-
Beschreibung
-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anschalten eines
Umrichters an die Ausgangsklemmen eines Solargenerators und eine Anordnung zur Durchführung
des Verfahrens.
-
Um betriebsfähig zu sein, benötigen statische Umrichter ein Mindestmaß
an Eingangsleistung. Diese Mindestleistung ist zum Versorgung der Steuereinrichtungen
und der Leerlaufverluste des Umrichters und der daran angeschlossenen Last, die
zumeist aus Motoren besteht, notwendig.
-
Bei der Versorgung des Umrichters aus dem Netz kann man vcr.auC-setzen,
daß stets die benotigte Versorgungsleistung zur Verfügung steht.
-
Anders verhält es sich, wenn der Umrichter aus einem Solargenerator
versorgt wird, wie es in photovoltaischen Energieversorgungs- (rvn-) Anlagen der
Fall ist. Bier ist das vom Solargenerator zur Verfügung stehende Leistungsangebot
direkt von der Intensität der momentanen Sonneneinstrahlung abhangig.
-
Schaltet man den Umrichter in Zeiten unzureichenden Leistun,>-angebots
des Solargenerators ein, kann die Solargeneratorspannung auf einen Wert absinken,
bei dem Schutzeinrichtungen des Umrichters ansprechen und das Abschalten des Umrichters
veranlassen.- Bleibt der Einschaltbefehl für den Umrichter weiterhin bestehen, ist
ein fortdauerndes Ein- und Ausschalten des Umrichters die Folge. Dies dauert solange
an,
bis der Solargenerator ausreichend Leistung abgeben kann.
-
Darüber hinaus muß der Solargenerator belastbar sein, damit die am
Umrichter betriebene Last ihre Aufgabe erfüllen kann.
-
Handelt es sich bei der Last beispielsweise um einen Antrieb für Wasserpumpen,
so setzt die Wasserförderung erst bei einer anlage- und pumpenspezifischen Nindestaufnahmeleistung
der Pumpe ein. Zudem ist der Wirkungsgrad der Anlage im Schwachlastbereich äußerst
gering.
-
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein Verfahren zum #nschalten
eines Umrichters an die Ausgangsklemmen eines SolaL-generators anzugeben, mit dem
festgestellt werden kann, ob der Solargenerator über eine angemessene Ausgangsleistung
Werfügt, bevor der Umrichter in Betrieb gesetzt wird. Die Anordnung zur Durchführung
des Verfahrens ermöglicht ein leistengsorientiertes automatisches Einschalten der
Solargeneratorlast.
-
Daher soll sie als leistungsorientierte Einschaltautomatik kL^) bezeichnet
werden.
-
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten
Merkmale gelöst.
-
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird sowohl
die
automatische Inbetriebnahme der PVE-Anlage nach dem Sonnenaufgang als auch das automatische
Wiedereinschalten der Anlage nach vorübergehender Abschattung des Solargenerators,
unter der Voraussetzung, daß der Solargenerator die durch die Schaltungsauslegung
bestimmbare Mindestleistung erbringen kann, ermöglicht.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in C13 Unteransprüchen
gekennzeichnet. So erhält man durch das Anfügen einer kleinen Zusatz schaltung zusätzlich
zur Nindestleistur-#serkennung einen Laderegler für Akkumulatoren. Hiermit ist es
möglich, in den Zeiten, in denen der Solargenerator die geforderte iSindestleistung
nicht abgeben kann, Akkumulatoren zu laden. Diese können u.a. dazu dienen, bei kurzzeitigen
Abschattungen des Generators den Umrichterb#tr##.b sicherzustellen oder eine elektrische
Beleuchtung in Nacktzeiten zu ermöglichen.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend anhand der in der
Zeichnung dargestellten Anordnung zur Durchführung des Verfahrens erläutert.
-
Fig. 1 zeigt die leistungsorientierte Einschaltautomatik (LEA) im
Eingangskreis eines Umrichters, der aus einem Solargenerator gespeist wird.
-
Fig. 2 zeigt die Grundschaltung der leistungsorientierten Einschaltautomatik,
Fig.
3 zeigt ein Schaltbild der leistungsorientierten Einschaltautomatik mit einer Melde-
bzw. Schalteinrichtung.
-
Fig. 4 zeigt ein Schaltbild der leistungsorientierten Einschaltautomatik
mit Melde- bzw. Schalteinrichtung und einem Laderegler für einen Akkumulator.
-
Fig. 5 zeigt anhand der U-I Kennlinien von Solargenerator und der
leistungsorientierten Einschaltautomatik die Lage der Schaltpunkte bei unterschiedlichen
3eleuchtungsstärken für den Solargenerator.
