DE102008027887A1

DE102008027887A1 - Method for controlling energy feed for multiple single-phase inverters in multi-phase network, involves determining which single-phase inverter feeds which phase of multi-phase network

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Publication number: DE102008027887A1
Application number: DE102008027887A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. Halder; Roland Dipl.-Ing. Morent
Original assignee: Diehl AKO Stiftung and Co KG
Current assignee: PLATINUM GMBH, DE
Priority date: 2007-12-12
Filing date: 2008-06-11
Publication date: 2009-09-03

Abstract

Bei einem Verfahren zum Steuern der Energieeinspeisung von mehreren einphasigen Wechselrichtern (1 .. N) in ein Mehrphasennetz (MN) wird ermittelt, welcher der mehreren einphasigen Wechselrichter (1 .. N) welche Phase (R, S, T) des Mehrphasennetzes (MN) speist. So können die mehreren einphasigen Wechselrichter (1 .. N) unter Berücksichtigung ihrer ermittelten Phasen (R, S, T) in optimaler Weise so gesteuert werden, dass vorbestimmte Überwachungskriterien, wie beispielsweise eine maximal zulässige Schieflast zwischen den Phasen, des Mehrphasennetzes (MN) eingehalten werden.In a method for controlling the energy supply of several single-phase inverters (1 .. N) into a polyphase network (MN), it is determined which of the several single-phase inverters (1 .. N) which phase (R, S, T) of the polyphase network (MN ) feeds. Thus, taking into account their determined phases (R, S, T), the several single-phase inverters (1... N) can be optimally controlled such that predetermined monitoring criteria, such as a maximum permissible unbalanced load between the phases of the multiphase network (MN) be respected.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Energieeinspeisung von mehreren einphasigen Wechselrichtern in ein Mehrphasennetz sowie eine Schaltungsanordnung mit mehreren einphasigen Wechselrichtern, die ausgangsseitig mit einem Mehrphasennetz verbunden sind, und insbesondere ein solches Verfahren und eine solche Schaltungsanordnung für eine Photovoltaikanlage.The The present invention relates to a method for controlling the power supply from multiple single-phase inverters into a multi-phase network as well a circuit arrangement with several single-phase inverters, the output side are connected to a multi-phase network, and in particular, such a method and such a circuit arrangement for a photovoltaic system.

Photovoltaikanlagen dienen der Einspeisung von elektrischem Strom in ein elektrisches Netz, wie zum Beispiel ein einphasiges 50 Hz/230 V-Spannungsnetz oder ein dreiphasiges 50 Hz/400 V-Spannungsnetz, zum Beispiel eines Energieversorgungsunternehmens. Dazu weisen Photovoltaikanlagen üblicherweise einen oder mehrere Photovoltaikgeneratoren auf, die aus einem oder mehreren Solarmodulen bzw. Solarpaneelen bestehen, die wiederum eine Vielzahl miteinander verschalteter Solarzellen aufweisen. Der photovoltaisch erzeugte elektrische Strom wird dann einem oder mehreren Solarwechselrichtern zugeführt, welche die zugeführte Gleichspannung in eine geregelte standardisierte Netzspannung umwandeln. Dabei werden üblicherweise mehrere Solarmodule als so genannter String in Reihe geschaltet, um die vom jeweiligen Wechselrichter benötigte Eingangsspannung zu erreichen.photovoltaic systems are used to feed electricity into an electrical system Mains, such as a single-phase 50 Hz / 230 V power supply or a 50 Hz / 400 V three-phase voltage supply, for example one Energy supply company. For this purpose, have photovoltaic systems usually one or more photovoltaic generators based on one or more consist of several solar modules or solar panels, which in turn have a plurality of interconnected solar cells. Of the Photovoltaically generated electrical power is then one or more Solar inverters fed, which supplied the DC voltage convert to a regulated standardized mains voltage. there are usually more solar modules than so-called String connected in series to that of the respective inverter to reach required input voltage.

Es ist in der Technik allgemein bekannt, mehrere Maschinen, Geräte, Anlagen und dergleichen über einen Kommunikationsbus miteinander und mit einer zentralen Steuerung zu vernetzen. Die zentrale Steuerung dient dabei als Monitor für gemeldete Betriebsdaten und gibt ihrerseits Steuerbefehle an die Kommunikations partner des Netzes oder führt Regelungen aus. Diese Technik hat sich auch bei dem Betrieb mehrerer Solarwechselrichter in einer Photovoltaikanlage bewährt.It is well known in the art, multiple machines, devices, Plants and the like via a communication bus with each other and to network with a central controller. The central control serves as a monitor for reported operating data and For its part, it gives control commands to the communication partners of the network or execute regulations. This technique has too in the operation of several solar inverters in a photovoltaic system proven.

