(57)【要約】【課題】  ３相インバータの単相非常時運転、および対応するインバータを提供する。【解決手段】  電源（２）からのＤＣ電力を、３つのブリッジ枝部（４、５、６）であって、それぞれが位相出力部（７、８、９）を有する３つのブリッジ枝部（４、５、６）を備えるインバータ（１）によってＡＣ電力に変換する方法が記述される。グリッド連結運転時に、ＡＣ電力が３相グリッドに適合する電力として、相互連結グリッド（１０）に送電されるように、ブリッジ枝部（４、５、６）を作動させる。インバータ（１）の非常時運転中に、３つのブリッジ枝部（４、５、６）のうちの２つのブリッジ枝部によって、ＡＣ電力が、インバータ（１）の位相出力部（７、８、９）において、単相島状グリッドとして供給され、インバータ（１）は、相互連結グリッド（１０）から切断される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源（２）からのＤＣ電力を、３つのブリッジ枝部（４、５、６）であって、それぞれが位相出力部（７、８、９）を有する３つのブリッジ枝部（４、５、６）を備えるインバータ（１）によってＡＣ電力に変換する方法であって、
グリッド連結運転時に、前記ＡＣ電力が３相グリッドに適合する電力として、相互連結グリッド（１０）に送電されるように前記ブリッジ枝部（４、５、６）を作動させる、方法において、
前記インバータ（１）が、前記相互連結グリッド（１０）から切断されたときに、前記３つのブリッジ枝部（４、５、６）のうちの２つのブリッジ枝部の動作によって、前記ＡＣ電力が、前記３つの位相出力部（７、８、９）のうちの２つの位相出力部において、単相島状グリッドとして供給されることを特徴とする方法。
【請求項２】
グリッド連結運転時に、前記３つのブリッジ枝部（４、５、６）を、第１のクロッキング方式において作動させ、単独運転時に、前記３つのブリッジ枝部（４、５、６）のうちの２つのブリッジ枝部を第２のクロッキング方式において作動させるとともに、前記第１のクロッキング方式および前記第２のクロッキング方式が異なる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
単独運転時に前記単相島状グリッドが設けられる、前記２つの位相出力部（７、８）間のピーク電圧が、グリッド連結運転時に、同じ前記２つの位相出力部（７、８）間の前記ピーク電圧とは異なる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のクロッキング方式が、Ｎ個のレベルのクロッキング方式であるとともに、Ｎ＞２であり、かつ、前記第２のクロッキング方式が、２レベルのクロッキング方式である、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
単独運転時に、グリッド連結運転時と同一の、消費装置に対する接続点において、前記単相ＡＣ電力の供給が起こる、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
単独運転時に、前記単相ＡＣ電力を供給するための前記２つの位相出力部（７、８、９）が、異なる接続点（３１）に接続される、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
単独運転時に、前記位相出力部（７、８、９）のうちの１つが、接地電位（３０）に接続される、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
インバータ（１）、特に、電源（２）からのＤＣ電力をＡＣ電力に変換するための光起電力インバータであって、
３つのブリッジ枝部（４、５、６）であって、それぞれが位相出力部（７、８、９）およびＤＣリンク（１３）を有し、かつ、その電位が接地電位（３０）に対してシフト可能である３つのブリッジ枝部（４、５、６）を備え、
グリッド連結運転時に、前記ＡＣ電力が３相グリッドに適合する電力として、相互連結グリッド（１０）に送電されるように、前記ブリッジ枝部（４、５、６）を作動させる、インバータ（１）において、
前記インバータ（１）が前記相互連結グリッド（１０）から切断されたときに、単独運転時に、前記ＡＣ電力が、単相島状グリッドとして、前記３つのブリッジ枝部（４、５、６）のうちの２つのブリッジ枝部によって供給されることを特徴とするインバータ（１）。
【請求項９】
単独運転時に前記単相島状グリッドが設けられる、２つの位相出力部（７、８）間のピーク電圧が、グリッド連結運転時に、同じ前記２つの位相出力部（７、８）間の前記ピーク電圧とは異なる、請求項８に記載のインバータ。
【請求項１０】
