DE202012001297U1

DE202012001297U1 - Three-phase converter

Info

Publication number: DE202012001297U1
Application number: DE202012001297U
Authority: DE
Original assignee: Hochschule Osnabrueck
Current assignee: AUTENTEC GMBH, DE
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2012-02-10
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2022-02-11
Also published as: DE102011088059A1

Abstract

Dreiphasiger Stromrichter, umfassend eine Schaltungsanordnung mit einem Gleichspannungseingang für eine oder mehrere Gleichspannungsquellen (2), der mit einem Spannungszwischenkreis mit einer Mehrzahl von Kondensatoren (C1, C2) derart gekoppelt ist, dass im Spannungszwischenkreis ein Punkt (P) symmetrischer Spannungsaufteilung gebildet wird, wobei der Spannungszwischenkreis mit einer Stromrichterschaltung (1) verbunden ist, welche die Zwischenkreisspannung in eine dreiphasige Wechselspannung an drei Phasenanschlüssen (L1, L2, L3) wandelt, und wobei der Punkt (P) symmetrischer Spannungsaufteilung mit einem Neutralleiteranschluss (N) verbunden ist.Three-phase converter, comprising a circuit arrangement with a DC voltage input for one or more DC voltage sources (2), which is coupled to a voltage intermediate circuit with a plurality of capacitors (C1, C2) such that a point (P) of symmetrical voltage distribution is formed in the voltage intermediate circuit, wherein the voltage intermediate circuit is connected to a converter circuit (1) which converts the intermediate circuit voltage into a three-phase AC voltage at three phase connections (L1, L2, L3), and the point (P) of symmetrical voltage distribution is connected to a neutral conductor connection (N).

Description

Die Erfindung betrifft einen dreiphasigen Stromrichter zur Wandlung von Gleichstrom in dreiphasigen Wechselstrom.The invention relates to a three-phase converter for converting direct current into three-phase alternating current.

Die dezentrale Erzeugung von elektrischer Energie, z. B. über regenerative Energien, spielt heutzutage in Stromnetzen eine immer größere Rolle. Oftmals erzeugen einzelne Haushalte elektrische Energie, die in haushaltsseitigen Energiespeichern gesammelt wird. Über dreiphasige Stromrichter kann die Gleichspannung der Energiespeicher in eine dreiphasige Wechselspannung gewandelt werden und in ein öffentliches Stromnetz eingespeist werden. Die Verwendung von herkömmlichen dreiphasigen Stromrichtern weist den Nachteil auf, dass die dezentral erzeugte Energie nicht lokal im häuslichen elektrischen Stromnetz genutzt werden kann. Dies liegt daran, dass überwiegend einphasige Verbraucher im häuslichen Stromnetz verwendet werden, welche zum Betrieb einen Neutralleiteranschluss benötigen, der in einem herkömmlichen dreiphasigen Wechselrichter nicht vorgesehen ist.The decentralized generation of electrical energy, eg. As about renewable energy, plays an increasingly important role in power grids today. Often, individual households generate electrical energy, which is collected in household energy stores. Using three-phase converters, the DC voltage of the energy storage can be converted into a three-phase AC voltage and fed into a public grid. The use of conventional three-phase converters has the disadvantage that the decentrally generated energy can not be used locally in the domestic electrical grid. This is because predominantly single-phase consumers are used in the domestic power grid, which need to operate a neutral connection, which is not provided in a conventional three-phase inverter.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, eine Verschaltung von drei einphasigen Stromrichtern anstatt eines dreiphasigen Stromrichters zu verwenden. Jeder Stromrichter erzeugt dabei eine Phase des dreiphasigen Stroms. Ferner werden die Neutralleiter der einzelnen Stromrichter zu einem gemeinsamen Neutralleiteranschluss zusammengeführt, so dass neben der Einspeisung von dreiphasigem Wechselstrom in das öffentlichen Netz auch der Betrieb von einphasigen Verbrauchern über einen entsprechenden Phasenanschluss und den Nullleiteranschluss ermöglicht wird. Eine Schaltungsanordnung aus drei einphasigen Stromrichtern ist aufwändig und entsprechend teuer.From the prior art it is known to use an interconnection of three single-phase converters instead of a three-phase converter. Each power converter generates a phase of the three-phase current. Furthermore, the neutral conductors of the individual power converters are combined to form a common neutral conductor connection, so that in addition to the supply of three-phase alternating current into the public grid, the operation of single-phase consumers via a corresponding phase connection and the neutral connection is made possible. A circuit arrangement of three single-phase converters is complex and expensive.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Stromrichter zu schaffen, der einfach und kostengünstig sowohl die Generierung von dreiphasigem Wechselstrom als auch den Betrieb von einphasigen Verbrauchern ermöglicht.The object of the invention is therefore to provide a power converter that allows easy and cost both the generation of three-phase alternating current and the operation of single-phase loads.

