Batteriewechselrichter für den Einsatz in Hybridsystemen

Die Versorgung kleiner, dezentraler Verbraucher im Leistungsbereich von 2 bis 30 kW im Inselbetrieb ist eine ideale Aufgabe für photovoltaische Systeme. Die Erfahrungen mit derartigen Anlagen zeigen, daß diese Systeme nicht nur robust, kostengünstig und zuverlässig sein müssen, sondern vor allem modular aufgebaut und damit u.a. auch nachträglich erweiterbar sein sollten. Auch die Einbeziehung von Dieselaggregaten und kleinen Windenergieanlagen muß auf einfache Weise realisierbar sein. Es wurde ein völlig neuartiger Batteriewechselrichter 'Sunny Island' mit einer Nennleistung von 3,3 kW entwickelt, der erstmalig durch den Einsatz modernster Mikroprozessortechnik in Verbindung mit neuartigen leistungselektronischen Schaltungskonzepten eine wirklich einfach anwendbare und baukastenartig erweiterbare Systemtechnik für die dezentrale Energieversorgung zuläßt. Bei dem Batteriestromrichter wandelt ein bidirektionaler Cuk-Wandler die Batteriespannung in eine geregelte Zwischenkreisspannung von 380 V. Ein HF-Transformator sorgt für eine galvanische Trennung zwischen Batterie und Netz, so daß die Batterie potentialfrei ist. Durch die hohe Taktfrequenz von 16,6 kHz wird der Transformator erheblich leichter und kleiner als ein entsprechender Trafo für 50 Hz. An den Zwischenkreis ist ein einphasiger Wechselrichter mit LCL-Filter angeschlossen, der die sinusförmige Spannung im Inselnetz zur Verfügung stellt. Da sowohl der Cuk-Wandler als auch der Wechselrichter bidirektional arbeiten, kann der Stromrichter die Batterie laden und entladen. Zur Regelung des Cuk-Wandlers wird ein Zustandsregler mit überlagertem PI-Regler zur Zwischenkreisspannungsregelung eingesetzt. Die Spannungsregelung des Wechselrichters ist als Kaskadenregelung implementiert. Die Betriebsführung ist für alle übergeordneten Aufgaben zuständig, die nicht im Takt der Regelung bearbeitet werden müssen (Kommunikation, Displayanzeige). Außerdem legt die Betriebsführung die momentane Betriebsführung fest. Folgende Betriebsarten sind implementiert: Spannungsgeregelter, stromgeregelter, dreiphasiger sowie paralleler Betrieb. Das Batteriemanagemnt ist zuständig für die Laderegelung der Batterie. Als Mikroprozessor wird ein digitaler Signalprozessor vom Typ TMS 320 F 240 von Texas Instruments eingesetzt. Als Applikationsbeispiele für den Batteriestromrichter werden einphasige und dreiphasige Anwendungen gezeigt.