JP6277496B2

JP6277496B2 - マルチストリング型インバータにおけるストリング構成の決定

Info

Publication number: JP6277496B2
Application number: JP2015513174A
Authority: JP
Inventors: パペ，スィベレ; ミュラー，トビアス
Original assignee: エスエムエーソーラーテクノロジーエージー
Priority date: 2012-05-25
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2018-02-14
Anticipated expiration: 2033-05-23
Also published as: DE102012104560A1; EP2856603B1; US9722425B2; JP2015527029A; CN104335440B; CN104335440A; DE102012104560B4; US20150076911A1; EP2856603A1; WO2013174903A1

Description

関連出願の相互参照
本発明は、２０１２年５月２５日に出願された、「ＥｒｋｅｎｎｕｎｇｄｅｒＳｔｒｉｎｇｋｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｆｕｅｒｅｉｎｅｎＭｕｌｔｉｓｔｒｉｎｇ−Ｗｅｃｈｓｅｌｒｉｃｈｔｅｒ」と題する独国特許出願公開第１０２０１２１０４５６０．７号明細書の優先権を主張する。

本発明は、太陽光電池の複数のストリングが接続される複数の入力コネクタであって、それぞれがＤＣ／ＤＣコンバータを経由して共通のＤＣ電圧リンクに接続され、かつ、ブリッジ可能である、入力コネクタを備えるインバータを動作させる方法に関する。すなわち、本発明は、複数のＤＣ／ＤＣコンバータによって、異なる電圧で、すなわち異なる動作点で接続された異なるストリングを動作させて、ストリングから最大電力を得る、いわゆるマルチストリング型インバータを動作させる方法に関する。しかしながら、そのようなマルチストリング型インバータでは、複数のＤＣ／ＤＣコンバータは、同一のストリングまたはストリングのコネクタと、共通のＤＣ電圧リンクとの間で並列に接続され得る。この並列接続を使用して、並列に接続されたストリングからＤＣ電圧リンクに供給された電流を、並列に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ全体には高出力で、少ない数の並列に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータには低出力で分配してインバータの総合効率を最適化し得る。したがって、マルチストリング型インバータでは、実際のストリング構成によって、すなわち入力コネクタがブリッジされているかどうかによって、また、どの入力コネクタがブリッジされているのか、すなわち換言すれば、どの入力コネクタを経由して、異なるストリングまたはまったく同一のストリングがインバータに接続されるのかによって異なるように、ＤＣ／ＤＣコンバータを動作させなければならない。

ハードウェアまたはソフトウェアを経由して、マルチストリング型インバータのコントローラに、ブリッジされた入力コネクタを通知することにより、コントローラが、入力コネクタがブリッジ可能なマルチストリング型インバータを最適に動作できることは知られている。そのようなハードウェアには、例えばディップスイッチなどが含まれる。そのようなソフトウェアには、例えば制御プログラムにスイッチの位置を入力することなどが含まれる。しかしながら、この入力には誤りが含まれている可能性がある。具体的には、入力コネクタがブリッジされている状況に対する修正を、コントローラに通知することが忘れられる場合がある。さらに、故障または破壊行為に起因して、入力コネクタ間にブリッジが発生または離脱する可能性もある。しかしながら、マルチストリング型インバータを、その入力コネクタ間のブリッジに関する間違った情報に基づいて動作させると、それは同時に、最大供給可能電力と比べて大きなロスを生じる結果となる。間違った情報に基づいて長期間動作させると、少なくともインバータのＤＣ／ＤＣコンバータの耐用年数が制限されることが予測される。

国際公開第２００６／１３３７１４Ａ１号パンフレットが、少なくとも２つの電気装置の接続の型を決定する方法を開示している。ここでは、マルチストリング型インバータの入力コネクタのうちの１つにおける入力電圧は、対応付けられたＤＣ／ＤＣコンバータを適切にコントロールすることによって変えられ、他の入力コネクタにおける入力電圧が、同時に同一値の範囲で変わるかどうかが確認される。具体的には、それぞれの入力コネクタに接続されたストリングはこの目的のために、入力コネクタに対応付けられたＤＣ／ＤＣコンバータによって負荷がかけられている。異なる入力コネクタおよび対応付けられたＤＣ／ＤＣコンバータを使用してこの決定が繰り返されることが好ましい。さらに、この決定は、例えば、インバータを起動するたびに、またはインバータがＡＣ電力グリッドに電力供給を開始するたびに繰り返されてもよい。したがって、公知の方法によるストリングの接続の型の決定は、インバータの実際の動作の前に行われる。入力コネクタおよび対応付けられたＤＣ／ＤＣコンバータの数によっては、入力電圧が変わる１つの入力コネクタの組み合わせ、および他の入力コネクタのうちの１つで同時に観測された入力電圧の様々な組み合わせすべてを照会するのにしばらく時間がかかる場合がある。この決定の間、利用可能な最大電力は、ストリングから電圧リンクにはまだ供給されていない。これは、供給可能電力の大半がロスすることを意味するだけではなく、個々に負荷がかけられたそれぞれのストリング、あるいは個々に負荷がかけられた並列接続されたそれぞれのストリングのグループだけでは、ＡＣ電力グリッドに電力を供給するための負荷にまだ十分耐えられないので、インバータがそれぞれのＡＣ電力グリッドから分離されてしまうという好ましくない結果にもなりかねない。この場合には、インバータのＡＣ電力グリッドへの接続を追加で試みることになる。これらの試みによって、インバータとＡＣ電力グリッドとの間のＡＣ継電器に不必要に応力がかかるため、継電器の耐用年数が縮められる。

