(57)【要約】本発明は、分散型発電システムに用いるＤＣ／ＤＣコンバータに関する。ＤＣ／ＤＣコンバータを物理的に電力受電コンポーネントから切り離し、ＤＣバスを経てこのような電力受電コンポーネントに接続する場合、ＤＣバスの短絡はシステムおよび運転要員を危険にさらすことになる。このような危険を最小にするために、本発明は、発電ユニットが出力する直流電流をＤＣ／ＤＣ変換し、かつ得られる変換直流電流をＤＣバスに供給する変換コンポーネントを具えるＤＣ／ＤＣコンバータであって、さらにＤＣ／ＤＣコンバータの出力端の電圧を監視するようにし、かつ監視した電圧が所定の電圧閾値以下になる場合には変換コンポーネントを短絡保護モードにするように構成した制御コンポーネントも具えるＤＣ／ＤＣコンバータを提案する。本発明はまた、このようなものに対応するシステムおよび方法にも関する。
2007518386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電ユニットが供給する直流電流をＤＣ／ＤＣ変換し、これにて得られる変換直流電流をＤＣバスに供給する変換コンポーネントと；
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端の電圧を監視し、かつ監視した前記電圧が所定の電圧閾値以下になる場合に前記変換コンポーネントを短絡保護モードにするように構成した制御コンポーネントと；
を具えている、分散型発電システムに用いるＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項２】
前記制御コンポーネントはさらに、監視した前記電圧が前記所定の電圧閾値を超える場合には、前記変換コンポーネントに前記短絡保護モードを脱出させるように構成した請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項３】
前記変換コンポーネントは、前記短絡保護モードにおいて、一度に短い期間だけ変換直流電流を繰り返し出力するように適合させた請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項４】
前記変換コンポーネントは、前記短絡保護モードにおいて、所定の最大値に制限された電流を出力するように適合させた請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項５】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端に電圧がかかっていない場合に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記出力端を一時的に短絡する短絡コンポーネントをさらに具えている請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項６】
直流電流を発生する少なくとも１つの発電ユニットと；
供給される電流を電力受電コンポーネントが利用できるようにするＤＣバスと；
前記少なくとも１つの発電ユニットと前記ＤＣバスとの間に接続した少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータであって、前記少なくとも１つの発電ユニットが供給する直流電流をＤＣ／ＤＣ変換し、これにて得られる変換直流電流を前記ＤＣバスに供給する変換コンポーネントを有し、かつ前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端の電圧を監視し、かつ監視した前記電圧が所定の電圧閾値以下になる場合には前記変換コンポーネントを短絡保護モードにするように構成した制御コンポーネントをさらに有するＤＣ／ＤＣコンバータと；
を具えている分散型発電システム。
【請求項７】
前記少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータを前記ＤＣバスに接続する少なくとも１つのプラグ接続部であって、当該プラグ接続部が開放している時は前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端を自動的に短絡し、および／または前記プラグ接続部が閉じている時は前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端間の短絡を自動的に除去する短絡コンポーネントを具えているプラグ接続部をさらに具えている請求項６記載の分散型発電システム。
【請求項８】
前記ＤＣバスを短絡させる中央短絡コンポーネントをさらに具えている請求項６記載の分散型発電システム。
【請求項９】
前記ＤＣバスに接続した電力受電コンポーネントであって、前記分散型発電システム内不良状態を検出した場合には、前記中央短絡コンポーネントが自動的に前記ＤＣバスを短絡させるように適合させた電力受電コンポーネントをさらに具えている請求項８記載の分散型発電システム。
【請求項１０】