前記ブリッジ枝部（４、５、６）が、ＮＰＣ、ＢＳＮＰＣ、ＡＮＰＣまたはＦＬＣ枝部で構成される、請求項８に記載のインバータ。
【請求項１１】
単独運転時に前記単相ＡＣ電力が供給される、前記３つのブリッジ枝部（４、５、６）のうちの前記２つのブリッジ枝部の、それぞれの２つのスイッチのいずれもが動作することによって、前記ＡＣ電力が単独運転時に生成される、請求項１０に記載のインバータ。
【請求項１２】
単独運転時に前記単相ＡＣ電力が供給される、前記３つのブリッジ枝部（４、５、６）のうちの前記２つのブリッジ枝部と、消費装置に対する接続点（２８）との間に接続を形成するためのスイッチ素子（２１、２２、２３）を有し、前記接続点（２８）がグリッド連結運転時と同一である、請求項８〜１１のいずれか一項に記載のインバータ。
【請求項１３】
単独運転時に前記単相ＡＣ電力が供給される、前記３つのブリッジ枝部（４、５、６）のうちの前記２つのブリッジ枝部と、消費装置に対する他の接続点（３１）との間に接続を形成するための非常時給電スイッチ（５６、５７）を有するとともに、前記他の接続点（３１）が、グリッド連結運転時にローカルグリッド（２９）の残りの部分から切断される、請求項８〜１１のいずれか一項に記載のインバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非常時運転中に消費装置に給電するための単相ＡＣ電力を供給するように、インバータ、特に光起電力インバータを動作させる方法および、この方法によって、非常時運転中に消費装置に給電するための単相ＡＣ電力を供給するインバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、バッテリ、光電発電機などのＤＣ電源からの電力は、本明細書ではＤＣ（直流）電力と呼ばれるが、これらＤＣ電力を、本明細書ではＡＣ（交流）電力と呼ばれる、交流の電力または関連する電力に変換するインバータは、大半の消費装置を動作させるために必要であるので、公知となって久しい。
【０００３】
光電発電機のＤＣ電力を変換する複数のインバータは、本明細書では光起電力インバータと呼ばれるが、これらは比較的大きな、相互連結グリッドに送電している。家庭で使用する消費装置、製造事業などを行う消費装置は、同様にこの相互連結グリッドに接続され、電力消費量に応じて、消費装置を運転するための様々な電圧を必要とする。
【０００４】
分散型のエネルギー源の運営者、例えば、家屋所有者または企業の事業主は、自宅または企業の敷地内で、エネルギーをローカルに生成して、このエネルギーを、グリッド連結運転時に、相互連結グリッドに送電するが、これらのエネルギー源の運営者は、相互連結グリッドが故障した場合、少なくとも重要な消費装置が引き続き動作が行われることを望んでいる。ローカルに設置された電源からの電力出力は通常、一部の消費装置しか十分に動作させられない、という問題が常に存在する。
【０００５】
相互連結グリッドが故障した場合に消費装置に給電するように、いわゆるバックアップシステム、すなわち「遮断されない給電」が公知であり、本明細書では、その一例として、独国特許出願公開第１０  ２０１１  ０００３９４  Ａ１号明細書を参照する。このケースでは、通常バッテリおよびさらなるインバータが、家屋または企業のローカルグリッドに接続されて、相互連結グリッドが故障してローカルグリッドが相互連結グリッドから切断された後に、このさらなるインバータによって島状のローカルグリッドを形成して、バッテリに蓄積されたエネルギーで基本負荷をまかなうようにする。これは、蓄積されたエネルギーを使用して、一部の消費装置に安全に給電が可能であることを意味する。それと同時に、ローカルグリッドによって、光起電力インバータは、前記光起電力インバータの調整を島状の状況に適合させる必要なく、グリッドに再び送電することが可能になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
相互連結グリッドが故障した場合であっても、消費装置に確実に、ただし追加のインバータおよびバッテリを設ける必要なく、エネルギーをローカルに供給する必要がさらに存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
したがって、本発明は、相互連結グリッドが故障した場合に消費装置にエネルギーを供給する改良方法を特定し、この方法を使用して運転を行うように設計されたインバータを提供することを目的とする。
【０００８】
この目的は、請求項１に記載の方法、および請求項８に記載のインバータによって達成される。発展形態および有利な構成は、従属請求項で特定される。
【０００９】