-
In der Fig. 1 ist mit 1 ein Solargenerator bezeichnet, dessen Ausgänge
über Leitungen a, b einem manuell betätigbaren Schalten 2, einem steuerbaren Schalter
3 und mit den Eingang eines Umrichters 4 verbunden sind. In dem Beitungszweig a
ist eine Drossel 5 angeordnet. Die Ausgangsspannung U und die Frequenz f des Umrichters
4 werden von einer Umrichtersteuerung 6 gesteuert, die auch die Signale für den
steuerbaren Schalter 3 abgibt. Parallel zum Eingang des Umrichters 4 ist ein Kondensator
7 angeordnet, dessen Spannung an Eingangsklemmen der Schaltung 6 anliegt. Ein Wandler
8 führt der Schaltung 6 eine dem Strom 1d proportionale Größe zu. Parallel zu dem
Ausgang des Solargenerators 1 ist nach dem Schalter 2 über einen Kontakt S eine
leistungsorientierte Einschaltautomatik 9 angeordnet,
deren Aufbau
und deren Wirkungsweise weiter unten beschrieben ist. S ist ein Kontakt des steuerbaren
Schalters v der von der Schaltung 6 gesteuert wird.
-
Die Ausgangssignale der leistungsorientierten Einschaltautomatik 9
beaufschlagen die Schaltung 6 zur Steueruso des Umrichters 4. Wenn die leistungsorientierte
Einschaltautomatik 9 bei Vorhandensein der Leerlaufspannurg bzw.
-
der erforderlichen Leistung des Solargenerators 1 ein entsprechendes
Signal an die Schaltung 6 abgibt werden die steuerbaren Schalter 3 geschlossen und
der Kontakt S geöffnet. Damit wird die vom Solargenerator 1 abgegebene Spannung
dem Umrichter 4 zugeführt und die leistungsorientierte Einschaltautomatik 9 abgeschaltet.
-
Die Fig. 2 zeigt die Grundschaltung der leistungsorientlerten Einschaltautomatik
9. Diese ist über den Kontakt S zwischen die Leitungen a und b, die die Ausgangsklemmen
des Solargenerators 1 (Fig. 1) mit dem Umrichter 4 (Fig.1) verbinden, geschaltet.
Sie besteht aus zwei parallelen Reihenschaltungen, die an einem Pol des Kontaktes
S und an die Leitung b angeschlossen sind. Die Reihenschaltungen werden gebildet
aus einem Widerstand R 1, einem absolaltbaren, in Durchlaßrichtung geschalteten
Thyristor (GTO) T 1 und einem Widerstand R 2 einerseits und einen Widerstand P 4
und einem in Durchlaßrichtung geschalteten Thyristor 2 andererseits. Parallel zum
Widerstand R 2 liegt ein Kondersator
C 1. An die Steuerelektrode
des abschaltbaren Thyristors T 1 ist die Anode einer Zenerdiode D 1 angeschlosen
deren Kathode am Verbindungspunkt des Widerstandes R mit der Anode des Thyristors
fP 2 liegt. An die Steuerelektrode des Thyristors T 2 ist die Anode einer Zenerdiode
D 2 angeschlossen deren Kathode am Verbindungspunkt des Widerstandes R 2 mit der
Kathode des abschaltbaren Thyristors i liegt.
-
Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 ist folgende:
Steigt die Spannung des Solargenerators 1 (Fig. 1) an ower wird die Schaltungsanordnung
über die Leitungen a, b an die volle Leerlaufspannung des Generators 1 gelegt, so
wird zunächst der Abschaltthyristor(GTO) g IC 1 über den Widerstand R 3 gezündet.
Dadurch wird die Generatorspannung auf einen Wert kurzgeschlossen, der von den Widerständen
P.-i und R 2 der Schaltung und dem Momentwert des Solargeneratokurzschlußstromes
bestimmt wird.
-
Der Widerstand R 1 begrenzt beim Einschalten von T 1 aus hoher Spannung
den Einschaltstrom. Diese Aufgabe kann zur Verminderung der Verlustleistung auch
eine Drossel L übernehmen, diese ist dann mit einer Diode D oder einem Widerstand
zu beschalten. Erreicht der Kurzschlußstrom eine bestimmte Höhe, die ein Maß für
die Generatorleistunc ist, wird der Thyristor T 2 über den Spannungsabfall am Tiderstand
R
2 gezündet. Dieser bewirkt das Abschalten des Abschaltthyristors T 1, indem er den
parallel zu R 2 geschalteten Kondensator C 1 in Sperrpolarität zur Ga#e-Kathodenstrecke
von T 1 legt. Die Spannung des Generators kann nun auf ihren Leerlaufwert ansteigen.
Indem der Thyristor T 2 über den Widerstand R 3 seinen Haltestrom erhält und leitend
bleibt, wird ein Wiederzünden von T 1 sicher verhindert.
-
Das Anspringen der Solargeneratorspannung au seinen Beerlaufwert oder
das Zünden bzw. Leitendsein von T 2 nach dem Erreichen der Nindestleistung kann
man als Einschaltkriterium für das Einschalten des Umrichters 4 (Fig. 1) heranziehen.
