DE19937410A1

DE19937410A1 - Three-phase solar converter for mains and island power operations adapts voltage levels from DC voltage generated by solar cells to the public mains power supply by raising and converting power.

Info

Publication number: DE19937410A1
Application number: DE19937410A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Speck; Klaus-Peter Meier; Rudolf Mecke; Stephan Kuehne
Original assignee: Elektro & Automatisierungstech; Institut fuer Automation und Kommunikation eV
Current assignee: Elektro & Automatisierungstech; Institut fuer Automation und Kommunikation eV
Priority date: 1999-08-07
Filing date: 1999-08-07
Publication date: 2001-02-15

Abstract

A solar converter is fed by a solar cell module (1). Input voltage of the solar converter is buffered by an input capacity (2) and fed to a converter (3) in a B2 bridge circuit (5). A high-frequency transformer (4) adapts, usually raises, KHz DC voltage from the solar modules. A non-controllable rectifier in a B2 bridge circuit is wired to an RC snubber (6) to reduce overshooting during changeover procedures.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen dreiphasigen Solarwechselrichter für den Netz- und Inselbetrieb mit einem Hochsetzsteller zur Anpassung des Span nungsniveaus der Solarmodulblöcke an den Netzspannungspegel und mit einem drei phasigen Wechselrichter zur Anpassung an die Frequenz und Sinusform des Netzes gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.The invention relates to a circuit arrangement for a three-phase solar inverter for mains and island operation with a step-up converter to adjust the chip voltage levels of the solar module blocks to the grid voltage level and with a three phase inverter to adapt to the frequency and sinusoidal shape of the grid the genus specified in the preamble of claim 1.

Photovoltaikanlagen dienen in erster Linie zur Speisung elektrischer Verbraucher eines Inselnetzes oder zur Einspeisung von Energie in ein bestehendes Versorgungsnetz. In Zeiträumen, in denen der Energiebedarf größer als die von der Anlage bereitgestellte Energiemenge ist, wird bei einer Netzanbindung zusätzliche Energie aus dem öffentlichen Netz oder aus einem vorhandenen Speicher für elektrische Energie entnommen (Akkumulator). Existiert weder eine Netzanbindung noch ein Energiespeicher, so ist die Leistungsabnahme durch Zu- und Abschalten von Verbrauchern an den Energieeintrag der Solaranlage anzupassen.Photovoltaic systems are primarily used to supply electrical consumers Off-grid or for feeding energy into an existing supply network. In Periods in which the energy requirement is greater than that provided by the system If there is an amount of energy, additional energy comes from the public network Grid or taken from an existing store for electrical energy (Accumulator). If there is neither a network connection nor an energy store, then that is Decrease in performance by connecting and disconnecting consumers to the energy input of the Adapt solar system.

In der Zeitschrift PHOTON Mai-Juni 1998 Seite 62, 63 werden in einer Marktübersicht Solarwechselrichter vorgestellt, bei denen durch eine spezielle Verschaltung der Solar module einem nachgeschalteten netzgekoppelten Wechselrichter eine Eingangsgleich spannung, die der Ausgangsspannung der Solarmodule entspricht, bereitgestellt wird. Durch eine spezielle Regelung, die auf der Variation der Pulsweite bei der Ansteuerung des Wechselrichters beruht, wird die Ausgangsspannung an das Spannungsniveau des öffentlichen Versorgungsnetzes von 230 V/400 V angepaßt. Durch die direkte Beschaltung des netzseitigen Wechselrichters mit dem Ausgang des Solarmoduls wurden der Hard wareaufwand und die Gerätekosten durch die Einsparung eines Hochsetzstellers verringert. Allerdings besteht hier nicht die Möglichkeit, durch eine zusätzliche Regelung auf den Verlauf der Wechselrichtereingangsgleichspannung Einfluß zu nehmen, wie es bei einer zusätzlichen Spannungsregelung über eine Variation der Pulsweite eines zusätzlichen eingangsseitigen Hochsetzstellers möglich ist. Schwankungen in der Ausgangsspannung der Solarmodule können nur sehr bedingt durch eine Variation der Pulsweite bei der Wechselrichteransteuerung ausgeglichen werden. Als ungünstig erweist sich hier weiterhin das relativ hohe Spannungsniveau, auf dem die Solarmodule durch eine Reihenschaltung mehrerer Elemente arbeiten müssen. So muß zum Beispiel die Eingangsgleichspannung für einen Wechselrichter in B6-Schaltung für das 230 V/400 V Drehstromsystem im Bereich von rund 600 V liegen.In the magazine PHOTON May-June 1998 page 62, 63 are in a market overview Solar inverters are presented, where a special connection of the solar modules connected to a downstream grid-connected inverter voltage that corresponds to the output voltage of the solar modules is provided. By a special regulation based on the variation of the pulse width when the Based on the inverter, the output voltage will match the voltage level of the public supply network adapted from 230 V / 400 V. Through direct wiring of the grid-side inverter with the output of the solar module became the hard maintenance costs and device costs reduced by saving a step-up converter. However, there is no possibility here of an additional regulation on the To influence the course of the inverter input DC voltage, as is the case with a additional voltage regulation by varying the pulse width of an additional input boost converter is possible. Fluctuations in the output voltage of the Solar modules can only be very limited by varying the pulse width at the Inverter control can be compensated. It continues to prove unfavorable here the relatively high voltage level at which the solar modules are connected in series of several elements. For example, the DC input voltage for an inverter in B6 circuit for the 230 V / 400 V three-phase system in the range of are around 600 V.

