JP2018102110A - 太陽光発電インバータシステム、電圧誘起出力低下効果補償方法、及びそのための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光発電インバータシステム、並びに太陽光発電インバータシステムのための方法及びＰＩＤ効果補償装置を提供する。
【解決手段】処理制御ユニットが、太陽光電池モジュールの動作状態を記録し、ＰＩＤ効果補償条件が満たされているかどうかを判定し、補償電圧を最適に計算し、統合ＰＩＤ補償装置を、太陽光電池モジュールに対してＰＩＤ効果補償を実行するように制御する。ＰＩＤ効果補償及び修復を実行することにより、太陽光発電所における太陽光電池モジュールの劣化の問題を効果的に解決してシステムの発電能力を高めることができる。提供する解決策は、従来の技術の解決策に比べて動作信頼性が高く、維持コストが低い。
【選択図】図２

Description

本開示は、電圧誘起出力低下（ＰＩＤ）効果補償の技術分野に関し、具体的には、太陽光発電インバータシステム、並びに太陽光発電インバータシステムのためのＰＩＤ効果補償装置及びＰＩＤ効果補償方法に関する。

電圧誘起出力低下（ＰＩＤ）効果とは、太陽光電池モジュールの出力端子（すなわち、太陽光発電インバータシステムのストリング入力）が、太陽光電池モジュールの金属フレームに比べて高い負のバイアス電圧を受けた際に太陽光電池モジュールの出力性能が低下する現象のことである。ＰＩＤ効果は、モジュールの開路電圧、短絡電流及び曲線因子の低下を特徴とする。近年、グリッド接続太陽光発電システムの急速な発展と共に、太陽光発電インバータシステムのストリング入力電圧構成がますます高まっており、１５００Ｖのシステムが徐々に展開され応用されている。一般に、太陽光電池モジュールの金属フレームは、高ストリング入力電圧下で接地するので、ストリングの負極端子に近い太陽光電池モジュールにおいて、バッテリパネルと接地した金属フレームとの間に負の高バイアス電圧が形成されることにより、電荷移動が生じてモジュールの表面が分極するようになる。ストリングの負極端子にさらに近い太陽光電池モジュールでは、（図１に示すように）分極がさらに明らかである。とりわけ高温多湿状態で長期にわたって負のバイアス電圧を受けると、太陽光電池モジュールに深刻なＰＩＤ効果が生じて、システムの発電能力が年々低下するようになる。

現在の太陽光電池モジュールメーカーは、主に高コストであって建設された太陽光発電所に適応できない高性能なパッキング材を使用することによってモジュールのＰＩＤ効果を防いでいる。構築された太陽光発電システムでは、通常、ＰＩＤ効果は、太陽光電池ストリングの負極を接地させるという解決策、又は交流電流（ＡＣ）電力グリッド側の仮想中性点の電位を高めるという解決策によって防がれる。太陽光電池ストリングの負極を接地させる解決策では、ストリング内の直列接続されたバッテリパネルの対地電位が常に正のバイアス電圧になるように、太陽光電池ストリングの負極を直接接地させることによってＰＩＤ効果を防ぐ。ＡＣ電力グリッド側の仮想中性点の電位を高める解決策では、直流入力バスの中性点の対地電位が高くなるように、ＡＣ側の仮想中性点の対地電位を外部直流源によって高めることにより、入力モジュールの負極の対地電位を間接的にゼロ電位よりも高める。しかしながら、この解決策は、インバータがグリッド接続されている事例にしか適応することができない。

ＰＩＤ効果は、太陽光電池バッテリパネルの発電能力を低下させ、しかも従来のＰＩＤ効果防止策はコストが高い。ＰＩＤ効果のための上記の２つの解決策は、ＰＩＤ効果をある程度までしか防ぐことができず、ＰＩＤ効果が生じた太陽光電池モジュールを修復することができない。

コストが高く、ＰＩＤ効果が生じた太陽光電池モジュールを修復できないという従来の技術の問題点を解決するために、本開示では、太陽光発電インバータシステム、並びに太陽光発電インバータシステムのためのＰＩＤ効果補償装置及びＰＩＤ効果補償方法を提供する。

上記の目的を達成するために、本開示による技術的解決策は以下の通りとする。

太陽光発電インバータシステムのための電圧誘起出力低下（ＰＩＤ）効果補償方法を提供し、この方法は、直流電圧サンプリングユニットと、処理制御ユニットと、絶縁型交流／直流（ＡＣ／ＤＣ）変換ユニットと、スイッチング保護ユニットとを備えた、太陽光発電インバータシステムのためのＰＩＤ効果補償装置に適用され、
直流電圧サンプリングユニットによって、処理制御ユニットに直流電圧信号を出力するステップと、
処理制御ユニットによって、直流電圧信号に基づいて、ＰＩＤ効果補償条件が満たされているかどうかを判定するステップと、
ＰＩＤ効果補償条件が満たされている場合、処理制御ユニットによって、記録された直流電圧信号に基づいて、ＡＣ／ＤＣ変換ユニットが出力すべき補償電圧を計算するステップと、
処理制御ユニットによって、絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットを、スイッチング保護ユニットを介して太陽光電池モジュールの正極端子と接地とに補償電圧を付与して、太陽光電池モジュールに対してＰＩＤ効果補償を実行するように制御するステップと、
を含む。

