(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＣ電圧入力（１７）がＰＶ発電機（２）の正極（ＰＶ＋）および負極（ＰＶ−）に接続され、かつ、ＡＣ電圧出力（１８）が変圧器（１０）を介してＡＣグリッド（１１）に接続されているインバータ（３）の動作方法において、以下のステップ、すなわち、
・モニタリング手段（５）によって、接地電位（１２）に対する前記ＰＶ発電機（２）の前記正極および前記負極の電位（ＵＰＶ＋、ＵＰＶ−）を測定するステップと、
・先に測定された前記電位（ＵＰＶ＋、ＵＰＶ−）に基づいて、ＡＣ側に配置されたＰＶシステムの構成部品にかかる、接地に対する電圧ストレスを低減するように、前記インバータ（３）の記憶装置（８）に記憶された複数の変調法から、前記インバータ（３）の電力スイッチを制御するための変調法を選択するステップと、
・前記選択された変調法を用いて、ＤＣ入力電圧をＡＣ出力電圧に変換する目的で、前記電力スイッチを制御するステップと、
を含む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、接地に対する前記正極の前記電位の絶対値（｜ＵＰＶ＋｜）が、接地に対する前記負極の前記電位の絶対値（｜ＵＰＶ−｜）と比較されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、接地に対する前記正極の前記電位の前記絶対値（｜ＵＰＶ＋｜）が、接地に対する前記負極の前記電位の前記絶対値（｜ＵＰＶ−｜）よりも小さい場合には、第１の変調法が選択され、また、接地に対する前記正極の前記電位の前記絶対値（｜ＵＰＶ＋｜）が、接地に対する前記負極の前記電位の前記絶対値（｜ＵＰＶ−｜）よりも大きい場合には、第２の変調法が選択されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、前記第１の変調法がＤＰＷＭＭＡＸ変調法であり、かつ、前記第２の変調法がＤＰＷＭＭＩＮ変調法であることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の方法において、モニタリング手段（５）によって接地電位（１２）に対する前記ＰＶ発電機（２）の前記正極および前記負極の前記電位（ＵＰＶ＋、ＵＰＶ−）を測定するステップ、および、先に測定された前記電位（ＵＰＶ＋、ＵＰＶ−）に基づいて、前記インバータ（３）の前記記憶装置（８）に記憶された前記複数の変調法から、前記インバータ（３）の前記電力スイッチを制御するための前記変調法を選択するステップが、前記インバータ（３）が前記ＡＣグリッド（１１）に接続される前に実行されることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の方法において、モニタリング手段（５）によって接地電位（１２）に対する前記ＰＶ発電機（２）の前記正極および前記負極の前記電位（ＵＰＶ＋、ＵＰＶ−）を測定するステップ、および、先に測定された前記電位（ＵＰＶ＋、ＵＰＶ−）に基づいて、前記インバータ（３）の前記記憶装置（８）に記憶された前記複数の変調法から、前記インバータ（３）の前記電力スイッチを制御するための前記変調法を選択するステップが、前記インバータ（３）が前記ＡＣグリッド（１１）に接続されている間に実行されることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項に記載の方法において、前記方法が１日に数回実行されることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１項に記載の方法において、前記インバータ（３）の前記記憶装置（８）に記憶された前記変調法が、ＤＰＷＭＭＡＸ法および／またはＤＰＷＭＭＩＮ法を含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、先の第１の時間ｔ１において選択された前記変調法から別の変調法への変更が、ｔ１と、ｔ２との間の差が最小の期間△ｔｍｉｎよりも大きい場合にのみ、時間ｔ２において実行されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか１項に記載の方法において、第１の時間ｔ１において選択された前記変調法から別の変調法への変更が、第２の時間ｔ２における接地に対する前記正極の前記電位の前記絶対値と、前記負極の前記電位の前記絶対値との差（｜ＵＰＶ＋｜−｜ＵＰＶ−｜）が、符号に関して、前記先の第１の時間ｔ１において測定された差とは異なり、かつ、前記時間ｔ１および前記時間ｔ２における接地に対する前記正極の前記電位の前記絶対値と、前記負極の前記電位の前記絶対値との前記差の絶対値が、閾値（ＵＳｃｈｗｅｌｌ）よりも大きい場合に実行されることを特徴とする方法。
