JP2015517784A - 光起電力システム、および、中圧電力網に電力を供給するために光起電力システムを動作させるための方法 - Google Patents

光起電力システム、および、中圧電力網に電力を供給するために光起電力システムを動作させるための方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、中圧電力網41に電力供給するために光起電力システムを動作させるための方法に関し、このうち、光起電力システムは、複数の光起電力モジュール11を備える光起電力発生器10と、少なくとも1つのインバータ21と、少なくとも1つの中圧変圧器31とを備え、中圧変圧器31は、一次側においてインバータ21の低圧AC出力部24に直接的に接続され、インバータ21は、DC入力部22を介して光起電力発生器10に接続され、またインバータ21は、インバータ21の設計に応じ、低圧AC出力部24からDC入力部22へのリバース電流を許容する。本方法は、光起電力モジュール11による供給に向けた電力の生成が不十分である場合に、インバータ21が、AC側において、中圧変圧器31を介して中圧電力網41に接続されたままとなり、また、インバータ21が、DC側において、光起電力発生器10に接続されたままとなることを特徴とする。さらに本発明は、光起電力発生器10を備えるとともに本方法を実施するように設計された光起電力システムに関し、この光起電力発生器10の内部では、多数の光起電力モジュール11が直列に接続されているため、直列に接続された光起電力モジュール11の順方向電圧は、リバース電流によりDC入力部22に設定される電圧より大きくなる。【選択図】図1

Description

本発明は、複数の光起電力モジュールを備える光起電力発生器と、少なくとも1つのインバータと、中圧電力網に電力を供給するための少なくとも1つの中圧変圧器とを備える光起電力システムを動作させるための方法に関する。
さらに本発明は、この方法を実施するために設計された光起電力システムに関する。
特にソーラーパークである、比較的大型の光起電力システムの場合には、生成された電力を、たとえば20kV(キロボルト)の電力網である中圧電力網に直接的に供給することが一般に行われている。
このようなソーラーパークは、通常は多数の光起電力モジュールを有しており、そのうちの複数の光起電力モジュールは、それぞれの場合においていわゆるストリングを形成するために直列に接続されている。
複数のストリングは、それらの複数のストリングによって生成された電力を、複数であり得るインバータの1つに直流の形で供給するためにしばしば相互接続されている。
設けられたインバータは、出力側において、中圧変圧器の一次回路に接続されている。
この場合、中圧変圧器は、インバータごとに設けられていてもよく、または、別々の一次巻線を有し得る1つの中圧変圧器に対して複数のインバータが接続されていてもよい。
生成された電力は、中圧変圧器の二次側の出力部を介し、可能であれば結合用接触器を介して、中圧電力網に供給される。
非特許文献1の記事には、このような中圧変圧器にインバータが直接的に接続された光起電力システムが開示されている。
この場合には、サイリスタが設けられたインバータブリッジを有するインバータが用いられている。
このインバータは他励式であり、言い換えれば、サイリスタ用の転流電圧とも呼ばれるスイッチング電圧を電力供給網から引き出している。
サイリスタが設けられたインバータブリッジを備える最近のインバータは、比較的低い効率のために現在ではまれにしか用いられていない。
より一般的になっているのは、パルス幅変調を用いてインバータを動作させることができるように、インバータブリッジにおいてスイッチングトランジスタを用いることである。
この場合、通常はトランジスタとして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)が用いられている。
これらのトランジスタは、非導通方向における高電圧からの保護のために、トランジスタの非導通方向において導通するとともにトランジスタにすでに内蔵されていることも多い、逆並列ダイオードによって一般に保護されている。
フリーホイールダイオードとも呼ばれるこれらのダイオードは、電力網の接続部からインバータのDCリンクまでにわたる全波整流器を構成する。
インバータの所で電力網の側にAC電圧がかかっていても、光起電力モジュールによって供給される電圧が不十分であると、AC電圧の電力網から電力が引き出されて、フリーホイールダイオードを介して光起電力モジュールを通るリターン電流の流れが作られる。
インバータの設計に起因するこのようなリバース電流を防ぐために、インバータを、それぞれの場合において低圧AC接触器を介して中圧変圧器に接続することが知られている。
低圧AC接触器は、日射がない場合や、日射が不十分である場合に、インバータを電力網から切断することにより、電力網からの電力の引き出しによって光起電力モジュールを通って流れるリターン電流を防ぐために用いられる。
さらに低圧AC接触器は、過電流もしくは短絡の際や、要求される電力網のパラメータ(電圧、周波数、供給される無効電力など)が侵害された際、または、インバータの故障の際に、各インバータを中圧変圧器から選択的に切り離すために用いられてもよい。
しかし、対応する低圧AC接触器と、電力網の供給パラメータを維持するための監視用デバイスとが各インバータに設けられることが必要になり、このことはコスト高となる。
さらに、中圧変圧器とエネルギー供給網との間に、AC側の保護素子として働くAC切断用素子が配置されることが知られている。
