JP6457533B2 - 短絡スイッチを使用して遮断緩和するための、光起電力インバータ用回路装置、および前記回路装置の使用 - Google Patents

Description

本発明は、独立特許請求項１の前提部の特徴を有する、光起電力インバータ用の回路装置に関する。さらに、本発明は、そのような回路装置の使用に関する。

複数のＤＣ／ＡＣ変換器が、入力側でそれぞれの断路器を介して共通のバスラインに接続されているのであれば、ＤＣ／ＡＣ変換器のうちの１つに、その接続ライン間の短絡につながる重大な不具合がある場合には、バスラインに接続されているすべての光起電力発生器によって生成された短絡電流は、母線と、不具合のあるＤＣ／ＡＣ変換器との間に設けられた断路器を介して流れる。断路器を用いて短絡電流を安全に中断することができるように、たとえ前記短絡電流が安定運転時に断路器を介して流れるＤＣ電流の倍数であっても前記短絡電流に対する断路器の限界ターンオフ容量を設計して、断路器によって遮断しなければならない。

光起電力発生器が経由してバスラインに接続されている可能性があるヒューズは通常、前述の場合において流れている短絡電流に応答しない。なぜなら、前記短絡電流は、それぞれの光起電力発生器の定格電流よりもわずかに大きいだけであるからである。

独国特許出願公開第１０２０１００１７７４６Ａ１号明細書は、光起電力インバータに接続された光起電力発生器を備える光起電力設備を開示している。光起電力インバータは、制御装置によって制御可能なＤＣ断路装置を備える。さらに、光起電力インバータは、光起電力発生器をＤＣ断路装置の上流側で短絡させることが可能な短絡装置であって、同様に制御装置によって制御可能な短絡装置を備える。ＤＣ断路装置は、光起電力発生器を、光起電力インバータのＤＣ／ＡＣ変換器から全極切断する継電器を備えることが可能である。短絡装置は、半導体スイッチを備えることが可能である。

独国特許出願公開第１０２００９０１９８３１Ａ１号明細書は、ＤＣ源、例えば光起電力発生器をＤＣ負荷、例えばインバータに電気的に結合するための回路装置を開示している。回路装置は、ＤＣ源によって生成されたＤＣ電流を受け取るための第１の電流入力ノードおよび第２の電流入力ノードと、生成されたＤＣ電流をＤＣ負荷に出力するための第１の電流出力ノードおよび第２の電流出力ノードと、第１の電流入力ノードと第１の電流出力ノードとの間、および／または第２の電流入力ノードと第２の電流出力ノードとの間に接続され、かつ、それぞれのノード間の電気的接続を中断する役割を果たしている切断手段と、第１の電流入力ノードと第２の電流入力ノードとの間に接続され、かつ、第１の電流入力ノードおよび第２の電流入力ノードを短絡させる役割をはたしている補助スイッチ手段と、を備える。短絡させるための前記補助スイッチ手段が閉じられている場合には、ＤＣ源は、したがって、短絡されている。これにより実現可能であるのは、負荷への電流がゼロまで減少するということである。ＤＣ源はＤＣ電流を生成し続けるが、短絡により、ＤＣ電流はもはや負荷に流れないか、または、せいぜい微量にしか流れない。次に、それぞれのノード間の電気的接続を中断するために、切断手段を開くことができる。その結果、特に多量のＤＣ電流であっても中断するという公知の課題は、この切断手段には生じない。もっと正確に言えば、無電流状態で切換えることが可能である。したがって、負荷の下での切り換えに適している必要がない安価な切断手段を使用することが可能である。独国特許出願公開第１０２００９０１９８３１Ａ１号明細書は、補助スイッチ手段によって短絡電流を安全に遮断するという問題に関係するものではない。

国際公開第２０１１／０２３７３２Ａ２号パンフレットは、太陽光モジュール用のバイパスおよび保護回路、ならびに太陽光モジュールを制御するための方法を開示している。バイパスおよび保護回路は、太陽光モジュールを接続するための入力部と、出力部と、出力部と並列に接続されたバイパス素子と、入力部と出力部との間に接続された切断素子と、入力部と並列に接続されたダイオードの形態をした保護素子と、を備える。この場合、切断素子は、バイパスおよび保護回路に割り当てられた太陽光モジュールが、全体的もしくは部分的に遮光されているかどうかに応じて、入力部と出力部との間の接続を制御するように構成されているか、またはＯＮもしくはＯＦＦに切り換わるように意図されている。切断素子は、スイッチを備え、バイパス素子は、スイッチが並列に接続されたダイオードを備える。バイパス素子は、太陽光モジュールから見たときに、切断素子の下流側に配置されている。継電器は、スイッチとして使用することができる。半導体部品が好適である。接続されている太陽光モジュールが遮光されている場合には、切断素子のスイッチが開かれ、バイパス素子のスイッチが閉じられている。

