Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur näherungsweisen Bestimmung von Spannungen an einer Oberspannungsseite eines Transformators anhand von gemessenen Spannungen an einer Unterspannungsseite des Transformators. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung, insbesondere als Teil eines Wechselrichters, die zur Durchführung des genannten Verfahrens geeignet ist.

Wechselrichter werden in Energieversorgungsanlagen, beispielsweise Photo voltaikanlagen (PV-Anlagen) eingesetzt und dienen dort der Umwandlung von Gleichstrom in einen zur Einspeisung in ein Energieversorgungsnetz geeigne ten netzkonformen Wechselstrom. Falls eine galvanische Trennung zwischen dem Energieversorgungsnetz und dem Wechselrichter gewünscht oder auf grund von Richtlinien und gesetzlichen Bestimmungen für bestimmte Energie versorgungsnetze gefordert ist, ist zwischen einem Wechselstromausgang des Wechselrichters und dem Energieversorgungsnetz ein Transformator angeord net.

Insbesondere bei größeren Photovoltaikanlagen, die unmittelbar an ein Mit telspannungsnetz angeschlossen werden, ist die Verwendung von Transforma toren unerlässlich. Gemäß beispielsweise der normativen Vorgabe„IEEE 1547“ ist gefordert, dass Fehlerzustände des Energieversorgungsnetzes innerhalb der Energieversorgungsanlage detektiert werden können und die Energiever sorgungsanlage nach Erkennung bestimmter Fehlerzustände auf diese reagiert und sich beispielsweise vom Netz trennt. Derartige Fehlerzustände sind z.B. Kurzschlüsse auf der Oberspannungsseite des Transformators. Konkret ist vorgesehen, dass ein Über- und/oder Unterschreiten von vorgegebenen Wer ten für die Leiter-Leiter-Spannungen (auch Dreiecksspannungen genannt) und/oder die Leiter-Erd-Spannungen (auch Strangspannungen genannt) detek tiert wird, um auf Fehlerzustände zu schließen und das Einspeiseverhalten des Wechselrichters wie gefordert anzupassen. Dabei ist zu bedenken, dass be stimmte Transformatorenarten keinen Neutralleiter auf der Oberspannungsseite aufweisen oder diesen nicht zur Unterspannungsseite weiterleiten, wodurch keine Nullsystem-Spannung übertragen wird, was einen Informationsverlust darstellt.

Um die geforderte Änderung des Einspeiseverhaltens umsetzen zu können, ist Kenntnis der verschiedenen Leiter-Leiter-Spannungen, sowie der Leiter-Erd- Spannungen an der Oberspannungsseite des Transformators Voraussetzung.

Eine messtechnische Erfassung dieser Spannungen ist aufgrund des hohen Spannungsniveaus jedoch unter Umständen sehr aufwändig und kosteninten siv, beispielsweise wenn der Transformator an seiner Oberspannungsseite mit einem Mittelspannungsnetz mit Spannungen im Bereich von 20 kV (Kilovolt) verbunden ist. In einigen Netzsystemen ist es daher zulässig, das Einspeise verhalten des Wechselrichters abhängig von Spannungsniveaus an der Unter spannungsseite des Transformators zu machen. Insbesondere bei Transforma torenarten, bei denen eine Nullsystem-Spannung nicht übertragen wird, spie geln die Spannungsverhältnisse an der Unterseite des Transformators die Spannungsverhältnisse an der Oberspannungsseite des Transformators jedoch nur unzureichend wider. Eine unmittelbar anhand von Spannungsmessungen an der Unterspannungsseite des Transformators durchgeführte Fehlerbestim mung kann in dem Fall einen an der Oberspannungsseite des Transformators aufgetretenen Fehler nicht unbedingt korrekt detektieren. Für eine korrekte Fehlerdetektion ist eine möglichst genaue Kenntnis der Spannungsverhältnisse an der Oberspannungsseite des Transformators unerlässlich.