Es sind Schaltungsanordnungen von Wechselrichtern bekannt, die eine Anpassung des Gleichspannungspegels der Solarmodule an die Frequenz von 50 oder 60 Hz und das Spannungsniveau von 230 V/400 V üblicher Energieversorgungen auf der Netzseite hinter einem ausgangsseitigen Wechselrichter vornehmen. Der Vorteil einer solchen Schaltungsanordnung besteht in einem geringeren Spannungspegel im ausgangsseitigen Wechselrichter, welcher der Ausgangsspannung der Solarmodule entspricht. Im Gegensatz zur Verwendung eines Wechselrichters direkt am Netzzugang mit deutlich höherem Netzspannungspegel treten jedoch, bedingt durch größere Ströme bei gleicher Leistung, höhere Verluste im Wechselrichter auf. Die nachfolgende Anpassung des Spannungsniveaus an die Netzspannung von in der Regel 230 V/400 V erfolgt dann mit einem Transformator. Wegen der Frequenz von 50 oder 60 Hz kann hier ein preiswertes Standardmodell verwendet werden. Da mit fallender Frequenz die maximal übertragbare Energie im Kernmaterial des Transformators sinkt, muß dieser hier in einer recht großen Bauform ausgelegt werden, was zu Anordnungen mit einem großen Platzbedarf und einem großen Gewicht führt. Circuit arrangements of inverters are known which adapt the DC voltage level of the solar modules to the frequency of 50 or 60 Hz and that Voltage level of 230 V / 400 V of conventional power supplies on the network side behind an inverter on the output side. The advantage of such Circuit arrangement consists in a lower voltage level in the output side Inverter that corresponds to the output voltage of the solar modules. In contrast for using an inverter directly at the grid access with a significantly higher one Mains voltage levels occur, however, due to larger currents with the same power, higher losses in the inverter. The subsequent adjustment of the Voltage levels on the mains voltage of usually 230 V / 400 V are then also with a transformer. Because of the frequency of 50 or 60 Hz, an inexpensive one can be found here Standard model can be used. Since the maximum transferable with falling frequency Energy sinks in the core material of the transformer, this must be quite large here Be designed, resulting in arrangements with a large space requirement and a great weight.