-
Dazu ist die Schaltungsanordnung 9 nach Fig. 2 um eine Melde-oder
Schalteinrichtung erweitert und in Fig. 3 dargestellt.
-
Die Melde- oder Schalteinrichtung dient dazu, den Einschaltvorgang
für die Last nach dem Erkennen der Wineestleistung des Generators einzuleiten. Dazu
ist zwischen den Widerstand R 3 und dem thyristor T 2 noch eine in Durchlaßrichtung
gepolte Diode D 3 geschaltet. Parallel zum Widerstand R 3 und der Diode D 3 liegt
eine Einen schaltung aus einem Widerstand R 4 und einer Relaisspule d 1. An Stelle
der Relaisspule kann ein OptoRcppier oder dergl. angeordnet sein. Nach dem Einschalten
der Last
öffnet der Kontakt S und schaltet die leistungsorientierte
Einschaltautomatik 9 ab.
-
Fig. 5 zeigt anhand der U-I-Kennlinien vom Solargenerator 1 und der
leistungsorientierten Einschaltautomatik 9 die Lage der Schaltpunkte bei unterschiedlichen
Beleuchtungsstärken # für den Solargenerator.
-
Wenn die Beleuchtungsstärke den Wert # An erreicht, wird aufgrund
der dann herrschenden Solargeneratorspannung USG>UAll der Abschaltthyristor T
1 über R 3 gezündet. Über die Reihenschaltung der Widerstände R 1 und R 2, die dadurch
an die klemmen des Solargenerators geschaltet sind, fließt der Kurzschlußstrom des
Solargenerators IK'An. Die Solar- Die 1K'An generatorspannung sinkt auf den Wert
UU = 1K'An R1,2 ab.
-
Mit zunehmender Beleuchtungsstärke nimmt der Kurzschlußstrom des Solargenerators
zu und damit auch die Spannung an dem Widerstand R 2.
-
Bei der Beleuchtungsstärke # Mindest hat der Solargenerator seine
geforderte Mindestleistungsfähigkeit erreicht.
-
Die Solargeneratorspannung ist auf den Wert UEin angestiegen, der
zur Zündung des Thyristors g 2 über die Spannung an R 2 ausreicht, um die Löschung
des Abschaltthyristors T 1 zu bewirken.
-
Da der Solargenerator nach dem Abschalten von T 1 nur ccvh mit dem
Haltestrom von T 2 belastet wird, kann dessen Spannung annährend auf den Leerlaufwert
UO ansteigen.
-
Um den Solargenerator 1 (Fig. 1) auch während der Phasen, in der er
nicht seine geforderte Hindestleistung abgibt nutzen zu können, ist erfindungsgemäß
die leistungsorientierte Einschaltautomatik 9 um eine Ladeeinrichtung I für einen
Akkumulator B, wie in Fig. 4 dargestellt, erweitert. Sie besteht aus einem Thyristor
3, der mit seinem Anode an die Kathode des Thyristors g 2 und mit seiner Kathode
an die Leitung b angeschlossen ist. Parallel zum Thyristor T 3 liegt eine Reihenschaltung
bestehend cvlS einer Sperrdiode D 4 und des Akkumulators B. In den Zündkreis des
Thyristors T 3 ist eine Zenerdiode D 5 argeordr-t, deren Kathode an die Verbindung
der Kathode der Sperrdiode 4 mit dem Minuspol des Akkumulators B angeschlossen ist.
-
Die Wirkungsweise der ~ladeeinrichtung ist folgende: Der von der leistungsorientierten
Einschaltautomatik 9 benötigte Teststrom zur Mindestleistungserkennung avs Solargenerators
1 - das ist der Kurzschlußstrom der bei leitenden Abschaltthyristor T 1 durch diesen
fließt - wird zur Ladung des Akkumulators B herangezogen. Dazu wird er über die
Sperrdiode D 4, den Akkumulator B und über die Leitung b zurück zum Solargenerator
1 geleitet.
-
Die Aufladung des Akkumulators B ist beendet, wenn er entweder seine
Ladeendspannung erreicht hat, oder der. Solar generator seine Mindestleistung erreicht
hat. Im ersten Fall löst die Ladeendspannung des Akkumulators 3 über die Zenerdiode
D 5 die Zündung des Thyristors T 3 aus.
-
Damit wird die Sperrdiode D 4 von der Spannung des Akkumulators B
in Sperrpolarität gehalten und damit der Ladestrom des Akkumulators B unterbrocher.
Er fließt als Teststrom über den Thyristor T 3 weiter.
-
Im zweiten Fall, bei dem der Solargenerator 1 sehne Nindestleistung
erreicht hat leitet die Spannung an R 2, wie schon beschrieben, die Zündung des
Thyristor 11 : e-n so daß der Abschaltthyristor T 1 gesperrt und der Lacestrom unterbrochen
wird.
-
Leerseite