国際公開第２００４／０８２０９１Ａ１号パンフレットは、負荷を接続するための出力部に給電ネットワークを接続するための電子断路器を開示している。入力部と出力部との間に、断路器はヒューズと、半導体スイッチと、継電器と、からなる直列接続を備える。制御装置は、継電器の切り換えが実質的に無電圧で起こるように半導体スイッチを制御する。

独国特許出願公開第１０２０１０００７４５２Ａ１号明細書は、電気自動車分野で使用される断路器用の負荷緩和装置を開示しており、この負荷緩和装置では断路器が、電池と中間回路との間のガルバニック絶縁を行わなければならない。負荷緩和装置は、少なくとも１つの半導体スイッチを備える。電気的接続を切断するために、遮断される電流が、半導体スイッチを介して伝導される。次に、電圧の増加が低減された状態で、断路器が遮断される。

欧州特許出願公開第２１４８４１７Ａ１号明細書は、入力部で直列に接続された複数のＤＣ／ＡＣ変換器を備える光起電力発生器用のインバータ回路装置を開示している。光起電力発生器が、ＤＣ／ＡＣ変換器のこの入力側の直列接続部に接続されている。ＤＣ／ＡＣ変換器のそれぞれに対して、ブリッジスイッチが設けられている。ブリッジスイッチは、ＤＣ電圧中間回路に位置し、閉じた状態でそれぞれのＤＣ／ＡＣ変換器をブリッジする。抵抗チョッパが、各ブリッジスイッチと並列に接続されている。各抵抗チョッパは、制御可能な半導体スイッチと、抵抗チョッパと直列に接続された抵抗器と、抵抗器と並列に接続されたダイオードと、から構成されており、前記ダイオードの順方向は、前記ダイオードがフリーホイールダイオードの機能を果たすように、その半導体スイッチに対して反対方向である。ブリッジスイッチが開くと、ＤＣ／ＡＣ変換器の入力側のＤＣ電圧中間回路のキャパシタを放電するために、抵抗チョッパがクロック制御される。

本発明が対処する課題は、各ＤＣ／ＡＣ変換器と、バスラインとの間の断路器が、すべての接続された光起電力発生器の最大短絡電流よりも大幅に低い限界切断容量を有することが可能な光起電力インバータ用の回路装置であって、前記最大短絡電流が、ＤＣ／ＡＣ変換器のうちの１つだけを介して流れている場合には、それにもかかわらず安全に遮断することが可能な光起電力インバータ用の回路装置を提供するという課題である。さらに、この回路装置の有利な使用を実証することを目的する。

本発明が対処する課題は、独立特許請求項１の特徴を有する回路装置によって解決される。従属特許請求項２乃至１３は、本発明による回路装置の好適な実施形態を対象にしている。特許請求項１４乃至１８は、本発明による回路装置の好適な使用に関する。

本発明は、２つのバスラインと、少なくとも１つの光起電力発生器用の、バスラインへの入力端子と、バスラインに接続された少なくとも１つのＤＣ／ＡＣ変換器と、各ＤＣ／ＡＣ変換器とバスラインとの間のそれぞれの断路器と、バスラインの間の電圧を短絡させるための少なくとも１つの短絡経路であって、短絡スイッチを有する短絡経路と、を備える光起電力インバータ用の回路装置に基づく。本発明は、複数のＤＣ／ＡＣ変換器が互いに並列にバスラインに接続されている場合には、特に利点を有する。

本発明によれば、少なくとも１つの短絡経路が、すべての断路器の上流側のバスラインの間に延在する。バスラインの間の電圧を短絡させるための、少なくとも１つのさらなる短絡経路が存在する。少なくとも１つの短絡経路では、短絡スイッチは、ヒューズと直列に接続されている。

短絡スイッチのうちの少なくとも１つは、閉じるためにトリガ可能なサイリスタとすることができる。サイリスタは、多量の短絡電流を安全に切り換えることができる。この目的のために、少量のゲート電流だけで、サイリスタがトリガされ、すなわち、伝導性のある状態に切り換えられ、サイリスタを通って流れる保持電流を下回るまで、伝導性のある状態で存続する。すべての短絡経路の中に存在する短絡スイッチが、サイリスタであることが好ましい。

すべての断路器の上流側のバスラインの間の、少なくとも１つの短絡経路の中の短絡スイッチが、さらに電流制限素子と直列に接続されていることが好ましい。電流制限素子は、ここでは、短絡スイッチが閉じられると、短絡スイッチが伝導性になっている間、電流を制限する素子を意味すると理解されものとする。特に、電流制限素子は、インダクタ、例えば、軽微なオーム抵抗だけを有するダンピングインダクタである。しかしながら、原則として、電流制限素子は、オーム抵抗器とすることもまた可能である。少なくとも１つの短絡経路の中のヒューズおよび短絡スイッチが、高い通電電流に対処している場合には、電流制限素子を省略することが可能である。