分散型発電システムにて発電ユニットとＤＣバスとの間に配置されるＤＣ／ＤＣコンバータを動作させる方法であって、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端の電圧を監視するステップと；
前記監視した電圧が所定の電圧閾値を超える場合には、前記発電ユニットから受け取る直流電流をＤＣ／ＤＣ変換し、これにて得られる電流を前記ＤＣバスに供給するステップと；
前記監視した電圧が前記所定の電圧閾値以下になる場合には、短絡保護モードにするステップと；
を具えているＤＣ／ＤＣコンバータの動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分散型発電システムに用いるＤＣ／ＤＣコンバータ、このようなＤＣ／ＤＣコンバータを具えている分散型発電システム、および分散型発電システムに用いる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
分散型発電システムは、例えば、太陽光（光起電）（ＰＶ）発電装置の形態で知られている。
【０００３】
太陽光による電力は、再生可能なエネルギーとして最も有望なエネルギー源のひとつである。ＰＶ発電装置では、ＰＶセルが直流電流を発生し、この電流は、各セルにて１Ｖ未満の低い直流電圧になる。したがって、通常は、複数のＰＶセルをひとつのＰＶモジュールにアセンブルしている。実施態様に応じて、このようなＰＶモジュールは、数十ボルトの出力電圧を有し、１０Ｗ〜１５０Ｗの電力を供給することができる。
【０００４】
いくつかの用途において、例えば、生成した電流を公共の電力供給システムに給電するために配設されるＰＶ発電装置では、図１に示すように、ＰＶモジュールによって供給される直流電流をインバータによって交流に変換する。
【０００５】
図１は、従来のＰＶ発電装置のブロック図である。この発電装置は、いくつかのＰＶモジュール１１〜１２の第１の直列接続と、いくつかのＰＶモジュール１３〜１４の第２の直列接続とを具えている。一方のＰＶモジュール１１〜１２の直列接続および他方のＰＶモジュール１３〜１４の直列接続は、大地と直流（ＤＣ）バス４０との間に互いに並列に配置されている。さらに、インバータ２０が、一方ではＤＣバス４０に、そして他方では公共の電力供給システムの線路５０に接続されている。
【０００６】
このようなシステムでは、さまざまな制御作業に注意を払わねばならない。
【０００７】
最適な動作点にてＰＶモジュール１１〜１４を作動させるためには、いわゆるＭＰＰ（最大電力点）追跡法を用いるのが有利である。ＭＰＰ追跡法は、ＰＶセルがそれらのＭＰＰを有するように、インバータ２０への入力電流を選定する。しかしながら、このＭＰＰは固定されず、例えば太陽放射の強度、温度、およびＰＶセルの特性によって変動する。
【０００８】
さらに、ＰＶセルによってインバータ２０に供給される電力は、それを公共の電力供給システムに給電する前に、インバータ２０によって、公共の電力供給システムの現行電圧、公共の電力供給システムの現行周波数、および公共の電力供給システムの現位相に適合させなければならない。さらに補助回路によって操作の安全に対処して、例えば、公共の電力供給システムの電圧が低下する場合に、ＰＶ発電装置が孤立して動作するのを防ぐために、インバータ２０の動作を続行させるのを防止する。
【０００９】
従来のＰＶ発電装置においては、インバータの入力部およびインバータ回路自体での電圧の適合を、単一のデバイスにて行っている。
【００１０】
図２は、中央インバータユニット６０を使用している従来のＰＶ発電装置のブロック図である。このＰＶ発電装置は、複数のＰＶモジュール１１、１２、１３を具えている。これらのＰＶモジュール１１、１２、１３のそれぞれは、例えばＤＣバス４０を介して、中央インバータユニット６０の入力部に接続される。複数の単一ＰＶモジュール１１、１２、１３の代わりに、図１に示したように、複数の直列接続したＰＶモジュールを使用することもできる。中央インバータユニット６０内にて、ＰＶモジュール１１、１２、１３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を介して実際のインバータ２０に接続される。インバータ２０の出力は中央インバータユニット６０の出力に対応し、これらの出力は公共の電力供給システムの線路５０に接続される。
【００１１】
このような中央インバータユニット６０を大きめのシステムに使用する場合には、ＭＰＰ追跡をＰＶ発電装置全体としてしか実現することができない。したがって、例えばＰＶモジュール１１、１２、１３が部分的に日陰に入るなど、ＰＶモジュール１１、１２、１３の１つまたは特定のいくつかに限定される周囲環境の影響に柔軟に反応することはできない。
【００１２】
中央インバータユニット６０については、ＰＶモジュール１１、１２、１３から中央インバータユニット６０に供給しなくてはならない直流の電圧および電流が高いため、更なる問題がある。数アンペアを超える電流は、電圧が４０Vを超える場合には、単純なヒューズではもはや分離することはできない。これは、日光の場合に、ＰＶ発電装置は直流電流側でスイッチオフすることができないことを意味している。さらに、ＰＶモジュール１１、１２、１３は、それらが光に照らされている限り、常に電圧を供給する。すなわち、それらが負荷に接続されていない場合であっても、無負荷電圧を供給する。このことは、ＰＶ発電装置の組立および保守の期間中考慮して、事故や損傷を回避しなければならない。