Der Betrieb von Photovoltaikanlagen, die in das öffentliche Stromversorgungsnetz eines Energieversorgungsunternehmens einspeisen, unterliegt nationalen bzw. internationalen Vorschriften. Für das Gebiet der Bundesrepublik Deutschland müssen bei der Einspeisung von einer Photovoltaikanlage in ein Mehrphasennetz derzeit zum Beispiel die folgenden Kriterien eingehalten werden: Netzspannungsbereich: 184 V bis 265 V Netzfrequenzbereich: 49,8 Hz bis 50,2 Hz Impedanzsprung: < 0,5 Ω Schieflast zwischen den Phasen: maximal 4,6 kVA The operation of photovoltaic systems that feed into the public utility grid of a utility company is subject to national or international regulations. For the territory of the Federal Republic of Germany, for example, the following criteria must be met when feeding from a photovoltaic system into a multi-phase network: Supply voltage range: 184V to 265V Mains frequency range: 49.8 Hz to 50.2 Hz Impedance jump: <0.5 Ω Unbalanced load between phases: maximum 4.6 kVA

Um diese Kriterien einzuhalten, werden in der Praxis zum Beispiel bei Ausfall eines Wechselrichters Gruppen von Solarwechselrichtern abgeschaltet. Dieses System ist nicht optimal, da bei Speisung zum Beispiel eines Dreiphasennetzes durch mehrere Wechselrichter die Abschaltung eines Gerätes genügen oder sogar keine Abschaltung notwendig sein kann.Around adhering to these criteria, for example, in practice Failure of an inverter Group of solar inverters switched off. This system is not optimal, because when feeding for example one Three-phase network through multiple inverters, the shutdown of a Device suffice or even no shutdown necessary can be.

Weiter beschreibt die DE 10 2006 003 904 A1 ein Verfahren zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine dreiphasige Wechselspannung, bei dem die einphasigen Wechselrichter miteinander über externe Kabel kommunizieren. Fällt beispielsweise ein Wechselrichter aus, so werden die Leistungen der anderen Wechselrichter begrenzt, um zu große Schieflasten zwischen den Phasen des Mehrphasennetzes zu vermeiden. Dieses Verfahren soll eine Vereinfachung der dreiphasigen Spannungsüberwachung erlauben, ist aber insbesondere dann nicht optimal, wenn die Photovoltaikanlage mehr als drei Solarwechselrichter umfasst.Next describes the DE 10 2006 003 904 A1 a method for converting a DC voltage into a three-phase AC voltage, in which the single-phase inverters communicate with each other via external cables. For example, if one inverter fails, the power of the other inverters is limited in order to avoid excessive unbalanced loads between the phases of the polyphase network. This method should allow a simplification of the three-phase voltage monitoring, but is not optimal, especially when the photovoltaic system comprises more than three solar inverters.

Die DE 10 2004 025 923 A1 offenbart eine Photovoltaikanlage mit mehreren Solarwechselrichtern zur Einspeisung in ein elektrisches Netz und einem zentralen Steuer- und Überwachungsgerät. Das zentrale Steuergerät enthält eine Schaltung ENS, über die alle Einspeisungen der Solarwechselrichter laufen, um die Phasen des Netzes zu überwachen. Bei Verletzung der durch den öffentlichen Stromversorger vorgegebenen Kriterien werden die Solarwechselrichter von dem zentralen Steuergerät über einen Kommunikationsbus zumindest kurzzeitig abgeschaltet. Für diese Überwachung müssen allerdings alle Einspeisungen von den Solarwechselrichtern in das Netz über die Schaltung ENS des zentralen Steuergeräts laufen.The DE 10 2004 025 923 A1 discloses a photovoltaic system with several solar inverters for feeding into an electrical network and a central control and monitoring device. The central control unit contains a circuit ENS, through which all feeders of the solar inverters run in order to monitor the phases of the grid. In case of violation of the criteria specified by the public electricity supplier, the solar inverters are at least temporarily switched off by the central control unit via a communication bus. For this monitoring, however, all feeds from the solar inverters into the grid must run via the ENS circuit of the central control unit.

Zudem zeigt die DE 10 2006 004 233 A1 eine Kommunikationsstruktur für Solarwechselrichter mit zwei Kommunikationsnetzen. Das erste Netz ist für Standard-LAN-Technologien mit schneller Datenübertragung auf kurzen Distanzen und das zweite Netz für störungsempfindliche Datenübertragungen über lange Distanzen geeignet.In addition, the shows DE 10 2006 004 233 A1 a communication structure for solar inverters with two communication networks. The first network is suitable for standard LAN technologies with fast data transmission over short distances and the second network for interference-sensitive data transmission over long distances.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Schaltungsanordnung zur Energieeinspeisung von mehreren einphasigen Wechselrichtern in ein Mehrphasennetz zu schaffen, mit denen die Kriterien für das öffentliche Stromversorgungsnetz auf einfache Weise eingehalten werden können.The present invention has the object, an improved method and an improved circuit arrangement for the energy supply of several single-phase inverters in a multi-phase network to meet the criteria for the public power grid in a simple way.

Gemäß einem ersten Aspekt wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 5.According to one In the first aspect, this object is achieved by a method with the features of claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the invention are the subject of the dependent Claims 2 to 5.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern der Energieeinspeisung von mehreren einphasigen Wechselrichtern in ein Mehrphasennetz wird ermittelt, welcher der mehreren einphasigen Wechselrichter welche Phase des Mehrphasennetzes speist. Die mehreren einphasigen Wechselrichter können so unter Berücksichtigung ihrer ermittelten Phasen optimal gesteuert werden, um die vorbestimmten Überwachungskriterien des Mehrphasennetzes einzuhalten.at the inventive method for controlling the Energy supply of several single-phase inverters in one Polyphase network is determined which of the several single-phase Inverter feeds which phase of the polyphase network. The several Single-phase inverters can be so under consideration their determined phases are optimally controlled to the predetermined monitoring criteria to comply with the multi-phase network.