すべての断路器の上流側のバスラインの間の、少なくとも１つの短絡経路の中の短絡スイッチと直列に接続されたヒューズは、ここでは、電流制限素子とは見なされない。もっと正確に言えば、ここでのヒューズは、遮断することによって過電流から保護する素子を意味する。特に、ヒューズは、すべての接続されている光起電力発生器の短絡電流を自動的に遮断するのに適した鉛ヒューズである。例えば、着火後に電流を中断する起爆装置を装備した、トリガ可能なヒューズが関与することもまたあり得る。

本発明による回路装置において、断路器のうちの１つを通る電流が、前記断路器の限界緩和容量を越えることが生じる場合には、短絡経路の中の短絡スイッチが閉じられ、短絡スイッチが伝導性になり、バスラインの間の電圧を短絡させるようにすることが可能である。この場合、すべての断路器の上流側のバスラインの間に延在し、ヒューズが短絡スイッチと直列に接続されている、少なくとも１つの短絡経路の中の短絡スイッチは、ヒューズに完全短絡電流が直ちに印加されないように、順番の最後に閉じることができる。当初は、本発明による回路装置の、断路器の上流側のバスラインの間に延在する少なくとも１つの短絡経路を介して、短絡電流の一部だけが流れることはむしろ好ましい。短絡スイッチがすべて閉じられ、その結果バスラインの間の電圧がゼロまで低下すると、断路器を安全に開くことができる。なぜなら、短絡電流が当初流れていた断路器の開閉接点の両端であっても、開放と同時に、もはや電圧は降下しないからである。その後、短絡電流は、断路器の上流側のバスラインの間に延在する、少なくとも１つの短絡経路に集められる。これは、前記短絡経路に配置されたヒューズがトリップして、短絡電流が必要以上に長時間の間流れないように、短絡電流を遮断する効果がある。すでに、短絡電流はあらかじめ他の経路を介してもまた流れているので、早すぎるヒューズのトリップが起こることはない。加えて、トリップの時に、鉛ヒューズには、典型的な時間遅延があり、ここではこの時間遅延を使用して、ヒューズを有し、断路器の上流側のバスラインの間に延在する短絡経路のうちの、少なくとも１つを通る電流が遮断される前に、断路器を開くことができる。

原則として、本発明による回路装置の、少なくとも１つのさらなる短絡経路は、断路器の上流側のバスラインの間に同様に延在することが可能である。しかしながら、前記少なくとも１つのさらなる短絡経路は、そしてすべての他のさらなる短絡経路もまた、各場合において、断路器のうちの１つの下流側の、かつ、関連するＤＣ／ＡＣ変換器の接続ラインの間に延在していることが好適である。結果として、これらのさらなる短絡経路は、閉じた短絡スイッチに向かい合う断路器を開くことによって作動停止され、断路器が開かれると、断路器が開かれた後にヒューズがトリップするように前記ヒューズが設けられている断路器の上流側の、少なくとも１つの短絡経路を介して全短絡電流が流れる。

断路器のうちの少なくとも２つの下流側に、さらなる短絡経路が、関連するＤＣ／ＡＣ変換器の接続ラインの間にそれぞれ延在していることが好ましい。断路器のそれぞれの下流側に、さらなる短絡経路が、関連するＤＣ／ＡＣ変換器の接続ラインの間にそれぞれ延在することが可能である。しかしながら、短絡経路の総数、およびしたがって、本発明による回路装置の短絡スイッチの総数は、並列に接続されているＤＣ／ＡＣ変換器の総数以下に維持されることが好ましい。

さらなる短絡経路のそれぞれにおいては、電流制限素子が、それぞれの短絡スイッチと直列に接続されていることが好ましい。この場合には、さらなる短絡経路のうちの少なくとも１つの中の電流制限素子が放電抵抗器であると、有利である。関連する短絡スイッチが閉じられると、すべてのＤＣ／ＡＣ変換器のすべての入力側中間回路キャパシタが、少なくとも実質的にそのサイズに応じて、前記放電抵抗器を介して放電される。結果として、本発明による回路装置の短絡スイッチは、基本的に小型化するように設計することができる。なぜなら、中間回路キャパシタに蓄積された電気エネルギーが、短絡スイッチにおいてではなく、放電抵抗器において熱に変換されるからである。

さらなる短絡経路のうちの少なくとも１つの中の電流制限素子がインダクタであると、特に好適である。一方では、インダクタは、インダクタと直列に接続された短絡スイッチに印加される最大電流を制限するが、他方では、放電抵抗器とは異なり、インダクタのオーム抵抗を無視することができるので、バスラインの間の電圧であって、短絡経路を介して短絡された電圧を、ゼロまたはゼロ付近まで下げることが可能である。

