(57)【要約】本発明は、少なくとも２つのＰＶサブ発生器（２．１〜２．ｎ）を備える、ＰＶシステム（１）におけるＰＶ発生器（２）のアークの場所を突き止めて消滅させるための方法に関する。このうち、それぞれのＰＶサブ発生器（２．１〜２．ｎ）には、それぞれのＰＶサブ発生器（２．１〜２．ｎ）のアークを消滅させるための手段が対応している。本方法は以下のステップを備える。ＰＶ発生器（２）のアークが検出される。次に、該当するＰＶサブ発生器（２．１〜２．９）にアークが発生している確率に関連する、ＰＶサブ発生器（２．１〜２．ｎ）ごとの確率値が求められる。求められた確率値に基づき、アークを消滅させるための手段を作動させるためのシーケンス（Ｒ．１〜Ｒ．ｎ）が決められる。次に、アークを消滅させるための手段が、決められたシーケンス（Ｒ．１〜Ｒ．ｎ）の順序で連続的に作動する。さらに本発明は、本方法を実施するように設計された、ＰＶシステム（１）におけるＰＶ発生器（２）のアークの場所を突き止めて消滅させるための装置と、このような装置を備えるＰＶシステム（１）とに関する。【選択図】図２
2015524240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つのＰＶサブ発生器（２．１〜２．ｎ）を備えるＰＶシステム（１）における光起電力（ＰＶ）発生器（２）のアークの場所を突き止めて消滅させるための方法であって、
それぞれの前記ＰＶサブ発生器（２．１〜２．ｎ）には、それぞれの前記ＰＶサブ発生器（２．１〜２．ｎ）のアークを消滅させるための手段がそれぞれの場合において対応しており、
前記方法が、
前記ＰＶ発生器（２）のアークを検出するステップと、
前記ＰＶサブ発生器（２．１〜２．ｎ）にアークが発生している確率に関連する、前記ＰＶサブ発生器（２．１〜２．ｎ）ごとの確率値を求めるステップと、
求められた前記確率値に基づき、アークを消滅させるための前記手段を作動させるためのシーケンス（Ｒ．１〜Ｒ．ｎ）を決めるステップと、
アークを消滅させるための前記手段を、決められた前記シーケンス（Ｒ．１〜Ｒ．ｎ）の順序で連続的に作動させるステップとを備える
方法。
【請求項２】
前記確率値が、前記ＰＶサブ発生器（２．１〜２．ｎ）におけるＡＣ電圧信号のノイズレベル（ＵＡＣ．１〜ＵＡＣ．ｎ）に基づいて求められる
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
アークを消滅させるための前記手段が、ノイズレベル（ＵＡＣ．１〜ＵＡＣ．ｎ）が小さくなっていくシーケンス（Ｒ．１〜Ｒ．ｎ）で作動する
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記確率値が、前記ＰＶサブ発生器（２．１〜２．ｎ）を通って流れる、測定された部分電流（Ｉ．１〜Ｉ．ｎ）における変化より計算される
請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記部分電流（Ｉ．１〜Ｉ．ｎ）に向けて測定された値が連続的に記憶され、前記確率値が、アークの発生中に測定された前記部分電流（Ｉ．１〜Ｉ．ｎ）に向けて測定された値に基づいて求められる
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記確率値が、前記ノイズレベル（ＵＡＣ．１〜ＵＡＣ．ｎ）と、前記部分電流（Ｉ．１〜Ｉ．ｎ）に向けて測定された値における変化とに基づいて求められる
請求項２または３、および、請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
前記部分電流（Ｉ．１〜Ｉ．ｎ）における変化が、前記ノイズレベル（ＵＡＣ．１〜ＵＡＣ．ｎ）における変化と時間的に相互に関連するかどうかを確認するためのチェックが行われ、この結果に応じて前記ＰＶサブ発生器（２．１〜２．ｎ）におけるアークの確率に関する可能性チェックが実施される
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
アークを消滅させるための前記手段の作動時に、該当する前記ＰＶサブ発生器（２．１〜２．ｎ）を通る部分電流（Ｉ．１〜Ｉ．ｎ）が遮断される
請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
アークを消滅させるための前記手段の作動時に、該当する前記ＰＶサブ発生器（２．１〜２．ｎ）が短絡される
請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
電気機械式スイッチと、前記電気機械式スイッチに並列に配置された半導体スイッチとをそれぞれが備えるスイッチ用素子（１３．１〜１３．ｎ）が、それぞれの場合において、該当する前記ＰＶサブ発生器（２．１〜２．ｎ）を通る前記部分電流（Ｉ．１〜Ｉ．ｎ）を遮断するために設けられており、該当する前記ＰＶサブ発生器（２．１〜２．ｎ）を通る前記部分電流（Ｉ．１〜Ｉ．ｎ）の遮断が、まず第１に、前記スイッチ用素子（１３．１〜１３．ｎ）におけるすべての前記電気機械式スイッチが開放した後に、前記スイッチ用素子（１３．１〜１３．ｎ）におけるそれぞれの前記半導体スイッチの切り換えによって行われる
請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
あるＰＶサブ発生器（２．１〜２．ｎ）に対応しているアークを消滅させるための手段の作動後に前記ＰＶ発生器（２）においてアークがもはや検出されない場合、このＰＶサブ発生器（２．１〜２．ｎ）において場所が特定されたアークが次に信号通知される
請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも２つのＰＶサブ発生器（２．１〜２．ｎ）を備えるＰＶシステム（１）における光起電力（ＰＶ）発生器（２）のアークの場所を突き止めて消滅させるための装置であって、