たとえば、非特許文献2の記事にはこのような光起電力システムが記載されており、ここでは、様々な故障が生じた場合に、DCスイッチ用素子がインバータを光起電力モジュールから切断するとすぐに、AC切断用素子が作動している。
非特許文献3の記事にも光起電力システムが記載されており、ここでは、光起電力モジュールとインバータとの間にDCスイッチ用素子が配置され、中圧変圧器とエネルギー供給網との間にAC切断用素子が配置されている。
極めて低い日射強度の際などの、インバータの切断動作の際には、DCスイッチ用素子とAC切断用素子との両方の開放が行われる。
「Enel’s 3−MW Power Station Preliminary Design」、10th European Photovoltaic Solar Energy Conference by C. Corvi et al. 「Electrical Fault Protection for a Large Photovoltaic Power Plant Inverter」、 D.E. Collier and T.S. Key、 Photovoltaics Specialists Conference、 IEEE Conference Record、1988 「Advanced, High−Reliability, System−Integrated 500−kW PV Inverter Development」、 R. West、 Final Subcontract Report NREL/SR−520−43839、2008
したがって、本発明の目的は、電力網からの光起電力モジュールの切断と、リバース電流からの保護とが比較的簡単な方法で実現される、中圧電力網に電力を供給するための、冒頭で述べられたタイプの光起電力システムを動作させるための方法と、それに対応する光起電力システムとを提供することにある。
本目的は、独立請求項の特徴を有する方法と、独立請求項の特徴を有する光起電力システムとによって達成される。
本方法、および本光起電力システムにおけるさらなる構成と、有利な展開とは、それぞれの従属請求項に明記されている。
中圧電力網に電力供給するために光起電力システムを動作させるための方法において、光起電力システムは、複数の光起電力モジュールを備える光起電力発生器と、少なくとも1つのインバータと、少なくとも1つの中圧変圧器とを備える。
この場合、中圧変圧器は、一次側においてインバータの低圧AC出力部に直接的に接続され、インバータは、DC入力部を介して光起電力発生器に接続され、このうち、インバータは、インバータの設計に応じ、低圧AC出力部からDC入力部へのリバース電流を許容する。
本方法は、光起電力システムにおける光起電力モジュールによる供給に向けた電力の生成が不十分である場合に、インバータが、AC側において、中圧変圧器を介して中圧電力網に接続されたままとなり、またインバータが、DC側において、光起電力発生器に接続されたままとなることを特徴とする。
中圧変圧器がインバータに直接的に接続されているため、インバータと中圧変圧器との間の、コスト高となる一次側の低圧AC接触器は必要にならない。
また、DC側においてインバータが光起電力発生器に接続されたままとなるため、DC電圧のスイッチ用素子を不要にするか、または、高い数のスイッチング用に設計される必要のないスイッチ用素子を使用することが可能になる。
本発明による方法は、AC側とDC側の切断部分が、従来のプラクティスとは反対に、省略され得るという知見に基づいている。
これは、一般に直列に接続される複数の光起電力モジュールの順方向電圧が、最近の光起電力システムにおいて、リバース電流によってDC入力部に設定される電圧より大きいためである。
本方法における好ましい構成では、光起電力システムは、プリセットされた電力網のパラメータが満たされない場合、中圧変圧器と中圧電力網との間に配置された結合用接触器によって、中圧変圧器の二次側において中圧電力網から切り離される。
特に、複数のインバータを備える比較的大型のシステムの場合には、インバータごとの低圧AC接触器を省くことができるために有利であるが、すべてのインバータに向けた共通の結合用接触器だけは必要となる。
本発明による光起電力システムは、複数の光起電力モジュールを備える光起電力発生器と、少なくとも1つのインバータと、少なくとも1つの中圧変圧器とを有する。
この場合、中圧変圧器は、一次側においてインバータの低圧AC出力部に直接的に接続され、インバータは、DC入力部を介して光起電力発生器に接続されている。
またインバータは、インバータの設計に応じ、低圧AC出力部からDC入力部へのリバース電流を許容する。
この光起電力システムは、多数の光起電力モジュールが光起電力発生器の内部において直列に接続されているため、直列に接続された光起電力モジュールの順方向電圧が、リバース電流によりDC入力部に設定される電圧より大きいことを特徴とし、また、この光起電力システムが、上記の方法を実施するように設計されていることを特徴とする。
もたらされる利点は、本方法における利点と一致する。
以下では、例示的実施形態を参照し、3枚の図面を用いて本発明をより詳細に説明する。
中圧電力網に接続するための光起電力システムの図である。 光起電力システムを動作させるための方法における例示的実施形態のフローチャートである。 光起電力システムを動作させるための方法におけるさらなる例示的実施形態のフローチャートである。
