特表 2022-505455 多点接続形態を有するインバータにおける絶縁抵抗を測定する方法、及び多点接続形態を有するインバータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-14

(54)【発明の名称】多点接続形態を有するインバータにおける絶縁抵抗を測定する方法、及び多点接続形態を有するインバータ

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/483 20070101AFI20220106BHJP

【ＦＩ】

H02M7/483

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021521493

(86)(22)【出願日】2019-10-17

(85)【翻訳文提出日】2021-04-20

(86)【国際出願番号】 EP2019078165

(87)【国際公開番号】W WO2020083734

(87)【国際公開日】2020-04-30

(31)【優先権主張番号】102018126235.3

(32)【優先日】2018-10-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】515078095

【氏名又は名称】エスエムエイ ソーラー テクノロジー アクティエンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＳＭＡ Ｓｏｌａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】100169904

【弁理士】

【氏名又は名称】村井 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100198650

【弁理士】

【氏名又は名称】小出 宗一郎

(72)【発明者】

【氏名】シュテッフェン アウスト

(72)【発明者】

【氏名】マーティン プッツ

【テーマコード（参考）】

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H770AA28

5H770CA05

5H770DA34

5H770HA02W

5H770HA02Y

5H770HA03W

5H770HA03Y

5H770HA03Z

5H770KA01Y

(57)【要約】

ブリッジセンター点（５）にわたって交流電流を流すために、直流電圧中間回路（２）と直流電圧中間回路（２）に接続されるブリッジ回路（４）とを有するインバータ（１）における絶縁抵抗を測定するために、ブリッジセンター点（５）を接地点（２１）に接続し、ブリッジ回路（４）を介して、異なる電圧を有する非接地直流電圧中間回路（２）の２つの点に、接地点（２１）に接続されるブリッジセンター点（５）を連続的に接続する。異なる電圧を有する２つの点のうち１つから接地点（２１）に流れる電流を測定する。異なる電圧を有する２つの点と接地（１５）との間に存在する電圧が規定の電圧限界値を超えないように、非接地直流電圧中間回路（２）の２つの端点に加えて、直流電圧中間回路（２）の少なくとも１つの中間電圧点（１１）を含む点の群から、非接地直流電圧中間回路（２）の異なる電圧を有する２つの点を選択する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ブリッジセンタータップ（５）を介して交流電流を流すために、直流リンク回路（２）と前記直流リンク回路（２）に接続されるブリッジ回路（４）とを有するインバータ（１）における絶縁抵抗を測定する方法であって、
－ 前記ブリッジセンタータップ（５）を接地点（２１）に接続するステップと、
－ 前記ブリッジ回路（４）を介して、電圧の点で異なる前記非接地直流リンク回路（２）の２つの点に、前記接地点（２１）に接続される前記ブリッジセンタータップ（５）を連続的に接続するステップと、
－ 電圧の点で異なる前記２つの点から前記接地点（２１）に流れる前記電流を測定するステップと
を有し、
電圧の点で異なる前記２つの点と接地（１５）との間に存在する電圧が所定の電圧限界値を超えないように、前記直流リンク回路（２）の２つの端点（８、９）に加えて、前記直流リンク回路（２）の少なくとも１つの中間電圧点（１１）を含む点の群から、電圧の点で異なる前記非接地直流リンク回路（２）の前記２つの点を選択することを特徴とする、方法。

【請求項2】

電圧の点で異なる前記非接地直流リンク回路（２）の前記２つの点を選択する場合、前記直流リンク回路（２）の前記２つの端点（８、９）と接地（１５）との間に存在する前記２つの電圧のうち１つが前記所定の電圧限界値を超えるかどうかを確認し、前記電圧が前記所定の電圧限界値を超える場合、前記電圧が前記所定の電圧限界値を超えない前記直流リンク回路（２）の前記端点（８、９）と前記直流リンク回路（２）の前記中間電圧点（１１）とを選択する一方、前記電圧が前記所定の電圧限界値を超えない場合、前記２つの端点（８、９）又は前記中間電圧点（１１）及び前記直流リンク回路（２）の前記２つの端点（８、９）のうち１つを選択することを特徴とする、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

第１の試験において、前記直流リンク回路（２）の前記２つの端点のうち第１の端点（８）と接地（１５）との間に存在する前記電圧が前記所定の電圧限界値を超えるかどうかを確認し、第２の試験において、前記直流リンク回路（２）の前記２つの端点のうち第２の端点（９）と接地（１５）との間に存在する前記電圧が前記所定の電圧限界値を超えるかどうかを確認し、前記第１の試験の第１の結果及び前記第２の試験の第２の結果に基づいて、真理値表を使用して、電圧の点で異なる前記非接地直流リンク回路（２）のどの２つの点を点の前記群から選択するかを判定することを特徴とする、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

