(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的な負荷（４）に接続されたネットワーク監視ユニット（５）と、出力側で直列に接続された複数のインバータ（３１，３２，…３ｎ）との間のデータ通信のための方法であって、前記インバータ（３１，３２，…３ｎ）と前記ネットワーク監視ユニット（５）とが互いに時間的に同期される方法において、
前記電気的な負荷（４）に印加する電源電圧（ＶＮ）が、前記インバータの出力側における出力電圧の合計により与えられ、前記電源電圧（ＶＮ）に、前記ネットワーク監視ユニット（５）により同期パルス（１０）が重畳され、前記同期パルスが時間的な同期のためにインバータ（３１，３２，…３ｎ）により検出され、個々の前記インバータ（３１，３２，…３ｎ）を前記電源電圧（ＶＮ）に同期させることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、二つの連続した同期パルス（１０）の間に、少なくとも一つの所定の時間長（ｔＮ，ｔＩ）のデータチャネルが形成されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、二つの連続した同期パルス（１０）の間に、少なくとも二つの所定の時間長（ｔＮ，ｔＩ）のデータチャネルが形成されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の方法において、前記同期パルス（１０）の送信又は検出と、第一の前記データチャネルとの間に、所定のパルス長（ｔＳＰ）が設けられることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法において、前記電源電圧（ＶＮ）のゼロ点通過又は頂点が好ましい前記電源電圧（ＶＮ）の基準点の後、所定の遅延時間（ｔｄ）の経過後に前記同期パルス（１０）が送信されることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、前記遅延時間（ｔｄ）の間に、インバータ（３１，３２，…３ｎ）から前記ネットワーク監視ユニット（５）にデータが送信されるか又はその逆の方向に送信されることを特徴とする方法。
【請求項７】
電気的な負荷（４）に接続されたネットワーク監視ユニット（５）と、出力側で直列に接続された複数のインバータ（３１，３２，…３ｎ）との間のデータ通信のための装置において、
負荷（４）に印加する電源電圧（ＶＮ）に重畳される同期パルス（１０）を生成するために前記ネットワーク監視ユニット（５）内に同期ユニット（６）が設けられており、前記電源電圧（ＶＮ）が、前記インバータの出力側における出力電圧の合計により与えられ、前記インバータ（３１，３２，…３ｎ）は、前記ネットワーク監視ユニット（５）との時間的な同期のために前記同期パルス（１０）を検出し、前記電源電圧（ＶＮ）に同期させられるように構成されていることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、電気的な負荷に接続されたネットワーク監視ユニットと、出力側が直列に接続された複数のインバータとの間のデータ通信のための方法であって、インバータとネットワーク監視ユニットとが互いに時間的に同期される方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電施設（Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｋａｎｌａｇｅｎ）は、通常、複数のソーラーパネルを備え、これらのソーラーパネルが太陽光の照射に応じて或る決まった大きさの直流電圧を供給する。この直流電圧は、インバータによって交流電圧や交流電流に変換され、電気の送電網に供給されたり、電気で動く機械やバッテリー充電ステーション等といった電気的な負荷に接続される。これに関して異なる構成が幾つか公知となっている。本願発明は、各ソーラーパネルに固有のインバータが備えられかつ個々のインバータが直列に接続されてなり、これらインバータの出力電圧の合計が、送電網や電気的な負荷の電圧になる装置に関する。このような装置が、例えば英国特許出願公開第２４８３３１７号明細書から公知となっている。この文献では、個々のインバータが互いに同期していなければならないとともに送電網もしくは電気的負荷に対しても同期していなければならないことが詳述されている。さらに、センサを用いて、例えば、振幅、位相及び周波数に関して、電源電圧（送電網電圧）（Ｎｅｔｚｓｐａｎｎｕｎｇ）を分析評価し、それらの情報を個々のインバータの同期ユニットに送信することが提示されている。これを実現するのに、固有の制御線を介したり、パワーライン通信を用いたりすることができる。ただし、英国特許出願公開第２４８３３１７号明細書には、いかにしてその同期が行われるのかについて記載されていない。