好ましくは、処理制御ユニットによって、直流電圧信号に基づいて、ＰＩＤ効果補償条件が満たされているかどうかを判定するステップは、
処理制御ユニットによって、直流電圧信号がプリセット電圧よりも大きいかどうかを判定するステップと、
直流電圧信号がプリセット電圧よりも大きい場合、処理制御ユニットによって、今が日中であると判断するステップと、
直流電圧信号がプリセット電圧以下である場合、処理制御ユニットによって、今が夜間であってＰＩＤ効果補償条件が満たされていると判断するステップと、
を含むことができる。

好ましくは、直流電圧サンプリングユニットによって、処理制御ユニットに直流電圧信号を出力するステップは、直流電圧サンプリングユニットによって、全ての太陽光電池モジュールの出力電圧のうちの最大出力電圧を直流電圧信号として処理制御ユニットに出力するステップを含むことができる。

好ましくは、この方法は、処理制御ユニットによって、記録された直流電圧信号に基づいて、絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットが出力すべき補償電圧を計算するステップの前に、
ＰＩＤ効果補償条件が満たされている場合、処理制御ユニットによって、太陽光電池モジュールの総対地等価絶縁インピーダンスがプリセットインピーダンスよりも大きいかどうかを判定するステップと、
太陽光電池モジュールの総対地等価絶縁インピーダンスがプリセットインピーダンス以下の場合、処理制御ユニットによって警報信号を出力するステップと、
をさらに含むことができ、
処理制御ユニットによって、記録された直流電圧信号に基づいて、絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットが出力すべき補償電圧を計算するステップは、太陽光電池モジュールの総対地等価絶縁インピーダンスがプリセットインピーダンスよりも大きい場合に実行される。

好ましくは、スイッチング保護ユニットは、保護抵抗器及びフリングカット（ｆｌｉｎｇ−ｃｕｔ）スイッチを含むことができ、処理制御ユニットによって、記録された直流電圧信号に基づいて、絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットが出力すべき補償電圧を計算するステップは、
処理制御ユニットによって、記録された直流電圧信号の値及び作用期間に基づいて、太陽光電池モジュールの日中のＰＩＤ効果累積値を計算するステップと、
ＰＩＤ効果累積値と、補償時間、及び夜間の補償累積値とＰＩＤ効果累積値との間の差分を含むプリセット補償パラメータとに基づいて、太陽光電池モジュールの正極端子の最小補償電圧を計算するステップと、
最小補償電圧、及び保護抵抗器と太陽光電池モジュールの総対地等価絶縁インピーダンスとの間の電圧分割関係に基づいて、絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットが出力すべき補償電圧を計算するステップと、
を含むことができる。

直流電圧サンプリングユニットと、処理制御ユニットと、ＡＣ／ＤＣ変換ユニットと、スイッチング保護ユニットとを含む、太陽光発電インバータシステムのためのＰＩＤ効果補償装置を提供し、
直流電圧サンプリングユニットの入力端子は、太陽光電池モジュールの出力端子に接続され、直流電圧サンプリングユニットは、処理制御ユニットに直流電圧信号を出力するように構成され、
処理制御ユニットの入力端子は、直流電圧サンプリングユニットの出力端子に接続され、処理制御ユニットの出力端子は、スイッチング保護ユニットの制御端子と、絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットの制御端子とにそれぞれ接続され、処理制御ユニットは、直流電圧信号に基づいて、ＰＩＤ効果補償条件が満たされているかどうかを判定し、ＰＩＤ効果補償条件が満たされている場合、記録された直流電圧信号に基づいて、絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットが出力すべき補償電圧を計算するように構成され、
絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットの入力端子は、電力グリッドに接続され、絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットの出力端子は、スイッチング保護ユニットの入力端子に接続され、絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットは、処理制御ユニットの制御下で補償電圧を出力するように構成され、
スイッチング保護ユニットの出力端子は、太陽光電池モジュールの正極端子に接続され、スイッチング保護ユニットは、補償電圧を伝えて太陽光電池モジュールの正極端子と接地との間に補償電圧を付与して、太陽光電池モジュールに対してＰＩＤ効果補償を実行するように構成される。

好ましくは、直流電圧サンプリングユニットは、共通のカソードを有する一連の接続されたダイオードと、共通のアノードを有する一連の接続されたダイオードとを含むことができ、
共通のカソードを有する一連の接続されたダイオードのアノードは、太陽光電池モジュールの正極端子に１対１の対応で接続され、
共通のアノードを有する一連の接続されたダイオードのカソードは、太陽光電池モジュールの負極端子に１対１の対応で接続され、
共通のカソードを有する一連の接続されたダイオードの共通カソード接続点、及び共通のアノードを有する一連の接続されたダイオードの共通アノード接続点は、直流電圧サンプリングユニットの２つの出力端子である。

