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特開2024-40384光発電システムの保護装置及び保護方法並びに光発電システム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024040384
(43)【公開日】2024-03-25
(54)【発明の名称】光発電システムの保護装置及び保護方法並びに光発電システム
(51)【国際特許分類】
   H02J 1/00 20060101AFI20240315BHJP
【FI】
H02J1/00 309P
H02J1/00 310J
【審査請求】有
【請求項の数】14
【出願形態】OL
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2024019655
(22)【出願日】2024-02-13
(62)【分割の表示】P 2021572645の分割
【原出願日】2021-03-16
(31)【優先権主張番号】PCT/CN2020/084500
(32)【優先日】2020-04-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(71)【出願人】
【識別番号】521467113
【氏名又は名称】華為数字能源技術有限公司
【氏名又は名称原語表記】HUAWEI DIGITAL POWER TECHNOLOGIES CO., LTD.
【住所又は居所原語表記】Office 01, 39th Floor, Block A, Antuoshan Headquarters Towers, 33 Antuoshan 6th Road, Futian District, Shenzhen, 518043, P.R.C.
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(74)【代理人】
【識別番号】100133569
【弁理士】
【氏名又は名称】野村 進
(72)【発明者】
【氏名】▲張▼ 秀▲鋒▼
(72)【発明者】
【氏名】▲張▼ 彦忠
(57)【要約】
【課題】光発電システムの保護装置及び保護方法は、光発電技術の分野に関する。
【解決手段】保護装置はインタフェイス、保護スイッチ、直流母線及びコントローラを含む。本装置はインタフェイスを用いて少なくとも2つの光起電力部に接続され、少なくとも2つの光起電力部は直流母線に装置内で接続されて少なくとも2つのブランチを形成し、各ブランチは少なくとも1つの光起電力部に接続される。保護スイッチは、最大3つの光起電力部が並列に直接接続されるのを可能にするように、直流母線から光起電力部の全部又は一部を切断するように構成される。本装置に係れば、光発電システムに障害があるときに電力損失を小さくしつつ光起電力部とラインとが効果的に保護されることが可能である。
【選択図】図6A
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光発電システムに適用される前記光発電システムの保護装置であって、前記装置はインタフェイス、保護スイッチ、直流母線及びコントローラを備え、
前記装置は前記インタフェイスを用いて少なくとも2つの光起電力部に接続され、前記少なくとも2つの光起電力部は前記直流母線に前記装置内で接続されて少なくとも2つのブランチを形成し、各ブランチは少なくとも1つの光起電力部に接続され、
前記保護スイッチは、最大3つの光起電力部が並列に直接接続されるのを可能にするように、前記直流母線から前記光起電力部の全部又は一部を切断するように構成され、
前記コントローラは、前記ブランチのパラメータ検出値又は前記直流母線のパラメータ検出値に基づいて、前記光発電システムに障害があると判断する場合に、開放状態になるように前記保護スイッチを制御するように構成される、
保護装置。
【請求項2】
前記パラメータ検出値が逆電流値であり、前記コントローラは、ブランチの逆電流値が第1の電流値を超えるときに、前記光発電システムに障害があると判断するように特に構成される、請求項1に記載の装置。
【請求項3】
前記装置は前記インタフェイスを用いて少なくとも3つの光起電力部に接続され、最大2つの光起電力部が前記直流母線に並列に直接接続され、それ以外の各光起電力部と少なくとも1つの保護スイッチとが直列に接続されてから前記直流母線に並列に接続される、請求項2に記載の装置。
【請求項4】
前記装置は前記インタフェイスを用いて少なくとも3つの光起電力部に接続され、前記最大3つの光起電力部が前記直流母線に並列に直接接続され、それ以外の各光起電力部と少なくとも1つの保護スイッチとが直列に接続されてから前記直流母線に並列に接続される、請求項2に記載の装置。
【請求項5】
前記装置は前記インタフェイスを用いて3つの光起電力部に接続され、2つの光起電力部が前記直流母線に並列に直接接続され、それ以外の1つの光起電力部と少なくとも1つの保護スイッチとが直列に接続されてから前記直流母線に並列に接続される、請求項2に記載の装置。
【請求項6】
前記装置は前記インタフェイスを用いて3つの光起電力部に接続され、2つの光起電力部と少なくとも1つの保護スイッチとが個別に直列に接続されてから前記直流母線に並列に接続され、それ以外の1つの光起電力部が前記直流母線に並列に直接接続される、請求項2に記載の装置。
【請求項7】
前記装置は前記インタフェイスを用いて4つの光起電力部に接続され、まず2つの光起電力部が並列に接続され、次に並列に接続された前記2つの光起電力部と少なくとも1つの保護スイッチとが直列に接続されてから前記直流母線に並列に接続され、それ以外の2つの光起電力部が前記直流母線に並列に直接接続される、請求項2に記載の装置。
【請求項8】
前記装置は前記インタフェイスを用いて4つの光起電力部に接続され、2つの光起電力部が並列に直接接続され、それ以外の2つの光起電力部と少なくとも1つの保護スイッチとが個別に直列に接続されてから、個別に直列に接続された前記それ以外の2つの光起電力部及び前記少なくとも1つの保護スイッチと、前記2つの光起電力部とが前記直流母線に並列に接続される前に並列に接続される、請求項2に記載の装置。
【請求項9】
前記装置は前記インタフェイスを用いて4つの光起電力部に接続され、1つの光起電力部と少なくとも1つの保護スイッチとが直列に接続されてから前記直流母線に並列に接続され、それ以外の3つの光起電力部が前記直流母線に並列に直接接続される、請求項2に記載の装置。
【請求項10】
前記装置は前記インタフェイスを用いて4つの光起電力部に接続され、まず3つの光起電力部が並列に接続され、次に並列に接続された前記3つの光起電力部と少なくとも1つの保護スイッチとが直列に接続されてから前記直流母線に並列に接続され、それ以外の1つの光起電力部が前記直流母線に並列に直接接続される、請求項2に記載の装置。
【請求項11】
前記光起電力部が1つの保護スイッチに直列に接続される場合、前記保護スイッチは前記光起電力部の正の出力端部又は負の出力端部に直列に接続される、請求項3から6,8及び9のいずれか一項に記載の装置。
【請求項12】
前記光起電力部が2つの保護スイッチに直列に接続される場合、前記2つの保護スイッチは前記光起電力部の正の出力端部と負の出力端部とに個別に直列に接続される、請求項3から6,8及び9のいずれか一項に記載の装置。
【請求項13】
まず複数の光起電力部が並列に接続されてから1つの保護スイッチに直列に接続される場合、前記複数の光起電力部の正の出力端部が並列に接続されてから1つの保護スイッチに直列に接続されるか、前記複数の光起電力部の負の出力端部が並列に接続されてから別の保護スイッチに直列に接続されるかする、請求項7又は10に記載の装置。
【請求項14】
まず複数の光起電力部が並列に接続されてから2つの保護スイッチに直列に接続される場合、前記複数の光起電力部の正の出力端部が並列に接続されてから一方の保護スイッチに直列に接続され、前記複数の光起電力部の負の出力端部が並列に接続されてから他方の保護スイッチに直列に接続される、請求項7又は10に記載の装置。
【請求項15】
前記コントローラは、ブランチの電流の絶対値が前記直流母線の電流の絶対値を超えるときに、ブランチの逆電流が前記第1の電流値を超えると判断するように特に構成される、請求項2から14のいずれか一項に記載の装置。
【請求項16】
前記装置は第1の電流センサと第2の電流センサとをさらに備え、
前記第1の電流センサは前記直流母線の前記電流の前記絶対値を取得して前記絶対値を前記コントローラに送るように構成され、
前記第2の電流センサはブランチの電流の既定の絶対値を取得して前記絶対値を前記コントローラに送るように構成される、
請求項15に記載の装置。
【請求項17】
前記装置は電力回路をさらに備え、
前記電力回路は直流-直流DC-DC変換回路又は直流-交流DC-AC変換回路である、
請求項16に記載の装置。
【請求項18】
前記装置は第1の電圧センサと直流スイッチとをさらに備え、
前記直流スイッチを用いて前記直流母線が前記電力回路の入力端部に接続され、
前記第1の電圧センサは前記直流母線の電圧の絶対値を取得して前記絶対値を前記コントローラに送るように構成される、
請求項17に記載の装置。
【請求項19】
前記コントローラは、ブランチの電流方向が既定の電流方向とは反対であるときに、ブランチの逆電流が前記第1の電流値を超えると判断するように特に構成される、請求項2から14のいずれか一項に記載の装置。
【請求項20】
前記装置は第3の電流センサと第4の電流センサとをさらに備え、
前記第3の電流センサは、第1の検出箇所の電流検出方向を取得して前記電流検出方向を前記コントローラに送り、前記第1の検出箇所がいずれかのブランチにある、ように構成され、
前記第4の電流センサは、第2の検出箇所の電流検出方向を取得して前記電流検出方向を前記コントローラに送り、前記第1の検出箇所がある前記ブランチ以外のすべてのブランチが前記第2の検出箇所で寄り集められる、ように構成される、
請求項19に記載の装置。
【請求項21】
前記コントローラは、前記第1の検出箇所の前記電流検出方向が前記第1の検出箇所の既定の電流方向とは反対であるとき、又は前記第2の検出箇所の前記電流検出方向が前記第2の検出箇所の既定の電流方向とは反対であるときに、開放状態になるように前記保護スイッチを制御するように特に構成される、請求項20に記載の装置。
【請求項22】
電力回路をさらに備え、
前記電力回路は直流-直流DC-DC変換回路又は直流-交流DC-AC変換回路である、
請求項21に記載の装置。
【請求項23】
前記装置は第5の電流センサ、第2の電圧センサ及び直流スイッチをさらに備え、
前記直流スイッチを用いて前記直流母線が前記電力回路の入力端部に接続され、
前記第5の電流センサは前記直流母線の電流の絶対値を取得して前記絶対値を前記コントローラに送るように構成され、
前記第2の電圧センサは前記直流母線の電圧の絶対値を取得して前記絶対値を前記コントローラに送るように構成される、
請求項22に記載の装置。
【請求項24】
前記コントローラは、前記直流母線の前記電流の前記絶対値が第2の電流値を超え、前記直流母線の前記電圧の前記絶対値が第1の電圧値未満であるときに、開放状態になるように前記直流スイッチを制御するようにさらに構成される、請求項18又は23に記載の装置。
【請求項25】
前記コントローラは、前記ブランチの前記パラメータ検出値が第1の既定のパラメータ値範囲を超えるとき、又は前記直流母線の前記パラメータ検出値が第2の既定のパラメータ値範囲を超えるときに、前記光発電システムに障害があると判断するように特に構成される、請求項1に記載の装置。
【請求項26】
前記パラメータ検出値は、
電圧値、電流値、電力値又は温度値
の少なくとも1つである、請求項25に記載の装置。
【請求項27】
前記コントローラは、前記直流母線のリーク電流検出値が第3の電流値を超えるとき、又はブランチのリーク電流検出値が第4の電流値を超えるときに、前記光発電システムに障害があると判断するように特に構成される、請求項1に記載の装置。
【請求項28】
前記コントローラは、前記ブランチすべての電流検出値に基づいて、ブランチにアークによる障害が存在すると判断するとき、又は前記直流母線の電流検出値に基づいて、前記直流母線にアークによる障害が存在すると判断するときに、前記光発電システムに障害があると判断するように特に構成される、請求項1に記載の装置。
【請求項29】
前記コントローラは、ブランチにアークによる障害が存在すると判断するときに、前記障害があるブランチを前記直流母線から切断するように前記保護スイッチを制御するか、開放状態になるようにすべての保護スイッチを制御するかするようにさらに構成される、請求項1に記載の装置。
【請求項30】
前記コントローラはホストコンピュータによって送られた制御指示にしたがって開放状態又は閉鎖状態になるように前記保護スイッチを制御するようにさらに構成される、請求項1から29のいずれか一項に記載の装置。
【請求項31】
前記最大3つの光起電力部は並列に直接接続されてから1つのインタフェイスに接続されるか、前記最大3つの光起電力部は対応するインタフェイスを用いて前記装置内で並列に接続されるかする、請求項1から29のいずれか一項に記載の装置。
【請求項32】
前記光起電力部及び保護部が直列又は並列に接続されてから前記インタフェイスを用いて前記装置に接続される場合、前記保護スイッチは開放状態にあるときに、前記保護部が保護動作を開始するのを妨げるようにさらに構成される、請求項1から29のいずれか一項に記載の装置。
【請求項33】
前記保護部は、
ヒューズ、オプティマイザ及び断路ボックス
の少なくとも1つを備える、請求項32に記載の装置。
【請求項34】
前記保護スイッチはロータリ直流スイッチ断路器又は直流回路遮断器である、請求項1から33のいずれか一項に記載の装置。
【請求項35】
前記コントローラは、障害が取り除かれたと判断された場合において既定の時間が経過した後に、閉鎖状態になるように前記保護スイッチを制御するようにさらに構成される、請求項34に記載の装置。
【請求項36】
前記装置はパワーコンバータをさらに備え、前記光起電力部の一部又は全部が前記パワーコンバータを用いて前記直流母線に接続される、請求項1から35のいずれか一項に記載の装置。
【請求項37】
前記装置は直流/直流変換器をさらに備え、
前記直流/直流変換器の入力端部には前記直流母線が接続され、前記直流/直流変換器の出力端部が前記光発電システムの前記保護装置の出力端部であり、
前記直流/直流変換器は前記直流母線から得られた直流を出力用の直流に変換するように構成される、
請求項1から34のいずれか一項に記載の装置。
【請求項38】
前記装置は直流/交流変換器をさらに備え、
前記直流/交流変換器の入力端部には前記直流母線が接続され、前記直流/交流変換器の出力端部が前記光発電システムの前記保護装置の出力端部であり、
前記直流/交流変換器は前記直流母線から得られた直流を出力用の交流に変換するように構成される、
請求項1から34のいずれか一項に記載の装置。
【請求項39】
光発電システムの保護装置に適用される前記光発電システムの保護方法であって、前記保護装置はインタフェイスを用いて少なくとも2つの光起電力部に接続され、前記少なくとも2つの光起電力部は前記装置内で直流母線に接続されて少なくとも2つのブランチを形成し、各ブランチは少なくとも1つの光起電力部に接続され、最大3つの光起電力部が並列に直接接続されるのを可能にするように、前記直流母線から前記光起電力部の全部又は一部を切断するように保護スイッチが構成され、前記方法は、
前記ブランチのパラメータ検出値又は前記直流母線のパラメータ検出値に基づいて、前記光発電システムに障害があると判断する場合に、開放状態になるように前記保護スイッチを制御するステップ
を備える、方法。
【請求項40】
前記パラメータ検出値は逆電流値であり、前記ブランチのパラメータ検出値又は前記直流母線のパラメータ検出値に基づいて、前記光発電システムに障害があると判断する前記ステップは、
ブランチの逆電流値が第1の電流値を超えるときに、前記光発電システムに障害があると判断するステップ
を特に備える、請求項39に記載の方法。
【請求項41】
前記装置は電力回路をさらに備え、前記電力回路の入力端部には直流スイッチを用いて前記直流母線が接続され、前記方法は、
前記直流母線の電流の絶対値が第2の電流値を超え、前記直流母線の電圧の絶対値が第1の電圧値未満であるときに、開放状態になるように前記直流スイッチを制御するステップ
をさらに備える、請求項40に記載の方法。
【請求項42】
前記パラメータ検出値は電圧値、電流値、電力値又は温度値の少なくとも1つであり、前記ブランチのパラメータ検出値又は前記直流母線のパラメータ検出値に基づいて、前記光発電システムに障害があると判断する前記ステップは、
前記ブランチの前記パラメータ検出値が第1の既定のパラメータ値範囲を超えるとき、又は前記直流母線の前記パラメータ検出値が第2の既定のパラメータ値範囲を超えるときに、前記光発電システムに障害があると判断するステップ
を特に備える、請求項39に記載の方法。
【請求項43】
前記ブランチのパラメータ検出値又は前記直流母線のパラメータ検出値に基づいて、前記光発電システムに障害があると判断する前記ステップは、
前記直流母線のリーク電流検出値が第3の電流値を超えるとき、又は前記ブランチのリーク電流検出値が第4の電流値を超えるときに、前記光発電システムに障害があると判断するステップ
を特に備える、請求項39に記載の方法。
【請求項44】
前記ブランチのパラメータ検出値又は前記直流母線のパラメータ検出値に基づいて、前記光発電システムに障害があると判断する前記ステップは、
前記ブランチすべての電流検出値に基づいて、ブランチにアークによる障害が存在すると判断するとき、又は前記直流母線の電流検出値に基づいて、前記直流母線にアークによる障害が存在すると判断するときに、前記光発電システムに障害があると判断するステップ
を特に備える、請求項39に記載の方法。
【請求項45】
少なくとも2つの光起電力部と請求項1から32のいずれか一項に記載の保護装置とを備える光発電システムであって、各光起電力部は1つ以上の光起電力構成要素を備え、
前記光起電力構成要素は光エネルギーを用いて直流を発生するように構成される、
