(57)【要約】  光起電力発生器（３）の複数のストリング（２）であって、それぞれ、ＤＣ／ＤＣコンバータ（８）を介して小グループで並列に共通のＤＣ電圧中間回路（４）に接続された複数のストリング（２）をリターン電流から保護するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ（８）のそれぞれを流れる電流が検出され、リターン電流（１７）がＤＣ／ＤＣコンバータ（８）の１つを通って流れているのが検出されれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ（８）を制御することにより、前記コンバータが停止される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光起電力発生器（３）の複数のストリング（２）であって、それぞれ、ＤＣ／ＤＣコンバータ（８）を介して小グループで並列に共通のＤＣ電圧中間回路（４）に接続された複数のストリング（２）をリターン電流（１７）から保護する方法において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの（８）のそれぞれを介して流れる電流が検出され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（８）の１つを通って流れるリターン電流（１７）が、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（８）の制御によって抑制されることを特徴とする、複数のストリング（２）をリターン電流（１７）から保護する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記小グループがそれぞれ、２つまたは３つのストリング（２）で構成されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（８）の１つを通って流れる前記リターン電流（１７）が、残りのＤＣ／ＤＣコンバータ（８）の制御によって抑制されることで、前記共通のＤＣ電圧中間回路（４）に前記残りのＤＣ／ＤＣコンバータ（８）によって接続された前記ストリング（２）からの電流の流れを遮断することを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（８）が、昇圧コンバータ（１８）として構成され、かつ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（８）の１つを通って流れる前記リターン電流（１７）が、前記残りのＤＣ／ＤＣコンバータ（８）の昇圧コンバータスイッチ（２１）の連続的な開閉によって抑制されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、前記残りのＤＣ／ＤＣコンバータ（８）の前記昇圧コンバータスイッチ（２１）が、最初に開かれて、それに応じて前記リターン電流（１７）が抑制されたかどうかが確認され、かつ、前記リターン電流（１７）が、前記残りのＤＣ／ＤＣコンバータ（８）の前記昇圧コンバータスイッチ（２１）の閉鎖によって抑制されていない場合には、前記残りのＤＣ／ＤＣコンバータ（８）の前記昇圧コンバータスイッチ（２１）が次いで閉じられることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の方法において、前記リターン電流（１７）が、前記残りのＤＣ／ＤＣコンバータ（８）の前記昇圧コンバータスイッチ（２１）の前記閉鎖によって抑制されている場合には、前記リターン電流が生じている前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（８）の昇圧コンバータスイッチ（２１）が開か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、リターン電流（１７）に応じて、故障信号を発生させることを特徴とする方法。
【請求項８】
光起電力発生器（３）の複数のストリング（２）であって、それぞれ、ＤＣ／ＤＣコンバータ（８）を介して小グループで並列に共通のＤＣ電圧中間回路（４）に接続された複数のストリング（２）をリターン電流（１７）から保護する装置において、それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータ（８）が、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（８）を介して流れる電流を検出する電流センサ（１５）に関連付けされ、かつ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（８）の制御によって、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（８）の１つを通電するリターン電流（１７）の流れを抑制するように構成された集中型の制御システム（１６）が、設けられることを特徴とする、複数のストリング（２）をリターン電流（１７）から保護する装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置において、前記小グループがそれぞれ、２つまたは３つのストリング（２）で構成されることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の装置において、前記制御システム（１６）が、残りのＤＣ／ＤＣコンバータ（８）の制御によって前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（８）の１つを通って流れる前記リターン電流（１７）を抑制することによって