JP5987903B2 - 送電網インピーダンス検出のための方法及び装置 - Google Patents

Description

[0001]本開示の実施形態は、一般には分散型発電システムの単独運転防止に関し、詳細には単独運転防止のための送電網インピーダンス変化の検出に関する。

[0002]太陽電池パネル、又は光起電力（ＰＶ）モジュールは、受け取った日光からのエネルギーを直流（ＤＣ）に変換する。ＰＶモジュールは、それらが生産する電気エネルギーを貯蔵することができないため、エネルギーは、電池又は揚水電力蓄電などのエネルギー貯蔵システムに分散されるか、又は負荷によって分散されるかのいずれかがなされなければならない。生産されたエネルギーを使用する１つの選択肢は、インバータを用いて、ＤＣ電流を交流（ＡＣ）に変換し、このＡＣ電流を商用ＡＣ電力網に結合させるないしは流すことである。その場合、かかる分散型発電（ＤＧ）システムによって生産された電力を商用電力会社に販売することができる。

[0003]ある条件下で、送電網に接続されたＤＧシステムは、電力送電網から切り離され、「単独運転」として知られている潜在的に危険な状態に陥ることがある。単独運転をしている間、電力会社は、ＤＧシステム単独運転部の電圧及び周波数を制御することができず、単独運転部に結合された需要家の機器に対して損傷を与える可能性を引き起こす。さらに、単独運転部は、電力線に電圧がかかったままの状態にする一方で電力線がすべてのエネルギー源から切り離されたと見なされることによって、送電線の作業者又は一般大衆に対して危険を引き起こす可能性がある。単独運転の潜在的危険性を軽減するために、関連する規格は、ＤＧシステムにおけるインバータが電力送電網の喪失を検出し、インバータを運転停止することを要求する。単独運転状態を検出する一環として、一部の規格は、インバータがある一定の期間内に送電網上の瞬間的なインピーダンス変化、例えば５秒以内に送電網上の瞬間的な１オームのインピーダンス変化を検出することができることを要求する場合がある。そのため、市販のインバータはすべて、そうしたインバータに基づく単独運転防止能力を装備していなければならない。

[0004]したがって、当技術分野において、送電網に接続されたインバータによって送電網インピーダンスの変化を効率的に検出するための方法及び装置が必要とされている。

[0005]本発明の実施形態は、一般にはインピーダンス変化に対してＡＣ電力線を監視するための方法及び装置に関する。一実施形態において、本方法は、ＡＣ電力線に結合される（ｃｏｕｐｌｅ）ＡＣ電流にトーンを重畳するステップであって、このトーンが、ＡＣ電力線上のＡＣ電圧波形よりも高い周波数であるステップと、ＡＣ電圧波形をサンプリングすることによって得られるサンプリングされたＡＣ電圧波形に対して相関処理を施して相関信号を生成するステップと、相関信号の特性に少なくとも１つの変化が生じるかどうかを判定するステップとを含む。

[0006]本発明の上記の特徴が詳細に理解されるように、上で簡潔に要約した本発明のより具体的な説明が、実施形態を参照することによって得られ、その一部が添付図面において示される。しかし、添付図面は本発明の典型的な実施形態のみを示し、したがって、その範囲を限定していると考えられるべきではなく、その理由は本発明が他の等しく効果的な実施形態を認めうるからであることに留意されたい。

本発明の１つ又は複数の実施形態による分散型発電（ＤＧ）のためのシステムのブロック図である。 本発明の１つ又は複数の実施形態によるインバータのブロック図である。 本発明の１つ又は複数の実施形態による単独運転状態を示す送電網インピーダンスの変化を検出するため方法の流れ図である。 本発明の１つ又は複数の実施形態による複数の結合されたインバータのうちのあるインバータを動作させるための方法の流れ図である。 本発明の１つ又は複数の実施形態による変調された電流波形のグラフである。 本発明の１つ又は複数の実施形態による注入された変調された電流波形によって生じる、誇張された送電網電圧波形歪のグラフである。

[0013]図１は、本発明の１つ又は複数の実施形態による分散型発電（ＤＧ）用のシステム１００のブロック図である。この図は、単に、無数の可能なシステム構成の一変形形態を表すに過ぎない。本発明は、様々な分散型発電環境及びシステムにおいて機能することができる。

[0014]システム１００は、一括してインバータ１０２と呼ばれる複数のインバータ（すなわち、電力変換装置）１０２−１、１０２−２．．．１０２−Ｎ、一括してＰＶモジュール１０４と呼ばれる複数のＰＶモジュール１０４−１、１０４−２．．．１０４−Ｎ、ＡＣバス、及び負荷センター１０８を備える。

