen Batteriespeichers zu vermeiden.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufplans des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Schritt S1 wird das Vorgabesignal vs von der Steuereinheit 30 erhalten und der Leistungsbestimmungseinheit 31 zugeführt. Die Leistungsbestimmungseinheit 31 prüft in Schritt S2, ob der Leistungswert des Vorgabesignals vs' Null ist. Ist dies der Fall („J“), so wird in Schritt S3 durch die Leistungsbestimmungseinheit 31 ein modifiziertes Vorgabesignal vs' mit einem Leistungswert ungleich Null für die Berechnung der Ansteuersignale ausgegeben und der Recheneinheit 32 zugeführt. Hat die Prüfung in Schritt S2 ergeben, dass der Leistungswert des Vorgabesignals vs nicht Null ist („N“), so wird in Schritt S4 das Vorgabesignal vs mit dem Leistungswert ungleich Null für die Berechnung der Ansteuersignale in unveränderter Weise an die Recheneinheit 32 ausgegeben. In Schritt S5 erfolgt dann die Berechnung der Ansteuersignale s1 , s2 durch die Recheneinheit 32 und deren Ausgabe an die Halbleiterschaltelemente.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Umrichter
    2
    erster Eingangsanschluss
    3
    zweiter Eingangsanschluss
    4
    erster Ausgangsanschluss
    5
    zweiter Ausgangsanschluss
    7
    Induktivität
    10
    Wechselrichterbrücke
    11
    erste Schalteinheit
    12
    steuerbares Halbleiterschaltelement
    13
    Freilaufdiode
    15
    Wechselrichterausgang
    16
    zweite Schalteinheite
    17
    steuerbare Halbleiterschaltelement
    18
    Freilaufdiode
    20
    Gleichspannungszwischenkreis
    21
    erste Ladungsspeichereinheit
    22
    Kondensator
    25
    Knotenpunkt
    26
    zweite Ladungsspeichereinheit
    27
    Kondensator
    30
    Steuereinheit
    31
    Leistungsbestimmungseinheit
    32
    Recheneinheit
    33
    Speicher
    34
    Kommunikationsschnittstelle
    40
    externer Parametrierrechner

Claims (13)