、前記共通のＤＣ電圧中間回路（４）に前記残りのＤＣ／ＤＣコンバータ（８）によって接続された前記ストリング（２）からの電流の流れを遮断するように構成されることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項８乃至１０の何れか１項に記載の装置において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（８）が、昇圧コンバータ（１８）として構成されることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置において、前記制御システム（１６）が、前記残りのＤＣ／ＤＣコンバータ（８）の昇圧コンバータスイッチ（２１）の連続的な開閉によって、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（８）の１つを通って流れる前記リターン電流（１７）を抑制するように構成されることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置において、前記制御システム（１６）が、前記残りのＤＣ／ＤＣコンバータ（８）の前記昇圧コンバータスイッチ（２１）が、最初に開かれて、それに応じて前記リターン電流（１７）が抑制されたかどうかが確認され、前記リターン電流（１７）が、前記残りのＤＣ／ＤＣコンバータ（８）の前記昇圧コンバータスイッチ（２１）の閉鎖によって抑制されていない場合には、前記残りのＤＣ／ＤＣコンバータ（８）の前記昇圧コンバータスイッチ（２１）が、次いで閉じられるように構成されることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１１乃至１３の何れか１項に記載の装置において、前記リターン電流（１７）が、前記残りのＤＣ／ＤＣコンバータ（８）の前記昇圧コンバータスイッチ（２１）の前記閉鎖によって抑制されていない場合には、前記制御システム（１６）が、前記リターン電流（１７）が生じている前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（８）の昇圧コンバータスイッチ（２１）を開くように構成されることを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項８乃至１４の何れか１項に記載の装置において、前記制御システム（１６）が、リターン電流（１７）の発生に応じて故障信号を発生させるように構成されることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光起電力発生器の複数のストリングを、リターン電流から保護する方法および装置に関する。複数のストリングは、共通のＤＣ電圧中間回路に並列に接続されている。
【０００２】
リターン電流は、通常動作において光起電力発生器によって生成された電流に対して反対方向に流れる電流であると定義される。
【０００３】
光起電力発生器の複数のストリングが共通のＤＣ電圧中間回路に並列に接続される場合には、リターン電流が発生する場合がある。例えば、１個のストリングが光の当たらない部分にある場合には、他の光の当たる部分にあるＤＣ電圧中間回路のストリングによって送達される中間回路電圧が、光の当たらない部分にあるストリングを通って流れるリターン電流を引き起こす。
【０００４】
光起電力発生器のストリングを構成している光起電力モジュールは、少量のリターン電流によって破損することはない。しかしながら、複数のストリングが並列に接続される場合には、光の当たらない部分にあるか、または他の理由で、並列に接続されているストリングよりも著しく低い出力電圧を送達する１個のストリングが、残りのストリングのすべてからリターン電流の形で電流を受け取る危険が生じる。その結果、問題のストリングに急激に負荷がかかり過ぎてしまう。
【０００５】
極性が誤ったストリングが、共通バス接続に複数の他のストリングと接続されれば、バス接続に接続されている他のストリングを短絡させることになるであろう。結果として生じる短絡電流、すなわち他のストリングによって生成された電流の和は、誤った極性で接続されているストリングを通って逆流するのではなく、しがたって、正しく接続されているストリングの順方向に対して反対方向に流れることになる。いずれにせよ、他のすべてのストリング内の高い短絡電流は、誤った極性で接続されているストリングに損傷を与える元凶となりかねないであろう。影響を受けたストリングに負荷がかかり過ぎると、さらなる損傷の原因、具体的には、影響を受けたストリングの構成部品がオーバーヒートした結果、火災発生の原因にもなり得る。
【０００６】
本発明は、ストリングをこの種の過負荷から保護すること、または、エネルギー生成設備およびエネルギー生成設備に関連する建物などの構造物、もしくはエネルギー生成設備が設置されている構造物を、この種の過負荷から保護することに関する。ある程度の保護を提供することによって、任意の所与の個々の故障が発生した場合に、これらの設備が安全に保護されることが望ましい。
【０００７】
本発明は、ＤＣ電圧中間回路が、光起電力発生器によって生成されたエネルギーを公共のＡＣグリッドシステムに供給するインバータの中間入力回路として構成されている、光起電力設備で適用されるように特に意図される。
【０００８】