光発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、2020年4月13日に中国国家知識産権局に出願され、名称が「SHORT CIRCUIT PROTECTION APPARATUS,SHORT CIRCUIT PROTECTION METHOD,AND PHOTOVOLTAIC POWER GENERATION SYSTEM」であるPCT国際特許出願第PCT/CN2020/084500号の優先権を主張し、本PCT国際特許出願の全体が参照によって本明細書に援用される。
【0002】
本出願は光発電技術の分野に関し、特に、光発電システムの保護装置、短絡保護方法及び光発電システムに関する。
【背景技術】
【0003】
光発電は光エネルギーを電気エネルギーに変換する半導体界面の光起電力効果を利用する技術である。光発電システムは通常光起電力部、インバータ、交流配電器などを含むといえる。比較的大きい出力電圧又は出力電流を得るために、光起電力部は通常特定の直列及び/又は並列接続様式で複数の光起電力構成要素を接続することによって形成した。光発電システムの発電効率を改善するために、光起電力部は独立したMPPT(Maximum Power Point Tracking:最大電力点追従)機能を持つ構成要素に接続される。
【0004】
現在、光発電システムの直流比率(インバータの入力電力に対する光起電力部の電力の比率)を改善するために、各MPPT構成要素は通常少なくとも2つの光起電力部に接続される。光起電力部、又は光起電力部があるラインが短絡している例では、短絡電流は接続されている他の光起電力部の出力電流の合計である。接続されている他の光起電力部が1つしかない場合、短絡電流が比較的小さいのでこの短絡電流に光起電力部とラインとが耐えることができる。しかし、接続されている光起電力部が2つ以上ある場合、短絡電流は比較的大きい。光起電力部とラインとを保護するために、光起電力部の正の出力端部及び/又は負の出力端部に1つ以上のヒューズが直列に接続されてもよく、これにより、ヒューズが切れて光起電力部とラインとが保護される。
【0005】
しかし、ヒューズのヒューズ電流は通常比較的大きく、各光起電力部の出力電流は比較的小さいので、複数の光起電力部の短絡電流の合計がヒューズのヒューズ電流に達することはまずあり得ない。したがって、ヒューズでは光起電力部とラインとを効果的に保護することができない。これに加えて、ヒューズの抵抗は比較的大きく、これによって光発電システムで比較的大きい電力損失が生じるおそれがある。
【発明の概要】
【0006】
本出願では、光発電システムに障害があるときに電力損失を小さくしつつ光起電力部とラインとを効果的に保護する光発電システムの保護装置及び保護方法並びに光発電システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
第1の態様に係れば、本出願の実施形態では光発電システムの保護装置を提供する。本装置は光発電システムに適用され、本装置はインタフェイス、保護スイッチ、直流母線及びコントローラを含む。本装置はインタフェイスを用いて少なくとも2つの光起電力部に接続され、少なくとも2つの光起電力部は直流母線に装置内で並列に接続されて少なくとも2つのブランチを形成し、各ブランチは少なくとも1つの光起電力部に接続される。保護スイッチは、最大3つの光起電力部が並列に直接接続されるのを可能にするように、直流母線から光起電力部の全部又は一部を切断するように構成される。ブランチのパラメータ検出値又は直流母線のパラメータ検出値に基づいて、光発電システムに障害があると判断する場合に、コントローラは開放状態になるように保護スイッチを制御する。
【0008】
本装置の保護スイッチが開放状態にあるとき、最大3つの光起電力部が並列に直接接続される。したがって、1つの光起電力部が2つの光起電力部の出力電流に耐えることができる場合において、光起電力部に障害があるとき、当該光起電力部に最大2つの正常な光起電力部が電流を出力する。この場合、当該電流は障害がある光起電力部の許容可能範囲に収まり、これにより、光起電力構成要素とラインとが損傷から保護される。これに加えて、回路には保護スイッチのみが付加され、保護スイッチの抵抗はヒューズの抵抗未満であるので、光起電力システムの損失率及び損失が削減される。これに加えて、ヒューズが用いられることがなくなったので、元々は組込み型ヒューズに用いられるものであるYハーネスを、光発電システムのインバータ又は直流コンバイナボックスの下に配置するのに代えて、光起電力部側に配置することができ、これにより、ケーブルコストがさらに削減される。
【0009】
第1の態様に関して、可能な実現例では、パラメータ検出値が逆電流値であり、コントローラは、ブランチの逆電流値が第1の電流値を超えるときに、光発電システムに障害があると判断するように特に構成される。
【0010】
ブランチの逆電流が比較的大きいとき、このことは別のブランチによって出力された直流がブランチに逆流することを示し、したがって、ブランチに短絡による障害が存在すると判断することができる。
【0011】
第1の態様に関して、第1の可能な実現例では、装置はインタフェイスを用いて少なくとも3つの光起電力部に接続され、最大2つの光起電力部が直流母線に並列に直接接続され、それ以外の各光起電力部と少なくとも1つの保護スイッチとが直列に接続されてから直流母線に並列に接続される。
【0012】
いくつかの実施形態では、光起電力部又はラインが1つの光起電力部の出力電流にしか耐えることができない。最大2つの光起電力部が直流母線に並列に直接接続される場合において、光起電力部で短絡による障害が生じるとき、この光起電力部に最大1つの正常な光起電力部が短絡電流を出力し、また、その他の光起電力部は直接切断されてもよい。この場合、短絡電流は障害がある光起電力部の許容可能範囲に収まり、これにより、光起電力構成要素とラインとが損傷から保護される。
【0013】
第1の態様に関して、第2の可能な実現例では、装置はインタフェイスを用いて少なくとも3つの光起電力部に接続され、最大3つの光起電力部が直流母線に並列に直接接続され、それ以外の各光起電力部と少なくとも1つの保護スイッチとが直列に接続されてから直流母線に並列に接続される。
【0014】
いくつかの実施形態では、光起電力部又はラインは2つの光起電力部の出力電流に耐えることができる。したがって、最大3つの光起電力部が直流母線に並列に直接接続される場合において、光起電力部で短絡による障害が生じるとき、当該光起電力部に最大2つの正常な光起電力部が短絡電流を出力し、また、その他の光起電力部を直接切断することができる。この場合、短絡電流は障害がある光起電力部の許容可能範囲に収まり、これにより、光起電力構成要素とラインとが損傷から保護される。
【0015】
第1の態様に関して、第3の可能な実現例では、装置はインタフェイスを用いて3つの光起電力部に接続され、2つの光起電力部が直流母線に並列に直接接続され、それ以外の1つの光起電力部と少なくとも1つの保護スイッチとが直列に接続されてから直流母線に並列に接続される。短絡による障害が生じると、開放状態になるように保護スイッチをコントローラが制御することができ、これにより、光起電力システムの光起電力部とラインとが保護される。
【0016】
第1の態様に関して、第4の可能な実現例では、装置はインタフェイスを用いて3つの光起電力部に接続され、2つの光起電力部と少なくとも1つの保護スイッチとが個別に直列に接続されてから直流母線に並列に接続され、それ以外の1つの光起電力部が直流母線に並列に直接接続される。短絡による障害が生じると、開放状態になるように保護スイッチをコントローラが制御することができ、これにより、短絡による障害が存在する光起電力部に流れる電流がゼロになり、これにより、光起電力システムの光起電力部とラインとが保護される。
【0017】
第1の態様に関して、第5の可能な実現例では、装置はインタフェイスを用いて4つの光起電力部に接続され、まず2つの光起電力部が並列に接続され、次に並列に接続された2つの光起電力部と少なくとも1つの保護スイッチとが直列に接続されてから直流母線に並列に接続され、それ以外の2つの光起電力部が直流母線に並列に直接接続される。短絡による障害が生じると、開放状態になるように保護スイッチをコントローラが制御することができ、これにより、光起電力システムの光起電力部とラインとが保護される。
【0018】
第1の態様に関して、第6の可能な実現例では、装置はインタフェイスを用いて4つの光起電力部に接続され、2つの光起電力部が並列に直接接続され、それ以外の2つの光起電力部と少なくとも1つの保護スイッチとが個別に直列に接続されてから、個別に直列に接続された当該それ以外の2つの光起電力部及び少なくとも1つの保護スイッチと、2つの光起電力部とが直流母線に並列に接続される前に並列に接続される。短絡による障害が生じると、開放状態になるように保護スイッチをコントローラが制御することができ、これにより、光起電力システムの光起電力部とラインとが保護される。
【0019】
第1の態様に関して、第7の可能な実現例では、装置はインタフェイスを用いて4つの光起電力部に接続され、1つの光起電力部と少なくとも1つの保護スイッチとが直列に接続されてから直流母線に並列に接続され、それ以外の3つの光起電力部が直流母線に並列に直接接続される。この場合、光起電力部又はラインが2つの光起電力部の出力電流に耐えることができ、短絡による障害が生じると、開放状態になるように保護スイッチをコントローラが制御することができ、これにより、光起電力システムの光起電力部とラインとが保護される。
【0020】
第1の態様に関して、第8の可能な実現例では、装置はインタフェイスを用いて4つの光起電力部に接続され、まず3つの光起電力部が並列に接続され、次に並列に接続された3つの光起電力部と少なくとも1つの保護スイッチとが直列に接続されてから直流母線に並列に接続され、それ以外の1つの光起電力部が直流母線に並列に直接接続される。この場合、光起電力部又はラインが2つの光起電力部の出力電流に耐えることができ、短絡による障害が生じると、開放状態になるように保護スイッチをコントローラが制御することができ、これにより、光起電力システムの光起電力部とラインとが保護される。
【0021】
第1の態様に関して、第9の可能な実現例では、光起電力部が1つの保護スイッチに直列に接続される場合、保護スイッチは光起電力部の正の出力端部又は負の出力端部に直列に接続される。開放状態になるように保護スイッチを制御することにより、対応する光起電力部があるラインが切断されるように制御することができる。
【0022】
第1の態様に関して、第10の可能な実現例では、光起電力部が2つの保護スイッチに直列に接続される場合、2つの保護スイッチは光起電力部の正の出力端部と負の出力端部とに個別に直列に接続される。冗長性を高めて保護スイッチを配置することにより、システムの耐障害性能が改善され、短絡のある光起電力部とシステムとの接続を完全に遮断してメンテナンスを容易にすることができる。
【0023】
第1の態様に関して、第11の可能な実現例では、まず複数の光起電力部が並列に接続されてから1つの保護スイッチに直列に接続される場合、複数の光起電力部の正の出力端部が並列に接続されてから1つの保護スイッチに直列に接続されるか、複数の光起電力部の負の出力端部が並列に接続されてから別の保護スイッチに直列に接続されるかする。開放状態になるように保護スイッチを制御することにより、対応する光起電力部があるラインが切断されるように制御することができる。
【0024】
第1の態様に関して、第12の可能な実現例では、まず複数の光起電力部が並列に接続されてから2つの保護スイッチに直列に接続される場合、複数の光起電力部の正の出力端部が並列に接続されてから一方の保護スイッチに直列に接続され、複数の光起電力部の負の出力端部が並列に接続されてから他方の保護スイッチに直列に接続される。冗長性を高めて保護スイッチを配置することにより、システムの耐障害性能が改善される。
【0025】
第1の態様に関して、第13の可能な実現例では、ブランチの逆電流が第1の電流値を超えるときに、開放状態になるように保護スイッチを制御するようにコントローラが構成されることは、ブランチの電流の絶対値が直流母線の電流の絶対値を超えるときに、ブランチの逆電流が第1の電流値を超えると判断し、開放状態になるように保護スイッチを制御することを特に含む。
【0026】
このようにする理由は以下の通りであり、短絡による障害が一切ないとき、すべての光起電力部の出力電流が合流して直流母線に流入し、したがって、直流母線の電流の絶対値がいずれのブランチの電流の絶対値をも超える。光起電力部で短絡による障害が生じると、短絡のある光起電力部に他の正常な光起電力部の出力電流が流れる。この場合、直流母線の電流の絶対値がいずれのブランチの電流の絶対値よりも小さくなる。
【0027】
第1の態様に関して、第14の可能な実現例では、装置は第1の電流センサと第2の電流センサとをさらに含み、第1の電流センサは直流母線の電流の絶対値を取得して絶対値をコントローラに送るように構成され、第2の電流センサはブランチの電流の既定の絶対値を取得して絶対値をコントローラに送るように構成される。
【0028】
ブランチの電流の絶対値と直流母線の電流の絶対値とを比較して、光起電力部又はラインに短絡による障害が存在するか否かをコントローラが判断する。
【0029】
第1の態様に関して、第15の可能な実現例では、装置は電力回路をさらに含み、
電力回路は直流-直流DC-DC変換回路又は直流-交流DC-AC変換回路である。
【0030】
第1の態様に関して、第16の可能な実現例では、装置は第1の電圧センサと直流スイッチとをさらに含み、直流スイッチを用いて直流母線が電力回路の入力端部に接続され、第1の電圧センサは直流母線の電圧の絶対値を取得して絶対値をコントローラに送るように構成される。
【0031】
第1の態様に関して、第17の可能な実現例では、ブランチの逆電流が第1の電流値を超えるときに、開放状態になるように保護スイッチを制御するようにコントローラが構成されることは、ブランチの電流方向が既定の電流方向とは反対であるときに、ブランチの逆電流が第1の電流値を超えると判断し、開放状態になるように保護スイッチを制御することを特に含む。
【0032】
このようにする理由は以下の通りであり、光起電力部で短絡による障害が生じると、障害がある光起電力部があるブランチに、他の正常な光起電力部があるブランチの電流が流れ、この場合、障害がある光起電力部があるブランチの電流検出方向が、光起電力部が正常であるときの既定の方向とは反対になる。光起電力部があるブランチが正常であり、別のブランチに短絡による障害が生じると、短絡による障害が存在するブランチに、光起電力部があるブランチが電流を出力し、この場合、別のブランチの電流検出方向が既定の電流方向とは反対になる。
【0033】
第1の態様に関して、第18の可能な実現例では、装置は第3の電流センサと第4の電流センサとをさらに含み、第3の電流センサは、第1の検出箇所の電流検出方向を取得して電流検出方向をコントローラに送り、第1の検出箇所がいずれかのブランチにある、ように構成され、第4の電流センサは、第2の検出箇所の電流検出方向を取得して電流検出方向をコントローラに送り、第1の検出箇所があるブランチ以外のすべてのブランチが第2の検出箇所で寄り集められる、ように構成される。
【0034】
第1の態様に関して、第19の可能な実現例では、コントローラは、第1の検出箇所の電流検出方向が第1の検出箇所の既定の電流方向とは反対であるとき、又は第2の検出箇所の電流検出方向が第2の検出箇所の既定の電流方向とは反対であるときに、開放状態になるように保護スイッチを制御するように特に構成される。
【0035】
第1の態様に関して、第20の可能な実現例では、保護装置は電力回路をさらに含み、電力回路は直流-直流DC-DC変換回路又は直流-交流(DC-AC)変換回路である。
【0036】
第1の態様に関して、第21の可能な実現例では、装置は第5の電流センサ、第2の電圧センサ及び直流スイッチをさらに含み、直流スイッチを用いて直流母線が電力回路の入力端部に接続され、第5の電流センサは直流母線の電流の絶対値を取得して絶対値をコントローラに送るように構成され、第2の電圧センサは直流母線の電圧の絶対値を取得して絶対値をコントローラに送るように構成される。
【0037】
第1の態様に関して、第22の可能な実現例では、陽極と負極とが短絡しているとき、又は直流母線が保護装置内で短絡しているとき、又は隣接する回路の直流母線が短絡しているとき、直流母線の電圧が減少し、直流母線の電流が増加する。したがって、コントローラは、直流母線の電流の絶対値が第2の電流値を超え、直流母線の電圧の絶対値が第1の電圧値未満であるときに、開放状態になるように直流スイッチを制御するようにさらに構成され、これにより、回路が保護される。
【0038】
第1の態様に関して、第23の可能な実現例では、光起電力部及び保護部が直列又は並列に接続されてからインタフェイスを用いて装置に接続される場合、保護スイッチは開放状態にあるときに、保護部が保護動作を開始するのを妨げるようにさらに構成される。
【0039】
言い換えると、保護部を現在用いている光発電システムが復旧されるときに保護部が除去処分されずに済むので、保護部は開回路保護装置に直接接続される。
【0040】
第1の態様に関して、第24の可能な実現例では、保護部は、ヒューズ、オプティマイザ及び断路ボックスの少なくとも1つを含む。
【0041】
第1の態様に関して、第25の可能な実現例では、装置が少なくとも2つの保護スイッチを含む場合、少なくとも2つの保護スイッチは同じコントローラ又は複数のコントローラによって制御される。
【0042】
第1の態様に関して、可能な実現例では、コントローラは、ブランチのパラメータ検出値が第1の既定のパラメータ値範囲を超えるとき、又は直流母線のパラメータ検出値が第2の既定のパラメータ値範囲を超えるとき、光発電システムに障害があると判断するように特に構成される。パラメータ検出値は電圧値、電流値、電力値又は温度値の少なくとも1つであってもよい。
【0043】
パラメータ検出値が異常であるとき、たとえば、ブランチの電圧が減少するとき、ブランチの電流が増加するとき、ブランチの電力が増加するとき、及びブランチの温度が増加するとき、ブランチに短絡による障害が存在すると判断することができる。
【0044】
第1の態様に関して、可能な実現例では、コントローラは、直流母線のリーク電流検出値が第3の電流値を超えるとき、又はブランチのリーク電流検出値が第4の電流値を超えるときに、光発電システムに障害があると判断するように特に構成される。リーク電流検出値が異常であるとき、このことは光発電システムにリーク電流による障害が存在することを示す。本出願の解決手段に係れば、リーク電流による障害が存在するブランチを決定するようにリーク電流による障害の位置を特定したり、直流母線におけるリーク電流による障害の位置を特定したりすることができる。