Diese Aufgabe wird durch den Stromrichter gemäß Schutzanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.This object is achieved by the power converter according to protection claim 1. Further developments of the invention are defined in the dependent claims.

Der erfindungsgemäße Stromrichter umfasst eine Schaltungsanordnung mit einem Gleichspannungseingang für eine oder mehrere Gleichspannungsquellen. Der Begriff der Gleichspannungsquelle ist hier und im Folgenden weit zu verstehen. Insbesondere kann eine Gleichspannungsquelle auch aus einem System von mehreren Teilspannungsquellen bestehen. Entscheidend ist jedoch, dass insgesamt eine Quelle geschaffen wird, welche eine vorgegebene Gleichspannung bereitstellt. Der Gleichspannungseingang des erfindungsgemäßen Stromrichters ist mit einem Spannungszwischenkreis mit einer Mehrzahl von Kondensatoren derart gekoppelt, dass im Spannungszwischenkreis ein Punkt symmetrischer Spannungsaufteilung gebildet wird. Der Spannungszwischenkreis ist wiederum mit einer Stromrichterschaltung verbunden, welche die Zwischenkreisspannung in eine dreiphasige Wechselspannung an drei Phasenanschlüssen wandelt. Dabei ist der Punkt symmetrischer Spannungsaufteilung mit einem Neutralleiteranschluss verbunden. Als Stromrichterschaltung kann in dem erfindungsgemäßen Stromrichter eine an sich bekannte Schaltung verwendet werden, wie sie beispielsweise in der detaillierten Beschreibung anhand von 1 beschrieben wird.The converter according to the invention comprises a circuit arrangement with a DC voltage input for one or more DC voltage sources. The term DC voltage source is to be understood here and in the following. In particular, a DC voltage source can also consist of a system of several partial voltage sources. However, it is crucial that a total source is provided which provides a predetermined DC voltage. The DC voltage input of the power converter according to the invention is coupled to a voltage intermediate circuit with a plurality of capacitors such that a point of symmetrical voltage division is formed in the voltage intermediate circuit. The voltage intermediate circuit is in turn connected to a converter circuit, which converts the intermediate circuit voltage into a three-phase alternating voltage at three phase terminals. The point of symmetrical voltage distribution is connected to a neutral terminal. As a converter circuit can be used in the power converter according to the invention, a known circuit, as described for example in the detailed description with reference to 1 is described.

Der erfindungsgemäße Stromrichter zeichnet sich dadurch aus, dass in geeigneter Weise ein Neutralleiteranschluss an einem Punkt symmetrischer Spannungsaufteilung vorgesehen ist, so dass der Anschluss von einphasigen Verbrauchern ermöglicht wird, ohne dass hierzu separat drei einphasige Stromrichter vorgesehen sein müssen. Auf diese Weise kann mit dem Stromrichter eine dreiphasige Einspeisung von dezentral erzeugter Energie in ein öffentliches Stromnetz erreicht werden, wobei zusätzlich im Falle des Ausfalls des öffentlichen Stromnetzes ein Inselbetrieb für ein lokales Stromnetz, wie z. B. ein Haushaltsnetz, ermöglicht wird.The power converter according to the invention is characterized in that a neutral conductor connection is provided in a suitable manner at a point of symmetrical voltage division, so that the connection of single-phase loads is made possible without having to separately provide three single-phase power converters. In this way, with the power converter, a three-phase feed of decentralized energy generated in a public power grid can be achieved, in addition, in the case of failure of the public power grid, an island operation for a local power grid, such. As a household network is possible.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromrichters sind im Spannungszwischenkreis zwei Kondensatoren vorgesehen, zwischen denen der Punkt symmetrischer Spannungsaufteilung liegt. Die Kondensatoren weisen insbesondere die gleiche Bauart auf, um eine symmetrische Spannungsaufteilung zu ermöglichen. Gegebenenfalls kann auch auf jeder Seite des Punkts symmetrischer Spannungsaufteilung eine andere Anzahl von Kondensatoren vorgesehen sein, wobei die Kondensatoren jedoch immer derart ausgestaltet sind, dass die symmetrische Spannungsaufteilung erhalten bleibt.In a preferred embodiment of the power converter according to the invention, two capacitors are provided in the voltage intermediate circuit, between which lies the point of symmetrical voltage division. The capacitors have, in particular, the same design in order to enable a symmetrical voltage distribution. Optionally, a different number of capacitors may be provided on each side of the point of symmetrical voltage division, but the capacitors are always designed such that the symmetrical voltage distribution is maintained.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Gleichspannungseingang zum Anschluss von zwei Gleichspannungsquellen ausgebildet, welche die gleiche Spannung bereitstellen, wobei die zwei Gleichspannungsquellen in Reihe geschaltet sind und ein Punkt zwischen den Gleichspannungsquellen mit dem Punkt symmetrischer Spannungsaufteilung im Spannungszwischenkreis verbunden ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass die symmetrische Spannungsaufteilung am Anschlusspunkt des Neutralleiters erhalten bleibt.In a further preferred embodiment, the DC input is designed for connection of two DC voltage sources which provide the same voltage, the two DC voltage sources being connected in series and a point between the DC voltage sources being connected to the point of symmetrical voltage division in the voltage intermediate circuit. This ensures that the symmetrical voltage distribution at the connection point of the neutral conductor is maintained.