Zur optimalen Steuerung der Wechselrichter werden neben deren aktuellen Betriebsdaten auch Informationen darüber benutzt, welcher Wechselrichter an welche Phase des Mehrphasennetzes angeschlossen ist. Zur Realisierung dieses Verfahrens genügen im Allgemeinen die Hardwarekomponenten einer herkömmlichen Wechselrichteranlage, die allenfalls geringfügig modifiziert werden müssen. Insbesondere genügt für die erforderlichen Kommunikationswege ein einfacher Zweidrahtbus mit einem üblichen, relativ langsamen Busprotokoll.to optimal control of the inverter will be in addition to their current Operating data also uses information about which Inverter is connected to which phase of the polyphase network. To implement this method are generally sufficient the hardware components of a conventional inverter system, which at most have to be slightly modified. In particular, it suffices for the required communication channels a simple two-wire bus with a standard, relative slow bus protocol.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen die mehreren einphasigen Wechselrichter jeweils eine Steuervorrichtung auf. Diese Steuervorrichtungen der Wechselrichter erfassen Nulldurchgänge der Wechselspannung der jeweiligen Phase des Mehrphasennetzes, sodass aus den Zeitpunkten der erfassten Nulldurchgänge die jeweiligen Phasen der einphasigen Wechselrichter bestimmbar sind.In a preferred embodiment of the invention, the plurality single-phase inverter each have a control device. These Control devices of the inverters detect zero crossings of the AC voltage of each phase of the polyphase network, so from the times of the detected zero crossings the respective Phases of the single-phase inverter can be determined.

Hierzu ist vorzugsweise ferner eine zentrale Steuervorrichtung vorgesehen, die an eine Phase des Mehrphasennetzes angeschlossen ist, an alle einphasigen Wechselrichter ein Startsignal zum Erfassen der Nulldurchgänge der Wechselspannung der jeweiligen Phase des Mehrphasennetzes sendet und aus den Zeitpunkten der von den Steuervorrichtungen der Wechselrichter erfassten Nulldurchgänge der Wechselspannung der jeweiligen Phase des Mehrphasennetzes bestimmt, welcher einphasige Wechselrichter welche Phase des Mehrphasennetzes speist.For this Furthermore, a central control device is preferably provided, which is connected to one phase of the multiphase network, to all single-phase inverter, a start signal for detecting the zero crossings the AC voltage of the respective phase of the multi-phase network sends and from the times of the control devices of the inverters detected zero crossings of the AC voltage of the respective Phase of the polyphase network determines which single-phase inverter which phase of the multiphase network feeds.

Alternativ sendet zu diesem Zweck einer der mehreren einphasigen Wechselrichter, zum Zeitpunkt eines Nulldurchganges der Wechselspannung der jeweiligen Phase ein Netzsignal an alle übrigen der mehreren einphasigen Wechselrichter und aus den Zeitabständen der von den Steuervorrichtungen der übrigen Wechselrichter erfassten Nulldurchgänge der Wechselspannung der jeweiligen Phase des Mehrphasennetzes zum Netzsignal wird bestimmt, welcher einphasige Wechselrichter welche Phase des Mehrphasennetzes speist. Ist eine zentrale Steuervorrichtung an eine Phase des Mehrphasennetzes angeschlossen und aktiviert den einen Wechselrichter zum Senden des Netzsignals, so kann die Phasenzuordnung der Wechselrichter durch die zentrale Steuervorrichtung nicht nur relativ, sondern auch absolut bestimmt werden.alternative sends one of the several single-phase inverters for this purpose, at the time of a zero crossing of the AC voltage of the respective Phase one network signal to all the rest of the multiple single-phase Inverter and from the time intervals of the control devices the other inverters detected zero crossings the AC voltage of the respective phase of the polyphase network to the network signal It is determined which single - phase inverter which phase of the Multi-phase network feeds. Is a central control device on connected to a phase of the polyphase network and activates the an inverter for transmitting the network signal, so the phase assignment the inverter by the central control device not only relatively, but also be absolutely determined.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kommunizieren die mehreren einphasigen Wechselrichter miteinander und/oder mit einer zentralen Steuervorrichtung über einen Kommunikationsbus (z. B. Funk oder Internet).In Another embodiment of the invention, the several communicate single-phase inverters with each other and / or with a central one Control device via a communication bus (eg radio or internet).