図1に示されている光起電力システムは、4つの部分、すなわち、光起電力発生器10と、インバータ装置20と、中圧コンポーネント30と、電力網の接続部40とに概略的に分かれている。
電力網の接続部40は、光起電力システムに単一的に含まれている。
残りの部分10、20、30はそれぞれ、図1では例として3つである、独立したブランチを有しており、これらのブランチは、それぞれ同一の設計を有する。
図1では、個々のブランチa、b、cのコンポーネントは、コンポーネントの各参照記号につけられた添字a、b、cによって互いと区別されている。
以下では、このような添字のない参照記号が用いられている場合、その参照記号は、該当するすべてのコンポーネントに関するものであるか、または、より詳細には示されていないコンポーネントに関するものであり、これらのブランチのうちのどれかへの割り当てについては重要でない。
光起電力システムにおける3つのブランチの数は、この場合には単に例によるものであり、限定的なものではない。
本発明は、任意の所望の数のブランチを有する光起電力システムに用いられてもよい。
光起電力発生器10は、多数の光起電力モジュール11を有し、そのうちの複数の光起電力モジュールは、それぞれの場合においてサブ発生器を構成するために相互接続され得る。
このため、複数の光起電力モジュール11は、たとえばストリングを構成するように直列に接続されている。
可能な場合には並列に接続された1つまたは複数のストリングがサブ発生器を形成してもよい。
それぞれの場合において、このような多数の光起電力モジュール11が各サブ発生器において直列に接続されているため、直列に接続された光起電力モジュール11の順方向電圧は、電力網の接続部40からの、生じ得るリバース電流により、中圧コンポーネント30とインバータ装置20とにわたって設定される電圧より大きくなる。
この図では、サブ発生器につき1つだけの光起電力モジュール11が記号で示されている。
各サブ発生器には、いわゆる相ヒューズ(phase fuse)などのDC(直流)ヒューズ素子12が割り当てられている。ヒューズ素子12としては、過電流と短絡との両方の際に切れる、ゆっくり溶け得るリンク(slow fusible link)が用いられてもよい。
ブランチa、b、またはcにおけるすべてのサブ発生器は、ブランチの出力部13a、13b、13cにおいて、互いに対して並列に接続されている。
図1は、ブランチにつき3つのサブ発生器を例として示している。
この数も限定的なものではない。
一般には、この図の省略符号で示されているように、ブランチあたりにはるかに大きい数のサブ発生器が設けられる。
ストリングを構成するための個々の光起電力モジュール11に向けて述べられた回路も、また、サブ発生器を構成するためのストリングの並列接続も、単に例によるものである。
光起電力モジュール11における直列回路、および/または、並列回路の他の組み合わせも考えられる。
これらの組み合わせにより、生成された光起電力モジュール11の電力が、それぞれの場合において、ブランチごとに出力部13の所で組み合わさる。
さらに、各サブ発生器、または、相互接続されたサブ発生器のグループに割り当てられた、接触器などのスイッチ用素子が設けられてもよい。
このスイッチ用素子は、危険のある際、またはメンテナンス目的の際、または故障の際に、個々のサブ発生器、またはすべてのサブ発生器を、対応する出力部13から切断するために用いられてもよい。
しかし、たとえば不十分な日射により、光起電力発生器をインバータから定期的に切断する場合には、このようなスイッチ用素子は用いられないと考えられる。
また、このようなスイッチ用素子は、高い数のスイッチングサイクルに向けて設計されている必要はない。
各ブランチa、b、cは、インバータ装置20の内部では、光起電力発生器10の各出力部13a、13b、13cに接続されたDC入力部22をもつインバータ21を有する。
インバータの入力回路は、DCリンクとも呼ばれる。
これに応じて、DC入力部22にかかっている電圧は、DCリンク電圧Uzとも呼ばれる。
このDCリンク電圧Uzは、通常、光起電力発生器10の各部分が、約500V〜1000Vにおける(現行の)動作条件のもとで最大の電力を出力する最適動作点におけるものである。
DCリンクは、インバータ21によるパルス状の負荷を受ける。
DCリンク電圧Uzを平滑化するとともに最適動作点を維持するために、DCリンクキャパシタンスを提供するDCリンクキャパシタ23が設けられている。
図1は、DCリンクキャパシタ23を分けて示しているが、DCリンクキャパシタ23は、しばしばインバータに内蔵されている。
さらに、インバータ装置20の内部の各ブランチにおいては、補助変圧器25、補助コンポーネント26、バッファバッテリ27、および、プリチャージ用デバイス28が設けられている。
補助変圧器25は、補助コンポーネント26に電力を供給するために用いられる。
補助コンポーネントには、通常は直流が供給される。
これに対応する整流器と調整回路とは、説明を簡単にするために図示されていない。
図では、補助コンポーネント26としてファンが例示されている。
さらなる補助コンポーネントは、監視用デバイスと、各インバータ21を制御するとともにデータを収集し、長距離のデータ送信を行うデバイスとである。
さらに、補助変圧器25によって降圧された電圧は、バッファバッテリ27のチャージ用に用いられるか、または、そのチャージを保持するために用いられる。
バッファバッテリ27とプリチャージ用デバイス28の機能は、以下でさらに詳しく説明する。
各インバータ21は、中圧電力網41に電力供給するために中圧変圧器31の一次側に直接的に接続された、一般に三相で接続されているAC出力部24を有する。