本発明による方法は、電源からのＤＣ電力を、３つのブリッジ枝部であって、それぞれが位相出力部を有する３つのブリッジ枝部を備えるインバータによって、ＡＣ電力に変換するように設計されている。ＤＣ電力は、光電発電機によって供給されることが好ましい。グリッド連結運転時に、ＡＣ電力が３相グリッドに適合する電力として、相互連結グリッドに送電されるように、ブリッジ枝部を作動させる。「３相」という語は、このケースでは、位相角度が互いに対して１２０°ずれている、同じ周波数の３つの交流電流またはＡＣ電圧で動作するシステムを指すのに使用され、「ＡＣシステム」としても知られる、これらのシステムでは、中立点を接地する必要はない。グリッド適合条件は、送電地点におけるグリッドの運営者の条件（グリッドコード）が順守されることを意味することが意図されたものである。
【００１０】
例えば相互連結グリッドに外乱、不具合が生じたり、断線されたりしたことが原因で、インバータが、相互連結グリッドから切断された場合には、非常時運転が実現される。３つのインバータブリッジ枝部のうちの２つのインバータブリッジ枝部が動作することによって、ＡＣ電力が、３つの位相出力部のうちの２つの位相出力部において、単相島状グリッドとして供給される。本明細書では、この動作も単独運転と呼ばれる。この単独運転時に、単相島状グリッドが、インバータによって構築され、これは、電圧の強度および周波数が、この時点でインバータによって予め設定されることを意味する。したがって、単相消費装置に電力を供給することができる。
【００１１】
さらなる部材または装置を必要とせずに、インバータに設けられる、インバータブリッジ枝部の一部によって、単相島状グリッドが有利に設けられる。
【００１２】
本発明による方法の有利な構成では、グリッド連結運転時に、第１のクロッキング方式において、インバータの３つのブリッジ枝部を作動させる。単独運転時に、第２のクロッキング方式において、３つのインバータブリッジ枝部のうちの２つのインバータブリッジ枝部を作動させるが、ここでは、第１のクロッキング方式および第２のクロッキング方式は異なっている。したがって、３つのブリッジ枝部で構成される同一のインバータブリッジを使用することで、単にクロッキング方式が異なることだけによって、グリッド連結運転時において３相ＡＣ電力が送電される一方で、単独運転時に消費装置への給電用に、単相ＡＣ電力が供給される。
【００１３】
本発明による方法のさらなる有利な構成では、単独運転時に単相島状グリッドが設けられる、２つの位相出力部間のピーク電圧が、グリッド連結運転時の、同じ２つの位相出力部間のピーク電圧とは異なる。ピーク電圧は、一般にＡＣ電圧の最大値を意味すると理解される。ＡＣ電圧グリッドへの消費装置の接続に関する参照変数は、通常電圧のｒｍｓ値であり、ｒｍｓ値およびピーク電圧は、係数を用いて公知の方法で互いに変換することができる。
【００１４】
多くの国では、３相運転時の２つの位相出力部間の電圧はいずれも、単相消費装置に必要な電圧とは異なっている。このため、電力消費量が多い消費装置は、３相ＡＣ接続が必要である場合が多いが、一方家庭で日常的に使用している定格電力が小さい消費装置は、単相接続を使用して動作される。
【００１５】
本発明による方法のさらなる有利な構成では、第１のクロッキング方式が、Ｎ個のレベルのクロッキング方式であるとともに、Ｎ＞２であり、かつ、第２のクロッキング方式が、２レベルのクロッキング方式である。効率レベルが高いので、対応するクロッキング方式を使用して動作されるマルチレベルトポロジーが、特に３相系統で使用される場合が多い。単独運転時に、スイッチの一部はクロッキングされず、２レベルのクロッキング方式に切り換えられる。
【００１６】
本発明による方法の別の有利な構成では、単独運転時に、グリッド連結運転時と同一の、消費装置に対する接続点において、単相ＡＣ電力が供給される。ひとたび相互連結グリッドからの切断が起こると、位相出力部が、ローカルに消費装置の送電路に切り換えられて、消費装置が特定のコンセントに再配置される必要がないようにする。消費装置は、そのままの位置で、家庭用設備の同一の送電路によって電力供給を受ける。
【００１７】
本発明による方法の１つ変形例では、単独運転時に単相ＡＣ電力を供給する２つの位相出力部は、異なる出力部に接続される。監督官庁によって設定された接続状態によって、上述のような送電路の切り換えができない場合、または、日本におけるように、単独運転時にグリッドの残りの部分とは別個の供給部が必要な場合には、単相ＡＣ電力を別の出力部、例えば家庭用設備の残りの部分とは別個の出力部に接続することもまた可能である。このように、既存の家庭用設備を変更する必要はない。
【００１８】