入力コネクタがブリッジ可能なマルチストリング型インバータを動作させる方法であって、電気エネルギー供給に多大なロスを生じずに、および／またはインバータの、ＡＣ電力グリッドへの接続を追加で試みることなしに、ストリング構成を決定することが可能な方法が依然として必要である。

本発明は、複数の入力コネクタを備えるインバータを動作させる方法であって、太陽光電池の複数のストリングが複数の入力コネクタに接続され、かつ、複数の入力コネクタのそれぞれが、ＤＣ／ＤＣコンバータを経由して共通のＤＣ電圧リンクに接続され、かつ、入力コネクタがブリッジ可能である方法を提供する。この方法は、個々のＤＣ／ＤＣコンバータを通って流れる部分電力を捕集するステップと、少なくともしばらくの間、ＤＣ／ＤＣコンバータのうちの少なくとも２つを、これらのＤＣ／ＤＣコンバータを通って流れる部分電流の均衡を維持する目的で動作させるか、またはＤＣ／ＤＣコンバータのうちの少なくとも２つを、入力コネクタとＤＣ電圧リンクとの間で連結接続させるかのいずれかのステップと、を含む。少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータを、それらを通って流れる部分電流の均衡を維持する目的で動作させるステップ、または少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータを連結接続させるステップの際に、少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータを通って流れる部分電力が、相互に比較される。少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータのうちの第１のＤＣ／ＤＣコンバータの部分電力と、第２のＤＣ／ＤＣコンバータの部分電力との間の差が、閾値を超過する場合には、異なるストリングが、少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータのうちの第１のＤＣ／ＤＣコンバータおよび第２のＤＣ／ＤＣコンバータを経由して、ＤＣ電圧リンクに接続されているという事実に適合させたやり方で、少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータのうちの第１のＤＣ／ＤＣコンバータおよび第２のＤＣ／ＤＣコンバータを、引き続き動作させる。

本発明は、太陽光電池の複数のストリングが接続される複数の入力コネクタであって、それぞれがＤＣ／ＤＣコンバータを経由して共通のＤＣ電圧リンクに接続され、かつ、ブリッジ可能であり、かつ、ＤＣ／ＤＣコンバータを動作させるコントローラを備える入力コネクタを備えるインバータをさらに提供する。このコントローラは、本発明の方法に従ってＤＣ／ＤＣコンバータを動作させるように構成される。

本発明の他の特徴および利点が、以下の図面および詳細な説明を検討すると、当業者には明確になるであろう。このような追加の特徴および利点がすべて、本明細書において、特許請求の範囲により規定されるように、本発明の範囲に含まれることが意図される。

本発明は、以下の図面を参照して、よりよく理解することができる。図面中の構成要素は必ずしも縮尺どおりではなく、むしろ、本発明の原理を明確に示すことに重きが置かれている。図面では、同様の参照番号は、いくつかの図全体にわたって対応する部分を指す。

図１は、太陽光電池の複数のストリングが接続されている、マルチストリング型インバータの概略図である。

本発明は、複数の入力コネクタを備えるインバータを動作させる方法であって、（ｉ）複数のストリングがこれらの入力コネクタに接続され、かつ、（ｉｉ）入力コネクタのそれぞれがＤＣ／ＤＣコンバータを経由して共通のＤＣ電圧リンクに接続され、かつ、（ｉｉｉ）入力コネクタが、ブリッジ可能である方法に関する。本発明によるこのインバータの動作では、個々のＤＣ／ＤＣコンバータを通って流れる部分電力が決定され、少なくともしばらくの間、ＤＣ／ＤＣコンバータのうちの少なくとも２つを、これらのＤＣ／ＤＣコンバータを通って流れる部分電流の均衡を維持する目的で動作させるか、または、これらのＤＣ／ＤＣコンバータを連結接続させてそれぞれの入力コネクタを共通のＤＣ電圧リンクに直接接続させる。つまり、この方法は、少なくとも開始時は、そして少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータに関しては、まったく同一のストリングが、これらのＤＣ／ＤＣコンバータを経由してＤＣ電圧リンクに接続されていると仮定している。この仮定を確認するために、少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータを通って流れる電流の均衡を維持するか、またはそれぞれの入力コネクタを共通のＤＣ電圧リンクに直接接続するかのいずれかの目的で、少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータを動作させる際に、これらの少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータを通って流れる部分電力が、相互に比較される。少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータのうちの第１のＤＣ／ＤＣコンバータおよび第２のＤＣ／ＤＣコンバータについて、それらを通って流れる部分電力の差が閾値を超過していることが認められる場合には、これは異なる、すなわちブリッジされていないストリングが第１のＤＣ／ＤＣコンバータおよび第２のＤＣ／ＤＣコンバータを経由してＤＣ電圧リンクに接続されていることに対する十分な判断基準であると見なされる。閾値と比較される、ＤＣ／ＤＣコンバータを経由して流れる部分電力の差は、理想的な場合にはゼロであるので、適用される閾値は本質的に測定精度限界を反映するものである。「異なる、すなわちブリッジされていないストリング」という表現における用語「異なる」は、まったく同一でないストリングをすべて指す。つまり、ストリングが、ブリッジされた入力コネクタに接続されていないという事実にもかかわらず、異なるストリングであると本明細書中で見なされるためには、これらのストリングが任意の特性あるいは特徴において異なっている必要はない。同様に、まったく同一のストリングではないストリングはすべて、本発明の明細書に記載する意味における、異なるストリングである。逆に、任意の特性あるいは特徴において異なっているストリングであっても、ブリッジされた入力コネクタに接続されるストリングは、本明細書中では異なるストリングとみなされるのではなく、同一のストリングとみなされる。