好ましくは、スイッチング保護ユニットは、保護抵抗器と、フリングカットスイッチと、共通のアノードを有する一連の接続されたダイオードとを含むことができ、
フリングカットスイッチの制御端子は、スイッチング保護ユニットの制御端子であり、
保護抵抗器及びフリングカットスイッチは、直列に接続されて直列分岐を形成し、直列分岐の一端は、スイッチング保護ユニットの入力端子としての役割を果たし、直列分岐の他端は、共通のアノードを有する一連の接続されたダイオードの共通アノード接続点に接続され、
共通のアノードを有する一連の接続されたダイオードのカソードは、太陽光電池モジュールの正極端子に１対１の対応で接続される。

好ましくは、絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットの直流出力正極端子は、スイッチング保護ユニットに接続することができ、絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットの直流出力負極端子は接地することができる。

電力変換装置と、濾過装置と、上述したＰＩＤ効果補償装置とを含む太陽光発電インバータシステムを提供し、
電力変換装置の入力端子は、太陽光電池モジュールに接続され、
電力変換装置の出力端子は、濾過装置の入力端子に接続され、
濾過装置の出力端子は、電力グリッドに接続される。

本開示による太陽光発電インバータシステムのＰＩＤ効果補償方法では、直流電圧サンプリングユニットが、処理制御ユニットに直流電圧信号を出力し、処理制御ユニットが、直流電圧信号に基づいて、ＰＩＤ効果補償条件が満たされているかどうかを判定し、ＰＩＤ効果補償条件が満たされている場合、処理制御ユニットが、記録された直流電圧信号に基づいて、絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットが出力すべき補償電圧を計算し、処理制御ユニットが、絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットを、スイッチング保護ユニットを介して太陽光電池モジュールの正極端子と接地との間に補償電圧を付与して、太陽光電池モジュールに対してＰＩＤ効果補償を実行するように制御する。すなわち、処理制御ユニットは、太陽光電池モジュールの動作状態を記録し、ＰＩＤ効果補償条件が満たされているかどうかを判定し、補償電圧を最適に計算し、ＰＩＤ効果補償装置を、太陽光電池モジュールに対してＰＩＤ効果補償を実行するように制御する。ＰＩＤ効果補償及び修復を実行することにより、太陽光発電所における太陽光電池モジュールの劣化の問題を効果的に解決してシステムの発電能力を高めることができる。本開示による解決策は、従来の技術に比べて動作信頼性が高く、維持コストが低い。

以下、本開示の実施形態又は従来の技術における技術的解決策をさらに明確に示すために、実施形態又は従来の技術の説明のための図面を簡単に紹介する。以下の図面は、本開示のいくつかの実施形態を説明するものにすぎないことが明らかである。当業者であれば、創造的作業を伴うことなくこれらの図面に従って他の図面を取得することができる。

太陽光電池モジュールの分極の概略図である。 本開示の実施形態による太陽光発電インバータシステムの概略的構造図である。 本開示の別の実施形態による、太陽光発電インバータシステムのためのＰＩＤ効果補償方法のフローチャートである。 本開示の別の実施形態による、太陽光発電インバータシステムのための別のＰＩＤ効果補償方法のフローチャートである。 本開示の別の実施形態による、太陽光発電インバータシステムのための別のＰＩＤ効果補償方法のフローチャートである。 従来の技術によるＰＩＤ効果補償解決策の概略的構造図である。 本開示の別の実施形態による別の太陽光発電インバータシステムの概略的構造図である。

以下、本開示の上記目的、特徴及び利点をさらに明確にして理解しやすくするために、図面と共に本開示の実施形態を詳細に示す。

コストが高く、ＰＩＤ効果が生じた太陽光電池モジュールを修復できないという従来の技術の問題点を解決するために、本開示では、太陽光発電インバータシステム、並びに太陽光発電インバータシステムのためのＰＩＤ効果補償装置及びＰＩＤ効果補償方法を提供する。

太陽光発電インバータシステムのためのＰＩＤ効果補償方法は、太陽光発電インバータシステムのためのＰＩＤ効果補償装置に適用される。図２に示すように、太陽光発電インバータシステムのためのＰＩＤ効果補償装置は、直流電圧サンプリングユニット１０１と、処理制御ユニット１０２と、絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０３と、スイッチング保護ユニット１０４とを含む。図３に示すように、太陽光発電インバータシステムのためのＰＩＤ効果補償方法は、以下のステップＳ１０１〜Ｓ１０４を含む。

ステップＳ１０１において、直流電圧サンプリングユニットが、処理制御ユニットに直流電圧信号を出力する。

この直流電圧信号は、現在ＰＩＤ効果補償条件が満たされているかどうかを処理制御ユニットがこの直流電圧信号に基づいて判定するように、現在時刻における太陽光電池モジュールの出力性能を表すことができる。

ステップＳ１０２において、処理制御ユニットは、直流電圧信号に基づいて、ＰＩＤ効果補償条件が満たされているかどうかを判定する。

実際には、ＰＩＤ効果補償条件は、特定の適用環境に従って設定することができる。例えば、この条件は、太陽光発電所においてＰＩＤ効果補償を実行するのに適した時間に、好適な補償パラメータを用いて太陽光電池モジュールにＰＩＤ効果補償及び修復を実行することとすることができる。本明細書では、この条件が限定されず、あらゆる考えられる条件が本開示の保護範囲に含まれる。