本発明による方法のさらなる構成では、単独運転時に、位相出力部のうちの１つが接地電位に接続される。多くの国では、単相消費装置を、位相および接地された中性線の間で動作させている。３相ＡＣ電力を供給するために、中性線に接続する必要はない。ここで、単独運転時に中性線に関連して単相ＡＣ電力の供給を意図する場合には、位相出力部のうちの１つから接地電位への接続を形成する必要がある。
【００１９】
本発明によるインバータは、電源からのＤＣ電力をＡＣ電力に変換する。前記インバータは、３つのブリッジ枝部を備え、それぞれのブリッジ枝部は、位相出力部を有する。ＤＣリンクは、ＤＣ電力の電源とブリッジ枝部との間に配置され、例えば１つまたは複数のキャパシタで構成され、エネルギーをバッファ蓄積することができる。ＤＣリンクの電位は、接地電位に対してシフト可能である。すなわち具体的には、ＤＣリンクは接地されていないことを意味する。したがって、本発明によるインバータは、３相運転のために中性線を接続する必要がない。
【００２０】
グリッド連結運転時に、ＡＣ電力が３相グリッドに適合する電力として相互連結グリッドに送電されるように、ブリッジ枝部を作動させる。単独運転時に、すなわちインバータが相互連結グリッドから切断されているときに、ＡＣ電力が単相島状グリッドとして、３つのブリッジ枝部のうちの２つのブリッジ枝部によって供給される。本発明によるインバータは、特にその入力部で光電発電機のＤＣ電力をＡＣ電力に変換し、その出力部でこのＡＣ電力を供給する光起電力インバータであってもよい。
【００２１】
ＤＣリンクの電位がシフト可能であることから、インバータの動作時の効率に関して利点がもたらされる。なぜなら、ＤＣリンクが接地されている場合におけるよりも低いＤＣリンク電圧で、３相運転時にインバータを動作させることができるからである。ＤＣリンク電圧は、３つの位相と、３相グリッド電圧の中心点に基づくＤＣリンクの電位との間の最大電位差に対応し得るとともに、「移動平均電圧」とも呼ばれる、グリッド周波数の３倍の周波数で振動する。
【００２２】
本発明によるインバータの有利な構成によれば、単独運転時に単相島状グリッドが設けられる、２つの位相出力部間のピーク電圧は、グリッド連結運転時の、同じ２つの位相出力部間のピーク電圧とは異なる。特に、光電発電機は天候によって電力出力が激しく変動するので、最も重要な消費装置、このケースでは特に、単独運転のための消費電力量が多すぎない消費装置だけに供給することが有利な場合がある。そのような消費装置を通常単相で動作させ、相互連結グリッドが故障した場合に、本発明によるインバータを使用して、引き続き動作させることができる。
【００２３】
本発明によるインバータのさらなる有利な構成によれば、ブリッジ枝部が少なくとも２つの半導体スイッチから構築される。したがって、本発明によるインバータを、いわゆるＢ６トポロジーを使用して構築することが可能であろう。好ましくは、「中性点がクランプされた」（ＮＰＣ：Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｐｏｉｎｔ  Ｃｌａｍｐｅｄ）、「バイポーラスイッチ中性点がクランプされた」（ＢＳＮＰＣ：Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｓｗｉｔｃｈ  Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｐｏｉｎｔ  Ｃｌａｍｐｅｄ）、「アクティブ中性点がクランプされた」（ＡＮＰＣ：Ａｃｔｉｖｅ  Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｐｏｉｎｔ  Ｃｌａｍｐｅｄ）、または「フライングキャパシタ」（ＦＬＣ：Ｆｌｙｉｎｇ  Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）のような、公知の３レベルトポロジーまたはマルチレベルトポロジーが使用され、これらは実質的により多くの半導体スイッチが必要だが、効率に関しては有利である場合が多い。
【００２４】
単独運転時に使用される２つのブリッジ枝部の、それぞれの２つのスイッチのいずれもが動作することによって、ＡＣ電力を、単独運転時に供給することができる。残りのスイッチは開くことができるが、単相ＡＣ電力を生成するために、それらは少なくともクロックされない。したがって、例えば、いわゆるＨ４ブリッジとしての２つのスイッチをいずれも、３つのブリッジ枝部のうちの２つのブリッジ枝部においてクロックすることができる。
【００２５】