均衡を維持すべきＤＣ／ＤＣコンバータを通過する部分電流は、個々のＤＣ／ＤＣコンバータの入力電流または出力電流のいずれかであってもよい。入力電流は、太陽電池のストリングから個々のＤＣ／ＤＣコンバータへと流れ、一方出力電流は、個々のＤＣ／ＤＣコンバータからインバータの共通の電圧リンクへと流れる。ＤＣ／ＤＣコンバータが昇圧コンバータであるか、バックコンバータであるかどうかによって、（昇圧コンバータの場合の）入力電流の均衡を維持すること、または、（バックコンバータの場合の）出力電流の均衡を維持すること、すなわち均衡の維持を実行しているコントローラの入力値としてこれらの電流を使用することが有利である場合がある。

連結接続された、あるいは、非活動状態のＤＣ／ＤＣコンバータは、それぞれの入力コネクタをインバータの共通のＤＣ電圧リンクに直接、すなわち入力コネクタに存在する入力電圧を修正せずに、接続する。連結接続は、それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータの能動部品を迂回してもよいし、ある種のＤＣ／ＤＣコンバータ、例えばいわゆる高周波コンバータなどに関しては、迂回しなければならない。

個々のＤＣ／ＤＣコンバータを通って流れる部分電力を決定する目的で、個々の入力コネクタに存在する入力電圧および個々のＤＣ／ＤＣコンバータの入力電流を測定してもよい。部分電力はこれらの値の積である。入力コネクタにおける入力電圧は、何らかの方法で、ほとんどのインバータで測定されるが、個々のＤＣ／ＤＣコンバータを通って流れる部分電流として、入力電流の均衡を維持する際には、個々のＤＣ／ＤＣコンバータの入力電流がいずれにせよ必要である。

あるいは、個々のＤＣ／ＤＣコンバータを通って流れる部分電力を決定するために、個々のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流だけを測定してもよい。個々のＤＣ／ＤＣコンバータを通って流れる実際の部分電力は、これらの出力電流にＤＣ電圧リンクのリンク電圧を掛け算することによって算出されてもよい。しかしながら、中間リンク電圧の係数は部分電力のすべてに関して同一であるので、この実際の部分電力の算出は必要ではない。換言すれば、このＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を、ＤＣ／ＤＣコンバータを通って流れる部分電力の尺度として直接比較してもよい。

ＤＣ／ＤＣコンバータごとに１つの測定値だけで済む、さらなる選択肢が、入力電流の均衡を維持する目的で動作されるＤＣ／ＤＣコンバータのグループ内で利用可能である。この場合、それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータの入力電流は、均衡が維持されていることに起因して等しいと仮定され得る。部分電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電流および入力電圧の積であるので、入力電圧はしたがって、個々のＤＣ／ＤＣコンバータを通って流れる部分電力の直接の尺度である。したがってこの場合には、均衡が維持された入力電流が、ＤＣ／ＤＣコンバータのすべてに関して同一である部分電力の係数に寄与するだけなので、ＤＣ／ＤＣコンバータを通って流れる部分電力を比較するには、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧を比較することで十分である。

モニタされたＤＣ／ＤＣコンバータを、ＤＣ／ＤＣコンバータを通って流れる部分電流の均衡を維持する目的で動作させ、その目的のためにこれらの部分電流を何らかの方法で測定しなければならないときには、ＤＣ／ＤＣコンバータを通って流れる部分電力を最初に比較するために、個々のＤＣ／ＤＣコンバータを通る実際に測定された部分電流を比較してもよい。部分電流の均衡を維持するコントローラの限界を考慮して設定された閾値を超える差が除去できない場合には、これは、モニタされたＤＣ／ＤＣコンバータに、対応付けられた電圧とは無関係に、異なるストリングが接続されていることに対する十分な判断基準である。

少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータを通って流れる部分電力を比較することによって得られた現在のストリング構成に関する情報は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータおよび第２のＤＣ／ＤＣコンバータのさらなる動作において考慮される。これは具体的には、異なる、すなわちブリッジされていないストリングが第１のＤＣ／ＤＣコンバータおよび第２のＤＣ／ＤＣコンバータを経由して共通のＤＣ電圧リンクに接続されていることが明らかになった場合には、もはや第１のＤＣ／ＤＣコンバータおよび第２のＤＣ／ＤＣコンバータを通って流れる部分電流の均衡を維持しようとはしない、ということを意味する。均衡の維持は特に、同一のストリングが経由してＤＣ電圧リンクに接続される、複数のＤＣ／ＤＣコンバータを均等に使用する役割を果たす。したがって、均衡の維持は、実際に同一のストリングが複数のＤＣ／ＤＣコンバータに接続される場合にのみ適している。