ステップＳ１０３は、ＰＩＤ効果補償条件が満たされている場合に実行される。

ステップＳ１０３において、処理制御ユニットは、記録された直流電圧信号に基づいて、絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットが出力すべき補償電圧を計算する。

処理制御ユニットは、受け取った直流電圧信号をリアルタイムで記録し、この記録された直流電圧信号に基づいて補償電圧、すなわち上述した好適な補償パラメータを計算する。

絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットは、対応する直流電圧信号に基づいて計算された補償電圧を用いてＰＩＤ効果補償を実行するために、電力グリッドから電力を取得して絶縁変換を実行する。異なる直流電圧信号では補償電圧も異なり、すなわちＰＩＤ効果補償及び修復は、太陽光電池モジュールの異なる劣化に対して実行される。

ステップＳ１０４において、処理制御ユニットは、絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットを、スイッチング保護ユニットを介して太陽光電池モジュールの正極端子と接地との間に補償電圧を付与して太陽光電池モジュールに対してＰＩＤ効果補償を実行するように制御する。

処理制御ユニットは、好適な補償電圧を計算した後に、スイッチング保護ユニットを、絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットと太陽光電池モジュールの正極端子との間に補償電圧を伝える経路を形成することによってＰＩＤ効果補償及び修復を実行するように制御する。

この実施形態による太陽光発電インバータシステムのＰＩＤ効果補償方法では、処理制御ユニットが、太陽光電池モジュールの動作状態を記録し、ＰＩＤ効果補償条件が満たされているかどうかを判定し、補償電圧を最適に計算し、ＰＩＤ効果補償装置を、太陽光電池モジュールに対してＰＩＤ効果補償を実行するように制御する。ＰＩＤ効果補償及び修復を実行することにより、太陽光発電所における太陽光電池モジュールの劣化の問題を効果的に解決してシステムの発電能力を高めることができる。この実施形態による解決策は、従来の技術に比べて動作コスト及び維持コストが低い。また、計算された補償電圧に基づいて太陽光電池モジュールにＰＩＤ効果補償が実行されることにより、補償の信頼性が改善される。

本開示の別の実施形態によれば、太陽光発電インバータシステムのための別のＰＩＤ効果補償方法が提供される。図４に示すように、この方法は、以下のステップＳ２０１〜ステップＳ２０４を含む。

ステップＳ２０１において、直流電圧サンプリングユニットが、全ての太陽光電池モジュールの出力電圧のうちの最大出力電圧を直流電圧信号として処理制御ユニットに出力する。

ステップＳ２０２において、処理制御ユニットは、この直流電圧信号がプリセット電圧よりも大きいかどうかを判定する。直流電圧信号がプリセット電圧よりも大きい場合、処理制御ユニットは、今が日中であると判断する。直流電圧信号がプリセット電圧以下である場合、処理制御ユニットは、今が夜間であってＰＩＤ効果補償条件が満たされていると判断し、この場合はステップＳ２０３が実行される。

ステップＳ２０３において、処理制御ユニットは、記録された直流電圧信号に基づいて、絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットが出力すべき補償電圧を計算する。

ステップＳ２０４において、処理制御ユニットは、絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットを、スイッチング保護ユニットを介して太陽光電池モジュールの正極端子と接地との間に補償電圧を付与して太陽光電池モジュールに対してＰＩＤ効果補償を実行するように制御する。

この実施形態による太陽光発電インバータシステムのためのＰＩＤ効果補償方法では、ステップＳ２０１において、全ての太陽光電池モジュールの出力電圧のうちの最大出力電圧が取得される。従って、この実施形態では、全ての太陽光電池モジュールの最大出力電圧しかサンプリングされないことにより、サンプリング回路が非常に単純化され、処理制御ユニットのＡＤサンプリングポートリソースが節約されるようになる。

ステップＳ２０２では、太陽光発電所が、日中に通常のインバータ発電を行って、太陽光電池モジュールの直流電圧信号をリアルタイムで記録することができる。直流電圧信号に基づいて夜間照明であると判断されると、日中の通常発電によって引き起こされるＰＩＤ効果に起因する太陽光電池モジュールの劣化を補償して修復することができる。

実際には、太陽光発電所の特定の適用環境に従ってプリセット電圧を調整することができ、すなわちプリセット電圧は、季節又はその他の環境条件に従って調整することができ、本明細書ではこの実装が限定されず、全てが本開示の保護範囲に含まれる。

本開示の別の実施形態によれば、太陽光発電インバータシステムのための別のＰＩＤ効果補償方法がさらに提供される。図３又は図４に基づくと、この方法が適用されるＰＩＤ効果補償装置では、スイッチング保護ユニットが、保護抵抗器及びフリングカットスイッチを含む。（図４に基づいて一例として示す）図５に示すように、この方法は、以下のステップＳ３０１〜Ｓ３０８を含む。

ステップＳ３０１において、直流電圧サンプリングユニットが、全ての太陽光電池モジュールの出力電圧のうちの最大出力電圧を直流電圧信号として処理制御ユニットに出力する。

ステップＳ３０２において、処理制御ユニットは、この直流電圧信号がプリセット電圧よりも大きいかどうかを判定する。

処理制御ユニットは、直流電圧信号がプリセット電圧よりも大きい場合には今が日中であると判断する。処理制御ユニットは、直流電圧信号がプリセット電圧以下である場合には、今が夜間であってＰＩＤ効果補償条件が満たされていると判断し、この場合はステップＳ３０３が実行される。

