Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein aus einem elektrischen Wechselstromnetz versorgbares

Elektrogerät und ein Verfahren zur Fehlererkennung.

Es ist bekannt, Vorrichtungen mit einer rückspeisefähigen Versorgungseinheit auszustatten. Beispielsweise werden in der Solartechnik oder in der Antriebstechnik erzeugte Energieflüsse ins öffentliche elektrische Versorgungsnetz rückgespeist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Rückspeisung weiterzuentwickeln, so dass bestimmte Fehler schnell erkennbar sind.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Elektrogerät nach den in Anspruch 1 und bei dem Verfahren nach den in Anspruch 12 angegebenen Merkmalen gelöst.

Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem aus einem elektrischen Wechselstromnetz versorgbaren Elektrogerät sind, dass zumindest eine Netzphasenspannung erfasst und einem Filter zugeführt wird, dessen Ausgangssignal einer Auswerteeinheit zugeführt wird, der auch das erfasste Spannungssignal zugeführt wird.

Von Vorteil ist dabei, dass die erfassten Spannungswerte mit Referenzwerten verglichen werden, die durch Bandpassfilterung erzeugt werden. Somit ist ein schnelles Erkennen von Fehlern, wie Netzausfall oder Netzphasenausfall möglich.

Ein weiterer Vorteil ist auch, dass mittels der Filterung, insbesondere der Bandpassfilterung die Grundschwingung der Netzspannung ohne weiteren Aufwand zur Verfügung steht, so dass diese auch in der Regelung der Vorrichtung, insbesondere im Stromregler eines umfassten Umrichters, verwendbar ist. Außerdem liefert die Erfindung auch einen Wert der Netzfrequenz, welcher somit ebenfalls weiter bei Verfahren zum Regeln der Vorrichtung verwendbar ist.

BESTÄTIGUNGSKOPIE Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Netz ein einphasiges Netz oder ein Drehstromnetz. Von Vorteil ist dabei, dass die Vorrichtung und das Verfahren unabhängig von der Phasenzahl des Netzes anwendbar ist. Sie ist also sogar für mehrphasige Netze anwendbar.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden alle Netzphasenspannungen erfasst und jeweiligen Filtern zugeführt, deren Ausgangssignale jeweils einer Auswerteeinheit zugeführt werden, der auch die erfassten Netzphasenspannungswerte zugeführt werden. Von Vorteil ist dabei, dass eine Überwachung auf Netzfehler ausführbar ist und eine besonders hohe Reaktionsgeschwindigkeit erreichbar ist, da ein Vergleich mit Referenzwerten ausführbar ist. Da die Referenzwerte langsamer reagieren als die erfassten Spannungswerte ist eine störsichere Fehlererkennung ausführbar.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Bestimmungsmittel zur Bestimmung eines Spannungsraumzeigers aus den erfassten Spannungswerten, der als komplexer Vektor darstellbar ist, vorgesehen, wobei Realteil und Imaginärteil dieses Vektors als Spannungswerte einem jeweiligen Filter zugeführt werden und die Ausgangssignale einer Auswerteeinheit zugeführt werden, der auch der Realteil und Imaginärteil zugeführt werden. Von Vorteil ist dabei, dass im

Wesentlichen die Drehung des Raumzeigers überwachbar ist und bei Abweichungen vom Sollverlauf eine Fehlermeldung auslösbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Filter ein Bandpass beziehungsweise sind die Filter jeweils als Bandpässe ausgeführt, wobei jeder Bandpass eine steuerbare

Mittenfrequenz aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass der Mittenfrequenzwert dem Wert der Netzfrequenz nachführbar ist. Somit ist die Vorrichtung an verschiedenen Netzfrequenzen betreibbar oder auch an Netzen, deren Frequenz veränderlich ist. Im letztgenannten Fall darf allerdings die Änderung der Netzfrequenz nur langsamer sein als der Reaktionszeit beim Nachführen der Mittenfrequenz entspricht.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Vergleichsmittel zum Vergleichen der

Ausgangssignale des Bandpasses oder der Bandpässe mit den jeweiligen Eingangssignalen der Bandpässe vorgesehen. Die Vergleichsmittel sind mit Bestimmungsmitteln zur

Bestimmung einer Regelabweichung verbunden, die einem Regler zugeführt wird, dessen Stellgröße die Mittenfrequenz oder Mittenfrequenzen des Bandpasses oder der Bandpässe ist. Den Vergleichsmitteln werden gefilterte und ungefilterte Komponenten des Spannungsraumzeigers zugeführt, insbesondere Realteil und Imaginärteil, so dass gemäß Additionstheorem oder darauf basierenden mathematischen Operationen die Phase oder ein der Phase entsprechender Wert bestimmbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache mathematische Darstellung und Auswertung verwendbar ist, da nur eine