Alternativ oder zusätzlich kann der Gleichspannungseingang auch zum Anschluss einer einzelnen Gleichspannungsquelle ausgebildet sein, wobei der oder die Kondensatoren an einer Seite des Punkts symmetrischer Spannungsaufteilung parallel mit einem ersten Widerstand geschaltet sind und der oder die Kondensatoren an der anderen Seite des Punkts symmetrischer Spannungsaufteilung parallel mit einem zweiten Widerstand geschaltet sind.Alternatively or additionally, the DC input can also be used to connect a be formed single DC voltage source, wherein the one or more capacitors are connected in parallel to a first resistor on one side of the point of symmetrical voltage division and the capacitor or capacitors on the other side of the point symmetric voltage distribution are connected in parallel with a second resistor.

In einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stromrichters mit einem Gleichspannungseingang für eine einzelne Gleichspannungsquelle sind der oder die Kondensatoren auf jeder Seite des Punkts symmetrischer Spannungsaufteilung mit einem gemeinsamen Ausgleichsnetzwerk verbunden, welches die Spannung auf beiden Seiten des Punkts symmetrischer Spannungsaufteilung konstant hält. Solche Ausgleichsnetzwerke sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt und werden deshalb nicht im Detail beschrieben.In a further embodiment of a power converter according to the invention with a DC input for a single DC voltage source, the capacitor or capacitors on each side of the point of symmetrical voltage sharing are connected to a common equalization network which keeps the voltage constant on both sides of the point of symmetrical voltage division. Such compensation networks are known per se from the prior art and are therefore not described in detail.

In einer abgewandelten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stromrichters mit einem Gleichspannungseingang für eine einzelne Gleichspannungsquelle sind zwei DC/DC-Wandler vorgesehen, welche eingangs- bzw. primärseitig mit der Gleichspannungsquelle verschaltet sind und ausgangs- bzw. sekundärseitig mit dem Spannungszwischenkreis verschaltet sind Insbesondere sind die DC/DC-Wandler primärseitig parallel mit der Gleichspannungsquelle verschaltet, wohingegen die DC/DC-Wandler sekundärseitig in Reihe geschaltet sind.In a modified embodiment of a power converter according to the invention with a DC voltage input for a single DC voltage source, two DC / DC converters are provided which are connected to the DC voltage source on the input side or primary side and are connected to the voltage intermediate circuit on the output side or on the secondary side. DC converter on the primary side connected in parallel with the DC voltage source, whereas the DC / DC converters are connected in series on the secondary side.

Der erfindungsgemäße Stromrichter ist in einer besonders bevorzugten Variante zur Erzeugung einer Zwischenkreisspannung zwischen 550 V und 750 V ausgelegt und arbeitet vorzugsweise in einem Leistungsbereich zwischen 1 kW und 40 kW. Solche Stromrichter eignen sich insbesondere zur Einspeisung von dezentral erzeugter Energie in öffentliche Stromnetze.The converter according to the invention is designed in a particularly preferred variant for generating an intermediate circuit voltage between 550 V and 750 V and preferably operates in a power range between 1 kW and 40 kW. Such converters are particularly suitable for supplying decentrally generated energy in public power grids.