ステップＳ３０３において、処理制御ユニットは、太陽光電池モジュールの総対地等価絶縁インピーダンスがプリセットインピーダンスよりも大きいかどうかを判定する。

太陽光電池モジュールの総対地等価絶縁インピーダンスがプリセットインピーダンス以下である（又は短絡している）場合には、ステップＳ３０４が実行される。

ステップＳ３０４において、処理制御ユニットが警報信号を出力する。

太陽光電池モジュールの総対地等価絶縁インピーダンスがプリセットインピーダンスよりも大きい場合には、ステップＳ３０５が実行される。

ステップＳ３０５において、処理制御ユニットが、記録された直流電圧信号の値及び作用期間に基づいて、太陽光電池モジュールの日中のＰＩＤ効果累積値を計算する。

ステップＳ３０６において、ＰＩＤ効果累積値及びプリセット補償パラメータに基づいて、太陽光電池モジュールの正極端子の最小補償電圧を計算する。プリセット補償パラメータは、補償時間、及び夜間の補償累積値とＰＩＤ効果累積値との間の差分を含む。

ステップＳ３０７において、最小補償電圧、及び保護抵抗器と太陽光電池モジュールの総対地等価絶縁インピーダンスとの間の電圧分割関係に基づいて、絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットが出力すべき補償電圧を計算する。

ステップＳ３０８において、処理制御ユニットが、絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットを、（フリングカットスイッチをオンにすることによって）スイッチング保護ユニットを介して太陽光電池モジュールの正極端子と接地との間に補償電圧を付与して太陽光電池モジュールに対してＰＩＤ効果補償を実行するように制御する。

従来の技術では、太陽光電池バッテリパネルのＰＩＤ効果を防ぐ方法が存在する。この方法では、（図６に示すように）高周波スイッチ電源を使用することにより、様々な太陽光電池ストリングの負極の対地電位（ＰＶ１−、ＰＶ２−、．．．、ＰＶｎ−）を高めてＰＩＤ効果補償及び修復を実行する。しかしながら、太陽光電池ストリングの負極が接地に短絡することに起因する高周波スイッチ電源の出力の短絡によって生じる損傷のリスクを防ぐために、高周波スイッチ電源の出力正極端子と各太陽光電池ストリングとの間に高電圧ヒューズ（Ｆ１、Ｆ１、．．．、Ｆｎ）を直列に接続する必要がある。短絡の発生時には、現場でヒューズを交換する必要がある。また、この解決策では、各太陽光電池ストリングの電圧に対してサンプリング（バッテリ１の電圧サンプリング、バッテリ２の電圧サンプリング、．．．、バッテリｎの電圧サンプリング）を実行する必要があり、従って実装コスト及び維持コストが比較的高い。さらに、従来のＰＩＤ修復制御方法では、モジュールの対地電位が、補償電圧の振幅及び付与時間を最適化することなく頑なに一定電圧を付与することによってしか上昇しない。

実施形態による太陽光発電インバータシステムのＰＩＤ効果補償方法では、スイッチング保護ユニットが、保護抵抗器及びフリングカットスイッチを含む。保護抵抗器は、太陽光電池モジュールの正極端子が接地に短絡することに起因する絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットの出力端子の短絡によって生じる損傷のリスクを効果的に防ぐことができる。さらに、太陽光電池モジュールが短絡状態から回復した後には、スイッチング保護ユニットの全てのコンポーネントが損傷を受けず、交換及び保守の必要がない。

さらに、この実施形態による太陽光発電インバータシステムのＰＩＤ効果補償方法では、ステップＳ３０１において、全ての太陽光電池モジュールの出力電圧のうちの最大出力電圧を取得する。従って、全ての太陽光電池モジュールの最大出力電圧しかサンプリングする必要がなく、従ってサンプリング回路が非常に単純化され、処理制御ユニットのＡＤサンプリングポートリソースが節約されて実装コストが低くなる。

また、この実施形態による太陽光発電インバータシステムのＰＩＤ効果補償方法では、ステップＳ３０５〜ステップＳ３０５を実行することにより、補償装置によって出力される上昇電圧の振幅及び付与時間が、インバータの日中の動作状態の記録をバッテリパネルの対地等価絶縁インピーダンスと組み合わせたものによって最適化され、これによって最適なＰＩＤ効果修復が太陽光電池モジュールに実行される。

本開示の別の実施形態によれば、太陽光発電インバータシステムためのＰＩＤ補償装置がさらに提供される。図２に示すように、この装置は、直流電圧サンプリングユニット１０１と、処理制御ユニット１０２と、絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０３と、スイッチング保護ユニット１０４とを含む。

直流電圧サンプリングユニット１０１の入力端子は、太陽光電池モジュールの出力端子に接続される。直流電圧サンプリングユニット１０１は、処理制御ユニット１０２に直流電圧信号を出力するように構成される。