Gemäß einem zweiten Aspekt wird die oben genannte Aufgabe durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 8 bis 11.According to one Second aspect, the above object is achieved by a circuit arrangement solved with the features of claim 7. advantageous Embodiments and developments of the invention are the subject the dependent claims 8 to 11.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung enthält mehrere einphasige Wechselrichter, die ausgangsseitig jeweils mit einer Phase eines Mehrphasennetzes verbunden sind, und eine zentrale Steuervorrichtung, wobei die mehreren einphasigen Wechselrichter miteinander und mit der zentralen Steuervorrichtung über einen Kommunikationsbus verbunden sind. Die die zentrale Steuervorrichtung ist dabei so ausgebildet, dass sie ermitteln kann, welcher der mehreren einphasigen Wechselrichter welche Phase des Mehrphasennetzes speist, sodass sie die mehreren einphasigen Wechselrichter unter Berücksichtigung ihrer ermittelten Phasen derart steuern kann, dass vorbestimmte Überwachungskriterien des Mehrphasennetzes eingehalten werden.The Contains circuit arrangement according to the invention several single-phase inverters, the output side each with a phase of a multi-phase network are connected, and a central Control device, wherein the plurality of single-phase inverters with each other and with the central control device via a communication bus are connected. The the central control device is designed so that it can determine which of the several single-phase inverter which feeds phase of the polyphase network, taking into account the multiple single-phase inverter their determined phases can control such that predetermined monitoring criteria the multi-phase network are respected.

Zur optimalen Steuerung der Wechselrichter werden neben deren aktuellen Betriebsdaten auch Informationen darüber benutzt, welcher Wechselrichter an welche Phase des Mehrphasennetzes angeschlossen ist. Zur Realisierung genügen die Hardwarekomponenten einer herkömmlichen Wechselrichteranlage, die allenfalls geringfügig modifiziert werden müssen. Insbesondere genügt für den Kommunikationsbus ein einfacher Zweidrahtbus mit einem üblichen, relativ langsamen Busprotokoll.For optimum control of the inverters, in addition to their current operating data, information is also used as to which inverter is connected to which phase of the polyphase network is. For realizing the hardware components of a conventional inverter system that need to be slightly modified at best. In particular, a simple two-wire bus with a conventional, relatively slow bus protocol is sufficient for the communication bus.

In einer Ausgestaltung der Erfindung weisen die mehreren einphasigen Wechselrichter jeweils eine Steuervorrichtung auf, die so ausgebildet ist, dass sie Nulldurchgänge der Wechselspannung der jeweiligen Phase des Mehrphasennetzes erfassen kann; und die zentrale Steuervorrichtung ist so ausgebildet, dass sie aus den Zeitpunkten der erfassten Nulldurchgänge die jeweiligen Phasen der einphasigen Wechselrichter bestimmen kann.In An embodiment of the invention, the plurality of single-phase Inverters each have a control device, which is formed is that they have zero crossings of the AC voltage of each phase the multi-phase network can capture; and the central control device is designed so that it from the times of the detected zero crossings determine the respective phases of the single-phase inverters.

In einer Ausführungsform ist zu diesem Zweck die zentrale Steuervorrichtung an eine Phase des Mehrphasennetzes angeschlossen und so ausgebildet, dass sie an alle einphasigen Wechselrichter ein Startsignal zum Erfassen der Nulldurchgänge der Wechselspannung der jeweiligen Phase des Mehrphasennetzes senden kann und aus den Zeitpunkten der von den Steuervorrichtungen der Wechselrichter erfassten Nulldurchgänge der Wechselspannung der jeweiligen Phase des Mehrphasennetzes bestimmen kann, welcher einphasige Wechselrichter welche Phase des Mehrphasennetzes speist.In an embodiment is the central for this purpose Control device connected to a phase of the polyphase network and designed to connect to all single-phase inverters a start signal for detecting the zero crossings of the AC voltage the respective phase of the multi-phase network can send and from the Times of the detected by the control devices of the inverter Zero crossings of the AC voltage of the respective phase of the polyphase network can determine which single-phase inverter which phase of the multiphase network feeds.

In einer anderen Ausführungsform ist zu diesem Zweck die zentrale Steuervorrichtung derart ausgebildet, dass sie einen der mehreren einphasigen Wechselrichter veranlassen kann, zum Zeitpunkt eines Nulldurchganges der Wechselspannung der jeweiligen Phase ein Netzsignal an alle übrigen der mehreren einphasigen Wechselrichter (und auch an die zentrale Steuervorrichtung) zu senden, und sie aus den Zeitabständen der von den Steuervorrichtungen der übrigen Wechselrichter erfassten Nulldurchgänge der Wechselspannung der jeweiligen Phase des Mehrphasennetzes zum Netzsignal (und auch dem Netzsignal des einen Wechselrichters) bestimmen kann, welcher einphasige Wechselrichter welche Phase des Mehrphasennetzes speist.In another embodiment is the central one for this purpose Control device designed such that it one of the several can cause single-phase inverter at the time of a Zero crossing of the AC voltage of each phase a network signal to all the rest of the multiple single-phase inverters (and also to the central control device) and send them from the time intervals of the control devices of the rest Inverters detected zero crossings of the AC voltage of the respective phase of the polyphase network to the network signal (and also the Network signal of one inverter) can determine which one-phase Inverter feeds which phase of the polyphase network.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die zentrale Steuervorrichtung in einen der mehreren einphasigen Wechselrichter integriert.In A preferred embodiment of the invention is the central control device integrated into one of several single-phase inverters.

Die vorliegende Erfindung ist in besonders vorteilhafter Weise für eine Photovoltaikanlage verwendbar, wobei die mehreren einphasigen Wechselrichter jeweils Solarwechselrichter sind, die eingangsseitig mit wenigstens einem Solarmodul verbunden sind. Die vorliegende Erfindung ist aber grundsätzlich auch auf andere Systeme zur Energieeinspeisung von mehreren einphasigen Wechselrichtern in ein Mehrphasennetz anwendbar.The The present invention is particularly advantageous for a photovoltaic system usable, wherein the plurality of single-phase Inverters are each solar inverters, the input side connected to at least one solar module. The present However, the invention is basically also applicable to other systems for energy supply of several single-phase inverters applicable to a polyphase network.

Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, nicht-einschränkender Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:Above and other features and advantages of the invention will become apparent from the following description of preferred, non-limiting Embodiments with reference to the accompanying drawings better understandable. Show:

1 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Schaltungsanordnung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 1 a schematic representation of the structure of a circuit arrangement according to a preferred embodiment of the present invention; and

2 ein schematisches Diagramm der zeitlichen Verläufe der Wechselspannung UPH einer Phase des Mehrphasennetzes sowie des Netzsignals UT eines zugehörigen Wechselrichters. 2 a schematic diagram of the time course of the AC voltage UPH one phase of the polyphase network and the network signal UT of an associated inverter.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend am Beispiel einer Photovoltaikanlage im Detail erläutert. Es ist aber zu beachten, dass das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in analoger Weise auch bei anderen Anlagen oder Systemen zur Energieeinspeisung von mehreren einphasigen Wechselrichtern in ein Mehrphasennetz verwendet werden kann. Außerdem wird die vorliegende Erfindung hier am Beispiel eines dreiphasigen Stromversorgungsnetzes näher beschrieben. Es ist aber zu beachten, dass das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung grundsätzlich auch bei Mehrphasennetzen mit nur zwei oder mit mehr als drei Phasen eingesetzt werden können.The The present invention will be described below using the example of a photovoltaic system explained in detail. But it should be noted that the inventive method or the invention Circuit arrangement in an analogous manner in other systems or Systems for energy supply of several single-phase inverters can be used in a multi-phase network. In addition, will the present invention using the example of a three-phase power supply network described in more detail. It should be noted, however, that the inventive Method and the circuit arrangement according to the invention Basically, even in multi-phase networks with only two or can be used with more than three phases.

Eine Photovoltaikanlage muss im Gebiet der Bundesrepublik Deutschland für die Einspeisung in das öffentliche Stromversorgungsnetz eines Energieversorgungsunternehmens bestimmte Kriterien einhalten, die in der Einleitung dieser Anmeldung genannt worden sind. Selbstverständlich sind das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für andere Überwachungskriterien in gleicher Weise geeignet, und sie können insbesondere in allen Staaten zur Einhaltung der jeweiligen Kriterien mittels einer optimierten Steuerung eingesetzt werden.A Photovoltaic system must be in the territory of the Federal Republic of Germany for feeding into the public power grid comply with certain criteria of an energy supply company, which have been mentioned in the introduction of this application. Of course are the inventive method and the inventive Circuitry for other monitoring criteria in the same way, and they can in particular in all states to comply with the respective criteria an optimized control can be used.

Die in 1 beispielhaft dargestellte Photovoltaikanlage enthält mehrere (hier N) einphasige Wechselrichter 1, 2, ... (N – 1), N, die jeweils eingangsseitig mit wenigstens einem Solarmodul bzw. Solarpaneel P1, P2, ... P(N-1), PN verbunden sind. Üblicherweise sind jeweils mehrere Solarmodule als so genannter String in Reihe geschaltet, um die vom jeweiligen Wechselrichter benötigte Eingangsspannung zu erreichen.In the 1 exemplified photovoltaic system contains several (here N) single-phase Wech selrichter 1 . 2 , ... (N-1), N, which are each connected on the input side to at least one solar module or solar panel P1, P2,... P (N-1), PN. Usually, several solar modules are connected in series as a so-called string in order to achieve the input voltage required by the respective inverter.

Alle Wechselrichter 1, 2, ..., (N – 1), N sind ausgangsseitig jeweils mit einer Phase R, S, T sowie einem Nullleiter N eines Mehrphasennetzes MN zum Beispiel eines Energieversorgungsunternehmens verbunden, um die von den Solarmodulen Pn erzeugte und von den Wechselrichtern 1, 2, ..., (N – 1), N in Wechselspannung umgewandelte Energie in die jeweilige Phase R, S, T des hier dreiphasigen Mehrphasennetzes MN einzuspeisen.All inverters 1 . 2 , ..., (N-1), N are connected on the output side each with a phase R, S, T and a neutral N of a multi-phase network MN, for example, a power company to those generated by the solar modules Pn and by the inverters 1 . 2 , ..., (N - 1), N in AC voltage converted energy into the respective phase R, S, T of the here three-phase polyphase network MN feed.