【００１３】
文献ＤＥ１９９１９７６６Ａ１には、ＰＶモジュールの直列接続のそれぞれに対して、別個のＤＣ／ＤＣコンバータを有する中央インバータユニットを使用することが提案されている。これによれば、それぞれの直列接続に対して別個に電圧を適合させ、かつ別個にＭＰＰ追跡をすることができる。しかしながら、この方法では、高い直流電流および無負荷電圧という上記の問題は解決されない。
【００１４】
他の従来のＰＶ発電装置においては、各々がＤＣ／ＤＣコンバータおよびインバータを具えるいくつかのインバータユニットを用いている。この場合、これらのインバータユニットのそれぞれは、他のＰＶモジュールまたは他のＰＶモジュールのアセンブリに関連付けられている。直流の経路を長くしないようにするために、インバータユニットは通常、関連するＰＶモジュールまたはＰＶモジュールのアセンブリの近くに取り付けている。実際、特に、各ＰＶモジュールにそれ固有のインバータユニットを設けて、いわゆるモジュール−インバータとするＰＶ発電装置が提案されている。このようなＰＶ発電装置は、例えば文献ＤＥ  ４０３２５６９Ａ１に開示されている。
【００１５】
図３は、モジュール−インバータを使用している従来のＰＶ発電装置のブロック図である。図示したＰＶ発電装置は、第１のＰＶモジュール１１が第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３１を介して第１のインバータ２１に接続される第１のモジュール−インバータ６１を具えている。インバータ２１の出力端はさらに、公共の電力供給システムの線路５０に接続されている。ＰＶ発電装置はまた、複数の更なるモジュール−インバータ６２、６３も具えており、これらは第１のモジュール−インバータ６１と同様に構成され配置されており、したがってそれぞれのＰＶモジュール１２、１３、それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータ３２、３３およびそれぞれのインバータ２２、２３を具えている。
【００１６】
このＰＶ発電装置の欠点は、それぞれのインバータ２１、２２、２３が、独立して、公共の電力供給システムへの電流の供給に対する需要の管理をしなくてはならないことにある。場合によっては、ネットワーク障害および安全性回路の監視さえも、各モジュール−インバータ６１、６２、６３において別個に行なわなければならない。さらに、分散したインバータ２１、２２、２３は、これらを中央位置から監視および／または制御しなければならない場合に、別々の通信構体に接続しなければならない。そのうえ、インバータ２１、２２、２３の制御アルゴリズムは、それらが互いに発振する際に不安定なものになり得る。
【００１７】
図３に示したＰＶ発電装置の更なる欠点は、それを屋根の上に取り付けた場合に、周囲環境の歪みが原因となって、インバータ２１、２２、２３の信頼性が不十分になる点にある。インバータ２１、２２、２３は、公共の電力供給システムへの５０Ｈｚ以上の電圧でエネルギーを蓄積するための電解コンデンサを必要とし、このような電解コンデンサは特に温度の変動に敏感である。
【００１８】
なお、ＰＶモジュールまたはＰＶモジュールのアセンブリとは別の分散型発電ユニットを用いる、他のタイプの発電用分散型システムにおいても、同じような問題が起こり得る。さらに、ＰＶモジュールのような分散型発電ユニットによって発生されるエネルギーを、公共の電力供給システムに給電するためでなく、何らかの他の目的に使用する場合にもまた、同様な問題が起こり得る。
【００１９】
本発明は、種々の従来の分散型発電システムの利点を組み合わせると同時にそれらの欠点をなくす、代替の分散型発電システムに基づくものである。この代替システムでは、複数のＤＣ／ＤＣコンバータをインバータから物理的に切り離し、かつ各ＤＣ／ＤＣコンバータをそれぞれの発電ユニットの近くに配置する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、利用可能な電流をＤＣバスに供給することができ、電力受電コンポーネントは必要な電流をこのＤＣバスからを取り出すことができる。このようなシステムでは、発電ユニットが供給する高い直流電流は、それぞれの発電ユニットに関連付けたＤＣ／ＤＣコンバータが発電ユニットの場所では高い直流電流を変換できるため、電力受電コンポーネントまで長い距離を伝送する必要がない。さらに、システムのモジュール化およびその拡張取付けを簡単にすることができる。さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータと電力受電コンポーネントとを分離したため、例えば屋根の上のような悪環境条件下にあるシステムのコンポーネントを、電解コンデンサなしで、したがって長寿命で高い信頼性が保証されるやり方で構成することができる。すなわち、発電ユニットのそばに配置するＤＣ／ＤＣコンバータのみを悪環境条件下におくことができ、また、通常はより敏感な電力受電コンポーネントを保護された場所に配置することができる。ＤＣ／ＤＣコンバータはさらに、電圧が所定のＤＣバスの電圧を超えないようにする必要がある場合には、各ＤＣ／ＤＣコンバータは中央制御部から独立して動作させることができる。電力受電ユニットはさらに、ＤＣバスの電圧が減少しない場合にのみＤＣバスから電力を受電するように設計し、電力の受電を、各時点で自動的に発電ユニットにより利用可能となる電流に適合させるようにすることができる。