前記装置が、
それぞれの前記ＰＶサブ発生器（２．１〜２．ｎ）におけるアークを消滅させるための、それぞれの場合においてＰＶサブ発生器（２．１〜２．ｎ）に対応している手段と、
アークの検出に向けた少なくとも１つのデバイス（１２．１〜１２．ｎ）とを備える装置において、
前記装置が、
前記ＰＶサブ発生器（２．１〜２．ｎ）ごとの制御デバイス、および／または、中央制御デバイス（１５）をさらに備え、
そのデバイスが、
前記ＰＶサブ発生器（２．１〜２．ｎ）にアークが発生している確率値に関連する、前記ＰＶサブ発生器（２．１〜２．ｎ）ごとの確率値を求め、
求められた前記確率値に基づき、アークを消滅させるための前記手段を作動させるためのシーケンス（Ｒ．１〜Ｒ．ｎ）を決め、
アークを消滅させるための前記手段を、決められた前記シーケンス（Ｒ．１〜Ｒ．ｎ）の順序で連続的に作動させるように設計されていることを特徴とする
装置。
【請求項１３】
少なくとも２つのＰＶサブ発生器（２．１〜２．ｎ）を備えるＰＶ発生器（２）を備えたＰＶシステム（１）において
請求項１２に記載の装置を備えることを特徴とするＰＶシステム（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２つの光起電力サブ発生器を備える光起電力発生器において、アークの場所を突き止めて消滅させるための方法および装置に関する。  
この場合、それぞれの光起電力サブ発生器は、それぞれの光起電力サブ発生器におけるアークを消滅させるための手段を備える。  
さらに本発明は、このような装置を備える光起電力システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特に、比較的大型の光起電力（ＰＶ）システム（以下では光起電力のことをＰＶと呼ぶ）は、ＰＶ発生器を有することができ、このＰＶ発生器は、並列に接続された、少なくとも２つである複数のＰＶサブ発生器をしばしば備えている。  
このようなＰＶサブ発生器は、たとえば直列に接続された複数のＰＶモジュールからなる、いわゆるストリングであってもよい。  
ＰＶ発生器は、ＰＶシステムの中の１つまたは複数のインバータに接続され、それらのインバータは、ＰＶ発生器によって生成された直流（ＤＣ）を、電力供給システムに電力供給するのに適した交流（ＡＣ）に変換する。  
このようなＰＶシステムでは、ＰＶ発生器とインバータとの間の絶縁が一般に必要となる。  
この絶縁は、いくつかの要件に応じて、半導体スイッチを単純に介した機能的な絶縁でもよく、ガルバニック絶縁（ｇａｌｖａｎｉｃ  ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）や、さらには、すべての極におけるガルバニック絶縁であってもよい。  
この絶縁は、ガルバニック絶縁、または、すべての極におけるガルバニック絶縁である場合には、電気機械式スイッチを用いて行われ得る。  
この場合には、故障の際などにＰＶサブ発生器を選択的に切断できるように、それぞれのＰＶサブ発生器には専用の電気機械式スイッチがしばしば対応している。  
電気機械式スイッチは、電気モータまたは電磁石などによって電気機械的に作動するスイッチを意味するように理解されたい。
電磁石によって作動するスイッチは、リレー、または接触器とも呼ばれる。
【０００３】
ＰＶシステムでは、高いＤＣ電圧と、支配的である高い直流とにより、アークは軽視されてはならない問題であり、火災の主要な原因の１つとなる。  
アークが特定された場合には、それぞれのＰＶサブ発生器においてアークを消滅させるための手段が可能な限り迅速に作動する必要がある。  
このような手段は、たとえば、ＰＶサブ発生器をインバータの入力部から絶縁するための、上記で述べられたスイッチなどである。  
ＰＶサブ発生器がインバータから絶縁されると、ＰＶサブ発生器と直列につながっているアークを通じた電流が減り、それによってこのアークは消滅する。  
特許文献１には、アークの検出後に保護デバイスの一部として自動的に作動する絶縁用スイッチなどが開示されており、この絶縁用スイッチは、好ましくはＰＶ発生器とインバータとの間において、ＰＶ発生器の近くに配置されている。
【０００４】
大型のＰＶシステムの場合には特に、ＰＶ発生器全体における同時的な切断、すなわち、すべてのＰＶサブ発生器の同時的な切断は不利である。  
なぜなら、インバータが電力供給を行う電力供給システムにおいて不安定な状態が生じ得るためである。  
さらに、このようなすべてのＰＶサブ発生器の同時的な切断の場合には、アークの場所を突き止めることが不可能になるため、以降に行われる故障の発見が複雑となる。  
一方、ＰＶサブ発生器がインバータのＤＣ入力回路から連続的に絶縁される場合には、アークの場所は、少なくともＰＶサブ発生器のレベルに限定され得る。  
特許文献２には、複数の電力供給サブシステムを備えた、自動車の電力供給システムに関して、アークの場所を突き止めるための同様の方法が記載されている。
【０００５】
しかし、１回のスイッチ動作には、ＰＶサブ発生器をインバータに接続する電気機械式スイッチの慣性力により、数十ミリ秒の範囲であり得る最低のスイッチ時間がある。  
このスイッチ時間に加え、それぞれの場合において、それまでに検出されたアークが依然として存在しているか、または消滅したかをスイッチ動作の後に確認するために必要な時間がある。  
多数のＰＶサブ発生器を有する大型のＰＶシステムの場合には、順次に行われる、すなわち連続的な切断は、ある特定の状況のもとでは数秒を要する場合がある。  
最悪の場合には、最後のサブ発生器の切断まで、すなわち、スイッチングシーケンスにおけるすべての時間にわたって、アークが存在する可能性がある。  