In dem Artikel„Characterization of Three-Phase Unbalanced Dips“ von Bollen und Styvaktakis, IEEE, 2000 Power Engineering Society Summer Meeting (Cat. No.00CH37134), Seattle, WA, 2000, pp. 899-904, vol. 2, wird eine Methode beschrieben, mit der anhand von gemessenen Spannungen an einer Unter spannungsseite eines Transformators qualitative Aussagen über Fehlerzustän de an der Oberspannungsseite des Transformators getroffen werden können. Nur qualitative Aussagen sind jedoch nicht geeignet, um konkrete Kriterien, die sich auf Spannungswerte an der Oberspannungsseite des Transformators be ziehen, umzusetzen. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vor richtung bzw. ein Wechselrichter anzugeben, mit denen die Spannungsverhält nisse an einer Oberspannungsseite eines Transformators zuverlässig anhand der Spannungsverhältnisse an der Unterspannungsseite quantifiziert werden können, so dass eine Fehlerdetektion für die Oberspannungsseite des Trans formators auch ohne eine messtechnische Erfassung der Spannungswerte an der Oberspannungsseite des Transformators erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren und einen Wechselrichter mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren der eingangs genannten Art weist die fol genden Schritte auf: Es werden Dreiecksspannungen, Strangspannungen und Phasenwinkel an der Unterspannungsseite des Transformators gemessen und die Strangspannungen und Phasenwinkel in Mit- und Gegensystemspannun gen und Phasenwinkel des Mit- bzw. Gegensystems an der Unterspannungs seite transformiert. Dann werden Mit- und Gegensystemspannungen und Pha senwinkel des Mit- bzw. Gegensystems an der Oberspannungsseite aus den Mit- und Gegensystemspannungen und Phasenwinkeln des Mit- bzw. Gegen systems an der Unterspannungsseite bestimmt. Ein Schätzwert der Nullsys temspannung und ein Phasenwinkel eines Nullsystems an der Oberspan nungsseite werden anhand der gemessenen Dreiecksspannungen, Strang spannungen und Phasenwinkel an der Unterspannungsseite bestimmt und durch Transformation die Mit-, Gegen- und Nullsystemspannungen und der Phasenwinkel in Strangspannungen und/oder Dreiecksspannungen an der Oberspannungsseite des Transformators bestimmt.

Spannungen an der Unterspannungsseite des Transformators sind beispiels weise die an Anschlüssen eines Wechselrichters, der über den Transformator mit einem Energieversorgungsnetz gekoppelt ist, anliegenden Spannungen. Entsprechend kann eine Vorrichtung, die zur Durchführung des erfindungsge- mäßen Verfahrens eingerichtet ist, an Ausgangsanschlüssen eines Wechsel richters angeordnet sein oder auch in einen Wechselrichter integriert sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Grundidee, dass eine Be stimmung der Spannungen an der Oberspannungsseite in einem rotierenden Koordinatensystem vorteilhaft ist, da zwei von drei benötigten Spannungen, nämlich die des Mit- bzw. Gegensystems, sowie die zugehörigen Phasenwin keln sich leicht aus den entsprechenden messbaren Werten der Unterspan nungsseite ergeben. Somit braucht lediglich für die entsprechenden Parameter des Nullsystems eine Abschätzung erfolgen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden die Mit- und Ge gensystemspannungen an der Oberspannungsseite den Mit- bzw. Gegensys temspannungen an der Unterspannungsseite gleichgesetzt. Dabei kann optio nal ein Korrekturwert hinzuaddiert werden. Bevorzugt werden die Phasenwinkel des Mit- bzw. Gegensystems an der Oberspannungsseite aus den Phasenwin keln an der Unterspannungsseite gesetzt, wobei ein Phasenkorrekturwert hin zuaddiert wird, der das n-fache von 30° für das Mitsystem und das n-fache von -30° für das Gegensystem beträgt. Dabei ist n ein ganzzahliger Wert, der von dem Typ des Transformators abhängt. Insbesondere wird der Wert von n ab hängig von oder auch gleich einer Transformatorverschiebung des Transforma tors gewählt. Bis auf den genannten optionalen Korrekturwert für die Spannun gen können die vier benötigten Spannungsparameter der Oberspannungsseite damit unmittelbar angegeben werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird zum Bestim men eines Schätzwerts der Nullsystemspannung und des Phasenwinkels des Nullsystems an der Oberspannungsseite anhand der gemessenen Dreiecks spannungen und Strangspannungen an der Unterspannungsseite eine qualita tive Fehlerbestimmung vorgenommen, durch die auf das Vorliegen eines Feh ler an einer Phase oder mehrerer der Phasen der Oberspannungsseite ge schlossen werden kann und durch die ein Erdschluss einer der Phasen der Oberspannungsseite erkannt werden kann. Hierbei wird zunächst nur qualitativ ermittelt, auf welcher Phase oder auf welchen Phasen ein Fehler vorliegt. Vorteilhaft kann dabei auf an sich bekannte und etablierte Verfahren zurückge griffen werden. Beispielsweise kann zur qualitativen Fehlerbetrachtung aus den gemessenen Dreiecksspannungen und Strangspannungen eine minimale Spannung ermittelt werden, wobei ein Vergleich der gemessenen Dreiecks spannungen und Strangspannungen mit der minimalen Spannung auf eine feh lerbehaftete Phase an der Oberspannungsseite schließen lässt. Weiter kann zur qualitativen Fehlerbestimmung aus den gemessenen Dreiecksspannungen und Strangspannungen eine maximale Spannung ermittelt wird, wobei ein Ver gleich der maximalen Spannung mit einem Vergleichswert, der charakteristisch ist für das oberspannungsseitige Netz, mit dem der Transformator verbunden ist, auf einen Erdschluss an der Oberspannungsseite schließen lässt. Der Ver gleichswert kann dabei abhängig von einer subtransienten Kurzschlussleistung des Netzes gewählt werden.