欧州特許出願公開第２  ２８４  ９７３  Ａ１号明細書から、複数のストリングを有する光起電力設備が公知である。各ストリングは、直列にのみ接続されている複数の光起電力モジュールで構成される。ストリングは、バスラインに互いに並列に接続されている。変圧器は、バスラインからグリッドシステムに電気エネルギーを供給する。変圧器を調整することによって、バスライン間に解放される電圧を調節することが可能である。各ストリングは、最小限の要求事項として、リターン電流がストリングに流れているかどうかを検出し、前記リターン電流を制御システムに照会する電流センサが設けられている。制御システムは、バスライン間の電圧を低下させることによって、リターン電流を遮断する。したがって、個々のストリングは、リターン電流阻止ダイオードが設けられていない。電流センサは、複数の分散型端末ユニットに配置されるのが好ましい。磁界の複数のストリングは、一対の接続ケーブルによって端末ユニットに並列に接続され、次いでこれらの接続ケーブルが、変圧器を組込んだ集中型ユニットに配線される。集中型ユニットは、集中型端末ユニットをバスラインに接続する端末が設けられている。
【０００９】
欧州特許出願公開第２  ２８２  ３８８  Ａ１号明細書から、光起電力モジュールの複数のストリングからグリッドシステムに電気エネルギーを送り込む装置が公知である。この装置は、各ストリング用に接続部が設けられ、接続部は、過電流から保護する手段およびストリングを選択的にトリッピングする手段を組み込んでいる。各ストリングは通常、直列の光起電力モジュール回路からだけでなく、規則的に配置された複数のサブストリングからも構成され、これらが組み合わせられて、並列回路を形成する。過電流から保護する手段、および個々のストリングを選択的にトリッピングする手段はそれぞれ、電動式開閉システムを備える電力回路遮断器であって、関連するストリングとバスラインとの間の電流センサに直列に接続された電力回路遮断器が設けられている。バスラインは、インバータに接続されている。
【００１０】
独国特許出願公開第１０１  ２０  ５９５  Ａ１号明細書から、標準太陽電池セルチェーンおよび非標準太陽電池セルチェーンを備える、太陽エネルギーシステムが公知である。非標準太陽電池セルチェーンによって送達されるＤＣ電圧は、標準太陽電池セルチェーンから昇圧ユニットによって出力されるＤＣ電圧レベルまで上昇する。標準太陽電池セルチェーンからのＤＣ電圧および上昇したＤＣ電圧は、インバータに供給される。インバータはＡＣ電圧を生成し、ＡＣ電圧は、次いで、電力供給システムに送達される。リターン電流阻止ダイオードは、それぞれ、一方側にある標準太陽電池セルチェーンおよび昇圧ユニットと、他方側にあるインバーとタとの間に配置される。昇圧ユニットは、昇圧回路として、すなわち、昇圧コンバータとして構成されてもよい。
【００１１】
独国特許出願公開第１０  ２００９  ０３２  ２８８  Ａ１号明細書から、独立特許請求項８の導入節の特徴を備える光起電力設備が公知である。光起電力設置は、光起電力モジュールで構成される。光起電力モジュールは、複数のモジュールストリングを形成するように接続され、独立特許請求項１の導入節に従ってリターン電流から保護される。モジュールストリングは、専用のＤＣ／ＤＣコンバータに接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータからの出力は、共通のインバータの入力部に供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータは、少なくとも１つの発電機端子箱に配置されている。発電機端子箱は、インバータから物理的に切り離されている。１つまたは２つのモジュールストリングが、各ＤＣ／ＤＣコンバータに接続されてもよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ１つにつき２つのモジュールストリングが接続される場合には、ストリング保護設備が省略されてもよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ１つにつき１つのモジュールストリングだけが接続される場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータによって送達されるガルバニック絶縁機能が、あらゆるリターン電流を抑制するので、ストリングダイオードが省略されてもまたよい。ガルバニック的に絶縁するＤＣ／ＤＣコンバータでは、それ以上の制御機能がないので、前記ＤＣ／ＤＣコンバータによって電流を防ぐことができる。したがって、ＤＣ絶縁点を追加しなくてもよい。さらに、光起電力設備全体を切断せずに、個々のモジュールストリングを切断してもよい。
【００１２】
米国特許出願公開第２００７／０１０７７６７  Ａ１号明細書から、バスラインに並列に接続された、エネルギー生成セルの複数のストリングで構成されたＤＣ発電システムが公知である。各ストリングを通って流れる電流は、電流センサによって測定される。各ストリングもまた、関連するストリングをバスラインに接続し、動荷重によって、関連するストリングを切断または短絡するスイッチングモジュールが設けられている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、光起電力発生器の、共通のＤＣ電圧中間回路に並列に接続されている複数のストリングをリターン電流から保護する方法および装置であって、ハードウェアの最小限の出費だけで実施可能な方法および装置を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の目的は、独立特許請求項１に記載された特徴を有する方法、および独立特許請求項８に記載された特徴を有する装置によって成し遂げられる。本発明による方法および本発明による装置の実施形態の好ましい形式が、従属特許請求項に記載されている。
【００１５】