In DE 196 03 823 wird eine Schaltungsanordnung für einen Wechselrichter erwähnt, die zur Generierung eines dreiphasigen Drehstromsystems aus drei völlig identisch aufgebauten einphasigen und autark arbeitenden Wechselrichtern aufgebaut ist. Diese arbeiten parallel an einer Gleichspannungsversorgungsschiene. Die Ausgangsspannung besteht aus drei Wechselspannungen, die jedoch dann kein Drehstromsystem mit drei um 120° versetzten Spannungen erzeugen. Zahlreiche Verbraucher, besonders im industriellen Bereich, erfordern aber ein Drehstromsystem mit drei um 120° versetzten Spannungen (z. B. Drehstromasynchronmotoren).DE 196 03 823 mentions a circuit arrangement for an inverter which is used for Generation of a three-phase three-phase system from three completely identical structures single-phase and self-sufficient inverters. These work in parallel on a DC voltage supply rail. The output voltage consists of three AC voltages, which, however, then do not offset three-phase systems with three by 120 ° Generate tensions. Numerous consumers, especially in the industrial sector, but require a three-phase system with three voltages offset by 120 ° (e.g. Three-phase asynchronous motors).

In EP 0780750 A2 werden ein Steuerverfahren und eine Geräteanordnung erwähnt, bei denen ein Ausgangswechselrichter in B2-Brückenschaltung die Wandlung der Gleichspannung des Gleichspannungszwischenkreises in eine Wechselspannung entsprechend Frequenz und Spannungsamplitude des zu versorgenden Netzes bzw. der zu versorgenden Verbraucher vornimmt. Die zweiphasige Ausführung des Wechselrichters erfordert wegen der mit doppelter Netzfrequenz pulsierenden Leistung einen recht hohen Glättungsaufwand, der sich in einer größeren Zwischenkreisinduktivität und einem größeren Zwischenkreiskondensator äußert.A control method and a device arrangement are mentioned in EP 0780750 A2 which an output inverter in B2 bridge circuit the conversion of DC voltage of the DC voltage intermediate circuit into an AC voltage according to frequency and voltage amplitude of the network to be supplied or to supplying consumer. The two-phase version of the inverter requires a very high power due to the pulsating power at twice the mains frequency Smoothing effort, which results in a larger DC link inductance and a larger DC link capacitor expresses.

Ebenfalls sind Schaltungsanordnungen von netzgeführten Wechselrichtern bekannt, bei denen ein netzgeführter Wechselrichter eine Energieeinspeisung in das Netz vornimmt. So wird in der Zeitschrift PHOTON Mai-Juni 1998 S. 15 ein dreiphasiger Wechselrichter von der Firma ACE GbR auf Thyristorbasis erwähnt, bei dem die Einspeisung transformatorlos durch eine Drosselspule erfolgt. Diese Variante hat den Vorteil eines relativ einfachen schaltungstechnischen Aufbaus. Der Nachteil besteht jedoch darin, daß die Eingangsspannung des Wechselrichters groß sein muß und erst bei Werten über 400 V ein günstiges Übertragungsverhalten erzielt werden kann. Bei kleiner werdenden Eingangsspannungen nähert sich der Zündwinkel immer mehr einem Wert von 90 Grad, was zur Folge hat, daß nur noch Blindleistung in das Netz zurückgespeist wird.Circuit arrangements of network-controlled inverters are also known for which a grid-controlled inverter feeds energy into the grid. So In the magazine PHOTON May-June 1998 p. 15 a three-phase inverter from the The company ACE GbR mentioned on the basis of a thyristor, in which the feed is transformerless a choke coil occurs. This variant has the advantage of being relatively simple circuit design. The disadvantage, however, is that the Input voltage of the inverter must be high and only at values above 400 V. favorable transmission behavior can be achieved. As it gets smaller Input voltages, the ignition angle is approaching a value of 90 degrees, which has the consequence that only reactive power is fed back into the network.

