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DE102008056256A1 - Wechselrichterparallelschaltung mit Lastausgleich - Google Patents

Wechselrichterparallelschaltung mit Lastausgleich Download PDF

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DE102008056256A1
DE102008056256A1 DE102008056256A DE102008056256A DE102008056256A1 DE 102008056256 A1 DE102008056256 A1 DE 102008056256A1 DE 102008056256 A DE102008056256 A DE 102008056256A DE 102008056256 A DE102008056256 A DE 102008056256A DE 102008056256 A1 DE102008056256 A1 DE 102008056256A1
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inverter
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power
master inverter
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English (en)
Inventor
Jens Dr. Weidauer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/493—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode the static converters being arranged for operation in parallel
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

Erfindungsgemäß wird eine Einrichtung mit mehreren parallel geschalteten Wechselrichtern (WR) zur Energieeinspeisung in ein Drehstromnetz (2) geschaffen, bei der durch Lastausgleich Kreisströme zwischen den Wechselrichtern (WR) vermieden werden. Einer der Wechselrichter (WR) dient als Master-Wechselrichter (WRma) und weist eine Steuereinheit auf, die nicht nur Ansteuersignale für den Master-Wechselrichter (WRma), sondern auch Ansteuersignale (tPulsL1Master, tPulsL2Master, tPulsL3Master) für die übrigen Wechselrichter (WR) generiert, die als Slave-Wechselrichter (WRs1) bezeichnet werden. Hiervon ausgehend erfolgt eine synchrone Ansteuerung der Leistungshalbleiter aller Wechselrichter (WR) der Einrichtung einschließlich des Master-Wechselrichters (WRma).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung mit mehreren parallel geschalteten Wechselrichtern, die jeweils Leistungshalbleiter umfassen, zur Energieeinspeisung in ein Drehstromnetz.
  • Derartige Einrichtungen werden u. a. in Verbindung mit Photovoltaikanlagen eingesetzt.
  • Die hierbei verwendeten Wechselrichter wandeln die von einem Solarfeld bereitgestellte Gleichspannung in eine Wechselspannung um und speisen elektrische Energie in ein Energieversorgungsnetz. Für große Solarfelder werden Drehstromwechselrichter eingesetzt, die intern aus mehreren kleineren Wechselrichtern bestehen. Diese Wechselrichter werden bei steigender Intensität der Sonneneinstrahlung einzeln zugeschaltet. Bei Zuschaltung sämtlicher Wechselrichter wird die maximale Leistung in das Energieversorgungsnetz zurückgespeist. Die stufenweise Zuschaltung von Wechselrichtern verbessert den Wirkungsgrad der Gesamtanlage bei kleineren Einstrahlungswerten. Alle Einzelwechselrichter sind im Verbundbetrieb auf der Gleichspannungsseite parallel geschaltet. Aufgrund des unabhängigen Betriebs der Einzelwechselrichter und der damit verbundenen unsynchronisierten Taktung der Leistungshalbleiter weichen die Augenblickspannungen der Wechselrichter auf der Netzseite temporär voneinander ab. Eine Parallelschaltung der Einzelwechselrichter auf der Drehstromseite würde ohne entsprechende Maßnahmen zu unzulässigen Kreisströmen führen. Um dies zu vermeiden, werden bisher die auf der Gleichstromseite parallel geschalteten Einzelwechselrichter auf der Netzseite durch Transformatoren galvanisch getrennt. Zum Beispiel ist es bekannt, einen separaten 3-Wicklungs-Transformator zu verwenden, um zwei Einzelwechselrichter auf der Netzseite parallel zu schalten.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Einrichtung der oben genannten Art zu schaffen, bei der Kreisströme zwischen den Wechselrichtern auf einfache Weise weitgehend vermieden werden.
  • Die Aufgabe wird mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Dabei dient einer der Wechselrichter als Master-Wechselrichter und weist eine Steuereinheit auf, die nicht nur Ansteuersignale für den Master-Wechselrichter, sondern auch Ansteuersignale für die übrigen Wechselrichter generiert, die als Slawe-Wechselrichter bezeichnet werden. Hiervon ausgehend erfolgt eine synchrone Ansteuerung der Leistungshalbleiter aller Wechselrichter der Einrichtung einschließlich des Master-Wechselrichters.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kommunikationseinrichtung sind den Unteransprüchen 2 bis 5 zu entnehmen.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn gemäß Anspruch 2 jeder Slawe-Wechselrichter eine Stromausgleichsregelung aufweist, die vom Master-Wechselrichter empfangene Ansteuersignale derart korrigiert, dass Ausgleichsströme zwischen den Wechselrichtern der Einrichtung möglichst vermieden werden Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht, wenn gemäß Anspruch 3 die Stromausgleichsregelung einen Korrekturregler umfasst, der zur Generierung korrigierter Ansteuersignale des jeweiligen Slawe-Wechselrichters ausgehend von den Strömen in diesem und im Master-Wechselrichter ein Korrektursignal erzeugt.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn gemäß Anspruch 4 die Einrichtung an eine Photovoltaikanlage als Energiequelle angeschlossen ist.
  • Von Vorteil ist es außerdem, wenn gemäß Anspruch 5 die Wechselrichter ohne Potenzialtrennung parallel geschaltet sind.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein Übersichtsschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung mit einem Master- und zwei Slave-Wechselrichtern und
  • 2 einen Slave-Wechselrichter mit einer Stromausgleichsregelung.
  • In 1 ist eine Einrichtung 1 mit mehreren Wechselrichtern WR dargestellt, die drehstromseitig parallel geschaltet sind und zur Einspeisung von elektrischer Energie in ein Energieversorgungsnetz 2 dienen. Mit Hilfe von hier nicht dargestellten Leistungshalbleitern wandeln die Wechselrichter WR einen Gleichstrom, der zum Beispiel von einer Photovoltaikanlage bezogen wird, in Drehstrom um. Zur Vermeidung von Kreisströmen bzw. Ausgleichsströmen zwischen den Wechselrichtern WR ist die Einrichtung 1 in folgender Weise besonders ausgebildet. Einer der Wechselrichter WR dient als Master-Wechselrichter WRma. Dieser führt mit einer entsprechend ausgeführten Steuereinheit die zur Energieeinspeisung notwendigen Regelfunktionen aus und generiert die Ansteuersignale tPulsL1Master, tPulsL2Master, tPulsL3Master für die Leistungshalbleiter der Wechselrichter WR. Die vom Master-Wechselrichter WRma in den übrigen Wechselrichtern, die als Slave-Wechselrichter WRsl bezeichnet werden, erhaltenen Ansteuersignale tPulsL1Master, tPulsL2Master, tPulsL3Master dienen gemäß 2 zur Steuerung der Leistungshalbleiter synchron zu den Leistungshalbleitern des Master-Wechselrichters WRma.
  • Somit entsteht ein Verbund aus synchron taktenden Leistungshalbleitern. Aufgrund von Laufzeiten, Bauteilstreuungen usw. auftretenden Unsymmetrien zwischen den Wechselrichtern WR, die zu Kreisströmen führen würden, ist jedem Slave-Wechselrichter WRsl eine Stromausgleichsregelung 3 zugeordnet. Diese korrigiert die vom Master-Wechselrichter WRma empfangenen Ansteuersignale tPulsL1Master, tPulsL2Master, tPulsL3Master derart, dass Ausgleichsströme zwischen den Wechselrichtern WR der Einrichtung weitgehend vermieden werden. Die Stromausgleichsregelung 3 umfasst einen Korrekturregler 4, der zur Generierung korrigierter Ansteuersignale tPulsL1Slave, tPulsL2Slave, tPulsL3Slave für den jeweiligen Slave-Wechselrichter WRsl ausgehend von den Strömen iL1Slave, iL2Slave, iL3Slave in diesem und iL1Master, iL2Master, iL3Master im Master-Wechselrichter WRma ein Korrektursignal tPulsL1add, tPulsL2add, tPulsL3add erzeugt.
  • Die Stromausgleichsregelung 2 bringt den Vorteil mit sich, dass die Wechselrichter WR drehstromseitig ohne galvanisch trennende Transformatoren parallel geschaltet werden können, was mit entsprechenden Einsparungen verbunden ist.
  • Die Einrichtung ist vorteilhafterweise an eine Photovoltaikanlage 5 als Energiequelle angeschlossen.