本発明は、光起電力発生器の複数のストリングであって、それぞれ、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して小グループで並列に共通のＤＣ電圧中間回路に接続されている複数のストリングをリターン電流から保護する方法に関する。この方法により、ＤＣ／ＤＣコンバータのそれぞれを通って流れる電流が検出され、ＤＣ／ＤＣコンバータの１つを通って流れるリターン電流が、ＤＣ／ＤＣコンバータの制御によって抑制される。必ずしも小さなリターン電流がすべて、ＤＣ／ＤＣコンバータの１つによって抑制される必要があるのではなく、リターン電流が、ＤＣ／ＤＣコンバータのそれぞれによって抑制されるように閾値を設定することが可能であることが理解される。したがって、リターン電流を抑制するＤＣ／ＤＣコンバータの制御機能を不必要にトリッピングすることを回避することができる。
【００１６】
本発明はさらに、光起電力発生器の、複数のストリングであって、それぞれ、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して小グループで並列に共通のＤＣ電圧中間回路に接続されている複数のストリングを、リターン電流から保護する装置に関する。この装置によって、それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータが、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して流れる電流を検出する電流センサに関連付けされ、かつ、集中型の制御システムが、ＤＣ／ＤＣコンバータの制御によって、ＤＣ／ＤＣコンバータの１つを通電するリターン電流の流れを抑制する。本発明による装置は、エネルギー生成設備の一部として構成されてもよい。
【００１７】
本発明による方法または装置によって、上位エネルギー生成設備のフェールセーフ運転を実現することが可能である。これは、任意の個々の故障によって、安全でない状態または出火が引き起こされるおそれのある状態が、エネルギー生成設備内で生じたり、続いたりしないことを意味する。構成部品を追加せずに、適切な制御システムによってこれを実施することができる。
【００１８】
この文脈において、「ストリング」とは、ある数の、一般的には複数の光起電力モジュールの直列回路であると理解される。原則として、ストリングは並列に接続されている複数のサブストリングを備えてもよい。しかしながら、そうではない場合が好ましい。
【００１９】
この文脈において、「ＤＣ／ＤＣコンバータを通電するリターン電流」とは電流であって、この電流によって、ＤＣ／ＤＣコンバータを介してＤＣ電圧中間回路に接続されているストリングに、ＤＣ電圧中間回路からの電気エネルギーが流れる電流であると理解される。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータを通電するリターン電流は、ストリングからＤＣ電圧中間回路に流れるはずの電流に対して反対方向に流れる。ＤＣ／ＤＣコンバータを通電するこの種のリターン電流は、臨界電流に関連する故障、具体的には、接続されているストリングの１つを通電するリターン電流に関連する故障を示唆するものである。このことは、たとえＤＣ／ＤＣコンバータを通電するリターン電流が単に小さいだけであり、したがって、接続されているストリングの１つを通電する関連するリターン電流が臨界状態ではない場合であっても当てはまるであろう。本発明では、ＤＣ／ＤＣコンバータを通って流れる電流だけが、リターン電流に関してモニタリングされる。にもかかわらず、接続されているストリングすべてで、過負荷からの保護を実現することが可能である。
【００２０】
この文脈において、「小グループ」とは、光が当たらないか、または他の理由に関連して、ストリングの１つの出力電圧が低下しても、またストリングの１つが誤った極性で接続されても、いずれの場合も、小グループの残りのストリングから、１つのストリングを通って流れ、前記ストリングに損傷を及ぼすことになる電流を引き起こさないくらいの、十分に小さい数のストリングであると理解される。小グループが２つのストリングからなる場合には、または単一ストリングからなる場合であっても、このことが保証される。グループは、安全を最大化するためだけではなく、１つのＤＣ／ＤＣコンバータにつき１つのストリングだけを用いた配置と比較して、ＤＣ／ＤＣコンバータの数を半減させる手段としても、２つのストリングで構成されるのが好ましい。
【００２１】
本発明によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータの１つを通って流れるリターン電流は、接続されているストリングに負荷がかかり過ぎる原因となるおそれがあるが、ＤＣ／ＤＣコンバータの適切な制御によって抑制される。原則として、これは、リターン電流が生じているＤＣ／ＤＣコンバータを制御してリターン電流の遮断を行うようにすることにより、実現される。この種の制御機能は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータが、降圧コンバータとして構成される場合に利用可能になる。しかしながら、そうではない例が多い。
【００２２】
原則として、ＤＣ／ＤＣコンバータの１つを通って流れる任意のリターン電流が、残りのＤＣ／ＤＣコンバータの制御によって抑制されることで、残りのＤＣ／ＤＣコンバータによって共通のＤＣ電圧中間回路に接続されたストリングからの電流の流れを遮断するのが、したがって好ましい。このことは、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータが、昇圧コンバータとして構成される場合であっても可能になる。
【００２３】