この場合、「直接的に」は、特に、インバータ21と中圧変圧器31との間に、作動し得るスイッチ用素子、または自動的に閉じ得るスイッチ用素子が設けられていないことを意味する。
一方で、ヒューズ、断路器、または、自動的に切断し得るものの再度スイッチオンすることができない別の保護素子をもつ、間に挿入された接続部分は、本願の範囲においては「直接的に」という用語に含まれるように考えられている。
したがって、本願による光起電力システムの場合には、インバータからの中圧変圧器の定期的な非手動の切断と、インバータへの中圧変圧器の再接続とに適したスイッチ用素子は、インバータと中圧変圧器との間の一次側(すなわち、低圧側)に設けられていない。
一方では、故障に応じて開くか、もしくは、メンテナンス目的などの場合に手動で開くとともに再度手動で閉じ得る切断用素子、保護素子、またはヒューズ素子は設けられていてもよい。
インバータ21は、逆並列のフリーホイールダイオードによって極めて高いオフ電圧から保護された、IGBTまたはMOSFETなどのトランジスタを備えるインバータブリッジを有する。
これらのフリーホイールダイオードは、出力部24の所にかかっているAC電圧に対する全波整流器を構成する。
これらのインバータ21は、さらに自励式であり、スイッチとして用いられるトランジスタのスイッチオフとスイッチオンとによって転流が行われる。
図示されている例では、インバータ21a、21b、21cごとに精密な中圧変圧器31a、31b、31cが設けられている。
しかし、2つ以上のインバータが、複数の一次巻線が設けられていてもよい1つの中圧変圧器につながっていることも考えられる。
中圧変圧器31の電力は、1MVA(メガボルトアンペア)から1.5MVAの範囲であることが好ましい。
これは、500V〜1000Vである上記のDCリンク電圧の場合に、許容可能なライン断面で、IR損失が極端に高くない状態で依然として送られ得るDCリンクの電流に相当する。
同時に、述べられた電力の範囲では、それぞれが専用のインバータ21と中圧変圧器31とを有するとともに、極めて大規模となることで設計が非経済的となる並列ブランチの数によらずにソーラーパークを構築することが可能になる。
ヒューズ素子32と負荷遮断スイッチ33は、それぞれの中圧変圧器31に割り当てられ、それぞれの中圧変圧器31の二次巻線と直列に接続されている。
ヒューズ素子32としては、たとえば、過電流と短絡との両方の際にゆっくり溶け得るリンクが用いられてもよい。
図示されている例のように、それぞれの中圧変圧器に精密な1つのインバータが割り当てられている場合には、ヒューズ素子32は、中圧変圧器とインバータとの両方を過電流から保護する。
負荷遮断スイッチ33としては、手動の巻き上げ(manual windup)と、電磁的な遮断とによるスプリング動作の断路器が用いられる。
この場合、この遮断機構は、各インバータ21の故障監視用デバイスに接続されており、それにより、この負荷遮断スイッチ33は、故障の際に、対応するブランチを中圧電力網41から自動的かつ選択的に切断する。
負荷遮断スイッチ33は、当然ながら、メンテナンス作業などの必要な場合には、手動で切断されてもよい。
この場合には、手動の巻き上げによるスプリング動作の断路器で十分であり、コスト面でもモータ動作の巻き上げより好ましい。
これは特に、負荷遮断スイッチ33が、以下でさらに詳しく説明されるように、光起電力システムの正常動作中には作動しないためである。
ヒューズ素子32と負荷遮断スイッチ33とによって個々に保護された二次回路は、生成された電力を中圧電力網41に供給するため、結合用接触器42を介して中圧電力網41に共に接続されている。
この結合用接触器42は、電圧の振幅、位相角、無効電力、周波数などのパラメータに対して中圧電力網41用に規定された許容限度が維持されているかどうかをチェックする監視用デバイス43によって作動する。
これらのパラメータのうちの1つが、規定された許容範囲を逸脱すると、結合用接触器42によって光起電力システムが中圧電力網41から切断される。
以下では、図2および図3のフローチャートを参照して、光起電力システムを動作させるための方法を説明する。
本方法は、たとえば、図1に示されている例示的実施形態による光起電力システムと共に実施されてもよい。
用いられている参照記号は、図1に関係するものである。
まずステップS1(図2)では、光起電力システムが正常動作モードで動作している。
この場合、光起電力発生器10の領域における光起電力モジュール11は、十分な日射によって、中圧電力網41に供給するのに十分な電気エネルギーを生成している。
この正常動作モードでは、インバータ21は、電気エネルギーをDCからACに変換するためにクロック供給されている。
DCリンクは、最適動作点の電圧で動作している。
一般には、最適動作点を設定および追跡するための手段(MPPトラッキング、すなわち最大電力点トラッキング)が各インバータ21に設けられている。
DCリンクキャパシタ23は、DCリンクの電圧Uzに応じてチャージされる。
さらに、光起電力システムの個々のブランチa、b、cにおける負荷遮断スイッチ33と、共通の結合用接触器42とは両方とも閉じており、それにより、すべてのインバータ21が、それぞれに対応する中圧変圧器31を介して中圧電力網41に電力供給している。
各インバータ21のAC出力部24では、補助変圧器25によって電力が引き出され、この電力が、補助コンポーネント26への供給に用いられる。
補助変圧器25によって供給される電圧は、バッファバッテリ27を充電するか、または、その充電を保持するためにも用いられる。