【0045】
第1の態様に関して、可能な実現例では、コントローラは、ブランチすべての電流検出値に基づいて、ブランチにアークによる障害が存在すると判断するとき、又は直流母線の電流検出値に基づいて、直流母線にアークによる障害が存在すると判断するときに、光発電システムに障害があると判断するように特に構成される。特に、コントローラは既定の基準値に対する電流検出値のオフセットの程度に基づいて、アークによる障害が存在するか否かを決定してもよい。
【0046】
第1の態様に関して、可能な実現例では、コントローラはホストコンピュータによって送られた制御指示にしたがって開放状態又は閉鎖状態になるように保護スイッチを制御して保護スイッチの能動的制御を実施するようにさらに構成される。
【0047】
第1の態様に関して、可能な実現例では、最大3つの光起電力部は並列に直接接続されてから1つのインタフェイスに接続されるか、最大3つの光起電力部は対応するインタフェイスを用いて装置内で並列に接続されるかする。
【0048】
第1の態様に関して、可能な実現例では、保護スイッチはロータリ直流スイッチ断路器又は直流回路遮断器である。
【0049】
第1の態様に関して、可能な実現例では、コントローラは、障害が取り除かれたと判断された場合において既定の時間が経過した後に、閉鎖状態になるように保護スイッチを制御するようにさらに構成される。
【0050】
第1の態様に関して、可能な実現例では、保護装置は直流/直流変換器をさらに含み、直流/直流変換器の入力端部には直流母線が接続され、直流/直流変換器の出力端部が光発電システムの保護装置の出力端部であり、直流/直流変換器は直流母線から得られた直流を出力用の直流に変換するように構成される。この場合、光発電システムの保護装置は昇圧直流コンバイナボックスである。
【0051】
第1の態様に関して、可能な実現例では、保護装置は直流/交流変換器をさらに含み、直流/交流変換器の入力端部には直流母線が接続され、直流/交流変換器の出力端部が光発電システムの保護装置の出力端部であり、直流/交流変換器は直流母線から得られた直流を出力用の交流に変換するように構成される。この場合、光発電システムの保護装置はインバータである。
【0052】
第2の態様に係れば、本出願では光発電システムの保護方法をさらに提供する。本方法は制御保護装置に適用される。保護装置はインタフェイスを用いて少なくとも2つの光起電力部に接続され、少なくとも2つの光起電力部は装置内で直流母線に接続されて少なくとも2つのブランチを形成し、各ブランチは少なくとも1つの光起電力部に接続され、保護スイッチは、最大3つの光起電力部が並列に直接接続されるように直流母線から光起電力部の全部又は一部を切断するように構成される。本方法は、
ブランチのパラメータ検出値又は直流母線のパラメータ検出値に基づいて、光発電システムに障害があると判断する場合に、開放状態になるように保護スイッチを制御するステップ
を含む。
【0053】
第2の態様に関して、可能な実現例では、パラメータ検出値は逆電流値であり、ブランチのパラメータ検出値又は直流母線のパラメータ検出値に基づいて、光発電システムに障害があると判断するステップは、
ブランチの逆電流値が第1の電流値を超えるときに、光発電システムに障害があると判断するステップ
を特に含む。
【0054】
本方法に係れば、保護スイッチが開放状態にあるとき、最大3つの光起電力部が並列に直接接続される。したがって、1つの光起電力部が2つの光起電力部の出力電流に耐えることができる場合において、光起電力部に障害があるとき、当該光起電力部に最大2つの正常な光起電力部が電流を出力する。この場合、当該電流は障害がある光起電力部の許容可能範囲に収まり、これにより、光起電力構成要素とラインとが損傷から保護される。
【0055】
第2の態様に関して、可能な実現例では、パラメータ検出値は逆電流値であり、ブランチのパラメータ検出値又は直流母線のパラメータ検出値に基づいて、光発電システムに障害があると判断するステップは、
ブランチの逆電流値が第1の電流値を超えるときに、光発電システムに障害があると判断するステップ
を特に含む。
【0056】
第2の態様に関して、第1の可能な実現例では、装置は電力回路をさらに含み、電力回路の入力端部には直流スイッチを用いて直流母線が接続され、方法は、直流母線の電流の絶対値が第2の電流値を超え、直流母線の電圧の絶対値が第1の電圧値未満であるときに、開放状態になるように直流スイッチを制御するステップをさらに含む。
【0057】
本方法に係れば、陽極と負極とが保護装置内で短絡しているときや、隣接する回路母線が短絡しているときに短絡電流が適時に遮断されることが可能であり、これにより、装置と、隣接する回路とが保護される。
【0058】
第2の態様に関して、第2の可能な実現例では、電力回路は直流-直流DC-DC変換回路又は直流-交流DC-AC変換回路である。
【0059】
第2の態様に関して、可能な実現例では、パラメータ検出値は電圧値、電流値、電力値又は温度値の少なくとも1つであり、ブランチのパラメータ検出値又は直流母線のパラメータ検出値に基づいて、光発電システムに障害があると判断するステップは、
ブランチのパラメータ検出値が第1の既定のパラメータ値範囲を超えるとき、又は直流母線のパラメータ検出値が第2の既定のパラメータ値範囲を超えるときに、光発電システムに障害があると判断するステップ
を特に含む。
【0060】
第2の態様に関して、可能な実現例では、ブランチのパラメータ検出値又は直流母線のパラメータ検出値に基づいて、光発電システムに障害があると判断するステップは、
直流母線のリーク電流検出値が第3の電流値を超えるとき、又はブランチのリーク電流検出値が第4の電流値を超えるときに、光発電システムに障害があると判断するステップ
を特に含む。
【0061】
第2の態様に関して、可能な実現例では、ブランチのパラメータ検出値又は直流母線のパラメータ検出値に基づいて、光発電システムに障害があると判断するステップは、
ブランチすべての電流検出値に基づいて、ブランチにアークによる障害が存在すると判断するとき、又は直流母線の電流検出値に基づいて、直流母線にアークによる障害が存在すると判断するときに、光発電システムに障害があると判断するステップ
を特に含む。
【0062】
第3の態様に係れば、本出願では、少なくとも2つの光起電力部と上記の実現例のいずれか1つの保護装置とを含む光発電システムをさらに提供する。各光起電力部は少なくとも1つの光起電力構成要素を含む。光起電力部が複数の光起電力構成要素を含む場合、光起電力構成要素は直列に接続されても並列に接続されてもよい。
【0063】
ブランチのパラメータ検出値又は直流母線のパラメータ検出値に基づいて、光発電システムに障害があると判断する場合、開放状態になるように保護スイッチを光発電システムの保護装置のコントローラが制御することができることで、最大3つの光起電力部が並列に直接接続され、これにより、光起電力システムの光起電力部とラインとが保護される。これに加えて、回路には保護スイッチのみが付加され、保護スイッチの抵抗はヒューズの抵抗未満であるので、光起電力システムの損失率及び損失がさらに削減される。
【0064】
第3の態様に関して、第1の可能な実現例では、システムは保護部をさらに含み、光起電力部と保護部とは直列又は並列に接続されてからインタフェイスを用いて保護装置に接続される。
【0065】
したがって、保護部を現在用いている光発電システムが復旧されるときに保護部が除去処分されずに済むので、保護部は開回路保護装置に直接接続される。
【0066】
第3の態様に関して、第2の可能な実現例では、保護部はヒューズ、オプティマイザ及び断路ボックスのうちの1つ又はこれらの組合せであってもよい。
【0067】
保護装置が電力回路を含む場合、電力回路は直流-直流(DC-DC)変換回路であってもよい。電力回路が直流-直流変換回路である場合、直流-直流変換回路は特に昇圧(Boost)回路であっても降圧(Buck)回路であっても昇降圧(Buck-Boost)回路であってもよい。この場合、保護装置は光発電システムの直流コンバイナボックスであってもよい。
【0068】
これの代わりに、電力回路は直流を出力用の交流に変換するように構成される直流-交流(DC-AC)変換回路、すなわちインバータ(又はインバータ回路と称される)であってもよい。
【0069】
保護装置が電力回路を含まない場合、保護装置は独立した機器として光発電システムの直流コンバイナボックス又はインバータの入力端部に接続されてもよい。
【0070】
上記の技術的解決手段から、本出願で提供されている解決手段が少なくとも以下の効果を奏することが分かる。
【0071】
本出願の実施形態で提供されている光発電システムの保護装置は光発電システムに適用されてもよい。本装置の保護スイッチが開放状態にあるとき、最大3つの光起電力部が並列に直接接続される。たとえば、2つの光起電力部が直流母線に装置内で並列に直接接続される場合において、1つの光起電力部で短絡による障害が生じるとき、当該光起電力部に1つの正常な光起電力部のみが短絡電流を出力する。この場合、短絡電流は障害がある光起電力部の許容可能範囲に収まり、これにより、光起電力構成要素とラインとが損傷から保護される。光起電力部と保護スイッチとの具体的な接続様式は実際の要求に基づいて設定されてもよい。ブランチのパラメータ検出値又は直流母線のパラメータ検出値に基づいて、光発電システムに障害があると保護装置のコントローラが判断することができる場合、開放状態になるように保護スイッチをコントローラが制御することで、最大3つの光起電力部が並列に直接接続され、これにより、光起電力システムの光起電力部とラインとが保護される。これに加えて、回路には保護スイッチのみが付加され、保護スイッチの抵抗はヒューズの抵抗未満であるので、光起電力システムの損失率及び損失が削減される。これに加えて、ヒューズが用いられることがなくなったので、元々は組込み型ヒューズに用いられるものであるYハーネスを、光発電システムのインバータ又は直流コンバイナボックスの下に配置するのに代えて、光起電力部側に配置することができ、これにより、ケーブルコストがさらに削減される。
【図面の簡単な説明】
【0072】
図1】先行技術に用いられる保護装置の概略図1である。
図2】先行技術に用いられる保護装置の概略図2である。
図3】先行技術に用いられる保護装置の概略図3である。
図4】本出願の実施形態に係るブランチの概略図である。
図5】本出願の実施形態に係る別のブランチの概略図である。
図6A】本出願の実施形態に係る保護装置の概略図である。
図6B】本出願の実施形態に係る別の保護装置の概略図である。
図6C】本出願の実施形態に係るさらに別の保護装置の概略図である。
図7】本出願の実施形態に係る別の保護装置の概略図である。
図8】本出願の実施形態に係るさらに別の保護装置の概略図である。
図9】本出願の実施形態に係るまたさらに別の保護装置の概略図である。
図10】本出願の実施形態に係る別の保護装置の概略図である。
図11】本出願の実施形態に係るさらに別の保護装置の概略図である。
図12】本出願の実施形態に係るまたさらに別の保護装置の概略図である。
図13】本出願の実施形態に係る別の保護装置の概略図である。
図14】本出願の実施形態に係るさらに別の保護装置の概略図である。
図15】本出願の実施形態に係るまたさらに別の保護装置の概略図である。
図16】本出願の実施形態に係る別の保護装置の概略図である。
図17】本出願の実施形態に係るさらに別の保護装置の概略図である。
図18】本出願の実施形態に係るまたさらに別の保護装置の概略図である。
図19】本出願の実施形態に係る別の保護装置の概略図である。
図20A】本出願の実施形態に係るさらに別の保護装置の概略図である。
図20B】本出願の実施形態に係るまたさらに別の保護装置の概略図である。
図20C】本出願の実施形態に係るまたさらに別の保護装置の概略図である。
図21】本出願の実施形態に係る別の保護装置の概略図である。
図22】本出願の実施形態に係る短絡保護方法のフローチャートである。
図23】本出願の実施形態に係る別の短絡保護方法のフローチャートである。
図24】本出願の実施形態に係る光発電システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0073】
光発電システムの直流比率を改善するために、各MPPT構成要素が通常少なくとも2つ以上の光起電力部に接続される。これに加えて、光起電力部又はラインが短絡しているときに光起電力部とラインとを保護するために、光起電力部の正の出力端部及び/又は負の出力端部が1つ以上のヒューズに直列に接続される。以下、各MPPT構成要素が3つのブランチに接続される例を説明する。各MPPT構成要素がより多数のブランチに接続される場合の原理も同様であり、本記載では詳細は重ねて説明しない。
【0074】
図1図3を参照する。図1は光起電力部の正の出力端部と負の出力端部との両方がヒューズに直列に接続されている概略図である。図2は光起電力部の正の出力端部がヒューズに直列に接続されている概略図である。図3は光起電力部の負の出力端部がヒューズに直列に接続されている概略図である。
【0075】
各ブランチは1つの光起電力構成要素101を含む。3つのブランチはスイッチ102の前で並列に接続されてから直流スイッチ102を用いてMPPT構成要素103に接続される。図1のfuse1~fuse6、図2のfuse1~fuse3及び図3のfuse1~fuse3は、ラインの電流が過度に大きいときに切れて光起電力構成要素とラインとを保護するヒューズである。
【0076】
しかし、光起電力部の実際の出力電流は比較的小さいので、ヒューズが切れることはまずあり得ない。定格電流が15Aであるヒューズを例として用いる。ヒューズの規格の規定に基づけば、ヒューズが切れない場合において許容される電流は最大1.13×15=16.95Aであるといえ、ヒューズが1時間で切れるのに要する電流は1.35×15=20.25Aである。しかし、ヒューズが切れるのに要する電流に短絡電流が届くことはまずあり得ない。したがって、ヒューズが切れないおそれがあり、光起電力部とラインとを効果的に保護することができない。これに加えて、各ヒューズの抵抗は最大9ミリオームになり得る。したがって、電力損失と熱の発生とが比較的大規模になるという問題がある。いくつかの実施形態では、ケーブルが保護される必要があるので、装置の下に組込み型ヒューズのYハーネスが配置される必要がさらにあり、ケーブルコストの増大をさらに招く。
【0077】
上記の技術的課題を解決するために、本出願では、光起電力部又はラインが短絡するときに電力損失を小さくしつつ光起電力部とラインとを効果的に保護する保護装置、短絡保護方法及び光発電システムを提供する。以下、添付の図面を参照して詳細な説明を行なう。
【0078】
以降で用いられている用語「第1(first)」、「第2(second)」などは説明に用いようと考えられているのにすぎず、示されている技術的特徴の相対的重要度を示したり示唆したり、示されている技術的特徴の数量を暗示的に示したりするものとして解されないものとする。したがって、「第1」、「第2」などによって限定される特徴は1つ以上のこのような特徴を明示的に含んだり暗示的に含んだりしてもよい。
【0079】
本出願では、別段明示されて限定されない限り、用語「接続(connect)」は当然広義に解釈される。たとえば、「接続」は固定接続であってもよいし、取り外し可能な接続であってもよいし、全体を形成する接続であってもよく、直接接続であっても、中間媒体を介した間接接続であってもよい。
【0080】
当業者による本発明の技術的解決手段の理解を深めるために、以下、本出願の実施形態において添付の図面を参照して本出願の実施形態の技術的解決手段を明確かつ網羅的に説明する。
【0081】
装置実施形態1
以下の実施形態の光起電力部単体は1つの光起電力構成要素を含んでもよいし、複数の光起電力構成要素を直列及び/又は並列に接続することによって形成されてもよい。たとえば、まず複数の光起電力部が直列に接続されて光起電力ストリングを形成してから、複数の光起電力ストリングが並列に接続されて光起電力部が形成される。本出願の本実施形態では光起電力部に含まれる光起電力構成要素の具体的な個数は特定のものに限定されず、実際の要求に基づいて当業者によって設定されてもよい。これに加えて、本出願の本実施形態では光起電力構成要素単体の電気パラメータは特定のものに限定されない。同じ装置に接続される複数の光起電力部の出力電圧は同じであっても異なってもよく、本出願の本実施形態ではこれは特定のものに限定されない。
【0082】
本出願の本実施形態で提供されている保護装置は光発電システムに適用され、本保護装置はインタフェイスを用いて少なくとも2つの光起電力部に接続されることが可能である。光起電力部がインタフェイスを用いて保護装置に接続された後は、光起電力部が直流母線に装置内で並列に直接接続されることが可能であったり、光起電力部の出力電流が合流して直流母線に流入するように、光起電力部と保護スイッチとが直列に接続されてから直流母線に並列に接続されることが可能であったりし、さらには、少なくとも2つのブランチが装置内で形成される。各ブランチは少なくとも1つの光起電力部に接続される。以下、ブランチの有様をまず詳細に説明する。
【0083】
図4は本出願の実施形態に係るブランチの概略図である。
【0084】
ブランチは1つの光起電力部101a1を含み、光起電力部101a1の正の出力端部がブランチの正の出力端部であり、光起電力部101a1の負の出力端部がブランチの負の出力端部である。このことは以降の実施形態の説明では説明しない。
【0085】
図5は本出願の実施形態に係る別のブランチの概略図である。
【0086】
ブランチは図4に示されているブランチを複数含んでもよく、したがって、たとえば少なくとも2つの光起電力部(順に101a1,101a2,…,101ai)を含む。いくつかの実施形態では、ブランチが複数の光起電力部を含む場合、ブランチは光起電力部とラインとの保護を実施する保護スイッチ(図示せず)をさらに含んでもよい。
【0087】