Auch sind ein Verfahren und ein Wechselrichter zur Umwandlung von Gleichstrom in Drehstrom bekannt (DE 43 02 687), bei dem eine direkte Aufteilung der Spannungsimpulse der Sekundärseite des Transformators auf die drei Phasen des ausgangsseitigen Wechselrichters erfolgt, so daß sich ein symmetrisches Dreiphasensystem ergibt. Dadurch ist es möglich, den Zwischenkreiskondensator einzusparen. Zu berücksichtigen ist jedoch, daß die entkoppelnde Wirkung eines Zwischenkreiskondensators dann nicht mehr vorhan den ist und sich somit kein Energiespeicherglied mehr in der gesamten Schaltungsanordnung befindet. Beide Spannungssysteme, die Spannung der Solaranlage und die des Versorgungsnetzes, werden somit direkt verkoppelt bzw. zusammengeschaltet, so daß Laständerungen und andere Störungen, insbesondere schnelle transiente Vorgänge in einem der beiden Spannungssysteme, ungedämpft auf das andere Spannungssystem durchschlagen.There are also a method and an inverter for converting direct current into Three-phase current known (DE 43 02 687), in which a direct division of the voltage pulses the secondary side of the transformer on the three phases of the output side Inverter takes place, so that there is a symmetrical three-phase system. Thereby it is possible to save the intermediate circuit capacitor. However, it must be taken into account that the decoupling effect of an intermediate circuit capacitor then no longer exists that is and therefore no longer an energy storage element in the whole Circuit arrangement is located. Both voltage systems, the voltage of the solar system and those of the supply network are thus directly coupled or interconnected, so that load changes and other disturbances, especially fast transient processes in one of the two voltage systems, undamped to the other voltage system punch through.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, durch eine transformatorische Spannungsanpassung mit einer Übertragungsfrequenz von mehreren Kilohertz die Baugröße des Transformators gering zu halten. Des weiteren wird durch eine, nachfolgende Gleichrichtung und einen zweiten, dann mit dem Netz verbundenen Wechselrichter die Anpassung an die Frequenz des Netzes, in der Regel 50 oder 60 Hz, vorgenommen und eine weitestgehend oberschwingungsarme und sinusförmige Spannung mit einem Effektivwert von 230 V/400 V generiert. Der Leistungsfaktor kann durch eine entsprechende Steuerung variabel eingestellt werden.The object of the present invention is therefore by a transformer Voltage adjustment with a transmission frequency of several kilohertz the size to keep the transformer low. Furthermore, by a subsequent one Rectification and a second inverter then connected to the grid Adaptation to the frequency of the network, usually 50 or 60 Hz, made and a largely harmonic and sinusoidal voltage with one RMS value of 230 V / 400 V generated. The power factor can be determined by a corresponding Control can be set variably.

Soll die Energieaufbereitung besonders wirkungsgradgünstig erfolgen, so ist ein gleichmäßiger Energiebezug aus dem Zwischenkreis zu realisieren. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung erfüllt diesen Anspruch durch den dreiphasigen Aufbau des ausgangsseitigen Wechselrichters. Hier entspricht die Frequenz der oszillierenden Leistung der sechsfachen Netzfrequenz und der Glättungsaufwand reduziert sich dementsprechend, was zu einer geringeren Bauform für die Zwischenkreisdrossel und den Zwischen kreiskondensator führt. Gemäß der vorteilhaften Ausgestaltung der hier erwähnten Erfindung ist vorgesehen, durch eine spezielle Synchronisation der drei Phasen des Wechselrichters bzw. mit einer von vornherein die benötigte Phasenverschiebung von 120° berücksichtigenden Ermittlung der Ansteuersignale des Wechselrichters ein aus drei um 120° versetzten Ausgangsspannungen bestehendes Drehstromsystem zu erzeugen.If energy processing is to be carried out at particularly low efficiency, then one is to achieve even energy consumption from the DC link. The invention Circuit arrangement fulfills this claim through the three-phase structure of the output-side inverter. Here the frequency corresponds to the oscillating power six times the network frequency and the smoothing effort is reduced accordingly, resulting in a smaller design for the DC link choke and the intermediate circular capacitor leads. According to the advantageous embodiment of the invention mentioned here is provided by a special synchronization of the three phases of the inverter or with a required phase shift of 120 ° from the start taking into account the determination of the drive signals of the inverter one out of three 120 ° offset output voltages to generate an existing three-phase system.