他方では、異なるストリングが第１のＤＣ／ＤＣコンバータおよび第２のＤＣ／ＤＣコンバータを経由してＤＣ電圧リンクに接続されることを考慮して第１のＤＣ／ＤＣコンバータおよび第２のＤＣ／ＤＣコンバータを動作させる際に、接続されたストリングのＭＰＰを個々に追従するために、第１のＤＣ／ＤＣコンバータおよび第２のＤＣ／ＤＣコンバータを動作させてもよい。

ＤＣ／ＤＣコンバータを通ってＤＣ電圧リンクに流れる部分電流の均衡を維持する目的でＤＣ／ＤＣコンバータを動作させる際に、最初に２つよりも多くのＤＣ／ＤＣコンバータをこのように動作させることは本発明の範囲内である。次いで、ＤＣ／ＤＣコンバータを通って流れる部分電流および／または対応付けられた入力コネクタに存在する入力電圧を相互に比較して、ＤＣ／ＤＣコンバータの第１のグループおよび第２のグループでの異なる部分電流および／または入力電圧だが、それぞれのグループ内では同一の部分電流および入力電圧から、異なるストリングが、ＤＣ／ＤＣコンバータの第１のグループおよび第２のグループを経由して電圧リンクに接続されていると仮定してもよい。その後、ＤＣ／ＤＣコンバータの第１のグループおよび第２のグループを、現在のストリング構成に関するこれらの仮定に基づいて動作させてもよい。これはつまり、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータを通って流れる部分電流の均衡を維持する目的で、個々のグループ内のＤＣ／ＤＣコンバータを後で動作させるが、異なるグループに属するＤＣ／ＤＣコンバータに関しては、それ以上の均衡維持を試みないということであってもよい。個々のグループ内で引き続き均衡を維持しようとする場合でも、異なる部分電流および／または入力電圧がインバータの後続の動作で生じる場合があり、これらは、以前に確定されたグループ内においてさえ、異なるＤＣ／ＤＣコンバータが、異なるストリングを共通のＤＣ電圧リンクに接続していることを示すものである。その場合には、残っているそれぞれのグループ内で永久的な均衡維持が可能になるまで、またはグループが１つのＤＣ／ＤＣコンバータのみによって構成されるまで、これらのグループをさらに細分しなければならない。一般に、２つのストリングがブリッジされていない状態は、常に明白に、すなわちＤＣ／ＤＣコンバータを通って流れる異なる部分電力に基づいて、決定されることに留意しなければならない。これに対して、ＤＣ／ＤＣコンバータを通って流れる同一の部分電力は、１つの指標ではあるが、モニタされた２つのストリングがブリッジされた状態であることに対する十分な判断基準ではない。

例えば、少なくとも本質的に同一の特性を備えるストリングは、同一の動作条件または同一の動作環境の下で動作されるが、ストリングから流れる部分電流は、同一の入力電圧と均衡が維持されることがあるので、本発明による方法では長い間、異なるストリング、すなわちブリッジされていないストリングであると認識されない、という場合が起こり得る。しかしながら、この場合、ストリングの特性および、動作条件または動作環境が同一であることに起因して、ストリングのＭＰＰも同一になるので、これらのストリングを制御して、部分電流を均衡維持することにより同一の動作点で動作させても差支えない。換言すれば、本発明による方法は、複数の入力コネクタに一緒に接続される複数のストリングと、それぞれが個々に複数の入力コネクタのうちの１つに接続される複数のストリングとの差を認識することが、ストリングからの利用可能な電気エネルギーを最大にするために、もしくは他の理由のために適切である場合に、この差を認識するだけである。

この基本的考え方から始まって、ＤＣ／ＤＣコンバータを通って流れる部分電流の均衡を維持する目的で、最初にＤＣ／ＤＣコンバータすべてを動作させるか、または入力コネクタすべてを共通のＤＣ電圧リンクに直接接続することが可能である。その後にはじめて、必要に応じて、測定された部分電流および／または入力電圧に起因して異なる接続ストリングに対応付けられ、かつ、それゆえに例えば、ストリングの異なるＭＰＰ動作点にアプローチするためには異なる動作が適切になることを示すようなＤＣ／ＤＣコンバータの差が認識されることになる。

しかしながら本発明による方法は一般に、十中八九ブリッジされているストリング、もしくは確実にブリッジされていないストリングについて、他の方法にも基づいて最初の全体像を得ることを除外しない。したがって、最初に少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータを個々に動作させて、このＤＣ／ＤＣコンバータを経由して中間電圧リンクに接続されるストリングすべてに選択的に負荷をかけることは可能である。同時に、入力コネクタすべてに存在する入力電圧がモニタされ、後でそれらのＤＣ／ＤＣコンバータすべてを、対応付けられた入力コネクタでの入力電圧が、負荷に起因して同時に低下した、１つのグループにプールする。以下では、少なくともこのグループ内のそれらのＤＣ／ＤＣコンバータを、ＤＣ／ＤＣコンバータを通って流れる部分電流の均衡を維持する目的で動作させる。対応付けられた入力コネクタにおける入力電圧が、個々に動作されるＤＣ／ＤＣコンバータにおける入力電圧に同期して変化しないＤＣ／ＤＣコンバータを、個々に動作されるＤＣ／ＤＣコンバータとまったく同一のストリングに接続することはできない。同様に、これらのＤＣ／ＤＣコンバータを通って流れる部分電流の均衡を維持しようとしても無駄である。しかしながら、この方法はまた、本質的に等しく、かつ、それゆえに対応付けられたＤＣ／ＤＣコンバータの異なる動作が必要でないストリングの差を識別する。しかしながら、これらのＤＣ／ＤＣコンバータを独立して動作させることも、この場合には差し支えない。

