Beschreibung: Die Erfindung betrifft ein Umrichtersystem und ein Verfahren zum Betreiben eines

Umrichtersystems.

Es ist allgemein bekannt, dass bei einem Umrichtersystem ein Motor drehzahlgeregelt betreibbar ist. Im generatorischen Betrieb des Motors wird allerdings elektrische Leistung vom Motor über den den Motor speisenden Wechselrichter des Umrichtersystems in den

Zwischenkreis des Umrichtersystems rückgespeist.

Aus der DE 10 2012 002 089 A1 ist als nächstliegender Stand der Technik ein

Antriebssystem mit Energiespeicher bekannt.

Aus der DE 10 2014 222 475 A1 ist ein Übertragungssystem zum kontaktlosen

Übertragen von Energie an ein Fahrzeug bekannt.

Aus der DE 10 2011 017 601 A1 ist ein Ansteuerverfahren für einen Wechselrichter bekannt.

Aus der DE 10 2015 113 632 A1 ist ein Wechselrichter bekannt.

Als Leiterspannung wird die Differenz zweier Phasenspannungen eines

Wechselstromnetzes bezeichnet. Als Phasenspannung wird die Spannung zwischen Netzphase und einem Neutralleiter bezeichnet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Umrichtersystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Umrichtersystems weiterzubilden, wobei ein gefährlich hoher Anstieg der Zwischenkreisspannung vermieden werden soll, indem eine Rückspeisung ins

Wechselspannungsversorgungsnetz weitergebildet werden soll. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Umrichtersystem nach den in Anspruch 1 und bei dem Verfahren nach Anspruch 8 angegebenen Merkmalen gelöst.

Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Umrichtersystem mit insbesondere blockförmiger Rückspeisung sind, dass es zumindest

aufweisend zumindest

einen, insbesondere in ein Wechselspannungsversorgungsnetz,

rückspeisefähigen Gleichrichter, insbesondere einen rückspeisefähigen

Wechselrichter, insbesondere also ersten Wechselrichter,

einen DC/DC-Wandler mit Ansteuereinheit,

einen von einem zweiten Wechselrichter speisbaren Elektromotor, wobei der gleichspannungsseitige Anschluss des zweiten Wechselrichters mit einem ersten Anschluss des DC/DC-Wandlers verbunden ist, wobei ein Stromerfassungsmittel zur Erfassung des von dem DC/DC-Wandler an den gleichspannungsseitigen Anschluss des rückspeisenden Wechselrichters geführten Stromes verbunden ist mit einer Ansteuereinheit, insbesondere so dass die vom Stromerfassungsmittel erfassten Stromwerte der

Ansteuereinheit zugeführt werden, wobei die Ansteuereinheit dem DC/DC-Wandler derartige Ansteuersignale zuführt, dass die vom DC/DC-Wandler dem rückspeisenden Wechselrichter zur Verfügung gestellte Spannung den erfassten Strom auf einen Sollwerteverlauf hin regelbar ist, insbesondere hin regelt, so dass an den Zeitpunkten des Nulldurchgangs einer jeweiligen Leiterspannung und/oder an den Zeitpunkten eines jeweiligen Schnittpunktes der Phasenspannungen der

Sollwerteverlauf eine Nullstelle stetig differenzierbar durchläuft.

Von Vorteil ist dabei, dass zwar der rückzuspeisende Strom vorgebbar ist, jedoch wird das Rückspeisen im Bereich der Nulldurchgänge der Leiterspannungen des

Wechselspannungsversorgungsnetzes glatt auf Null herunterfahrbar und wieder hochfahrbar. Durch dieses glatte Reduzieren des Sollwerts und wieder Hochfahren des Sollwerts werden Störströme und Schwingungsneigung des Systems reduziert, also ein stabiles Betriebsverhalten in einfacher Weise erreichbar. Insbesondere ist ein netzverträgliches Rückspeisen mit der blockförmigen Rückspeisung ermöglicht. Eine sinusförmige