プリチャージ用デバイス28は、正常動作中には作動しない。
夜間や、まったく日が当たらない場合などに、光起電力モジュール11によって生成された電力が中圧電力網41に電力供給するのにもはや十分でなくなると(ステップS2)、次のステップS3において、様々なブランチa、b、cにおける光起電力モジュール11は、各インバータ21に接続されたままとなる。
負荷遮断スイッチ33と結合用接触器42とは閉じたままとなり、すべてのインバータ21は、それぞれのAC出力部24の所で、中圧変圧器31を介して間接的に中圧電力網41に結合する。
この場合には、インバータ21はクロック供給されない。
この場合、補助コンポーネント26は、中圧電圧網41により補助変圧器25を介してエネルギー供給される。
DCリンク電圧Uzは、DCリンクキャパシタ23のDCリンクキャパシタンスにより、初めのうちは維持されている。
DCリンクの動作電圧は、インバータ21のAC出力部24の所にかかっているAC電圧のピーク電圧より一般に大きいため、このDCリンク電圧Uzは、時定数により数分の範囲で、このAC電圧のピーク値まで低下する。
図1に関係して上記で述べられたように、それぞれのサブ発生器において直列に接続された光起電力モジュール11の数は、直列に接続された光起電力モジュール11の順方向電圧が、AC電圧に対するこのピーク値より大きくなるように選択されている。
光起電力モジュール11は、AC側でもDC側でも切断が行われないにもかかわらず、ダメージを受けることはない。
日射が元に戻り(ステップS4)、光起電力モジュール11によって電力が再び供給されると、ステップS5においてインバータ21のクロック供給が始まり、そのクロック供給によって、各DCリンクにおける所望のDC電圧の設定値が設定される。
したがって、光起電力システムは再び正常動作モードとなる。
図3には、光起電力システムを動作させるための方法の発展が示されている。
正常動作中には、ステップS11において、中圧電力網41への生成電流の供給点における、関係する電力網のパラメータが、たとえば、電圧、周波数、または、供給される無効電流などに関する、電力網のオペレータによるプリセット値に対応しているかどうかが、監視用デバイス43によって監視される。
ステップS12において、これらのパラメータのうちの1つまたは複数が、規定された許容範囲を逸脱すると、ステップS13において、監視用デバイス43が、結合用接触器42を開放する。
結合用接触器42が開くと、DCリンク電圧は、光起電力モジュール11の無負荷電圧の方向に上昇する。
その時には、光起電力モジュール11の無負荷電圧としてのこのような高い電圧が、少なくとも一時的にインバータに印加されてもよいということを確実なものとしておく必要がある。
電力網の供給パラメータが再び許容範囲に入ったことが監視用デバイス43によって確認されると(ステップS14)、ステップS15において、プリセットされた最小電圧UminをDCリンク電圧Uzがそれぞれ上まわっているかどうかを確認するためのチェックがまず行われる。
この最小電圧Uminは、たとえば、動作中のDCリンク電圧の30%から70%までの範囲内であってもよい。
結合用接触器42が開いていた中断時間が短く、たとえばそれが1分未満であれば、DCリンク電圧は、DCリンクキャパシタ23のキャパシタンスにより、最小電圧Uminを未だ下まわっていない。
ステップS15において、それぞれのDCリンク電圧Uzが最小電圧Uminを上まわっており、また、そのことによって中断時間が過剰に長くなかったことが確認されると、ステップS16において、中圧変圧器31とインバータ21とを介するDCリンクキャパシタ23への高いリバース電流の危険性のない状態で、結合用接触器42が再びスイッチオンする。
結合用接触器42が再びスイッチオンすると、インバータ21は、次のステップS17において、DCリンク電圧を所望の設定値にするために再びクロック供給される。
しかし、結合用接触器42の開放時間が極めて長く続き、またDCリンクの電圧Uzが最小電圧Uminを下まわると、結合用接触器42が再び直接的にスイッチオンした際に過電流が排除されない可能性がある。
この場合には、ステップS18において、DCリンクキャパシタ23が、各バッファバッテリ27から、そのDCリンクキャパシタ23に対応したプリチャージ用デバイス28を介して、最小電圧Umin以上であるプリセットされた設定値まで、まずプリチャージされる。
プリチャージされた場合にのみ、本方法はステップS16およびS17に続き、ステップS16およびS17では、上記で説明されたように、結合用接触器42が閉じるとともにインバータ21のクロック供給が復帰する。
プリチャージ用デバイスは、昇圧コンバータなどによって実現されてもよい。
また、DCリンクとバッファバッテリ27との間の直流の絶縁が、プリチャージ用デバイスの中で行われてもよい。
DCリンクのプリチャージは、図1に示されている設計の代替形態として、中央にあるバッファバッテリから行うことができる。
それに応じてこの場合には、補助コンポーネント26への供給も、中央にあるバッファバッテリから行われてもよい。
上記のバッファバッテリは、このようなバッファバッテリが中央にある場合の電流の分配におけるIR損失を最小にするために、たとえば110Vである比較的高い電圧を有していてもよい。
一方、局所的なバッファバッテリ27の場合には、24Vなどの比較的低い電圧が好ましい。
また、中央にあるプリチャージ用デバイスが必要に応じて設けられ、そのデバイスが、対応するDCリンクに適宜スイッチオンしてもよい。