本発明による回路装置では、断路器の上流側に、短絡経路のうちの少なくとも１つと並列に、短絡経路のうちの少なくともさらなる１つが、バスラインの間に直接延在することが可能であり、短絡経路のうちの少なくとも１つのさらなる１つの中の短絡スイッチもまた、電流制限素子およびヒューズと直列に接続されている。ヒューズと直列に接続された短絡スイッチが、その時、ターンオフサイリスタとして、例えば、いわゆるゲートターンオフサイリスタ（ＧＴＯ：ｇａｔｅ ｔｕｒｎ−ｏｆｆ ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）の形態で具体化されている場合には、断路器が開かれた後に、断路器と直列に接続されたヒューズがトリップする前であっても、それらを再びＯＦＦに切り換えることが可能である。ターンオフサイリスタを有する複数の、並列接続された短絡経路は、任意に大きなサイズのＧＴＯが使用可能ではないので、そしてその上、この場合にはヒューズの大きさの設定が簡単になるので、ここでは好都合である。

本発明による回路装置の、さらなる具体的な実施形態では、複数の短絡経路が、断路器の上流側のバスラインの間に延在し、これら複数の短絡経路のそれぞれにおいて、短絡スイッチが、電流制限素子およびトリガ可能なヒューズと直列に接続されている。バスラインの間の電圧を短絡させるために、短絡スイッチのうちの１つがそれぞれ閉じられる。前記短絡スイッチと直列に接続されたヒューズは、断路器が開かれて、阻止することが可能になると、トリガされる。断路器は、断路器の接点間の空気または保護気体が十分に脱イオン化されたときに、阻止することが可能になる。この目的のために、ヒューズは十分に遅延してトリガしなければならない。ヒューズのトリガの後に、それぞれの短絡経路は使い果たされるが、回路装置の取り替えによるメンテナンス、または、少なくともトリガされたヒューズのリセットが必要になる前に、少なくとも１つのさらなる短絡経路を使用して、前述した一連のステップを繰り返すことが可能である。

本発明による回路装置の断路器は、ＤＣ／ＡＣ変換器をバスラインから全極切断することが好ましい。しかしながら、単極切断を行うこともまた可能である。さらに、ＤＣ／ＡＣ変換器は、それらの出力側に、共通のＡＣ接触器または個々のＡＣ接触器を介してグリッド接続に接続可能であることが好ましい。本発明による回路装置の短絡スイッチが閉じられる前に、すべてのＡＣ接触器が開かれることが好ましい。

本発明による回路装置の、本発明による使用の必須の特徴は、伝導性のある短絡スイッチの場合には、断路器が開かれることである。しかしながら、断路器が開かれる場合には必ず、短絡スイッチが事前に閉じられることが必要であるとは限らない。むしろ、断路器を開くために短絡スイッチをこのように閉じることは、断路器のうちの少なくとも１つの限界切断電流を超過するＤＣ電流が、バスラインから、接続されているＤＣ／ＡＣ変換器のうちの少なくとも１つに流れるような場合に限ることも可能である。バスラインから、接続されているＤＣ／ＡＣ変換器に流れる電流は、何れにせよ光起電力インバータに関して規則的に監視される。

短絡スイッチが閉じられると、すべての断路器の上流側のバスラインの間に延在し、かつ、ヒューズがその中で短絡スイッチと直列に接続され、短絡スイッチと直列に接続されたヒューズを同様に有する各さらなる短絡経路が直接並列に接続されている、少なくとも１つの短絡経路の中の短絡スイッチが、最後に、すなわち、ＤＣ／ＡＣ変換器の断路器の下流側に延在している、すべての他の短絡経路の中のすべての短絡スイッチが閉じられた後にはじめて閉じられると好適である。さらに、短絡経路の中の放電抵抗器と直列に接続されている各短絡スイッチが、最初に、すなわち、すべての他の短絡スイッチが閉じられる前に閉じられると好適である。

本発明の有利な展開は、特許請求項、明細書、および図面より明らかとなる。本明細書で言及されている特徴、および、複数の特徴の組み合わせの利点は、例示に過ぎず、本発明による実施形態によって利点を達成することを必ずしも必要とせずに代替的または累積的にもたらされてもよい。これにより、添付の特許請求項の主題を変更することなく、原出願の明細書および、特許明細書の開示内容は、以下のことが当てはまる。さらなる特徴は図面から、特に、複数の構成要素の、図示された相対配置および連動から推察することができる。特許請求項の選択された従属的な参照から逸脱しつつ、本発明の様々な実施形態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、本明細書によって示唆されている。このことは、別個の図面に図示された、または明細書に言及された、そのような特徴にも関係する。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また可能である。本発明のさらなる実施形態に対する特許請求項において示された特徴を省略することも同様に可能である。