Rückspeisung ist somit einsparbar. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind mit der Ansteuereinheit Mittel zur Erfassung der Phasenspannungen des Wechselspannungsversorgungsnetzes verbunden, so dass die Ansteuereinheit zur Bestimmung von Zeitpunkten der Nulldurchgänge der

Leiterspannungen geeignet ausgeführt ist und zur Bestimmung des Sollwerteverlaufs, wobei der Sollwerteverlauf an den Zeitpunkten der Nulldurchgänge verschwindet,

insbesondere also den Wert Null erreicht, und/oder in den Bereichen der von der

Ansteuereinheit bestimmten Nulldurchgänge jeweils glatt, insbesondere also stetig

differenzierbar, ausgeführt ist, insbesondere wobei der Sollwerteverlauf an den Zeitpunkten der Nulldurchgänge

verschwindet, insbesondere also den Wert Null erreicht, und/oder in den jeweiligen zeitlichen Bereichen um die Zeitpunkte der Nulldurchgänge herum jeweils glatt, insbesondere also stetig differenzierbar, ausgeführt ist. Von Vorteil ist dabei, dass das Regeln des Stromes in einfacher Weise ausführbar ist. Durch den glatten Verlauf in den Bereichen ist ein besonders gut netzverträgliches Verhalten erreichbar.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung verläuft der Sollwerteverlauf in den Bereichen der Nulldurchgänge, insbesondere in den jeweiligen zeitlichen Bereichen um die Zeitpunkte der Nulldurchgänge herum, jeweils entsprechend einer geraden Potenz einer netzsynchronen Sinusfunktion oder einem Polynom geradzahliger Ordnung entsprechend. Von Vorteil ist dabei, dass ein besonders gut netzverträgliches Verhalten erreichbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung verläuft der Sollwerteverlauf zwischen den Bereichen jeweils konstant. Von Vorteil ist dabei, dass ein Sollwert für den aus dem Zwischenkreis rückzuspeisenden Strom vorgebbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst jeder Bereich jeweils genau einen einzigen Zeitpunkt, zu dem ein Nulldurchgang einer der Leiterspannungen stattfindet. Von Vorteil ist dabei, dass ein glattes Zurückfahren des rückgespeisten Stromes zu jedem Nulldurchgang der Spannung ermöglicht wird. Somit ist eine gute Netzverträglichkeit beim Rückspeisen erreichbar.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Umrichtersystem einen Gleichrichter aufweist, dessen gleichspannungsseitiger Anschluss ebenfalls mit dem gleichspannungsseitigen Anschluss des zweiten Wechselrichters verbunden und dessen wechselspannungsseitiger Anschluss ist mit dem Wechselspannungsversorgungsnetz verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass ein bestehender Umrichter mit der blockförmigen Rückspeisung, also einem von einem DC/DC-Wandler aus dem Zwischenkreis des Umrichters versorgten, rückspeisenden

Wechselrichter nachrüstbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist an dem jeweiligen gleichspannungsseitigen Anschluss ein Kondensator angeordnet, insbesondere zur Glättung der Spannung. Von Vorteil ist dabei, dass eine verbesserte Regelung ausführbar ist, insbesondere ein stabileres Regelverhalten erreichbar ist, da die gestellte Spannung weniger Schwenkungen aufweist.

Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zum Betreiben eines Umrichtersystems sind, dass mittels des DC/DC-Wandlers der dem ins Wechselspannungsversorgungsnetz rückspeisenden Wechselrichter zugeführte Strom auf einen Sollwerteverlauf hin geregelt wird, der in den jeweiligen zeitlichen Bereichen um die Zeitpunkte der Nulldurchgänge der Leiterspannungen des Wechselspannungsversorgungsnetzes herum jeweils glatt, insbesondere also stetig differenzierbar, ausgeführt ist.

Von Vorteil ist dabei, dass ein netzverträgliches Rückspeisen ausführbar ist. Denn das glatte Herunterfahren auf Null und nachfolgendes Hochfahren ermöglicht, dass bei Nulldurchgängen kein Strom rückgespeist wird.

Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zum Betreiben eines Umrichtersystems sind, dass mittels eines DC/DC-Wandlers der von einem rückspeisefähigen Gleichrichter ins

Wechselspannungsversorgungsnetz zugeführte Strom, insbesondere der dem ins

Wechselspannungsversorgungsnetz rückspeisenden Wechselrichter zugeführte Strom, auf einen Sollwerteverlauf hin geregelt wird, der an jedem Schnittpunkt der Leiterspannungen eine stetig differenzierte

Nullstelle durchläuft, und/oder der zu den Zeitpunkten des Nulldurchgangs einer jeweiligen

Leiterspannung und/oder zu den Zeitpunkten eines jeweiligen Schnittpunktes der Phasenspannungen eine jeweilige Nullstelle stetig differenzierbar durchläuft, oder der in den jeweiligen zeitlichen Bereichen um die Zeitpunkte der

Nulldurchgänge der Leiterspannungen des Wechselspannungsversorgungsnetzes herum jeweils glatt, insbesondere also stetig differenzierbar, ausgeführt ist.

Von Vorteil ist dabei, dass trotz der blockförmigen Betriebsweise eine weiche

Rückspeisung ausführbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Sollwerteverlauf keine positiven Werte auf. Von Vorteil ist dabei, dass dauerhaft keine Leitungsentnahme aus dem

Wechselspannungsversorgungsnetz auftritt.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Sollwerteverlauf in den Bereichen der

Nulldurchgänge jeweils glatt, insbesondere also stetig differenzierbar, ausgeführt, insbesondere wobei der Sollwerteverlauf in den jeweiligen zeitlichen Bereichen um die Zeitpunkte der Nulldurchgänge herum jeweils glatt, insbesondere also stetig differenzierbar, ausgeführt ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine hohe Netzverträglichkeit erreichbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung verläuft der Sollwerteverlauf in den Bereichen der Nulldurchgänge, insbesondere in den jeweiligen zeitlichen Bereichen um die Zeitpunkte der Nulldurchgänge herum, jeweils entsprechend einer geraden Potenz einer netzsynchronen Sinusfunktion oder einem Polynom geradzahliger Ordnung entsprechend. Von Vorteil ist dabei, dass ein netzverträglicher Sollwerteverlauf in einfacher Weise

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung verläuft der Sollwerteverlauf zwischen den Bereichen jeweils konstant verläuft. Von Vorteil ist dabei, dass ein stabiles Regelverhalten auftritt. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung findet jeder Bereich jeweils genau einen einzigen Zeitpunkt umfasst, zu dem ein Nulldurchgang einer der Leiterspannungen statt. Von Vorteil ist dabei, dass ein glattes Verschwinden des Stromsollwertes erreichbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die zeitliche Ausdehnung des jeweiligen Bereichs um den jeweiligen Zeitpunkt herum kleiner als der zeitliche Abstand zwischen diesem jeweiligen Zeitpunkt und dem zeitlich direkt darauf nachfolgenden Zeitpunkt. Von Vorteil ist dabei, dass der konstante Sollwert den größten Zeitanteil aufweist und der Einbruch des Sollwertes auf Null nur kurze Zeiträume in Anspruch nimmt.

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 erster erfindungsgemäßer Umrichter mit im Zwischenkreis angeordnetem DC/DC-Wandler 102 dargestellt.

In der Figur 2 sind zeitliche Verläufe von Strömen und Spannungen dargestellt.

In der Figur 3 ist einem Umrichter eine erfindungsgemäße Rückspeiseeinheit zugeschaltet. Wie in Figur 1 gezeigt, wird aus einem Wechselspannungsversorgungsnetz 100 ein erster Wechselrichter 101 versorgt, dessen gleichspannungsseitiger Anschluss einen zweiten Anschluss eines DC/DC-Wandlers 102 speist, dessen erster Anschluss mit dem

gleichspannungsseitigen Anschluss eines zweiten Wechselrichters 103 verbunden ist, dessen wechselspannungsseitiger Anschluss mit einem als Drehstrommotor ausgeführten

Elektromotor M verbunden ist. Somit ist im motorischen Betrieb des Motors M die Drehzahl des Motors regelbar. Hierbei wird keine Spannungswandelung vom DC/DC-Wandler 102 betrieben.