Lineartransformation der erfassten Spannungswerte zur Bestimmung von Realteil und Imaginärteil notwendig ist. Somit ist auch nur wenig Rechenleistung notwendig. Dies gilt auch für die Operationen innerhalb der Vergleichsmittel, so dass eine Ausführung in Echtzeit ermöglicht ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die rückspeisefähige Versorgungseinheit als Gleichrichter, insbesondere Drehstromgleichrichter, wirksam, insbesondere bei Versorgung aus dem Netz, wobei aus der gleichgerichteten Spannung ein oder mehrere, von der Vorrichtung umfasste Wechselrichter versorgt sind, mit dem oder denen jeweilige Elektromotoren gespeist sind. Von Vorteil ist dabei, dass die Vorrichtung als Umrichter ausführbar ist, so dass die Drehzahl der gespeisten Elektromotoren regelbar ist. Da aus der gleichgerichteten Spannung mehrere Elektromotoren versorgbar sind, sind die jeweils generatorisch erzeugten Energieflüsse über diesen durch die gleichgerichtete Spannung dargestellten Zwischenkreis den motorisch arbeitenden Elektromotoren zuführbar. Nur falls die motorisch benötigen Energieflüsse geringer als die generatorisch erzeugten Energieflüsse sind, ist eine Rückspeisung ins Netz zu aktivieren. Vorzugsweise ist am Zwischenkreis ein Energiespeicher zur Pufferung vorgesehen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen Versorgungseinheit und versorgendem elektrischen Netz ein Netzfilter angeordnet, wobei im Netzfilter jeder Netzphase eine als Induktivität wirksame Wicklung zugeordnet ist und die Wicklungen auf einem Kern derart angeordnet sind, dass eine stromkompensierte Netzdrossel gebildet ist. Von Vorteil ist dabei, dass zwischen den Spannungserfassungsmitteln und der Versorgungseinheit ein

elektronisches Bauteil vorgesehen ist, so dass der rückgespeiste Energiefluss nicht direkt spannungserhöhend wirkt sondern indirekt. Somit ist die Rückspeisung möglichst gut phasenrichtig ausführbar. Die stromkompensierte Netzdrossel wirkt bei der Rückspeisung besonders vorteilhaft. Insbesondere werden an der dem Netz abgewandten Seite der Induktivität ein oder mehrere Phasenströme erfasst, wobei die erfassten Stromwerte und die erfassten Spannungswerte auch einer

Steuerelektronik zugeführt werden, die pulsweitenmodulierte Ansteuersignale erzeugt, die ansteuerbaren Halbleiterschaltern zugeführt werden, welche in einer aus Halbbrücken von Halbleiterschaltern gebildeten Rückspeiseeinheit angeordnet sind.

Vorzugsweise ist die rückspeisefähige Versorgungseinheit als Gleichrichter, insbesondere Drehstromgleichrichter, wirksam, insbesondere bei Versorgung aus dem Netz, wobei aus der gleichgerichteten Spannung ein oder mehrere, von der Vorrichtung umfasste Wechselrichter versorgt sind, mit dem oder denen jeweilige Elektromotoren gespeist sind. Von Vorteil ist dabei, dass die von der Rückspeiseeinheit gestellte Spannung derart stellbar ist, dass ein vorgebbarer Leistungsfluss ins Netz rückspeisbar ist, wofür der netzseitige Strom auf einen entsprechenden Sollwert hin geregelt wird.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind in der Auswerteeinheit Fehlererkennungsmittel vorgesehen, denen die erfassten Spannungssignale und die Ausgangssignale der Filtermittel zugeführt werden. Von Vorteil ist dabei, dass durch einen einfachen Vergleich der gefilterten mit den ungefilterten Signalen eine Fehlererkennung ausführbar ist.

Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zur Fehlererkennung bei einer rückspeisefähigen Versorgungseinheit sind, dass ein netzseitiger Spannungsraumzeiger und/oder zumindest eine Komponente eines netzseitigen Spannungsraumzeigers erfasst wird und einem steuerbaren Filter zugeführt wird, dessen Ausgangssignal mit dem erfassten

Spannungsraumzeiger beziehungsweise zumindest einer dessen Komponenten verglichen wird und eine Regelabweichung bestimmt wird, die von einem Regler auf Null hin geregelt wird mittels entsprechender Ansteuerung des Filters durch den Regler, wobei der erfasste Spannungsraumzeiger oder eine seiner Komponenten mit dem als Ausgangssignal der Filterung zur Verfügung stehenden Spannungsraumzeiger beziehungsweise einer seiner Komponenten verglichen wird und bei Überschreiten einer kritischen Differenz eine Aktion ausgelöst wird, insbesondere Anzeige eines Fehlers, Melden eines Fehlers, Herausgeben einer Warnung, Stillsetzen der Vorrichtung, sicheres Abschalten oder Herunterfahren der Vorrichtung, Aktivieren eines sicheren Zustandes der Vorrichtung oder dergleichen.