[0015]各インバータ１０２−１、１０２−２．．．１０２Ｎは、それぞれ、一対一対応で、ＰＶモジュール１０４−１、１０４−２．．．１０４−Ｎに接続される。インバータ１０２は、ＡＣバス１０６にさらに接続され、このＡＣバス１０６が負荷センター１０８に接続される。負荷センター１０８は、ＡＣ商用電力送電網分配システム（「送電網」と呼ばれる）からの引込み電力線とＡＣバス１０６間の接続部を収容する。インバータ１０２は、ＰＶモジュール１０４によって生成されたＤＣ電力をＡＣ電力に変換し、ＡＣ商用電力送電網電圧と同相のＡＣ電流を計量しながら出力する。システム１００は、生成されたＡＣ電力を、負荷センター１０８を介して送電網に結合（授受）させる。さらに、生成されたＡＣ電力は、負荷センター１０８を介して商用及び／若しくは居住システムに直接供給されてもよく、並びに／又は後で使用するために貯蔵されてもよい（例えば、生成されたエネルギーは、電池、加熱水、水力発電の揚水、Ｈ_２Ｏから水素への変換などを利用して貯蔵されてもよい）。一部の代替の実施形態において、複数のＰＶモジュール１０４は、単一のインバータ１０２に接続されてもよく、例えば、各ＰＶモジュール１０４は、単一の集中化されたインバータ１０２に接続されてもよい。他の実施形態において、ＰＶモジュール１０４に加えて、又はＰＶモジュール１０４の代わりに、１つ又は複数の他の適切なＤＣ電源がインバータ１０２に接続されてもよく、例えば、任意のタイプの再生可能エネルギー源（例えば、風力タービン、水力発電システム、又は同様の再生可能エネルギー源）、電池などが、ＤＣ入力を供給するためにインバータ１０２に接続されてもよい。

[0016]本発明の１つ又は複数の実施形態によると、インバータ１０２−１、１０２−２．．．１０２−Ｎのそれぞれは、単独運転状態を示す送電網インピーダンス変化を検出し、それに応じてインバータ１０２を制御する送電網インピーダンス検出モジュール１１０−１、１１０−２．．．１１０−Ｎをそれぞれ備える。そうした送電網インピーダンス変化を検出するために、送電網インピーダンス検出モジュール１１０は、以下に述べるように、インバータの電流出力に高周波のトーンを重畳し、サンプリングされたＡＣ電圧波形に対して特定周波数において相関処理を施し、相関結果における変化、例えば相関信号の振幅、位相、実部、虚部、又はそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つにおける変化に対して監視を行なう。

[0017]１つ又は複数の代替の実施形態において、インバータ１０２は、追加的に又は代替的に、他の適切なＤＣ源、例えば他の再生可能エネルギー源（例えば風力発電所、水力発電システムなど）、電池などから電力を受け取ることができる。

[0018]図２は、本発明の１つ又は複数の実施形態によるインバータ１０２のブロック図である。インバータ１０２は、電力変換モジュール２０２、コントローラ２０４、及びＡＣ電圧サンプリング回路２０６を備える。

[0019]電力変換モジュール２０２は、２つの入力端子を介してＰＶモジュール１０４に、２つの出力端子を介して商用電力送電網に接続される。さらに、電力変換モジュール２０２は、コントローラ２０４に接続され、コントローラ２０４からの制御及び切り替え信号に従ってＰＶモジュール１０４からのＤＣ電力をＡＣ電力に変換する。生成されたＡＣ電力は、ＡＣ送電網電圧と同相となるように商用電力送電網に結合される。

[0020]ＡＣ電圧サンプリング回路２０６は、２つの入力端子を介して商用電力送電網に（すなわち、電力変換モジュール２０２の出力において）、そして出力端子を介してコントローラ２０４に接続され、このコントローラ２０４がさらに電力変換モジュール２０２に接続される。

[0021]コントローラ２０４は、少なくとも１つの中央処理装置（ＣＰＵ）２０８を備え、この中央処理装置（ＣＰＵ）２０８がサポート回路２１０及びメモリ２１２に接続される。ＣＰＵ２０８は、１つ又は複数の従来から入手可能なマイクロプロセッサを備えることができる。代替えとしては、ＣＰＵ２０８は、１つ又は複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含んでもよい。ある実施形態において、ＣＰＵ２０８は、例えば図３及び４に関して以下に説明するように、実行されたときに、コントローラの機能性を提供するコントローラファームウェアを格納するための内部メモリを備えるマイクロコントローラであってもよい。