ＤＣ／ＤＣコンバータが、接続されているストリングの独立したＭＰＰ追随調整に使用可能である、昇圧コンバータとして構成される場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータの１つを通って流れる任意のリターン電流を、残りのＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧コンバータスイッチを閉じることによって抑制することが可能である。昇圧コンバータスイッチのこの閉鎖により、残りのＤＣ／ＤＣコンバータが短絡する。残りのＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧コンバータダイオードは、昇圧コンバータスイッチによって、ＤＣ電圧中間回路の短絡もまた防ぐ。
【００２４】
残りのＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧コンバータスイッチを閉じる前に、残りのＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧コンバータスイッチを開くことによって、ＤＣ／ＤＣコンバータの１つを通って流れるリターン電流を抑制する試みがなされてもよい。それに応じて、残りのＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧機能がトリッピングされ、リターン電流を発生させる共通のＤＣ電圧中間回路の電圧が低下するようになる。
【００２５】
本発明の実施形態のこの形式では、もし昇圧コンバータダイオードが使える状態であるならば、これらが個々のＤＣ／ＤＣコンバータを、リターン電流の発生から保護することにもなる。これは、関連する昇圧コンバータダイオードに不備があり、その阻止機能をもはや果たしていない場合のみ、ＤＣ電圧中間回路からＤＣ／ＤＣコンバータの１つを通って流れるリターン電流が発生し得ることを意味する。昇圧コンバータダイオードだけが、他のサブグループのストリングによって生成された電流が、誤った極性で接続されたストリングに印加されるのを防ぐことができる。
【００２６】
サブグループの２つのストリングのうちの１つだけが誤った極性で接続されていれば、関連するＤＣ／ＤＣコンバータの電流センサは、ＤＣ／ＤＣコンバータを電流がまったく通電していないか、または並外れて低電流が通電していることを表示することになる。関連するサブグループの両方のストリングが誤った極性で接続されているか、または、サブグループが、誤った極性で接続されたストリングを１つだけ組み込でいれば、電流センサは、少量のリターン電流を表示することになる。この場合は、すでに２つの故障の発生が含まれているので、フェールセーフ性評価には該当しないが、ここでは、本発明をさらに説明する目的で考慮される。逆に、不備のある昇圧コンバータダイオードは、残りのＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続された、残りのストリングからのリターン電流と組み合わされ、その結果リターン電流が増加し、リターン電流は、昇圧コンバータスイッチが開けば流れるが、昇圧コンバータスイッチが閉じれば短絡する。このように、リターン電流の発生を分析することによって、具体的には、リターン電流の規模および／または関連する昇圧コンバータスイッチの回路状態に対するリターン電流の依存関係を基準にして分析することによって、これらの場合を識別することが可能になる。それに応じて、分析結果に対応する故障信号を、考え得る限り発生させることができる。最低でも、故障信号は、不備のある昇圧コンバータダイオードに関連する初期状態および、１つまたは複数のストリングの、誤った極性での接続に対応する第２の状態を表示することができる。
【００２７】
上記の説明は、昇圧コンバータとして構成されたＤＣ／ＤＣコンバータの電流センサが、ＤＣ／ＤＣコンバータのストリングの側の入力端、すなわち、関連する昇圧コンバータスイッチの前方に配置されていると仮定している。
【００２８】
本発明によれば、リターン電流が、昇圧コンバータの形式で構成されている残りのＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧コンバータスイッチを閉じることによって抑制されているならば、リターン電流が発生しているＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧コンバータスイッチは、常時開かれていることになる。この場合、このＤＣ／ＤＣコンバータを介してＤＣ電圧中間回路に接続されたＤＣ電圧中間回路のストリングは、少なくとも、接続されているインバータの非常時運転または接続されているインバータの制御機能を可能にするのに十分な電気エネルギーが供給される。電気エネルギーは、ＤＣ電圧中間回路から供給することもまた可能である。
【００２９】
本発明による装置では、１つまたは複数のストリングが、昇圧コンバータとして構成されたインバータを介して、ＤＣ電圧中間回路に誤った極性で接続されれば、それは同時に不備のある昇圧コンバータダイオードの特徴であるが、残りのＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧コンバータスイッチが閉じられ、その結果、リターン電流も遮断されることになる。ただし、リターン電流が残りのＤＣ／ＤＣコンバータに接続されたストリングから発生していることが前提である。しかしながらこの場合も同様に、複数の故障が別々に発生しているため、フェールセーフ性評価に該当せず、リターン電流が生じているＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧コンバータスイッチが開かれた後に、少なくとも要求されている極性ではない極性で接続されているストリングによってＤＣ電圧中間回路が充電されることはなくなる。この特定の構成では、不備がある昇圧コンバータダイオードを組込んでいる昇圧コンバータの昇圧コンバータスイッチを閉じるのが、有利であろう。