このことは、たとえばアークによって生じる火災の危険性により安全性の理由で望ましくないうえ、米国標準規格であるＵＬ１６９９Ｂなどによる特定の状況のもとでは容認されることもない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１１０００７３７（Ａ１）号明細書
【特許文献２】独国特許第１０１５５７９５（Ｃ１）号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の目的は、複数のＰＶサブ発生器を有するＰＶ発生器におけるアークが、本プロセスにおいて可能な限り迅速に消滅させられるとともに、その場所が突き止められる方法とＰＶシステムとを提供することにある。
【０００８】
本目的は、それぞれの独立請求項の特徴を備える方法とＰＶシステムとによって達成される。  
有利な構成は、従属請求項において与えられている。
【０００９】
本発明による、冒頭で述べられたタイプの方法は、以下のステップを備える。  
まず、ＰＶ発生器においてアークが検出される。  
次に、ＰＶサブ発生器にアークが発生している確率に関連する、ＰＶサブ発生器ごとの確率値が求められる。  
次に、求められた確率値に基づき、アークを消滅させるための手段を作動させるためのシーケンスが決められる。  
次に、アークを消滅させるための手段が、このシーケンスの順序で連続的に作動する。
【００１０】
本発明によれば、アークを消滅させるための手段は、あらかじめ一定に定められたシーケンスでは作動せず、特定のＰＶサブ発生器でアークが発生している確率まで考慮したシーケンスで作動する。  
アークを消滅させる試みは、最初は、アークが発生している確率が最も高いＰＶサブ発生器に向けられることが好ましい。  
次は二番目に高い確率のＰＶサブ発生器に向けられ、以下同様にして行われることが好ましい。  
このようにして、アークは、最も短い時間で消滅するとともに、その場所が突き止められる。
【００１１】
本方法における好ましい構成では、確率値は、ＰＶサブ発生器におけるＡＣ電圧信号のノイズレベルに基づいて求められる。  
この場合、アークを消滅させるための手段は、ノイズレベルが小さくなっていくシーケンスで作動することが好ましい。  
アークは、ノイズ信号とも呼ばれる広帯域のＡＣ電圧信号を発生する。  
このＡＣ電圧信号は、たとえばＰＶサブ発生器どうしの間の容量結合と誘導結合とにより、アークが発生しているＰＶサブ発生器に限られない。  
このため、この信号によってアークの場所を直接突き止めることは不可能である。  
しかし、ノイズレベルである、このＡＣ電圧信号のレベルは、該当するＰＶサブ発生器にアークが発生している確率と相互に関連しており、本発明による方法における消滅手段の作動シーケンスを作るための、容易に測定可能な変数として働き得る。
【００１２】
本方法におけるさらに好ましい構成では、確率値は、ＰＶサブ発生器を通って流れる、測定された部分電流における変化より計算される。  
アークの発生は、影響が及ぼされているＰＶサブ発生器を通って流れる部分電流の変化に付随して生じる。  
しかし、ＰＶ発生器全体を構成するために複数のＰＶサブ発生器が互いと接続された方式であるため、あるＰＶサブ発生器における電流の変化は、他のＰＶサブ発生器における電流の変化も伴う。  
このため、観測される部分電流の変化は、アークの場所を直接突き止めることにはならない。  
しかし、この電流変化は、本発明による方法における消滅手段の作動シーケンスを作るために利用することができる。
【００１３】
本方法におけるさらに好ましい構成では、ある特定のＰＶサブ発生器に対応している、アークを消滅させるための手段の作動後に、このＰＶ発生器においてアークがもはや検出されない場合、このＰＶサブ発生器においてアークが発生していることを示す信号通知が行われる。
【００１４】
本方法におけるさらに好ましい構成では、確率値は、ノイズレベルと、部分電流に向けて測定された値における変化とに基づいて求められる。  
この場合には、部分電流における変化が、ノイズレベルにおける変化と時間的に相互に関連するかどうかを確認するためのチェックが行われ、この結果に応じて、ＰＶサブ発生器におけるアークの確率に関する可能性チェックが実施されることが好ましい。  
このように、アークの発生に向けた異なるインジケータが一緒に考慮され、それによって、アークの場所を可能な限り迅速に突き止めるためにさらに高い信頼性が達成される。
【００１５】
本方法におけるさらに好ましい構成では、アークを消滅させるための手段の作動時には、該当する前記ＰＶサブ発生器を通る部分電流が遮断される。  
あるいは、該当するＰＶサブ発生器が短絡される。  
これらはどちらも、発生しているアークを消滅させるための有効な方法である。  
遮断される回路を流れるシリーズアークは、ＰＶサブ発生器を通る部分電流を遮断することによって消滅する。  
パラレルアークは短絡によって消滅する。  
たとえば連続的に実施されることによって、両方の消滅方法が組み合わされてもよい。
【００１６】
電気機械式スイッチと、この電気機械式スイッチに並列に配置された半導体スイッチとをそれぞれが備えるスイッチ用素子が、それぞれの場合において、該当するＰＶサブ発生器を通る部分電流を遮断するために用いられ、該当するＰＶサブ発生器を通る部分電流の遮断が、まず第１に、スイッチ用素子におけるすべての電気機械式スイッチが開放した後に、スイッチ用素子におけるそれぞれの半導体スイッチの切り換えによって行われることが好ましい。  
このようにして、アークの発生について複数または多数のＰＶサブ発生器が迅速に連続してチェックされ得る。
【００１７】
少なくとも２つのＰＶサブ発生器を備える、ＰＶシステムにおけるＰＶ発生器のアークの場所を突き止めて消滅させるための、本発明による装置は、それぞれのＰＶサブ発生器におけるアークを消滅させるための、それぞれの場合において１つのＰＶサブ発生器に対応している手段と、アーク検出に向けた少なくとも１つのデバイスとを備える。  