処理制御ユニット１０２の入力端子は、直流電圧サンプリングユニット１０１の出力端子に接続され、処理制御ユニット１０２の出力端子は、スイッチング保護ユニット１０４の制御端子と、絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０３の制御端子とにそれぞれ接続される。処理制御ユニット１０２は、直流電圧信号に基づいて、ＰＩＤ効果補償条件が満たされているかどうかを判定し、ＰＩＤ効果補償条件が満たされている場合には、記録された直流電圧信号に基づいて、絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０３が出力すべき補償電圧を計算するように構成される。

絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０３の入力端子は、電力グリッドに接続され、絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０３の出力端子は、スイッチング保護ユニット１０４の入力端子に接続される。絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０３は、処理制御ユニット１０２の制御下で補償電圧を出力するように構成される。

スイッチング保護ユニット１０４の出力端子は、太陽光電池モジュールの正極端子に接続される。スイッチング保護ユニット１０４は、太陽光電池モジュールの正極端子に補償電圧を伝えて、太陽光電池モジュールに対してＰＩＤ効果補償を実行するように構成される。

この実施形態による、太陽光発電インバータシステムのためのＰＩＤ効果補償装置では、処理制御ユニットが、太陽光電池モジュールの動作状態を記録し、ＰＩＤ効果補償条件が満たされているかどうかを判定し、補償電圧を最適に計算し、統合ＰＩＤ効果補償装置を、太陽光電池モジュールに対してＰＩＤ効果補償を実行するように制御する。ＰＩＤ効果補償及び修復を実行することにより、太陽光発電所における太陽光電池モジュールの劣化の問題を効果的に解決してシステムの発電能力を高めることができる。この実施形態による解決策は、従来の技術的解決策に比べて動作信頼性が高く、維持コストが低い。

実際には、太陽光発電インバータシステムのためのＰＩＤ効果補償装置は統合装置とすることができ、本明細書ではこの実装が限定されず、全てが本開示の保護範囲に含まれる。

図７に示すように、直流電圧サンプリングユニット１０１は、共通のカソードを有する一連の接続されたダイオードと、共通のアノードを有する一連の接続されたダイオードとを含むことが好ましい。

共通のカソードを有する一連の接続されたダイオードのアノードは、太陽光電池モジュールの正極端子に１対１の対応で接続される。

共通のアノードを有する一連の接続されたダイオードのカソードは、太陽光電池モジュールの負極端子に１対１の対応で接続される。

共通のカソードを有する一連の接続されたダイオードの共通カソード接続点、及び共通のアノードを有する一連の接続されたダイオードの共通アノード接続点は、直流電圧サンプリングユニット１０１の２つの出力端子である。

太陽光電池モジュールのいずれか１つが、最大振幅の電圧を有する場合、太陽光電池モジュールの正極端子及び負極端子に接続された対応するダイオードは、伝導することによってｎ個（ｎは、１以上の正の整数である）の入力ストリングの最大電圧Ｕｐｖを取得する。従って、この実施形態では、ストリングの正極及び負極の「ワイヤードＡＮＤ」を実行した後に取得される電圧のみをサンプリングすればよく、従ってサンプリング回路が非常に単純になり、処理制御ユニットのＡＤサンプリング部分のリソースが節約されるようになる。

図７に示すように、スイッチング保護ユニット１０４は、保護抵抗器Ｒ１と、フリングカットスイッチＳ１と、共通のアノードを有する一連の接続されたダイオードとを含むことが好ましい。

フリングカットスイッチＳ１の制御端子は、スイッチング保護ユニット１０４の制御端子である。

保護抵抗器Ｒ１及びフリングカットスイッチＳ１は、直列に接続されて直列分岐を形成する。直列分岐の一端は、スイッチング保護ユニット１０４の入力端子としての役割を果たし、直列分岐の他端は、共通のアノードを有する一連の接続されたダイオードの共通アノード接続点に接続される。

共通のアノードを有する一連の接続されたダイオードのカソードは、太陽光電池モジュールの正極端子に１対１の対応で接続される。

制御されるフリングカットスイッチＳ１は、スイッチ、リレー、又は半導体フリングカットスイッチとすることができる。保護抵抗器Ｒ１は、ストリングの正極が接地に短絡することに起因する絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０３の出力端子の短絡によって生じる損傷のリスクを効果的に防ぐことができる。外部ストリングが短絡状態から回復した後には、スイッチング保護ユニット１０４の全てのコンポーネントが損傷を受けず、交換及び保守の必要がない。

以下、図７に示すスイッチング保護ユニット１０４に関し、処理制御ユニット１０２によって実行される、絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０３が出力すべき補償電圧の計算について説明する。記録された直流電圧信号の値及び作用期間に基づいて、太陽光電池モジュールの日中のＰＩＤ効果累積値を計算する。次に、ＰＩＤ効果累積値及びプリセット補償パラメータに基づいて、太陽光電池モジュールの正極端子の最小補償電圧、すなわち図７の点Ａにおける対地電圧を計算する。プリセット補償パラメータは、補償時間、及び夜間の補償累積値とＰＩＤ効果累積値との間の差分を含む。実際には、この差分は、特定の適用環境に従って夜間の補償累積値がＰＩＤ効果累積値よりも大きくなるように設定することができる。次に、最小補償電圧、及び保護抵抗器Ｒ１と太陽光電池モジュールの総対地等価絶縁インピーダンスとの間の電圧分割関係に基づいて、絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットが出力すべき補償電圧を計算する。