電圧の点で異なる前記非接地直流リンク回路（２）の前記２つの点を選択する第１のサブステップにおいて、前記直流リンク回路（２）の前記２つの端点（８、９）の間に存在するリンク回路電圧が前記所定の電圧限界値を超えるかどうかを確認し、前記リンク回路電圧が前記所定の電圧限界値を超えない場合、前記直流リンク回路（２）の前記２つの端点（８、９）を選択することを特徴とする、請求項２に記載の方法。

【請求項5】

前記リンク回路電圧が前記所定の電圧限界値を超える場合、電圧の点で異なる前記非接地直流リンク回路（２）の前記２つの点を選択する第２のサブステップにおいて、前記直流リンク回路（２）の前記２つの端点のうち第１の端点（８）と接地（１５）との間に存在する前記電圧が前記所定の電圧限界値を超えるかどうかを確認し、前記電圧が前記所定の電圧限界値を超える場合、前記２つの端点のうち第２の端点（９）及び前記直流リンク回路（２）の前記少なくとも１つの中間電圧点（１１）を選択することを特徴とする、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記直流リンク回路（２）の前記２つの端点のうち前記第１の端点（８）と接地（１５）との間に存在する前記電圧が前記所定の電圧限界値を超えない場合、電圧の点で異なる前記非接地直流リンク回路（２）の前記２つの点を選択する第３のサブステップにおいて、前記直流リンク回路（２）の前記２つの端点のうち前記第２の端点（９）と接地（１５）との間に存在する前記電圧が前記所定の電圧限界値を超えるかどうかを確認し、前記電圧が前記所定の電圧限界値を超える場合、前記２つの端点のうち前記第１の端点（８）及び前記直流リンク回路（２）の前記少なくとも１つの中間電圧点（１１）を選択する一方、前記電圧が前記所定の電圧限界値を超えない場合、前記直流リンク回路（２）の前記２つの端点（８、９）を選択することを特徴とする、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記少なくとも１つの中間電圧点（１１）は、前記直流リンク回路（２）の電圧センタータップ（１２）であることを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記所定の電圧限界値は、８００Ｖ～１５００Ｖ、又は９００Ｖ～１２００Ｖであることを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

－ 直流リンク回路（２）と、
－ ブリッジセンタータップ（５）に交流電流を流すために、前記直流リンク回路（２）に接続されているブリッジ回路（４）と、
－ 絶縁抵抗（１６）を測定するデバイス（１８）であって、前記ブリッジセンタータップ（５）を接地点（２１）に接続することができる接地スイッチ（１９）を有し、前記ブリッジ回路（４）を介して、電圧の点で異なる前記非接地直流リンク回路（２）の２つの点に、前記接地点（２１）に接続されている前記ブリッジセンタータップ（５）を連続的に接続し、電圧の点で異なる前記２つの点から前記接地点（２１）に流れる前記電流を測定するように設計されているデバイス（１８）と
を有し、
－ 前記ブリッジ回路（４）は、前記交流電流を流す場合、前記直流リンク回路（２）の２つの端点（８、９）に加えて、前記直流リンク回路（２）の少なくとも１つの中間電圧点（１１）に前記ブリッジセンタータップ（５）を更に接続するように設計されている多レベル回路であり、
－ 前記デバイス（１８）は、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法を実行するように設計されている
ことを特徴とする、インバータ（１）。

【請求項10】

前記ブリッジ回路（４）は、前記交流電流を流す場合、前記２つの端点（８、９）に加えて、前記直流リンク回路（２）の前記少なくとも１つの中間電圧点（１１）として電圧センタータップ（１２）に前記ブリッジセンタータップ（５）を更に接続するように設計されている３レベル回路であることを特徴とする、請求項９に記載のインバータ（１）。

【請求項11】

前記ブリッジ回路（４）のスイッチング素子（６、７）、及び／又は前記絶縁抵抗（１６）を測定するために特別に設けられている前記デバイス（１８）の構成要素の公称電圧定格は、前記所定の電圧限界値に等しいことを特徴とする、請求項９又は１０に記載のインバータ（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、インバータにおける絶縁抵抗を測定する方法、及びこのような方法を実行するインバータに関する。本発明は、特に、独立請求項１の前文の特徴を有する方法、及び独立請求項９の前文の特徴を有するインバータに関する。