Neben dem oben beschriebenen Stromrichter betrifft die Erfindung ferner eine elektrische Energieerzeugungs- und Verbrauchsanlage mit einem oder mehreren Energiespeichern, welche Gleichspannung bereitstellen und über eine oder mehrere Energieerzeugungs-Einheiten geladen werden können, wobei der oder die Energiespeicher als eine oder mehrere Gleichspannungsquellen am Gleichspannungseingang zumindest eines erfindungsgemäßen Stromrichters angeschlossen sind. Die Phasenanschlüsse des zumindest einen Stromrichters sind dabei mit einem öffentlichen Stromnetz verbunden. Ferner kann elektrische Energie aus dem oder den Energiespeichern über zumindest einen Phasenanschluss und den Neutralleiteranschluss des zumindest einen Stromrichters einer oder mehreren Energieverbrauchs-Einheiten eines lokalen Stromnetzes zugeführt werden. Die Energieerzeugungs- und Energieverbrauchsanlage ist insbesondere für eine Gebäudeeinheit und vorzugsweise einen oder mehrere Haushalte in der Gebäudeeinheit vorgesehen. In diesem Sinne repräsentiert die Energieerzeugungs- und Verbrauchsanlage ein haushaltsseitiges Stromnetz mit einer dezentralen Energieerzeugung, z. B. über Windkraft, Solarenergie oder über ein Blockheizkraftwerk, wobei die erzeugte Energie sowohl in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden kann als auch zum Betrieb von einphasigen Verbrauchern im häuslichen Stromnetz genutzt werden kann.In addition to the power converter described above, the invention further relates to an electrical power generation and consumption system with one or more energy stores, which provide DC voltage and can be charged via one or more power generation units, wherein the one or more energy storage as one or more DC power sources at the DC input at least one inventive converter are connected. The phase connections of the at least one power converter are connected to a public power grid. Furthermore, electrical energy can be supplied from the energy store (s) via at least one phase connection and the neutral connection of the at least one power converter to one or more energy consumption units of a local power network. The power generation and energy consumption system is provided in particular for a building unit and preferably one or more households in the building unit. In this sense, the power generation and consumption system represents a household-side power grid with a decentralized power generation, eg. B. on wind power, solar energy or a combined heat and power plant, the generated energy can be fed into the public grid as well as for the operation of single-phase consumers in the domestic power grid can be used.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.Embodiments of the invention are described below in detail with reference to the accompanying drawings.

Es zeigen:Show it:

1 einen dreiphasigen Stromrichter gemäß dem Stand der Technik; 1 a three-phase power converter according to the prior art;

2 einen einphasigen Stromrichter gemäß dem Stand der Technik; 2 a single-phase power converter according to the prior art;

3 eine Verschaltung von drei einphasigen Stromrichtern aus 2; 3 an interconnection of three single-phase converters 2 ;

4 einen dreiphasigen Stromrichter gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; und 4 a three-phase power converter according to a first embodiment of the invention; and

5 einen dreiphasigen Stromrichter gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. 5 a three-phase power converter according to a second embodiment of the invention.

1 zeigt einen herkömmlichen dreiphasigen Stromrichter, der eine Gleichspannung in eine dreiphasige Wechselspannung wandeln kann. Der Stromrichter verfügt über einen Gleichspannungseingang, der durch die Anschlüsse +/– angedeutet ist. Die über diesen Eingang zugeführte Gleichspannung wird in einem Spannungszwischenkreis mit einem Puffer-Kondensator C konstant gehalten. Der Zwischenkreis ist wiederum mit der eigentlichen Wechselrichterschaltung 1 verbunden, welche in an sich bekannter Weise sechs Schalter S (insbesondere Transistoren bzw. IGBTs) sowie sechs Freilaufdioden D umfasst. Aus Übersichtlichkeitsgründen werden hier und im Folgenden entsprechende Schalter bzw. Dioden nur teilweise mit den Bezugszeichen S und D bezeichnet. Die Wechselrichterschaltung verfügt über drei Phasenanschlüsse L1, L2 und L3, über welche eine dreiphasige Wechselspannung entnommen werden kann. Die genaue Funktionsweise der Schaltung 1 ist dabei hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt und wird nicht im Detail erläutert. Die in 1 dargestellte Wechselrichterschaltung wird z. B. zum Betrieb von Asynchronmotoren bzw. symmetrischen Lasten verwendet. Sie eignet sich nicht zur Versorgung von einphasigen Lasten bzw. Verbrauchern mit Wechselstrom. 1 shows a conventional three-phase power converter, which can convert a DC voltage into a three-phase AC voltage. The converter has a DC input, which is indicated by the connections +/-. The DC voltage supplied via this input is kept constant in a voltage intermediate circuit with a buffer capacitor C. The intermediate circuit is in turn connected to the actual inverter circuit 1 connected, which in a conventional manner six switches S (in particular transistors or IGBTs) and six freewheeling diodes D includes. For reasons of clarity, here and below corresponding switches or diodes are only partially designated by the reference symbols S and D. The inverter circuit has three phase connections L1, L2 and L3, via which a three-phase AC voltage can be taken. The exact operation of the circuit 1 is well known from the prior art and will not be explained in detail. In the 1 shown inverter circuit is z. B. used for the operation of asynchronous motors or symmetrical loads. It is not suitable for supplying single-phase loads or consumers with alternating current.