[0022]サポート回路２１０は、中央処理装置の機能性を増進するために使用される周知の回路である。かかる回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、バス、ネットワークカード、入出力（Ｉ／Ｏ）回路などを含むが、それらには限定されない。コントローラ２０４は、特有のソフトウェアを実行したときに、本発明の様々な実施形態を行なうための特定目的のコンピューターになる汎用コンピューターを使用して実施されてもよい。

[0023]メモリ２１２は、ランダムアクセスメモリ、読み取り専用メモリ、取り外し可能ディスクメモリ、フラッシュメモリ、及びこれらのタイプのメモリの様々な組み合わせを備えることができる。メモリ２１２は、メインメモリと呼ばれることがあり、一部はキャッシュメモリ又はバッファメモリとして使用される場合がある。メモリ２１２は、一般にコントローラ２０４のオペレーティングシステム２１６を格納する。オペレーティングシステム２１６は、数多くの市販のオペレーティングシステムのうちの１つ、例えばリナックス、リアルタイムオペレーティングシステム（ＲＴＯＳ）などであってもよいが、これらには限定されない。

[0024]メモリ２１２は、様々な形態のアプリケーションソフトウェア、例えば、電力変換モジュール２０２の動作を制御する（例えば、ＤＣ／ＡＣ電力変換のための制御及び切り替え信号を提供する、受信した動作停止信号に応答して電力変換モジュール２０２を運転停止するなどの）ための電力変換モジュール２１４、本発明に関する１つ又は複数の動作を行なうための送電網インピーダンス検出モジュール１１０、並びに電力変換モジュール２０２及び／又は本発明の動作に関連するデータを格納するためのデータベース２１８を格納することができる。一部の実施形態において、電力変換制御モジュール２１４、送電網インピーダンス検出モジュール１１０、及びデータベース２１８、又はそれらの一部は、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、又はそれらの組み合わせのいずれかにおいて実施されてもよい。

[0025]ＡＣ電圧サンプリング回路２０６は、ＡＣ送電網電圧をサンプリングするための手段を提供し、コントローラ２０４にサンプル（すなわち、サンプリングされた電圧を示す信号）を供給する。一部の実施形態において、ＡＣ電圧サンプリング回路２０６は、３０．７２キロヘルツ（ｋＨｚ）のレートでＡＣ送電網電圧をサンプリングし、代替え的には、より速い又はより遅いサンプリングレートが利用されてもよい。一部の実施形態において、ＡＣ電圧サンプリング回路２０６は、デジタル形式でサンプルを生成するためのアナログディジタル変換器（ＡＤＣ）を備える。電力変換制御モジュール２１４は、電力変換モジュール２０２を動作可能に制御するために、受信したＡＣ送電網電圧波形情報を利用する。

[0026]本発明の１つ又は複数の実施形態によると、送電網インピーダンス検出モジュール１１０は、送電網インピーダンスにおける変化を検出し、それに応じて電力変換モジュール２０２を動作可能に制御する。例えば、送電網インピーダンス検出モジュール１１０は、５秒以内に瞬間的な１オームのインピーダンス変化を検出し、その結果として、電力変換モジュール２０２からの電力出力の動作を停止させることができる。送電網インピーダンス検出モジュール１１０は、電力変換モジュール２０２からの正弦波電流出力に高周波「トーン」を重畳し、このトーンによってＡＣ送電網電圧波形に引き起こされる対応する擾乱を監視する。一部の実施形態において、重畳される周波数は、送電網周波数のＮ次の高調波、例えば８次の高調波又は１２次の高調波であるが、他の実施形態においては、他の周波数が使用されてもよい。ある代替実施形態において、周波数の組み合わせ、又は０．５高調波をトーン用に使用することができる。

[0027]重畳される周波数を求める基準には、主として２つの要素がある。トーンの完全なサイクルのある一定の数のみを注入するためにゼロ付近にバンドがあることが必要である。周波数が低くなればなるほど、注入することができる相対的なサイクル数が少なくなる。しかし、周波数が高くなればなるほど、（例えば、送電網に同期させることによる）位相ロックループ（ＰＬＬ）の固有ジッタが、測定においてノイズの原因となる可能性が高くなる。したがって、信号対雑音（ＳＮＲ）比を最適化するためにトレードオフが行なわれ、一部の実施形態において、重畳される周波数は、送電網周波数の８次の高調波である。