【００３０】
本発明による装置の電流センサは、個々のＤＣ／ＤＣコンバータに割り当てられ、したがって、個々のＤＣ／ＤＣコンバータを用いてＭＰＰ追随調整を個別に実施するのに必要である。同時に昇圧コンバータは、この種のＭＰＰ追随調整を、「マルチストリング型インバータ」の個々のストリングに対して個別に実施するために使用される従来型のＤＣ／ＤＣコンバータである。本発明は、そのような従来型の昇圧コンバータの昇圧コンバータスイッチおよび昇圧コンバータダイオードだけを活用している。追加のスイッチも、ダイオードも必要ではない。言いかえれば、個別のＭＰＰ追随調整用に、並列に接続された複数の昇圧コンバータが設けられたマルチストリング型インバータでは、本発明は、主にソフトウェア修正によって達成することができる。ただし、個々のＤＣ／ＤＣコンバータの電流センサもまた、リターン電流の検出に適していることが前提である。
【００３１】
本発明の有利なさらなる発展形態は、特許請求項、明細書、および図面に表示される。本明細書で明示されている特徴の利点、および複数の特徴の組み合わせにおける利点は、例示に過ぎず、前記利点が必ずしも本発明による実施形態の形式から生じることを必要とせずに、代替的または累積的に実現されてもよい。添付の特許請求項の主題の補正を生じることなく、以下の注釈が、本明細書および特許請求項において開示された内容に対して適用される。すなわち、さらなる特徴、特に複数の構成部品の相対的な配置および構成部品間の相互作用は、図面から観察することができる。特許請求項で選択された対象に関係なく、本発明の実施形態の様々な形式の特徴または様々な特許請求項の特徴を組み合わることも同様に可能であり、しかるべく提案されている。このことは、個別の図面に示された、または明細書に明示された特徴にも適用される。これらの特徴は、様々な特許請求項の特徴と組み合わせることもできる。同様に、特許請求項に記載された特徴は、本発明の実施形態のさらなる形式に関連していなくてもよい。
【００３２】
数に関しては、特許請求項および明細書で明示された特徴は、正確に明示された数または、明示された数よりも大きな数を表し、副詞句「少なくとも（ａｔ  ｌｅａｓｔ）」を使用してはっきりと表現する必要はないものとする。例えば、１つの要素（ｏｎｅ  ｅｌｅｍｅｎｔ）が参照される場合には、これは正確に１つの要素であるか、または２つ以上の要素の要素を表すと理解されるものとする。これらの特徴は、さらなる特徴によって補足されてもよいし、もしくは関係する産物を構成する単一の特徴であってもよい。
【００３３】
各特許請求項に含まれる参照番号は、特許請求項によって保護される主題の範囲の限定となるものではない。それら参照番号の唯一の目的は、特許請求項について理解し易くすることである。
【００３４】
以下、本発明を図に示される実施形態の好ましい形式を参照して、さらに明確化して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、光起電力発生器の個々のストリングと、インバータの中間入力回路との間に接続されている、本発明による装置のブロック図を示す。
【図２】図２は、本発明による装置の実施形態の、特定の形式のブロック図を示す。同様に、光起電力発生器のストリングと、インバータの中間入力回路との間に接続されており、２つの別個の潜在的故障が図示されている。
【図３】図３は、本発明による方法の実施形態の１つの形式についての流れ図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図１は、光起電力発生器３の個々のストリング２とインバータ５のＤＣ電圧中間回路４との間に接続された装置１を示す。ストリング２はそれぞれ、直列に接続された複数の光起電力モジュールまたは光起電力セルで構成されるが、ここでは詳細に図示しない。各ストリング２に対して、装置１は、一対の端子６および７が設けられる。各場合において、装置１の２つの端子６および関連する２つの端子７が、これらの端子に接続されたストリング２が、まさに装置１の入力部で並列回路を形成するように組み立てられる。これらの並列に接続されたストリング２は次に、それぞれ、ＤＣ／ＤＣコンバータ８を介してバスライン９および１０に接続される。バスライン９および１０は、装置１の端子１１および１２を介してＤＣ電圧中間回路４へと配線されるが、ここでは中間回路キャパシタ１３によって符号で表わされている。インバータ５は、ＤＣ電圧中間回路４からＡＣグリッドシステム１４に電気エネルギーを供給する。
【００３７】
ＤＣ電圧中間回路４で利用可能な電気エネルギーを最大化するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８に接続されているストリング２を個別にＭＰＰ追随調整するように構成される。これは、ＤＣ／ＤＣコンバータ８が、ＤＣ電圧中間回路４の中間回路電圧に関して、ＤＣ／ＤＣコンバータ８に接続されているストリング２の作用点、すなわち供給電圧に適合されることを意味する。これにより、前記ストリング２によって生成された電力が最大化される。ストリング２の出力電圧に加えて、電流電源出力を決定するために、関連するＤＣ／ＤＣコンバータ８に流れる電流も、測定されなければならない。電流は、電流センサ１５によって測定される。
【００３８】