本出願の本実施形態のブランチは電界における概念であり、並列回路の分流が流れるルートを指すと解することができる。図5の例を引き続き説明するが、光起電力部101a1があるラインは1つのブランチとみなされてもよく、光起電力部101a1と光起電力部101a1とが並列に接続された後に形成されるラインも1つのブランチとみなされてもよい。
【0088】
すべての光起電力部の正の出力端部が寄り集められてブランチの正の出力端部を形成し、すべての光起電力部の負の出力端部が寄り集められてブランチの負の出力端部を形成する。
【0089】
以下の実施形態での「ブランチ」は特に図4及び図5に示されているすべてのブランチの総称であり、すなわち、幹線(直流母線)を除くすべてのブランチの総称である。
【0090】
以下、添付の図面を参照して保護装置の作動原理を詳細に説明する。
【0091】
図6は本出願の実施形態に係る保護装置の概略図である。
【0092】
保護装置200はインタフェイス、保護スイッチS~SM-1、直流母線及びコントローラ(図示せず)を含む。
【0093】
装置200はインタフェイスを用いて少なくとも2つの光起電力部に接続されてもよい。本出願では接続される光起電力部の個数は特定のものに限定されない。少なくとも2つの光起電力部が直流母線に装置内で接続されて少なくとも2つのブランチを形成し、各ブランチは少なくとも1つの光起電力部に接続される。
【0094】
保護装置が光発電システムに適用される場合、直流母線は正の直流母線と負の直流母線とを特に含む。
【0095】
保護スイッチS~SM-1は、最大3つの光起電力部が並列に直接接続されるように直流母線から光起電力部の全部又は一部を切断するように構成され、言い換えると、保護スイッチS~SM-1は、開放状態にあるときに、最大3つの光起電力部が装置内で直流母線に並列に直接接続されるのを可能にするように構成されている。
【0096】
例として、1つの光起電力部で短絡による障害が生じ、障害がある光起電力部が他の1つの正常な光起電力部の出力電流に耐えることができる場合において、保護スイッチS~SM-1が開放状態にあるとき、最大2つの光起電力部が装置内で並列に直接接続される。本例では、図中のi及びjの値は2である。
【0097】
別の例として、1つの光起電力部で短絡による障害が生じ、障害がある光起電力部が他の2つの正常な光起電力部の出力電流に耐えることができる場合において、保護スイッチS~SM-1が開放状態にあるとき、最大3つの光起電力部が装置内で並列に直接接続される。本例では、図中のi及びjの値は3である。
【0098】
特に、i及びjは光起電力部の実際の電流許容値によって決定される。本出願の本実施形態ではこれは特定のものに限定されない。図6は図示及び説明を容易にするためのものにすぎず、実際には図中のi個の光起電力部が保護装置内で並列に接続される点に留意するべきである。
【0099】
説明を容易にするために、以下、i及びjの値が2である例を説明する。他のいくつかの実施形態では、i及びjの値が3である場合の原理は同様であり、本出願では詳細は重ねて説明しない。
【0100】
コントローラは、ブランチのパラメータ検出値又は直流母線のパラメータ検出値に基づいて、光発電システムに障害があると判断する場合に、開放状態になるように保護スイッチを制御するように構成されている。以下、短絡による障害を例として説明する。特に、パラメータ検出値が逆電流値である場合には、コントローラは、ブランチの逆電流値が第1の電流値を超えるときに、光発電システムに障害があると判断するように特に構成されている。
【0101】
以下、コントローラによって保護機能を実施する原理を説明する。
【0102】
短絡による障害が一切ないとき、すべてのブランチの電流が合流して直流母線に流入する。したがって、直流母線の電流の絶対値はいずれのブランチの電流の絶対値をも超える。電流方向は光起電力部の陽極から正の直流母線に流れるものである。いずれかのブランチに短絡による障害が存在するときには、短絡による障害が存在するブランチに他のすべての正常なブランチの出力電流が流れる。この場合、直流母線の電圧が減少し、ブランチの電流方向が、短絡による障害が存在するブランチの方に振れ、言い換えると、ブランチの逆電流が第1の電流値を超える。第1の電流値は実際の事例に基づいて決定されてもよい。本出願の本実施形態ではこれは特定のものに限定されない。好ましくは、可能な限り早期に短絡による障害を発見して保護スイッチの保護動作を開始するために、第1の電流値は比較的小さい値、たとえば0であってもよい。言い換えると、ブランチで逆電流が生じるときに、開放状態になるように保護スイッチをコントローラが制御する。
【0103】
この場合、コントローラは光起電力部又はラインに短絡による障害が存在すると判断し、開放状態になるように保護スイッチを制御して光起電力部とラインとを保護する。
【0104】
いくつかの実施形態では、保護装置200は電力回路201をさらに含み、電力回路は電力の変換を行なうように構成され、電力回路は直流/直流(DC/DC)変換回路であっても直流/交流(DC/AC)変換回路であってもよい。
【0105】
電力回路201が直流/直流変換回路である場合、直流/直流変換回路は特に昇圧(Boost)回路であっても降圧(Buck)回路であっても昇降圧(Buck-Boost)回路であってもよい。この場合、保護装置は光発電システムの直流コンバイナボックスであってもよい。本出願ではこれは特定のものに限定されない。
【0106】
電力回路201が直流/交流回路である場合、直流/交流回路は直流を出力用の交流に変換するように構成される。この場合、光発電システムのインバータとして保護装置が用いられてもよい。
【0107】
他のいくつかの実施形態では、上記とは異なり、保護装置が独立した装置として光発電システムの直流コンバイナボックスやインバータの入力端部に配置されてもよい。
【0108】
まとめると、本出願の本実施形態で提供されている保護装置をインタフェイスを用いて複数の光起電力部に接続することができる。装置の保護スイッチが開放状態にあるとき、最大3つの光起電力部が装置内で並列に直接接続されて光起電力構成要素とラインとを損傷から保護する。光起電力部と保護スイッチとの具体的な接続様式は実際の要求に基づいて設定されてもよい。ブランチの逆電流が第1の電流値を超えるとき、開放状態になるように保護スイッチを装置のコントローラが制御して、光起電力システムの光起電力部とラインとを保護することができる。これに加えて、回路には保護スイッチのみが付加され、保護スイッチの抵抗はヒューズの抵抗未満であるので、光起電力システムの損失率及び損失がさらに削減される。これに加えて、ヒューズが用いられることがなくなったので、元々は組込み型ヒューズに用いられるものであるYハーネスを、光発電システムのインバータ又は直流コンバイナボックスの下に配置するのに代えて、光起電力部側に配置することができ、これにより、ケーブルコストがさらに削減される。
【0109】
上記の説明では、障害がある光起電力構成要素が別の光起電力構成要素からの逆電流に耐えることが可能にされる例を用いている。実際に適用する際には、安全仕様要求に一層応えるために、保護スイッチは直流母線からすべての光起電力部を切断するように構成されている。詳細については図6Bを参照する。
【0110】
図6Bは本出願の実施形態に係る別の保護装置の概略図である。
【0111】
図6Bは、保護スイッチS01及びS02がさらに含まれる点で図6Aとは異なり、これにより、すべての保護スイッチが開放状態にあるときにすべての光起電力部が直流母線から切断され、言い換えると、すべてのインタフェイスと直流母線との間の接続ラインが切断される。
【0112】
これに加えて、上記の説明は、最大3つの光起電力部が並列に直接接続されてから1つのインタフェイスに接続される例を用いている。他のいくつかの実施形態では、最大3つの光起電力部が、対応するインタフェイスを用いて装置内で並列に接続される。具体的な実現例については図6Cを参照する。
【0113】
いくつかの実施形態では、ブランチの電流の絶対値が直流母線の電流の絶対値を超えるとき、又はブランチの逆電流が第1の電流値を超えるとき、ブランチの逆電流が第1の電流値を超えるとコントローラが特に判断し、開放状態になるように保護スイッチを制御する。以下、具体的な実現例を参照してコントローラの作動原理を説明する。
【0114】
装置実施形態2
以下、保護装置が2つの光起電力部に接続される例を説明する。
【0115】
図7は本出願の実施形態に係る別の保護装置の概略図である。
【0116】
保護装置200はインタフェイスを用いて2つの光起電力部101a1及び101a2に接続される。
【0117】
2つの光起電力部は保護装置200内で並列に接続されてから直流スイッチ102を用いて電力回路201に接続される。直流スイッチ102は回路を保護するように構成されている。いくつかの実施形態では、直流スイッチ102を配置する代わりに直結が行なわれてもよい。
【0118】
さらに、少なくとも1つの光起電力部が保護スイッチS1に直列に接続される。
【0119】
以下、検出電流の絶対値を用いてコントローラによって保護機能を実施する原理を説明する。
【0120】
短絡による障害が一切ないとき、2つの光起電力部の電流が合流して直流母線に流入し、直流母線の電流の絶対値(検出箇所A又は検出箇所Bの検出電流の絶対値)がいずれのブランチの電流の絶対値(検出箇所C又は検出箇所Dの検出電流の絶対値)をも超える。
【0121】
1つの光起電力部で短絡による障害が生じると、短絡のある光起電力部に他の正常な光起電力部の出力電流が流れる。この場合、直流母線の電流の絶対値がいずれのブランチの電流の絶対値よりも小さくなる。
【0122】
ブランチの電流の絶対値が直流母線の電流の絶対値を超えると、コントローラは開放状態になるように保護スイッチS1を制御する。
【0123】
特に、光起電力部101a1があるブランチに短絡による障害が存在するとき、保護スイッチS1は開放状態にあり、これにより、光起電力部101a2が電流を出力するのを止めることによって光起電力部とラインとが保護される。光起電力部101a2があるブランチに短絡による障害が存在するとき、保護スイッチS1は開放状態にあり、これにより、短絡のあるブランチが切断され、光起電力部101a1によって装置200に電流を出力し続けて正常な動作状態を維持することができる。
【0124】
いくつかの実施形態では、電流の大きさと方向とが電流センサを用いて検出されてもよく、電流センサは装置200のコントローラに検出結果を送る。
【0125】
上記の実現例では、箇所A又は箇所Bの電流の絶対値を第1の電流センサを用いて検出することができ、箇所C又は箇所Dの電流の絶対値が第2の電流センサを用いて検出することができる。
【0126】
いくつかの実施形態では、保護スイッチS1が光起電力部102a2の正の出力端部に直列に接続されても、光起電力部102a2の負の出力端部に直列に接続されてもよいし、冗長制御を実施するために光起電力部102a2の正の出力端部及び負の出力端部の各々に1つの光起電力部が接続されてもよい。本出願の本実施形態ではこれは特定のものに限定されない。
【0127】
以下、検出電流の方向を用いてコントローラによって保護機能を実施する原理を説明する。
【0128】
短絡による障害が一切ないときに、検出箇所C及び検出箇所Dの電流方向が既定の方向に設定されてもよく、たとえば、正の方向に設定されてもよい。
【0129】
光起電力部101a1があるブランチで短絡による障害が生じると、光起電力部101a1があるブランチに光起電力部101a2の出力電流が流れ、したがって、検出箇所Cの電流方向が既定の電流方向とは反対になり、これは負の方向である。この場合、開放状態になるように保護スイッチS1をコントローラが制御し、これにより、光起電力部101a2が電流を出力するのを止めることによって光起電力部とラインとが保護される。光起電力部101a2があるブランチで短絡による障害が生じると、光起電力部101a2があるブランチに光起電力部101a1の出力電流が流れ、したがって、検出箇所Dの電流方向が既定の電流方向とは反対になる。この場合、開放状態になるように保護スイッチS1をコントローラが制御し、これにより、短絡のあるブランチが切断され、光起電力部101a1が保護装置200に電流を正常に出力し続けることができる。
【0130】
この仕方では、箇所Cの電流方向を第3の電流センサを用いて検出することができ、箇所Dの電流方向を第4の電流センサを用いて検出することができる。
【0131】
上記の実施形態の検出箇所C及び検出箇所Dが、上記とは異なり、対応する光起電力部の負の出力端部側に位置してもよく、あるいは、一方が光起電力部の正の出力端部側に位置し、他方が光起電力部の負の出力端部側に位置する。この場合、コントローラの作動原理は同様であり、本記載では詳細は重ねて説明しない。
【0132】
まとめると、保護装置がインタフェイスを用いて2つの光起電力部に接続される場合において、ブランチの電流の絶対値が直流母線の電流の絶対値を超えるとき、又はブランチの電流方向が既定の電流方向とは反対であるとき、開放状態になるように保護スイッチを保護装置のコントローラが制御することで、いずれのブランチの電流も第1の電流値未満になり、これにより、光起電力部とラインとが保護される。これに加えて、回路には保護スイッチのみが付加され、保護スイッチの抵抗はヒューズの抵抗未満である(いくつかの実施形態では、適用される保護スイッチの抵抗は約0.3ミリオームしかなく、ヒューズの抵抗未満である)ので、損失率及び損失がさらに削減される。これに加えて、Y端子を光起電力部側に配置することもできるので、ケーブルコストが削減される。
【0133】
上記の実施形態では、保護装置が2つの光起電力部に接続される例を説明している。しかし、現在では、光発電システムの直流比率を向上させるために、保護装置が3つ又は4つ又は5つ以上の光起電力部に対応づけて接続されるのが一般的である。以下、各装置が3つの光起電力部に対応づけて接続される場合の作動原理をまず説明する。
【0134】
装置実施形態3
図8は本出願の実施形態に係るさらに別の保護装置の概略図である。
【0135】
3つの光起電力部の正の出力端部が保護装置内で並列に接続されてから直流スイッチ102を用いて電力回路201に接続される。直流スイッチ102は回路を保護するように構成されている。実際に適用する際には、直流スイッチ102を配置する代わりに直結が行なわれてもよい。
【0136】
光起電力部101a1と保護スイッチS1とが直列に接続されてから直流母線に接続され、光起電力部101a3と保護スイッチS2とが直列に接続されてから直流母線に並列に接続される。
【0137】
以下、検出電流の絶対値を用いてコントローラによって保護機能を実施する原理を説明する。
【0138】
短絡による障害が一切ないとき、3つの光起電力部の出力電流が合流して直流母線に流入し、したがって、直流母線の電流の絶対値(検出箇所A又は検出箇所Bの検出電流の絶対値)がいずれのブランチの電流の絶対値(検出箇所C、検出箇所D及び検出箇所Eの検出電流の絶対値)をも超える。
【0139】
光起電力部で短絡による障害が生じると、短絡による障害が存在する光起電力部に他の正常な光起電力部の出力電流が流れる。この場合、直流母線の電流の絶対値がいずれのブランチの電流の絶対値よりも小さくなる。
【0140】
直流母線の電流の絶対値がいずれのブランチの電流の絶対値よりも小さいとき、開放状態になるように保護スイッチS1及びS2を保護装置のコントローラが制御することで、短絡のあるブランチに流れる電流がゼロになり、これにより、光起電力部とラインとが保護される。
【0141】
本実現例では、直流母線の電流の絶対値(すなわち検出箇所A又はB)を第1の電流センサを用いて検出することができ、いずれかのブランチの電流の絶対値(すなわち検出箇所C,D又はE)を第2の電流センサを用いて検出することができる。
【0142】
以下、検出電流の方向を用いてコントローラによって保護機能を実施する原理を説明する。
【0143】
短絡による障害が一切ないときに、箇所C、箇所D及び箇所Eの電流方向が既定の電流方向に設定されてもよく、たとえば、正の方向に設定されてもよい。
【0144】
光起電力部で短絡による障害が生じると、短絡による障害が存在する光起電力部に他の正常な光起電力部の出力電流が流れ、したがって、短絡による障害が存在する光起電力部の電流方向が既定の方向とは反対になる。この場合、開放状態になるように保護スイッチS1及びS2をコントローラが制御することで、短絡のあるブランチに流れる電流がゼロになり、これにより、光起電力部とラインとが保護される。
【0145】
この仕方では、3つの第1型光起電力部ブランチの電流方向を3つの電流センサを用いて個別に検出することができる。
【0146】
別の可能な実現例では、用いられる電流センサの個数を削減するために、短絡による障害が存在するか否かは、上記とは異なり、箇所G及び箇所Fの電流方向を検出することによって判断されてもよい。光起電力部101a1及び101a3があるブランチで短絡による障害が生じると、箇所Hの電流検出方向が既定の電流方向とは反対になる。光起電力部101a2があるブランチで短絡による障害が生じると、箇所Gの電流検出方向が既定の電流方向とは反対になる。箇所H又は箇所Gの電流検出方向が既定の電流方向とは反対であるとき、開放状態になるように保護スイッチをコントローラが制御して光起電力部とラインとを保護してもよい。
【0147】
この仕方では、箇所Gの電流方向を第3の電流センサを用いて検出することができ、箇所Hの電流方向を第4の電流センサを用いて検出することができる。上記の実現例と比較して、これにより、用いられる電流センサの個数を削減することができる。
【0148】
いくつかの実施形態では、保護スイッチS1又は保護スイッチS2を配置する代わりに直結が行なわれてもよい。この場合、開放状態になるように保護スイッチをコントローラが制御した後、短絡による障害が存在するブランチに流れる電流が第1の電流値未満になる。
【0149】
まとめると、保護装置がインタフェイスを用いて3つの光起電力部に接続される場合において、光起電力部の電流の絶対値が直流母線の電流の絶対値を超えるとき、又はブランチの電流方向が既定の電流方向とは反対であるとき、開放状態になるように保護スイッチをコントローラが制御することができることで、いずれのブランチの電流も第1の電流値未満になり、これにより、光起電力部とラインとが保護される。これに加えて、回路には保護スイッチのみが付加され、保護スイッチの抵抗はヒューズの抵抗未満であるので、損失率及び損失がさらに削減される。これに加えて、Y端子を光起電力部側に配置することもできるので、ケーブルコストが削減される。