2 zeigt einen weiteren bekannten Stromrichter, der im Unterschied zu 1 eine einphasige Wechselspannung liefert. Der Stromrichter umfasst wiederum einen Gleichspannungseingang, an dem in Analogie zu 1 ein Spannungszwischenkreis mit Kondensator C vorgesehen ist. Der Zwischenkreis ist nunmehr mit einer einphasigen Wechselrichterschaltung 1 verbunden, welche vier Schalter S und entsprechende Freilaufdioden D umfasst. Mittels der Wechselrichterschaltung wird ein einphasiger Strom über den Leiter L1 und den Neutralleiter N bereitgestellt. Die Stromrichter der 1 und 2 sowie auch die weiter unten beschriebenen Stromrichter können nicht nur zur Wandlung von Gleichspannung in Wechselspannung eingesetzt werden, sondern sie können gegebenenfalls auch eine entsprechende Wechselspannung in eine Gleichspannung wandeln. 2 shows another known power converter, in contrast to 1 delivers a single-phase AC voltage. The power converter in turn comprises a DC voltage input, in analogy to 1 a voltage intermediate circuit with capacitor C is provided. The intermediate circuit is now with a single-phase inverter circuit 1 connected, which includes four switches S and corresponding freewheeling diodes D. By means of the inverter circuit, a single-phase current is provided via the conductor L1 and the neutral conductor N. The power converters of 1 and 2 As well as the power converters described below can be used not only for the conversion of DC voltage in AC voltage, but they can optionally also convert a corresponding AC voltage into a DC voltage.

Aufgrund der Zunahme von dezentraler Energieerzeugung, z. B. durch Windkraft, Solarenergie oder Blockheizkraftwerke, werden in lokalen elektrischen Stromnetzen und insbesondere in häuslichen Stromnetzen oftmals Energiespeicher eingesetzt, welche die dezentral generierte Energie aufnehmen. Die gespeicherte Energie kann über einen dreiphasigen Stromrichter in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Dabei besteht das Problem, dass bei Verwendung des Stromrichters der 1 keine Möglichkeit besteht, um z. B. beim Ausfall des öffentlichen Stromnetzes einphasige Verbraucher im lokalen Stromnetz über den dezentralen Energiespeicher mit Strom zu versorgen. Zur Lösung dieses Problems wird vorgeschlagen, drei einphasige Stromrichter geeignet zu verschalten und anzusteuern und dabei die Neutralleiteranschlüsse der einzelnen Stromrichter miteinander zu verbinden. Eine solche Schaltungsanordnung ist in 3 gezeigt.Due to the increase of decentralized power generation, z. As by wind power, solar energy or combined heat and power plants, energy storage devices are often used in local electrical grids and in particular in domestic grids, which absorb the decentrally generated energy. The stored energy can be fed into the public grid via a three-phase converter. There is the problem that when using the power converter of the 1 there is no possibility to B. in case of failure of the public power grid single-phase consumers in the local power grid to provide power over the decentralized energy storage. To solve this problem, it is proposed to suitably connect and drive three single-phase converters while connecting the neutral terminals of the individual power converters with each other. Such a circuit arrangement is in 3 shown.