Die Wechselrichter 1, 2, ..., (N – 1), N sind jeweils mit einer Steuervorrichtung B1, B2, B(N – 1), BN zum Steuern und Überwachen des Betriebs des jeweiligen Wechselrichters versehen. Die Steuervorrichtungen Bn der Wechselrichter 1, 2, ..., (N – 1), N enthalten intelligente Schaltungen wie zum Beispiel Mikrocomputer und sind miteinander und mit einer zentralen Steuervorrichtung WM zum Steuern und Überwachen der Photovoltaikanlage über einen Kommunikationsbus BUS verbunden. Als Kommunikationsbus genügt ein einfacher Zweidrahtbus mit einem üblichen, relativ langsamen Busprotokoll. Es sind aber natürlich auch andere Kommunikationsbusse einsetzbar, die zum Beispiel per Funk oder über das Internet funktionieren.The inverters 1 . 2 , ..., (N-1), N are each provided with a controller B1, B2, B (N-1), BN for controlling and monitoring the operation of the respective inverter. The control devices Bn of the inverters 1 . 2 , ..., (N-1), N contain intelligent circuits such as microcomputers and are connected to each other and to a central control device WM for controlling and monitoring the photovoltaic system via a communication bus BUS. As a communication bus, a simple two-wire bus with a conventional, relatively slow bus protocol is sufficient. Of course, other communication buses can also be used, for example by radio or over the Internet.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die zentrale Steuervorrichtung WM in eine Steuervorrichtung Bn eines der mehreren Wechselrichter 1, 2, ..., (N – 1), N integriert. In diesem Fall kann auf ein separates Steuergerät verzichtet werden und der Aufbau der gesamten Photovoltaikanlage ist vereinfacht.In a preferred embodiment, the central control device WM is in a control device Bn of one of the plurality of inverters 1 . 2 , ..., (N - 1), N integrated. In this case, can be dispensed with a separate control unit and the structure of the entire photovoltaic system is simplified.

Die Steuervorrichtungen Bn der Wechselrichter 1, 2, ..., (N – 1), N sind so ausgebildet, dass sie die Nulldurchgänge der Wechselspannungen der jeweiligen Phase R, S, T, an die der jeweilige Wechselrichter 1, 2, ..., (N – 1), N angeschlossen ist, erfassen können. Außerdem erfassen die Steuervorrichtungen Bn natürlich die aktuellen Betriebsdaten der Wechselrichter und übermitteln sie an die zentrale Steuervorrichtung WM.The control devices Bn of the inverters 1 . 2 , ..., (N - 1), N are designed so that they are the zero crossings of the AC voltages of the respective phase R, S, T to which the respective inverter 1 . 2 , ..., (N - 1), N is connected, can capture. In addition, the control devices Bn naturally detect the current operating data of the inverters and transmit them to the central control device WM.

Die zentrale Steuervorrichtung WM ist so ausgebildet, dass sie anhand der von den Steuervorrichtungen Bn der Wechselrichter erfassten Nulldurchgänge der jeweiligen Phasenspannungen bestimmen kann, welcher Wechselrichter 1, 2, ..., (N – 1), N an welche Phase R, S, T des Mehrphasennetzes angeschlossen ist. Sie steuert dann die mehreren einphasigen Wechselrichter 1, 2, ..., (N – 1), N unter Berücksichtigung ihrer aktuellen Betriebsdaten sowie dieser Informationen, welcher Wechselrichter welche Phase des Mehrphasennetzes speist, in optimaler Weise.The central control device WM is designed such that, based on the zero crossings of the respective phase voltages detected by the control devices Bn of the inverters, it can determine which inverter 1 . 2 , ..., (N - 1), N to which phase R, S, T of the polyphase network is connected. It then controls the several single-phase inverters 1 . 2 , ..., (N - 1), N taking into account their current operating data and this information, which inverter feeds which phase of the multi-phase network, in an optimal way.

Es werden nun zwei Verfahren näher beschrieben, wie die zentrale Steuervorrichtung WM bestimmt, welcher Wechselrichter 1, 2, ..., (N – 1), N an welche Phase R, S, T des Mehrphasennetzes MN angeschlossen ist.Two methods will now be described in more detail how the central control device WM determines which inverter 1 . 2 , ..., (N - 1), N to which phase R, S, T of the polyphase network MN is connected.

Gemäß einem ersten Verfahren der Erfindung sendet einer der mehreren Wechselrichter 1, 2, ..., (N – 1), N – genauer seine Steuervorrichtung Bn – auf einen Befehl der zentralen Steuervorrichtung WM ein Netzsignal oder Toggle-Signal UT über den Kommunikationsbus BUS an alle übrigen Wechselrichter und an die zentrale Steuervorrichtung WM. Wie in 2 dargestellt, gibt dieses Netzsignal UT zum Beispiel im 50 Hz-Takt seines Netzanschlusses die Nulldurchgänge der Wechselspannung UPH der Phase R, S, T an, welche dieser eine Wechselrichter 1, 2, ..., (N – 1), N speist.According to a first method of the invention, one of the plurality of inverters transmits 1 . 2 , ..., (N - 1), N - more precisely its control device Bn - on a command of the central control device WM a network signal or toggle signal UT via the communication bus BUS to all other inverters and to the central control device WM. As in 2 represented, this network signal UT, for example, in the 50 Hz cycle of its network connection, the zero crossings of the AC voltage UPH the phase R, S, T, which this one inverter 1 . 2 , ..., (N - 1), N feeds.

Die Steuervorrichtungen Bn der übrigen Wechselrichter messen beginnend mit der Rückflanke des Netzsignals UT jeweils die Zeit bis zum Nulldurchgang der Wechselspannung der Phase R, S, T, an welche ihr Wechselrichter 1, 2, ..., (N – 1), N angeschlossen ist. Die erfassten Zeitabstände melden die Steuervorrichtungen Bn dann über den Kommunikationsbus BUS an die zentrale Steuervorrichtung WM.Starting from the trailing edge of the mains signal UT, the control devices Bn of the remaining inverters measure, respectively, the time until the zero crossing of the alternating voltage of the phase R, S, T, to which their inverter 1 . 2 , ..., (N - 1), N is connected. The detected time intervals then report the control devices Bn via the communication bus BUS to the central control device WM.