In bestimmten Einsatzfällen ist eine Anbindung des Wechselrichters an ein öffentliches Versorgungsnetz nicht vorgesehen bzw. nicht möglich. Wegen der notwendigen Versorgungsspannungen der elektronischen Baugruppen wird ein zusätzlicher Energiespeicher bzw. eine zusätzliche Energiequelle benötigt. Diese kann sowohl das öffentliche Versorgungsnetz, aber auch ein Akkumulator sein. Steht das Netz nicht zur Verfügung und existiert auch keine Akkumulatoreinheit, die in der Regel sehr kosten- und wartungsintensiv ist, so besteht bei der hier beschriebenen Erfindung die Möglichkeit, die Hilfsspannungen ebenfalls aus der Energie der Solarzellen zu erzeugen. Der erfindungsgemäße Wechselrichter besitzt eine Spannungsversorgung, die parallel zum Leistungsteil ebenfalls von den angeschlossenen Solarzellen gespeist wird. Beim Überschreiten eines bestimmten minimalen Energieeintrags der Module übernimmt ein spezielles Netzteil die Versorgung der elektrischen Baugruppen des Solarwechselrichters. Dieses Netzteil realisiert die Bereitstellung verschiedener potentialgetrennter Versorgungsspannungen, so für die Ansteuerelektronik des Eingangswechselrichters, die Microcontrollersteuereinheit sowie die Ansteuerelektronik des netzseitigen Wechselrichters.In certain applications, the inverter is connected to a public one Supply network not provided or not possible. Because of the necessary Supply voltages for the electronic assemblies become an additional one Energy storage or an additional energy source required. This can be both public supply network, but also an accumulator. The network is not available Available and there is no accumulator unit, which is usually very expensive and is maintenance-intensive, so there is the possibility in the invention described here, the To generate auxiliary voltages also from the energy of the solar cells. The Inverter according to the invention has a voltage supply that is parallel to Power section is also powered by the connected solar cells. At the Exceeding a certain minimum energy input of the modules takes over Special power supply unit for supplying the electrical components of the solar inverter. This power supply unit realizes the provision of various electrically isolated Supply voltages, so for the control electronics of the input inverter Microcontroller control unit and the control electronics of the grid-side inverter.

Bei bestimmten Verbrauchern ist es erforderlich, im Einschaltmoment einen erhöhten Energiebedarf abzudecken. Solche Verbraucher sind z. B. elektrische Antriebe, (z. B. Pumpenantriebe). Da der Energieeintrag der Solaranlage aber nicht ausreicht, um diese erhöhte Leistung bereitzustellen, kann es zu Anlaufproblemen kommen. Um nun den Einschaltstrom zu reduzieren, werden erfindungsgemäß durch ein spezielles Steuerverfahren beim Betrieb von elektrischen Antrieben die Ausgangsfrequenz und -spannung des Wechselrichters reduziert. Durch die Möglichkeit der Einstellung von Betrag und Frequenz der Wechselrichterausgangsspannung ist es möglich, bei sich verminderndem Energieeintrag der Solarzellen den Arbeitspunkt des Antriebs nachzuführen und durch eine Frequenzabsenkung, verbunden mit einer Leistungsabsenkung den kontinuierlichen Betrieb des Antriebs zu gewährleisten.With certain consumers it is necessary to increase the switch-on torque Cover energy needs. Such consumers are e.g. B. electric drives, (e.g. Pump drives). However, since the energy input of the solar system is not sufficient for this Providing increased performance can lead to start-up problems. To now To reduce the inrush current are according to the invention by a special Control procedures in the operation of electric drives the output frequency and voltage of the inverter reduced. By the possibility of setting amount and frequency of the inverter output voltage, it is possible with decreasing Energy input of the solar cells to track the operating point of the drive and through a Frequency reduction, combined with a reduction in performance, continuous operation to ensure the drive.