Gemäß 3 sind drei einphasige Stromrichter vorgesehen, die jeweils dem einphasigen Stromrichter der 2 entsprechen. Die Stromrichter verfügen über die entsprechenden Phasenanschlüsse L1, L2 und L3 zur Erzeugung des dreiphasigen Wechselstroms. Ferner sind die Neutralleiteranschlüsse N zu einem gemeinsamen Neutralleiteranschluss zusammengeführt. Die Gleichspannungseingänge der einzelnen Stromrichter sind parallel geschaltet und werden durch eine gemeinsame Gleichspannung gespeist. Mit der Schaltungsanordnung der 3 kann die Energie aus dezentralen Energiespeichern in einen dreiphasigen Wechselstrom zur Einspeisung in ein öffentliches Stromnetzes gewandelt werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass aufgrund des Neutralleiters auch einphasige Verbraucher im lokalen Stromnetz über eine entsprechende Verbindung des Verbrauchers mit einem Phasenanschluss und dem Neutralleiter betrieben werden können. Die Anordnung der 3 weist jedoch den Nachteil auf, dass sie aufgrund der Verwendung von drei Stromrichtern aufwändig und teuer ist.According to 3 three single - phase converters are provided, each of which is the single - phase converter of 2 correspond. The converters have the appropriate phase connections L1, L2 and L3 to generate the three-phase alternating current. Further, the neutral conductor terminals N are brought together to a common neutral terminal. The DC voltage inputs of the individual power converters are connected in parallel and are fed by a common DC voltage. With the circuit arrangement of 3 For example, the energy from decentralized energy storage units can be converted into a three-phase alternating current for supply to a public power grid. In addition, there is the possibility that due to the neutral conductor and single-phase loads in the local power network can be operated via a corresponding connection of the consumer with a phase connection and the neutral conductor. The arrangement of 3 However, has the disadvantage that it is complicated and expensive due to the use of three power converters.

Der Stromrichter gemäß den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen ist demgegenüber wesentlich einfacher aufgebaut und somit kostengünstiger herstellbar. Er erfüllt dabei auch den Zweck, dass sowohl Energie in ein öffentliches Stromnetz eingespeist werden kann als auch einphasige Verbraucher in einem lokalen Stromnetz mit Energie versorgt werden können. 4 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stromrichters. Gemäß dieser Ausführungsform ist der Gleichspannungseingang derart ausgebildet, dass er zur Anbindung von zwei Gleichspannungsquellen 2 vorgesehen ist, welche die gleiche Spannung liefern. Die entsprechenden Spannungsquellen können z. B. durch einen oder gegebenenfalls auch mehrere Energiespeicher gebildet sein, welche die dezentral in einem Haushalt erzeugte Energie aufnehmen. Eine Gleichspannungsquelle kann somit gegebenenfalls auch aus einer Verschaltung von mehreren Energiespeichern bestehen. Entscheidend ist dabei, dass über die Verschaltung jeweils zwei separate Gleichspannungsquellen gebildet werden, welche die gleiche Spannung liefern.The power converter according to the embodiments described below is constructed much simpler and thus cheaper to produce. It also fulfills the purpose that both energy can be fed into a public grid and can be supplied with single-phase consumers in a local power grid with energy. 4 shows a first embodiment of a power converter according to the invention. According to this embodiment, the DC voltage input is designed such that it is used to connect two DC voltage sources 2 is provided, which deliver the same voltage. The corresponding voltage sources can, for. B. be formed by one or possibly even more energy storage, which absorb the decentralized generated energy in a household. A DC voltage source can thus possibly also consist of an interconnection of several energy stores. It is crucial that two separate DC voltage sources are formed via the interconnection, which supply the same voltage.

Die beiden Gleichspannungsquellen 2 sind in Reihe geschaltet und mit einem Spannungszwischenkreis verbunden, der im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsformen aus zwei Kondensatoren C1 und C2 gleicher Bauart besteht. Zwischen den Kondensatoren ist ein Punkt P mit symmetrischer Spannungsaufteilung vorgesehen. Gegebenenfalls kann der Zwischenkreis auch eine größere Anzahl von Kondensatoren enthalten. Es muss lediglich sichergestellt werden, dass die Anzahl bzw. Bauart der Kondensatoren auf jeder Seite des Punktes P derart ist, dass auf beiden Seiten die gleiche Spannung geliefert wird. Zwischen den beiden Gleichspannungsquellen 2 ist ferner ein Punkt P' vorgesehen, mit dem die Spannungsquellen über eine gemeinsame Leitung mit dem Punkt P verbunden sind.The two DC voltage sources 2 are connected in series and connected to a voltage intermediate circuit which, unlike the previous embodiments, consists of two capacitors C1 and C2 of the same type. Between the capacitors a point P with symmetrical voltage distribution is provided. Optionally, the intermediate circuit may also contain a larger number of capacitors. It only has to be ensured that the number or type of capacitors on each side of the point P is such that the same voltage is supplied on both sides. Between the two DC voltage sources 2 Furthermore, a point P 'is provided, with which the voltage sources are connected to the point P via a common line.