メンテナンス作業の場合、または、インバータ21もしくは中圧変圧器31のうちの1つを交換する必要性のある場合には、光起電力システムにおいて該当するブランチが、割り当てられている負荷遮断スイッチ33によって切り離される。
上記で説明されたように、電磁的に遮断する負荷遮断スイッチ33の場合、この切断は、各インバータ21の故障監視用デバイスによって行われてもよい。
負荷遮断スイッチ33の作動は、負荷遮断スイッチ33の性質によりまれであるため、手動の巻き上げによるスプリング動作の断路器が負荷遮断スイッチ33として用いられてもよい。
このようにして負荷遮断スイッチ33によって切り離された光起電力システムにおけるブランチの新たな起動は、上記で説明されたように、結合用接触器42による光起電力システムの再接続と同様に行われる。
すなわち、切断された負荷遮断スイッチ33が再びスイッチオンする前に、DCリンクキャパシタ23がプリチャージ用デバイス28によってチャージされる。
電力網における許容できない供給パラメータの発生はまれではないため、結合用接触器42は、回数の多いスイッチングサイクルに向けて設計されていることが好ましく、とりわけ、20000回を上まわる多くのスイッチングサイクルが故障なく実行されるように設計されていることが特に好ましい。
結合用接触器42は、当然ながら、メンテナンスのために光起電力システムを電力網から完全に切り離す目的などの、上記で説明された目的以外の目的に向けて用いられてもよい。
本願による結合用接触器42は、定期的に切り換えられる能力に関して、本発明による方法の範囲において意図された用途から離れた公知のシステムの断路器とは異なる。
10 光起電力発生器
11 光起電力モジュール
12 DCヒューズ素子
20 インバータ装置
21 インバータ
22 DC入力部
23 DCリンクキャパシタ
24 AC出力部
25 補助変圧器
26 補助コンポーネント
27 バッファバッテリ
28 プリチャージ用デバイス
30 中圧コンポーネント
31 中圧変圧器
32 ヒューズ素子
33 負荷遮断スイッチ
40 電力網の接続コンポーネント
41 中圧電力網
42 結合用接触器
43 監視用デバイス

Claims (18)

  1. 中圧電力網41に電力供給するために光起電力システムを動作させるための方法であって、前記光起電力システムが、複数の光起電力モジュール11を備える光起電力発生器10と、少なくとも1つのインバータ21と、少なくとも1つの中圧変圧器31とを備え、
    前記中圧変圧器31が、一次側において前記インバータ21の低圧AC出力部24に直接的に接続され、
    前記インバータ21が、DC入力部22を介して前記光起電力発生器10に接続され、
    前記インバータ21が、前記インバータ21の設計に応じ、前記低圧AC出力部24から前記DC入力部22へのリバース電流を許容する方法において、
    前記光起電力モジュール11による供給に向けた電力の生成が不十分である場合に、
    前記インバータ21が、AC側において、前記中圧変圧器31を介して前記中圧電力網41に接続されたままとなり、
    前記インバータ21が、DC側において、前記光起電力発生器10に接続されたままとなることを特徴とする
    方法。
  2. 電力供給網の供給パラメータに対するプリセット要件が満たされない場合に、前記光起電力システムが、前記中圧変圧器31と前記中圧電力網41との間に配置された結合用接触器42によって、前記中圧変圧器31の二次側において前記中圧電力網41から切り離される
    請求項1に記載の方法。
  3. 前記電力網の供給パラメータが、前記中圧電力網41における電圧の振幅、および/または、電圧の周波数、および/または、供給される無効電力に関係している
    請求項2に記載の方法。
  4. 複数の光起電力モジュール11を備える光起電力発生器10と、少なくとも1つのインバータ21と、少なくとも1つの中圧変圧器31とを備える光起電力システムであって、
    前記中圧変圧器31が、一次側において前記インバータ21の低圧AC出力部24に直接的に接続され、
    前記インバータ21が、DC入力部22を介して前記光起電力発生器10に接続され、
    前記インバータ21が、前記インバータ21の設計に応じ、前記低圧AC出力部24から前記DC入力部22へのリバース電流を許容する、光起電力システムにおいて、
    多数の光起電力モジュール11が前記光起電力発生器10の内部において直列に接続されているため、前記直列に接続された光起電力モジュール11の順方向電圧が、前記リバース電流により前記DC入力部22に設定される電圧より大きく、
    前記光起電力システムが、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法を実施するように設計されていることを特徴とする
    光起電力システム。
  5. 前記中圧変圧器31と、前記インバータ21における前記低圧AC出力部24との間の接続部分に、スイッチ用素子、特に、操作によって、または自動的に閉じ得るスイッチ用素子が設けられていない
    請求項4に記載の光起電力システム。
  6. 前記光起電力発生器10と、前記インバータ21における前記DC入力部22との間の接続部分に、スイッチ用素子、特に、操作によって、または自動的に開閉し得るスイッチ用素子が設けられていない
    請求項4または5に記載の光起電力システム。
  7. 前記インバータ21におけるインバータブリッジが、スイッチングトランジスタ、特に、IGBTまたはMOSFETを有する