Für die schaltungstechnische Umsetzung der vorab erwähnten Komponenten eingangs seitiger Wechselrichter und ausgangsseitiger Wechselrichter (Netzwechselrichter) ist sowohl eine Mittelpunktschaltung als auch eine Brückenschaltung möglich. Wird der Wechselrichter in Brückenschaltung ausgelegt, so vermindert sich die Spannungsbelastung der Ventile um den Faktor 0.5 gegenüber der Mittelpunktschaltung. Insbesondere in Hinblick auf die erforderliche Zwischenkreisspannung von rund 600 V wurde bei der Auswahl des Brückentyps sowohl eingangsseitig als auch ausgangsseitig auf eine Brückenschaltung orientiert. Um die Regelung der Ausgangsspannung bei schwankenden Eingangsspannungen und unterschiedlichen Belastungen zu realisieren, werden die Schaltelemente des Eingangswechselrichters so gesteuert, daß die Eingangsklemmen des Transformators mit einer einstellbaren Spannungs-Zeitfläche beschaltet werden. Dazu werden die eingangsseitigen Halbleiterbauelemente mit einer Impulsfolge konstanter Frequenz und einem festen Tastverhältnis von 0.5 angesteuert, wobei jedoch die Phasenver schiebung zwischen der rechten und der linken Brückenhälfte variiert wird, so daß an den Eingangsklemmen des Transformators unterschiedliche Spannungs-Zeitflächen auf die Sekundärseite transformiert werden (Phase-Shifting).For the circuit implementation of the components mentioned above side inverter and output inverter (grid inverter) is both a center switch as well as a bridge switch possible. Will the inverter designed as a bridge circuit, the voltage load on the valves is reduced by the factor 0.5 compared to the center switching. Especially with regard to the required DC link voltage of around 600 V was selected when selecting the Bridge type both on the input side and on the output side to a bridge circuit oriented. To regulate the output voltage when fluctuating Realize input voltages and different loads Switching elements of the input inverter controlled so that the input terminals of the Transformers can be wired with an adjustable voltage-time area. To the semiconductor components on the input side become more constant with a pulse train Frequency and a fixed duty cycle of 0.5 driven, however, the phase ver shift between the right and left half of the bridge is varied, so that at the Input terminals of the transformer have different voltage-time areas on the Secondary side are transformed (phase shifting).

Wegen der Streuinduktivität und parasitären Kapazitäten des Transformators kommt es bei Schaltfrequenzen im Kilohertzbereich zu einem hochfrequenten Einschwingvorgang. Dieser führt zu einer erhöhten Spannungsbelastung der Gleichrichterdioden, die das Doppelte der Primärspannung multipliziert mit dem Übersetzungsfaktor des Transformators betragen kann. Erfindungsgemäß wird durch eine RC-Beschaltung (RC-Snubber) am Ausgang das Überschwingen im Schaltvorgang entsprechend der Dimensionierung des RC-Netzwerkes reduziert.Because of the leakage inductance and parasitic capacitances of the transformer, it happens Switching frequencies in the kilohertz range for a high-frequency settling process. This leads to an increased voltage load on the rectifier diodes, which is twice the Primary voltage multiplied by the transformer's transformation factor can. According to the invention, this is achieved by an RC circuit (RC snubber) at the output Overshoot in the switching process according to the dimensions of the RC network reduced.

Da die gleichgerichtete Transformatorausgangsspannung aus hochtransformierten, pulsweitenmodulierten Rechteckblöcken der Speisegleichspannung der Solarmodule besteht, machen sich zusätzliche Glättungsmaßnahmen erforderlich. Durch das Nachschalten einer Zwischenkreisinduktivität und eines Zwischenkreiskondensators wird glättend auf den Verlauf der gleichgerichteten Spannung und des gleichgerichteten Stromes eingewirkt.Since the rectified transformer output voltage consists of highly transformed, Pulse-width-modulated rectangular blocks of the DC supply voltage of the solar modules additional smoothing measures are necessary. By the Subsequent connection of an intermediate circuit inductance and an intermediate circuit capacitor smoothing on the course of the rectified voltage and the rectified current acted.

Da besonders bei Solaranlagen der Energieeintrag stark von der Witterung abhängig ist, kann durch einen zusätzlichen Energiespeicher eine kontinuierliche Energiebereitstellung realisiert werden. Erfindungsgemäß wird dabei ein Schaltwandler zur Anpassung der unterschiedlichen Spannungsebenen parallel zur Solarzelle geschaltet, welcher den eigentlichen physikalischen Energiespeicher speist. Dabei handelt es sich in der Regel um Akkumulatoren oder Wasserstoffbrennstoffzellen/Hydrolyseure, die mit einer Kleinspannung betrieben werden. Das Zu- und Abschalten des Energiespeichers, abhängig vom Energie eintrag/Energieverbrauch (Energiemanagement), übernimmt dabei ein separates Steuermodul.Since the energy input is very dependent on the weather, especially in solar systems, can provide continuous energy supply through an additional energy storage will be realized. According to the invention, a switching converter for adapting the different voltage levels connected in parallel to the solar cell, which the feeds actual physical energy storage. As a rule, these are Accumulators or hydrogen fuel cells / hydrolysers with a low voltage operate. Switching the energy storage on and off, depending on the energy Entry / energy consumption (energy management), takes over a separate Control module.