An den Spannungszwischenkreis schließt sich eine an sich bekannte dreiphasige Wechselrichterschaltung 1 mit den Phasenanschlüssen L1, L2 und L3 an. Die Wechselrichterschaltung entspricht dabei der Wechselrichterschaltung aus 1. Erfindungswesentlich ist nunmehr, dass es durch die Schaffung eines Punkts symmetrischer Spannungsaufteilung möglich ist, einen Neutralleiteranschluss N vorzusehen. Demzufolge wird der Punkt P mit dem Neutralleiter N verbunden, was wiederum zur Folge hat, dass der Stromrichter bei Bedarf zur Speisung von einphasigen elektrischen Verbrauchern genutzt werden kann.The voltage intermediate circuit is followed by a known three-phase inverter circuit 1 with the phase connections L1, L2 and L3. The inverter circuit corresponds to the inverter circuit 1 , It is now essential to the invention that it is possible to provide a neutral terminal N by providing a point of symmetrical voltage division. Consequently, the point P is connected to the neutral conductor N, which in turn means that the power converter can be used as needed for powering single-phase electrical loads.

In einer Abwandlung der Ausführungsform der 4 wird der Stromrichter anstatt über zwei separat ausgebildete Gleichspannungsquellen über eine einzelne Gleichspannungsquelle betrieben. Um in diesem Fall sicherzustellen, dass am Punkt P eine symmetrische Spannungsaufteilung vorliegt, werden in einer Variante der Erfindung Widerstände verwendet, wobei ein Widerstand parallel zum Kondensator C1 und der andere Widerstand parallel zum Kondensator C2 geschaltet wird. Über diese Widerstände kann ein entsprechender Ausgleich von unsymmetrischen Spannungen durch Entladung der Kondensatoren über die Widerstände erreicht werden. In einer weiteren Variante eines erfindungsgemäßen Stromrichters können die in 4 gezeigten Spannungsquellen 2 auch durch DC/DC-Wandler realisiert werden, welche primärseitig parallel mit einem oder mehreren Energiespeichern verschaltet sind und sekundärseitig analog zu 4 in Reihe geschaltet und mit dem Zwischenkreis verbunden sind. Die DC/DC-Wandler liefern analog zu separaten Spannungsquellen die gleiche Gleichspannung, so dass ein Punkt symmetrischer Spannungsaufteilung im Zwischenkreis realisiert wird.In a modification of the embodiment of the 4 the converter is operated via a single DC voltage source instead of two separately formed DC voltage sources. In order to ensure in this case that at the point P is a symmetrical voltage distribution, resistors are used in a variant of the invention, wherein a resistor in parallel with the capacitor C1 and the other resistor is connected in parallel with the capacitor C2. About these resistors, a corresponding compensation of unbalanced voltages can be achieved by discharging the capacitors via the resistors. In a further variant of a power converter according to the invention, the in 4 shown voltage sources 2 Can also be realized by DC / DC converter, which are connected on the primary side in parallel with one or more energy storage and secondary side analogous to 4 connected in series and connected to the DC link. The DC / DC converters deliver the same DC voltage analogously to separate voltage sources, so that a point of symmetrical voltage distribution in the DC link is realized.

5 zeigt eine weitere Abwandlung eines erfindungsgemäßen Stromrichters. Der Stromrichter umfasst im Unterschied zu 4 wiederum nur eine einzelne Gleichspannungsquelle, die in Reihe mit den Kondensatoren C1 und C2 des Spannungszwischenkreises geschaltet ist. Um nunmehr eine symmetrische Spannungsaufteilung am Punkt P zu erreichen, ist ein aktives bzw. passives Ausgleichsnetzwerk 3 vorgesehen, welches an dem Punkt P angeschlossen ist und auf jeder Seite des Punkts P parallel zu den Kondensatoren C1 und C2 geschaltet ist. Solche Ausgleichsnetzwerke sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt und stellen sicher, dass die Spannungen auf beiden Seiten des Punkts P ausbalanciert sind, so dass Unsymmetrien vermieden werden. 5 shows a further modification of a power converter according to the invention. In contrast to 4 again only a single DC voltage source, which is connected in series with the capacitors C1 and C2 of the voltage intermediate circuit. In order now to achieve a symmetrical voltage distribution at the point P, is an active or passive compensation network 3 which is connected at the point P and connected on each side of the point P in parallel to the capacitors C1 and C2. Such equalization networks are well known in the art and ensure that the voltages on both sides of point P are balanced so that imbalances are avoided.