    請求項4から6のいずれか一項に記載の光起電力システム。
  8. 前記インバータ21における前記インバータブリッジが、前記インバータブリッジにおけるスイッチング抵抗器と背中合わせに並列に配置されたフリーホイールダイオードを有する
    請求項7に記載の光起電力システム。
  9. 前記中圧変圧器31と前記中圧電力網41との間の接続部分に、結合用接触器42が配置されている
    請求項4から8に記載の光起電力システム。
  10. 少なくとも2つの中圧変圧器31が設けられ、前記少なくとも2つの中圧変圧器31が、電力供給中のエネルギーの流れの方向における前記結合用接触器42の上流にある二次側において互いに接続され、それにより、前記結合用接触器42が、スイッチ動作の際に、前記少なくとも2つの中圧変圧器31を前記中圧電力網41から共に切断するか、または前記少なくとも2つの中圧変圧器31を前記中圧電力網41に接続する
    請求項9に記載の光起電力システム。
  11. 前記光起電力システムによって生成された電流における、電力網の供給パラメータをチェックするための監視用デバイス43が設けられ、前記監視用デバイスが、前記結合用接触器42に接続されているとともに前記結合用接触器42と相互に作用する
    請求項4から10のいずれか一項に記載の光起電力システム。
  12. 前記中圧変圧器31ごとに二次側にヒューズ素子32が設けられている
    請求項4から11のいずれか一項に記載の光起電力システム。
  13. 前記中圧変圧器31ごとに前記二次側に負荷遮断スイッチ33が設けられている
    請求項4から12のいずれか一項に記載の光起電力システム。
  14. 前記負荷遮断スイッチ33が、好ましくは手動の巻き上げによる、スプリング動作の断路器である
    請求項13に記載の光起電力システム。
  15. 前記結合用接触器42が、好ましくは20000回のスイッチング動作を上まわる、多数のスイッチング動作用に設計されている
    請求項4から14のいずれか一項に記載の光起電力システム。
  16. 前記少なくとも1つのインバータ21が、好ましくは300kWを上まわる、100kWを上まわる電力用に設計されている
    請求項4から15のいずれか一項に記載の光起電力システム。
  17. 前記インバータ31のDC入力部22におけるDCリンクにプリセット電圧を印加するためのプリチャージ用デバイス28が設けられている
    請求項4から16のいずれか一項に記載の光起電力システム。
  18. 前記中圧電力網41から前記光起電力システムを切断している間に前記プリチャージ用デバイス28に電力を供給するためのバッファバッテリ27が設けられている
    請求項17に記載の光起電力システム。
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2940846B1 (en) * 2014-04-29 2024-03-27 Kone Corporation A method of initiating a regenerative converter and a regenerative converter
CN104078998A (zh) * 2014-07-04 2014-10-01 陕西日升源创能科技有限公司 一种led灯能量回馈方法
EP2991209B1 (en) * 2014-08-27 2018-09-19 Sungrow Power Supply Co., Ltd. Method for controlling shutdown of photovoltaic inverters, system thereof, and photovoltaic power generation system
DE102015115957B4 (de) * 2015-09-22 2018-10-11 Sma Solar Technology Ag Verfahren zur Minimierung einer Netzrückwirkung eines PV-Parks, Wechselrichter und PV-Park
DE112017003475A5 (de) * 2016-09-12 2019-03-28 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Photovoltaik-Anlage, Schutzschaltung und Verfahren zum selbständigen Abschalten eines Photovoltaik-Strangs
DE102016218219A1 (de) 2016-09-22 2018-03-22 Siemens Aktiengesellschaft DC-Überspannungsschutz für ein Energiespeichersystem
DE102017127311A1 (de) * 2017-11-20 2019-05-23 Ge Energy Power Conversion Technology Limited Vorrichtung und Verfahren zur Vormagnetisierung eines Netztransformators in einem Stromrichtersystem
WO2020020469A1 (de) * 2018-07-27 2020-01-30 Siemens Aktiengesellschaft Energieerzeuger-anlage