この装置は、ＰＶサブ発生器ごとの制御デバイス、および／または、中央制御デバイスをさらに備えることを特徴とする。  
制御デバイス、および／または、中央制御デバイスは、該当するＰＶサブ発生器にアークが発生している確率に関連する、ＰＶサブ発生器ごとの確率値を求め、求められた確率値に基づき、アークを消滅させるための手段を作動させるためのシーケンスを決め、アークを消滅させるための手段を、決められたシーケンスの順序で連続的に作動させるように設計されている。  
このように、本装置は、上記の方法を実施するように設計されている。  
少なくとも２つのＰＶサブ発生器を備えるＰＶ発生器を備えた、本発明によるＰＶシステムは、このような装置を備えている。  
特に、本方法に関連して述べられた利点は、両方の場合において同様に提供される。
【００１８】
以降では、二枚の図面を用い、例示的実施形態を参照して本発明をさらに詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ＰＶシステムの回路ブロック図である。
【図２】アークの場所を突き止めて消滅させるための方法におけるフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本願による方法が実施され得るＰＶシステム１の基本設計における回路ブロック図を概略的に示す。  
ＰＶシステム１は、ＰＶ発生器２を備え、ＰＶ発生器２は、この場合には例としてｎ＝３である、ｎ個のＰＶサブ発生器２．１、２．２〜２．ｎを備えている。  
ＰＶサブ発生器２．１〜２．ｎのそれぞれは、たとえば１つのストリング、または、複数のストリングの並列回路を備えていてもよい。  
この場合、ストリングは、直列に接続された複数のＰＶモジュールからなる構成を意味する。  
ＰＶサブ発生器２．１〜２．ｎは、この図では個々の光起電力セルの電子記号によって例として示されている。
【００２１】
ＰＶサブ発生器２．１〜２．ｎは、ＤＣライン３、４を介してインバータ５のＤＣ入力回路に接続されている。  
インバータ５は、出力側においては、電力を供給するための電力供給システム６に接続されている。
【００２２】
電力供給システム６は、公共の電力供給網であってもよく、または私設の電力供給システム（スタンドアローンの電力供給システム）であってもよい。  
インバータ５は、電力供給システム６に対する三相供給用の３つのＡＣ出力部を伴って、例として設計されている。  
インバータ５、および／または、電力供給システム６における、単相設計などの、図示されている三相設計以外の別の設計も可能であることは言うまでもない。  
さらに図１では、本願の場合において不可欠である、ＰＶシステム１の一部分だけが示されている。  
絶縁用もしくはスイッチ用のさらなる素子、フィルタ、監視用デバイス、またはトランスなどの、インバータ５のＤＣ側またはＡＣ側に配置されるさらなる要素は、説明を簡単にするために図示されていない。
【００２３】
ＰＶサブ発生器２．１〜２．ｎは、図示されている例では、この場合にはカソードである、ＰＶサブ発生器２．１〜２．ｎの接続部のうちの一方が、互いに直接的に接続された状態でＤＣライン４に接続されている。  
この場合にはアノードである、上記のＰＶサブ発生器２．１〜２．ｎにおける他方の接続部は、それぞれの場合において、別々の電流経路３．１、３．２〜３．ｎを介してそれぞれの監視用ユニット１０．１、１０．２〜１０．ｎにつながっている。  
さらに各ＰＶサブ発生器２．１〜２．ｎは、それぞれの監視用ユニット１０．１、１０．２〜１０．ｎを介して、共通のＤＣライン３とインバータ５とに接続されている。
【００２４】
監視用ユニット１０．１、１０．２〜１０．ｎはそれぞれ、電流測定装置１１．１、１１．２〜１１．ｎ、アーク検出用デバイス１２．１、１２．２〜１２．ｎ、および、スイッチ用素子１３．１、１３．２〜１３．ｎを備えている。
【００２５】
電流測定装置１１．１〜１１．ｎは、対応する電流経路３．１〜３．ｎ、すなわち、対応するＰＶサブ発生器２．１〜２．ｎを通って流れるそれぞれの部分電流（ｐａｒｔｉａｌ  ｃｕｒｒｅｎｔ）Ｉ．１〜Ｉ．ｎを求める役割を果たす。  
上記の電流測定装置は、それぞれの場合において、ＰＶシステムの動作中に電圧降下が生じる電流測定用抵抗器（シャント）などを有する。  
測定された電圧降下は部分電流Ｉ．１〜Ｉ．ｎに比例する。  
ホールセンサによる電流測定に向けた方法などの、電流のレベルを測定するための他の測定方法が同様に用いられてもよい。
【００２６】
以下ではアーク検出器１２．１〜１２．ｎと呼ばれるアーク検出用デバイス１２．１、１２．２〜１２．ｎは、それぞれの部分電流Ｉ．１〜Ｉ．ｎのうちの、アークの発生に特有のＡＣ成分を検出するように設計されている。  
この場合、アークに特有の放射周波数範囲において求められた、それぞれの場合におけるＡＣ電圧の振幅値ＵＡＣ．１〜ＵＡＣ．ｎが、測定値として出力されてもよい。  
この場合、この測定値は、アナログ形式またはデジタル形式で増幅がなされ、また可能であれば平滑化がなされて出力されてもよい。  
以下のテキストでは、このＡＣ電圧の振幅値は、ノイズレベルＵＡＣ．１〜ＵＡＣ．ｎと呼ばれる。  
これは、このＡＣ電圧の振幅値が、たいていは広範な周波数範囲にわたって求められるためである。  
しかし原理的には、アークの検出は、単一の測定周波数において行われてもよく、または、複数の離散的な測定周波数において行われてもよい。  
測定されたノイズレベルＵＡＣ．ｉ（ｉ＝１〜ｎ）が大きいほど、該当するＰＶサブ発生器２．ｉにおいてアークが発生している確率が高い。  