【0150】
装置実施形態4
図9は本出願の実施形態に係るさらに別の保護装置の概略図である。
【0151】
光起電力部101a1及び101a2が保護装置内で並列に直接接続されてから直流母線に接続され、光起電力部101a3と保護スイッチS1とが直列に接続されてから装置の直流母線に並列に接続される。
【0152】
直流スイッチ102は回路を保護するように構成されている。いくつかの実施形態では、直流スイッチ102を配置する代わりに直結が行なわれてもよい。保護スイッチS1が光起電力部101a3の負極に直列に接続される例を説明する。いくつかの実施形態では、保護スイッチS1はこれの代わりに光起電力部101a3の陽極に直列に接続されてもよい。
【0153】
以下、検出電流の絶対値を用いてコントローラによって保護機能を実施する原理を説明する。
【0154】
短絡による障害が一切ないとき、すべてのブランチの電流が合流して直流母線に流入し、したがって、直流母線の電流の絶対値(検出箇所A又は検出箇所Bの検出電流の絶対値)がいずれのブランチの電流の絶対値(検出箇所C,D,E及びFの検出電流の絶対値)をも超える。
【0155】
短絡による障害がブランチで生じると、短絡による障害が存在するブランチに正常なブランチの出力電流が流れる。この場合、直流母線の電流の絶対値がいずれのブランチの電流の絶対値よりも小さくなる。
【0156】
したがって、ブランチの電流の絶対値が直流母線の電流の絶対値を超えるときに、開放状態になるように保護スイッチS1を保護装置のコントローラが制御する。特に、光起電力部101a3があるブランチに短絡による障害が存在するとき、保護スイッチS1は開放状態にあり、これにより、障害があるブランチに流れる電流はゼロになり、さらには、光起電力部101a1及び101a2が電流を正常に出力することができる。光起電力部101a1及び101a2があるブランチに短絡による障害が存在するとき、保護スイッチS1は開放状態にあり、これにより、障害があるブランチに、光起電力部101a3があるブランチが電流を出力するのを止め、これにより、光起電力部とラインとが保護される。
【0157】
本実現例では、直流母線の電流の絶対値(検出箇所A又は検出箇所B)を第1の電流センサを用いて検出することができ、いずれかのブランチの電流の絶対値(検出箇所C,D,E及びFのいずれか1つ)を第2の電流センサを用いて検出することができ、言い換えると、2つの電流センサが必要である。
【0158】
以下、検出電流の方向を用いてコントローラによって保護機能を実施する原理を説明する。
【0159】
短絡による障害が一切ないときに、検出箇所E及びFの電流方向が既定の方向に設定されてもよく、たとえば、正の方向に設定されてもよい。
【0160】
光起電力部101a3があるブランチで短絡による障害が生じると、検出箇所Eの電流方向が既定の電流方向とは反対になる。光起電力部101a1及び101a2があるブランチで短絡による障害が生じると、検出箇所Fの電流方向が既定の電流方向とは反対になる。
【0161】
したがって、箇所E及び箇所Fの電流方向を2つの電流センサを用いて個別に検出することによって本実現例を実施することができる。検出された電流方向に既定の電流方向とは反対の検出結果が見られるとき、開放状態になるように保護スイッチS1をコントローラが制御して光起電力部とラインとを保護する。
【0162】
図10は本出願の実施形態に係る別の保護装置の概略図である。
【0163】
図10の保護装置は、保護スイッチS1が光起電力部101a1及び101a2の負の出力端部に直列に接続される(あるいは、光起電力部101a1及び101a2の正の出力端部に直列に接続されてもよい)点で図9の保護装置とは異なる。この場合、コントローラの作動原理は上記の説明と同様であり、本出願の本実施形態では詳細は重ねて説明しない。
【0164】
上記とは異なり、上記の実施形態の検出箇所C,D及びEが、対応する光起電力部の負の出力端部側にあってもよい。
【0165】
まとめると、保護装置がインタフェイスを用いて3つの光起電力部に接続される場合において、いずれのブランチの電流の絶対値も直流母線の電流の絶対値を超えるとき、又はいずれかのブランチの電流方向が既定の電流方向とは反対であるとき、開放状態になるように保護スイッチを保護装置のコントローラが制御して光起電力部とラインとを保護することができる。これに加えて、回路には保護スイッチのみが付加され、保護スイッチの抵抗はヒューズの抵抗未満であるので、損失率及び損失がさらに削減される。これに加えて、Y端子を光起電力部側に配置することもできるので、ケーブルコストが削減される。
【0166】
上記の実施形態では、各装置の入力端部が3つの光起電力部を含む例を説明している。以下、各装置が4つの光起電力部に対応づけて接続される場合の作動原理を説明する。
【0167】
装置実施形態5
図11は本出願の実施形態に係るさらに別の保護装置の概略図である。
【0168】
4つの光起電力部の正の出力端部が保護装置内で正の直流母線の保護スイッチS1で寄り集められ、各第1型光起電力部ブランチの負の出力端部と1つの保護スイッチとが保護装置内で直列に接続されてから負の直流母線で寄り集められる。
【0169】
以下、検出電流の絶対値を用いてコントローラによって保護機能を実施する原理を説明する。
【0170】
短絡による障害が一切ないとき、4つの光起電力部の電流が合流して直流母線に流入し、したがって、直流母線の電流の絶対値(検出箇所A又はBの検出電流の絶対値)がいずれのブランチの電流の絶対値(検出箇所C,D,E及びFの検出電流の絶対値)をも超える。
【0171】
光起電力部で短絡による障害が生じると、短絡による障害が存在する光起電力部に他の正常な光起電力部の出力電流が流れる。この場合、直流母線の電流の絶対値がいずれのブランチの電流の絶対値よりも小さくなり、開放状態になるように保護スイッチをコントローラが制御し、これにより、短絡のあるブランチに流れる電流が0になる。
【0172】
本実現例では、直流母線の電流の絶対値、すなわち箇所A及び箇所Bを第1の電流センサを用いて検出することができ、いずれかの第1型光起電力部ブランチの電流の絶対値(検出箇所C,D,E及びFのいずれか1つ)が第2の電流センサを用いて検出することができる。
【0173】
以下、検出電流の方向を用いてコントローラによって保護機能を実施する原理を説明する。
【0174】
短絡による障害が一切ないときに、箇所C、箇所D、箇所E及び箇所Fの電流方向が既定の方向に設定されてもよく、たとえば、正の方向に設定されてもよい。
【0175】
光起電力部で短絡による障害が生じると、短絡のある光起電力部に他の正常な光起電力部の出力電流が流れ、したがって、短絡のある光起電力部があるブランチの電流方向が既定の方向とは反対になる。この場合、開放状態になるように保護スイッチをコントローラが制御することで、障害があるブランチに流れる電流がゼロになり、これにより、光起電力部とラインとが保護される。
【0176】
本実現例では、4つの第1型光起電力部ブランチの電流方向を4つの電流センサを用いて個別に検出することができる。
【0177】
別の可能な実現例では、用いられる電流センサの個数を削減するために、短絡による障害が存在するか否かは、上記とは異なり、箇所G及び箇所Fの電流方向を検出することによって判断されてもよい。
【0178】
短絡による障害が一切ないときに、箇所G及び箇所Hの電流方向が既定の方向に設定されてもよく、たとえば、正の方向に設定されてもよい。
【0179】
光起電力部101a1,101a3及び101a4があるブランチで短絡による障害が生じると、箇所Hの電流検出方向が既定の電流方向とは反対になる。光起電力部101a2があるブランチで短絡による障害が生じると、箇所Gの電流検出方向が既定の方向とは反対になる。
【0180】
この仕方では、箇所G及び箇所Hの電流方向を2つの電流センサを用いて個別に検出することができる。
【0181】
いくつかの実施形態では、保護スイッチS1,S2及びS3を配置する代わりに直結が行なわれてもよい。この場合、開放状態になるように保護スイッチをコントローラが制御することで、短絡のあるブランチに流れる電流が第1の電流値未満になり、これにより、光起電力部とラインとが保護される。
【0182】
図12は本出願の実施形態に係るさらに別の保護装置の概略図である。
【0183】
図12は別の可能な実現例を示しており、本実現例は、光起電力部101a1の正の出力端部と光起電力部101a2の正の出力端部とが保護スイッチS1で寄り集められて、保護スイッチS1を用いて正の直流母線に接続され、光起電力部101a3の正の出力端部と光起電力部101a4の正の出力端部とが保護スイッチS6で寄り集められて、保護スイッチS6を用いて正の直流母線に接続される点で図11に示されている仕方とは異なる。
【0184】
この場合、図11に対応する作動原理をコントローラが用いてもよい。本出願の本実施形態では詳細は重ねて説明しない。
【0185】
図13は本出願の実施形態に係る別の保護装置の概略図である。
【0186】
図13は別の可能な実現例を示しており、本実現例は、各光起電力部の正の出力端部と1つの保護スイッチとが直列に接続されてから正の直流母線で寄り集められ、各光起電力部の負の出力端部と1つの保護スイッチとが直列に接続されてから負の直流母線で寄り集められる点で図11に示されている仕方とは異なる。冗長性を高めて保護スイッチを配置することによって安全性をさらに改善することができ、光起電力部があるブランチを確実に切断することができる。
【0187】
この場合、図11に対応する作動原理をコントローラが用いてもよい。本出願の本実施形態では詳細は重ねて説明しない。
【0188】
上記とは異なり、上記の実施形態の検出箇所C,D,E及びFが、対応する光起電力部の負の出力端部側にあってもよいことが分かる。
【0189】
まとめると、保護装置がインタフェイスを用いて4つの光起電力部に接続される場合において、ブランチの電流の絶対値が直流母線の電流の絶対値を超えるとき、又は光起電力部の電流方向が既定の電流方向とは反対であるとき、開放状態になるように保護スイッチを保護装置のコントローラが制御することができることで、いずれのブランチの電流も第1の電流値未満になり、これにより、光起電力部とラインとが保護される。これに加えて、回路には保護スイッチのみが付加され、保護スイッチの抵抗はヒューズの抵抗未満であるので、損失率及び損失がさらに削減される。これに加えて、Y端子を光起電力部側に配置することもできるので、ケーブルコストが削減される。
【0190】
装置実施形態6
図14は本出願の実施形態に係るさらに別の保護装置の概略図である。
【0191】
光起電力部101a1及び101a2が並列に接続されてから装置の直流母線に接続され、光起電力部101a3及び101a4の各々があるブランチと1つの保護スイッチとが直列に接続されてから装置の直流母線に接続される。
【0192】
特に、2つの第1型光起電力部ブランチの正の出力端部が寄り集められてから正の直流母線に接続され、2つの第1型光起電力部ブランチの各々の負の出力端部と1つの保護スイッチとが直列に接続されてから寄り集められて負の直流母線に接続される。
【0193】
光起電力部101a1及び101a2の正の出力端部が保護スイッチS1を用いて正の直流母線に接続され、光起電力部101a1及び101a2の負の出力端部が保護スイッチS2を用いて負の直流母線に接続される。
【0194】
いくつかの実施形態では、保護スイッチS1及びS2を配置する代わりに直結が行なわれてもよい。
【0195】
以下、検出電流の絶対値を用いてコントローラによって保護機能を実施する原理を説明する。
【0196】
短絡による障害が一切ないとき、すべてのブランチの電流が合流して直流母線に流入し、したがって、直流母線の電流の絶対値(検出箇所A又はBの検出電流の絶対値)がいずれのブランチの電流の絶対値(検出箇所C,D,E,F,G及びHの検出電流の絶対値)をも超える。
【0197】
ブランチで短絡による障害が生じると、短絡のあるブランチに通常のブランチの出力電流が流れる。この場合、直流母線の電流の絶対値がいずれのブランチの電流の絶対値よりも小さくなる。
【0198】
したがって、ブランチの電流の絶対値が直流母線の電流の絶対値を超えるとき、開放状態になるように保護スイッチS1~S4を装置のコントローラが制御することで、障害があるブランチに流れる電流がゼロになり、これにより、光起電力部とラインとが保護される。
【0199】
本実現例では、直流母線の電流の絶対値、すなわち箇所A又は箇所Bを第1の電流センサを用いて検出することができ、C,D,E,F,G及びHのいずれか1つの電流の絶対値を第2の電流センサを用いて検出することができる。
【0200】
以下、検出電流の方向を用いてコントローラによって保護機能を実施する原理を説明する。
【0201】
短絡による障害が一切ないときに、検出箇所G及び検出箇所Hの電流方向が既定の方向に設定されてもよく、たとえば、正の方向に設定されてもよい。
【0202】
光起電力部101a3及び101a4があるブランチで短絡による障害が生じると、箇所Hの電流方向が既定の方向とは反対になる。光起電力部101a1及び101a2があるブランチで短絡による障害が生じると、箇所Gの電流方向が既定の方向とは反対になる。したがって、箇所Hと箇所Gとのいずれか一方の電流検出方向が既定の電流方向とは反対であるとき、短絡による障害が存在するとコントローラが判断して、開放状態になるように保護スイッチS1~S4を制御することができることで、障害があるブランチに流れる電流がゼロになり、これにより、光起電力部とラインとが保護される。
【0203】
本実現例では、箇所G及び箇所Hの電流方向を2つの電流センサを用いて個別に検出することができる。
【0204】
いくつかの実施形態では、保護スイッチS1,S3及びS4を配置する代わりに直結が行なわれてもよい。この場合、開放状態になるように保護スイッチをコントローラが制御することで、短絡のあるブランチに流れる電流が第1の電流値未満になり、これにより、光起電力部とラインとが保護される。
【0205】
図15は本出願の実施形態に係るさらに別の保護装置の概略図である。
【0206】
図15に示されている実現例は、光起電力部101a3及び101a4の正の出力端部が寄り集められてから保護スイッチS3を用いて正の直流母線に接続され、光起電力部101a3の負の出力端部が保護スイッチS4を用いて負の直流母線に接続され、光起電力部101a4の負の出力端部が保護スイッチS5を用いて負の直流母線に接続される点で図14の実現例とは異なる。
【0207】
本例では、光起電力部とラインとを保護するのに図14に対応する作動原理をコントローラが用いてもよい。本出願の本実施形態では詳細は重ねて説明しない。
【0208】
図16は本出願の実施形態に係る別の保護装置の概略図である。
【0209】
図16に示されている実現例は、光起電力部101a1及び101a2が並列に接続され、光起電力部101a1及び101a2の正の出力端部が寄り集められてから保護スイッチS1を用いて正の直流母線に接続され、光起電力部101a1及び101a2の負の出力端部が保護スイッチS4を用いて負の直流母線に接続され、光起電力部101a3の正の出力端部が正の直流母線に接続される。光起電力部101a3の負の出力端部が保護スイッチS2を用いて負の直流母線に接続され、光起電力部101a4の正の出力端部が保護スイッチS3を用いて正の直流母線に接続され、光起電力部101a4の負の出力端部が保護スイッチS4を用いて負の直流母線に接続される点で図14の実現例とは異なる。
【0210】
本例では、光起電力部とラインとを保護するのに図14に対応する作動原理をコントローラが用いてもよい。本出願の本実施形態では詳細は重ねて説明しない。
【0211】
上記とは異なり、上記の実施形態の検出箇所C,D,E及びFが、対応する光起電力部の負の出力端部側にあってもよい。
【0212】
まとめると、保護装置がインタフェイスを用いて4つの光起電力部に接続される場合において、いずれのブランチの電流の絶対値も直流母線の電流の絶対値を超えるとき、又はいずれかのブランチの電流方向が既定の電流方向とは反対であるとき、開放状態になるように保護スイッチを保護装置のコントローラが制御することができることで、いずれのブランチの電流も第1の電流値未満になり、これにより、光起電力部とラインとが保護される。これに加えて、回路には保護スイッチのみが付加され、保護スイッチの抵抗はヒューズの抵抗未満であるので、損失率及び損失がさらに削減される。これに加えて、Y端子を光起電力部側に配置することもできるので、ケーブルコストが削減される。
【0213】
装置実施形態7
図17は本出願の実施形態に係るさらに別の保護装置の概略図である。
【0214】
光起電力部101a1及び101a2が装置内で並列に直接接続される。光起電力部101a1及び101a2の正の出力端部が保護スイッチS1を用いて正の直流母線に接続され、負の出力端部が保護スイッチS2を用いて負の直流母線に接続される。光起電力部101a3及び101a4が装置内で並列に直接接続される。光起電力部101a3及び101a4の正の出力端部が保護スイッチS3を用いて正の直流母線に接続され、負の出力端部が保護スイッチS4を用いて負の直流母線に接続される。
【0215】
以下、検出電流の絶対値を用いてコントローラによって保護機能を実施する原理を説明する。
【0216】
短絡による障害が一切ないとき、すべてのブランチの電流が合流して直流母線に流入し、したがって、直流母線の電流の絶対値(検出箇所A又はBの検出電流の絶対値)がいずれのブランチの電流の絶対値(検出箇所C,D,E,F,G及びHの検出電流の絶対値)をも超える。
【0217】
短絡による障害がブランチで生じると、短絡による障害が存在するブランチに正常なブランチの出力電流が流れる。この場合、直流母線の電流の絶対値がいずれのブランチの電流の絶対値よりも小さくなる。
【0218】
本実現例では、直流母線の電流の絶対値、すなわち箇所A又は箇所Bを電流センサを用いて検出することができ、C,D,E,F,G及びHのいずれか1つの電流の絶対値を別の電流センサを用いて検出することができる。
【0219】
以下、検出電流の方向を用いてコントローラによって保護機能を実施する原理を説明する。
【0220】
短絡による障害が一切ないときに、箇所G及び箇所Hの電流方向が既定の方向に設定されてもよく、たとえば、正の方向に設定されてもよい。