本発明によるインバータの１つの変形例では、単独運転時に、単相ＡＣ電力は、消費装置がグリッド連結運転時にも接続される接続点と同一の、前記消費装置に対する接続点に接続される。したがって、消費装置を例えば、グリッド連結運転時と同一のコンセントを使用して、動作させることができる。この目的のために、インバータは、単独運転時に単相ＡＣ電力が供給される、３つのブリッジ枝部のうちの２つのブリッジ枝部間に接続を形成するためのスイッチ素子および消費装置に対する接続点を有する。ひとたび相互連結グリッドからの切断が起こると、ローカルグリッドでは、位相出力部が消費装置の送電路に接続されて、消費装置が特定のコンセントに再配置される必要がないようにする。消費装置は、そのままの位置で、家庭用設備の同一の送電路によって電力供給を受ける。
【００２６】
本発明によるインバータのさらなる有利な構成によれば、単独運転時に、単相ＡＣ電力が、ローカルグリッドの残りの部分から切断されている、消費装置に対する別の接続点に切り換えられる。監督官庁によって設定された接続状態によって、送電路の切り換えができない場合、または、日本におけるように、単独運転時にグリッドの残りの部分とは別個の供給部が必要な場合には、単相ＡＣ電力を別の出力部、例えば別個のハウジングに収容されるコンセントに接続することもまた可能である。このように、既存の家庭用設備を変更する必要はなく、別個のコンセントを、ケーブルを介してインバータに接続することができるとともに、要求に応じて自動的に、または手動で作動させることができる。
【００２７】
図を用いて例示的な実施形態を参照しながら、本発明を、以下にさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、本発明による第１の例示的な実施形態として、Ｂ６トポロジーを有するインバータを示す。
【図２ａ】図２ａは、ブリッジ枝部のスイッチを作動させるクロッキング方式の、本発明による構成を示す。
【図２ｂ】図２ｂは、ブリッジ枝部のスイッチを作動させるクロッキング方式の、本発明による構成を示す。
【図３】図３は、本発明によるさらなる例示的な実施形態として、スイッチ素子を有するインバータを示す。
【図４】図４は、本発明によるさらなる例示的な実施形態として、ＢＳＮＰＣトポロジーを備えるインバータを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、第１の例示的な実施形態として、本発明による方法を実施するのに適切な、３つのブリッジ枝部４、５、６を有するインバータ１を示す。ブリッジ枝部４、５、６は、このケースではいずれも、２つの直列に接続されたスイッチで構成され、一般にこれらは、半導体スイッチ、例えばＩＧＢＴである。このスイッチの配置は、Ｂ６トポロジーとも呼ばれる。グリッド連結運転時に、すなわちスイッチ断路器１１が閉じられているときに、コントローラ１２によって、ブリッジ枝部４、５、６の２つのスイッチをクロック式に動作させて、グリッドに適合する電力を、位相出力部７、８、９において相互連結グリッド１０に送電するようにする。位相出力部７、８、９は、このケースでは、それぞれ対応するブリッジ枝部４、５、６の２つのスイッチの間に位置する。このケースでは、エネルギーは電源２によって供給され、例えばバッテリまたは光電発電機のようなＤＣ電力を生成することができる。これが充電式電池であれば、エネルギーを引き出して出力することができるが、このケースでは、インバータ１を、双方向動作用に設計する必要がある。電源２によって供給されるＤＣ電力は、一般にＤＣリンク１３によってバッファ蓄積される。
【００３０】
相互連結グリッド１０は、３相グリッドであることが前提である。したがって、インバータ１は、３つの位相出力部７、８、９において、３相ＡＣ電力を出力する。前記ＡＣ電力の強度および周波数は、相互連結グリッド１０によって予め設定されている。このケースでは、相互連結グリッド１０は、中性点を接地することが可能であるが、接地しないことも可能である。インバータ１は、接地されていない。すなわちインバータ１は、接地電位には接続しておらず、特に、インバータ１は、４コンダクタのトポロジーがなく、接続として外側へ挿通されて中性線に接続されることになるＤＣリンク中心点がない。
【００３１】
グリッドモニタ装置１６が、例えば、標準の設定またはグリッドの運営者が予め行った設定により測定され、かつ、比較される、電圧、周波数および／または相互連結グリッド１０の位相角度によって、相互連結グリッド１０の状態を監視する。このようにして、相互連結グリッド１０の故障を検出することが可能であり、無線または有線の通信リンクによってコントローラ１２に伝達することが可能である。相互連結グリッド１０の故障が検出された場合には、インバータ１を、スイッチ断路器１１によって相互連結グリッド１０から切断することができる。これは、例えばコントローラ１２によって自動的に引き起こされる場合もあれば、手動で行う場合もある。ひとたびインバータ１が相互連結グリッド１０から切断されると、本発明による方法に従って、単相島状グリッドが、３つの位相出力部７、８、９のうちの２つの位相出力部において、例えば位相出力部７および８において設けられる。この目的のために、設けられる単相エネルギー供給部の電圧および周波数は、インバータ１によって予め設定される。