しかし、いくつかの状況のもとでは、隣接するＰＶサブ発生器にアークによって放出される信号、たとえば、隣接するサブ発生器どうしの間の誘導結合および／または容量結合を介する信号のクロストークにより、アークの場所を明確に突き止めることは不可能である。
【００２７】
それぞれのＰＶサブ発生器２．１〜２．ｎは、スイッチ用素子１３．１〜１３．ｎによって、インバータ５のＤＣ入力部から切り離されるか、または、インバータ５のＤＣ入力部に接続され得る。  
それぞれのスイッチ用素子１３．１〜１３．ｎは、接触器またはリレーである一組の接点などの、電気機械式スイッチであってもよい。  
この電気機械式スイッチは、好ましい実施形態では、スイッチング動作中にアークを抑圧または消滅させるための手段を備える。  
それぞれのスイッチ用素子１３．１〜１３．ｎは、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）、または、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）などの半導体スイッチであってもよい。  
この場合、半導体スイッチには、リバース電流を防ぐためにダイオードが対応していてもよい。  
背中合わせの構成における（すなわち、直列に接続されているものの互いに逆平行に向いている）２つのトランジスタを用いることも可能であり、あるいは、二方向に動作する半導体スイッチを実現するために整流器に接続されたトランジスタを用いることも可能である。  
電気機械式スイッチと半導体スイッチとの組み合わせも考えられ、この場合、半導体スイッチは、電気機械式スイッチにおけるアークの発生を防ぐために、半導体スイッチの作動中に電気機械式スイッチをバイパスする。  
以下では、説明を簡潔にするために、スイッチ用素子１３．１〜１３．ｎをスイッチ１３．１〜１３．ｎと呼ぶ。
【００２８】
監視用ユニット１０．１〜１０．ｎは、制御ライン１４を介して中央制御デバイス１５に接続されている。  
この制御ライン１４は、第１に、監視用ユニット１０．１〜１０．ｎの中で検出された情報を中央制御デバイス１５に送信するために用いられ、第２に、中央制御デバイス１５からの制御命令を監視用ユニット１０．１〜１０．ｎに送信するために用いられる。  
情報の交換は、一定の時間間隔で実質的に連続して行われてもよく、または、中央制御デバイス１５、および／もしくは、監視用ユニット１０．１〜１０．ｎによって開始されてもよい。  
送信される情報と命令は、電流測定装置１１．１〜１１．ｎおよびアーク検出器１２．１〜１２．ｎによって出力される測定値と、スイッチ１３．１〜１３．ｎの作動とに関するものである。
【００２９】
たとえば、それぞれの電流測定装置１１．１〜１１．ｎ、および／もしくは、それぞれのアーク検出器１２．１〜１２．ｎによって出力された測定値を評価するため、かつ／または、それぞれのスイッチ１３．１〜１３．ｎを作動させるために、中央制御デバイス１５に加え、かつ／または、中央制御デバイス１５の代わりに、専用の制御デバイスがそれぞれの監視用ユニット１０．１〜１０．ｎの中に配置されていてもよい。
【００３０】
この場合、制御ライン１４は、ネットワークリンクの形態であってもよい。  
しかし、監視用ユニット１０．１〜１０．ｎと中央制御デバイス１５との間に個々の制御ラインが実装されることも代替的に考えられる。  
あるいは、中央制御ユニット１５と監視用ユニット１０．１〜１０．ｎとの間の測定値または信号の送信が、たとえば無線電信による交換の形で、無線によって行われることも考えられる。
【００３１】
以下では、ＰＶ発生器において知られているアークを迅速に消滅させるとともにその場所を突き止めるための方法を、図２のフローチャートを用いて例示する。  
本方法は、たとえば図１に示されているＰＶシステムにおいて実施されてもよい。  
したがって、本方法は、図１を参照し、図１の参照記号を用いて、例として説明される。
【００３２】
ＰＶシステム１は、本方法の開始時には正常動作状態であることが想定されている。  
この正常動作状態では、すべてのスイッチ１３．１〜１３．ｎが閉じており、それにより、すべてのＰＶサブ発生器２．１〜２．ｎがインバータ５に接続されている。
【００３３】
本方法における第１のステップＳ２１では、ＰＶシステム１のアーク検出器１２．１〜１２．ｎが作動する。  
次のステップＳ２２では、ＰＶサブ発生器２．１〜２．ｎのいずれかにおいてアークが特定されたかどうかに関する判断がなされる。  
このため、アーク検出器１２．１〜１２．ｎによって測定されたノイズレベルＵＡＣ．１〜ＵＡＣ．ｎが、たとえば中央制御デバイス１５によって、それぞれの場合においてしきい値と比較される。  
ノイズレベルＵＡＣ．１〜ＵＡＣ．ｎのうちの少なくとも１つがしきい値を超えると、アークが特定されたと見なされる。  
このような比較は、アーク検出器１２．１〜１２．ｎの中で行われてもよく、その場合、アークの特定に関しては、対応する信号が中央制御デバイス１５に出力される。  
あるいは、ノイズレベルＵＡＣ．１〜ＵＡＣ．ｎが合計され、ノイズレベルＵＡＣ．１〜ＵＡＣ．ｎが、この合計値に対してしきい値と比較されてもよい。  
ステップＳ２２は、アークが検出されるまで繰り返される。  
アークが検出されると、本方法はステップＳ２３に進む。
【００３４】
ステップＳ２３では、ステップＳ２２で未だ行われていなければ、ノイズレベルＵＡＣ．１〜ＵＡＣ．ｎが中央制御ユニット１５によって検出されるか、あるいは、アーク検出器によって中央制御ユニット１５に送信される。
【００３５】
次のステップ  Ｓ２４では、ノイズレベルＵＡＣ．１〜ＵＡＣ．ｎが大きさに関して互いと比較され、ソートされる。  
このため、たとえばシーケンスＲ．１〜Ｒ．ｎであるフィールド変数が定義され、この場合には、最も大きいノイズレベルＵＡＣ．１〜ＵＡＣ．ｎのインデックス（１、２、・・・、ｎ）がフィールドＲ．１に記憶される。  