【0002】

インバータにおける絶縁抵抗測定は、インバータ自体の絶縁抵抗だけでなく、入力側直流リンク回路に接続された発電機（特に、太陽光発電機）の絶縁抵抗も含む。

【背景技術】

【0003】

国際公開第２０１３／１７８６５４Ａ１号パンプレットには、請求項１の前文の特徴を有する絶縁抵抗を測定する方法、及び請求項８の前文の特徴を有する絶縁抵抗を測定するデバイスを有するインバータが開示されている。既知の方法及び既知のインバータにおいて、接地スイッチを閉じることによって、インバータのハーフブリッジのスイッチング素子の間に設置されたブリッジセンタータップを接地点に接続する。ハーフブリッジのスイッチング素子を介して、接地点に接続されるブリッジセンタータップを、ハーフブリッジに存在する、インバータのリンク回路電圧の２つの非接地極に連続的に接続し、この接続を介して接地点に流れる電流を測定する。これによって、接地に対するリンク回路電圧の極の電圧は、絶縁抵抗を測定するために試験電圧として使用され、ハーフブリッジのスイッチング素子を介して活性化される。

【0004】

更に、請求項１の前文の特徴を有する方法、及び独立請求項９の前文の特徴を有するデバイスは、米国特許出願公開第２０１２／００２６６３１Ａ１号明細書から知られている。ここで、電流センサーを用いて、接続を介して接地点に流れる電流を測定する。更に、リンク回路電圧の非接地極の電位を測定する。

【0005】

国際公開第２０１３／１７８６５４Ａ１号パンプレットから知られているインバータの通常動作中に、リンク回路電圧の半分だけの負荷をスイッチング素子にかけている間に、リンク回路電圧の２つの極のどちらも接地されなくても、絶縁抵抗を測定するために国際公開第２０１３／１７８６５４Ａ１号パンプレットから知られている方法を実行する場合、この負荷は、リンク回路電圧まで増加することがある。従って、ブリッジ回路のスイッチング素子、特に測定回路のハードウェア構成要素の公称電圧定格を超えるリンク回路電圧の場合、絶縁抵抗を測定すると、この電圧限界値を超える危険性がある。

【0006】

より高い電力出力、特に、直流リンク回路でより高いリンク回路電圧を有するインバータの場合、例えば３レベルインバータとして知られている多レベル接続形態を有するブリッジ回路が知られている。多レベル接続形態を有するブリッジ回路は、例えば、スイッチング素子にわたって存在する高電圧の場合、スイッチング損失を減らすことができる。３レベルインバータにおいて、ブリッジ回路は、リンク回路電圧が存在する直流リンク回路の２つの端点に交互にだけでなく、分割リンク回路を用いて設けられた直流リンク回路の電圧センタータップにもブリッジセンタータップを接続する。

【0007】

実際に、３レベルインバータは、例えば太陽光発電システムで使用され、この太陽光発電システムの太陽光発電機は、インバータの直流リンク回路を最大１５００Ｖまで充電し、例えば１０００Ｖの公称電圧定格を有するスイッチング素子を、ブリッジ回路で使用する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は、ブリッジ回路のスイッチング素子及び特に測定回路のハードウェア構成要素の公称電圧定格を大幅に超えるリンク回路電圧まで直流リンク回路を充電し、その結果、接地に対する非接地直流リンク回路の端点のうち１つの電圧がこの電圧限界値を超えることもある場合でも、信頼できる絶縁抵抗測定を可能にする、独立請求項１の前文の特徴を有する方法、及び独立請求項９の前文の特徴を有する対応するインバータを提供する目的に基づいている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の目的は、独立請求項１の特徴を有する絶縁抵抗測定方法、及び独立請求項９の特徴を有するインバータによって達成される。本発明による方法及び本発明によるインバータの好ましい実施形態を、従属請求項で規定する。

【0010】

ブリッジセンタータップを介して交流電流を流すために、直流リンク回路と直流リンク回路に接続されるブリッジ回路とを有するインバータにおける絶縁抵抗を測定する方法において、この方法は、ブリッジセンタータップを接地点に接続するステップと、ブリッジ回路を介して、電圧の点で異なる非接地直流リンク回路の２つの点に、接地点に接続されるブリッジセンタータップを連続的に接続するステップと、電圧の点で異なる２つの点から接地点に流れる電流を測定するステップとを含み、電圧の点で異なる２つの点と接地との間に存在する電圧が所定の電圧限界値を超えないように、直流リンク回路の２つの端点に加えて、直流リンク回路の少なくとも１つの中間電圧点を含む点の群から、電圧の点で異なる非接地直流リンク回路の２つの点を選択する。

【0011】

直流リンク回路の２つの端点の電位は、直流リンク回路をリンク回路電圧まで充電する２つの極の電位に対応する。中間電圧点は、直流リンク回路の２つの極の電位の間の電位を有し、従って、接地に対する直流リンク回路の２つの端点の電圧の間である接地に対する電圧も有する。