【０００３】
欧州特許第１４８３８１９号明細書には、パワーライン通信を用いて電気器具を操作するための方法が記載されている。この文献の場合、互いに交信を行いかつその時に互いに同期の必要な複数のログインしている利用者（Ｔｅｉｌｎｅｈｍｅｒｎ）が、一つの送電網に接続している。同期を行うために、ログインしている利用者は、或る送受信周期でチャネルラスタを構築するために電源電圧のゼロ点通過を使う。各送受信周期は、電源電圧のゼロ点通過によって制限される。加えて、各利用者は、電源電圧をそのゼロ点通過について監視しなければならず、それに合わせた装備も求められる。この種の同期は、個々の利用者が送電網に並列に接続されている場合にのみ機能し得る。そのため、このパワーライン通信方法は、英国特許出願公開第２４８３３１７号明細書に記載の装置においては機能し得ないであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】英国特許出願公開第２４８３３１７号明細書
【特許文献２】欧州特許第１４８３８１９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は、直列に接続された複数のインバータからなる装置において簡便かつ信頼性の高いデータ通信を可能とする装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、本発明により、電気的な負荷に印加する電源電圧（送電網電圧）に、ネットワーク監視ユニットを用いて同期パルスが重畳され、その同期パルスが、時間的同期のためにインバータによって検出されることで解決される。この同期パルスは、全ての直列に接続されたインバータによって検出可能とされ、これにより、これらのインバータは、データ通信のために極めて簡単にネットワーク監視ユニットと同期可能になる。しかも、複数の同期パルスが、決められたタイムスパン（時間長）を複数形成して、それらのタイムスパン内に任意の通信プロトコルを実現することができる。
【０００７】
特に好ましいのは、二つの互いに連続した同期パルス（引き続き到来する二つの同期パルス）の間に少なくとも二つの予め決められた時間長さ（所定の時間長さ）のデータチャネルが形成されることである。これらのデータチャネルはかくして、通信プロトコルに合わせて複数のインバータやネットワーク監視ユニットによって使用されることができる。
【０００８】
データ通信の信頼性を向上させることができるのは、同期パルスの送信あるいは検出と、一番最初のデータチャネルとの間に、予め決められたパルス長（所定のパルス期間）が設けられ、その結果、データが回線を通じて送られる前に同期パルスが十分に静まりかえることができる場合である。
【０００９】
同期パルスは、明確に規定され一義的でかつ容易に把握可能な電源電圧の基準点（基準時点）に対応付けられ、その基準点、好ましくは、電源電圧のゼロ点通過（ゼロ点通過点）（Ｎｕｌｌｄｕｒｃｈｇａｎｇ）や頂点（Ｓｃｈｅｉｔｅｌｐｕｎｋｔ）から予め決められた遅延時間の経過後に送信されることが好ましい。
【００１０】
この遅延時間は、例えば或るインバータの緊急事態を知らせるためといったインバータに関する付加的なデータをネットワーク監視ユニットに送信するのに用いたり、あるいは、例えば一つのインバータのアドレスを特定するため、先のものとは逆の方向に付加的なデータを送信するのに用いたりすることができる。この方法により、データ通信の帯域幅を浪費することなく施設の運転に重要な追加情報を簡単な方法で伝えることができる。緊急事態を知らせると、それに引き続いて適切に緊急停止も行うことができ、その結果、施設の安全性とユーザの安全性の向上が図られる。
【００１１】
以下に、図１乃至４を参照し、本発明の最適かつ典型的な好ましい実施例についてより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】電気的な負荷につながる太陽光発電施設のブロック図
【図２】複数の同期パルスを持つ電源電圧を示す図
【図３】複数の同期パルスを持つ電源電圧の一部拡大図