【請求項１１】
ＰＶ発電機（２）と、正極（ＰＶ＋）および負極（ＰＶ−）を介して前記ＰＶ発電機（２）に接続されたインバータ（３）とを備えるＰＶシステム（１）において、
前記ＰＶシステム（１）が、変圧器（１０）を備えるとともに、前記変圧器を介してＡＣ電圧グリッド（１１）に接続され、
前記ＰＶシステム（１）が、接地電位（１２）に対する前記ＰＶ発電機（２）の前記正極および前記負極の電位（ＵＰＶ＋、ＵＰＶ−）を測定するためのモニタリング手段（５）を備え、
前記インバータ（３）が、少なくとも２つの異なる変調法を実行するための情報を記憶するための記憶装置（８）を備えることを特徴とし、
ＤＣ入力電圧をＡＣ出力電圧に変換する目的で、電力スイッチおよびこれらの電力スイッチを制御するための手段（９）と、
前記モニタリング手段（５）と通信するための手段であり、かつ、接地電位（１２）に対する先に測定された前記正極および前記負極の前記電位（ＵＰＶ＋、ＵＰＶ−）に基づいて、前記インバータ（３）の前記記憶装置（８）に記憶された前記変調法から、前記インバータ（３）の電力スイッチを制御するための変調法を選択するための手段（７）を備えるコントローラ（４）と
を備えることを特徴とするＰＶシステム（１）。
【請求項１２】
請求項１乃至１０の何れか１項に記載の方法を実行するように構成されることを特徴とするインバータ（３）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣ電圧入力が、ＰＶ発電機の正極および負極に接続され、ＡＣ電圧出力が、変圧器を介してＡＣグリッドに接続されているインバータの動作方法、ならびに、このような方法を実行するように構成される光起電力システムおよびインバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
光起電力発電機、または略してＰＶ発電機は、光起電力システム（ＰＶシステム）の一部として、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換するために用いられる。この場合、ＰＶ発電機は、通常、複数の光起電力モジュール（ＰＶモジュール）を備え、それぞれがさらに多数の太陽光セル（ＰＶセル）を有する。ＰＶ発電機は、概して、ＡＣ電圧を公共の電力グリッド、または自家用電力グリッド（いわゆる島状グリッド）に給電するために、ＰＶ発電機によって生成されたＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換するインバータに結合されている。この場合、電圧を増やすためには、例えば、中間電圧または高電圧グリッドに直接給電することができるように、変圧器によってインバータの出力電圧を高電圧に上昇させることができる。
【０００３】
意図される目的および生成される電力の量に応じて、このようなＰＶシステムの構造は実に様々である。したがって、インバータによって生成されたＡＣ電圧は、例えば、その振幅、周波数に関しても、また、位相の数においても異なる可能性がある。出力電力が低いインバータは、単相の設計であり、出力電力が高いインバータは、三相の設計である場合が多い。しかしながら、これらのインバータが接続されているグリッドの設計によっては、他の実施形態もまた考えられる。
【０００４】
ＰＶ発電機の出力電圧は、通常５００Ｖから１０００Ｖであるが、現在、この電圧を１５００Ｖまで増やす試みがなされている。相対的に高圧のＤＣ電圧を選択することにより、ＰＶ発電機とインバータとの間に延びるＤＣラインの抵抗損が低減される。しかしながら、この結果、例えば、絶縁電圧のレベルに関する技術的な問題が生じ、これに関連して、ＰＶシステムの個々の構成部品に対するストレスが生じることにもなる。これは、ＤＣ側に配置された構成部品、およびＡＣ側に配置された構成部品、例えば、インバータの変圧器または半導体スイッチのいずれにも関連する。