Die zentrale Steuervorrichtung WM kann anhand der erfassten und ihr von den Steuervorrichtungen Bn der Wechselrichter 1, 2, ..., (N – 1), N übermittelten Zeitabstände, sowie aus der Kenntnis, an welche Phase R, S, T des Mehrphasennetzes MN sie selbst angeschlossen ist, bestimmen, welcher Wechselrichter welche Phase R, S, T des Mehrphasennetzes MN speist. Die zentrale Steuervorrichtung WM kann dann die von den Steuervorrichtungen Bn der Wechselrichter 1, 2, ..., (N – 1), N mitgeteilten aktuellen Betriebsdaten der Wechselrichter den Phasen R, S, T des Mehrphasennetzes MN zuordnen und eine optimale Steuerung aller Wechselrichter 1, 2, (N – 1), N vornehmen, wodurch insbesondere gewährleistet werden kann, dass die vorbestimmten Kriterien für das Mehrphasennetz MN eingehalten werden.The central control device WM can use the detected and the control devices Bn of the inverter 1 . 2 , ..., (N - 1), N transmitted time intervals, and from the knowledge of which phase R, S, T of the polyphase network MN it is itself connected, determine which inverter which phase R, S, T of the polyphase network MN fed. The central control device WM can then control the of the control devices Bn of the inverter 1 . 2 , ..., (N - 1), N informed current operating data of the inverters assign the phases R, S, T of the multi-phase network MN and optimal control of all inverters 1 . 2 , (N-1), N, which in particular can ensure that the predetermined criteria for the multi-phase network MN are met.

Gemäß einem zweiten Verfahren der Erfindung schaltet die zentrale Steuervorrichtung WM zunächst die Steuervorrichtungen Bn aller Wechselrichter 1, 2, ..., (N – 1), N in den Empfangsmodus. Dann sendet die zentrale Steuervorrichtung WM ein Startsignal an alle Steuervorrichtungen Bn der Wechselrichter, um einen gemeinsamen Zeitpunkt festzulegen.According to a second method of the invention, the central control device WM switches first the control devices Bn of all inverters 1 . 2 , ..., (N - 1), N in receive mode. Then, the central control device WM sends a start signal to all the control devices Bn of the inverters to set a common time.

Die Steuervorrichtungen Bn der Wechselrichter 1, 2, ..., (N – 1), N messen dann die Zeitdauer ab dem Ende des gemeinsamen Startsignals bis zum nächsten Nulldurchgang der Wechselspannung der Phase R, S, T, an die sie angeschlossen sind, und senden die gemessenen Zeitdifferenzen über den Kommunikationsbus BUS an die zentrale Steuervorrichtung WM.The control devices Bn of the inverters 1 . 2 , ..., (N-1), N then measure the time from the end of the common start signal to the next zero crossing of the AC voltage of the phase R, S, T to which they are connected and send the measured time differences over the communication bus BUS to the central control device WM.

Anhand der so übermittelten Zeitdifferenzen und der Kenntnis ihres eigenen Phasenanschlusses bestimmt die zentrale Steuervorrichtung WM, welcher Wechselrichter 1, 2, ..., (N – 1), N welche Phase R, S, T des Mehrphasennetzes speist. Auch in diesem Fall kann die zentrale Steuervorrichtung WM dann die von den Steuervorrichtungen Bn der Wechselrichter 1, 2, ..., (N – 1), N mitgeteilten aktuellen Betriebsdaten der Wechselrichter den Phasen R, S, T des Mehrphasennetzes MN zuordnen und eine optimale Steuerung aller Wechselrichter 1, 2, ..., (N – 1), N vornehmen. Somit kann auch hier insbesondere gewährleistet werden, dass die vorbestimmten Kriterien für das Mehrphasennetz MN eingehalten werden.On the basis of the time differences thus transmitted and the knowledge of their own phase connection, the central control device WM determines which inverter 1 . 2 , ..., (N - 1), N which feeds phase R, S, T of the polyphase network. In this case as well, the central control device WM can then read the control devices Bn of the inverters 1 . 2 , ..., (N - 1), N informed current operating data of the inverters assign the phases R, S, T of the multi-phase network MN and optimal control of all inverters 1 . 2 , ..., (N - 1), N. Thus, it can also be ensured in particular here that the predetermined criteria for the multi-phase network MN are observed.