【００２０】
このようなシステムにおいては、ＤＣバス上で短絡が生じる際には問題が生じ得る。短絡状態では、超えることができない所定のＤＣバスの電圧に達することはないため、ＤＣ／ＤＣコンバータは、関連する発電ユニットによって利用可能になる最大電流をＤＣバスに供給する。この結果、システムが損傷を受けたり、操作する要員を危険にさらしたりし得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明の目的は、短絡の場合における上記問題を回避する、ＤＣ／ＤＣコンバータ、分散型発電システム、およびこれに用いる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明では、発電ユニットが供給する直流電流をＤＣ／ＤＣ変換し、これにて得られた変換直流電流をＤＣバスに供給するための変換コンポーネントを具えている、分散型発電システムに用いるＤＣ／ＤＣコンバータを提案する。この提案するＤＣ／ＤＣコンバータはさらに、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端にて電圧を監視し、かつ監視した電圧が所定の電圧閾値以下になる場合には変換コンポーネントを短絡保護モードにするように構成した制御コンポーネントを具えている。
【００２３】
さらに本発明では、提案のＤＣ／ＤＣコンバータと、さらに直流電流を発生する少なくとも１つの発電ユニットと、供給される電流を電力受電コンポーネントが利用できるようにするためのＤＣバスとを具えており、ＤＣ／ＤＣコンバータを少なくとも１つの発電ユニットとＤＣバスとの間に接続するようにした、分散型発電システムを提案する。
【００２４】
さらに本発明では、ＤＣ／ＤＣコンバータを発電ユニットとＤＣバスとの間に配置する、分散型発電システムにてＤＣ／ＤＣコンバータを動作させる方法も提案し、この方法は、
ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端の電圧を監視するステップと；
監視した電圧が所定の電圧閾値を超える場合には、発電ユニットから受電する直流電流をＤＣ／ＤＣ変換し、これにて得られた変換電流をＤＣバスに供給するステップと；
監視した電圧が所定の電圧閾値以下になる場合には、短絡保護モードにするステップと；
を具えるものである。
【００２５】
本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータをＤＣバスに接続していれば、分散型発電システムのＤＣバスの短絡を、ＤＣ／ＤＣコンバータにてその出力端で電圧を監視することによって検出することができるという認識に基づいてなしたものである。ＤＣバスにおける電圧の変動が、発電コンポーネントが供給する電力の変動によってのみ生じる場合には、ＤＣバスの電圧の正規の範囲を、例えば所望の電圧の８５％〜１００％に制限することができる。ＤＣバスにおける電圧がこの範囲の下限以下に落ち込む場合には、短絡状態が原因の可能性があると考えることができる。したがって、この場合にはＤＣ／ＤＣコンバータを短絡モードにすることを提案する。ＤＣバスから電流を受電する電力受電コンポーネントは、通常は、任意の方法による設計で所定制限範囲内の入力電圧でしか動作させることができない。
【００２６】
本発明の利点は、システムが短絡した際に、分散型発電システムおよび操作する要員を保護することができるという点にある。
【００２７】
本発明の好適例では、制御コンポーネントが、監視している電圧が所定の閾値を超えて上昇するとすぐに、変換コンポーネントを短絡モードから脱するようにする。こうすることで、ＤＣ／ＤＣコンバータは、短絡がなくなると通常動作を自動継続するという利点がある。
【００２８】
短絡モードは様々なやり方で実現することができる。ＤＣバスに供給される電流の総量を制限するかまたは減らして、その電流の総量が操作要員およびシステムにとって危険にならないようにするのが有利である。本発明の好適例では、ＤＣ／ＤＣコンバータが、短絡モードで短時間に繰り返し電流を出力するようにする。本発明の他の好適例では、ＤＣ／ＤＣコンバータが、短絡モードで低い最大値に制限される電圧を出力するようにする。どちらの手法とも、ＤＣバスの電圧が所定の閾値電圧に達するまで、システムの動作の開始時点ではある程度の時間を要するものの、さらなる手段なしでシステムの動作を開始できるようなる。出力電流はゼロまでは低減しないため、しばらくすると所定の閾値電圧に達し、その場合には制御コンポーネントは、変換コンポーネントを正規の動作に切り換えることができる。