【0012】

リンク回路電圧が所定の電圧限界値を超え、従って、直流リンク回路の２つの端点のうち１つが、電圧限界値を同様に超える接地に対する電圧を示す危険性がある場合、直流リンク回路の中間電圧点も含む点の群から、絶縁抵抗測定のために電圧の点で異なる２つの点を選択すると、絶縁抵抗測定中に電圧限界値を超える電圧がブリッジ回路のスイッチング素子及び特に測定回路のハードウェア構成要素にかかるのを回避する可能性が生じる。従って、測定回路のハードウェア構成要素は、接地に対するインバータの最大システム電圧によってハードウェア構成要素に対して生じる場合よりも低い電圧及び電力負荷用に設計されることができる。一例として、これによって、コスト削減、ロバスト性、低電力損失及び減少フットプリントの点での利点を、測定回路のハードウェア構成要素に対して達成することができる。

【0013】

従って、ブリッジ回路が、直流リンク回路の２つの端点に加えて、直流リンク回路の少なくとも１つの中間電圧点にブリッジセンタータップを接続することもできる任意のインバータで、本発明による方法を実行してもよい。これは、高いリンク回路電圧を有する任意の場合に使用されることが多いので、多レベル接続形態を有するインバータ、特に、３レベルインバータとして知られているインバータに関する場合である。同様に、接地に対して電圧の点で異なる可能な点の群から電圧の点で異なる全点の電圧を記録する測定デバイスは、多くのインバータにあり、又は殆ど努力せずに改造可能である。

【0014】

直流リンク回路の少なくとも１つの中間電圧点も含む点の群から、電圧の点で異なる非接地直流リンク回路の２つの点を選択する場合、直流リンク回路の２つの端点と接地との間に存在する２つの電圧のうち１つが所定の電圧限界値を超えるかどうかを確認することができる。電圧が所定の電圧限界値を超えない場合、絶縁抵抗測定のために、直流リンク回路の２つの端点を選択する。しかし、２つの端点のうち１つが、接地に対する電圧を有する電圧限界値を超える場合、接地に対する電圧が所定の電圧限界値を超えない直流リンク回路の他方の端点と直流リンク回路の中間電圧点とを、電圧の点で異なる２つの点として選択する。

【0015】

具体的には、第１の試験において、直流リンク回路の２つの端点のうち第１の端点と接地との間に存在する電圧が所定の電圧限界値を超えるかどうかを確認し、第２の試験において、直流リンク回路の２つの端点のうち第２の端点と接地との間に存在する電圧が所定の電圧限界値を超えるかどうかを確認するように、電圧の点で異なる非接地直流リンク回路の２つの点を選択してもよい。次に、第１の試験の第１の結果及び第２の試験の第２の結果に基づいて、真理値表を使用して、電圧の点で異なる非接地直流リンク回路のどの２つの点を点の群から選択するかを判定してもよい。この真理値表は、下記の形をとってもよい。

【0016】

【表1】

【0017】

上述の真理値表において、１行目の項目、即ち、接地に対する第１及び第２の端点の両方の電圧が所定の電圧限界値を超えない場合、電圧の点で異なる２つの点として第１及び第２の端点の選択は、接地点に流れる電流を流す２つの電圧間の最大差となり、その結果、絶縁抵抗の正確な測定にとって有益である。しかし、電圧の点で異なる非接地直流リンク回路の２つの点として、２つの端点のうち１つと中間電圧点とを選択することもできる。

【0018】

代替案として、第１のサブステップにおいて、直流リンク回路の２つの端点の間に存在するリンク回路電圧が所定の電圧限界値を実際に超えるかどうかを確認するように、電圧の点で異なる非接地直流リンク回路の２つの点を選択してもよい。リンク回路電圧が所定の電圧限界値を超えない場合、直流リンク回路の２つの端点と接地との間の２つの電圧も限界値を超えないと一般的に想定され得る。なぜなら、非接地直流リンク回路の場合、２つの電圧が等しくなくてもよく、また等しくないけれども、直流リンク回路の２つの端点と接地との間の２つの電圧は、同じ数学的符号を一般的に有しないからである。従って、直流リンク回路の２つの端点を、電圧の点で異なる２つの点として選択してもよい。

【0019】

リンク回路電圧が所定の電圧限界値を超える場合だけ実行される、電圧の点で異なる２つの点を選択する第２のサブステップにおいて、直流リンク回路の２つの端点のうち第１の端点、即ち直流リンク回路の２つの極のうち第１の極と接地との間に存在する電圧が、存在する限界値を超えるかどうかを確認してもよい。電圧が限界値を超える場合、２つの端点のうち第２の端点及び直流リンク回路の中間電圧点を、電圧の点で異なる非接地直流リンク回路の２つの点として選択する。なぜなら、中間電圧点が直流リンク回路の電圧センタータップであるという条件で、リンク回路電圧が電圧限界値の２倍未満の許容範囲内にあるという条件で、及び直流リンク回路の２つの端点と接地との間の２つの電圧が同じ数学的符号を有しないことが当てはまるという条件で、接地に対する電圧の点で異なるこれらの２つの点の２つの電圧は電圧限界値を超えないと想定され得るからである。