Im Ergebnis kann anhand dieser qualitativen Fehlerbetrachtung ermittelt wer den, ob ein einpoliger oder ein zweipoliger Kurzschluss an der Oberspan nungsseite vorliegt und/oder ob ein einpoliger oder ein zweipoliger Erdschluss vorliegt.

Eine folgende Abschätzung von Parametern des Nullspannungssystems kann auf der Basis eines solchen Ergebnisses der qualitativen Fehlerbetrachtung mit höherer Qualität erfolgen. So wird vorteilhaft beim Vorliegen eines einpoligen Erdschlusses der Wert für die Nullsystemspannung an der Oberspannungssei te gleich dem Produkt der Gegensystemspannung und der Wurzel der Mitsys temspannung gesetzt. Beim Vorliegen eines zweipoligen Kurzschlusses wird der Wert für die Nullsystemspannung an der Oberspannungsseite gleich null gesetzt. Beim Vorliegen eines zweipoligen Erdschlusses wird dagegen der Wert für die Nullsystemspannung an der Oberspannungsseite gleich dem Quo tienten des Quadrats der Gegensystemspannung und der Mitsystemspannung gesetzt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der Wert für den Phasenwinkel im Nullsystem an der Oberspannungsseite gleich dem Pha senwinkel im Gegensystem an der Oberspannungsseite gesetzt, zuzüglich ei- nes Phasenoffsets, der 0°, 120° oder -120° beträgt, abhängig davon, auf wel cher Phase an der Oberspannungsseite der qualitativ bestimmte Fehler vor liegt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von einem Ausführungsbeispiel mit Hil fe von Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer an ein Energieversorgungsnetz angeschlossene PV-Anlage;

Fig. 2 ein schematischer Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels eines anmeldungsgemäßen Verfahrens; und

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Wechselrichters mit einer integrierten an meldungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt in einem Blockschaltbild eine PV-Anlage 1 als ein Beispiel einer de zentralen Energieversorgungsanlage. Die PV-Anlage 1 umfasst einen PV- Generator 2, der über einen Gleichstromeingang 31 an einen Wechselrichter 3 angeschlossen ist. Der Wechselrichter 3 ist über Wechselstromausgänge 32 mit einer Primärseite 41 eines Transformators 4 verbunden. Der Transformator

4 ist im dargestellten Beispiel ein Mittelspannungstransformator, der an seiner Sekundärseite 42 Spannungen im Bereich von etwa 20 kV bereitstellt und ent sprechend mit einem Mittelspannungsnetz 5 als Energieversorgungsnetz ver bunden ist.