特許請求項および本明細書で言及された特徴は、それらの数に関して、正確にこの数または、言及された数よりも大きな数が存在しているように理解されるものとし、副詞「少なくとも」を使用してはっきりと表現する必要はない。したがって、例えば、１つの要素が言及される場合には、これは正確に１つの要素、または２つの要素もしくは２つを超える数の要素が存在していると理解されるものとする。にもかかわらず、本明細書において副詞「少なくとも」が使用される限りにおいては、それは複数の要素が存在する可能性があり得ることを示す。これらの要素は他の特徴によって補足されてもよいし、もしくはそれぞれの産物が備える唯一の特徴とすることができる。

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を限定するものではない。それらは単に、特許請求項を理解し易くする目的を果たすにすぎない。

図に示される好適な例示的実施形態に基づいて、本発明を以下においてさらに説明し、記述する。

図１は、短絡スイッチをそれぞれが備える、構成の異なる３つの短絡経路を備える、本発明による光起電力インバータ用の回路装置の第１の実施形態を概略的に示す。 図２は、短絡スイッチをそれぞれが備える、３つの短絡経路を同様に備える、本発明による回路装置の第２の実施形態を示し、ここでは、この短絡経路のうちの、同一の構造を有する２つが、バスラインの間に直接並列に接続されている。 図３は、４つの短絡経路を備える本発明による回路装置のさらなる実施形態を示し、このうちの３つが、同一の構造を有し、各場合において、光起電力インバータの３つのＤＣ／ＡＣ変換器のうちの１つの、前記ＤＣ／ＡＣ変換器の断路器の下流側の接続ラインの間に配置されている。 図４は、バスラインの間に直接並列に接続され、かつ、短絡スイッチと並んだトリガ可能なヒューズをそれぞれが備える３つの短絡経路を備える、本発明による回路装置のさらに別の実施形態を示す。

図１は、本発明に必須の光起電力インバータ１用の回路装置の各部分を概略的に図示する。光起電力インバータ１は、追加の構成要素部分もまた備える。それらはここでは特に詳細には説明しないが、当業者の技術的知見に従って、当業者によって補足される。追加の構成要素部分には、例えば、光起電力インバータ１が出力端子３を介してＡＣグリッド４に接続可能である、光起電力インバータ１の出力部２における正弦波フィルタなどがある。

光起電力インバータ１は、その入力部５に、光起電力発生器７を接続するための入力端子６を備える。インバータ１の１つの実施形態では、入力端子６は、１つの光起電力発生器７に対してそれぞれ設けられる。さらなる光起電力発生器７に対するさらなる入力端子６もまた、ここでは破線によって示されている。接続されている光起電力発生器７の数は、３つ以上の場合もまたあり得る。互いに並列に、入力端子６が、光起電力インバータ１の２つのバスライン８および９につながっている。複数のＤＣ／ＡＣ変換器１０が、各場合において互いに並列に、１対の接続ライン１３および１４を介して前記バスライン８および９に接続されている。図１および以降の各図では、３つのＤＣ／ＡＣ変換器１０が図示されている。しかしながら、ＤＣ／ＡＣ変換器１０の数は、ちょうど１つ、もしくはちょうど２つ、または４つ以上である場合もまたあり得る。全極切断を行う断路器１１が、ＤＣ／ＡＣ変換器１０のそれぞれに対して設けられ、この断路器１１によって、それぞれのＤＣ／ＡＣ変換器を、バスライン８および９から切断することができる。さらに、入力側に中間回路キャパシタ１２が、各ＤＣ／ＡＣ変換器１０に対して設けられており、前記中間回路キャパシタは、バスライン８および９から見て、それぞれの断路器１１の下流側の、ＤＣ／ＡＣ変換器の接続ライン１３および１４の間に接続されている。

ＤＣ／ＡＣ変換器１０のうちの１つに重大な不具合が生じて、前記不具合により前記ＤＣ／ＡＣ変換器の接続ライン１３および１４が短絡すると、出力側のＡＣ接触器１５を開くことによって、光起電力インバータ１が最初にＡＣグリッド４から切断され、ＤＣ／ＡＣ変換器１０が遮断される。この重大な不具合のために、遅くともその時には、入力端子６を介してバスライン８および９に接続されているすべての光起電力発生器７からの短絡電流はすべて、関連する断路器１１を介して、不具合のあるＤＣ／ＡＣ変換器との間を行き来している。したがって、原則として、断路器１１の限界切断容量を、通常運転の際に生じる電流に対してだけでなく、このかなり高い短絡電流を遮断することもまた可能であるように設計することが必要となろう。図１による光起電力インバータ１の場合では、トリガ可能なサイリスタの形態をした短絡スイッチ１９が配置された短絡経路１６〜１８が、この代わりに設けられており、この短絡経路１６〜１８を用いて、たとえ断路器１１の限界切断容量が大幅に低い場合、例えば、定格電流程度の大きさである場合であっても、前述の不具合状況において、短絡電流を安全に遮断することが可能である。