Von Vorteil ist dabei, dass bei jeder Netzfrequenz eine Fehlererkennung in einfacher Weise ausführbar ist, nämlich durch bloßes Vergleichen von gefilterten und ungefilterten Signalen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist beim steuerbaren Filter eine charakteristische Frequenz als Stellgröße des Reglers steuerbar, insbesondere die Mittenfrequenz des als Bandpass ausgeführten Filters. Von Vorteil ist dabei, dass die Mittenfrequenz der

Netzfrequenz nachführbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung entspricht die Regelabweichung einer Phasendifferenz. Von Vorteil ist dabei, dass als Stellgröße eine Frequenz, insbesondere die Mittenfrequenz, verwendbar ist. Wichtig ist also bei der Erfindung, dass das System insgesamt zwei Komponenten hat: Es gibt erstens eine Auswertung, die aus Bandpasseingang und -ausgang auf einen Fehler schließt, nämlich auf einen Netzausfall oder dergleichen. Hierzu wird vorzugsweise eine konsistenzbasierte Diagnose ausgeführt. Zweitens wird die Mittenfrequenz der Bandpässe mit einer Regelung auf die Netzfrequenz abgestimmt, damit man bei verschiedenen

Netzfrequenzen oder variabler Netzfrequenz Fehler erkennen kann.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen

Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe. Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:

In der Figur 1 ist ein wesentlicher Teile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch skizziert. Dabei weist die Vorrichtung eine rückspeisefähige Versorgungseinheit 5 auf, die drei Halbbrücken umfasst, welche jeweils einen oberen und einen unteren steuerbaren Halbleiterschalter aufweist, wobei jedem Halbleiterschalter zumindest eine Freilaufdiode parallel geschaltet ist. Eingangsseitig wird der rückspeisefähigen Versorgungseinheit 5 eine dreiphasige Versorgungsspahnung zugeführt und aüsgangsseitig eine unipolare Spannung erzeugt. Denn bei gesperrten Halbleiterschaltern wirkt die rückspeisefähige

Versorgungseinheit 5 wie ein Drehstromgleichrichter Wenn aber nun an der Ausgangsseite ein Energiefluss zugeführt wird, beispielsweise von generatorisch arbeitenden elektrischen Antrieben, ist es ermöglicht, mittels geeigneter pulsweitenmodulierter Ansteuerung der Halbleiterschalter Energie ins eingangsseitige Netz rückzuspeisen.

Eingangsseitig ist ein Netzschütz 1 vorgesehen, mittels dessen die Vorrichtung vom Drehstromnetz abtrennbar ist.

Außerdem ist zwischen Netzschütz 1 und der rückspeisefähigen Versorgungseinheit 5 zumindest eine Induktivitäten umfassende Anordnung, wie Netzfilter oder Netzdrosseln, vorgesehen.

Zwischen Netzschütz 1 und der Induktivitäten umfassenden Anordnung sind Mittel 2 zur Erfassung der Netzspannung vorgesehen. Somit ist die Netzspannung in möglichst direkt, also möglichst wenig von der rückspeisefähigen Versorgungseinheit beeinflusster Art und Weise erfassbar.

Die rückspeisefähige Versorgungseinheit umfasst vorzugsweise mehrere

pulsweitenmoduliert ansteuerbare Halbleiterbrücken als Rückspeiseeinheit, wobei eine Steuerelektronik aus den erfassten Werten für Netzspannung und zwischen den

Induktivitäten und der Rückspeiseeinheit erfassten Stromwerten die pulsweitenmodulierten Ansteuersignale für die Halbleiterschalter derart bestimmt, dass die gestellte netzseitige Spannung an der Ausgangsseite der Rückspeiseeinheit die erfasste Netzspannung derart überschreitet, dass der somit über die als Stellglied verwendeten Induktivitäten getriebene Strom auf seinen Sollwert hin geregelt wird. Dabei wird der Sollwert aus der ans Netz rückzuspeisenden Leistung bestimmt.