【0221】
光起電力部101a1及び101a2があるブランチで短絡による障害が生じると、箇所Gの電流方向が既定の電流方向とは反対になる。光起電力部101a3及び101a4があるブランチで短絡による障害が生じると、箇所Hの電流方向が既定の電流方向とは反対になる。したがって、箇所Gと箇所Hとのいずれか一方の電流検出方向が既定の電流方向とは反対であるとき、短絡による障害が存在するとコントローラが判断して、開放状態になるように保護スイッチS1~S4を制御することができることで、障害があるブランチに流れる電流がゼロになり、これにより、光起電力部とラインとが保護される。
【0222】
いくつかの実施形態では、直列に接続される保護スイッチの個数を削減することによってコストを削減するために、保護スイッチS1及びS2の少なくとも一方を配置する代わりに直結が行なわれてもよいし、保護スイッチS3及びS4の少なくとも一方を配置する代わりに直結が行なわれてもよいし、保護スイッチS1及びS2のいずれか一方と、保護スイッチS3及びS4のいずれか一方とを配置する代わりに直結が行なわれてもよい。この場合、開放状態になるように残りの保護スイッチをコントローラが制御することで、短絡による障害が存在するブランチに流れる電流が第1の電流値未満になることが可能であり、これにより、光起電力部とラインとが保護される。
【0223】
まとめると、保護装置がインタフェイスを用いて4つの光起電力部に接続される場合において、ブランチの電流の絶対値が直流母線の電流の絶対値を超えるとき、又はブランチの電流方向が既定の電流方向とは反対であるとき、開放状態になるように保護スイッチを保護装置のコントローラが制御することができることで、いずれのブランチの電流も第1の電流値未満になり、これにより、光起電力部とラインとが保護される。これに加えて、回路には保護スイッチのみが付加され、保護スイッチの抵抗はヒューズの抵抗未満であるので、損失率及び損失がさらに削減される。これに加えて、Y端子を光起電力部側に配置することもできるので、ケーブルコストが削減される。
【0224】
上記の実施形態では、保護装置が3つの光起電力部に接続される場合と、4つの光起電力部に接続される場合とのコントローラの作動原理を説明している。いくつかの実施形態では、これとは異なり、各装置がより多数の光起電力部に対応づけて接続されてもよい。以下、各装置が5つ以上の光起電力部に接続される場合のコントローラの作動原理を詳細に説明する。
【0225】
装置実施形態8
たとえば、保護装置がインタフェイスを用いてM個の第1型光起電力部ブランチに並列に接続される。Mは3以上の整数であり、最大j個の光起電力部が直流母線に装置内で直接接続され、それ以外の各光起電力部と少なくとも1つの保護スイッチとが個別に直列に接続されてから直流母線に並列に接続される。
【0226】
光起電力部が1つの保護スイッチに直列に接続される場合には、保護スイッチは光起電力部の正の出力端部又は負の出力端部に直列に接続される。光起電力部が2つの保護スイッチに直列に接続される場合には、これらの保護スイッチは光起電力部の正の出力端部及び負の出力端部に直列に接続されて冗長保護が実施される。
【0227】
1つの光起電力部で短絡による障害が生じる場合において、障害がある光起電力部が、他の1つの正常な光起電力部の出力電流に耐えることができるとき、jの値は0,1又は2であるし、障害がある光起電力部が、他の2つの正常な光起電力部の出力電流に耐えることができるとき、jの値は0,1,2又は3である。
【0228】
以下、jが2である例を説明する。
【0229】
図18は本出願の実施形態に係るさらに別の保護装置の概略図である。
【0230】
2つの光起電力部が直流母線に並列に直接接続され、他の(M-2)個の光起電力部の各々と1つの保護スイッチとが直列に接続されてから直流母線に並列に接続される。
【0231】
以下、検出電流の絶対値を用いてコントローラによって保護機能を実施する原理を説明する。
【0232】
短絡による障害が一切ないとき、すべての光起電力部の電流が合流して直流母線に流入し、直流母線の電流の絶対値(検出箇所A又は検出箇所Bの検出電流の絶対値)がいずれのブランチの電流の絶対値をも超える。
【0233】
光起電力部で短絡による障害が生じると、短絡のある光起電力部があるブランチに他の正常な光起電力部の出力電流が流れる。この場合、いずれの光起電力部についても、光起電力部があるブランチの電流の絶対値よりも直流母線の電流の絶対値の方が小さくなる。
【0234】
ブランチの電流の絶対値が直流母線の電流の絶対値を超えるとき、開放状態になるように保護スイッチS~SM-2を装置200のコントローラが制御することで、いずれのブランチの電流も第1の既定の電流よりも小さくなり、これにより、光起電力部とラインとが保護される。
【0235】
上記の実現例では、箇所A又は箇所Bの電流の絶対値を第1の電流センサを用いて検出することができ、いずれかのブランチの電流の絶対値を第2の電流センサを用いて検出することができる。
【0236】
以下、検出電流の方向を用いてコントローラによって保護機能を実施する原理を説明する。
【0237】
短絡による障害が一切ないときに、検出箇所G及び検出箇所Hの電流方向が既定の方向に設定されてもよく、たとえば、正の方向に設定されてもよい。
【0238】
箇所Gがいずれかのブランチの正の出力端部又は負の出力端部にあってもよく、箇所Gがあるブランチ以外のすべてのブランチの正の出力端部が箇所Hで寄り集められるか、箇所Gがあるブランチ以外のすべてのブランチの負の出力端部が箇所Hで寄り集められるかする。
【0239】
箇所Gがあるブランチで短絡による障害が生じると、箇所Gがあるブランチに他のすべてのブランチの電流が流れ、この場合、箇所Gの電流検出方向が既定の方向とは反対になる。箇所Gがあるブランチが正常であり、別のブランチで短絡による障害が生じると、短絡による障害が存在するブランチに、箇所Gがあるブランチが電流を出力し、この場合、箇所Hの電流検出方向が既定の電流方向とは反対になる。したがって、箇所G又は箇所Hの電流検出方向が既定の方向とは反対であるとき、短絡による障害が存在するとコントローラが判断し、開放状態になるように保護スイッチS~SM-2のすべてをコントローラが制御することで、いずれのブランチの電流も第1の電流値未満になり、これにより、光起電力部とラインとが保護される。
【0240】
この仕方では、箇所Gの電流方向を第3の電流センサを用いて検出することができ、箇所Hの電流方向を第4の電流センサを用いて検出することができる。
【0241】
いくつかの実施形態では、上記とは異なり、保護スイッチS~SM-2が、対応する光起電力部の負の出力端部に接続されてもよいし、1つの保護スイッチが光起電力部の正の出力端部と負の出力端部との各々に直列に接続される。冗長性を高めて保護スイッチを配置することによって耐障害性を改善することができる。
【0242】
いくつかの実施形態では、上記とは異なり、少なくとも1つの保護スイッチがすべての第1型光起電力部ブランチの各々に直列に接続されてもよい。この場合、開放状態になるように保護スイッチをコントローラが制御することにより、いずれのブランチの電流もゼロになる。
【0243】
まとめると、保護装置がインタフェイスを用いて少なくとも3つの光起電力部ブランチに接続される場合において、いずれのブランチの電流の絶対値も直流母線の電流の絶対値を超えるとき、又はブランチの電流方向が既定の電流方向とは反対であるとき、開放状態になるように保護スイッチを保護装置のコントローラが制御することができることで、いずれのブランチの電流も第1の電流値未満になり、これにより、光起電力部とラインとが保護される。これに加えて、回路には保護スイッチのみが付加され、保護スイッチの抵抗はヒューズの抵抗未満であるので、損失率及び損失がさらに削減される。これに加えて、Y端子を光起電力部側に配置することもできるので、ケーブルコストが削減される。
【0244】
装置実施形態9
図19は本出願の実施形態に係る別の保護装置の概略図である。
【0245】
i個の光起電力部群の各々が装置内で並列に直接接続され、少なくとも1つの保護スイッチに直列に接続された後に装置の直流母線に接続され、ここで、Nは2以上の整数である。
【0246】
1つの光起電力部で短絡による障害が生じる場合において、障害がある光起電力部が、他の1つの正常な光起電力部の出力電流に耐えることができるとき、iの値は2であるし、障害がある光起電力部が、他の2つの正常な光起電力部の出力電流に耐えることができるとき、iの値は2又は3である。
【0247】
以下、検出電流の絶対値を用いてコントローラによって保護機能を実施する原理を説明する。
【0248】
短絡による障害が一切ないとき、すべてのブランチの電流が合流して直流母線に流入し、直流母線の電流の絶対値(検出箇所A又は検出箇所Bの検出電流の絶対値)がいずれのブランチの電流の絶対値をも超える。
【0249】
光起電力部で短絡による障害が生じると、短絡のある光起電力部があるブランチに他の正常な光起電力部の出力電流が流れる。この場合、直流母線の電流の絶対値がいずれのブランチの電流の絶対値よりも小さくなる。
【0250】
ブランチの電流の絶対値が直流母線の電流の絶対値を超えるとき、開放状態になるように保護スイッチS~Sを保護装置のコントローラが制御することで、いずれのブランチの電流も第1の既定の電流未満になり、これにより、光起電力部とラインとが保護される。
【0251】
上記の実現例では、箇所A又は箇所Bの電流の絶対値を第1の電流センサを用いて検出することができ、いずれかのブランチの電流の絶対値を第2の電流センサを用いて検出することができる。
【0252】
以下、検出電流の方向を用いてコントローラによって保護機能を実施する原理を説明する。
【0253】
短絡による障害が一切ないときに、検出箇所G及び検出箇所Hの電流方向が既定の方向に設定されてもよく、たとえば、正の方向に設定されてもよい。
【0254】
箇所Gがいずれかのブランチの正の出力端部又は負の出力端部にあってもよく、箇所Gがあるブランチ以外のすべてのブランチの正の出力端部が箇所Hで寄り集められるか、箇所Gがあるブランチ以外のすべてのブランチの負の出力端部が箇所Hで寄り集められるかする。
【0255】
箇所Gがあるブランチで短絡による障害が生じると、箇所Gがあるブランチに他のすべてのブランチの電流が流れ、この場合、箇所Gの電流検出方向が既定の方向とは反対になる。箇所Gがあるブランチが正常であり、別のブランチで短絡による障害が生じると、短絡による障害が存在するブランチに、箇所Gがあるブランチが電流を出力し、この場合、箇所Hの電流検出方向が既定の電流方向とは反対になる。したがって、箇所G又は箇所Hの電流検出方向が既定の方向とは反対であるとき、短絡による障害が存在するとコントローラが判断し、開放状態になるように保護スイッチS~Sのすべてをコントローラが制御し、これにより、光起電力部とラインとが保護される。
【0256】
この仕方では、箇所Gの電流方向を第3の電流センサを用いて検出することができ、箇所Hの電流方向を第4の電流センサを用いて検出することができる。
【0257】
いくつかの実施形態では、上記とは異なり、保護スイッチS~Sが、対応するブランチの負の出力端部に接続されてもよいし、1つの保護スイッチが、対応するブランチの正の出力端部と負の出力端部との各々に直列に接続される。冗長性を高めて保護スイッチを配置することによって耐障害性を改善することができる。
【0258】
まとめると、保護装置がインタフェイスを用いて少なくとも2つの光起電力部に接続される場合において、いずれのブランチの電流の絶対値も直流母線の電流の絶対値を超えるとき、又はブランチの電流方向が既定の電流方向とは反対であるとき、開放状態になるように保護スイッチを保護装置のコントローラが制御することができることで、いずれのブランチの電流も第1の電流値未満になり、これにより、光起電力部とラインとが保護される。これに加えて、回路には保護スイッチのみが付加され、保護スイッチの抵抗はヒューズの抵抗未満であるので、損失率及び損失がさらに削減される。これに加えて、Y端子を光起電力部側に配置することもできるので、ケーブルコストが削減される。
【0259】
装置実施形態10
図20Aは本出願の実施形態に係るさらに別の保護装置の概略図である。
【0260】
最大j個の光起電力部が直流母線に装置内で直接接続され、(M-j)個の光起電力部と少なくとも1つのスイッチとが装置内で直列に接続されてから直流母線に接続される。最大i個の光起電力部が装置内で並列に直接接続され、少なくとも1つの保護スイッチに直列に接続された後に装置の直流母線に接続され、ここで、Nは2以上の整数である。
【0261】
1つの光起電力部で短絡による障害が生じる場合において、障害がある光起電力部が、他の1つの正常な光起電力部の出力電流に耐えることができるとき、iの値は2であり、jの値は0,1又は2であってもよいし、障害がある光起電力部が、他の2つの正常な光起電力部の出力電流に耐えることができるとき、iの値は2又は3であり、jの値は0,1,2又は3である。
【0262】
この場合、いずれのブランチの電流も、短絡による障害が存在するときに光起電力部とラインとが耐えることができる最大電流値未満になることを可能にするには、どのブランチの短絡電流によっても光起電力部とラインとが損傷しないように(M+N-2)個の保護スイッチが必要である。
【0263】
以下、検出電流の絶対値を用いてコントローラによって保護機能を実施する原理を説明する。
【0264】
短絡による障害が一切ないとき、すべてのブランチの電流が合流して直流母線に流入し、したがって、直流母線の電流の絶対値(箇所A又は箇所Bの検出電流の絶対値)がいずれのブランチの電流の絶対値をも超える。いずれかのブランチに短絡による障害が存在するときには、短絡による障害が存在するブランチに他のすべての正常なブランチの出力電流が流れる。この場合、直流母線に一切電流が流れず、言い換えると、直流母線の電流の絶対値がいずれのブランチの電流の絶対値よりも小さい。
【0265】
用いられる電流センサの個数を削減するために、2つの電流センサを用いて上記の実現例を実施することができる。一方の電流センサが直流母線の電流の絶対値、すなわち箇所A又は箇所Bを検出し、他方の電流センサがいずれかのブランチの電流の絶対値を検出する。
【0266】
直流母線の電流の絶対値がブランチの電流の絶対値よりも小さいとき、開放状態になるように保護スイッチS~SM+N-2のすべてをコントローラが制御し、これにより、いずれのブランチの電流も第1の電流値未満になる。
【0267】
以下、検出電流の方向を用いてコントローラによって保護機能を実施する原理を説明する。
【0268】
短絡による障害が一切ないときに、検出箇所G又はHの電流方向が既定の方向に設定されてもよく、たとえば、正の方向に設定されてもよい。
【0269】
箇所Gがあるブランチで短絡による障害が生じると、箇所Gがあるブランチに他のすべてのブランチの電流が流れ、この場合、箇所Gの電流検出方向が既定の方向とは反対になる。箇所Gがあるブランチが正常であり、別のブランチで短絡による障害が生じると、短絡による障害が存在するブランチに、箇所Gがあるブランチが電流を出力し、この場合、箇所Hの電流検出方向が既定の電流方向とは反対になる。したがって、箇所G又は箇所Hの電流検出方向が既定の方向とは反対であるとき、短絡による障害が存在するとコントローラが判断し、開放状態になるように保護スイッチS~SM+N-2のすべてをコントローラが制御することで、いずれのブランチの電流も第1の電流値未満になり、これにより、光起電力部とラインとが保護される。
【0270】
箇所Gがいずれかのブランチにあってもよく、箇所Gがあるブランチ以外のすべてのブランチの正の出力端部が箇所Hで寄り集められるか、箇所Gがあるブランチ以外のすべてのブランチの負の出力端部が箇所Hで寄り集められるかする。
【0271】
いくつかの実施形態では、上記とは異なり、保護スイッチS~SM-2が、対応する光起電力部の負の出力端部に接続されてもよいし、1つの保護スイッチが光起電力部の正の出力端部と負の出力端部との各々に直列に接続される。冗長性を高めて保護スイッチを配置することによって耐障害性を改善することができる。
【0272】
いくつかの実施形態では、上記とは異なり、少なくとも1つの保護スイッチが本図に示されているM個の光起電力部ブランチの各々に直列に接続されてもよい。この場合、開放状態になるように保護スイッチをコントローラが制御することにより、いずれのブランチの電流もゼロになる。
【0273】
いくつかの実施形態では、上記とは異なり、保護スイッチSM-1~SM+N-2が、対応するブランチの負の出力端部に接続されてもよいし、1つの保護スイッチが第2型光起電力部ブランチの正の出力端部と負の出力端部との各々に直列に接続される。冗長性を高めて保護スイッチを配置することによって耐障害性を改善することができる。
【0274】
まとめると、保護装置がインタフェイスを用いて複数の光起電力部に接続され、複数の光起電力部に対する当該接続が複数の仕方の組合せを用いて実施されてもよい場合において、いずれのブランチの電流の絶対値も直流母線の電流の絶対値を超えるとき、又はいずれかのブランチの電流方向が既定の電流方向とは反対であるとき、開放状態になるように保護スイッチを保護装置のコントローラが制御することができることで、いずれのブランチの電流も第1の電流値未満になり、これにより、光起電力部とラインとが保護される。これに加えて、回路には保護スイッチのみが付加され、保護スイッチの抵抗はヒューズの抵抗未満であるので、損失率及び損失がさらに削減される。これに加えて、Y端子を光起電力部側に配置することもできるので、ケーブルコストが削減される。
【0275】
さらに、図20Bを参照する。図20Bは本出願の実施形態に係るさらに別の保護装置の概略図である。
【0276】
光起電力部及び保護部が直列又は並列に接続された後に装置に接続されることが可能である。本図では、i個の光起電力部のうちの任意の2つが保護部を用いて並列に接続される例を説明している。いくつかの実施形態では、これとは異なり、保護部が光起電力部に直列に接続されてもよい。たとえば、保護部が図中の箇所Gの位置に配置されてもよい。
【0277】
保護部Qはヒューズ、オプティマイザ及び断路ボックス(disconnection box)のうちの1つ又はこれらの組合せであってもよいし、回路で短絡による障害が生じるときに回路を保護することができる別の構成要素であってもよい。本出願の本実施形態ではこれは特定のものに限定されない。