【００２９】
また、本発明の利点は、単に人為的に短絡をおこすことによって、分散型発電システムの安全な設置のために、および同様に、動作している分散型発電システムまたはその一部をスイッチオフするために、本発明を利用することができることにある。特に、ＤＣバスに接続したＤＣ／ＤＣコンバータの出力端および／またはＤＣバスに接続した電力受電コンポーネントの入力端を、このようなために、例えばクロウバー（ｃｒｏｗ  ｂａｒ）のような短絡スイッチによって、または短絡ブリッジによって短絡することができる。この場合には追加のコンポーネントは不要である。
【００３０】
例えば、各ＤＣ／ＤＣコンバータを、短絡コンポーネントを含むプラグ接続部によってＤＣバスに接続することができる。短絡コンポーネントは、プラグ接続部が開放している時にＤＣ／ＤＣコンバータの出力端を自動的に短絡するように、および／またはプラグ接続部が閉じている時にＤＣ／ＤＣコンバータの出力端間の短絡をなくすように設計する。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータが安全にＤＣバスに接続される時だけ、臨界電圧を出力できるようにすることができる。
【００３１】
例えば電力受電コンポーネントの入力端にてＤＣバスを短絡させる中央短絡コンポーネントをシステムが具えている場合には、システム全体を単純に切り換えることができる。このような中央短絡コンポーネントは、ＤＣバスに接続した電力受電コンポーネントで制御することもできる。この場合には、電力受電コンポーネントは、システムに障害がある状況を検出した場合に、中央短絡コンポーネントがＤＣバスを短絡させるようにする。
【００３２】
本発明は、複数の発電ユニットを用いる任意の分散型エネルギー生成システムに使用することができる。発電ユニットは、１つ以上のＰＶモジュールまたは他の任意の発電モジュールで構成することもできる。特にＤＣバスがＤＣ／ＤＣコンバータによって監視される所定の動作電圧範囲を有する場合には、種々の発電ユニットが異なるタイプの発電モジュールを具えるようにすることさえもできる。
【００３３】
さらに、複数のＤＣ／ＤＣコンバータによってＤＣバスに供給される電流は、任意の所望な電力受電コンポーネントに供給することができる。この電流は、例えば供給される直流電流を特定の要件に従って交流電流に変換するインバータに供給することができる。それから、交流電流を例えば公共の電力供給システムに供給したり、または隔離した電力供給システムにて電源として用いたりすることができる。
【００３４】
また、ＤＣバスの電流は、例えば蓄電池用の充電制御器によって取り出すこともできる。蓄電池を備えたシステムにおいては、ＤＣバスを、充電電流を供給するために用いることができるが、放電のサイクルにおいても同じように用いることができる。すなわち、ＤＣバスを介して発電ユニットによって供給されるエネルギーは何らかの負荷に供給して、充電制御器を介して並列の１つ以上の蓄電池を充電することができる。ＤＣバスの電圧が減少する場合には、負荷によりＤＣバスから絶えずエネルギーを取り出すことができるように、蓄電池に蓄積されているエネルギーをＤＣバスに帰還させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施例を添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００３６】
図４は、本発明を実施し得る分散型発電システムとしてのＰＶ発電装置の例を示している。このＰＶ発電装置における本発明の模範的な実施を、図５および６を参照して説明する。
【００３７】
図４のＰＶ発電装置は、ＰＶモジュール１１、１２の第１の直列接続を具えている。この第１の直列接続の両端部は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３１の入力端に接続する。ＰＶ発電装置はさらに、ＰＶモジュール１３、１４の第２の直列接続を具えている。この第２の直列接続の両端部は、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ３２の入力端に接続する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１、３２のそれぞれの出力端は、共通のＤＣバス４０の線に接続する。更なるＰＶモジュールを、同じように別個のＤＣ／ＤＣコンバータを介してＤＣバス４０に接続することができる。ＰＶ発電装置はインバータ２０も具えている。インバータ２０の入力端もＤＣバス４０の線に接続し、一方インバータ２０の出力端は公共の電力供給システムの線路５０に接続する。
【００３８】
ＰＶモジュール１１〜１４は、それぞれ光の強度に依存する電流を発生する。