【0020】

直流リンク回路の２つの端点のうち第１の端点と接地との間に存在する電圧が所定の電圧限界値を超えない場合だけ実行される、電圧の点で異なる２つの点を選択する第３のサブステップにおいて、直流リンク回路の２つの端点のうち第２の端点と接地との間に存在する電圧が電圧限界値を超えるかどうかを確認してもよい。電圧が電圧限界値を超えない場合、２つの端点の間に存在するリンク回路電圧が電圧限界値を超えても、直流リンク回路の２つの端点を、電圧の点で異なる非接地直流リンク回路の２つの点として選択してもよい。それ以外ならば、電圧限界値を超える、そこに存在する接地に対する電圧でないので、２つの端点のうち第１の端点及び直流リンク回路の中間電圧点を選択する。これは、中間電圧点が直流リンク回路の電圧センタータップであり、リンク回路電圧が電圧限界値の２倍未満の許容範囲内にとどまる場合に少なくとも当てはまる。インバータの接続形態のために、直流リンク回路の利用可能な中間電圧点は、一般的にどんな場合でも、直流リンク回路の電圧センタータップである。

【0021】

電圧が所定の電圧限界値を超えるかどうかに関する上述の試験の各々に対して、各電圧を直接測定する必要がないことは言うまでもなく、各電圧を、他の測定値、例えば、電圧サイクルを介して関心のある各電圧に連結された他の測定電圧から得てもよい。従って、直流リンク回路の２つの端点のうち第２の端点と接地との間の電圧を、一方ではリンク回路電圧、他方では直流リンク回路の２つの端点のうち第１の端点と接地との間の電圧から、減算によって判定してもよい。

【0022】

具体的には、所定の電圧限界値は、８００Ｖ～１５００Ｖ、又は９００Ｖ～１２００Ｖ、即ち、１０００Ｖであってもよい。

【0023】

電圧の点で異なる非接地直流リンク回路の点の選択に関してここに記載の特徴に加えて、本発明による方法を、国際公開第２０１３／１７８６５４Ａ１号パンプレットから知られているように、全詳細に関して実施してもよい。

【0024】

特に、接地点に流れる電流を測定する場合、インバータの通常動作中に、即ち、ブリッジセンタータップを介して交流電流を流す場合に接続された交流グリッドから、ブリッジセンタータップを定期的に切断する。

【0025】

ブリッジセンタータップと接地点との間に接続された測定抵抗器の両端の電圧降下を介して、いずれの場合にも接地点に流れる電流を測定してもよい。特に、交流電流を測定するために、インバータの通常動作中に、比較的低い抵抗の測定抵抗器の両端の電圧降下を測定するインバータの測定装置を用いて、測定抵抗器の両端の電圧降下を測定してもよい。

【0026】

電圧の点で異なる直流リンク回路の２つの点から接地点に２つの直流電流が連続して流れることを可能にするために、ブリッジ回路のスイッチング素子を連続して閉じてもよい。２つの直流電流の電流強度、及び接地に対する電圧の点で異なる点の関連電圧から、既知の方法で、絶縁抵抗を計算してもよい。

【0027】

代替案として、インバータのラインリアクターを介して電圧の点で異なる２つの点から接地点に低周波交流電流が流れることができるように、ブリッジ回路のスイッチング素子を駆動してもよい。この低周波交流電流は、インバータの通常動作中に流れる交流電流よりも少なくとも２倍、好ましくは少なくとも５倍、より好ましくは少なくとも１０倍、更により好ましくは少なくとも５０倍、最も好ましくは少なくとも１００倍だけ長い持続期間を有する。

【0028】

更に、接地に対する電圧の点で異なる直流リンク回路の２つの点の電圧間に電圧がある、ブリッジセンタータップの下流に接続されたフィルターのフィルター出力でインバータのラインリアクターを介して接地点に流れる電流に対して少なくとも１つの駆動電圧を設定するように、ブリッジ回路のスイッチング素子を駆動してもよい。

【0029】

電圧の点で異なる非接地直流リンク回路の前記２つの点を選択する場合、電圧の点で異なる２つの点と接地との間に存在する電圧を測定する測定装置を用いて、接地点に各電流を流す電圧を測定してもよい。更に、いずれの場合にも接地点に流れる電流を測定するために、保護抵抗器と接地点との間に設置された点と、電圧の点で異なる非接地直流リンク回路の点のうち１つの点との間に存在する電圧を判定することができる。具体的には、この点の電圧を、直流リンク回路の電圧センタータップに対して測定してもよい。