【００３２】
家庭で日常的に使用している大半の消費装置は、単相電圧で動作させることができるので、相互連結グリッド１０の故障時に、前記消費装置は、エネルギー供給を受けることもまた可能である。この目的のために、消費装置を、非常時運転中にＡＣ電力が供給される位相出力部に、この例示的な実施形態では位相出力部７および８に接続することが、これまで必要であったか、もしくは現在も必要である。
【００３３】
多くの相互連結グリッドでは、単相消費装置が位相および接地電位に接続されているおかげで、それらは、エネルギーが供給される。相互連結グリッドそれ自体は、ＡＣグリッドである場合が多い。ＡＣグリッドは、位相角度が互いに対して１２０°ずれている、同じ周波数の３つの交流電流またはＡＣ電圧を使用して動作する。２つの位相間の電圧、例えば３６０Ｖｒｍｓは、このとき通常、位相から接地までの電圧、例えば２２０Ｖｒｍｓよりもはるかに大きい。このため、電力消費量が多い消費装置は通常、３つの位相すべてに接続される。これらの消費装置は、非常時運転中に本発明による方法を使用する間は、動作させることができない。
【００３４】
したがって一般に、単独運転時に単相ＡＣ電力が供給される位相出力部７および８の間の電圧の強度および位相角度はいずれも、非常時運転の開始時点で変換される必要がある。この目的のために、ブリッジ枝部４、５、６のスイッチを作動させる際に従うクロックパターンを変更する必要がある。
【００３５】
図２は、グリッド連結運転時に、インバータ１のスイッチを作動させるクロッキング方式の可能な構成を示す。インバータ１が、例えば、図１に示されるように構築される場合には、ブリッジ枝部４、５、６のスイッチを作動させるためのＰＷＭ信号を、コントローラ１２によって、基準信号３６がキャリア信号３５と比較されることにより、それ自体公知のやり方で生成することができる。上の３つのグラフは、３つの位相出力部７、８、９にそれぞれ対応付けられている。これらのグラフは、コントローラ１２に対するそれぞれの入力変数を表わしており、基準信号３６、３６'、３６’’が、所望の出力電圧の形態を図示している。３つの基準信号３６、３６'、３６’’が互いに対して位相が１２０°ずれていることがわかる。この結果、インバータ１の３つの位相出力部７、８、９では、３相電力の出力が生じる。コントローラ１２は、ブリッジ枝部４、５、６に対して、それぞれの基準信号３６とキャリア信号３５との比較から、ＰＷＭ信号３７、３８、３９を生成する。ＰＭＷ信号は、すべての位相に関して同一であり、例えば、ＰＷＭ信号３７が、ブリッジ枝部４における２つのスイッチの作動を代表することができる。
【００３６】
図２ｂは、非常時運転中に、インバータ１のスイッチを作動させるクロッキング方式の可能な構成を示す。ひとたびローカルグリッド２９が相互連結グリッド１０から切断されると、単相クロッキング方式に切り換わる。上の２つのグラフは、単相グリッドの設置が意図される、２つの位相出力部７、８にそれぞれ対応付けられている。このケースでもまた、第１の基準信号４０、第２の基準信号４０'およびキャリア信号３５は、コントローラ１２に対するそれぞれの入力変数を表わす。コントローラ１２は、第１の基準信号４０およびキャリア信号３５から、ブリッジ枝部４のスイッチに対するＰＷＭ信号４１を算出し、第２の基準信号４０'およびのキャリア信号３５から、ブリッジ枝部５のＰＷＭ信号４２を算出する。符号４３で示されるように、ブリッジ枝部６のスイッチは作動されない。２つの基準信号４０および４０'は、互いに対して位相が１８０°ずれている。
【００３７】
図３は、さらなる例示的な実施形態として、スイッチ素子２１、２２、２３を有するインバータ２０を示す。これにより、インバータが、非常時運転中に、電源２、例えば家屋に配置された光起電力システムから、ローカルグリッド２９の接続点２８、例えば家庭用設備のコンセントで、消費装置２５、２６、２７にエネルギーを供給することを可能にする。このケースでは、ここで必要なスイッチ素子２１、２２、２３はすべて、例えば、構造ユニットとして、好ましくは、インバータ２０のハウジングに収容される。スイッチ素子２１、２２、２３を独立した部材として設けるか、または、例えばスイッチ断路器１１とともに、家庭のサービスボックスに一体に組み込むことも可能である。