An den Anschlüssen des DC/DC-Wandlers 102 ist jeweils eine Kapazität (C1 , C2) angeordnet, so dass eine Glättung der jeweils anliegenden Spannung ausführbar ist.

Im generatorischen Betrieb des Motors M wird die dabei erzeugte Leistung über den zweiten Wechselrichter 103 gleichgerichtet und somit an dessen gleichspannungsseitigem Anschluss zur Verfügung gestellt. Mittels des DC/DC-Wandlers ist der zum ersten Wechselrichter 101 hin geleitete Strom i1 stellbar.

Hierzu werden die drei netzseitigen Phasenspannungen (UL1 , UL2, UL3) am

wechselspannungsseitigen Anschluss des ersten Wechselrichters 101 erfasst und Zeitpunkte (t1 , t2, t6) der Nulldurchgänge der Leiterspannungen bestimmt. Hieraus werden zukünftige Zeitpunkte (t1 , t2, t6) vorausberechnet.

Um eine netzsynchrone blockförmige Rückspeisung zu erreichen, werden die steuerbaren Halbleiterschalter S1 , S2, S6 entsprechend angesteuert. Wie in Figur 2 gezeigt, werden die Ansteuersignale netzsynchron angesteuert. Somit ergeben sich die Phasenströme iL1 , iL2, iL3. Erfindungsgemäß wird dem DC/DC-Wandler 102 ein Sollwerteverlauf für den Strom i1 vorgegeben, der nicht konstant ist sondern in den Zeitpunkten der bestimmten Nulldurchgänge verschwindet und in den Zeitbereichen um die bestimmten Nulldurchgänge herum glatt, also stetig differenzierbar verläuft.

Der Soll werteverlauf des Stromes M durchläuft also seine Nullstellen stetig

differenzierbar. Zu beachten ist, dass in Figur 2 der Sollwerteverlauf im Wesentlichen negativ ist, da hier der generatorische Fall, also das Rückspeisen, dargestellt ist. Die in zeitlicher Richtung verlaufende, waagerechte Linie stellt den Nullwert dar und tangiert den Sollwerteverlauf des Stromes i1 an den Zeitpunkten t1 , t2, t3, t4, t5 und t6. Zu diesen Zeitpunkten sind jeweils zwei der drei netzseitigen Phasenspannungen (UL1 , UL2, UL3) gleich. Anders Ausgedrückt, weist an diesen Zeitpunkten jeweils eine der drei

Leiterspannungen, also Außenleiterspannungen, einen Nulldurchgang auf.

Insbesondere hat sich als besonders vorteilhaft ein Verlauf erwiesen, der einer geraden Potenz eines Sinus-förmigen Verlaufs entspricht. Vorzugsweise wird also der Verlauf in den Beriechen um die bestimmten Nulldurchgänge herum gemäß a + b ^* ( sin ( n ^* t ) ) ^A M verwendet, wobei a, b jeweils konstante Werte sind, n proportional zur Netzfrequenz ist und M vorzugsweise 6 ist. Auch Ausführungen Mit M= 4 oder 8 sind vorteilhaft. Außerhalb der genannten Bereichen ist i1 begrenzt, so dass dort dann ein konstanter Wert vorliegt.

Die Ansteuerung des DC/DC-Wandlers 102 weist dabei eine Taktfrequenz auf, die viel höher ist als die Pulsweitenmodulationsfrequenz des Wechselrichters 103. Somit ist eine sehr hohe charakteristische Regelzeitkonstante erreichbar als bei der Regelung mittels des

Wechselrichters 103.