【０００５】
インバータのＡＣ電圧出力と、ＡＣグリッドとの間に変圧器が配置されているＰＶシステムでは、ＰＶ発電機から変圧器までのシステム部分は、当初は無電位である。絶縁抵抗は、特にＰＶ発電機とインバータとの間に延びるＤＣラインの絶縁抵抗は、ずっと高いわけではないため、動作中に電位が正極および負極で確立されるが、この電位は接地電位を中心にほぼ対称的である。例えば、１０００Ｖの光起電力電圧の場合には、ＰＶ発電機の出力では、ＰＶ発電機の負極は、接地電位に対しておよそ−５００Ｖの電位にあり、正極は、接地電位に対しておよそ＋５００Ｖの電位にある。設計上、ＰＶモジュールまたはＰＶモジュールの部品の負電位が、接地電位に対して過度に高いことは、ある型のＰＶモジュールでは望ましくないし、ＰＶモジュールまたはＰＶモジュールの部品の正電位が、接地電位に対して過度に高いことは、他の型のＰＶモジュールでは望ましくない。このとき、接地電位に対する電位を定めるための様々な手段を講ずることができる。本明細書では、例えば、ＰＶ発電機の極の直接（剛性）接地、いわゆるＰＶ＋またはＰＶ−接地と、間接接地の変形例とが区別され、間接接地の変形例では、接地に対する電位が、（システムに関連した）インピーダンスの結果として、またはＰＶ発電機の極と接地との間にインピーダンスが人為的に導入された結果として生じる。加えて、目標とする電位制御を可能にする、さらに複雑な装置もまた存在する。多数の文献が、ＰＶ発電機の極の電位のシフトを可能にする、相応する装置について記載している。例として、文献、独国実用新案第２０２００６００８９３６  Ｕ１号明細書、欧州特許第２１３６４４９  Ｂ１号明細書および独国特許第１０２０１００６０４６３  Ｂ４号明細書を本明細書に引用する。
【０００６】
半導体スイッチ、例えば、ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴは、現在、従来のインバータのトポロジ、例えば、Ｂ６トポロジにおいて用いられている。ＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換するために、これらの半導体スイッチは、適切なドライバ回路によって制御されている。これは、一般に、半導体スイッチのクロッキングと呼ばれている。この場合、実に様々なクロッキング方法を用いることが可能であり、いわゆるパルス幅変調法（ＰＷＭ法）が広く普及している。これらの方法は、例えば、Ｊ．Ｈｏｌｔｚ，“Ｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ−Ａ  ｓｕｒｖｅｙ，”ｉｎ  Ｐｒｏｃ．  ＩＥＥＥ  ＰＥＳＣ’９２，１９９２，ｐ．１１−１８、またはＫａｚｍｉｅｒｋｏｗｓｋｉ  Ｍ．Ｐ．，Ｄｚｉｅｎｉａｋｏｗｓｋｉ  Ｍ．Ａ．（１９９４）：Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ｆｏｒ  ｔｈｒｅｅ−ｐｈａｓｅ  ＰＷＭ  ｉｎｖｅｒｔｅｒｓ．ＩＥＥＥ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｃｏｎｔｒｏｌ  ａｎｄ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ，Ｒｅｃｏｒｄ，ｐ．５６７−５７５によって、よく理解することができる。
【０００７】
先行技術では、特定のインバータ、または特定のＰＶシステムに適したＰＷＭ法の選択は、概して、適切な方法が、可能な限り、高調波を低減し、かつ／または、例えば、スイッチング損失によって引き起こされる電力損を最小限に抑えることに寄与するという事実に基づいている。どの方法が、最終的に特に好結果をもたらすのかは、とりわけインバータのトポロジによって決まる。しかしながら、他の構成部品、例えばスナバ、およびそれらのＰＷＭ法との相互作用もまた、考慮に入れなければならない。
【０００８】