電流センサ１５は、ＤＣ電圧中間回路４のストリング２の正常な電流フロー方向に対して反対側に流れるリターン電流の発生を検出するためにも使用される。この種のリターン電流は、特にこれらの電流が多数の他のストリング２から生じ、その後関係している個々のストリングを通って流れる場合には、ストリング２の保全性を危険にさらすおそれがある。この種のリターン電流が、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の１つを通って流れる場合には、電流センサ１５によって測定された電流、具体的にはリターン電流１７を、入力信号２３として受け取る制御装置１６が、リターン電流が抑制されるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ８を制御する。この目的のために着手される的確な処置は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の性質によって左右される。
【００３９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ８が、例えば降圧コンバータとして構成される場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ８に接続されているストリング２を、ＤＣ電圧中間回路４から絶縁するために、リターン電流が存在しない残りのＤＣ／ＤＣコンバータの降圧コンバータスイッチが開かれてもよい。次いで、ＤＣ電圧中間回路４は、それまでリターン電流が流れていたストリング２によってのみ充電されることになる。それぞれの場合において、リターン電流を抑制するための制御システム１６は、個々のＭＰＰ追随調整のために設けられたＤＣ／ＤＣコンバータ８を制御するだけであり、それ以外の絶縁開閉器またはそれに類する機器を制御しない。同様に、リターン電流を抑制するためのダイオードを追加で設けることはない。ＤＣ／ＤＣコンバータ８に接続されたストリング２のそれぞれの一対では、リターン電流は、これらのストリング２の第１のストリングによって生成された電流に限定されるので、このリターン電流は一方から他方へ流れることができるとされている。並列に接続されたストリングを短絡するような、誤った極性でストリング２が接続されていても、せいぜい１つのストリング２からＤＣ／ＤＣコンバータ８に接続された２つのストリング２を通って、短絡電流が流れる程度で終わる。そのような電流値は、ストリング２によって連続的に対処することが可能であり、損傷やオーバーヒートが生じない。示されていない実施形態の一形式において、３つのストリング２がＤＣ／ＤＣコンバータ８に接続される場合には、１つのストリング２’個体の極性反転は、最大でも、２つの他のストリングによって生成された短絡電流を２倍にした、このストリングの電流負荷に相当する程度であろう。この負荷でさえも、多数のストリングによって連続的に、しかも損傷を与えずに対処することができる。多くの場合、所与の数のストリングに対するＤＣ／ＤＣコンバータの数が少なくなるという理由で、３つのストリングを備えた構成は、したがって有利である。逆に、負荷形モジュールの場合には、１つのＤＣ／ＤＣコンバータ８につき、２つのストリング２だけを備える構成が好ましい。
【００４０】
図１は、合計３つのＤＣ／ＤＣコンバータ８を示す。それぞれに２つのストリング２が接続されている。しかしながら、原則として、存在するＤＣ／ＤＣコンバータ８は、もっと少なくてもよいし、したがってストリング２も、もっと少なくてよい。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の数、およびＤＣ／ＤＣコンバータ８に接続しているストリング２の数は、もっと大きくてもよい。具体的には、３つのストリング２が、各ＤＣ／ＤＣコンバータ８に接続されてもまたよい。
【００４１】
図２は、２つのＤＣ／ＤＣコンバータ８だけを備える装置１を示す。この例では、２つのＤＣ／ＤＣコンバータ８は、具体的には昇圧コンバータ１８として構成される。ここでもまた、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の数は、もっと大きくてもよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ８はそれぞれ、ここでもまた、それぞれの各ストリング２に対して、２つの端子７および２つの端子６が設けられている。ここでもまた、関連するストリング２が、装置１の外部ですでに並列に接続されている場合には、複数の端子７を、１つの端子７にまとめてもよい。そうでないのであれば、装置１の基本的な設計は、図１に示された設計に一致する。
【００４２】
しかしながら、ＤＣ／ＤＣコンバータ８を昇圧コンバータ１８として構成することによって、その昇圧コンバータダイオード１９は、基本的に、ＤＣ電圧中間回路４から、関連するＤＣ／ＤＣコンバータ８に接続されたストリング２へのリターン電流に対する阻止装置として作用する。したがって、原則として、昇圧コンバータダイオード１９に不備がある場合にのみ、そのようなリターン電流が生じ得る。図２に示される上部ＤＣ／ＤＣコンバータ８では、リターン電流は破線によって表されている短絡経路２０によって表示されており、昇圧コンバータダイオード１９に対して平行に示される。この昇圧コンバータダイオード１９に不備がある結果、昇圧コンバータ１８も同様にまったく機能しなくなり、ＤＣ電圧中間回路４の電圧が、対応するストリングの電圧よりも高くなっている場合には、リターン電流が、接続されているストリング２に流れることになる。このリターン電流が、電流センサ１５によって検出されると、ここで図示しないが、制御システムが、残りのＤＣ／ＤＣコンバータ８のすべての昇圧コンバータスイッチ２１を閉じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ８に接続しているストリング２を短絡させるようにする。したがって、これらはもはや中間回路キャパシタ１３を充電せず、リターン電流が抑制され、リターン電流に関連する放電を行うことにより、直ちに中間回路キャパシタ１３の電圧が、十分な程度まで低下する。制御システムが、リターン電流１５が生じているＤＣ／ＤＣコンバータ８の昇圧コンバータスイッチ２１を同時に開く場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ８に接続されているストリング２は、少なくとも、ＤＣ電圧中間回路４の中間回路キャパシタ１３のバックグラウンド電荷を維持することが可能になる。発生しているリターン電流による故障のさらに詳細な分析、除去または上位装置への照会を可能にするために、ここでは詳細に示されない装置１の、またはインバータ５の、モニタリングシステムおよび信号システムを最低限供給するのに、このバックグラウンド電荷は、十分事足りる。