Durch eine transformatorische Kopplung der Wechselrichterausgangsspannung mit der Spannung der Solarmodule und einer zusätzlichen optoelektronischen Potentialtrennung wird auch bei Anbindung des Ausgangswechselrichters an das Netz eine Potentialfreiheit der Solarmodule und der Ansteuerelektronik garantiert, so daß sich das Gerät problemlos mit anderen elektrischen und elektronischen Komponenten (z. B. Personalcomputer, SPS- Steuerung, . . .) verschalten läßt.Through a transformer coupling of the inverter output voltage with the Voltage of the solar modules and an additional optoelectronic electrical isolation If the output inverter is connected to the grid, the Guaranteed solar modules and the control electronics, so that the device with no problem other electrical and electronic components (e.g. personal computer, PLC Control,. . .) can be connected.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung besitzt entsprechende Steuereingänge, wodurch mehrere Wechselrichter miteinander synchronisiert werden können und somit die Leistung der zu generierenden Inselnetze nachträglich erhöht wird. Ein als Master arbeitender Wechselrichter gibt dabei die Spannungsamplitude, die Frequenz und die Phasenlage dieses Netzes vor.The circuit arrangement according to the invention has corresponding control inputs, whereby several inverters can be synchronized with each other and thus the Performance of the island networks to be generated is subsequently increased. One as a master working inverter gives the voltage amplitude, the frequency and the Phase of this network.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in der nachfolgenden Fig. 1 "Schaltungstechnischer Aufbau des Solarwechselrichters" und Fig. 2 "Regelungs- und Steuerungsschema" ersichtlich.Further details of the invention can be seen in the following Fig. 1 "Circuit design of the solar inverter" and Fig. 2 "Regulation and control scheme".

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung des Solarwechselrichters wird von einem Solarzellenmodul (1) gespeist. Die Eingangsspannung des Solarwechselrichters wird mit Hilfe einer Eingangskapazität (2) gepuffert und einem Wechselrichter in B2- Brückenschaltung zugeführt (3). Der nachfolgende Hochfrequenztransformator (4) führt eine Anpassung, in der Regel eine Hochsetzstellung, der im Kilohertzbereich gepulsten Gleichspannung der Solarmodule durch. Ein nachfolgender ungesteuerter Gleichrichter in B2-Brückenschaltung (5) wird zur Verminderung des Überschwingens bei Umschaltvorgängen mit einem RC-Snubber (6) beschaltet. Mit Hilfe eines Zwischenkreiskondensators (7) und einer Zwischenkreisdrossel (8) werden die Gleichspannung und der Gleichstrom geglättet. Der nachgeschaltete Wechselrichter in B6- Brückenschaltung (9) erzeugt aus der Gleichspannung ein dreiphasiges symmetrisches Drehspannungssystem (10) durch eine pulsweitenmodulierte Ansteuerung der Leistungshalbleiterbauelemente S1 bis S6. Ein Ansteuerautomat für den Hochsetzsteller (12) und ein Ansteuerautomat für den Wechselrichter (13) übernehmen die Generierung der Ansteuersignale für die Leistungshalbleiter. Der Sollwert für die Spannungsregelung (11) des Hochsetzstellers sowie die pulsweitenmodulierten Signale des Wechselrichters werden von einer Microcontrollersteuerung (14) vorgegeben.The circuit arrangement of the solar inverter according to the invention is fed by a solar cell module ( 1 ). The input voltage of the solar inverter is buffered using an input capacitance ( 2 ) and fed to an inverter in B2 bridge circuit ( 3 ). The subsequent high-frequency transformer ( 4 ) carries out an adaptation, usually a step-up position, of the DC voltage of the solar modules that is pulsed in the kilohertz range. A subsequent uncontrolled rectifier in B2 bridge circuit ( 5 ) is connected with an RC snubber ( 6 ) to reduce overshoot during switching processes. The DC voltage and the DC current are smoothed using an intermediate circuit capacitor ( 7 ) and an intermediate circuit choke ( 8 ). The downstream inverter in B6 bridge circuit ( 9 ) generates a three-phase symmetrical three-phase voltage system ( 10 ) from the direct voltage by pulse-width-modulated control of the power semiconductor components S1 to S6. An automatic control device for the step-up converter ( 12 ) and an automatic control device for the inverter ( 13 ) take over the generation of the control signals for the power semiconductors. The setpoint for the voltage control ( 11 ) of the step-up converter and the pulse-width-modulated signals of the inverter are specified by a microcontroller control ( 14 ).