既知のＰＷＭ変調法では、特に、いわゆる対称的な方法と、不連続的な、または非対称的な方法とが区別される。つまり、非対称的な方法では、ブリッジのいくつかのスイッチが他のスイッチよりも頻繁にクロックキングされる。Ｂ６ブリッジの場合には、例えば、ある変調法のインバータブリッジの下側半導体スイッチ（ボトム）は、上側半導体スイッチ（トップ）ほど頻繁にはクロックキングされない。別の変調法では、この関係が反対になる。このような方法は、例えば、刊行物、Ｍ．ＲＡＪＥＮＤＥＲ  ＲＥＤＤＹ，“ＳＩＭＰＬＥ  ＡＮＤ  ＮＯＶＥＬ  ＵＮＩＦＩＥＤ  ＰＵＬＳＥ  ＷＩＤＴＨ  ＭＯＤＵＬＡＴＩＯＮ  ＡＬＧＯＲＩＴＨＭ  ＦＯＲ  ＶＯＬＴＡＧＥ  ＳＯＵＲＣＥ  ＩＮＶＥＲＴＥＲＳ  ＩＮ  ＴＨＥ  ＥＮＴＩＲＥ  ＭＯＤＵＬＡＴＩＯＮ  ＲＡＮＧＥ”，Ａｃｔａ  Ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａ  ｅｔ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｃａ，Ｖｏｌ．１３，Ｎｏ．３，２０１３，ｐ．４８−５５に記載されており、したがってその内容は、完全に本開示の一部である。ＳＨＡＯＬＩＡＮＧ  ＡＮ；ＬＵ  ＬＡＩ；ＸＩＡＮＧＤＯＮＧ  ＳＵＮ；ＹＡＮＲＵ  ＺＨＯＮＧ；ＢＩＹＩＮＧ  ＲＥＮ；ＱＩ  ＺＨＡＮＧ“Ｎｅｕｔｒａｌ  ｐｏｉｎｔ  ｖｏｌｔａｇｅ−ｂａｌａｎｃｅｄ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｍｅｔｈｏｄ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｐｕｌｓｅ  ｗｉｄｔｈ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ａ  ＮＰＣ  ３−ｌｅｖｅｌ  ｉｎｖｅｒｔｅｒ”，２０１５  ９ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｐｏｗｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ａｎｄ  ＥＣＣＥ  Ａｓｉａ（ＩＣＰＥ−ＥＣＣＥ  Ａｓｉａ），２０１５，ｐ．２８２０−２８２５は、ＮＰＣソーラーインバータの中間回路における部分電圧を平衡化する方法を開示している。
【０００９】
米国特許出願公開第２０１４０  ３７６  ２９３Ａ１号明細書は、中間点が接地された光起電力発電機を有するインバータを開示している。
【発明の概要】
【００１０】
本発明の目的は、インバータの動作方法であって、インバータの電力スイッチを制御するための変調法を適切に選択することにより、特に、ＡＣ側に配置されたＰＶシステムの構成部品にかかる、接地に対する電圧ストレスを低減する方法を特定することである。これにより、例えば、変圧器の低電圧接続部の絶縁体にかかるストレスを低減することが可能になる。これにより、ストレスがかかる構成部品の耐用年数が増す。
【００１１】
この目的は、請求項１に記載の方法、および請求項９に記載のＰＶシステムによって達成される。好適な諸実施形態が、従属請求項に記載されている。
【００１２】
本発明によるインバータの動作方法では、インバータのＤＣ電圧入力がＰＶ発電機の正極および負極に接続され、かつ、インバータのＡＣ電圧出力が、変圧器を介してＡＣグリッドに接続されているとともに、接地電位に対するＰＶ発電機の正極の電位および／または負極の電位が、モニタリング手段によって測定される。この電位に基づいて、ＡＣ側に配置されたＰＶシステムの構成部品にかかる、接地に対する電圧ストレスを低減するように、インバータの記憶装置に記憶された複数の変調法から、インバータの電力スイッチを制御するための変調法が選択される。選択された変調法を用いて、電力スイッチを制御し、したがって、ＤＣ入力電圧をＡＣ出力電圧に変換する。
【００１３】
本発明は、変圧器を有し、かつ、このような変圧器を介してＡＣ電圧グリッド（ＡＣグリッド）に接続されたＰＶシステムでは、特に、ＡＣ側に配置されたＰＶシステムの構成部品にかかるストレスは、それ自体は既知である多種多様な変調法から選択する尺度として、接地電位に対するＰＶ発電機の正極の電位および／または負極の電位を考慮に入れて、インバータの電力スイッチを制御するための変調法を適切に選択することによって、低減することが可能である、という知見に基づくものである。先行技術には、適切なＰＷＭ法を選択するための尺度として、ＰＶ発電機の電位差、すなわちその両極の電位差を用いるという提案が含まれていない。