Die im Vorangegangenen beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung weisen eine Reihe von Vorteilen auf. Im Besonderen wird ein dreiphasiger Stromrichter geschaffen, der sich zur Verwendung in Haushalten eignet, welche am öffentlichen Stromnetz angeschlossen sind und ferner auch selbst dezentral Energie erzeugen. Dabei wird über einen Nullleiteranschluss, der an einem Punkt symmetrischer Spannungsaufteilung angeschlossen ist, ein Betrieb von einphasigen Verbrauchern im haushaltsseitigen Stromnetz über dezentrale Energiespeicher ermöglicht. Somit besteht die Möglichkeit des Inselbetriebs bei Ausfall des öffentlichen Stromnetzes. Nichtsdestotrotz wird weiterhin auch die dreiphasige Einspeisung der dezentral erzeugten Energie in das öffentliche Stromnetz gewährleistet. Der erfindungsgemäße Stromrichter kann dabei einfach und kostengünstig realisiert werden. Im Unterschied zu einer Netzeinspeisung basierend auf drei einphasigen Wechselrichtern können die Kosten bei einer Leistung von etwa 5 kW um mehr als 50% reduziert werden.The embodiments of the invention described above have a number of advantages. In particular, a three-phase power converter is provided, which is suitable for use in households, which are connected to the public power grid and also generate even decentralized energy. In this case, via a neutral connection, which is connected at a point symmetrical voltage distribution, an operation of single-phase loads in the household-side power grid via decentralized energy storage allows. Thus, there is the possibility of island operation in case of failure of the public power grid. Nevertheless, the three-phase feed-in of decentralized energy into the public power grid will continue to be ensured. The power converter according to the invention can be realized easily and inexpensively. In contrast to a grid feed-in based on three single-phase inverters, the costs can be reduced by more than 50% with a power of about 5 kW.

Claims

A three-phase converter, comprising a circuit arrangement with a DC input for one or more DC voltage sources ( 2 ), which is coupled to a voltage intermediate circuit with a plurality of capacitors (C1, C2) in such a way that a point (P) of symmetrical voltage division is formed in the voltage intermediate circuit, the voltage intermediate circuit being connected to a converter circuit ( 1 ), which converts the intermediate circuit voltage into a three-phase AC voltage at three phase terminals (L1, L2, L3), and wherein the point (P) of symmetrical voltage division is connected to a neutral terminal (N).

Converter according to claim 1, characterized in that in the voltage intermediate circuit two capacitors (C1, C2) are provided, between which the point (P) is symmetrical voltage division.

Power converter according to claim 1 or 2, characterized in that the DC voltage input for connecting two DC voltage sources ( 2 ), which provide the same voltage, wherein the two DC voltage sources ( 2 ) are connected in series and a point (P ') between the DC voltage sources ( 2 ) is connected to the point (P) of symmetrical voltage division in the voltage intermediate circuit.

Power converter according to one of the preceding claims, characterized in that the DC voltage input for connecting a single DC voltage source ( 2 ), wherein the capacitor (s) (C1) on one side of the point (P) of symmetrical voltage division are connected in parallel with a first resistor and the capacitor (s) (C2) on the other side of the point (P) have symmetrical voltage division in parallel with are connected to a second resistor.

Power converter according to one of the preceding claims, characterized in that the DC voltage input for connecting a single DC voltage source ( 2 ), wherein the capacitor or capacitors (C1, C2) on each side of the point (P) of symmetrical voltage distribution with a common compensation network ( 3 ) which keeps the tension constant on both sides of the point (P).

Power converter according to one of the preceding claims, characterized in that the DC voltage input is designed to connect a single DC voltage source, wherein two DC / DC converters are provided, which input side with the DC voltage source ( 2 ) are connected and the output side are connected to the voltage intermediate circuit.

Power converter according to one of the preceding claims, characterized in that the power converter is designed to generate an intermediate circuit voltage between 550 V and 750 V and / or operates in a power range between 1 kW and 40 kW.

Electrical power generation and consumption system with one or more energy stores, which provide DC voltage and can be charged via one or more power generation units, wherein the one or more energy storage as one or more DC voltage sources at the DC input of at least one power converter according to one of claims 1 to 7 are connected, wherein the phase terminals (L1, L2, L3) of the at least one power converter are connected to a public power grid and further electrical energy from the or the energy storage via at least one phase connection and the neutral terminal (N) of the at least one power converter one or more single-phase Energy consumption units of a local power network can be supplied.

Electrical power generation and consumption system, characterized in that the power generation and consumption system is provided for a building unit and in particular one or more households in the building unit.