Mit den erfindungsgemäßen Verfahren kann die Photovoltaikanlage optimal und insbesondere unter Vermeidung von Lastschieflagen zwischen den Phasen des Mehrphasennetzes gesteuert werden. Anhand der aktuellen Betriebsdaten der Wechselrichter kann die zentrale Steuervorrichtung natürlich auch andere Kriterien des Mehrphasennetzes, wie Spannungsbereich, Frequenzbereich, Impedanzsprung und dergleichen überwachen.With the process of the invention, the photovoltaic system optimal and in particular while avoiding load imbalances between be controlled in the phases of the multi-phase network. Based on the current Operating data of the inverter can be the central control device Of course, other criteria of the multi-phase network, such as Monitor voltage range, frequency range, impedance jump and the like.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102006003904 A1 [0006]
DE 102004025923 A1 [0007]
DE 102006004233 A1 [0008]

Claims

Method for controlling the energy supply of several single-phase inverters ( 1 ... N) into a multi-phase network (MN), characterized in that it is determined which of the several single-phase inverters ( 1 ... N) which phase (R, S, T) of the polyphase network (MN) feeds, and the multiple single-phase inverter ( 1 ... N), taking into account their determined phases (R, S, T), are controlled such that predetermined monitoring criteria of the multiphase network (MN) are observed.

Method according to Claim 1, characterized in that the plurality of single-phase inverters ( 1 ... N) each have a control device (B1 ... BN); and that the control devices (B1 ... BN) of the inverters ( 1 ... N) detect zero crossings of the AC voltage of the respective phase (R, S, T) of the polyphase network (MN), so that from the times of the detected zero crossings the respective phases (R, S, T) of the single-phase inverter ( 1 ... N) are determinable.

A method according to claim 2, characterized in that there is further provided a central control device (WM) connected to one phase of the multi-phase network (MN); and that the central control device (WM) to all single-phase inverters ( 1 ... N) sends a start signal for detecting the zero crossings of the AC voltage of the respective phase of the polyphase network (MN) and from the times of the control devices (B1 ... BN) of the inverter ( 1 ... N) detected zero crossings of the AC voltage of the respective phase (R, S, T) of the multi-phase network (MN) determines which single-phase inverter ( 1 ... N) which phase (R, S, T) of the polyphase network (MN) feeds.

Method according to Claim 2, characterized in that one of the several single-phase inverters ( 1 ... N) at the time of a zero crossing of the AC voltage of the respective phase (R, S, T) a network signal (UT) to all other of the multiple single-phase inverter ( 1 ... N) and from the time intervals of the control devices (B1 ... BN) of the remaining inverters ( 1 ... N) detected zero crossings of the AC voltage of the respective phase (R, S, T) of the polyphase network (MN) to the network signal (UT) is determined, which single-phase inverter ( 1 ... N) which phase (R, S, T) of the polyphase network (MN) feeds.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the plurality of single-phase inverters ( 1 ... N) communicate with each other and / or with a central control device (WM) via a communication bus (BUS).

Use of the method according to one of claims 1 to 5 for a photovoltaic system, wherein the plurality of single-phase inverters ( 1 ... N) are each solar inverters, which are connected on the input side with at least one solar module (P1 ... PN).

Circuit arrangement with several single-phase inverters ( 1 ... N), which are each connected on the output side to a phase (R, S, T) of a polyphase network (MN), and to a central control device (WM), wherein the plurality of single-phase inverters ( 1 ... N) are connected to each other and to the central control device (WM) via a communication bus (BUS), characterized in that the central control device (WM) is designed to be able to determine which of the several single-phase inverters ( 1 ... N) which phase (R, S, T) of the polyphase network (MN) feeds, and the multiple single-phase inverter ( 1 ... N) in consideration of their determined phases (R, S, T) can control such that predetermined monitoring criteria of the multi-phase network (MN) are met.

Circuit arrangement according to Claim 7, characterized in that the plurality of single-phase inverters ( 1 ... N) each have a control device (B1 ... BN), which is designed so that it can detect zero crossings of the AC voltage of the respective phase (R, S, T) of the multi-phase network (MN); and that the central control device (WM) is designed such that, from the times of the detected zero crossings, the respective phases (R, S, T) of the single-phase inverters ( 1 ... N) can determine.

Circuit arrangement according to Claim 8, characterized in that the central control device (WM) is connected to one phase of the multi-phase network (MN); and that the central control device (WM) is designed such that it can be connected to all single-phase inverters ( 1 ... N) can send a start signal for detecting the zero crossings of the AC voltage of the respective phase of the polyphase network (MN) and from the times of the control devices (B1 ... BN) of the inverters ( 1 ... N) detected zero crossings of the AC voltage of the respective phase (R, S, T) of the multi-phase network (MN) can determine which single-phase inverter ( 1 ... N) which phase (R, S, T) of the polyphase network (MN) feeds.

Circuit arrangement according to Claim 8, characterized in that the central control device (WM) is designed such that it controls one of the several single-phase inverters ( 1 ... N), at the time of a zero crossing of the AC voltage of the respective phase (R, S, T) a network signal (UT) to all other of the multiple single-phase inverter ( 1 ... N), and from the time intervals of the of the control devices (B1 ... BN) of the other inverters ( 1 ... N) detected zero crossings of the AC voltage of the respective phase (R, S, T) of the polyphase network (MN) to the network signal (UT) can determine which single-phase inverter ( 1 ... N) which phase (R, S, T) of the polyphase network (MN) feeds.

Circuit arrangement according to one of claims 7 to 10, characterized in that the central control device (WM) in one of the plurality of single-phase inverters ( 1 ... N) is integrated.

Use of the circuit arrangement according to one of claims 7 to 11 for a photovoltaic system, wherein the plurality of single-phase inverters ( 1 ... N) are each solar inverters, which are connected on the input side with at least one solar module (P1 ... PN).