【００１４】
本発明による方法では、インバータの記憶装置に記憶された変調法は、特に、ＤＰＷＭＭＩＮ法と呼ばれる変調法、および／またはＤＰＷＭＭＡＸ法と呼ばれる変調法を含む。これらの方法の詳細は、例えば、刊行物、Ｘ．Ｙａｎｇ，“Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ  Ｓｐａｃｅ  Ｖｅｃｔｏｒ  Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｆｏｒ  Ｃａｓｃａｄｅｄ  Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ  Ｉｎｖｅｒｔｅｒｓ”；Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ａｎｄ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．７，Ｎｏ．１（２０１４），ｐ．１１−２６に見出される。したがってその内容は、完全に本開示の一部である。
【００１５】
本発明による方法の１つの実施形態は、接地に対する正極の電位の絶対値が、接地に対する負極の電位の絶対値と比較されるようにしてもよい。
【００１６】
本発明による方法の別の好適な実施形態では、接地に対する正極の電位の絶対値が、接地に対する負極の電位の絶対値よりも小さい場合には、第１の変調法が選択されて、また、接地に対する正極の電位の絶対値が、接地に対する負極の電位の絶対値よりも大きい場合には、第２の変調法が選択される。
【００１７】
本発明による方法の１つの実施形態では、第１の変調法がＤＰＷＭＭＡＸ変調法であり、かつ、第２の変調法がＤＰＷＭＭＩＮ変調法である。
【００１８】
例として上記ですでに言及したように、ＤＰＷＭＭＡＸ変調法を用いると、Ｂ６ブリッジにおける時間平均で、トップと呼ばれる上側半導体スイッチは、ボトムと呼ばれる下側半導体スイッチよりもまれにしかクロックされない。対照的に、ＤＰＷＭＭＩＮ変調法を用いると、Ｂ６ブリッジにおける時間平均で、ボトムと呼ばれる下側半導体スイッチは、トップと呼ばれる上側半導体スイッチよりもまれにしかクロックされない。接地されていないシステムが関与している場合には、上述した２つの絶対値がゼロにほぼ等しいという結果になり、ＤＰＷＭＭＩＮ変調法を用いることが好ましい。
【００１９】
本発明による方法では、インバータがＡＣグリッドに接続される前に方法が実行されるようにしてもよいし、かつ／または、方法が１日に数回実行されるようにしてもよい。さらに、モニタリング手段によって接地電位に対するＰＶ発電機の正極の電位および／または負極の電位の測定、および、先に測定された電位に基づいた、インバータの記憶装置に記憶された複数の変調法からの、インバータの電力スイッチを制御するための変調法の選択が、インバータがＡＣグリッドに接続される前に実行されるようにしてもよい。本発明による方法の別の実施形態では、モニタリング手段による接地電位に対するＰＶ発電機の正極の電位および／または負極の電位の測定、および、先に測定された電位に基づいた、インバータの記憶装置に記憶された複数の変調法からの、インバータの電力スイッチを制御するための変調法の選択が、インバータがＡＣグリッドに接続されている間に実行される。この場合には、方法が連続的に実行されることもまた考えられ得る。したがって、接地に対する正極の電位の絶対値および負極の電位の絶対値を永続的にモニタリングすることも可能であろう。この場合に、変調法を選択したときに存在していた条件に対して、異なる変調法をここでは選択すべきであるように条件が変わったことが明らかになれば、より適切な変調法が選択される。異なる変調法間の絶え間ない変更を避けるために、先の第１の時間において選択された変調法から別の変調法への変更が、２つの時間の間の差が、最小の期間、例えば１分間よりも大きい場合にのみ、一度に実行されるようにしてもよい。最小の期間を指定する代わりに、接地に対する正極の電位の絶対値と、負極の電位の絶対値との差の、要求される変更のレベルの閾値ＵＳｃｈｗｅｌｌを指定することもまた可能である。この閾値は、ＰＶ発電機の正極と負極との間の電圧差に基づいて、例えばその割合として、決定されるか、または固定値、例えば５０Ｖとして指定することができる。第１の時間において選択された変調法から別の変調法への変更が、第２の時間における接地に対する正極の電位の絶対値と、負極の電位の絶対値との差が、符号に関して、先の第１の時間において測定された差とは異なり、かつ、この２つの時間における接地に対する正極の電位の絶対値と、負極の電位の絶対値との差の絶対値が、閾値、例えば５０Ｖよりも大きい場合に、すなわち、次式があてはまる場合に実行される。