【００４３】
原則として、対応するＤＣ／ＤＣコンバータ８に接続されたストリング２が、両方とも誤った極性で接続されているのであれば、電流センサ１５の１つを通電するリターン電流が生じ得るが、やはりこの場合も、フェールセーフ性評価だけで考慮されることにはならない。このリターン電流は、関連する昇圧コンバータスイッチ２１を介して流れ、全体として、順方向阻止機能だけを果たす。このリターン電流は、制御システムによって、残りのＤＣ／ＤＣコンバータ８の昇圧コンバータスイッチ２１を開くことで抑制することはできないものの、前記制御システムによって検出され得る。そのため、誤った極性でＤＣ／ＤＣコンバータ８に接続された２つのストリング２の、ＤＣ／ＤＣコンバータ８を通って流れるリターン電流は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の昇圧コンバータスイッチによって残りのＤＣ／ＤＣコンバータの１つに接続されたストリングの短絡回路を流れる電流を超過しないので、臨界状態にならない。
【００４４】
図２に示される下部ＤＣ／ＤＣコンバータ８では、ストリング２’の両方ではなく、１つだけが誤った極性で接続されていることが示されている。全体として、これにより関連する電流センサ１５によって検出されるリターン電流が発生することはないが、ＤＣ／ＤＣコンバータ８に接続されたストリング２および２’の両方によって形成された回路に流れる電流が発生する。２つのストリング２および２’だけの接続は、この電流を無害なレベルに制限する。たとえ考慮された境界条件下では、電流が流れているはずであっても、この故障の場合には、電流センサ１５が、電流がＤＣ／ＤＣコンバータ８を通って流れていないことを検出することになる。
【００４５】
図３は、流れ図によって表わされた、本発明による方法の実施形態の潜在的な形式を示す。ステップ１００では、ＤＣ／ＤＣコンバータのそれぞれを通って流れる電流が、最初に検出される。ステップ１１０では、次いで、リターン電流の発生について、これらの電流がチェックされる。リターン電流が検出されない場合には、方法は分岐してステップ１００に戻り、すべての電流の検出が引き続き繰り返される。リターン電流の流れがＤＣ／ＤＣコンバータを通して検出された場合には、影響を受けたＤＣ／ＤＣコンバータは、ステップ１２０で最初にトリッピングされる。ＤＣ／ＤＣコンバータが昇圧コンバータとして構成される場合には、昇圧コンバータスイッチも開かれる。ステップ１３０では、このトリッピングが、残りのＤＣ／ＤＣコンバータにも適用される。その後ステップ１４０では、影響を受けたＤＣ／ＤＣコンバータに流れる電流が再度検出され、ステップ１５０では、実行された措置によって、リターン電流がすでに抑制されているかどうかが確認される。抑制されている場合には、方法は分岐してステップ１４０に戻り、影響を受けたＤＣ／ＤＣコンバータを通って流れる電流が、定期的にチェックされる。リターン電流が再度生じる可能があるからである。
【００４６】
すべてのＤＣ／ＤＣコンバータのトリッピングによってリターン電流を抑制することができなければ、影響を受けていないＤＣ／ＤＣコンバータは、ステップ１６０において短絡する。すなわち、影響を受けていないＤＣ／ＤＣコンバータが、共通の中間回路にそれ以上電流を供給しないように制御される。
【００４７】
潜在的な選択肢では、方法は、ステップ１２０から直接ステップ１６０に分岐する。この場合、リターン電流が発生すると、影響を受けたストリングだけが依然として中間回路に電流を供給することができる状態が、直接実現される。これにより、確実にリターン電流状況が終了する。逆に、ステップ１３０、１４０および１５０では、中間状態が実現される。中間状態では、ストリングはすべて中間回路に電流を供給可能性であり、すべてのＤＣ／ＤＣコンバータがトリッピングされているので、すべてのストリングが、同じ供給電圧となる。多くの場合、これはリターン電流状況を終了させるのに十分事足りる。
【００４８】
最後に、装置１では、ストリング２からＤＣ電圧中間回路４への電流の流れが、電気構成部品や電子構成部品を必要としないことが再度強調されるべきである。これら構成部品は、所与のＤＣ／ＤＣコンバータ８に接続されたストリング２の個々のＭＰＰ追随調整には必要ないからである。
【符号の説明】
【００４９】
１  装置
２  ストリング
２’  ストリング
３  光起電力発生器
４  ＤＣ電圧中間回路
５  インバータ
６  端子
７  端子
８  ＤＣ／ＤＣコンバータ
９  バスライン
１０  バスライン
１１  端子
１２  端子
１３  中間回路キャパシタ
１４  ＡＣグリッドシステム
１５  電流センサ
１６  制御システム
１７  リターン電流
１８  昇圧コンバータ
１９  昇圧コンバータダイオード
２０  短絡経路
２１  昇圧コンバータスイッチ
２２  昇圧コンバータ制限器
２３  入力信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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