短絡経路１６〜１８のうちの１つ、具体的には短絡経路１８は、バスライン８と９との間に直接接続されており、前記短絡経路では、鉛ヒューズ２５の形態をしたヒューズ２０、およびインダクタ２１が、短絡スイッチ１９と直列に接続されている。他の２つの短絡経路１６および１７は、ここでは各場合において、バスライン８および９から見て、断路器１１の下流側の、関連するＤＣ／ＡＣ変換器１０の接続ライン１３と１４との間に延在している。この場合、短絡経路１６では、インダクタ２１が、短絡スイッチ１９と直列に接続されている一方で、短絡経路１７では、放電抵抗器２２が、そこで短絡スイッチ１９と直列に接続されている。

ＡＣ接触器１５を開いてＤＣ／ＡＣ変換器１０を遮断した後に、ＤＣ／ＡＣ変換器のうちの１つの重大な不具合の場合に短絡電流を停止するために、最初に、短絡経路１７の中の短絡スイッチ１９が閉じられる。その結果、すべてのＤＣ／ＡＣ変換器１０の中間回路キャパシタ１２が、放電抵抗器２２を介して放電される。この場合、中間回路キャパシタ１２に蓄積されたエネルギーは、放電抵抗器２２内で熱に変換される。その後に、最初に、短絡経路１６の中の短絡スイッチ１９がさらに閉じられ、次に、短絡経路１８の中の短絡スイッチ１９もまた閉じられる。結果として、バスライン８と９との間の電圧は、短絡経路１７の放電抵抗器２２を介して可能であるよりもさらに低下する。この手順方法の場合には、ヒューズ２０には、その時点ではまだ、バスライン８および９に接続された光起電力発生器７の完全短絡電流が印加されていない。なぜなら、この短絡電流は、依然としてすべての短絡経路１６〜１８にわたって分けられており、特に、短絡経路１６および１８、すなわち、放電抵抗器２２のない短絡経路にわたって分けられているからである。個々の短絡スイッチ１９が閉じられると、放電抵抗器２２またはインダクタ２１の何れかが、それぞれの短絡経路１６、１７または１８を通って流れる電流が当初過度に増大するのを防ぐ。

バスライン８と９との間の電圧が、短絡経路１６〜１８によってゼロに向けて低下しだすと、たとえそれらの限界切断容量が、それぞれのＤＣ／ＡＣ変換器１０の定格電流にしか相当していなくても、あるいはそれよりも低い場合でさえも、断路器１１を安全に開くことができる。具体的に言えば、断路器１１が負荷断路器である必要がない。

短絡経路１６または１７が下流側に配置されているすべての断路器１１、または、この場合には不具合のあるＤＣ／ＡＣ変換器１０につながるすべての断路器１１が開かれると、バスライン８および９に接続された光起電力発生器７の全短絡電流が、短絡経路１８を介して、したがって鉛ヒューズ２５を通って流れる。鉛ヒューズ２５は、この完全短絡電流の場合にトリップするように、したがって、短絡経路１８を中断するように大きさが設定されている。短絡電流は、このようにして最終的に停止される。鉛ヒューズ２５は、完全短絡電流に対する応答挙動に関しては、すべての断路器１１がその切断区間領域において、光起電力発生器７の開放電圧が存在する結果として、開閉接点間で再び伝導性にならない程度まで脱イオン化されるような時間だけ遅延してトリップするように設計されている。

本発明による、光起電力インバータ１の回路装置は、図２によれば、短絡経路１７および１８に関して、図１による回路装置とは異なっている。この点に関して、図１による短絡経路１６は、ここでは省略されている。他方では、同一に設計された、さらなる短絡経路１８が、バスライン８と９との間に直接短絡経路１８と並列に接続されている。これらの２つの短絡経路１８の短絡スイッチ１９は、いわゆるＧＴＯ２３の形態をしたターンオフサイリスタとして具体化されている。このようにして、ＧＴＯ２３がＯＦＦに切り換わることによって、ヒューズ２０がトリップしなくても、断路器１１が開かれた後に短絡電流を停止することが可能である。この場合、並列に接続された短絡経路１８は、任意に大きなサイズのＧＴＯ２３が使用可能ではないので、また、断路器１１が開かれた後に２つの短絡経路１８の間に流れる短絡電流を分けることにより、ヒューズ２０の設計が簡素化されるので、好都合である。それと同時に、ここでは事前に除去されている図１による短絡経路１６は、短絡経路１８が閉じられる前に、短絡経路１７が先に閉じられた後でバスライン８と９との間の電圧をさらに下げるのに用いられ、また、断路器１１が開かれる前に、短絡経路１７よりも大きな割合の短絡電流を取り込むが、この短絡経路１６を省略することもまた、さらに容易にできるようになる。さらに、図２による断路器１１は、ＤＣ／ＡＣ変換器１０を単極だけ、バスライン８および９から、特にバスライン９から切断する。