Die Struktur der PV-Anlage 1 ist in der Fig. 1 beispielhaft und vereinfacht dar gestellt. Der in der Fig. 1 nur durch das Schaltsymbol einer PV-Zelle symboli sierte PV-Generator 2 umfasst bei einer unmittelbar in das Mittelspannungsnetz

5 einspeisenden PV-Anlage 1 üblicherweise eine Vielzahl von PV-Modulen, von denen jeweils mehrere zu sogenannten PV-Strings serienverschaltet sind, die wiederum jeweils parallel geschaltet mit dem Wechselrichter 3 verbunden sind. Der Wechselrichter 3 ist bei Anlagen dieser Art üblicherweise als ein Zentralwechselrichter ausgebildet. Der Wechselrichter 3 ist im dargestellten Beispiel dreiphasig ausgeführt, wie es in Verbindung mit Mittelspannungsnet- zen 5 üblich ist. In der Fig. 1 sind lediglich die im Rahmen der Anmeldung we sentlichen Teile der PV-Anlage1 dargestellt. Weitere gleich- oder wechsel stromseitig vom Wechselrichter 3 angeordnete Elemente, wie zum Beispiel Trenn- oder Schaltorgane, Filter oder Überwachungseinrichtungen, sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.

Üblicherweise entfernt von der PV-Anlage 1 ist im weiteren Verlauf des Mit telspannungsnetzes 5 ein (Flochspannungs-)Transformator 6 vorgesehen, über den die Mittelspannungsebene 5 mit einem Flochspannungsnetz 7 verbunden ist, das als übergeordnetes Energieversorgungsnetz dient.

Durch die galvanische Trennung der Primärseite 41 des Transformators 4 von der Sekundärseite 42 kann eine häufig von Betreibern des Energieversor gungsnetzes 7 geforderte separate Erdung der PV-Anlage 1 erfolgen, hier bei spielhaft indem ein negativer Pol des PV-Generators 2 mit einem Erdpotential verbunden ist.

Der Transformator 4 weist unterspannungsseitig, an seiner mit dem Wechsel richter 3 verbundenen Primärseite 41 Wicklungen in einer sternförmigen Ver schaltung auf. Ein Nullleiteranschluss ist unterspannungsseitig nicht herausge führt. Auf der Sekundärseite 42 an der Oberspannungsseite des Transforma tors sind die Wicklungen ebenfalls sternförmig verschaltet, wobei ein Nullleiter anschluss separat herausgeführt ist und als Erdungsanschluss dient. Der Transformator 4 ist somit ein YNy-Transformator.

Um Erfordernisse in Hinblick auf eine Fehlererkennung im Mittelspannungsnetz 5 umsetzen zu können, ist anmeldungsgemäß vorgesehen, aus gemessenen Spannungen an der Unterspannungsseite (Primärseite 41 ) des Transformators 4 Spannungen an der Oberspannungsseite (Sekundärseite 42) durch eine Schätzung zu ermitteln. Die Spannungen an der Primärseite 41 des Transfor mators 4 können beispielsweise im Bereich der transformatorseitigen An schlüsse des Wechselrichters 3 gemessen werden. Ein für die Schätzung der Spannungen an der Oberspannungsseite geeignetes anmeldungsgemäßes Verfahren ist in Fig. 2 in Form eines Ablaufplans dargestellt. Beispielhaft wird das Verfahren anhand der PV-Anlage gemäß Fig. 1 erläutert.

In einem ersten Schritt S1 werden Spannungen am Wechselstromausgang 32 des Wechselrichters 3 und damit an der Unterspannungsseite des Transforma tors 4 gemessen. Konkret sind dieses die sogenannten Dreiecksspannungen u _A zwischen zweien der Leiter (nachfolgend auch Phasen genannt), sowie Strang spannungen UY zwischen einem Leiter und einem (künstlich) Nullleiter sowie mit diesen Strangspannungen verbundene Phasenwinkel Fg. Konkret werden drei Dreiecksspannungen u _A gemessen, eine erste Dreieckspannung u _Ai 2 zwi schen einer ersten und zweiter Phase, eine zweite Dreiecksspannung

U _A 23 zwischen der zweiten und einer dritten Phase und eine dritte Dreiecks spannung u _A 3i der dritten und der ersten Phase. Wenn nachfolgend von den Dreieckspannungen u _A gesprochen wird, sind die drei genannten Spannungen umfasst.

Die Strangspannungen UY umfassen ebenfalls drei Spannungswerte, nämlich eine erste Strangspannung UYI , die zwischen der ersten Phase und dem künst lichen Nullleiter gemessen wird, eine zweite Strangspannung UY2, die zwischen der zweiten Phase und dem künstlichen Nullleiter gemessen wird und eine drit te Strangspannung UY3, die zwischen der dritten Phase und dem künstlichen Nullleiter gemessen wird. Wiederum werden nachfolgend unter den Strang spannungen UY die drei genannten Werte verstanden. Als künstlicher Nullpunkt kann beispielsweise ein Knoten angesehen werden, der über drei gleiche Wi derstände mit den drei Phasen verbunden ist.