【図４】同期ユニットの一実施形態を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
太陽光発電施設１は、幾つもの光電モジュール２１，２２，…２ｎを有している。各光電モジュール２１，２２，…２ｎは、公知の方法で付属のインバータ３１，３２，…３ｎに結合されており、各インバータが、それぞれ光電モジュール２１，２２，…２ｎの直流電圧ＶＤＣ１，ＶＤＣ２，…ＶＤＣｎを、インバータ３１，３２，…３ｎの出力側における交流電圧ＶＡＣ１，ＶＡＣ２，…ＶＡＣｎに変換する。インバータ３１，３２，…３ｎは、それらの出力部を介して直列に接続され、これにより交流電圧ＶＡＣ１，ＶＡＣ２，…ＶＡＣｎの合計が、振幅及び位相において、送り先の送電網や供給対象の電力消費主体（ｅｌｅｋｔｒｉｓｃｈｅｒ  Ｖｅｒｂｒａｕｃｈｅｒ）（総じて電気的負荷４として記載されている。）の電源電圧ＶＮを与える。電源電圧ＶＮは、電気的な負荷４に接続されたネットワーク監視ユニット５において監視される。ネットワーク監視ユニット５は、本実施形態では直列に接続されたインバータ３１，３２，…３ｎに並列に接続されている。ネットワーク監視ユニット５内には、さらに同期ユニット６が配置されており、以下に詳細に述べるように、この同期ユニット６が個々のインバータ３１，３２，…３ｎを電源電圧ＶＮに同期させる役割を担っている。さらに、各インバータ３１，３２，…３ｎは、制御ユニット７１，７２，…７ｎも備え、これが同期ユニット６の同期情報を解析し、インバータ３１，３２，…３ｎを電源電圧ＶＮに同期させるように制御する。
【００１４】
図２は、電源電圧ＶＮの時間的な変化を示す。ゼロ点通過から所定の時間間隔ｔｄに、時間がより短い同期パルス１０（図３参照）が同期ユニット６により生成され、電源電圧ＶＮに重畳される。この同期パルス１０は、インバータ３１，３２，…３ｎが直列に接続されているおかげで、各インバータ３１，３２，…３ｎによって、換言すれば付属の制御ユニット７１，７２，…７ｎによって検出可能とされており、その結果一つの一義的な時間基準となり、この基準に合わせてインバータ３１，３２，…３ｎが同期されることが可能となる。ここで、この同期パルス１０は、もちろん、遅延ｔｄを伴うものであっても伴わないものであってもよいし、さらには、例えば電源電圧ＶＮの頂点といった、電源電圧ＶＮの別の一義的な時点に送信されるものであってもよい。
【００１５】
同期パルス１０の後に、データ送信のために利用できる時間幅ｔＮ，ｔＩ、いわゆるデータチャネルが定められている。ここで、二つの同期パルス１０の間には、一つのデータチャネルが設けられていてもよいし、あるいは複数のデータチャネルが設けられていてもよい。同期パルス１０を検出した後、データチャネルの開始前に好ましくは所与のパルス長ｔＳＰの待機が行われる。
【００１６】
図２においては、データ通信のために例えば二つのデータチャネルが定められる。加えて、同期パルス１０の検出もしくは送信の後で、所与のパルス長ｔＳＰの待機が行われる。その後、或る決められた時間長ｔＮの間、ネットワーク監視ユニット５からインバータ３１，３２，…３ｎにデータを送信することができる。これを、例えば電圧値ＶＡＣ、周波数、無効電力・有効電力の設定値（Ｂｌｉｎｄｌｅｉｓｔｕｎｇｓ−  ｓｏｗｉｅ  Ｗｉｒｋｌｅｉｓｔｕｎｇｓｖｏｒｇａｂｅｎ）等を設定することで、電気的な負荷４の状態に応じて、ネットワーク監視ユニット５から制御信号によってインバータ３１，３２，…３ｎを中央で操作するために用いることもできる。これに続き、時間長ｔＩの間、インバータ３１，３２，…３ｎからネットワーク監視ユニット５への、ステータス情報、運転情報、中央モニタリングのための情報等のデータの送信のための第二のデータチャネルが続く。一つの伝送周期は、この実施例では電源電圧ＶＮの一周期に相当する。
【００１７】
ｘ番目毎の同期パルス１０や複数の連続した同期パルスが、例えばネットワーク監視ユニット５からインバータ３１，３２，…３ｎへといった一方向へのデータ送信の同期のために利用されることも可能である。その余の同期パルス１０は、例えばインバータ３１，３２，…３ｎからネットワーク監視ユニット５へといった他方向へのデータ送信の同期のために利用することができる。例えば、一つ置きの同期パルス１０だけが一方向への送信に用いられるというものでもよい。また、例えば二つの連続した（引き続き到来する）同期パルス１０が一方向への送信のために用いられ、三番目に続く同期パルス１０が他方向への送信に用いられ、この周期が繰り返されるといったことも可能である。