｜｜（｜ＵＰＶ＋｜−｜ＵＰＶ−｜）ｔ＝ｔ１｜−｜（｜ＵＰＶ＋｜−｜ＵＰＶ−｜）ｔ＝ｔ２｜｜＞ＵＳｃｈｗｅｌｌ
【００２０】
本発明の別の実施形態では、ＰＶシステムが、ＰＶ発電機と、正極および負極を介してこのＰＶ発電機に接続されたインバータとを有する。ＰＶシステムは、変圧器を有するとともに、前記変圧器を介してＡＣ電圧グリッドに接続されている。ＰＶシステムは、接地電位に対するＰＶ発電機の正極の電位および／または負極の電位を測定するためのモニタリング手段もまた有する。インバータは、少なくとも２つの異なる変調法を実行するための情報を記憶するための記憶装置を有し、かつ、ＤＣ入力電圧をＡＣ出力電圧に変換するために、電力スイッチおよびこれらの電力スイッチを制御するための手段を備える。インバータは、モニタリング手段と通信するため手段であり、かつ、接地電位に対する先に測定された正極の電位および／または負極の電位に基づいて、インバータの記憶装置に記憶された変調法から、インバータの電力スイッチを制御するための変調法を選択するための手段を備えるコントローラもまた有する。
【００２１】
本発明によるインバータは、ＤＣ入力電圧をＡＣ出力電圧に変換する目的で、電力スイッチおよびこれらの電力スイッチを制御するための手段を有する。インバータは、少なくとも２つの異なる変調法を実行するための情報を記憶するための記憶装置と、コントローラとを有する。コントローラは、モニタリング手段と通信するための手段であり、かつ、接地電位に対する先に測定された正極の電位および／または負極の電位に基づいて、インバータの記憶装置に記憶された変調法から、インバータの電力スイッチを制御するための変調法を選択するための手段を備える。
【００２２】
以下に、図面を用いて本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明によるＰＶシステムを示す。
【図２】図２は、Ｂ６ブリッジの単純化した図を示す。
【図３】図３は、本発明による方法の好適な一実施形態のフローチャートを示す。
【図４ａ】図４ａは、負極を接地したときの、異なる変調法の、接地に対する位相の電圧プロファイルを示す。
【図４ｂ】図４ｂは、ＰＶ発電機の正極を接地したときの、異なる変調法の、接地に対する位相の電圧プロファイルを示す。
【図５】図５は、変調法を選択するための条件を図示するためのグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、本発明によるＰＶシステム１の概略図を示す。ＰＶ発電機２の正極ＰＶ＋および負極ＰＶ−は、ＤＣ電圧ライン１５、１６を介してインバータ３のＤＣ電圧入力１７に接続されている。インバータ３、およびＤＣ電圧中間回路の構成の詳細、例えば、中間回路のキャパシタンス、ヒューズ素子群などは、わかりやすくするために省略されている。この場合においては、ＰＶ発電機２の負極ＰＶ−は、接地電位１２に接続されている。
【００２５】
図１は、接地１２に対する正極の電位（ＵＰＶ＋）、および負極の電位（ＵＰＶ−）を測定するためのモニタリング手段５もまた示す。これとは異なるやり方で、電位ＵＰＶ＋またはＵＰＶ−のうちの１つだけが測定される変形例もまた考えられ得る。直接測定されない電位は、さらなる変数、例えば中間回路電圧ＵＰＶ、すなわちＤＣ電圧ライン１５と１６との間の電圧を知ることで測定することができる。
【００２６】
モニタリング手段５は、少なくともインバータ３のコントローラ４と通信するための手段６を備える。この場合には、通信手段６の構成の型は重要ではない。したがって、有線方式、無線方式のいずれを用いても、情報を伝達することができる。さらに、伝達が電気信号に基づいて実行されるにせよ、電磁信号またはその他の信号に基づいて実行されるにせよ、それは本発明とは関係ない。