Auch die Phasenwinkel Fg umfassen drei Werte, einen ersten Phasenwinkel FUI , der eine Phasenlage der ersten Strangspannung UYI angibt, einen zweiten Phasenwinkel FU2, der eine Phasenlage der zweiten Strangspannung UY2 an gibt, und einen dritten Phasenwinkel FU3, der eine Phasenlage der dritten Strangspannung UY3 angibt.

In einem Schritt S2 wird eine Transformation der gemessenen zeitabhängigen Spannungsmesssignale, die sich in den Strangspannungen UY und den Pha- senwinkeln Fg darstellen, in ein rotierendes Koordinatensystem vorgenommen. Die Darstellung der Messgrößen in dem rotierenden Koordinatensystem erfolgt in bekannter Form eines Mitspannungssystems und eines Gegenspannungs systems, das jeweils in Betrag und Phase komplex angegeben wird. In dem Schritt S2 werden somit aus den genannten Eingangsgrößen der Strangspan nungen UY und den Phasenwinkeln Fg ein Mitsystemspannungsbetrag u ₊ und ein Mitsystemspannungsphasenwinkel F+ bestimmt. Weiter werden ein Gegen systemspannungsbetrag u- und ein Gegensystemspannungsphasenwinkel F- ermittelt.

Die vier in Schritt S2 ermittelten Werte werden in einem nächsten Schritt S3 in entsprechende Werte auf der Oberspannungsseite (Sekundärseite 42) des Transformators 4 umgesetzt. Nachfolgend sind Spannungswerte, die sich auf die Oberspannungsseite des Transformators beziehen, durch einen hochge stellten Stern (*) gekennzeichnet.

Die Umsetzung der symmetrischen Komponenten (d.h. der Mitsystem- und der Gegensystemkomponenten) der Unterspannungsseite auf die Oberspannungs seite basiert in einer Ausgestaltung auf der Annahme, dass sich die Beträge der Mitsystem- und Gegensystemspannungen zwischen Unterspannungsseite und Oberspannungsseite des Transformators nicht ändern. In einer Weiterbil dung können dabei Korrekturwerte c ₊ bzw. c- für das Mit- und das Gegensys tem berücksichtigt werden. Es ergibt sich damit für die Mit- bzw. Gegensystem spannungen auf der Oberspannungsseite: u+* = u+ + c ₊

U-* = u- + C-

Je nach Schaltungstopologie des Transformators unterscheiden sich Phasen winkel F ^* + bzw. F ^* _ auf der Oberspannungsseite des Transformators von den entsprechenden Phasenwinkeln F+ bzw. F- um eine Anzahl von n Vielfachen von 30°. Die Größe n ist dabei von der Schaltungstypologie des Transformators abhängig und wird auch als Trafoverschiebung bezeichnet. Damit ergibt sich: f* ₊ = f ₊ + h · 30°

F ^* . = F- - h · 30°

In einem nächsten Schritt S4, der zeitlich gesehen parallel oder im Wesentli chen parallel zu den Schritten S2 und S3 ausgeführt werden kann, wird ausge hend von den Dreiecksspannungen u _A und den Strangspannungen uy ein quali tativer Hinweis auf einen Fehler auf der Oberspannungsseite ermittelt. Der Schritt S4 dient dabei nicht einer unmittelbaren Fehlerangabe eines möglicher weise auf der Oberspannungsseite vorliegenden Fehlers, sondern wird durch geführt, um die Abschätzung von Spannungen an der Oberspannungsseite des Transformators, die letztlich zu Fehlererkennung herangezogen werden, zu ermöglichen. Dieses wird detaillierter im Zusammenhang mit den Schritten S5 und S6 ausgeführt.