  1. Verfahren zum Steuern eines Umrichters (1) mit Mittelpunktserdung, wobei der Umrichter (1) umfasst: - einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluss (2, 3), an dem im Betrieb des Umrichters (1) eine Gleichspannungskomponente angeschlossen ist; - eine Wechselrichterbrücke (10) mit steuerbaren Halbleiterschaltelementen (12, 17), die zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsanschluss (2, 3) verschaltet ist und einen Wechselrichterausgang (15), der einen ersten Ausgangsanschluss (4) des Umrichters (1) repräsentiert, umfasst; - ein Gleichspannungszwischenkreis (20) mit Mittelpunktserdung, der eine Reihenschaltung aus einer ersten Ladungsspeichereinheit (21) und einer zweiten Ladungsspeichereinheit (26) umfasst, die zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsanschluss (2, 3) verschaltet ist, wobei ein Knotenpunkt (25) zwischen der ersten und der zweiten Ladungsspeichereinheit (21, 26) mit einem Bezugspotential verbunden ist und einen zweiten Ausgangsanschluss (5) des Umrichters (1) repräsentiert; - eine Steuereinheit (30) mit einer Recheneinheit (31) zur Bestimmung und Abgabe von Ansteuersignalen (s1, s2) für die steuerbaren Halbleiterschaltelemente (12, 17) der Wechselrichterbrücke (10) in Abhängigkeit eines Vorgabesignals (vs); bei dem - die Steuereinheit (30) beim Erhalt des Vorgabesignals (vs), in dem ein Leistungswert von Null angefordert wird, in einem modifizierten Vorgabesignal (vs') einen von Null unterschiedlichen Leistungswert an die Recheneinheit (31) übergibt, den die Recheneinheit (31) zur Bestimmung und Abgabe der Ansteuersignale (s1, s2) für die steuerbaren Halbleiterschaltelemente (12, 17) der Wechselrichterbrücke (10) verarbeitet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der von Null unterschiedliche Leistungswert durch die Steuereinheit (30) derart gewählt wird, dass dieser einen vorgegeben Festwert von Null abweicht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der von Null unterschiedliche Leistungswert durch die Steuereinheit (30) durch eine Parametrierung bei der Inbetriebnahme, insbesondere der ersten Inbetriebnahme, des Umrichters (1) festgelegt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der von Null unterschiedliche Leistungswert von der Steuereinheit (30) aus einem Speicher (33) ausgelesen wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der von Null unterschiedliche Leistungswert von der Steuereinheit (30) über eine Kommunikationsschnittstelle (34) von einem externen Parametrierrechner (40) empfangen wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der von Null unterschiedliche Leistungswert zeitlich variiert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die zeitliche Variation des von Null unterschiedlichen Leistungswerts positive und/oder negative Leistungswerte umfasst.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Betrag des von Null unterschiedlichen Leistungswerts in Abhängigkeit der eingangs- und ausgangsseitig mit dem Umrichter (1) verbunden Komponenten gewählt wird.
  9. Computerprogrammprodukt, das direkt in den internen Speicher eines digitalen Computers geladen werden kann und Softwarecodeabschnitte umfasst, mit denen die Schritte gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgeführt werden, wenn das Produkt auf einem Computer läuft.
  10. Umrichter mit Mittelpunktserdung, umfassend: - einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluss (2, 3), an dem im Betrieb des Umrichters (1) eine Gleichspannungskomponente angeschlossen ist; - eine Wechselrichterbrücke (10) mit steuerbaren Halbleiterschaltelementen (12, 17), die zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsanschluss (2, 3) verschaltet ist und einen Wechselrichterausgang (15), der einen ersten Ausgangsanschluss (4) des Umrichters (1) repräsentiert, umfasst; - ein Gleichspannungszwischenkreis (20) mit Mittelpunktserdung, der eine Reihenschaltung aus einer ersten Ladungsspeichereinheit (21) und einer zweiten Ladungsspeichereinheit (26) umfasst, die zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsanschluss (2, 3) verschaltet ist, wobei ein Knotenpunkt (25) zwischen der ersten und der zweiten Ladungsspeichereinheit (21, 26) mit einem Bezugspotential verbunden ist und einen zweiten Ausgangsanschluss (5) des Umrichters (1) repräsentiert; - eine Steuereinheit (30) mit einer Recheneinheit (31) zur Bestimmung und Abgabe von Ansteuersignalen (s1, s2) für die steuerbaren Halbleiterschaltelemente (12, 17) der Wechselrichterbrücke (10) in Abhängigkeit eines Vorgabesignals (vs); wobei - die Steuereinheit (30) dazu ausgebildet ist, beim Erhalt des Vorgabesignals (vs), in dem ein Leistungswert von Null angefordert wird, in einem modifizierten Vorgabesignal (vs') einen von Null unterschiedlichen Leistungswert an die Recheneinheit (31) zu übergeben, den die Recheneinheit (31) zur Bestimmung und Abgabe der Ansteuersignale (s1, s2) für die steuerbaren Halbleiterschaltelemente (12, 17) der Wechselrichterbrücke (10) verarbeitet.
  11. Umrichter nach Anspruch 10, wobei die Steuereinheit (30) dazu ausgebildet ist, die Schritte gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8 auszuführen.
  12. Umrichter nach Anspruch 10 oder 11, wobei dieser ein 2-Levelstromrichter ist, bei dem die Wechselrichterbrücke (10) zwei in Serie verschaltete steuerbare Halbleiterschaltelemente (12, 17) und die erste und die zweite Ladungsspeichereinheit (21, 26) des Gleichspannungszwischenkreises (20) jeweils einen Kondensator (22, 27) umfasst.
  13. Umrichter nach Anspruch 10 oder 11, wobei dieser ein Multi-Levelstromrichter ist, bei dem die Wechselrichterbrücke (10) zwei in Serie verschaltete Schalteinheiten (11, 16) mit jeweils einer Mehrzahl von steuerbaren Halbleiterschaltelementen und die erste und die zweite Ladungsspeichereinheit (21, 26) des Gleichspannungszwischenkreises (20) jeweils eine der Mehrzahl entsprechende Anzahl an Kondensatoren (22, 27) umfasst.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1970964A2 (de) * 2007-03-13 2008-09-17 Diehl AKO Stiftung & Co. KG Solarmodul
US10090777B2 (en) * 2011-05-08 2018-10-02 Koolbridge Solar, Inc. Inverter with independent current and voltage controlled outputs

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