【００２７】
コントローラ４はさらに、モニタリング手段５と通信するための相応の手段７を有する。この場合には、記憶装置８は図示された実施形態のコントローラ４の一部であるが、これは、少なくとも２つの異なる変調法を実行するのに必要なすべての情報および必要なすべてのパラメータを記憶するために用いられる。コントローラは、インバータ３の電力スイッチを制御するための手段９もまた備える。
【００２８】
インバータ３のＡＣ電圧出力１８は、ＡＣ側切断素子１３および変圧器１０を介してＡＣグリッド１１に接続されている。図１では、インバータは、ＡＣ側で三相の設計を有し、ＡＣ側フィルタ１４を有する。さらなる詳細は、わかり易くするために、ここでもまた省略されており、本発明を理解するのに必要な構成部品だけが描かれている。
【００２９】
図２は、例えば、図１に図示された三相インバータ３において使用され得るような、いわゆるＢ６ブリッジの非常に単純化された図を示す。この場合、上側半導体スイッチはトップと呼ばれ、下側半導体スイッチはボトムと呼ばれる。
【００３０】
図３は、本発明による方法の好適な一実施形態のフローチャートを示す。ステップＳ１において、接地電位１２に対するＰＶ発電機２の正極（ＵＰＶ＋）の電位および／または負極（ＵＰＶ−）の電位が、時間ｔ１においてモニタリング手段５によって、まず最初に測定される。ステップＳ２において、これらの値が、通信手段６、７を用いてコントローラ４に伝達される。ステップＳ３において、これらの測定値が、コントローラで評価される。この目的のために、接地電位１２に対するＰＶ発電機２の正極の電位（ＵＰＶ＋）の絶対値および負極の電位（ＵＰＶ−）の絶対値が、互いに比較される。この比較により、接地に対する正極ＰＶ＋の電位の絶対値（｜ＵＰＶ＋｜）が、接地に対する負極ＰＶ−の電位の絶対値（｜ＵＰＶ−｜）よりも小さいことが明らかになった場合には、いわゆるＤＰＷＭＭＡＸ変調法が選択される。逆の場合において、接地に対する正極ＰＶ＋の電位の絶対値（｜ＵＰＶ＋｜）が、接地に対する負極ＰＶ−の電位の絶対値（｜ＵＰＶ−｜）よりも大きい場合には、ＤＰＷＭＭＩＮ変調法が選択される。代替実施形態では、電位は、上述したやり方でモニタリング手段５内で評価される。
【００３１】
ステップＳ３における評価の結果に従って、選択された変調法に従ってインバータブリッジの半導体スイッチのトップ、ボトムをクロックキングするために、ステップＳ４において、電力スイッチを制御するための手段９は、選択された変調法に対応するスイッチングパルスを生成する。
【００３２】
ステップＳ５において、電位ＵＰＶ＋およびＵＰＶ−が、モニタリング手段５によって再び測定され、測定値が、時間ｔ２においてステップＳ３と同様のやり方で評価される。この動作を疑似連続的に行うことができるため、対応する測定値が連続的に記録され、また評価される。または、一定の時間、一定の時間間隔もしくは他の事象間隔、例えば、中間回路電圧ＵＰＶの急激な下降後の中間回路電圧の新たな増加を、電位ＵＰＶ＋およびＵＰＶ−を再度測定し、評価する機会として用いることができる。しかしながら、現在の時間ｔ２における、上記の電位の絶対値の差｜ＵＰＶ＋｜−｜ＵＰＶ−｜が、符号に関して、時間ｔ１において現在用いられている変調法を選択したときのものとは異なり、時間ｔ１、ｔ２における、接地に対する正極の電位の絶対値と、負極の電位の絶対値との差の対応する絶対値が、閾値よりも大きいときにのみ、記述されている方法のステップＳ１に対する変更が実行される。これがあてはまらなければ、もともとの変調法が維持される。
【００３３】
図４ａおよび図４ｂは、例として、１０００Ｖの中間回路電圧ＵＰＶを有するＰＶ発電機２の負極（ＰＶ−）および／または正極（ＰＶ＋）を接地した場合の、２つの異なる変調法についての、インバータ３の出力におけるある位相の、接地に対する電圧の時間的プロファイルを図示する。
【００３４】