【0030】

直流リンク回路と、ブリッジセンタータップに交流電流を流すために、直流リンク回路に接続されているブリッジ回路と、絶縁抵抗を測定するデバイスであって、ブリッジセンタータップを接地点に接続することができる接地スイッチを有し、ブリッジ回路を介して、非接地直流リンク回路の２つの異なる点に、接地点に接続されているブリッジセンタータップを連続的に接続し、電圧の点で異なる２つの点から接地点に流れる電流を測定するように設計されているデバイスとを有する本発明によるインバータの場合、ブリッジ回路は、交流電流を流す場合、リンク回路電圧が存在する直流リンク回路の２つの端点に加えて、直流リンク回路の少なくとも１つの中間電圧点にブリッジセンタータップを更に接続するように設計されている多レベル回路であり、絶縁抵抗を測定するデバイスは、本発明による方法を実行するように設計されている。

【0031】

従って、本発明によるインバータは、多レベル接続形態を有するインバータである。特に、インバータは、３レベルインバータであってもよい。その場合、ブリッジ回路は、交流電流を流す場合、２つの端点に加えて、直流リンク回路の少なくとも１つの中間電圧点として電圧センタータップにブリッジセンタータップを更に接続するように設計されている３レベル回路である。

【0032】

ブリッジ回路のスイッチング素子、及び／又は絶縁抵抗を測定するために特別に設けられているデバイスの構成要素の公称電圧定格は、本発明によるインバータにおける所定の電圧限界値に等しくてもよい。一方、インバータの動作中に直流リンク回路を充電する最大リンク回路電圧は、例えば５０％だけ、電圧限界値を大幅に超えてもよい。

【0033】

更に、本発明によるインバータの場合、インバータの詳細な設計に関して、国際公開第２０１３／１７８６５４Ａ１号パンプレットに開示のような特徴及び特徴の組み合わせの全てを有してもよい。従って、インバータの通常動作中に接続された交流グリッドから、接地点に流れる電流を測定するブリッジセンタータップを切断するために、インバータの電源スイッチを開くように、デバイスを特別に設計してもよい。

【0034】

更に、デバイスは、ブリッジセンタータップと接地点との間に配置された測定抵抗器を有してもよく、この測定抵抗器の両端の電圧降下の形で接地点に流れる電流を測定するように設計されてもよい。ブリッジセンタータップと接地点との間の高い接地電流を回避するために、測定抵抗器を、接地スイッチ及び保護抵抗器と直列に接続してもよい。

【0035】

ブリッジセンタータップと接地点との接続部は、インバータの通常動作中に交流電流が流れる電流経路から分岐してもよく、インバータの通常動作中に、接地点に流れる電流に対する測定抵抗器よりも低い抵抗を有する更なる測定抵抗器の両端の電圧降下を測定するインバータの測定装置を、測定抵抗器及び更なる測定抵抗器にわたって接続してもよく、その結果、測定装置を使用して、交流電流、及び接地点への電流の両方を測定することができる。

【0036】

ブリッジセンタータップの下流に接続されたフィルターのフィルター出力に接地点を接続するように、デバイスを設計してもよい。

【0037】

接地点に各電流を流す電圧を測定するために、デバイスは、追加の測定装置を有してもよい。これらの測定装置を使用して、本発明による方法に従って電圧の点で異なる直流リンク回路の２つの点を選択してもよい。

【0038】

接地点に流れる電流を測定するために、フィルターコンデンサを、測定抵抗器と並列に接続してもよい。

【0039】

保護抵抗器と接地点との間に設置された点と、電圧の点で異なる非接地直流リンク回路の点のうち１つの点との間に存在する電圧を測定するように、いずれの場合にも接地点に流れる電流を測定する測定装置を設計してもよい。各点を、保護抵抗器と接地スイッチとの間に設置してもよく、保護抵抗器を、接地スイッチと接地点との間に設置してもよい。電圧を測定する、電圧の点で異なる非接地直流リンク回路の点のうち１つの点は、直流リンク回路の電圧センタータップであってもよい。

【0040】

更に、インバータのラインリアクターと保護抵抗器との間のフィルター出力で、フィルターコンデンサを、接地点への接続部と電圧の点で異なる非接地直流リンク回路の点のうち１つの点との間に接続してもよい。電圧の点で異なるこの点は、非接地直流リンク回路の電圧センタータップであってもよい。

【0041】

本発明の有利な進展は、特許請求の範囲、明細書及び図面から明らかになる。明細書に引用された、特徴、及び多く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から利点を必ずしも得ることなく、代わりに又は累積的に実施可能である。添付の特許請求の範囲の主題を補正することなく、下記は、原出願書類及び特許の開示内容に当てはまり、図面、特に、構成要素の相対配置及び動作接続から、更なる特徴を推測することができる。同様に、本発明の異なる実施形態の特徴、又は異なる特許請求の範囲の特徴の組み合わせは、特許請求の範囲の選択後方参照からの逸脱として可能であり、これによって促される。更に、これは、個々の図面に示され、又は明細書に引用されるように、このような特徴に関連している。これらの特徴を、異なる特許請求の範囲の特徴と組み合わせてもよい。同様に、本発明の更なる実施形態に対して、特許請求の範囲に記載の特徴を省いてもよい。