[0028]一般に、重畳される周波数の振幅は、相関が取られるＡＣ電圧信号のノイズフロアを上回る程度に十分高くなるように、しかしまた信号が重畳されたときに負方向電流を誘起しないよう十分低くなるようにも選択される。ＡＣノイズフロアは、トーンが注入されてないときに、相関結果を分析することによって実験的に求めることができる。トーン注入を有する相関結果は、良好な信号対雑音比（ＳＮＲ）にとってノイズフロアを数倍上回るのが理想的である。重畳される周波数の振幅は、一般に定格のインバータ電流に対して正規化され、例えば、重畳されるトーン振幅は、定格出力電流の約４％でありうる。一部の実施形態において、重畳される周波数の振幅は、実効値（ＲＭＳ）で３７ミリアンペア（ｍＡ）である。さらにまた、この信号は、ＡＣ送電網電圧波形のサイクル全体にわたっては注入されず（すなわち、この信号はＡＣ送電網電圧波形の基本周期にわたっては注入されず）、一部の実施形態において、高周波トーンの１２個の完全なサイクルのうちの１０個のサイクルのみが、電力線のサイクルごとに注入される。注入される電流が低い、ＡＣ送電網電圧波形のゼロ交差の付近では、トーンは重畳されず、むしろゼロに維持されるが、一部の代替の実施例においては、比較的低い振幅のトーンがここで注入されてもよい。完全なサイクルのトーンのみが注入されるので、完全な１サイクルのギャップはゼロ交差の付近で除外される。例えば、トーン波形は、ゼロ交差の後に（トーンの）半サイクルから始まり、次のゼロ交差の前に（トーンの）半サイクルで終了し、次いで、繰り返すことができる。そうした注入は、一般に対称に維持されるが、一部の実施形態においては、非対称であってもよい。

[0029]注入されるトーンの位相は、一般にＡＣ送電網電圧波形の位相とオフセットされうる。位相オフセットを賢明に選択することにより、送電網インピーダンスの過渡事象中に相関結果の実部、虚部、振幅、又は位相いずれかのサイズにおける変化を効果的に増幅し、それによりロバストな検出が可能となる。例えば、相関結果の虚部が小さい一部の実施形態において、角度の小さな変化は、虚部の大きな変化をもたらす。そうした実施形態において、このことを達成するために角度を２度あたりに設定することができるが、この角度は、ノイズが誤ってトリップをトリガするほどには小さくならないことを確実にする。一般に、オフセットは、ＡＣ源インピーダンスに依存するが、代替として仕様書ＶＤＥ−０１２６−１−１のインバータ単独運転検出測定部分などの関連する仕様書において指定されたようにインピーダンスに調整されてもよい。しかし、ある実施形態において、注入されたトーンの位相は、ＡＣ送電網電圧波形の位相からオフセットされなくてもよい。

[0030]送電網インピーダンスにおける変化を検出するために、送電網インピーダンス検出モジュール１１０は、サンプリングされたＡＣ電圧波形に対して特定のトーン周波数において相関処理を施す。次いで、送電網インピーダンス検出モジュール１１０は、相関結果における変化、例えば、相関信号の振幅、位相、実部、虚部、若しくはそれらの組み合わせのうちの１つ又は複数における変化に対して監視を行なう。ある時間にわたる変化が送電網インピーダンスのしきい値よりも大きい場合、送電網インピーダンス検出モジュール１１０は、例えば電力変換制御モジュール２１４を介した信号によってインバータ１０２を「トリップ」させる（すなわち、電力変換モジュール２０２に電力の生産を止めさせる）。一部の実施形態において、相関処理は、注入された信号周波数（１ＡＣサイクルの正のトーン及び１ＡＣサイクルの負のトーン）のコピーを有する所定の「ウィンドウ」を利用することができる。測定されたサンプルそれぞれに、対応する相関値を掛け合わせる。結果は、測定された信号が相関の成分を有する場合、非常に高い値（例えば、測定可能なダイナミックレンジの約５％より大きな値）であり、そうでない場合は、ゼロ又はほぼゼロ（例えば、測定可能なダイナミックレンジの１％未満）である。結果は、測定されたトーンの実部及び虚部であり、この実部及び虚部から振幅及び位相を求めることができる。