図７に示すように、絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０３の直流出力正極端子は、スイッチング保護ユニット１０４に接続されることが好ましい。

絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０３の直流出力負極端子は接地される。

これらの動作原理は、上記の実施形態のものと同じであり、ここでは詳細に説明しない。

なお、太陽光発電インバータシステムのためのＰＩＤ効果補償装置は統合装置とすることができ、本明細書ではこの実装が限定されず、全て本開示の保護範囲に含まれる。

別の実施形態によれば、太陽光発電インバータシステムがさらに提供される。図２又は図７に示すように、この太陽光発電インバータシステムは、電力変換装置２００と、濾過装置３００と、上記の実施形態のいずれかによるＰＩＤ効果補償装置４００とを含む。

電力変換装置２００の入力端子は、太陽光電池モジュールに接続される。

電力変換装置２００の出力端子は、濾過装置３００の入力端子に接続される。

濾過装置３００の出力端子は、電力グリッドに接続される。

コンポーネントの接続関係及び動作原理は、上記の実施形態のものと同じであり、ここでは詳細に説明しない。

本開示の様々な実施形態を漸進的に説明しており、各実施形態は、他の実施形態との相違に重点を置いている。実施形態間の同一又は同様の要素については、他の実施形態の説明を参照することができる。実施形態によって開示した装置については、上記の実施形態によって開示した方法に対応するので、その説明は単純である。方法に関連する装置の部分については、方法の実施形態の説明を参照することができる。

上記では、本開示の好ましい実施形態のみを説明しており、これらの実施形態は、決して本開示を限定するものではない。上記では、好ましい実施形態によって本開示を開示したが、これらの好ましい実施形態は、本開示を限定するために用いたものではない。当業者であれば、本開示の技術的解決策の範囲から逸脱することなく、本開示の技術的解決策に対して多くの考えられる変更及び修正を行い、或いは上記で開示した方法及び技術的内容に従って同等の実施形態を構築することができる。従って、本開示の技術的解決策の内容から逸脱することなく本開示の技術的本質に従って行われる上記の実施形態に対するあらゆる単純な変更、同等の変形及び修正は、本開示の技術的解決策の保護範囲に含まれる。

Claims (10)