Zusammenfassend wird festgestellt, daß die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eine qualitative Weiterentwicklung von bestehenden Systemen besonders in Hinblick auf einen wahlweisen Netz- oder Inselbetrieb, auf den Einsatz von Energiespeichern und auf die Möglichkeit der variablen Einstellung von Frequenz und Spannung für spezielle Energieverbraucher ist.In summary, it is stated that the circuit arrangement according to the invention is a qualitative further development of existing systems especially with regard to one optional grid or island operation, on the use of energy storage and on the Possibility of variable setting of frequency and voltage for special Is an energy consumer.

Claims

1. Circuit arrangement of a solar inverter for converting the DC voltage from solar modules into a three-phase system with 3 output voltages offset by 120 °, characterized in that the input DC voltage is converted by means of an input inverter into a high-frequency alternating pulsed AC voltage and with the aid of a downstream transformer a voltage boost or voltage drop takes place, the output alternating voltage of the transformer is rectified in the following and a downstream intermediate circuit capacitor is charged and an approximately sinusoidal output voltage is generated by a downstream inverter by pulsing this intermediate circuit voltage, which corresponds in amplitude and frequency to the mains voltage and by which Pulse width modulation is relatively low harmonics.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that an energy memory on the DC voltage side is switched on (e.g. accumulator, hydrogen fuel cell / hydrolyser) and by means of a switching converter the voltage level adjusted the DC voltage to the input voltage of the energy storage device is, the connection and disconnection of the energy storage by a separate control unit according to the energy input of the solar system.

3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that a Inverter is operated in the input stage (input inverter) and this one high-frequency voltage pulse train in the kilohertz range generated by a High frequency transformer is transmitted.

4. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that a Input inverter according to claim 2, in a two-pole bridge circuit is operated and is designed as a push-pull stage with a sequential Controllers by a pulse sequence of constant frequency, but with a variable Phase shifting the semiconductor components T1 and T3 and T2 and T4 is controlled.

5. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the Transformer-connected rectifiers (output rectifiers) as two-pole uncontrolled bridge circuit is executed and to reduce the span load of the rectifier valves is connected with an RC snubber.

6. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the Output rectifier downstream DC link inductance and the downstream DC link capacitor a decoupling of the input from the output stage carry out and simultaneously smooth the direct current and direct voltage.

7. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the output sided inverter in bridge circuit (B6) and three offset by 120 ° Voltage phases generated, so three-phase consumers can be connected.

8. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the 3 phases of Output inverter can be connected to the grid or to supply a Island network or one or more consumers.

9. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the output sided inverter to generate a low-frequency, low harmonic Output voltage via a pulse width modulated voltage pulse train in the middle Kilohertz range is controlled.

10. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that for providing the auxiliary energy for the input and output stage of the solar inverter and the Microcontroller control unit is provided a separate power supply, which itself by the Solar cells are fed, which turns on with a corresponding energy input and takes over an auxiliary voltage supply of the aforementioned components.

11. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the input side inverter is operated via a corresponding regulation of the pulse width (phase shifting method) at a constant pulse frequency with a voltage regulation and the output-side inverter to generate a sinusoidal output voltage is controlled with pulse width modulated control pulses.

12. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that a complete Electrical isolation between the output-side inverter and the feeding one Voltage of the solar modules through a transformer voltage coupling and to the control electronics by optoelectronic signal transmission (Three way separation).

13. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that about corresponding control inputs of the information processing electronics several Solar inverters can be connected in parallel according to the master-slave principle, being a device voltage, frequency and phase of the inverter output voltages pretends.