二番目に大きいノイズレベルＵＡＣ．１〜ＵＡＣ．ｎのインデックスは、フィールドＲ．２に記憶され、最終的に、最も小さいノイズレベルＵＡＣ．１〜ＵＡＣ．ｎのインデックスがフィールドＲ．ｎに記憶されるまで続けられる。  
さらにステップＳ２４では、カウント変数ｉがゼロの値に設定される。
【００３６】
次のステップＳ２５では、まずカウント変数ｉが１だけインクリメントされ、最初のパスにおいてｉ＝１の値を有する。  
次に、さらなるインデックス変数ｊがＲ．ｉの値に設定される。  
したがって、このインデックス変数ｊは、最初のパスでは最も大きいノイズレベルのインデックスＲ．１に設定されている。  
次に、スイッチ１３．ｊ、すなわち、最初のパスでは最も大きいノイズレベルＲ．１が測定されたＰＶサブ発生器２．ｊに対応しているスイッチが開き、それにより、このＰＶサブ発生器２．ｊがインバータ５から切り離され、残りのＰＶサブ発生器は、それまでと同様にインバータ５に接続されたままとなる。
【００３７】
次のステップＳ２６では、ステップＳ２２と同様に、ＤＣ回路においてアークが依然として検出されているかどうかに関する判断がなされる。  
アークがもはや特定されない場合、ステップＳ２２で特定された、それまで発生していたアークが、ＰＶサブ発生器２．ｊがＤＣ回路から切り離されたことによって消滅したと見なすことができる。  
この場合、本方法はステップＳ２７に分岐し、ステップＳ２７では、アークがＰＶ発生器２．ｊにおいて特定されたことを示す信号通知が行われる。  
適切である場合には、アークの場所が突き止められるとともに、そのアークが消滅したＰＶサブ発生器２．ｊを、恒久的に、少なくとも、必要な修復作業とメンテナンス作業との間、インバータ５から直流的に絶縁することが好都合であるか、または必要であり得る。  
ある特定の境界条件のもとでは、影響の及ぼされたＰＶサブ発生器２．ｊのすべての極におけるガルバニック絶縁が必要になることもある。  
このため、可能であれば、個々のＰＶサブ発生器２．１〜２．ｎのカソード側などにおいても、ＤＣライン３．１〜３．ｎにさらなるスイッチ用ユニットを設けることが必要となり得る。  
しかし、これらのさらなるスイッチ用ユニットは、説明を簡単にするために図１には示されていない。
【００３８】
図示されている形態のＰＶシステム１と本方法とにおいては、シリーズアーク（ｓｅｒｉｅｓ  ａｒｃ）の場所を突き止め、このことを上記のステップＳ２７において信号通知することが可能である。  
シリーズアークは、電流源に対して直列に生じたアーク、すなわち、この場合にはＰＶサブ発生器２．１〜２．ｎのうちのいずれかに対して直列に生じたアークである。  
このシリーズアークは、電流源に対して並列である回路において、すなわち、ＰＶサブ発生器２．１〜２．ｎのうちの１つ（または、上記のＰＶサブ発生器のうちのいくつか）に対して並列に生じたパラレルアーク（ｐａｒａｌｌｅｌ  ａｒｃ）と区別される必要がある。
【００３９】
ＰＶサブ発生器２．１〜２．ｎのうちのいずれかと並列となるアークは、該当するＰＶサブ発生器２．１〜２．ｎがスイッチ用ユニット１０．１〜１０．ｎによって絶縁されることによっては消滅しないため、このようなパラレルアークは、図示されている構成ではその場所を突き止めることができない。  
しかし、本明細書で述べられた方法は、ＰＶサブ発生器２．１〜２．ｎを選択的に短絡することができるように配置されたスイッチ用ユニットを用いると、パラレルアークの場所を突き止めることに対しても同様に用いることができる。  
これに対応するスイッチ用ユニット１６．１〜１６．ｎは、たとえば半導体スイッチであり、これらの半導体スイッチは、中央制御デバイス１５によって、さらなる制御ライン１７を介し、個々に、また、互いから独立して切り換えられてもよい。  
この場合、それらの半導体スイッチには、リバース電流を防ぐためにダイオードが対応していてもよい。  
それぞれの場合において、（図示されていない）１つの電気機械式スイッチが半導体スイッチと並列に接続されることも考えられ、その電気機械式スイッチは、半導体スイッチの作動の際には、この半導体スイッチに対してわずかな時間遅延をもって同様に閉じる。  
このため、閉じている半導体スイッチの両端に生じることになる電力損失、すなわち、その半導体スイッチにおける熱負荷が著しく低減し得る。  
この変形例は、ＰＶサブ発生器２．１〜２．ｎにおける長時間の短絡に対しては特に有利である。  
図１には、説明を簡単にするために、ＰＶサブ発生器２．１に関連する、これらのスイッチ用ユニットの１つだけが、すなわち、スイッチ用ユニット１６．１だけが例として示されている。  
この場合、別々になっている制御ライン１７は、例としてのみ示されている。  
あるいは、既存のラインにおける信号送信（ＰＬＣ、すなわち電力線搬送通信）、または、無線信号送信（無線技術）を用いたスイッチ用ユニット１６．１〜１６．ｎの作動も可能である。
【００４０】
図１に示されているシステムの代替実施形態では、スイッチ用ユニット１６．１〜１６．ｎは、電流経路３．１〜３．ｎを、図１と比べて異なる方法でＤＣライン４に接続する。  
上記の代替実施形態では、別々の電流経路３．ｉ（ｉ＝１〜ｎ）に対するスイッチ用ユニット１６．ｉ（ｉ＝１〜ｎ）の接続点は、それぞれの場合において、アーク検出器１２．ｉと、それに関連するＰＶサブ発生器２．ｉに対応しているスイッチ用素子１３．ｉとの間に位置している。  
さらに、それぞれのスイッチ用ユニット１６．ｉ（ｉ＝１〜ｎ）の両端子の間には、アークに特有の周波数をもつＡＣ電流の信号のためのバイパス経路を設けるために、（図１には示されていない）キャパシタが接続される。  
このようにして、関連するスイッチ用ユニット１６．ｉが閉じられていない場合には、このＡＣ電流の信号も、送られる。
【００４１】