十中八九ブリッジされているストリング、もしくは確実にブリッジされていないストリングについて最初に全体像を得るさらなる選択肢は、ストリングに負荷がかかっていない状態で無負荷電圧を測定することである。このとき、適切なスイッチング要素によってストリングをすべて最初にＤＣ／ＤＣコンバータから分離することが有利である。その後で、ストリングすべての無負荷電圧が測定され、それらのストリングは、同一の無負荷電圧を示すグループに一体化される。無負荷電圧が測定不確実性を越えて相違するストリングは、ブリッジすることができず、それゆえに共通のグループには属さない。この選択肢を適用する際には、ブリッジを経由して相互に接続するストリングもまた、開放スイッチング要素とブリッジされていると検知され得るように、スイッチング要素は、ストリングから見て、ブリッジする可能性がある位置の後方に位置するよう注意しなければならない。

本発明による方法において、まったく同一のストリングが、複数のＤＣ／ＤＣコンバータを経由してＤＣ電圧リンクに接続されていると決定されると、これらのＤＣ／ＤＣコンバータのうちの多数が電源オフになるので、残っているＤＣ／ＤＣコンバータは、最も効率よくストリングからＤＣ電圧リンクに電流を供給する。まったく同一のストリングに対してこの時点までに割り当てられた入力コネクタが、実際には同一のストリング、すなわち等しいストリングだけが接続される１つの入力コネクタを含んでいる場合には、第１のＤＣ／ＤＣコンバータが動作停止されると同時にこのことが認められる。少なくともこのときには、入力電圧の以前の対称性は失われているであろう。

本発明の方法では、どのＤＣ／ＤＣコンバータを経由して異なるストリングが共通のＤＣ電圧リンクに接続されているかに関する情報が格納されてもよい。その後、例えば、この情報を使用して、修正されたストリング構成の指標が表れるまでＤＣ／ＤＣコンバータを動作させてもよい。通常、インバータが閉鎖されるときにのみ、ストリング構成に対するそのような修正が見込まれる。同様に、どのＤＣ／ＤＣコンバータを経由して異なるストリングがＤＣ電圧リンクに接続されているかに関する情報は、インバータが閉鎖されるときに、取り消しまたは消去されてもよい。本発明の方法によれば、この情報は極めて迅速に再入手されるので、ストリングが修正されていない場合であっても、情報の取り消し、および再入手によって、まったくダメージを生ずることがない。

他方では、長時間にわたって最後に検知されたストリング構成に関する情報を格納したうえで、それでもなお、ストリング構成を決定する上記方法を、インバータの起動のたびに実行することが適切な場合がある。新たな結果を以前に格納された結果と比較するときに、差異によってストリング構成に対する修正が示される。この修正は、自発的に、例えば専門技術者によって、引き起こされていた可能性があるが、例えば破壊行動のような、好ましくない作用によるものである可能性もある。いずれの場合も、特に後者の場合には、検知されたストリング構成に対する修正を、例えばＧＳＭメッセージによって、インバータから測量ユニットに転送することは理にかなったことである。

本発明によるインバータは、インバータのコントローラが、本発明の方法に従ってインバータのＤＣ／ＤＣコンバータを動作させるように構成されることを特徴とする。

ここで、さらに詳しく図面を参照すると、図１は、ストリング１１〜１５が接続されているマルチストリング型インバータ１を概略的に示す。ストリング１１〜１５はそれぞれが、直列に接続された複数の太陽電池を備える。太陽電池は、さらに並列接続されてもよいし、またモジュールとしてグループ化されてもよい。ここでのストリング１１〜１５の数は、インバータ１の入力コネクタ２１〜２５の数に対応する。一般的には、入力コネクタ２１〜２５よりも多数のストリング１１〜１５があってもよい。さらに、ストリング１１〜１５は、ストリングの構造に関してだけでなく、その向きおよび全体的な動作環境に関しても、全体として同一の特性、または異なる特性を有してもよい。入力コネクタ２１〜２５のそれぞれには、この入力コネクタに存在する、インバータ１の入力電圧を測定するための電圧計３１〜３５が設けられる。さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１〜４５は、入力コネクタ２１〜２５の１つずつに割り当てられ、入力コネクタ２１〜２５を経由して、それぞれの入力コネクタがコンデンサ３を備える共通のＤＣ電圧リンク２に接続されている。ＤＣ電圧リンク２は、ＡＣ電流を出力するインバータ１のＤＣ／ＡＣコンバータ４の入力リンクである。図１では、インバータ１は、単相ＡＣ電流を出力する単相インバータとして図示される。しかしながら、インバータは多相インバータであってもよいし、多相インバータである場合が多いであろう。また、多相インバータは特に三相ＡＣ電流を出力してもよい。電圧計３１〜３５によって測定された入力電圧３６〜４０は、インバータ１のコントローラ５によって、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１〜４５の測定装置によって決定される部分電流４６〜５０とともに登録され処理される。部分電流４６〜５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１〜４５の入力電流または出力電流のいずれかであってもよい。そしてまた、コントローラ５は、制御信号５１〜５５をＤＣ／ＤＣコンバータ４１〜４５に出力する。