【００３９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３１、３２は、それぞれ接続したＰＶモジュール１１〜１４によって供給される電圧を監視する。ＰＶモジュール１１〜１４の特定の直列接続によって供給される電圧が第１の所定の電圧閾値に達するかまたはそれを超えるとすぐに、関連するＤＣ／ＤＣコンバータ３１、３２は電圧変換を行なう。慣例のＭＰＰ追跡法を使用して、このＤＣ／ＤＣコンバータ３１、３２への入力電流は、接続されたＰＶモジュール１１〜１４が特性曲線の屈曲部において、すなわちＭＰＰにおいて動作するように設定する。このようにＭＰＰ追跡は、ＰＶモジュール１１〜１４の各直列接続に対して別個に行なう。
【００４０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３１、３２の出力電力はＤＣバス４０に供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１、３２のそれぞれがＤＣバス４０に供給することができる電力の量は、２つの要件によって決まる。その第１の要件として、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１、３２の出力電圧は所定の電圧に設定する。この電圧値はＰＶ発電装置全体の各ＤＣ／ＤＣコンバータ３１、３２に対して同じとする。第２の要件として、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１、３２によって供給される電流は、所定の最大値を超えないようにする。この最大値は、各ＤＣ／ＤＣコンバータ３１、３２に対して相違させることができ、それぞれ接続されたＰＶモジュール１１〜１４の最大電力に応じて選択すべきである。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１、３２の出力電流がこのＤＣ／ＤＣコンバータ３１、３２に対して所定の電流閾値以下となる場合、およびエネルギーの供給が、第２の所定の電圧閾値としての所定のバス電圧を超えてＤＣバス４０の電圧を増大させない場合にのみ、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１、３２はＤＣバス４０にエネルギーを供給する。
【００４１】
ＤＣバス４０に接続されたインバータ２０は、所定の電圧がＤＣバス４０にて利用できる場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１、３２のうちの少なくとも１つが動作していると認識する。所定のバス電圧がＤＣバス４０にて利用可能な場合で、しかも公共の電力供給システムの線路５０における電圧を監視して現在このような電圧を供給することができる状態である場合に、インバータ２０は、ＤＣバス４０から取り出した電流を必要な周波数および必要なコード位相を有する交流電流に変換し、この交流電流を公共の電力供給システムの線路５０に供給することができる。
【００４２】
インバータ２０が公共の電力供給システムに供給するエネルギーが増えるにつれて、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１、３２はＤＣバス４０の電圧を上昇させることなく多くのエネルギーを供給できるため、その分だけＤＣバス４０の電流が高くなる。全てのＤＣ／ＤＣコンバータ３１、３２がそれらの最大負荷に達した場合にだけ、ＤＣバス４０の電圧は降下し始める。これは、インバータ２０に対する信号となり、公共の電力供給システムに供給するエネルギーを減少させる。このように、インバータ２０は、公共の電力供給システムに供給するエネルギーがＰＶモジュール１１〜１４において発生されるエネルギーに比べて高くなり過ぎるということ、および供給エネルギーを減少させなければならないということを、ＤＣバス４０の電圧値を介して間接的に学習する。ＤＣバス４０の電圧が降下する前にインバータ２０がその最大供給電力に達する際には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１、３２はＤＣバス４０の電圧を増大させることができないため、問題は生じない。
【００４３】
したがって、上述した制御メカニズムにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１、３２を互いに独立して制御することができ、かつ同時に、発電ユニット１１〜１４とＤＣ／ＤＣコンバータ３１、３２との間の高い直流電流の経路を長くしなくて済む。
【００４４】
図５は、インバータ２０、ＤＣバス４０、１つの代表的なＤＣ／ＤＣコンバータ３１、およびＰＶモジュール１１、１２の代表的な直列接続を含む、図４のＰＶ発電装置の一部のブロック図である。ＰＶモジュール１１、１２の直列接続は、図４のように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１、ＤＣバス４０およびインバータ２０を介して公共の電力供給システムの線路５０に接続される。
【００４５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、より詳細には変換コンポーネント３１０および制御コンポーネント３１１を具えるように示してある。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の入力端を変換コンポーネント３１０の入力端に接続し、また変換コンポーネント３１０の出力端をＤＣ／ＤＣコンバータ３１の出力端に接続する。制御コンポーネント３１１は、変換コンポーネント３１０の入力端間の電圧を監視し、かつ変換コンポーネント３１０の出力端間の電圧を監視するように配置する。