それぞれのグラフは、接地電位０に対するインバータ３の出力電圧の位置に及ぼす変調法の異なる影響を非常に明白に示す。まず最初に、ＰＶ発電機の負極が接地されている配置を考える。図４ａでは、ＤＰＷＭＭＩＮ変調法を用いると、このようなシステムでは、接地に対する電圧は最大でも９７０Ｖしか確立されないのに対し、ＤＰＷＭＭＡＸ変調法を用いると、最大１３３０Ｖである。したがって、この場合には、ＤＰＷＭＭＩＮ変調法を用いると、ＡＣ側構成部品がさらされるストレスは小さくなる。正極を接地した場合の、逆の状況が図４ｂに示されている。この場合には、ＤＰＷＭＭＩＮ変調法を用いると、接地に対する電圧の最大絶対値は、１３３０Ｖであり、ＤＰＷＭＭＡＸ変調法を用いると９７０Ｖである。したがって、この場合には、上述した構成部品を保護するためには、ＤＰＷＭＭＡＸ変調法を用いる方が、今度は有利である。
【００３５】
図５は、接地電位に対するＰＶ発電機の正極ＰＶ＋の電位と、負極ＰＶ−の電位との間の差（ＵＰＶ＋−ＵＰＶ−）の関数としての、接地に対する負極ＰＶ−の電位の絶対値（｜ＵＰＶ−｜）を図示する。直線Ｇ１は、ＰＶ発電機の正極も負極も、いずれも接地されない状況に対して生じる。この対称的な場合には、｜ＵＰＶ−｜＝１／２（ＵＰＶ＋−ＵＰＶ−）であり、すなわち、すべての輻射条件について、「動作点」がこの直線上にある。
【００３６】
いわゆるＰＶ＋接地の場合には、傾きが１である直線（グラフには図示せず）が、グラフ内に生じる。したがって、この直線は、常に対称的な場合の直線Ｇ１の上にあり、そのとき、ＤＰＷＭＭＡＸ変調法が選択されるべきである。対照的に、いわゆるＰＶ−接地の場合には、傾きが０である直線Ｇ４が、横座標に沿って延びている。このような場合には、ＤＰＷＭＭＩＮ変調法がそのときに選択されるべきである。
【００３７】
接地条件に対して静的なこれらの場合に加えて、技術的に適切な場合があり、それは、例えば、ＰＶ発電機の一方の極が、例えば、外部電位を指定することにより、接地電位と等しくない固定電圧値で保持される場合、または、接地に対するＰＶ発電機の一方の極の電位が、最大値に制限される場合である。これらの場合では、例えば、輻射条件が変化した場合には、動作点は、ある変調法が有利に用いられるべき範囲から、別の変調法が用いられるべき別の範囲にシフトさせることができる。したがって、このような場合には、インバータ３の動作中に、異なる変調法の間で、図示されている場合では２つの異なる変調法の間で変わる。遷移範囲で、変調法間で変更が繰り返されることを回避するために、すでに上記で詳述したように、その期間中は変調法を再び変えることができない最小の期間△ｔｍｉｎを指定すること、または、破線を用いて図示された２つの直線Ｇ２、Ｇ３間の二重斜線部分によって図５に示されているような、現行の変調法が維持される範囲を規定すること、のいずれかが可能である。例えば、動作点が、接地に対する負極ＰＶ−の電位の絶対値（｜ＵＰＶ−｜）が大きくなるように変わり、動作点が、実線の直線Ｇ１よりも下の範囲から、それよりも上の範囲に変わる場合には、変調法（ここではＤＰＷＭＭＩＮ）が当初は維持される。変調法の変更、ここでは例えば、ＤＰＷＭＭＡＸ変調法への変更は、破線を用いて図示された上側の直線Ｇ２を超えた場合にのみ実行される。接地に対する負極の対応する電位の絶対値（｜ＵＰＶ−｜）が再び減少した場合には、変調方法は、現在の動作点が下側の破線の直線Ｇ３に達しない場合にのみ、ＤＰＷＭＭＩＮ変調法に変わる。
【符号の説明】
【００３８】
１  光起電力システム／ＰＶシステム
２  ＰＶ発電機
３  インバータ
４  コントローラ
５  モニタリング手段
６  通信手段
７  通信手段
８  記憶装置
９  制御手段
１０  変圧器
１１  ＡＣグリッド
１２  接地電位
１３  ＡＣ側切断素子
１４  ＡＣ側フィルタ
１５  ＤＣ電圧ライン
１６  ＤＣ電圧ライン
１７  ＤＣ電圧入力
１８  ＡＣ電圧出力
ＰＶ＋  ＰＶ発電機の正極
ＰＶ−  ＰＶ発電機の負極
ＵＰＶ＋  接地電位に対するＰＶ発電機の正極の電位
ＵＰＶ−  接地電位に対するＰＶ発電機の負極の電位
ＵＰＶ  中間回路電圧
トップ  上側半導体スイッチ
ボトム  下側半導体スイッチ
ｔ１、ｔ２  時間
ＵＳｃｈｗｅｌｌ  閾値
Ｇ１  直線
Ｇ２  直線
Ｇ３  直線
Ｇ４  直線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ−４ｂ】
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【図５】
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