【0042】

数の点で、特許請求の範囲及び明細書に引用された特徴は、副詞「少なくとも」の明示的な使用の必要なしに、この数、又は引用された数よりも大きい数が正確に存在することを意味するものと理解され得る。例として、例えばスイッチング素子を説明する場合、１つのスイッチング素子、２つのスイッチング素子、又はより多くのスイッチング素子が正確に存在することを意味するものとする。特許請求の範囲に引用された特徴は、他の特徴によって補足されてもよく、又はそれぞれの方法又は製品が含む唯一の特徴であってもよい。

【0043】

特許請求の範囲に含まれる参照符号は、特許請求の範囲によって保護される主題の範囲を限定しない。これらの参照符号は、特許請求の範囲をより容易に理解するという目的に役立つに過ぎない。

【0044】

更に、下記の文は、図面に示す好ましい例示的な実施形態を参照して、本発明を説明する。

【図面の簡単な説明】

【0045】

【図1】入力側直流リンク回路に接続された太陽光発電機を有する本発明によるインバータの基本回路図である。

【図2】インバータにおける絶縁抵抗を測定するために図１によるインバータの電圧の点で異なる非接地直流リンク回路の２つの点を選択するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0046】

図１において、入力側直流リンク回路２に接続された太陽光発電機３を有するインバータ１を示す。インバータ１は、直流リンク回路２に接続されたブリッジ回路４を有し、このブリッジ回路は、多レベル回路、具体的には３レベル回路として設計されている。２つのスイッチング素子６及び７を介して、ブリッジセンタータップ５を直流リンク回路２の端点８及び９に接続するだけでなく、追加スイッチング素子１０を介して、ブリッジセンタータップ５を中間電圧点１１（具体的には、直流リンク回路２の２つの等しいリンク回路部分静電容量１３及び１４の間の電圧センタータップ１２）にも接続することができる。直流リンク回路２を、太陽光発電機３によってリンク回路電圧まで充電する。直接的にも間接的にも接地されていないセンタータップを有する太陽光発電機３の場合、電圧センタータップ１２と接地１５との間に著しい電圧が生じることがあり、この電圧は、インバータ１の動作につれて大幅に変化することがある。従って、直流リンク回路２の端点８及び９と接地１５との間の電圧は、リンク回路電圧の半分よりも著しく大きい値に達することがある。

【0047】

接地１５に対する太陽光発電機３及び接続インバータ１の絶縁抵抗１６を、太陽光発電機３及びインバータ１が動作し始める前に、少なくとも確認すべきである。更に、太陽光発電機３から接地１５に流れる電流を、浮遊容量１７によって判定する。インバータ１は、オーム絶縁抵抗１６を測定するデバイス１８を有する。測定抵抗器２０を横切ってブリッジセンタータップ５を接地点２１に接続するために、このデバイス１８は、接地スイッチ１９を含む。スイッチング素子６、７又は１０のうち１つを介して、ブリッジセンタータップ５を、直流リンク回路２の端点８及び９又は電圧センタータップ１２のうち１つに接続した場合、電流は、測定抵抗器２０を通って接地１５に流れる。太陽光発電機３の絶縁抵抗１６を介してだけ直流リンク回路２が接地１５に電気的に接続されるので、この電流の直流成分を、この絶縁抵抗１６によって判定する。絶縁抵抗１６の完全測定の場合、接地１５に対してできるだけ異なる少なくとも２つの電圧を、スイッチング素子６、７、１０を用いて、ブリッジセンタータップ５に印加すべきである。これらの電圧は、測定抵抗器２０を介して異なる強度及び／方向で、電流を接地１５に流す。接地１５への電流に対する絶縁抵抗１６の影響は、絶縁抵抗１６を太陽光発電機３にわたって分布させる方法、即ち、絶縁抵抗１６が最低値を有する太陽光発電機３における接地１５に対する電圧に左右される。測定抵抗器２０を介して電流を接地点２１に流す異なる電圧を、交流電圧の形で設定することもできる。しかし、この交流電圧は、測定抵抗器２０を通る得られる交流電流が浮遊容量１７及び１８によって独占されないように、低周波数を有するべきである。