[0031]（例えば、トーン注入周波数における高調波成分を有するＡＣ電圧波形の元々存在する歪などの、サイクルごとの乱れにより）インバータ１０２が誤ってトリップする可能性を最小限にするために、注入されるトーンの位相を送電網電圧波形のサイクルごとに１８０度だけ変化させる。次いで、ＡＣ送電網に誘起されたいかなる波形歪をも相殺し、注入されたトーンだけを検出するために、第２のサイクル上で位相シフトされたシーケンスを有するサンプリングされた送電網電圧波形の２サイクルにわたって、結果として生じる相関が行なわれる。さらに、トーンの周波数が送電網周波数のＮ次の高調波（Ｎ＝整数）の場合、トーンの位相をサイクルごとに１８０°切り替えることによって、平均の重畳された周波数は、（送電網周波数のＮ次の高調波−送電網の基本周波数／２）及び（送電網周波数のＮ次の高調波＋送電網の基本周波数／２）の２つの周波数となり、これらの２つの周波数は非整数の高調波であり、したがって高調波歪の測定において考慮されない。このようなＮ次の高調波注入技法は、（サイクル全体にわたってトーンを注入しないため）ゼロ交差におけるクロスオーバー歪の影響を受けず、（１８０度位相が反転する結果として）元々存在する送電網高調波に影響を受けず、また（やはりサイクル全体にわたってトーンを注入しないため）インバータ１０２を送電網に同期させるために用いられる位相ロックループ検出ルーチンを妨害しない。

[0032]送電網インピーダンス検出モジュール１１０は、相関信号を監視し、相関信号のいかなる特性（例えば、信号の大きさ、位相、実部、若しくは虚部のうちの１つ又は複数、或いはそれらの任意の組み合わせ）におけるいかなる変化をも、送電網インピーダンスの変化を検出するために使用することができる。一部の実施形態において、トーンが電流と同相で注入され、したがって虚部がゼロに近いことを意味する、信号の位相がゼロに近い場合、虚部における変化が使用される。そのため、信号の位相角又は振幅におけるいかなる変化にも、相関結果の虚部の大きな変化が直ちに反映することになる。他の実施形態において、位相角における変化は、測定のために利用される。

[0033]相関信号の値は、電圧歪の振幅が非常に小さいため、例えば、２４０ボルト（Ｖ）の波形上で約２０ミリボルト（ｍＶ）ピークであるため、一般に非常にノイズが多い。より正確な結果を提供するために、信号をある期間にわたって平均化することができ、一部の実施形態において、信号を約３秒間にわたって平均化することができる。次いで、この平均値は、遅延フィルタを通され、それによって最新の平均値が遅延された平均値と比較されうる。平均値と遅延された平均値との差が、送電網インピーダンスのしきい値を超える場合、インバータ１０２はトリップされ、インバータ１０２からの発電が止まる。送電網インピーダンスのしきい値は、例えば実験室での試験中に相関結果の変化を観測することによって実験的に求められてもよい。一部の実施形態において、送電網周波数の８次の高調波を利用する１オームの送電網インピーダンスの変化の試験に対して、約２０度の位相シフトのしきい値を利用することができる。

[0034]図３は、本発明の１つ又は複数の実施形態による、単独運転状態を示す送電網インピーダンスの変化を検出する方法３００の流れ図である。一部の実施形態、例えば、方法３００に関して以下に記載する実施形態において、インバータは、ＰＶモジュールからのＤＣ電力をＡＣ電力に変換するためのＰＶモジュールに結合される（例えば、ＰＶモジュール１０４に結合されたインバータ１０２）。インバータは、ＡＣ商用電力送電網にさらに結合され、生成されたＡＣ電力を送電網に結合させる。一部の代替の実施形態において、インバータは、さらに、又は代替として他の適切なＤＣ源、例えば他の再生可能エネルギー源（例えば、風力発電所、水力発電システムなど）、電池などから電力を受け取る。

[0035]インバータは、送電網インピーダンスにおける変化を検出し、それに応じてインバータを制御するための送電網インピーダンス検出モジュール（例えば、送電網インピーダンス検出モジュール１１０）を備える。

[0036]方法３００は、ステップ３０２から開始し、ステップ３０４に進む。ステップ３０４において、高周波のトーンは、図２に関して先に説明したようにインバータからの電流出力に重畳される。ステップ３０６において、ＡＣ送電網電圧波形は、例えば３０．７２キロヘルツ（ｋＨｚ）のレートでサンプリングされる。方法３００は、ステップ３０８に進み、特定の周波数（すなわち、重畳されたトーンの周波数）において、第２のサイクル上で反転したシーケンスを有するサンプリングされたＡＣ電圧波形の２つのサイクルにわたって、相関処理が施される。一般に、相関処理は２つのサイクルにわたって施されるが、一部の代替の実施形態において、相関処理は２の倍数である数多くのサイクルにわたって施されてもよい。ステップ３１０において、相関信号の値は、約３秒間にわたって平均化される。