【００３８】
グリッド連結運転時に、すなわちスイッチ断路器１１が閉じられているときに、光起電力システム２のＤＣ電力が、位相出力部７、８、９において、３相グリッドに適合する電力として出力されるように、インバータ１の３つのブリッジ枝部４、５、６がクロッキングされる。電力の一部は、ローカルグリッド２９全体にわたり、消費装置２５、２６、２７によって直接引き出すことが可能であり、電力のさらに一部は、相互連結グリッド１０に送電することが可能である。グリッド連結運転時に、ローカルグリッド２９は、消費装置２５、２６、２７が接続されている３相グリッドでもあり、負荷分布をさらに向上させるために３つの位相の間に分散配置される。
【００３９】
グリッドモニタ装置１６が、相互連結グリッド１０に不具合などの故障を検出した場合には、インバータ２０は、そのインバータスイッチ素子２２によってローカルグリッド２９から切断され、インバータ２０から、相互連結グリッド１０上へと後で回復しないように、消費装置２５、２６、２７を有するローカルグリッド２９を、スイッチ断路器１１を作動させることによって、すべての極において相互連結グリッド１０から切断する。ローカルグリッド２９はこの時点で、島状のローカルグリッドの代わりを務める。
【００４０】
クロッキング方式は次いで、３つのブリッジ枝部４、５、６のうちの２つのブリッジ枝部が、関連する２つの位相出力部７、９において動作した結果、単相グリッドが構築されるように切り換えられる。位相出力部７は、インバータスイッチ素子２２によってローカルグリッド２９の位相Ｌ１に接続され、位相出力部８、９ではスイッチは開いたままである。位相出力部９は、中性線スイッチ素子２１によって、中性線Ｎに接続される。安全上の理由、例えば、残留電流遮断装置（ＲＣＤ：Ｒｅｓｉｄｕａｌ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｄｅｖｉｃｅ）の機能を確保するために、位相出力部９を直接接地に接続すること、すなわちＰＥ接続することもまた可能である。
【００４１】
ローカルグリッド２９の３つの位相の間に分散配置されるように接続されている消費装置２５、２６、２７への給電を可能にするために、結合スイッチ素子２３は、ローカルグリッド２９のＬ２およびＬ３からＬ１への接続を形成することができる。その結果、消費装置２５、２６、２７はすべて、インバータ２０の位相出力部７に接続され、その中性線接続Ｎを介してインバータ２０の位相出力部９に接続される。したがって、消費装置はすべて、島状グリッドの同じ単相電圧に接続される。しかしながら、同様に、３つの位相のうちの２つの位相だけが互いに結合されることも考えられる。その結果、消費装置の一部だけが、非常時運転中に給電されることになる。
【００４２】
グリッドモニタ装置１６は、さらに相互連結グリッド１０の状態も監視する。通常の状態に回復したことが検出された場合には、インバータ２０が、そのインバータスイッチ素子２２によってローカルグリッド２９から切断され、結合スイッチ素子２３によって位相Ｌ２およびＬ３からＬ１までの接続を切り離し、中性線スイッチ素子２１によって、位相出力部９から中性線Ｎおよび接地までの接続を切り離し、ローカルグリッド２９を相互連結グリッド１０に再び接続する。インバータ２０は、そのクロッキング方式を切り換えて「通常動作」に戻し、相互連結グリッド１０と同期させて、３相グリッドに適合する電力を再び出力する。
【００４３】
図４は、さらなる例示的な実施形態として、３つのブリッジ枝部４、５、６を有するインバータ１を示し、このインバータは、本発明による方法を実施するのに適切である。ＤＣ電力のバッファとして作用するＤＣリンク１３は、このケースでは分割されており、すなわち、少なくとも２つの直列に接続されたキャパシタを備える。ブリッジ枝部４、５、６はそれぞれ、２つの直列に接続されたブリッジスイッチ４４、４５を備え、ブリッジスイッチ４４、４５はそれぞれ、連続して並列に接続されたダイオード５１、５２を有する。２つの直列に接続されたブリッジスイッチ４４と４５の間のノードは、２つの並列に接続された直列回路であって、いずれも１つの中心点スイッチ４６、４７およびダイオード５３、５４を備える直列回路を介して分割されたＤＣリンク１３の中心点５５に接続される。スイッチのこの配置は、バイポーラスイッチ中性点がクランプされた（ＢＳＮＰＣ）トポロジーとも呼ばれ、いわゆるマルチレベルインバータの変形、具体的には、このケースでは「３レベル」インバータを意味し、変換効率が特に良好である。
【００４４】