図１によれば、ストリング１１および１２が、共通の一対のコネクタ接続線を経由して入力コネクタ２１に直接接続されている一方で、ストリングは入力コネクタ２２には、直接接続されていない。ストリング１３〜１５はそれぞれ、自身のコネクタ接続線を経由して入力コネクタ２３〜２５に接続されている。さらに、入力コネクタ２１〜２３は、ブリッジされており、すなわちストリング１１〜１３とＤＣ／ＤＣコンバータ４１〜４３とが、ＤＣ電圧リンク２の上流ですでに並列接続されている。これは、ストリング１１〜１３のほぼ等しい特性に適している。これに対して、ストリング１４および１５は、相互に独立し合い、かつ、対応付けられたＤＣ／ＤＣコンバータ４４および４５を経由してＤＣ電圧リンク２に接続されている他のストリング１１〜１３からも独立している。なぜならストリング１４および１５は、例えば、互いに関して異なり、かつ、ストリング１１〜１３に関しても異なる特性を有するからである。

ストリング１１〜１５をＤＣ／ＤＣコンバータ４１〜４５から分離するために、スイッチ５６〜６５が、それぞれの入力コネクタ２１〜２５に対して設けられ、必要な場合に、ストリング１１〜１５の極すべてをＤＣ／ＤＣコンバータから分離する。場合によっては、ストリング１１〜１５の１つの極をＤＣ／ＤＣコンバータから分離すれば十分である。スイッチ５６〜６５は、個々のストリングが、経由して並列接続されるブリッジとＤＣ／ＤＣコンバータとの間に配置される。このようにして、スイッチ５６〜６５を動作させたときに、ブリッジによってもたらされる個々のストリングの並列接続が変わらないことが保証される。

コントローラ５は、このストリング構成を以下のように決定する。最初に、コントローラ５は、入力電圧３６〜４０に差があるかどうかを確認する。この確認は、開放スイッチ５６〜６５によって行われる。このようにして、入力電圧がストリング１１〜１５の真の無負荷電圧であることが保証される。これらの入力電圧に差がある場合には、異なる入力電圧が存在する入力コネクタに接続されたストリングは、まったく同一ではなく、異なっている。図１によるストリング構成では、これは、入力電圧３９および４０が、相互に異なり、かつ、入力電圧３６〜３８とも異なっている可能性があることを意味する。しかしながら、避け難い測定の不正確性はあるものの、入力電圧３６〜３８は、等しいであろう。入力電圧４０および入力電圧３９の両者は、逆に入力電圧３６〜３８に等しくなり得る。このことは、ストリング１１〜１５すべてが本質的に等しく、かつ本質的に等しい動作環境を有する場合に特に当てはまる。もしくはストリング１１〜１５すべてにまだ負荷をかけられていないことが原因でも当てはまる。

コントローラ５が異なる入力電圧３６〜４０を決定する限り、コントローラ５は、異なるグループに対してそれぞれの入力コネクタ２１〜２５を割り当てる。最初に同一の入力電圧３６〜４０を示す入力コネクタ２１〜２５の各グループ内では、コントローラ５は、次いでＤＣ／ＤＣコンバータ４１〜４５を適切に動作させることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１〜４５を通って流れる部分電流４６〜５０の均衡を維持しようとする。それぞれのグループのストリングが、対応付けられたＤＣ／ＤＣコンバータ４１〜４５に並列接続されて均等に負荷をかけると仮定すると、これは、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１〜４５の適切な動作である。この動作の結果、異なる入力電圧３６〜４０が生じる場合、もしくは等しい部分電流４６〜５０を調節することさえできない場合、すなわちいずれにしても等しい部分電力が個々のＤＣ／ＤＣコンバータを通って流れていない場合には、これはまたしても、依然としてまったく同一でないストリングが、それぞれのグループの入力コネクタを経由して共通のＤＣ電圧リンクに接続されていることを示している。同様に、部分電流４６〜５０の均衡を維持するためにコントローラ５によって動作されるＤＣ／ＤＣコンバータ４１〜４５のグループは、同一の入力電圧３６〜４０および同一の部分電流４６〜５０だけが、それぞれのグループ内で測定されるまで、さらに小さく細分される。

このことは、たとえストリング１１〜１３の個々ストリングが、例えば、日陰になっている場合でも、入力コネクタ２１〜２３および対応付けられたＤＣ／ＤＣコンバータ４１〜４３に関して当てはまる。なぜならストリング１１〜１３は、ブリッジされた入力コネクタ２１〜２３によって相互に接続されて１つの単位を形成するからである。これに対して、ストリング１４および１５は、異なる部分電圧３９および４０を生成し得る。特にストリング１４および１５のそれぞれのＭＰＰでは、異なる入力電流４９および５０もまた生成し得る。同様に、コントローラ５は、ストリング構成が決定されると、個々にＭＰＰを追従するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ４４および４５を動作させる。逆に、コントローラ５は、このストリング構成決定の後に、ストリング１１〜１３によって供給される少量の電力だけを使用して、例えば、対応するスイッチ５６〜６１を開放することによって、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１〜４３のうちの１つまたは２つのスイッチを切り、さらに高い稼働率、つまりさらに高い総合効率で、残りのＤＣ／ＤＣコンバータを動作させる。選択的に動作されるＤＣ／ＤＣコンバータの選択は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１〜４３すべてに均等に負荷または応力がかかるように、周期的に変更してもよい。