[0037]方法３００は、ステップ３１２に進む。ステップ３１２において、相関信号の対象とする１つ又は複数の特性（すなわち、振幅、位相、実部、虚部、若しくはそれらの組み合わせのうちの１つ又は複数）のそれぞれに対して、平均化された相関信号の値は、遅延させた平均化された相関信号の値（すなわち、遅延フィルタを通過させた、先に平均化された相関信号の値）と比較される。例えば、現在の平均相関信号に対する値及び以前の平均相関信号に対する値は、それらの値間の差を計算し、その差を送電網インピーダンスのしきい値と比較することによって比較されうる。一部の実施形態において、振幅及び位相のそれぞれに対して、現在の平均相関信号値と以前の平均相関信号値との差を求め、対応する送電網インピーダンスのしきい値と比較することができる。ステップ３１４において、相関信号の１つ又は複数の特性における変化（例えば、信号の振幅、位相、実部、若しくは虚部、又はそれらの組み合わせのうちの１つ或いは複数における変化）が、対応する送電網インピーダンスのしきい値を超えるかどうかが判定される。そうした判定の結果が「いいえ」の場合、方法３００は、ステップ３０４に戻る。ステップ３１４において、判定の結果が「はい」の場合、方法３００は、ステップ３１６に進み、インバータは、「トリップされ」、すなわちインバータからの電力出力が止められる。次いで、方法３００は、ステップ３１８に進み、終了する。

[0038]図４は、本発明の１つ又は複数の実施形態による、複数の結合されたインバータのうちのあるインバータを動作させる方法４００の流れ図である。一部の実施形態、例えば、方法４００に関して以下に記載する実施形態において、複数のインバータが、一対一対応で複数のＰＶモジュールに接続され、インバータ出力がＡＣバスに、及び最終的に負荷センターを介してＡＣ商用電力送電網に接続される（例えば、インバータ１０２、ＰＶモジュール１０４、ＡＣバス１０６及び負荷センター１０８）。図２及び３に関して先に説明したように、インバータのそれぞれは、単独運転状態を示す送電網インピーダンスの変化を検出し、それに応じて対応するインバータを制御するための送電網インピーダンス検出モジュール（例えば、送電網インピーダンス検出モジュール１１０）を備える。

[0039]一部の代替の実施形態において、インバータは、追加的に又は代替的に、他の適切なＤＣ源、例えば他の再生可能エネルギー源（例えば、風力発電所、水力発電システムなど）、電池などからの電力を受け取ることができる。

[0040]方法４００は、ステップ４０２から始まり、ステップ４０４に進み、インバータが起動し、電力を送電網に伝達し始める（すなわち、対応するＰＶモジュールからのＤＣ電流をＡＣ電流に変換し、このＡＣ電流を送電網に結合させる）。そうした起動は、例えば十分な光がＰＶモジュールに達する日の出の後に、又はインバータをリセットした後に起こりうる。ステップ４０６において、インバータは、出力電流上に注入される高周波のトーンの振幅を上げ始め、一部の実施形態において、２０秒間にわたってインバータの定格出力電流の最大４％に達するように振幅を上げることができる。ステップ４０８において、インバータ出力は、高周波のトーンで無作為に変調される（例えば、トーンがオフの状態でインバータ出力の数サイクル、トーンがオンの状態などでインバータ出力の１サイクルなど）。

[0041]方法４００は、ステップ４１０に進む。ステップ４１０において、インバータは、例えば３０．７２ｋＨｚのレートでＡＣ送電網波形をサンプリングし、このサンプリングされたＡＣ波形に相関処理を施す。変調されていない期間に、インバータは、ステップ４１２において相関信号を監視する。ステップ４１４において、監視された相関信号の位相が高周波のトーンに対する位相と同じかどうかが判定される。そうした判定の結果が「はい」である場合、方法４００は、ステップ４１６に進み、そこで高周波のトーンを現在の電力線サイクルに同期させる。判定の結果が「いいえ」である（すなわち、監視された相関信号がトーン信号に対して逆位相である）場合、方法４００は、ステップ４１８に進み、高周波のトーンを、後続の電力線サイクルに同期させ、ＡＣバス上の動作しているその他のインバータからの既存の出力に適合させる。複数のインバータが同時に動作し始めるとき、信号の注入を無作為に（すなわち、ステップ４０８におけるように）行なうことにより、確実に１つの位相が支配的になり、残りのインバータが、この支配的な位相に同期するようにする。注入される高調波シーケンスがサイクルごとに位相が反転される結果として、ストリング上のインバータ間のそうした同期が必要であり、インバータの出力信号が互いに相殺するのを防止する。