【００１８】
このようにして、電源電圧の一つの波全体（全波）あるいは半分の波（半波）（図２に示されるように）がデータ通信に用いられることができる。北米やアジアによく見られるような６０Ｈｚの電源周波数の場合、上記のデータチャネルに関して、時間幅は約１６．７ｍｓ（全波）、あるいは８．３５ｍｓ（半波）になる。欧州によく見られるような５０Ｈｚの電源周波数の場合、時間幅は２０ｍｓになる。
【００１９】
インバータ３１，３２，…３ｎを介して直列に接続されたこのような光電モジュール２１，２２，…２ｎが、互いに並列に複数接続されるとともにネットワーク監視ユニット５あるいは電気的な負荷４に接続されるといった構成も可能である。例えば、それぞれ１０個のインバータが直列に接続された束が三つ並列にネットワーク監視ユニット５あるいは電気的な負荷４に接続されることも考えられる。この並列接続を介して、各束において、直列に接続されたインバータから同期パルス１０が送信され、そこでインバータによって同期のために検出されることができる。
【００２０】
もちろん、任意の適用例が考えられ得る。例えば、二よりも多いデータチャネルが実施可能であろうし、一伝送周期が電源電圧ＶＮの一周期よりも長いものも可能である。
【００２１】
データ伝送には、それぞれ任意の適した通信プロトコルを利用してもよい。データ伝送の物理的な変換には、よく知られたパワーライン通信の方法を応用することができる。
【００２２】
同様に、実施可能な態様として、例えば、緊急事態を知らせるためや、太陽光発電施設１の緊急停止や太陽光発電施設１の電気的な負荷４からの分離といった、所定の必要処置をネットワーク監視ユニット５に実行させるため、非同期でも、インバータ３１，３２，…３ｎの一つあるいはその付属の制御ユニット７１，７２，…７ｎが、同期パルス１０をネットワーク監視ユニット５方向に、及び／又は、その他のインバータ３１，３２，…３ｎに向けて送信することができるようにしてもよい。ネットワーク監視ユニット５方向の上記同期パルス１０は、例えば、遅延時間ｔｄの間でも送信することができる。
【００２３】
同様に、他のデータ、例えば、或る特定のインバータ３１，３２，…３ｎを選択するためのアドレス情報を、遅延時間ｔｄの間に送信することもできる。
【００２４】
また、実施可能な態様として、インバータ３１，３２，…３ｎの一つが、ネットワーク監視ユニット５の機能を引き受けることで、個別のネットワーク監視ユニット５を省略してもよい。
【００２５】
同期パルス１０は、様々な方法で生成することができる。例えば、図４に示されるように、相電圧（Ｐｈａｓｅ）と接地線（Ｎｕｌｌｌｅｉｔｅｒ）との間に、インピーダンス１２がスイッチ１１を用いて直列に接続できる。スイッチ１１が開かれた状態では、電気的エネルギーはインピーダンス１２に蓄えられ、この電気的エネルギーが、スイッチ１１を閉じたときに開放され、同期パルス１０が生成される。同期パルス１０の生成方法及び検出方法として他に可能なものとしては、例えば、米国特許第７０７８９８２号明細書に記載されている。
【００２６】
特に、データ信号が搬送信号（Ｔｒａｅｇｅｒｓｉｇｎａｌ）（電源電圧）に重畳されるようなパワーラインによるデータ通信の方法の場合、伝送すべきデータの最初のビットが同期パルス１０として用いられるとともに検出されることも可能であろう。概して、データ伝送の最初とか終わりとかいった、或る特殊な時点が同期パルス１０として利用することができる。
【００２７】
インバータ３１，３２，…３ｎの直列に接続された出力部を介して同期パルス１０を伝送するのに代えて、ネットワーク監視ユニット５とインバータ３１，３２，…３ｎとの間にデータ通信のための専用の制御線が設けられていてもよい。同期パルス１０は、この場合には、この制御線を介してインバータ３１，３２，…３ｎに送信されることになる。
【符号の説明】
【００２８】
１  太陽光発電施設
２１，２２，…２ｎ  光電モジュール
３１，３２，…３ｎ  インバータ
４  電気的な負荷
５  ネットワーク監視ユニット
６  同期ユニット
７１，７２，…７ｎ  制御ユニット
１０  同期パルス
ｔＮ，ｔＩ  時間長
ｔｄ  遅延
ｔＳＰ  パルス長
ＶＤＣ１，ＶＤＣ２，…ＶＤＣｎ  直流電圧
ＶＡＣ１，ＶＡＣ２，…ＶＡＣｎ  交流電圧
ＶＮ  電源電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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