CN110429644B (zh) 2019-07-31 2021-08-20 华为技术有限公司 逆变装置及供电系统
CN110445184A (zh) * 2019-09-18 2019-11-12 广东电网有限责任公司 一种微网控制系统
CN211908388U (zh) * 2020-03-30 2020-11-10 阳光电源股份有限公司 中压光伏并网逆变系统及光伏发电系统
EP4071955A1 (de) * 2021-04-09 2022-10-12 Moser, Jürgen Schaltanordnung und verfahren zum zuschalten einer stromerzeugungsanlage zu einem stromverteilernetz und zum trennen von diesem
US11726517B1 (en) * 2023-03-01 2023-08-15 8Me Nova, Llc Systems and methods for optimizing loading of solar inverters

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3236071A1 (de) * 1982-07-09 1984-01-12 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Vorrichtung zur paralleleinspeisung in ein wechsel- oder drehstromnetz
US4481378A (en) * 1982-07-30 1984-11-06 Motorola, Inc. Protected photovoltaic module
JP4076721B2 (ja) * 1997-11-24 2008-04-16 エイチ. ウィルス、ロバート 分散型発電用耐単独運転方法および装置
US6111767A (en) * 1998-06-22 2000-08-29 Heliotronics, Inc. Inverter integrated instrumentation having a current-voltage curve tracer
US6892086B2 (en) * 2001-07-11 2005-05-10 Michael J. Russell Medical electrode for preventing the passage of harmful current to a patient
US20040125618A1 (en) * 2002-12-26 2004-07-01 Michael De Rooij Multiple energy-source power converter system
JP5124114B2 (ja) * 2006-08-28 2013-01-23 シャープ株式会社 蓄電機能を有するパワーコンディショナ
WO2010002960A1 (en) * 2008-07-01 2010-01-07 Satcon Technology Corporation Photovoltaic dc/dc micro-converter
EP2190110B1 (de) * 2008-11-25 2012-10-10 SMA Solar Technology AG Ermittlung der Belastbarkeit einer über einen Wechselrichter und einen Netzschalter an ein Stromnetz anschließbaren Gleichspannungsquelle
DE102009018240A1 (de) * 2009-04-21 2010-11-04 Adensis Gmbh Photovoltaikanlage mit Batterie und Ersatzkraftwerk
EP2478610B1 (en) 2009-09-15 2021-11-24 Rajiv Kumar Varma Utilization of distributed generator inverters as statcom
DE202009018199U1 (de) * 2009-10-01 2011-06-09 changetec GmbH, 71691 Freischaltsteuergerät
WO2011068151A1 (ja) * 2009-12-04 2011-06-09 三洋電機株式会社 蓄電ユニットおよび発電システム
DE102010060398A1 (de) * 2010-11-08 2012-05-10 Adensis Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Photovoltaikanlage zur Einspeisung von elektrischer Leistung in ein Mittelspannungsnetz
EP2512000B1 (en) * 2011-04-15 2022-03-02 ABB Schweiz AG Reconfigurable power systems and converters
CN102315764A (zh) * 2011-09-16 2012-01-11 深圳创动科技有限公司 一种光伏逆变器辅助电源的控制方法及装置

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