この実施形態では、それぞれのＰＶサブ発生器２．１〜２．ｎのアークに対して、上記のＰＶサブ発生器２．ｉにおいてスイッチ用素子１３．ｉが開放している状況であっても、別のサブ発生器とのクロストークを介して生じた典型的なＡＣ電流がＰＶサブ発生器２．ｉの中を流れ得ることが確実となる。  
上記の代替実施形態を用いると、クロストークによってＰＶサブ発生器に生じたＡＣ電流の信号、たとえば、別のＰＶサブ発生器におけるアークから生じたＡＣ電流の信号と、各ＰＶサブ発生器におけるアークから生じたＡＣ信号とを区別することも可能である。
【００４２】
本方法では、両方のタイプのアーク（シリーズアークとパラレルアーク）の場所を突き止めて消滅させることができるように、ステップＳ２５とステップＳ２６との間において、さらなるステップが適宜実施されてもよい。  
このさらなるステップでは、スイッチ用ユニット１６．ｊ、すなわち、最初のパスにおいて最も大きいノイズレベルＲ．１が測定されたＰＶサブ発生器２．ｊと並列に接続されているスイッチ用ユニットが閉じられる。  
（１６．ｊを除く）残りのスイッチ用ユニット１６．１〜１６．ｎは、それまでと同様に開いたままである。  
そのため、ステップＳ２５においてインバータ５からすでに選択的に切り離されたＰＶ発生器２．ｊは、次に同様に選択的に短絡され、（２．ｊを除く）残りのＰＶサブ発生器２．１〜２．ｎは、インバータ５に接続されたまま電流が流れ続ける。  
このように、ＰＶサブ発生器２．ｊに生じ得るパラレルアークは、同様に直ちに消滅する。
【００４３】
ステップＳ２６においてアークが依然として検出される場合、本方法はステップＳ２８に進み、ステップＳ２８では、スイッチ１３．ｊが再度閉じられる。  
次に、それまで閉じられていた可能性のあるスイッチ用ユニット１６．ｊも、必要に応じて再度開かれる。  
このように、ＰＶサブ発生器２．ｊは、電流を再度流すとともにインバータ５に再度接続される。
【００４４】
次のステップＳ２９では、現在のＰＶサブ発生器２．１〜２．ｎの数であるｎの値にカウンタ変数ｉがすでに達したかどうかに関する判断が行われる。  
カウンタ変数ｉが未だｎの値に達していない場合、本方法は、ステップＳ２５に分岐して戻る。  
ステップＳ２５では、カウンタ変数がまずインクリメントされ、たとえばｉ＝２に設定されて、ｊ＝Ｒ．２となる。  
次に、ステップＳ２５と、ステップＳ２６と、おそらくはステップＳ２７またはステップＳ２８と、ステップＳ２９の残りのステップが、アーク検出において二番目に大きいノイズレベルＵＡＣ．ｊを有するＰＶサブ発生器２．ｊに関して繰り返される。
【００４５】
ノイズレベル、または、増幅と、可能であれば平滑化とがなされたノイズレベルの測定値は、観察されるアークが、該当するＰＶサブ発生器に生じている確率を示す。  
示されているこの方法では、ノイズレベルが小さくなっていくシーケンス、すなわち、アークが発生している確率が小さくなっていくシーケンスにおけるアーク消滅の試みによって、アークの場所が突き止められる。  
このように、ステップＳ２５からステップＳ２９における、最初のいくつかのパスのいずれかにおいて高い確率を有するアークの場所が突き止められるため、そのアークは可能な限り迅速に消滅する。
【００４６】
ステップＳ２９において、カウンタ変数ｉがすでにｎの値に達したことが確認されると、本方法はステップＳ３０に進む。
【００４７】
本方法は、アークを消滅させることができず、そのためＰＶサブ発生器２．１〜２．ｎのいずれにおいてもアークの場所を突き止めることができなかった場合にのみステップＳ３０に進む。  
これにはいくつかの理由があり得る。  
たとえば、干渉信号が誤ってアークと見なされた可能性がある。  
このような干渉信号は、たとえば、妨害を与える外部の送信機によってＰＶシステム１に結合した可能性がある。  
次に、ステップ３０において、アーク検出に向けたアーク検出器１２．１〜１２．ｎによるアーク検出のパラメータが、干渉信号に反応しないように変更されてもよい。  
たとえば、ノイズレベルＵＡＣ．１〜ＵＡＣ．ｎが決定される周波数範囲がシフトされるか、または狭められてもよい。  
次に本方法は、最初からのアーク検出に向けて新たに決定されたパラメータと共に、ステップＳ２１に進む。  
本方法の代替構成では、ＰＶシステム１の切断が、ステップＳ３０において、可能性のあるパラレルアークを消滅させるための、インバータ５のＤＣ入力部における同時的な短絡と共に適宜行われるということも考えられる。
【００４８】
図１に示されているＰＶシステム１と、図２に示されている本方法との代替構成では、電流測定装置１１．１〜１１．ｎと、アーク検出器１２．１〜１２．ｎとにおける測定値の評価は、中央制御デバイス１５の中では行われず、監視用ユニット１０．１〜１０．ｎの中に設けられた個々の制御デバイスの中で分散化して行われる。  
シーケンスＲ．１〜Ｒ．ｎは、中央制御デバイス１５の中で管理されているテーブルによらず、測定されたノイズレベルＵＡＣ．１〜ＵＡＣ．ｎを交換することによって作られてもよい。  
監視用ユニット１０．１〜１０．ｎは、該当するＰＶサブ発生器２．１〜２．ｎの切断に関して、求められたシーケンスに応じ、求められたシーケンスの順序で、ＰＶサブ発生器２．１〜２．ｎのいずれかにおいてアークの場所が突き止められるか、または、すべてのスイッチ１３．１〜１３．ｎが連続して作動するまで、互いに連携して動作する。  
また、スイッチ１３．１〜１３．ｎと、さらなるスイッチ用ユニット１６．１〜１６．ｎとの作動が、監視用ユニット１０．１〜１０．ｎの中で、または、監視用ユニット１０．１〜１０．ｎによって行われるということも考えられる。  
この場合には、本方法は、場合によっては中央制御デバイス１５なしでも実施され得る。  