[0042]方法４００は、ステップ４１６又はステップ４１８のいずれかからステップ４２０に進み、トーン信号の振幅が、相関処理が施されたＡＣ電圧信号のノイズフロアを上回る程度に十分に高いかどうかが判定される。そうした判定の結果が「いいえ」である場合、方法４００は、ステップ４２２に進み、振幅を増加させ、方法４００は、ステップ４２０に戻る。ステップ４２０において、判定の結果が「はい」である場合、方法４００は、ステップ４２４に進む。ステップ４２４において、待機期間（例えば、５秒）を実施して遅延バッファを落ち着かせる。次いで、方法４００は、ステップ４２６に進み、方法３００に関して先に説明したように、インバータは、送電網インピーダンスの変化に対して監視を行なう。ステップ４２８において、単独運転を示す送電網インピーダンスの変化が生じたかどうかが判定される。そうした判定の結果が「いいえ」である場合、方法４００は、ステップ４２６に戻り、監視が継続する。ステップ４２８において、判定の結果が「はい」である場合、方法４００は、ステップ４３０に進む。ステップ４３０において、高周波出力の振幅を、例えば、ハードウェアの制約によって制限されるような最大にまで直ちに上昇させ、ＡＣバス上の他のインバータが同時にトリップするように仕向ける。一部の実施形態において、一部のインバータが直ぐにトリップし、それによって検出される信号の大きさが減少し、その結果残りのインバータがトリップしなくなるのを防止するために、最大値は、約１秒間保持されることがある。代替態様としては、高周波出力を最大にまで上昇させるのではなく、確実に他のすべてのインバータが信号の変化を検知し、同様にトリップしてオフラインとなるように十分高く高周波出力を上げてもよい。

[0043]方法４００は、ステップ４３２に進み、インバータは所要のオフタイム期間、電源が落とされる。ステップ４３４において、インバータをリセットすべきかどうかが判定される。判定の結果がはいである場合、方法４００は、ステップ４０４に戻る。ステップ４３４での判定の結果がいいえである場合、方法４００は、ステップ４３６に進み、終了する。

[0044]図５は、本発明の１つ又は複数の実施形態による、変調された電流波形５０２のグラフ５００である。波形５０２は、先に説明したように高周波のトーンによって変調されたインバータからの正弦波電流出力を表す。一部の実施形態において、ＡＣ商用送電網は、６０ヘルツ（Ｈｚ）で動作し、Ｔ０からＴ１までの時間（すなわち、波形５０２の単一のサイクル）は、０．０１６７秒である。

[0045]図６は、本発明の１つ又は複数の実施形態による、注入された変調された電流波形５０２によって生じる、誇張された送電網電圧波形歪６０２のグラフ６００である。グラフ６００は、変調された電流波形５０２の一部、及び結果として生じるＡＣ電圧波形歪の誇張されたバージョンを波形６０２として表す。

[0046]本発明の実施形態の前述の説明は、説明したような様々な機能を行なう数多くの素子、デバイス、回路、及び／又は組立体を含む。例えば、ＰＶモジュールは、電力変換装置にＤＣ入力を供給するための手段の例であり、送電網インピーダンス検出モジュールは、ＡＣ電力線に結合されたＡＣ電流上にトーンを重畳するための手段、サンプリングされたＡＣ電圧に対して相関処理を施して相関信号を生成するための手段、及び相関信号の特性に少なくとも１つの変化が生じるかどうかを判定するための手段の例である。これらの素子、デバイス、回路、及び／又は組立体は、それぞれ説明されたそれらの機能を行なうための手段の例示的な実施態様である。

[0047]前述の説明は、本発明の実施形態を対象としているが、本発明の他の及びさらなる実施形態が、本発明の基本的な範囲から逸脱せずに考案されてもよく、その範囲は、添付の特許請求の範囲によって決まる。

Claims (15)