【００４６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、プラグ７０を経てＤＣバス４０に接続する。プラグ７０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１側に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の２つの出力線を接続するための、例えばクロウバーのような短絡スイッチ７１を具えている。短絡スイッチ７１は、プラグ７０が接続される際にはＤＣ／ＤＣコンバータ３１の２つの出力線を自動的に切断するように、およびプラグ７０が切断される際にはＤＣ／ＤＣコンバータ３１の２つの出力線を自動的に接続するように構成および配置する。
【００４７】
図５に図示していない、ＰＶ発電装置の他の全てのＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、対応する態様で構成および配置する。
【００４８】
インバータ２０の入力を短絡するために、例えば再びクロウバーのような、さらなる短絡スイッチ７２を設ける。インバータ２０は短絡スイッチ７２への制御アクセス部を有している。短絡スイッチ７２は、手動でインバータ２０の入力端を接続および切断できるように、さらに追加でインバータ２０によってインバータ２０の入力端を接続および切断できるように構成および配置する。あるいは、中央制御ユニット８０が、図５に破線で示すように、短絡スイッチ７２への、対応する制御アクセス部を有するようにすることもできる。
【００４９】
ＰＶ発電装置の一般的な動作は、図４を参照してすでに説明した通りである。本発明による動作のさらに詳細を、以下図６を参照して説明する。図６は、特に図５のＤＣ／ＤＣコンバータ３１の動作を示すフローチャートである。
【００５０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の制御コンポーネント３１１は、接続されたＰＶモジュール１１〜１２によってＤＣ／ＤＣコンバータ３１に供給される電圧を監視する。ＰＶモジュール１１〜１２によって供給される電圧が、第１の所定の電圧閾値に達するかまたはそれを超えるとすぐに、得られる電流が所定の電流閾値以下の場合には、制御コンポーネント３１１は変換コンポーネント３１０にＤＣ／ＤＣ変換を実行させる。制御コンポーネント３１１は、得られる電流を監視することもできる。慣例のＭＰＰ追跡法を用いて、接続されたＰＶモジュール１１〜１２がＭＰＰで動作するように変換コンポーネント３１０への入力電流を設定する。
【００５１】
制御コンポーネント３１１はさらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の出力端における電圧、すなわちＤＣバス４０における電圧を監視する。ＤＣバス４０の電圧が、第２の電圧閾値としての所定のバス電圧よりも小さいか、またはそれと等しい場合だけ、処置を継続する。
【００５２】
他方では、ＤＣバス４０の電圧が所定のバス電圧よりかなり低い場合には、ＤＣバス上に短絡が生じている可能性がある。したがって、制御コンポーネント３１１はさらに、ＤＣバス４０の電圧が、例えば第２の所定の電圧閾値の８５％のような、第２の所定の電圧閾値より低い第３の所定の電圧閾値以下であるか否かを判断する。制御コンポーネント３１１は、ＤＣバス４０の電圧がこの第３の所定の電圧閾値以下であることを検出した場合には、変換コンポーネント３１０が短絡保護モードになるようにする。
【００５３】
このような短絡保護モードの第１の模範的な変形例では、変換コンポーネント３１０が、一度に短い期間だけであるが、繰り返し変換電流を出力するようにし、また、制御コンポーネント３１１はＤＣバス４０の電圧を監視し続けるようにする。ＤＣバス４０の電圧が、変換電流が出力されるそれぞれの期間中に第３の所定の電圧閾値を超えて上昇しない場合には、変換電流を断続的に出力させる。ＰＶ発電装置において短絡がなくなるとすぐに、電流が１つまたは複数の周期でインバータ２０の入力キャパシティ（図示せず）を第３の所定の電圧閾値を超える電圧まで充電させることができるように、電流が出力される短期の期間を選定する。
【００５４】
短絡保護モードの第２の模範的な変形例では、変換コンポーネント３１０は危険でない最大値に制限された電流を出力するようにし、また制御コンポーネント３１１はＤＣバス４０の電圧を監視し続けるようにする。ＤＣバス４０の電圧が第３の所定の電圧閾値を超えている（これはＰＶ発電装置の短絡がなくなったことを意味する）と制御コンポーネント３１１が判定するとすぐに、制御コンポーネント３１１は、変換コンポーネント３１０が全変換電流を出力できるようにする。
【００５５】