これは、監視用ユニット１０．１〜１０．ｎが、測定されたノイズレベルＵＡＣ．１〜ＵＡＣ．ｎから求められたシーケンスＲ．１〜Ｒ．ｎだけでなく、それらのノイズレベルＵＡＣ．１〜ＵＡＣ．ｎも互いに伝え合うことができるためである。  
本方法の代替構成では、ＰＶサブ発生器２．１〜２．ｎのいずれかにおけるアークの発生に向けたさらなる確率インジケータ（ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ  ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）が、シーケンスＲ．１〜Ｒ．ｎを作るために、ステップ  Ｓ２３およびステップＳ２４において、ノイズレベルＵＡＣ．１〜ＵＡＣ．ｎの代替として、かつ／または、それに加えて用いられ得る。
【００４９】
ＰＶサブ発生器２．ｉ（ｉ＝１〜ｎ）のいずれかにおけるアークの発生は、一般に、該当するＰＶサブ発生器２．ｉを通る部分電流Ｉ．ｉの変化に付随して生じ、その部分電流と相互に関連している。  
このような変化は、部分電流Ｉ．ｉの減少（一般に、シリーズアークに固有の特徴）か、または部分電流Ｉ．ｉの増加（一般に、パラレルアークに固有の特徴）のどちらかであり得る。  
ここで特に重要なことは、部分電流Ｉ．ｉの変化と、広帯域であるアークのノイズ特性の発生または消失との時間的な相関である。  
また特に、この時間的な相関は、アークの検出における可能性チェック（ｐｌａｕｓｉｂｌｉｔｙ  ｃｈｅｃｋ）の実施に向けて用いられてもよい。  
たとえば、少なくとも１つの部分電流Ｉ．１〜Ｉ．ｎにおける変化と、検出された少なくとも１つのノイズレベルＵＡＣ．１〜ＵＡＣ．ｎにおける変化（発生または消失）との間に時間的な相関が存在する場合、そのノイズレベルは、高い確率でアークに起因し得る。  
しかし、少なくとも１つの部分電流Ｉ．１〜Ｉ．ｎにおける変化と、ノイズレベルＵＡＣ．１〜ＵＡＣ．ｎにおける変化との間に時間的な相関がない場合、その少なくとも１つのノイズレベルＵＡＣ．１〜ＵＡＣ．ｎは、外部からの干渉によってもたらされ、アークには特に起因していない可能性がある。  
部分電流Ｉ．１〜Ｉ．ｎにおける変化と、ノイズレベルＵＡＣ．１〜ＵＡＣ．ｎにおける変化との間に時間的な相関がある場合には、個々の部分電流Ｉ．１〜Ｉ．ｎの振幅変化を通じてさらなる確率を求めることができ、このさらなる確率によって、個々のＰＶサブ発生器２．１〜２．ｎにおけるアークの場所の特定がもたらされる。
【００５０】
図２による本方法においては、部分電流Ｉ．１〜Ｉ．ｎにおける変化は、たとえば次のように考えられてもよい。  
すなわち、ステップＳ２２において、アーク検出器１２．１〜１２．ｎのうちのいずれかによってアークが特定されると、時間的な相関があるかどうか、すなわち、部分電流Ｉ．１〜Ｉ．ｎのうちのいずれかが減少したかどうかを判断するためのチェックが行われてもよい。  
この情報は、シーケンスＲ．１〜Ｒ．ｎを作る際に用いられてもよい。  
この場合には、重み付けが行われてもよく、この重み付けによって、ノイズレベルと、部分電流Ｉ．１〜Ｉ．ｎにおける電流変化とからなるシーケンスＲ．１〜Ｒ．ｎを作るためのインジケータが定められる。  
アークは、ある特定の遅延時間の後にのみアーク検出器１２．１〜１２．ｎによって特定され得るため、少なくともアーク検出時間に相当する長さを有する過去の時間の間、部分電流Ｉ．１〜Ｉ．ｎに対する測定値を記憶する有利な構成が設けられる。  
これは、たとえば、部分電流Ｉ．１〜Ｉ．ｎに対する測定値が循環バッファに書き込まれることによって行われてもよい。  
上記の循環バッファは、それぞれの場合において、監視用ユニット１０．１〜１０．ｎの中に配置されてもよく、または、中央制御デバイス１５の中に配置されていてもよい。
【００５１】
スイッチ用ユニット１３．１〜１３．ｎが、電気機械式スイッチと半導体スイッチとを備える並列回路を備えている場合、アークを見つけるのに要する時間は、スピードが最適化された特別なスイッチングシーケンスを用いることでさらに低減され得る。  
この場合、スイッチ１３．１〜１３．ｎは、電気機械式スイッチにおける時間のかかるスイッチングが大幅に低減するとともに、可能な場合には、並列に接続された半導体スイッチのスイッチング動作に移行するという形で作動する。  
このために、たとえば、閉じられた電気機械式スイッチに対応している半導体スイッチがまず閉じられる。  
これにより、電気機械式スイッチにおけるスイッチング状態は、対応している半導体スイッチに移行する。  
次に、関係する電気機械式スイッチが開放されるが、この開放は、並列に配置された、閉じられている半導体スイッチによるスイッチング接点どうしの橋絡（ｂｒｉｄｇｉｎｇ）によって、それらのスイッチング接点どうしの間にスイッチングアークが生じない状態で行われる。  
次に、半導体スイッチは、それまでに特定されたアークの場所を突き止めるために連続して迅速に開かれ得る。  
この場合、本願による上記の方法に従うシーケンスは、該当するＰＶサブ発生器にアークが発生している確率に基づいて作られる。
【符号の説明】
【００５２】
１  ＰＶシステム
２  ＰＶ発生器
２．１−２．ｎ  ＰＶサブ発生器
３，４  ＤＣライン
３．１−３．ｎ  電流経路
５  インバータ
６  電力供給システム
１０．１−１０．ｎ  監視用ユニット
１１．１−１１．ｎ  電流測定装置
１２．１−１２．ｎ  アーク検出用デバイス（アーク検出器）
１３．１−１３．ｎ  スイッチ用素子（スイッチ）
１４  制御ライン
１５  制御デバイス
１６．１−１６．ｎ  スイッチ用ユニット
１７  制御ライン
Ｉ．１−Ｉ．ｎ  部分電流
Ｓ２１−Ｓ３０  方法ステップ
【図１】
2015524240.tif 000003
【図２】
2015524240.tif 000004
【国際調査報告】
2015524240.tif 000005
2015524240.tif 000006