Claims (5)

  1. Einrichtung mit mehreren parallel geschalteten Wechselrichtern (WR), die jeweils Leistungshalbleiter umfassen, zur Energieeinspeisung in ein Drehstromnetz (2), dadurch gekennzeichnet, dass einer der Wechselrichter (WR) als Master-Wechselrichter (WRma) dient und eine Steuereinheit aufweist, die nicht nur Ansteuersignale für den Master-Wechselrichter (WRma), sondern auch Ansteuersignale (tPulsL1Master, tPulsL2Master, tPulsL3Master) für die übrigen Wechselrichter (WR) generiert, die als Slawe-Wechselrichter (WRsl) bezeichnet werden, und dass hiervon ausgehend eine synchrone Ansteuerung der Leistungshalbleiter aller Wechselrichter (WR) der Einrichtung einschließlich des Master-Wechselrichters (WRma) erfolgt.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Slawe-Wechselrichter (WRsl) eine Stromausgleichsregelung (3) aufweist, die vom Master-Wechselrichter (WRma) empfangenen Ansteuersignale (tPulsL1Master, tPulsL2Master, tPulsL3Master) derart korrigiert, dass Ausgleichsströme zwischen den Wechselrichtern (WR) der Einrichtung möglichst vermieden werden
  3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromausgleichsregelung (3) einen Korrekturregler (4) umfasst, der zur Generierung korrigierter Ansteuersignale (tPulsL1Slave, tPulsL2Slave, tPulsL3Slave) für den jeweiligen Slawe-Wechselrichter (WRsl) ausgehend von den Strömen (iL1Slave, iL2Slave, iL3Slave) in diesem und (iL1Master, iL2Master, iL3Master) im Master-Wechselrichter (WRma) ein Korrektursignal (tPulsL1add, tPulsL2add, tPulsL3add) erzeugt.
  4. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung an eine Photovoltaikanlage (5) als Energiequelle angeschlossen ist.
  5. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichter (WR) ohne Potenzialtrennung parallel geschaltet sind.
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