短絡保護モードの両変形例とも、ＤＣバス４０の短絡中にＰＶ発電装置が極めて高い電流によって危険になることがないように、および短絡を除去しようとする作業要員が危険にさらされることがないように設計されている。短絡保護モードの両変形例では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１はさらに、ＰＶ発電装置で短絡が除去された後は通常動作を自動的に継続するように設計されている。
【００５６】
ＰＶ発電装置は、ＰＶモジュール１１、１２の照度が充分に高まるとすぐに運転を開始する。このような運転開始時点では、ＤＣバス４０の電圧は、即時に第３の所定の電圧閾値には達しない。短絡保護モードの両変形例においても、ＤＣバス４０の短絡が推定される場合には、ＰＶ発電装置が動作し続けないようにする。
【００５７】
短絡スイッチ７１、７２によって人為的に短絡状態にすることで、図５のＰＶ発電装置を設置する際にも、提案したＤＣ／ＤＣコンバータ３１の構成を使用することができる。
【００５８】
ＰＶ発電装置を設置する前に、インバータ２０に関連するスイッチ７２を閉じるようにする。プラグ７０の、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１に関連付けた短絡スイッチ７１は、プラグ７０が切断されている時は自動的に閉成される。このとき、人為的な短絡によりＤＣ／ＤＣコンバータ３１の出力端の電圧が第３の所定の電圧閾値に達することができない限り、ＤＣバス４０には電流が供給されないため、設置要員は危険を伴わずにＰＶ発電装置を設置することができる。本発明によるＤＣ／ＤＣコンバータ３１の構成によれば、短絡がＰＶモジュール１１、１２もＤＣ／ＤＣコンバータ３１も危険にさらすことはなくなる。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１を、プラグ７０を経てＤＣバス４０に接続すると、短絡スイッチ７１は自動的に開放するようにする。ＤＣバス４０に接続される他の任意のＤＣ／ＤＣコンバータ３２についても同じことが言える。設置が完了し接触の危険がもはやない場合には、設置要員はインバータ２０に関連する短絡スイッチ７２を手動で開放する。短絡スイッチ７２が最終的に開放されている場合にのみ、ＰＶ発電装置の動作を開始させることができる。
【００５９】
ＰＶ発電装置の特定のＤＣ／ＤＣコンバータ３１の動作は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１をＤＣバス４０に接続しているプラグ７０を開放することによって中断させることができる。それは、このようにすることでプラグ７０の短絡スイッチ７１が自動的に閉成されるためである。短絡スイッチ７２を手動で閉じることによって、ＰＶ発電装置全体の動作を中断させることができる。このように意図的に中断を生じさせることは、保守目的またはＰＶ発電装置の拡張のために役立つ。さらに、ＰＶ発電装置の不良が検出された場合には、ＰＶ発電装置全体の動作を、インバータ２０によってまたは中央制御ユニット８０によって自動的に中断させることができる。この手法によって、例えば絶縁不良の場合に、ＰＶ発電装置を保護することができる。
【００６０】
より単純な実施例においては、ＰＶ発電装置が、固定して据え付けた短絡スイッチ７１、７２を含まないようにすることもできる。この場合には、ＰＶ発電装置を設置する前に、各ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の出力端および／またはインバータ２０の入力端を短絡ブリッジによって手動で短絡させることもできる。設置が完了したら、短絡ブリッジは単に取り除くようにする。
【００６１】
上述した本発明の実施例は、非常に多種多様な本発明の可能な実施例のうちの数例を示したに過ぎないことは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】従来のＰＶ発電装置におけるＰＶモジュールの直−並列接続を示すブロック図である。
【図２】集中型インバータを用いている従来のＰＶ発電装置のブロック図である。
【図３】モジュール−インバータを用いている従来のＰＶ発電装置のブロック図である。
【図４】本発明で実施可能な改良したＰＶ発電装置のブロック図である。
【図５】図４のＰＶ発電装置において本発明の模範的な実施の詳細を示すブロック図である。
【図６】図５のＰＶ発電装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１】
2007518386.tif 000003
【図２】
2007518386.tif 000004
【図３】
2007518386.tif 000005
【図４】
2007518386.tif 000006
【図５】
2007518386.tif 000007
【図６】
2007518386.tif 000008
【国際調査報告】
2007518386.tif 000009
2007518386.tif 000010
2007518386.tif 000011
2007518386.tif 000012
2007518386.tif 000013