【0278】
図中のkの値は実際の事例に基づいて決定されてもよく、本出願の本実施形態ではこれは特定のものに限定されない。
【0279】
本例では、保護スイッチは開放状態にあるときに、保護部が保護動作を開始するのを妨げるようにさらに構成されている。言い換えると、保護部を現在用いている光発電システムが復旧されるときに保護部が除去処分されずに済むので、保護部は開回路保護装置に直接接続される。
【0280】
1つの光起電力部で短絡による障害が生じる場合において、障害がある光起電力部が他の1つの正常な光起電力部の出力電流に耐えて、保護部が保護動作を開始するのを回避することができるときは、iの値は2であるし、障害がある光起電力部が他の2つの正常な光起電力部の出力電流に耐えて、保護部が保護動作を開始するのを回避することができるときは、iの値は2又は3である点に留意するべきである。
【0281】
上記の実施形態では、光起電力部、又は光起電力部があるラインで短絡による障害が生じるときの保護装置のコントローラの作動原理を説明している。以下、陽極と負極とが短絡しているとき、又は直流母線が保護装置内で短絡しているとき、又は隣接する回路の直流母線が短絡しているときのコントローラの作動原理を説明する。
【0282】
他のいくつかの実施形態については、図20Cを参照する。本例では、装置はパワーコンバータ2001をさらに含む。光起電力部の一部又は全部がパワーコンバータ2001を用いて直流母線に接続される。パワーコンバータ2001は直流に対して昇圧変換を行なうように構成されている直流/直流変換器、たとえばBOOST回路である。
【0283】
装置実施形態11
図21は本出願の実施形態に係る別の保護装置の概略図である。
【0284】
図21に示されている実現例は、正の直流母線及び負の直流母線に配置されている直流スイッチ102がさらに含まれる点で図20の実現例とは異なる。
【0285】
陽極と負極とが短絡しているとき、又は直流母線が保護装置内で短絡しているとき、又は隣接する回路の直流母線が短絡しているとき、言い換えると、箇所A及び箇所Bがある正の直流母線及び負の直流母線の間に短絡が存在するとき、直流母線の電圧が減少し、直流母線の電流が増加する。したがって、箇所A又は箇所Bが検出箇所として用いられてもよい。検出箇所の電圧の絶対値が第1の電圧値未満であり、検出箇所の電流の絶対値が第2の電流値を超えるとき、開放状態になるように直流スイッチ102をコントローラが制御して短絡電流を遮断(cut off)する。
【0286】
コントローラが検出電流の絶対値を用いて保護機能を実施する場合、箇所A又は箇所Bの電流の絶対値を測定することができる電流センサが直流ブランチに既存し、この場合、箇所A又は箇所Bの電圧の絶対値を測定するのに電圧センサを付加するだけでよい。
【0287】
コントローラが検出電流の方向を用いて保護機能を実施する場合、箇所A又は箇所Bの電流の絶対値を測定するのに電流センサ(すなわち第5の電流センサ)が付加される必要があり、箇所A又は箇所Bの電圧の絶対値を測定するのに電圧センサが付加される必要もある。
【0288】
第2の電流値と第1の電圧値とは実際の事例に基づいて決定されてもよい。本出願の本実施形態ではこれは特定のものに限定されない。
【0289】
本実施形態では、図20Aに示されている装置を例として説明している。装置実施形態1~10で提供されている装置にも本実施形態で提供されている解決手段が用いられてもよいと解することができ、本実施形態では詳細は重ねて説明しない。
【0290】
まとめると、本出願の本実施形態で提供されている保護装置に係れば、光起電力部、又は光起電力部があるラインで短絡による障害が生じるときに光起電力部とラインとが保護されるだけでなく、陽極と負極とが短絡しているとき、又は直流母線が保護装置内で短絡しているとき、又は隣接する回路の直流母線が短絡しているときに短絡電流が適時に遮断されることが可能であり、これにより、回路が保護される。
【0291】
装置実施形態12
上記では、短絡による障害が逆電流値を用いて検出される例を説明している。以下、別のパラメータ検出値を用いて障害検出を実施する原理を説明する。
【0292】
さらに、図6を参照する。コントローラは、ブランチのパラメータ検出値が第1の既定のパラメータ値範囲を超えるとき、又は直流母線のパラメータ検出値が第2の既定のパラメータ値範囲を超えるとき、光発電システムに障害があると判断するように特に構成されている。パラメータ検出値は電圧値、電流値、電力値又は温度値の少なくとも1つであってもよい。
【0293】
パラメータ検出値が異常であるとき、たとえば、ブランチの電圧が減少するとき、ブランチの電流が増加するとき、ブランチの電力が増加するとき、及びブランチの温度が増加するとき、ブランチに短絡による障害が存在すると判断することができる。本出願の本実施形態では第1の既定のパラメータ値範囲及び第2の既定のパラメータ値範囲は特定のものに限定されない。当該範囲は予め較正されてコントローラに記憶されてもよく、当該範囲が用いられることになるときに関与させる。
【0294】
いくつかの実施形態では、直流母線のリーク電流検出値が第3の電流値を超えるとき、又はブランチのリーク電流検出値が第4の電流値を超えるとき、光発電システムに障害があるとコントローラが判断する。
【0295】
リーク電流検出値が異常であるとき、このことは光発電システムにリーク電流による障害が存在することを示す。本出願の解決手段に係れば、リーク電流による障害が存在するブランチを決定するようにリーク電流による障害の位置を特定したり、直流母線におけるリーク電流による障害の位置を特定したりすることができる。いくつかの実施形態では、コントローラは、すべてのブランチの電流検出値に基づいて、ブランチにアークによる障害が存在すると判断するとき、又は直流母線の電流検出値に基づいて、直流母線にアークによる障害が存在すると判断するとき、光発電システムに障害があると判断するように特に構成されている。特に、コントローラは既定の基準値に対する電流検出値のオフセットの程度に基づいて、アークによる障害が存在するか否かを決定してもよい。
【0296】
コントローラはホストコンピュータによって送られた制御指示にしたがって開放状態又は閉鎖状態になるように保護スイッチを制御して保護スイッチの能動的制御を実施するようにさらに構成されている。
【0297】
本出願の本実施形態と上記の実施形態との保護スイッチはロータリ直流スイッチ断路器又は直流回路遮断器であってもよい。コントローラは、障害が取り除かれたと判断された場合において既定の時間が経過した後に、閉鎖状態になるように保護スイッチを制御するようにさらに構成されている。
【0298】
まとめると、本出願の本実施形態で提供されている光発電システムの保護装置に係れば、光発電システムに障害があるときに光起電力部とラインとが効果的に保護されることが可能であり、これにより、光発電システムの安全性が改善される。
【0299】
方法実施形態
本出願の実施形態では光発電システムの保護方法をさらに提供する。本方法は上記の実施形態で提供されている保護装置を制御するのに用いられ、本方法は保護装置のコントローラによって実行されてもよい。
【0300】
本方法では、ブランチのパラメータ検出値又は直流母線のパラメータ検出値に基づいて、光発電システムに障害があると判断されるとき、保護スイッチが開放状態になるように制御される。
【0301】
特に、パラメータ検出値は逆電流値であり、ブランチのパラメータ検出値又は直流母線のパラメータ検出値に基づいて、光発電システムに障害があると判断するステップは、
ブランチの逆電流値が第1の電流値を超えるときに、光発電システムに障害があると判断するステップ
を特に含む。
【0302】
以下、詳細を説明する。
【0303】
図22は本出願の実施形態に係る短絡保護方法のフローチャートである。
【0304】
本方法は以下のステップを含む。
【0305】
S2201:電流検出結果を取得する。
【0306】
S2202:ブランチの逆電流が第1の電流値を超えるときに、開放状態になるように保護スイッチを制御し、ブランチは少なくとも1つの光起電力部を含む。
【0307】
以下、保護機能を実施する原理を説明する。
【0308】
短絡による障害が一切ないとき、すべてのブランチの電流が合流して直流母線に流入する。したがって、直流母線の電流の絶対値はいずれのブランチの電流の絶対値をも超える。電流方向は光起電力部の陽極から正の直流母線に流れるものである。いずれかのブランチに短絡による障害が存在するときには、短絡による障害が存在するブランチに他のすべての正常なブランチの出力電流が流れる。この場合、直流母線の電圧が減少し、ブランチの電流方向が、短絡による障害が存在するブランチの方に振れ、言い換えると、ブランチの逆電流が第1の電流値を超える。第1の電流値は実際の事例に基づいて決定されてもよい。本出願の本実施形態ではこれは特定のものに限定されない。好ましくは、可能な限り早期に短絡による障害を発見して保護スイッチの保護動作を開始するために、第1の電流値は比較的小さい値、たとえば0であってもよい。言い換えると、ブランチで逆電流が生じるときに保護スイッチが開放状態になるように制御されて光起電力部とラインとが保護される。
【0309】
特に、保護機能が検出電流の絶対値又は検出電流の方向を用いて実施されてもよい。以下、詳細な説明を行なう。
【0310】
以下、検出電流の絶対値を用いて保護機能を実施する原理を説明する。
【0311】
短絡による障害が一切ないとき、すべてのブランチの電流が合流して直流母線に流入し、したがって、直流母線の電流の絶対値がいずれのブランチの電流の絶対値をも超える。いずれかのブランチに短絡による障害が存在するときには、短絡による障害が存在するブランチに他のすべての正常なブランチの出力電流が流れる。この場合、直流母線に一切電流が流れず、言い換えると、直流母線の電流の絶対値がいずれのブランチの電流の絶対値よりも小さい。
【0312】
したがって、直流母線の電流の絶対値がブランチの電流の絶対値よりも小さいとき、保護スイッチが開放状態になるように制御され、これにより、いずれのブランチの電流も第1の電流値未満になる。
【0313】
以下、検出電流の方向を用いて保護機能を実施する原理を説明する。
【0314】
いずれかのブランチから第1の検出箇所Gが選択され、箇所Gがあるブランチ以外のすべてのブランチの正の出力端部が第2の検出箇所Hで寄り集められるか、箇所Gがあるブランチ以外のすべてのブランチの負の出力端部が第2の検出箇所Hで寄り集められるかする。
【0315】
短絡による障害が一切ないときに、検出箇所G及びHの電流方向が既定の方向に設定されてもよく、たとえば、正の方向に設定されてもよい。
【0316】
箇所Gがあるブランチで短絡による障害が生じると、箇所Gがあるブランチに他のすべてのブランチの電流が流れ、この場合、箇所Gの電流検出方向が既定の方向とは反対になる。箇所Gがあるブランチが正常であり、別のブランチで短絡による障害が生じると、短絡による障害が存在するブランチに、箇所Gがあるブランチが電流を出力し、この場合、箇所Hの電流検出方向が既定の電流方向とは反対になる。したがって、箇所G又は箇所Hの電流検出方向が既定の方向とは反対であるとき、短絡による障害が存在すると判断され、保護スイッチが開放状態になるように制御されることで、いずれのブランチの電流も第1の電流値未満になり、これにより、光起電力部とラインとが保護される。
【0317】
まとめると、本出願の本実施形態で提供されている方法に係れば、本方法が保護装置に適用されると、ブランチの逆電流が第1の電流値を超えるときに、保護スイッチが開放状態になるように制御される。特に、ブランチの電流の絶対値が直流母線の電流の絶対値を超えるとき、又はブランチの電流方向が既定の電流方向とは反対であるとき、保護スイッチが開放状態になるように制御されることで、いずれのブランチの電流も第1の電流値未満になり、これにより、光起電力部とラインとが保護される。
【0318】
さらに、参照する(図21)。いくつかの実施形態では、本装置は電力回路をさらに含み、電力回路の入力端部には直流スイッチを用いて直流母線が接続される。この場合、本出願の実施形態では、陽極と負極とが装置内で短絡しているとき、又は隣接する回路母線が短絡しているときに回路を保護するのに用いられる別の装置制御方法をさらに提供する。以下、詳細な説明を行なう。
【0319】
図23は本出願の実施形態に係る別の短絡保護方法のフローチャートである。
【0320】
本方法は以下のステップを含む。
【0321】
S2301:対象の直流母線の電流の絶対値と直流母線の電圧の絶対値とを取得する。
【0322】
S2302:直流母線の電流の絶対値が第2の電流値を超え、直流母線の電圧の絶対値が第1の電圧値未満であるときに、開放状態になるように直流スイッチを制御する。
【0323】
陽極と負極とが保護装置内で短絡しているとき、又は隣接する回路の直流母線が短絡しているとき、言い換えると、箇所A及び箇所Bがある正の直流母線及び負の直流母線の間に短絡が存在するとき、直流母線の電圧が減少し、直流母線の電流が増加する。したがって、箇所A又は箇所Bが検出箇所として用いられてもよい。検出箇所の電圧の絶対値が第1の電圧値未満であり、検出箇所の電流の絶対値が第2の電流値を超えるとき、開放状態になるように直流スイッチをコントローラが制御して短絡電流を遮断する。
【0324】
第2の電流値と第1の電圧値とは実際の事例に基づいて決定されてもよい。本出願の本実施形態ではこれは特定のものに限定されない。
【0325】
まとめると、本方法に係れば、陽極と負極とが保護装置内で短絡しているときや、隣接する回路母線が短絡しているときに短絡電流が適時に遮断されることが可能であり、これにより、装置と、隣接する回路とが保護される。
【0326】
以下、別のパラメータ検出値を用いて障害を決定する方法を説明する。
【0327】
パラメータ検出値が電圧値、電流値、電力値又は温度値の少なくとも1つである場合、ブランチのパラメータ検出値又は直流母線のパラメータ検出値に基づいて、光発電システムに障害があると判断するステップは、
ブランチのパラメータ検出値が第1の既定のパラメータ値範囲を超えるとき、又は直流母線のパラメータ検出値が第2の既定のパラメータ値範囲を超えるときに、光発電システムに障害があると判断するステップ
を特に含む。
【0328】
リーク電流による障害についての判断の際、ブランチのパラメータ検出値又は直流母線のパラメータ検出値に基づいて、光発電システムに障害があると判断するステップは、
直流母線のリーク電流検出値が第3の電流値を超えるとき、又はブランチのリーク電流検出値が第4の電流値を超えるときに、光発電システムに障害があると判断するステップ
を特に含む。
【0329】
アークによる障害についての判断の際、ブランチのパラメータ検出値又は直流母線のパラメータ検出値に基づいて、光発電システムに障害があると判断するステップは、
すべてのブランチの電流検出値に基づいて、ブランチにアークによる障害が存在すると判断するとき、又は直流母線の電流検出値に基づいて、直流母線にアークによる障害が存在すると判断するときに、光発電システムに障害があると判断するステップ
を特に含む。
【0330】
まとめると、本出願の本実施形態で提供されている光発電システムの保護方法に係れば、光発電システムに障害があるときに光起電力部とラインとが効果的に保護されることが可能であり、これにより、光発電システムの安全性が改善される。
光発電システム実施形態
【0331】
光発電システムに適用され、上記の実施形態で提供されている保護装置に基づいて、本出願の実施形態では光発電システムをさらに提供する。以下、添付の図面を参照して詳細な説明を行なう。
【0332】
図24は本出願の実施形態に係る光発電システムの概略図である。
【0333】
光発電システム2400は少なくとも2つの光起電力部と保護装置とを含む。
【0334】
光起電力部は少なくとも1つの光起電力構成要素を直列又は並列に接続することによって形成される。
【0335】
保護装置がインタフェイスを用いて少なくとも2つの光起電力部に接続されてもよく、少なくとも2つの光起電力部が直流母線に装置内で並列に接続されて少なくとも2つのブランチを形成し、各ブランチは少なくとも1つの光起電力部に接続される。
【0336】
保護装置の保護スイッチは、開放状態にあるときに、最大3つの光起電力部が直流母線に装置内で並列に直接接続されることを可能にするように構成されている。
【0337】
保護装置はコントローラをさらに含む。コントローラの説明については、上記の実施形態を参照する。本実施形態では詳細は重ねて説明しない。
【0338】
さらに、保護装置は電力回路201をさらに含んでもよく、電力回路201は電力の変換を行なうように構成されている。
【0339】
いくつかの実施形態では、電力回路201は直流-直流(DC-DC)変換回路であってもよい。電力回路201が直流/直流変換回路である場合、直流/直流変換回路は特に昇圧(Boost)回路であっても降圧(Buck)回路であっても昇降圧(Buck-Boost)回路であってもよい。本出願ではこれは特定のものに限定されない。
【0340】
いくつかの実施形態では、電力回路201は直流を出力用の交流に変換するように構成される直流-交流(DC-AC)変換回路、すなわちインバータ(又はインバータ回路と称される)であってもよい。
【0341】
本実施形態では、図20に示されている装置を例として説明している。装置実施形態1~11で提供されている装置にも本実施形態で提供されている解決手段が用いられてもよいと解することができ、本実施形態では詳細は重ねて説明しない。
【0342】
まとめると、本出願の本実施形態で提供されている光発電システムに係れば、光発電システムの保護装置がインタフェイスを用いて複数の光起電力部に接続される場合において、ブランチの逆電流が第1の電流値を超えるとき、開放状態になるように保護スイッチをコントローラが制御することができる。特に、いずれのブランチの電流の絶対値も直流母線の電流の絶対値を超えるとき、又はいずれかのブランチの電流方向が既定の電流方向とは反対であるとき、開放状態になるように保護スイッチをコントローラが制御することで、いずれのブランチの電流も第1の電流値未満になり、これにより、光起電力システムの光起電力部とラインとが保護される。これに加えて、回路には保護スイッチのみが付加され、保護スイッチの抵抗はヒューズの抵抗未満であるので、光起電力システムの損失率及び損失がさらに削減される。これに加えて、ヒューズが用いられることがなくなったので、元々は組込み型ヒューズに用いられるものであるYハーネスを、光発電システムのインバータ又は直流コンバイナボックスの下に配置するのに代えて、光起電力部側に配置することができ、これにより、光発電システムのケーブルコストがさらに削減される。