Wie in Figur 3 gezeigt, ist alternativ die Rückspeisung einem Umrichter 105 hinzufügbar. Beispielsweise ist ein Umrichter 105 nachrüstbar mit einer Rückspeisung. Dabei weist der Umrichter einen Gleichrichter 104 auf, der aus dem

Wechselspannungsversorgungsnetz 100 versorgbar ist. Der gleichspannungsseitige Ausgang des Gleichrichters 104 speist einen Kondensator C1 zur Glättung der Spannung, insbesondere Zwischenkreisspannung, wobei der gleichspannungsseitige Eingang des Wechselrichters 103 mit dem gleichspannungsseitigen Ausgang des Gleichrichters 104 verbunden ist. Der als

Drehstrommotor ausgeführte Elektromotor M ist wiederum vom Wechselrichter 103 speisbar. Somit ist mittels des Umrichters 105 die Drehzahl des Motors M regelbar.

Außerdem ist der erste, insbesondere gleichspannungsseitige, Anschluss des DC/DC- Wandlers 102 mit dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters 104 und/oder des Wechselrichters 103 verbunden. Der zweite Anschluss des DC/DC-Wandlers 102 ist mit dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters 101 verbunden, dessen wiederum in Halbbrücken angeordnete steuerbaren Halbleiterschalter in der oben

beschriebenen Weise netzsynchron angesteuert werden.

Bei generatorischem Betrieb fließt vom Motor M über den Wechselrichter 103 elektrische Leistung zurück in den Zwischenkreis. Von dort wird dann über den DC/DC-Wandler 102 der rückspeisende erste Wechselrichter 101 gespeist, welcher als blockförmige Rückspeisung den Leistungsfluss netzsynchron steuert.

Zur Regelung des DC/DC-Wandlers wird der gleichspannungsseitige Strom i1 des ersten Wechselrichters 101 erfasst und auf einen Sollwert hin geregelt, indem die

Ausgangsspannung UC2 entsprechend gestellt wird. Zur Glättung ist am zweiten Ausgang des DC/DC-Wandlers 102 ein Kondensator C2 angeordnet.

Der Wechselrichter 101 ist vorzugsweise als rückspeisefähiger Gleichrichter ausgeführt, so dass blockförmige Steuerspannungen ausreichen und keine höher frequenten pulsweitenmodulierten Steuerspannungen notwendig sind. Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist statt einer geradzahligen Potenz des Sinus ein Polynom 6-ten oder 8-ten Grades verwendet. Bezugszeichenliste

100 Wechselspannungsversorgungsnetz

101 erster Wechselrichter

102 DC/DC-Wandler

103 zweiter Wechselrichter

104 Gleichrichter

105 Umrichter

UL1 erste Phasenspannung des Wechselspannungsversorgungsnetzes

UL2 zweite Phasenspannung des Wechselspannungsversorgungsnetzes

UL3 dritte Phasenspannung des Wechselspannungsversorgungsnetzes

i L 1 erste Netzstromphase

il_2 zweite Netzstromphase

il_3 dritte Netzstromphase

51 steuerbarer Halbleiterschalter

52 steuerbarer Halbleiterschalter

53 steuerbarer Halbleiterschalter

54 steuerbarer Halbleiterschalter

55 steuerbarer Halbleiterschalter

56 steuerbarer Halbleiterschalter

57 steuerbarer Halbleiterschalter

11 Ausgangsstrom am gleichspannungsseitigen Anschluss des ersten Wechselrichters 101 UC2 Ausgangsspannung am gleichspannungsseitigen Anschluss des ersten Wechselrichters 101

C1 erste Kapazität

C2 zweite Kapazität

M Elektromotor

12 Ausgangsstrom am gleichspannungsseitigen Anschluss des zweiten Wechselrichters 101 UC1 Ausgangsspannung am gleichspannungsseitigen Anschluss des zweiten Wechselrichters 101

t1 Zeitpunkt für Nulldurchgang t2 Zeitpunkt für Nulldurchgang t3 Zeitpunkt für Nulldurchgang t4 Zeitpunkt für Nulldurchgang t5 Zeitpunkt für Nulldurchgang t6 Zeitpunkt für Nulldurchgang