1. ＡＣ電力線のインピーダンス変化を監視する方法であって、
   ＡＣ電力線に結合されたＡＣ電流にトーン信号を重畳するステップであって、前記トーン信号が前記ＡＣ電力線上のＡＣ電圧波形の周波数よりも高い周波数を有する、ステップと、
   サンプリングされた前記ＡＣ電圧波形と、重畳された前記トーン信号のコピーとの間で相関処理を施して相関信号を生成するステップであって、前記サンプリングされたＡＣ電圧波形は、前記ＡＣ電流に前記トーン信号を重畳した後に前記ＡＣ電圧波形をサンプリングすることによって得られる、ステップと、
   前記相関信号の特性に少なくとも１つの変化が生じるかどうかを判定するステップとを含む方法。
2. 前記トーン信号が前記ＡＣ電圧波形のＮ次の高調波であり、Ｎが整数である、請求項１に記載の方法。
3. 前記トーン信号が、前記ＡＣ電圧波形の周期の一部にわたって重畳される、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記トーン信号が前記ＡＣ電圧波形の第１のサイクル中に第１の位相を有し、前記ＡＣ電圧波形の第２のサイクル中に第２の位相を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記相関処理が前記サンプリングされたＡＣ電圧波形の連続する２つのサイクルにわたって施される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記少なくとも１つの変化が生じるかどうかを判定するステップが、
   前記相関信号を平均化期間にわたって平均化して平均化された相関信号値を生成するステップと、
   前記平均化された相関信号値と以前に平均化された相関信号値との差を求めるステップと、
   前記差をしきい値と比較するステップとを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記ＡＣ電流を前記トーン信号で無作為に変調して無作為に変調されたＡＣ電流を生成するステップと、
   変調されていない期間に、第１のサンプリングされたＡＣ電力線電圧に基づいた第１の相関信号を監視するステップと、
   前記第１の相関信号及び前記トーン信号の位相が等しいかどうかを判定するステップと、
   前記位相が等しいかどうかに基づいて、前記トーン信号を前記ＡＣ電圧波形の電力線サイクルに同期させるステップであって、前記ＡＣ電流を無作為に変調する、前記第１の相関信号を監視する、前記位相が等しいかどうかを判定する、及び前記トーン信号を同期させる前記ステップが、ＡＣ電流に前記トーン信号を重畳する前に行なわれるステップとを、さらに含む請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. ＡＣ電力線のインピーダンス変化を監視するための装置であって、
   ＡＣ電力線に結合されたＡＣ電流にトーン信号を重畳するための手段であって、前記トーン信号が前記ＡＣ電力線上のＡＣ電圧波形の周波数よりも高い周波数を有する、手段と、
   サンプリングされた前記ＡＣ電圧波形と、重畳された前記トーン信号のコピーとの間で相関処理を施し、相関信号を生成するための手段であって、前記サンプリングされたＡＣ電圧波形は、前記ＡＣ電流に前記トーン信号を重畳した後に前記ＡＣ電圧波形をサンプリングすることによって得られる、手段と、
   前記相関信号の特性に少なくとも１つの変化が生じるかどうかを判定するための手段とを備える装置。
9. 前記トーン信号が前記ＡＣ電圧波形のＮ次の高調波であり、Ｎが整数である、請求項８に記載の装置。
10. 前記トーン信号が前記ＡＣ電圧波形の周期の一部にわたって重畳される、請求項８又は９に記載の装置。
11. 前記トーン信号が前記ＡＣ電圧波形の第１のサイクル中に第１の位相を有し、前記ＡＣ電圧波形の第２のサイクル中に第２の位相を有する、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記相関が前記サンプリングされたＡＣ電圧波形の連続する２つのサイクルにわたって施される、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記少なくとも１つの変化が生じるかどうかを判定することが、前記相関信号を平均化期間にわたって平均化して平均化された相関信号値を生成することと、前記平均化された相関信号値と以前に平均化された相関信号値との差を求めることと、前記差をしきい値と比較することとを含む、請求項８〜１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 前記トーン信号を前記ＡＣ電流に重畳する前に、前記トーン信号を重畳するための前記手段が、前記ＡＣ電流を前記トーン信号で無作為に変調して無作為に変調されたＡＣ電流を生成し、前記少なくとも１つの変化が生じるかどうかを判定するための前記手段が、（ｉ）変調されていない期間に、前記ＡＣ電力線の電圧の第１のサンプリングに基づいた第１の相関信号を監視し、（ｉｉ）前記第１の相関信号及び前記トーン信号の位相が等しいかどうかを判定し、（ｉｉｉ）前記位相が等しいかどうかに基づいて、前記トーン信号を前記ＡＣ電圧波形の電力線サイクルに同期させる、請求項８〜１３のいずれか一項に記載の装置。
15. ＤＣ入力を電力変換装置に供給するための手段をさらに備え、前記電力変換装置が前記ＤＣ入力から前記ＡＣ電流を生成する、請求項８〜１４のいずれか一項に記載の装置。

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