Im Schritt S4 wird qualitativ ermittelt, ob ein Fehler bei einer der oberspan nungsseitigen Phasen vorliegt und es wird erfasst, ob der beobachtete Fehler ein Erdschlussfehler ist. Abhängig von dem Ergebnis in Schritt 4 wird eine In formation F ermittelt, die angibt, ob und auf welcher Phase oder auf welchen Phasen ein Fehler vorliegt. Weiter wird eine Information G ermittelt, die einen Erdschluss anzeigt. Diese Signale bzw. Werte werden nachfolgend als Fehler informationen F, G bezeichnet. Die Fehlerinformationen F und G werden zur weiteren Bearbeitung in einem Schritt S5 benötigt, die Fehlerinformation F zu sätzlich in einem weiteren Schritt S6.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird zur Bestimmung der Fehlerinformationen F, G eine Vorgehensweise verwendet, die sich an den eingangs genannten Artikel von Bollen und Styvaktakis, IEEE, 2000 Power En gineering Society Summer Meeting (Cat. No.00CH37134), Seattle, WA, 2000, pp. 899-904, vol. 2 orientiert. Konkret wird zur Bestimmung des Fehlersignals F ein minimaler Spannungsbetrag Vmin und ein maximaler Spannungsbetrag Vmax unter den Dreiecksspannungen u _A und den Strangspannungen uy bestimmt. Weiter wird die Information benötigt, welcher Transformatorentyp oberspan nungsseitig vorliegt. Entspricht der minimale Spannungsbetrag Vmin der ersten Strangspannung UYI , liegt auf der Oberspannungsseite bei einem Y-Trafo ein Fehler auf der ersten Phase und bei einem D-Trafo ein Fehler der ersten Dreiecksspannung vor. Entspricht der minimale Spannungsbetrag Vmin der zweiten Strangspannung UY2, liegt auf der Oberspannungsseite bei einem Y-Trafo ein Fehler auf der zweiten Phase und bei einem D-Trafo ein Fehler der zweiten Dreiecksspan nung vor. Entspricht der minimale Spannungsbetrag Vmin der dritten Strang spannung UY3, liegt auf der Oberspannungsseite bei einem Y-Trafo ein Fehler auf der dritten Phase und bei einem D-Trafo ein Fehler der dritten Dreiecks spannung vor. Die Definitionen von Strang- und Dreiecksspannungen auf der Oberspannungsseite sind dabei analog zu denen auf der Unterspannungsseite.

Entspricht dagegen der minimale Spannungsbetrag Vmin der ersten Dreiecks spannung U _AI 2, liegt auf der Oberspannungsseite bei einem D-Trafo ein Fehler auf der zweiten Phase und bei einem Y-Trafo ein Fehler der ersten Dreiecks spannung vor. Entspricht der minimale Spannungsbetrag Vmin der zweiten Dreiecksspannung u _A23 , liegt auf der Oberspannungsseite bei einem Y-Trafo ein Fehler auf der dritten Phase und bei einem D-Trafo ein Fehler der zweiten Dreiecksspannung vor. Entspricht der minimale Spannungsbetrag Vmin der drit ten Dreiecksspannung U _A 3-I , liegt auf der Oberspannungsseite bei einem Y- Trafo ein Fehler auf der ersten Phase und bei einem D-Trafo ein Fehler der dritten Dreiecksspannung vor.

Ebenfalls der Methode von Bollen folgend kann ein Erdschluss ermittelt wer den, indem der maximal aufgetretene Spannungsbetrag Vmax mit einem soge nannten„ground indicator“ Gl verglichen wird. Liegt der Spannungsbetrag Vmax unter dem Wert Gl wird auf einen Erdschluss geschlossen. Die Größe des ground indicators Gl ist abhängig von einer subtransienten Kurzschlussleistung des Netzes, an das der Transformator mit seiner Oberspannungsseite ange bunden ist.

In nachfolgenden Schritten S5 und S6 werden aus den bislang bestimmten und als Ergebnis der Schritte S3 und S4 vorliegenden Parametern ein Betrag der Nullspannung im Nullspannungssystem u*o auf der Oberspannungsseite (Schritt S5) und eine Phase F ^* o 8uί der Oberspannungsseite des Nullsystems (Schritt S6) bestimmt.