【0048】

測定抵抗器２０に電流を流す電圧を測定するために、測定装置２２～２４を設ける。測定装置２２は、直流リンク回路２にわたって存在するリンク回路電圧を測定する。測定装置２３は、接地１５に対する直流リンク回路２の端点８の電圧を測定する。このことから、測定装置２２を用いて測定される電圧と組み合わせて、接地１５に対する直流リンク回路２の第２の端点９の電圧を判定することもできる。測定装置２４は、点２５と電圧センタータップ１２との間の電圧を測定する。点２５は、測定抵抗器２０と接地スイッチ１９との間に設置される。接地スイッチ１９を閉じ、スイッチング素子１０を閉じた場合、測定装置２４は、測定抵抗器２０の両端の電圧降下を測定する。接地スイッチ１９を閉じ、スイッチング素子１０を開いた場合、測定装置２４は、電圧センタータップ１２と接地１５との間の電圧を測定する。メッシュルールを用いて、接地１５に対する特定の点で存在する、又は測定抵抗器２０の両端で降下される関心のある他の全電圧を判定するために、測定装置２２～２４によって測定される電圧を使用することができる。

【0049】

チョーク２６は、ブリッジ回路４の通常動作中に交流電流を出力する、インバータ１の出力におけるフィルターの一部である。この出力は、チョーク２６と測定抵抗器２０との間で分岐し、図１に例示されていない。

【0050】

測定抵抗器２０を介して接地１５に電流を流す電圧が、インバータ１の構成要素を設計する所定の電圧限界値を超えないために、電圧の点で異なる直流リンク回路２の２つの点を、図２に例示の手順に従って選択する。これらの２つの点は、絶縁抵抗１６を測定するために、デバイス１８によってブリッジセンタータップ５に連続的に接続される。選択を開始した後（２７）、リンク回路電圧Ｕｚｗｋ（測定装置２２を介して直流リンク回路２の端点８及び９の間で測定される）と所定の電圧限界値（この場合、１０００Ｖ）との間で、比較２８が行われる。リンク回路電圧Ｕｚｗｋが１０００Ｖ以下である場合、測定抵抗器２０を介して接地１５に電流を流す直流リンク回路２の２つの極Ｕｄｃ＋及びＵｄｃ－を選択し（３１）、即ち、デバイス１８は、スイッチング素子６及び７を用いて、直流リンク回路２の対応する端点８及び９をブリッジセンタータップ５に連続的に接続する。リンク回路電圧Ｕｚｗｋが、１０００Ｖの所定の電圧限界値を超えた場合、更なる比較２９は、ＰＥに対する（測定装置２３によって測定された）電圧ＤＣ＋、即ち、直流リンク回路２の端点８と接地１５との間の電圧ＤＣ＋が、１０００Ｖの所定の電圧限界値以上であるかどうかを確認する。電圧ＤＣ＋が１０００Ｖの所定の電圧限界以上である場合、絶縁抵抗１６を測定するために、直流リンク回路２の第２の端点９に存在する、直流リンク回路２の他方の極Ｕｄｃ－の電位に加えて、電圧センタータップ１２における電位Ｍを選択する（３２）。測定装置２３を用いて測定された電圧が１０００Ｖ未満である場合、比較３０は、ＤＣ－に対する電圧ＰＥ、即ち、接地１５と直流リンク回路２の第２の端点９との間の電圧が、１０００Ｖの電圧限界値以上であるかどうかを確認する。この電圧は、測定装置２２によって測定されるリンク回路電圧から測定装置２３によって測定される電圧を引くことによって得られる。比較３０の結果がＮｏである場合、結果的にリンク回路電圧Ｕｚｗｋが電圧限界値を超えたにもかかわらず、絶縁抵抗１６の測定用に測定抵抗器２０に電流を流すために、直流リンク回路２の２つの極Ｕｄｃ＋及びＵｄｃ－を選択する（３１）。しかし、比較３０の結果が肯定である場合、これらの２つの電圧の少なくともいずれかが１０００Ｖの電圧限界値を超えないので、絶縁抵抗１６を測定するために、直流リンク回路２の正極Ｕｄｃ＋の電位に加えて、接地に対する電圧センタータップ１２における電位Ｍを選択する（３３）。全体的に、図２に従って絶縁抵抗を測定するために電圧の点で異なる直流リンク回路２の点を選択することによって、電圧の点で異なる２つの選択点は、接地１５に対する電圧の点でできるだけ大幅に異なり、これらの電圧のうち１つが電圧限界値を超えることなく、この電圧の異なる数学的符号も一般的に有することが達成される。

【符号の説明】

【0051】

１ インバータ
２ 直流リンク回路
３ 太陽光発電機
４ ブリッジ回路
５ ブリッジセンタータップ
６ スイッチング素子
７ スイッチング素子
８ 直流リンク回路２の（第１の）端点
９ 直流リンク回路２の（第２の）端点
１０ スイッチング素子
１１ 中間電圧点
１２ 電圧センタータップ
１３、１４ リンク回路部分静電容量
１５ 接地
１６ 絶縁抵抗
１７ 浮遊容量
１８ デバイス
１９ 接地スイッチ
２０ 測定抵抗器
２１ 接地点
２２～２４ 測定装置
２５ 点
２６ チョーク
２７ 開始
２８～３０ 比較
３１～３３ 選択

【図1】

【図2】

【国際調査報告】