Die erfassten Spannungswerte der einzelnen Netzphasen werden zumindest

Bandpassfiltermitteln 3 zugeführt, so dass die entsprechend gefilterten Spannungssignale am Ausgang der Bandpassfiltermittel 3 zur Verfügung stehen. Die Bandpässe weisen hierbei eine einstellbare Mittenfrequenz auf, die mittels einer Regeleinrichtung 23 auf die

Netzfrequenz abgestimmt wird. Die Frequenzen des Eingangssignals des jeweiligen

Bandpasses werden nur wenig oder gar nicht gedämpft, wenn diese Frequenzen der Mittenfrequenz entsprechen oder benachbart sind. Frequenzen, die weiter entfernt sind, werden stärker gedämpft. Auf diesen Weise ist also die jeweilige Mittenfrequenz auf die vorhandene Netzfrequenz hin regelbar mittels eines Reglers 23. Vorzugsweise ist der Bandpass oder sind die Bandpässe jeweils derart schmalbandig ausgeführt, dass bei sofortigem Netzausfall die Ausgarigssignale der Bandpässe mindestens 20ms bis 500 ms, insbesondere 20ms bis 50ms, nur unwesentlich sich verändern, so dass eine

Netzausfallerkennung klar ausführbar ist.

Insbesondere sind die Bandpässe derart ausgeführt, dass Abweichungen von 2 % bis 10%, insbesondere 5% bis 10%, schon zu einer Dämpfung von mehr als 3dB führen.

Den Auswertemitteln 4 wird einerseits das jeweilige Ausgangssignal der jeweiligen

Bandpassfiltermittel 3 zugeführt und andererseits das jeweilige, mit den Mitteln 2 erfasste Spannungssignal. Somit ist mittels der Auswertemittel 4 ein Vergleich der gefilterten Signale mit den der momentanen Netzspannung entsprechenden Signalen ermöglicht, wobei ein Abschalten der Vorrichtung, eine Warnung oder eine Fehlermeldung auslösbar ist, wenn die gebildete Differenz zwischen dem gefilterten Signal und dem zur entsprechenden Netzphase zugehörigen Signal einen kritischen Betragswert überschreitet.

Alternativ ist auch ein konsistenzbasiertes Diagnoseverfahren anwendbar. Vorzugsweise werden hierbei die gefilterten und ungefilterten Realteile und Imaginärteile ins (U,V,W)- System rücktransformiert und nach vorgebbaren Kriterien verglichen und ausgewertet.

Bei Auftreten eines Netzausfalls oder auch nur eines Ausfalls einer einzigen Netzphase, also eines Netzphasenausfalls, ist somit eine Fehlererkennung und eine entsprechende Aktion auslösbar. Dabei wird vorzugsweise ausgenutzt, dass das Ausgangssignals des Bandpasses auf einen Netzausfall beziehungsweise auf einen Netzphasenausfall nur verzögert reagiert und die mit den Mitteln 2 erfassten Spannungssignale auf den Ausfall schneller reagieren.

In Figur 2 ist die Regelstruktur zur Einstellung der Mittenfrequenz des Bandpasses näher dargestellt.

Wie in Figur 3 gezeigt, wird aus den drei, mit den Mitteln 2 erfassten Spannungswerten ein Spannungsraumzeiger bestimmt, insbesondere durch Lineartransformation. Dieser ist als komplexer Vektor darstellbar und weist einen Realteil u_a und einen Imaginärteil u_ß auf. Realteil und Imaginärteil werden einem jeweiligen Bandpass (20, 21) zugeführt, wobei die Mittenfrequenz der Bandpässe vom Regler 23 gesteuert wird. Die Ausgangssignale der Bandpässe werden den Mitteln 22 zur Erfassung der Phasendifferenz bezüglich der ungefilterten Signale, also Realteil u_ und Imaginärteil u_ß, zugeführt. Die Mittel 22 erfassen also die Phasendifferenz und führen diese als Regelabweichung dem Regler 23 zu, der somit die Mittenfrequenz derart regelt, dass die Regelabweichung möglichst verschwindet. Somit wird also die jeweilige Mittenfrequenz der Bandpässe auf die Netzfrequenz hin geregelt. Figur 3 zeigt den mathematischen Zusammenhang zwischen Realteil u_oc und Imaginärteil u_ß und den einzelnen erfasst Netzphasenspannungswerten u_U, u_V, u_W gegenüber einem Bezugspotential. Die Spannungen zwischen den Netzphasen sind u_UV = u_U - u_V beziehungsweise u_VW = u_V - u_W. Die Erfindung ist auch auf andere Elektrogeräte anwendbar, wie beispielsweise Umrichter ohne Rückspeisung.

Bezugszeichenliste Netzschütz

Mittel zur Erfassung der Netzspannung

Bandpassfiltermittel

Auswertemittel

rückspeisefähige Versorgungseinheit

Induktivitäten umfassende Anordnung, wie Netzfilter oder Netzdrossel Bandpass

Bandpass

Mittel zur Erfassung der Phasendifferenz als Regelabweichung Regler