Im Schritt S5 werden dazu die Fehlerinformationen F, G sowie die Spannungen u ^* - und u ^* - des Mit- und Gegensystems der Oberspannungsseite benötigt. Dazu wird anmeldungsgemäß die folgende Rechenvorschrift eingesetzt: u ^* o = u ^* - · f, wobei der Faktor f abhängig von der Art des im Schritt S4 ermittelten Fehlers ist. Der Faktor f ist dabei gleich (u ^* +) ^1/2 (also Wurzel aus u ^* +), wenn es sich um einen einpoligen Erdschluss handelt, gleich 0, wenn es sich umso einen zwei poligen Kurzschluss handelt, und gleich u ^* -/ u ^* +, wenn es sich um einen zwei poligen Erdschlussfehler handelt.

Falls in dem Schritt S4 eine genaue Fehlerbestimmung nicht möglich war, so wird der Betrag des Nullsystems u ^* o auf 0 gesetzt und damit grundsätzlich wie ein zweipoliger Kurzschluss behandelt.

In einem Schritt S6 wird in ähnlicher Weise wie im Schritt S5 der Phasenwinkel F ^* o des Nullsystems auf der Oberspannungsseite anhand von zuvor berechne ten Größen sowie der Fehlerinformation F ermittelt. Dabei ergibt sich der Pha senwinkel F ^* (^ίb folgt: f*o = f*. + DF , wobei DF ein Phasenoffset ist, der 0° beträgt, wenn ein Fehler auf der ersten Phase der Oberspannungsseite des Transformators vorliegt oder an der ersten Dreiecksspannung zwischen der ersten und zweiten Phase an der Oberspan nungsseite. Der Phasenoffset DF beträgt 120°, wenn der Fehler an der zweiten Phase oder der zweiten Dreiecksspannung zwischen der zweiten und der drit ten Phase der Oberspannungsseite vorliegt. Schließlich beträgt der Phasenoff set DF beträgt -120°, wenn der Fehler an der dritten Phase oder der dritten Dreiecksspannung zwischen der dritten und der ersten Phase vorliegt. Nach Durchführung der Schritte S5 und S6 liegt mit den Ergebnissen dieser Schritte sowie dem Ergebnis aus Schritt S3 ein vollständig die Spannungsver hältnisse auf der Oberspannungsseite des Transformators beschreibendes Mit- , Gegen- und Nullsystem (jeweils in Betrag und Phasenlage) vor. Aus den ent sprechenden Werten u ^* +, u ^* -, u ^* o und F ^* +, F ^* -, F ^* o werden in einem abschlie ßenden Schritt S7 die einzelnen Spannungen an der Oberspannungsseite des Transformators durch eine entsprechende Rücktransformation aus dem rotie renden in ein statisches Bezugssystem berechnet.

Die so berechneten Spannungen können in nachfolgenden, hier nicht näher dargestellten Schritten verwendet werden, um zu überprüfen, ob an der Ober spannungsseite des Transformators Netzfehler vorliegen, auf die der Wechsel richter gemäß vorgegebener Richtlinien zu reagieren hat, beispielsweise indem eine Einspeisung in das Energieversorgungsnetz gestoppt oder bezüglich einer eingespeisten Leistung oder eines fließenden Stroms reduziert wird.

Fig. 3 zeigt in Form eines Blockschaltbilds ein Ausführungsbeispiel eines Wechselrichters 3 mit einer integrierten Vorrichtung zur Schätzung von Span nungen an einer Oberspannungsseite eines Transformators.

Der in Fig. 3 gezeigte Wechselrichter 3 kann beispielsweise in der in Fig. 1 dargestellten Energieversorgungsanlage eingesetzt werden. Er umfasst als ei ne Hauptkomponente einen DC/AC-Wandler 30, der die Hauptfunktionalität, das Umsetzen eines eingangsseitig an Gleichstromeingängen 31 zugeführten Gleichstroms (direct current - DC) in einen ausgangseitig an einem Wechsel stromausgang 32 bereitgestellten Wechselstroms (alternating current - AC). Wie beim Beispiel der Fig. 1 ist der hier dargestellte Wechselrichter 3 3-phasig ausgebildet.

Der Wechselrichter 3 umfasst weiterhin eine Spannungsmess- und - transformationseinheit 33, die mit den Wechselspannungsausgängen 32 ver bunden ist. Diese Verbindung ermöglicht es der Spannungsmess- und - transformationseinheit 33 die an einer Unterspannungsseite eines mit dem Wechselstromausgang 32 verbundenen Transformators (vgl. Fig. 1 ) anliegen den Spannungen und Phasenlagen wie in Zusammenhang mit dem Schritt S1 der Fig. 2 beschrieben ist, zu messen. Dabei können sowohl die Dreiecksspan nungen IID als auch die Strangspannungen UY gemessen werden. Es ist auch möglich, nur die Strangspannungen UY einschließlich entsprechender Phasen winkel Fg zu messen und daraus die Dreiecksspannungen UA ZU ermitteln.