ここまで、インバータ１の動作において、１つのグループ内でＤＣ／ＤＣコンバータ４１〜４５を、どのように動作させて、これらのＤＣ／ＤＣコンバータを通って流れる部分電流４６〜５０の均衡が維持されるようにするかについて説明してきた。そのときに、このグループ内の個々の部分電力、すなわち入力電圧３６〜４０および／または部分電流４６〜５０が、測定の不正確性を考慮して異なっていることが認められる場合には、その入力電圧３６〜４０および／または部分電圧４６〜５０が、このグループ内の他のストリングのものと異なっているこれらのストリングは、他のストリングと並列接続されていないと結論づけられる。同様に、グループは各グループ内で、同一の部分電力すなわち同一の入力電圧３６〜４０および同一の部分電流４６〜５０を有するストリング１１〜１５またはＤＣ／ＤＣコンバータ４１〜４５だけが存在するようになるまで調節されるか、またはさらに小さく分けられる。

個々のＤＣ／ＤＣコンバータ、またさらにはＤＣ／ＤＣコンバータすべてを動作させるのではなく、連結接続させて、それぞれの入力コネクタが、共通のＤＣ電圧リンクに直接接続されるようにするときに、個々のＤＣ／ＤＣコンバータの部分電力を比較するのと同一の原理に基づいてストリング構成の分析を行ってもまたよい。この連結接続によって、ＤＣ／ＤＣコンバータを通って流れる電流を止めずに、ＤＣ／ＤＣコンバータを動作停止する。この目的のために、バックコンバータの場合と同様に、ＤＣ／ＤＣ回路を迂回させることが必要である場合がある。そのような連結接続は、例えば、入力電圧として存在するストリングの電圧が、インバータ１に接続されたＡＣ電力グリッドに電力をそのまま、つまり、これらの電圧を調節せずに供給するのに適切である場合に、起こり得る。またこの場合には、部分電力、すなわち入力電圧３６〜４０および部分電流４６〜５０、の比較をさらに使用して、ストリング１１〜１５または入力コネクタ２１〜２５および対応付けられたＤＣ／ＤＣコンバータ４１〜４５がすでにＤＣ電圧リンク２の上流で並列接続されているかどうか、もし並列接続されているのであれば、どのストリング１１〜１５、またはどの入力コネクタ２１〜２５および対応付けられたＤＣ／ＤＣコンバータ４１〜４５が、並列接続されているのかを決定してもよい。この場合、動作停止された、すなわち連結接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ４１〜４６に接続されたストリングの入力電圧は、リンク電圧に等しい。したがって、連結接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ４１〜４６を通って流れる個々の部分電流４６〜５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１〜４６を通って流れる部分電力の直接の尺度である。このように、他の部分電流４６〜５０と異なる部分電流は、接続されているストリングが、ストリングをＤＣ電圧リンク２に接続するＤＣ／ＤＣコンバータを通して等しい部分電流を生成する他のストリングと並列接続されていないことに対する十分な判断基準である。同様に、このとき、連結接続されたＤＣ／ＤＣコンバータを通って流れる同一の入力電圧３６〜４０および同一の部分電流４６〜５０を有するストリングだけが、各グループに残るように、ストリングのグループを分解することもまた可能である。

本発明の趣旨および原理から実質的に逸脱することなく、本発明の好ましい実施形態に多くの変更および修正が行われてもよい。このような修正および変更はすべて、本明細書において、以下の特許請求の範囲により規定されるように、本発明の範囲に含まれることが意図される。

１インバータ
２ＤＣ電圧リンク
３コンデンサ
４ＤＣ／ＡＣコンバータ
５コントローラ
１１ストリング
１２ストリング
１３ストリング
１４ストリング
１５ストリング
２１入力コネクタ
２２入力コネクタ
２３入力コネクタ
２４入力コネクタ
２５入力コネクタ
３１電圧計
３２電圧計
３３電圧計
３４電圧計
３５電圧計
３６入力電圧
３７入力電圧
３８入力電圧
３９入力電圧
４０入力電圧
４１ＤＣ／ＤＣコンバータ
４２ＤＣ／ＤＣコンバータ
４３ＤＣ／ＤＣコンバータ
４４ＤＣ／ＤＣコンバータ
４５ＤＣ／ＤＣコンバータ
４６部分電流
４７部分電流
４８部分電流
４９部分電流
５０部分電流
５１制御信号
５２制御信号
５３制御信号
５４制御信号
５５制御信号
５６スイッチ
５７スイッチ
５８スイッチ
５９スイッチ
６０スイッチ
６１スイッチ
６２スイッチ
６３スイッチ
６４スイッチ
６５スイッチ