1. 太陽光発電インバータシステムのための電圧誘起出力低下（ＰＩＤ）効果補償方法であって、直流電圧サンプリングユニットと、処理制御ユニットと、絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットと、スイッチング保護ユニットとを備えた、前記太陽光発電インバータシステムのためのＰＩＤ効果補償装置に適用され、
   前記直流電圧サンプリングユニットによって、前記処理制御ユニットに直流電圧信号を出力するステップと、
   前記処理制御ユニットによって、前記直流電圧信号に基づいて、ＰＩＤ効果補償条件が満たされているかどうかを判定するステップと、
   前記ＰＩＤ効果補償条件が満たされている場合、前記処理制御ユニットによって、記録された前記直流電圧信号に基づいて、前記絶縁型交流／直流（ＡＣ／ＤＣ）変換ユニットが出力すべき補償電圧を計算するステップと、
   前記処理制御ユニットによって、前記絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットを、前記スイッチング保護ユニットを介して太陽光電池モジュールの正極端子と接地との間に前記補償電圧を付与して、前記太陽光電池モジュールに対してＰＩＤ効果補償を実行するように制御するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記処理制御ユニットによって、前記直流電圧信号に基づいて、前記ＰＩＤ効果補償条件が満たされているかどうかを判定する前記ステップは、
   前記処理制御ユニットによって、前記直流電圧信号がプリセット電圧よりも大きいかどうかを判定するステップと、
   前記直流電圧信号が前記プリセット電圧よりも大きい場合、前記処理制御ユニットによって、今が日中であると判断するステップと、
   前記直流電圧信号が前記プリセット電圧以下である場合、前記処理制御ユニットによって、今が夜間であって前記ＰＩＤ効果補償条件が満たされていると判断するステップと、
   を含む請求項１に記載の方法。
3. 前記直流電圧サンプリングユニットによって、前記処理制御ユニットに前記直流電圧信号を出力する前記ステップは、前記直流電圧サンプリングユニットによって、全ての前記太陽光電池モジュールの出力電圧のうちの最大出力電圧を前記直流電圧信号として前記処理制御ユニットに出力するステップを含む、
   請求項１に記載の方法。
4. 前記ＰＩＤ効果補償方法は、前記処理制御ユニットによって、前記記録された直流電圧信号に基づいて、前記絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットが出力すべき前記補償電圧を計算する前記ステップの前に、
   前記ＰＩＤ効果補償条件が満たされている場合、前記処理制御ユニットによって、前記太陽光電池モジュールの総対地等価絶縁インピーダンスがプリセットインピーダンスよりも大きいかどうかを判定するステップと、
   前記太陽光電池モジュールの前記総対地等価絶縁インピーダンスが前記プリセットインピーダンス以下の場合、前記処理制御ユニットによって警報信号を出力するステップと、
   をさらに含み、前記処理制御ユニットによって、前記記録された直流電圧信号に基づいて、前記絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットが出力すべき前記補償電圧を計算する前記ステップは、前記太陽光電池モジュールの前記総対地等価絶縁インピーダンスが前記プリセットインピーダンスよりも大きい場合に実行される、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記スイッチング保護ユニットは、保護抵抗器及びフリングカットスイッチを含み、前記処理制御ユニットによって、前記記録された直流電圧信号に基づいて、前記絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットが出力すべき前記補償電圧を計算する前記ステップは、
   前記処理制御ユニットによって、前記記録された直流電圧信号の値及び作用期間に基づいて、前記太陽光電池モジュールの日中のＰＩＤ効果累積値を計算するステップと、
   前記ＰＩＤ効果累積値と、補償時間、及び夜間の補償累積値と前記ＰＩＤ効果累積値との間の差分を含むプリセット補償パラメータとに基づいて、前記太陽光電池モジュールの正極端子の最小補償電圧を計算するステップと、
   前記最小補償電圧、及び前記保護抵抗器と前記太陽光電池モジュールの前記総対地等価絶縁インピーダンスとの間の電圧分割関係に基づいて、前記絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットが出力すべき前記補償電圧を計算するステップと、
   を含む請求項４に記載の方法。
6. 太陽光発電インバータシステムのための電圧誘起出力低下（ＰＩＤ）効果補償装置であって、
   直流電圧サンプリングユニットと、
   処理制御ユニットと、
   絶縁型交流／直流（ＡＣ／ＤＣ）変換ユニットと、
   スイッチング保護ユニットと、
   を備え、
   前記直流電圧サンプリングユニットの入力端子は、太陽光電池モジュールの出力端子に接続され、前記直流電圧サンプリングユニットは、前記処理制御ユニットに直流電圧信号を出力するように構成され、
   前記処理制御ユニットの入力端子は、前記直流電圧サンプリングユニットの出力端子に接続され、前記処理制御ユニットの出力端子は、前記スイッチング保護ユニットの制御端子と、前記絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットの制御端子とにそれぞれ接続され、前記処理制御ユニットは、前記直流電圧信号に基づいて、ＰＩＤ効果補償条件が満たされているかどうかを判定し、前記ＰＩＤ効果補償条件が満たされている場合、記録された前記直流電圧信号に基づいて、前記絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットが出力すべき補償電圧を計算するように構成され、
   前記絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットの入力端子は、電力グリッドに接続され、前記絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットの出力端子は、前記スイッチング保護ユニットの入力端子に接続され、前記絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットは、前記処理制御ユニットの制御下で前記補償電圧を出力するように構成され、
   前記スイッチング保護ユニットの出力端子は、前記太陽光電池モジュールの正極端子に接続され、前記スイッチング保護ユニットは、前記補償電圧を伝えて前記太陽光電池モジュールの正極端子と接地との間に前記補償電圧を付与して、前記太陽光電池モジュールに対してＰＩＤ効果補償を実行するように構成される、
   ことを特徴とする装置。
7. 前記直流電圧サンプリングユニットは、共通のカソードを有する一連の接続されたダイオードと、共通のアノードを有する一連の接続されたダイオードとを含み、
   前記共通のカソードを有する一連の接続されたダイオードのアノードは、前記太陽光電池モジュールの前記正極端子に１対１の対応で接続され、
   前記共通のアノードを有する一連の接続されたダイオードのカソードは、前記太陽光電池モジュールの負極端子に１対１の対応で接続され、
   前記共通のカソードを有する一連の接続されたダイオードの共通カソード接続点、及び前記共通のアノードを有する一連の接続されたダイオードの共通アノード接続点は、前記直流電圧サンプリングユニットの２つの出力端子である、
   請求項６に記載の装置。
8. 前記スイッチング保護ユニットは、保護抵抗器と、フリングカットスイッチと、共通のアノードを有する一連の接続されたダイオードとを含み、
   前記フリングカットスイッチの制御端子は、前記スイッチング保護ユニットの前記制御端子であり、
   前記保護抵抗器及び前記フリングカットスイッチは、直列に接続されて直列分岐を形成し、前記直列分岐の一端は、前記スイッチング保護ユニットの前記入力端子としての役割を果たし、前記直列分岐の他端は、前記共通のアノードを有する前記一連の接続されたダイオードの共通アノード接続点に接続され、
   前記共通のアノードを有する前記一連の接続されたダイオードのカソードは、前記太陽光電池モジュールの前記正極端子に１対１の対応で接続される、
   請求項６に記載の装置。
9. 前記絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットの直流出力正極端子は、前記スイッチング保護ユニットに接続され、
   前記絶縁型ＡＣ／ＤＣ変換ユニットの直流出力負極端子は、接地される、
   請求項６に記載の装置。
10. 電力変換装置と、
    濾過装置と、
    請求項６から９のいずれか１項に記載の電圧誘起出力低下（ＰＩＤ）効果補償装置と、
    を備え、
    前記電力変換装置の入力端子は、太陽光電池モジュールに接続され、
    前記電力変換装置の出力端子は、前記濾過装置の入力端子に接続され、
    前記濾過装置の出力端子は、電力グリッドに接続される、
    ことを特徴とする太陽光発電インバータシステム。