Innerhalb der Spannungsmess- und -transformationseinheit 33 erfolgt auch die in Schritt S2 der Fig. 2 angegebene Transformation der Strangspannungen UY bzw. Phasenwinkel Fg in entsprechende Werte eines Mitspannungssystems und eines Gegenspannungssystems.

Die gemessenen und transformierten Werte werden einer Verarbeitungseinheit 34 übergeben, die die in Zusammenhang mit den Schritten S3-S6 der Fig. 2 angegebenen Verarbeitungsschritte ausführt. Die in diesen Schritten ermittelten Werte werden von der Verarbeitungseinheit 34 an eine Rücktransformations einheit 35 übergeben, die die Rücktransformation in Spannungswerte eines stationären Systems gemäß dem Schritt S7 durchführt.

Die so berechneten Schätzwerte von Spannungen an der Oberspannungsseite des Transformators werden einer Steuereinheit des DC/AC-Wandlers 30 über geben, der sein Einspeiseverhalten entsprechend der berechneten Werte an passen kann, beispielsweise in dem eine Einspeisung in das Energieversor gungsnetz gestoppt oder bezüglich einer eingespeisten Leistung oder eines fließenden Stroms reduziert wird, wenn die berechneten Spannungswerte der Oberspannungsseite des Transformators auf Netzfehler hindeuten.

Die von der Spannungsmess- und -transformationseinheit 33 bestimmten Wer te können zusätzlich auch der Steuereinrichtung des DC/AC-Wandlers 30 über tragen werden, da diese Werte in der Regel im Rahmen eines pulsweiten Mo dulationsverfahrens zu Generierung der sinusförmigen Ausgangsspan-nungen bzw. sinusförmige Ausgangsströme vom DC/AC-Wandler benötigt werden.

Bezugszeichen 1 PV-Anlage

2 PV-Generator

3 Wechselrichter

4 Transformator

5 Mittelspannungsnetz

6 Hochspannungstransformator

7 Hochspannungsnetz

30 DC/AC-Wandler

31 Gleichstromeingang

32 Wechselstromausgang

33 Spannungsmess- und Transformationseinheit

34 Verarbeitungseinheit

35 Rücktransformationseinheit

ÜA Dreiecksspannungen (Unterspannungsseite)

U _AI 2 erste Dreiecksspannung (Unterspannungsseite)

U _A 23 zweite Dreiecksspannung (Unterspannungsseite)

U _A 3i dritte Dreiecksspannung (Unterspannungsseite)

UY Strangspannungen (Unterspannungsseite)

UYI erste Strangspannung (Unterspannungsseite)

UY2 zweite Strangspannung (Unterspannungsseite)

UY3 dritte Strangspannung (Unterspannungsseite)

FU Phasenwinkel (Unterspannungsseite)

FUI erster Phasenwinkel (Unterspannungsseite)

FU2 zweiter Phasenwinkel (Unterspannungsseite)

FU3 dritter Phasenwinkel (Unterspannungsseite) u ₊ Mitsystemspannungsbetrag (Unterspannungsseite) u- Gegensystemspannungsbetrag (Unterspannungsseite)

F ₊ Phasenwinkel Mitsystem (Unterspannungsseite)

F- Phasenwinkel Gegensystem (Unterspannungsseite) u* ₊ Mitsystemspannungsbetrag (Oberspannungsseite) u*- Gegensystemspannungsbetrag (Oberspannungsseite) u*o Nullsystemspannungsbetrag (Oberspannungsseite)

F ^* ₊ Phasenwinkel Mitsystem (Oberspannungsseite)

F ^* . Phasenwinkel Gegensystem (Oberspannungsseite)

F ^* o Phasenwinkel Nullsystem (Oberspannungsseite) n Anzahl (der Phasenverschiebungen um 30°) c ₊ , c- Korrekturwert

F, G Fehlerinformation

f Faktor

DF Phasenoffset

Vmin, Vmax minimale bzw. maximale Spannung

S1 -S7 Verfahrensschritt