Claims

複数の入力コネクタ（２１〜２５）を備えるインバータ（１）を動作させる方法であって、
太陽光電池の複数のストリング（１１〜１５）が前記複数の入力コネクタ（２１〜２５）に接続され、前記複数の入力コネクタ（２１〜２５）のそれぞれが、ＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を経由して共通のＤＣ電圧リンク（２）に接続され、かつ、前記入力コネクタ（２１〜２５）が、ブリッジ可能であり、前記方法が、
個々の前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を通って流れる部分電力を捕集するステップと、
少なくともしばらくの間、これら前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を通って流れる部分電流（４６〜５０）の均衡を維持する目的で、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）のうちの少なくとも２つを動作させるか、または、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）のうちの少なくとも２つを、前記入力コネクタ（２１〜２５）と前記ＤＣ電圧リンク（２）との間で連結接続するかのいずれかのステップと、を含み、
前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を通って流れる前記部分電流（４６〜５０）の均衡を維持する目的で、前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を動作させる際または、前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を連結接続する際に、前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を通って流れる前記部分電力が相互に比較され、かつ、
前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）のうちの第１のＤＣ／ＤＣコンバータおよび第２のＤＣ／ＤＣコンバータの前記部分電力間の差が、閾値を超過する場合に、異なるストリング（１１〜１５）が、前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）のうちの前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータおよび前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータを経由して、前記ＤＣ電圧リンク（２）に接続されているという事実に適合させたやり方で、前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）のうちの前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータおよび前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータを、引き続き動作させる、方法。
前記個々の入力コネクタ（２１〜２５）に存在する入力電圧（３６〜４０）および前記個々のＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）の入力電流が、前記個々のＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を通って流れる前記部分電力を捕集するために測定される、請求項１に記載の方法。
前記個々のＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）の出力電流が、前記個々のＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を通って流れる前記部分電力を捕集するために測定される、請求項１に記載の方法。
前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を通って流れる入力電流の均衡を維持する目的で、前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を動作させる際に、前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を通って流れる前記部分電力を比較するために、前記個々のＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）の入力電圧が測定され、かつ比較される、請求項１に記載の方法。
前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を通って流れる前記部分電流の均衡を維持する目的で、前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を動作させる際に、前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を通って流れる前記部分電力を最初に比較するために、前記個々のＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を通って流れる実際の前記部分電流（４６〜５０）が比較される、請求項１に記載の方法。
異なるストリング（１１〜１５）が、前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）のうちの前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータおよび前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータを経由して前記ＤＣ電圧リンク（２）に接続されているという事実に適合させて、前記第１および第２のＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を動作させる際に、前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）のうちの前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータおよび前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータがもはや、前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）のうちの前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータおよび前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータを通って流れる前記部分電流（４６〜５０）の均衡を維持する目的で動作されない、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
異なるストリング（１１〜１５）が、前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）のうちの前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータおよび前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータを経由して前記ＤＣ電圧リンク（２）に接続されているという事実に適合させて、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータおよび前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を動作させる際に、前記接続されたストリング（１１〜１５）のＭＰＰを別個に追従するために、前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）のうちの前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータおよび前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータを動作させる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
最初に、ＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）をすべて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を通って流れる前記部分電流（４６〜５０）の均衡を維持する目的で動作させるか、またはＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）をすべて連結接続させる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を、前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を通って流れる前記部分電流（４６〜５０）の均衡を維持する目的で動作させるか、または前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を連結接続させるかのいずれかのステップの前に、前記入力コネクタ（２１〜２５）のうちの少なくともいくつかに存在する入力電圧（３６〜４０）が、前記接続されたストリング（１１〜１５）に負荷がかかっていない状態で測定される方法であって、引き続き、対応付けられた前記入力コネクタ（２１〜２５）における測定された前記入力電圧（３６〜４０）が等しいＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）すべてを、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を通って流れる前記部分電流（４６〜５０）の均衡を維持する目的で動作させるか、または前記入力コネクタ（２１〜２５）と前記ＤＣ電圧リンク（２）との間で連結接続させる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を、前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を通って流れる前記部分電流（４６〜５０）の均衡を維持する目的で動作させるか、または前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を連結接続させるかのいずれかのステップの前に、少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を経由して前記ＤＣ電圧リンク（２）に接続される、ストリング（１１〜１５）のすべてに選択的に負荷をかけるために、前記少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を個々に動作させる、方法であって、入力コネクタ（２１〜２５）のすべてに存在する入力電圧（３６〜４０）がモニタされ、かつ、引き続き、対応付けられた前記入力コネクタ（２１〜２５）における前記入力電圧（３６〜４０）が、前記負荷の結果として低下したＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）すべてを、前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を通って流れる前記部分電流（４６〜５０）の均衡を維持する目的で動作させるか、または前記入力コネクタ（２１〜２５）と前記ＤＣ電圧リンク（２）との間で連結接続させる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
同一のストリング（１１〜１５）が、経由して前記ＤＣ電圧リンク（２）に接続される、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）のうちの多数の前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）が閉鎖されることで、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）のうちの残っているＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）が、最も効率よくこれら前記ストリング（１１〜１５）から前記ＤＣ電圧リンク（２）に電流を転送する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
どのＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を経由して、異なるストリング（１１〜１５）が前記ＤＣ電圧リンク（２）に接続されているかの情報が格納される、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
最後に格納された、どのＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を経由して、異なるストリング（１１〜１５）が前記ＤＣ電圧リンク（２）に接続されているかの情報を、前記インバータ（１）の前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を動作させるために使用する、請求項１２に記載の方法。
最後に決定された、どのＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を経由して、異なるストリング（１１〜１５）が前記ＤＣ電圧リンク（２）に接続されているかの情報を、以前に決定された情報と比較し、かつ、前記最後に決定された情報が、前記以前に決定された情報と異なっている場合に、警報信号を生成する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
太陽光電池の複数のストリング（１１〜１５）が接続され、それぞれがＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を経由して共通のＤＣ電圧リンク（２）に接続され、かつ、ブリッジ可能である複数の入力コネクタ（２１〜２５）であって、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を動作させるコントローラ（５）を備える複数の入力コネクタ（２１〜２５）を備えるインバータ（１）であって、前記コントローラ（５）が、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法に従って前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（４１〜４５）を動作させるように構成される、インバータ（１）。