【0343】
本出願の本実施形態のコントローラは特定用途向け集積回路(application-specific integrated circuit,ASIC)、プログラマブルロジックデバイス(programmable logic device,PLD)又はこれらの組合せであってもよい。PLDは複合プログラマブルロジックデバイス(complex programmable logic device,CPLD)、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(field-programmable gate array,FPGA)、汎用アレイロジック(generic array logic,GAL)又はこれらの任意の組合せであってもよい。本出願の本実施形態ではこれは特定のものに限定されない。
【0344】
本出願では、「少なくとも1つの(事物)」とは1つ以上を意味し、「複数の」とは2つ以上を意味すると当然解する。用語「及び/又は」は、関連する物の関連関係を説明するのに用いられ、3つの関係が存在し得ることを示す。たとえば、「A及び/又はB」は、A及びBが単数のものであっても複数のものであってもよい場合において、Aのみが存在する場合、Bのみが存在する場合、AとBとの両方が存在する場合の3つを表し得る。記号「/」は、通常は関連する物の「又は」の関係を表す。「記載事物(複数個)の少なくとも1つ」又はその類似表現は、これらの事物の任意の組合せ(事物単体(1個)又は複数の事物(複数個)の任意の組合せを含む)を示す。たとえば、a、b又はcの少なくとも1つは、a、b及びcが単数のものであっても複数のものであってもよい場合において、a、b、c、「a及びb」、「a及びc」、「b及びc」又は「a、b及びc」を示し得る。
【0345】
まとめると、上記の実施形態は、本出願の技術的解決手段を説明するのに用いることが意図されているものにすぎず、本出願を限定するのに用いることは意図されていない。本出願は上記の実施形態を参照して詳細に説明されているが、その上でさらに、上記の実施形態で説明されている技術的解決手段に修正を加えたり、その一部の技術的特徴に均等置換を行なったりすることができることは当業者は当然理解する。このような修正や置換によって、対応する技術的解決手段の必須要素が本出願の実施形態の技術的解決手段の精神及び範囲から逸脱することにはならない。
【符号の説明】
【0346】
101 光起電力構成要素
103 MPPT構成要素
101a1 光起電力部
101a2 光起電力部
101a3 光起電力部
101a4 光起電力部
101ai 光起電力部
102a2 光起電力部
102 直流スイッチ
保護スイッチ
保護スイッチ
M-2 保護スイッチ
M-1 保護スイッチ
保護スイッチ
保護スイッチ
M+N-2 保護スイッチ
S01 保護スイッチ
S02 保護スイッチ
S1 保護スイッチ
S2 保護スイッチ
S3 保護スイッチ
S4 保護スイッチ
S5 保護スイッチ
S6 保護スイッチ
200 保護装置
201 電力回路
Q 保護部
S2201 ステップ
S2202 ステップ
S2301 ステップ
S2302 ステップ
2001 パワーコンバータ
2400 光発電システム
A 検出箇所
B 検出箇所
C 検出箇所
D 検出箇所
E 検出箇所
F 検出箇所
G 検出箇所
H 検出箇所
図1
図2
図3
図4
図5
図6A
図6B
図6C
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15
図16
図17
図18
図19
図20A
図20B
図20C
図21
図22
図23
図24
【手続補正書】
【提出日】2024-02-15
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光発電システムのための保護装置であって、前記装置はインタフェイス、保護スイッチ及び少なくとも1つの直流母線を備え、
前記装置は前記インタフェイスを用いて少なくとも3つの光起電力部に接続され、前記複数の光起電力部(101)は前記装置(200)内で前記直流母線に結合されて少なくとも2つのブランチを形成し、各ブランチは少なくとも1つの光起電力部(101)を有し、
前記インタフェイスは第1のインタフェイス群及び第2のインタフェイス群を含み、前記第1または第2のインタフェイス群は少なくとも1つのインタフェイスを含み、
前記保護スイッチは前記インタフェイスと前記少なくとも1つの直流母線との間に接続され、前記ブランチのパラメータ検出値または前記直流母線のパラメータ検出値に基づいて、コントローラが前記光発電システム(2400)に障害があることを検出する場合に、
前記直流母線から前記光起電力部の全てまたはいくつかを切断して、異なる前記ブランチから前記光起電力部を切断することによって、並列に接続された光起電力部を減らすように構成され、
前記第1のインタフェイス群の1つに接続された光起電力部の数は、前記第2のインタフェイス群の1つに接続された光起電力部の数よりも多い、保護装置。
【請求項2】
前記少なくとも3つまたはそれ以上の光起電力部が、前記保護スイッチを用いて直流母線に接続される少なくとも4つの光起電力部を備え、
前記保護スイッチがオンにされて前記直流母線に接続されると、前記少なくとも4つの光起電力部が互いに対して並列に接続され、
前記保護スイッチがオフにされて前記直流母線から切断されると、2つの光起電力部のみが並列に直接接続される、請求項1に記載の装置。
【請求項3】
前記少なくとも3つまたはそれ以上の光起電力部の正または負の出力端部が、N個のロータリ直流スイッチ断路器を介して前記直流母線に接続され、前記少なくと3つまたは4つの光起電力部の他方の反対極性の出力端部が、N個よりも多いロータリ直列スイッチ断路器を介して前記直流母線に接続され、Nが少なくとも1つのロータリ直流スイッチ断路器を表す、請求項1または2に記載の装置。
【請求項4】
前記ブランチの逆電流値または前記直流母線のパラメータ検出値が第1の電流値よりも大きい場合に、並列に直接接続される2つの光起電力部のみが存在するように、前記保護スイッチが前記直流母線から前記光起電力部の全てまたはいくつかを切断して互いに平行に接続される前記光起電力部の数を減らすように構成された、請求項1または2に記載の装置。
【請求項5】
前記インタフェイスがさらに、少なくとも1つのインタフェイスを含む第3のインタフェイス群を含み、前記第3のインタフェイス群の1つに接続された光起電力部の数が、前記第1のインタフェイス群の1つに接続された光起電力部の数よりも多く、前記保護スイッチのうちの2つが異なる電流を搬送するように、前記インタフェイスのそれぞれが、少なくとも1つの光起電力部の正の出力端部または負の出力端部に接続される、請求項1から4のいずれか一項に記載の装置。
【請求項6】
前記ブランチからの前記光起電力部の正または負の出力端部に接続された前記保護スイッチの数が、前記ブランチから前記光起電力の反対極性の出力端部に接続された前記保護スイッチの数よりも多い、請求項1から5のいずれか一項に記載の装置。
【請求項7】
前記ブランチが少なくとも1つの第1のブランチ及び少なくとも1つの第2のブランチを含み、前記第1のブランチのそれぞれが、2つの反対極性の出力端部において、2つのスイッチを介して前記少なくとも1つの直流母線に接続された1つの光起電力部を含み、前記第2のブランチのそれぞれが、2つの反対極性の出力端部において2つのスイッチを介して前記少なくとも1つの直流母線に接続される前に、寄り集められ、並列に接続された2つまたは3つの光起電力部を含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の装置。
【請求項8】
前記複数の光起電力部(101)の正または負の出力端部が寄り集められ、前記ロータリ直流スイッチ断路器の1つを介して前記直流母線に接続され、前記2つの光起電力部(101)の他方の反対極性の出力端部が2つまたはそれ以上のロータリ直流スイッチ断路器を介して前記直流母線に接続されて、前記光発電システム(2400)に障害がある場合に、最大で3つの光起電力部が並列に直接接続されることを可能にする、請求項1から7のいずれか一項に記載の装置。
【請求項9】
前記光起電力部が光起電力部の第1の群(S、SM-2)及び光起電力部の第2の群(SM-1、S)を含み、前記光起電力部の前記第1の群(S、SM-2)が少なくとも1つの光起電力部を含み、前記光起電力部の前記第2の群(SM-1、S)が、並列に直接接続された少なくとも2つの光起電力部を含み、前記光起電力部の前記第1の群(S、SM-2)のうちの各光起電力部の正または負の出力端部が、それぞれ前記保護スイッチの1つを介して前記直流母線に接続され、前記光起電力部の前記第2の群(SM-1、S)のうちの2つの光起電力部それぞれの正または負の出力端部がともに、前記直流母線に接続された前記保護スイッチの別の1つと直列に接続された、請求項1から8のいずれか一項に記載の装置。
【請求項10】
前記光起電力部が光起電力部の第1の群(S、SM-2)及び光起電力部の第2の群(SM-1、S)を含み、前記第1の群が少なくとも1つの光起電力部を含み、前記第2の群が少なくとも2つの光起電力部を含み、前記光起電力部の前記第1の群(S、SM-2)のうちの各光起電力部の正または負の出力端部及び1つのスイッチが、前記少なくとも1つの直流母線に直列に接続され、前記光起電力部の前記第2の群(SM-1、S)のうちの2つの光起電力部それぞれの正または負の出力端部が別の1つの保護スイッチ及び前記直流母線に直列に接続され、前記光起電力部の前記第1の群(S、SM-2)のうちの1つの光起電力部の他方の反対極性の出力端部及び前記光起電力部の前記第2の群(SM-1、S)のうちの前記少なくとも1つの光起電力部の他方の反対極性の出力端部が、前記保護スイッチのうち同じ1つを介して前記直流母線に接続された、請求項1から8のいずれか一項に記載の装置。
【請求項11】
前記装置がさらに、前記インタフェイスを用いて、前記光起電力部の第3の群(j)に接続され、前記光起電力部の前記第3の群(j)のうち最大で2つまたは3つの光起電力部が、前記直流バスに並列に直接接続される、請求項10に記載の装置。
【請求項12】
前記光起電力部の少なくとも4つの光起電力部(101、101a1、101a2、101a3、101a4)が入力インタフェイスに接続され、各光起電力部(101、101a1、101a2、101a3、101a4)が少なくとも1つの光起電力ストリングを含み、前記少なくとも4つの光起電力部(101、101a1、101a2、101a3、101a4)の正または負の出力端部が寄り集められ、次いで全て単一の保護スイッチ(S)に接続され、前記少なくとも4つの光起電力部(101、101a1、101a2、101a3、101a4)のそれぞれの反対極性の出力端部の各1つまたは2つが各保護スイッチ(S、S、S、S、S、・・・SM+N)に接続され、または
3つの光起電力部(101、101a1、101a2、101a3)が入力インタフェイスに接続され、各光起電力部(101、101a1、101a2、101a3)が少なくとも1つの光起電力ストリングを含み、前記3つの光起電力部(101、101a1、101a2、101a3)の正または負の出力端部が寄り集められ、次いで全て単一の直流スイッチに接続され、前記3つの光起電力部(101、101a1、101a2、101a3)のうちの2つのそれぞれの反対極性の出力端部が前記保護スイッチ(S、S、S、S、S、・・・SM+N)のうちの1つに接続され、前記3つの光起電力部(101a1、101a2、101a3)のうちの他の1つのそれぞれの反対極性の出力端部が前記保護スイッチ(S、S、S、S、S、・・・SM+N)のうちの別の1つに接続され、または
4つの光起電力部(101、101a1、101a2、101a3、101a4)が入力インタフェイス(200)に接続され、各光起電力部(101、101a1、101a2、101a3、101a4)が少なくとも1つの光起電力ストリングを含み、前記4つの光起電力部(101、101a1、101a2、101a3、101a4)の正または負の出力端部が寄り集められ、次いで全て単一の保護スイッチ(S)に接続され、前記4つの光起電力部(101、101a1、101a2、101a3、101a4)のそれぞれの反対極性の出力端部の2つが同じ保護スイッチ(S、S、S、S、S、・・・SM+N)に接続され、他の2つの反対極性の出力端部のそれぞれが、それぞれ保護スイッチ(S、S、S、S、S、・・・SM+N)に接続され、または
4つの光起電力部(101、101a1、101a2、101a3、101a4)が前記インタフェイスに接続され、各光起電力部(101、101a1、101a2、101a3、101a4)が少なくとも1つの光起電力ストリングを含み、前記4つの光起電力部(101、101a1、101a2、101a3、101a4)のうちの2つの正または負の出力端部が寄り集められ、次いで同じ保護スイッチ(S)に接続され、前記4つの光起電力部のうちの別の2つの正または負の出力端部が寄り集められ、次いで別の同じ保護スイッチ(S)に接続され、前記4つの光起電力部(101、101a1、101a2、101a3、101a4)のそれぞれの反対極性の出力端部のうちの2つが同じ保護スイッチ(S、S、S、S、S、・・・SM+N)に接続され、別の2つの反対極性の出力端部のそれぞれが、それぞれ保護スイッチ(S、S、S、S、S、・・・SM+N)に接続され、または、
4つの光起電力部(101、101a1、101a2、101a3、101a4)が入力インタフェイスに接続され、各光起電力部(101、101a1、101a2、101a3、101a4)が少なくとも1つの光起電力ストリングを含み、前記4つの光起電力部(101、101a1、101a2、101a3、101a4)のうちの3つの正または負の出力端部が寄り集められ、次いで同じ保護スイッチ(S)に接続され、前記4つの光起電力部のうちの他の1つの正または負の出力端部が別の保護スイッチ(S)に接続され、前記4つの光起電力部(101、101a1、101a2、101a3、101a4)のそれぞれの反対極性の出力端部の3つが同じ保護スイッチ(S、S、S、S、S、・・・SM+N)に接続され、別の反対極性の出力端部がそれぞれ保護スイッチ(S、S、S、S、S、・・・SM+N)に接続された、請求項1から10のいずれか一項に記載の装置。
【請求項13】
前記保護スイッチが、前記インタフェースと前記少なくとも1つの直流母線との間に接続され、前記少なくとも1つの直流母線に光起電力部を接続または前記少なくとも1つの直流母線から光起電力部を切断する、ロータリ直流スイッチ断路器を含む、請求項1から12のいずれか一項に記載の装置。
【請求項14】
前記少なくとも3つまたはそれ以上の光起電力部のうち3つの光起電力部(101a1~101a3)が、前記保護スイッチを用いて直流母線に接続され、
前記少なくとも3つの光起電力部の正または負の出力端部が全て、前記保護スイッチのうちの第1の保護スイッチ(S)を介して前記直流母線に接続され、前記少なくとも3つの光起電力部のうちの第1及び第2の光起電力部(101a1、101a2)の他方の反対極性の出力端部が寄り集められ、前記保護スイッチのうちの第2の保護スイッチ(S)を介して前記直流母線に接続され、前記少なくとも3つの光起電力部のうちの第3の光起電力部(101a3)の他方の反対極性の出力端部が前記保護スイッチのうちの第3の保護スイッチ(S)を介して前記直流母線に接続され、または
少なくとも4つの光起電力部の正または負の出力端部が全て、前記保護スイッチのうちの第1の保護スイッチ(S)を介して前記直流母線に接続され、前記少なくとも4つの光起電力部のうちの第1及び第2の光起電力部(101a1、101a2)の他方の反対極性の出力端部が寄り集められ、前記保護スイッチのうち第2の保護スイッチ(S)を介して前記直流母線に接続され、前記少なくとも4つの光起電力部のうちの第3及び第4の光起電力部(101a3、101a4)の他方の反対極性の出力端部が、前記保護スイッチのうち第3及び第4の保護スイッチ(S、S)を介してそれぞれ前記直流母線に接続され、または
前記少なくとも4つの光起電力部のうち第1及び第2の光起電力部(101a1、101a2)の正の出力端部が寄り集められ、次いで前記保護スイッチのうち第1の保護スイッチ(S)を用いて正の前記直流母線に接続され、前記第1及び第2の光起電力部(101a1、101a2)の負の出力端部が前記保護スイッチのうち第4の保護スイッチ(S)を用いて負の前記直流母線に接続され、前記少なくとも4つの光起電力部のうち第3の光起電力部(101a3)の正の出力端部が前記第1の保護スイッチ(S)を用いて前記正の直流母線に接続され、前記第3の光起電力部(101a3)の負の出力端部が前記保護スイッチのうち第2の保護スイッチ(S)を用いて前記負の直流母線に接続され、前記少なくとも4つの光起電力部のうち第4の光起電力部(101a4)の正の出力端部が前記保護スイッチのうちの第3の保護スイッチ(S)を用いて前記正の直流母線に接続され、前記第4の光起電力部(101a4)の負の出力端部が前記第4の保護スイッチ(S)を用いて前記負の直流母線に接続され、または
少なくとも4つの光起電力部のうち第1及び第2の光起電力部(101a1、101a2)の正または負の出力端部が寄り集められ、次いで前記保護スイッチのうち第1の保護スイッチ(S)を用いて前記直流母線に接続され、前記第1及び第2の光起電力部(101a1、101a2)の他方の反対極性の出力端部が前記保護スイッチのうち第2の保護スイッチ(S)を用いて前記直流母線に接続され、
前記少なくとも4つの光起電力部のうち第3及び第4の光起電力部(101a3、101a4)の正または負の出力端部が寄り集められ、前記保護スイッチのうち第3の保護スイッチ(S)を用いてそれぞれ前記直流母線に接続され、前記少なくとも4つの光起電力部のうちの前記第3及び第4の光起電力部(101a3、101a4)の他方の反対極性の出力端部が、前記保護スイッチのうち第4及び第5の保護スイッチ(S、S)を用いてそれぞれ前記直流母線に接続された、請求項1から13のいずれか一項に記載の装置。
【外国語明細書】