グリッド連結運転時に、すなわち、スイッチ断路器１１が閉じられているときに、３相グリッドに適合する電圧が、相互連結グリッド１０に送られる。このケースでは、クロッキング方式においてコントローラ１２によってブリッジスイッチ４４、４５および中心点スイッチ４６、４７を両方とも作動させて、電源２のＤＣ電力を３相ＡＣ電力に変換するようにする。
【００４５】
非常時運転に切り換えるために、この実施形態では、要求スイッチ６１が設けられ、要求スイッチ６１によって、コントローラ１２のユーザーは、非常時運転が望まれていることを知らせることができる。コントローラ１２は、グリッド故障の有無を確かめることができる。原則的に、単にユーザーの選択に応じてそこで非常時運転に切り換えられることも可能である。切り換えに先立って、いずれにせよ最初に、スイッチ断路器１１が開かれ、次いで単相グリッドが位相出力部７および８に設けられるように、ブリッジスイッチ４４、４５、５８、５９のクロッキングによってクロッキング方式が切り換えられる。位相出力部７、８は、非常時給電スイッチ５６、５７によって他の接続点３１に接続される。要求スイッチ６１とは別に、切り換え動作はすべてコントローラ１２によって開始される。
【００４６】
他の接続点３１は、例えば、特殊なコンセントを備えた別個の可動式ハウジングに、要求スイッチ６１とともに配置することができる。非常時運転機能を希望する場合には、ユーザーは、自らが選択した器具２５を他の接続点３１に接続して、要求スイッチ６１を作動させることができる。その後、電源２の、例えば専用の個人用のＰＶシステムのＤＣ電力を使用して、選択された器具２５だけに給電する。グリッド連結運転に戻るには、要求スイッチ６１を再び作動させる必要がある。コントローラ１２が、クロッキング方式を切り換えて３相クロッキング方式に戻し、非常時給電スイッチ５６、５７を開いて、スイッチ断路器１１を閉じる。
【００４７】
グリッド送電がシステムの好ましい動作方法であることが意図される場合には、非常時運転の提供に先立って、相互連結グリッド１０の状態に関して確かめることが可能であり、相互連結グリッド１０が適切に機能している場合については、要求スイッチ６１の作動または非常時給電スイッチ５６、５７の機能を、阻止することができる。
【００４８】
本明細書に記載されるトポロジーを、公知の３レベルクロッキング方式でグリッド連結運転時に作動させる。すなわち、ブリッジ枝部のそれぞれのブリッジスイッチ４４、４５および中心点スイッチ４６、４７は、それぞれの位相出力部７を、３つの異なる電位に接続することができる。これらの電位は、ＤＣ陽端子１７、ＤＣ陰端子１８および分割されたＤＣリンクの中心点５５にある。
【００４９】
非常時運転中に、このケースでは、２レベルクロッキング方式に切り換わる。このとき、ＤＣ陽端子１７とＤＣ陰端子１８との間には、ブリッジスイッチ４４、４５によるクロッキングだけが存在し、中心点スイッチ４６、４７を開いたままにすることができる。これらのクロッキング方式および前記クロッキング方式の切り換えに関する詳細については、電力用半導体スイッチを作動させるエネルギーの供給に使用されるキャパシタに、短期間電力を供給するためにこれらが提供されている、本出願人による国際公開第２０１３／００４５８５  Ａ１号パンフレットを参照する。
【００５０】
同様に、他のマルチレベルトポロジーでは、マルチレベルクロッキング方式におけるグリッド連結運転と、２レベルクロッキング方式における非常時運転との間の切り換えもある。
【符号の説明】
【００５１】
１  インバータ
２  電源
４、５、６  ブリッジ枝部
７、８、９  位相出力部
１０  相互連結グリッド
１１  スイッチ断路器
１２  コントローラ
１３  ＤＣリンク
１４  ＤＣ接続、ＤＣ陽端子
１５  ＤＣ接続、ＤＣ陰端子
１６  グリッドモニタ装置
２０  スイッチ素子を有するインバータ
２１  中性線スイッチ素子
２２  インバータスイッチ素子
２３  結合スイッチ素子
２５、２６、２７  消費装置
２８  接続点
２９  ローカルグリッド
３０  接地電位
３１  他の接続点
３５  キャリア信号
３６、３６'、３６’’  基準信号
３７、３８、３９  ＰＷＭ信号
４０、４０'  基準信号
４１、４２、４３  ＰＷＭ信号
４４、４５、５８、５９  ブリッジスイッチ
４６、４７  中心点スイッチ
５１、５２、５３、５４  ダイオード
５５  中心点
５６、５７  非常時給電スイッチ
６１  要求スイッチ
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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