図３による光起電力インバータ１の回路装置の実施形態の場合には、図１による実施形態に対比して、放電抵抗器２２を有する短絡経路１７が省略されている。その代わりに、すべての断路器１１の下流側、および関連するＤＣ／ＡＣ変換器１０の上流側に、短絡経路１６が接続ライン１３と１４との間に接続されており、各短絡経路１６では、インダクタ２１が短絡スイッチ１９と直列に接続されている。最初に、短絡経路１６の短絡スイッチ１９が閉じられているのであれば、短絡電流および中間回路キャパシタ１２に蓄積されたエネルギーは、これらの短絡経路１６の間で分配される。次に、短絡経路１８の中の短絡スイッチ１９が閉じられた後であれば、直列に接続されたヒューズ２０は、直ちに完全短絡電流による負荷がかかるのではなく、断路器１１が開かれた後にはじめて負荷がかかる。短絡電流を停止するために、この時点で、断路器１１の切断区間が十分に脱イオン化され次第、ヒューズ２０がトリップして、切断区間が、もはや決して伝導性になり得ないようにすることが望ましい。

図４による光起電力インバータ１用の回路装置の実施形態の場合には、図１による例示的な実施形態とは対照的に、断路器１１のうちの１つの下流側、および関連するＤＣ／ＡＣ変換器１０の上流側に、短絡経路１６も、短絡経路１７も、何れも設けられていない。ここでは、複数の短絡経路１８、具体的には本例では３つの短絡経路１８だけが、バスライン８と９との間に直接接続されている。短絡経路１８のそれぞれにおいて、ヒューズ２０としてのトリガ可能なヒューズ２４が、インダクタ２１および短絡スイッチ１９と直列に接続されている。バスライン８および９の短絡をともなう重大な不具合が発生すると、ＤＣ／ＡＣ変換器１０のうちの１つによって、そして関連する断路器１１を介して、ＡＣ接触器１５が開かれて、すべてのＤＣ／ＡＣ変換器１０が遮断された後に、短絡経路１８のうちの１つの短絡スイッチ１９が閉じられる。バスライン８および９が、抵抗が低い短絡経路１８を介して短絡されることにより、バスライン８と９との間の電圧が結果として低下すると、断路器１１が開かれる。断路器１１が開かれてから時間が十分経過した後に、それら断路器１１の開閉接点間の区間が、もはや決して伝導性になり得ないようにするために、この時全短絡電流を運搬している短絡経路１８のヒューズ２０が、トリガされて短絡電流を停止する。その後、この短絡経路は、そのヒューズ２０が交換されるまで使い果たされる。しかしながら、並列の短絡経路１８が、短絡電流を新たに安全に遮断するために依然として使用可能である。

１ 光起電力インバータ
２ 出力部
３ 出力端子
４ ＡＣグリッド
５ 入力部
６ 入力端子
７ 光起電力発生器
８ バスライン
９ バスライン
１０ ＤＣ／ＡＣ変換器
１１ 断路器
１２ 中間回路キャパシタ
１３ 接続ライン
１４ 接続ライン
１５ ＡＣ接触器
１６ 短絡経路
１７ 短絡経路
１８ 短絡経路
１９ 短絡スイッチ
２０ ヒューズ
２１ インダクタ
２２ 放電抵抗器
２３ ＧＴＯ
２４ トリガ可能なヒューズ
２５ 鉛ヒューズ

Claims (16)

1. −２つのバスライン（８、９）と、
   −少なくとも１つの光起電力発生器（７）を前記バスライン（８、９）に接続するための入力端子（６）と、
   −前記バスライン（８、９）に接続された少なくとも１つのＤＣ／ＡＣ変換器（１０）と、
   −各ＤＣ／ＡＣ変換器（１０）と前記バスライン（８、９）との間のそれぞれの断路器（１１）と、
   −前記バスライン（８、９）の間の電圧を短絡させるための少なくとも１つの短絡経路（１８）であって、短絡スイッチ（１９）が中に配置されている短絡経路（１８）と、
   を備える光起電力インバータ（１）用の回路装置において、
   −前記少なくとも１つの短絡経路（１８）が、すべての断路器（１１）の上流側の前記バスライン（８、９）の間に延在し、
   −ここで、前記バスライン（８、９）の間の、前記少なくとも１つの短絡経路（１８）の中の前記短絡スイッチ（１９）が、ヒューズ（２０）と直列に接続され、かつ、
   −前記バスライン（８、９）の間の前記電圧を短絡させるための少なくとも１つのさらなる短絡経路（１６、１７）が存在し、ここで、短絡スイッチ（１９）が、前記少なくとも１つのさらなる短絡経路の中に同様に配置されており、
   前記少なくとも１つのさらなる短絡経路（１６、１７）が、前記断路器（１１）の下流側の、前記少なくとも１つのＤＣ／ＡＣ変換器（１０）の接続ライン（１３、１４）の間に延在していることを特徴とする回路装置。
2. 請求項１に記載の回路装置において、すべての前記短絡経路（１６〜１８）の中の前記短絡スイッチ（１９）が、サイリスタであることを特徴とする回路装置。
3. 請求項１または２に記載の回路装置において、前記バスライン（８、９）間の前記少なくとも１つの短絡経路（１８）の中の前記短絡スイッチ（１９）が、さらに電流制限素子と直列に接続されていることを特徴とする回路装置。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の回路装置において、少なくとも２つのＤＣ／ＡＣ変換器（１０）が、前記バスライン（８、９）に接続され、かつ、前記少なくとも２つのＤＣ／ＡＣ変換器（１０）の前記断路器（１１）のうちの少なくとも２つの下流側に、各場合において、前記さらなる短絡経路（１６、１７）のうちの１つが、関連するＤＣ／ＡＣ変換器（１０）の前記接続ライン（１３、１４）の間に延在していることを特徴とする回路装置。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の回路装置において、各断路器（１１）の下流側に、前記さらなる短絡経路（１６、１７）のうちの１つが、関連する前記ＤＣ／ＡＣ変換器（１０）の前記接続ライン（１３、１４）の間に延在していることを特徴とする回路装置。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の回路装置において、各さらなる短絡経路（１６、１７）において、電流制限素子が、それぞれの前記短絡スイッチ（１９）と直列に接続されていることを特徴とする回路装置。
7. 請求項６に記載の回路装置において、前記さらなる短絡経路のうちの少なくとも１つ（１７）の中の前記電流制限素子が、前記ＤＣ／ＡＣ変換器（１０）の入力側中間回路キャパシタ（１２）用の放電抵抗器（２２）であることを特徴とする回路装置。
8. 請求項６または７に記載の回路装置において、前記さらなる短絡経路のうちの少なくとも１つ（１６）の中の前記電流制限素子が、インダクタ（２１）であることを特徴とする回路装置。
9. 請求項１乃至８の何れか１項に記載の回路装置において、第２のさらなる短絡経路（１８）が、すべての前記断路器（１１）の上流側の、前記バスライン（８、９）間の前記少なくとも１つの短絡経路（１８）と並列に延在し、ここで、前記第２のさらなる短絡経路（１８）の中の前記短絡スイッチ（１９）もまた、ヒューズ（２０）と直列に接続されていることを特徴とする回路装置。
10. 請求項１乃至９の何れか１項に記載の回路装置において、各断路器（１１）が、関連する前記ＤＣ／ＡＣ変換器（１０）を前記バスライン（８、９）から全極切断することを特徴とする回路装置。
11. 請求項１乃至１０の何れか１項に記載の回路装置において、すべてのＤＣ／ＡＣ変換器（１０）が、それらの出力側に、共通のＡＣ接触器（１５）を介してＡＣグリッド（４）に対する出力端子（３）に接続可能であるか、または各ＤＣ／ＡＣ変換器（１０）が、その出力側で専用のＡＣ接触器を介してＡＣグリッド（４）に対する出力端子（３）に接続可能であることを特徴とする回路装置。
12. 請求項１乃至１１の何れか１項に記載の光起電力インバータ（１）用の回路装置の使用において、短絡スイッチ（１９）を導通させた場合に、すべての前記断路器（１１）が開かれることを特徴とする使用。
13. 請求項１乃至１１の何れか１項に記載の光起電力インバータ（１）用の回路装置の使用において、前記バスライン（８、９）から前記少なくとも１つのＤＣ／ＡＣ変換器（１０）に、前記断路器（１１）の限界切断容量を超過するＤＣ電流が流れると、前記少なくとも１つのＤＣ／ＡＣ変換器（１０）の前記断路器（１１）が、短絡スイッチ（１９）を導通させた場合には、開かれることを特徴とする使用。
14. 請求項１２または１３に記載の使用において、すべての断路器（１１）の上流側の、前記バスライン（８、９）間のすべての短絡経路の中のすべての短絡スイッチ（１９）が、すべての断路器（１１）の下流側の、関連する前記ＤＣ／ＡＣ変換器（１０）の前記接続ライン（１３，１４）間のすべての短絡経路の中のすべての短絡スイッチ（１９）が閉じられた後にはじめて閉じられることを特徴とする使用。
15. 請求項７に記載の回路装置の請求項１２または１３に記載の使用において、前記さらなる短絡経路（１７）のうちの１つの中の、放電抵抗器（２２）と直列に接続された各短絡スイッチ（１９）が、すべての他の短絡スイッチ（１９）が閉じられる前に、閉じられることを特徴とする使用。
16. 請求項１１に記載の回路装置の請求項１２乃至１５の何れか１項に記載の使用において、前記短絡スイッチ（１９）が閉じられる前に、前記ＡＣ接触器（１５）が遮断されることを特徴とする使用。

Images