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特表2022-551132エネルギー生成システムを動作させるための方法、および前記方法を含むエネルギー生成システム
(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】2022-12-07
(54)【発明の名称】エネルギー生成システムを動作させるための方法、および前記方法を含むエネルギー生成システム
(51)【国際特許分類】
H02H 7/12 20060101AFI20221130BHJP
H02J 1/00 20060101ALI20221130BHJP
H02M 3/155 20060101ALI20221130BHJP
【ＦＩ】
H02H7/12 G
H02J1/00 304H
H02M3/155 C
H02M3/155 W
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022520970
(86)(22)【出願日】2020-09-15
(85)【翻訳文提出日】2022-05-09
(86)【国際出願番号】 EP2020075742
(87)【国際公開番号】W WO2021069181
(87)【国際公開日】2021-04-15
(31)【優先権主張番号】102019127198.3
(32)【優先日】2019-10-09
(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】110001302
【氏名又は名称】特許業務法人北青山インターナショナル
(72)【発明者】
【氏名】ヘルメリング，ディルク
(72)【発明者】
【氏名】ファルク，アンドレアス
【テーマコード（参考）】
5G053
5G165
5H730
【Ｆターム（参考）】
5G053AA02
5G053CA01
5G053EB09
5G053EC03
5G165BB08
5G165DA01
5G165EA01
5G165JA09
5G165LA02
5H730AA17
5H730AA20
5H730AS05
5H730BB13
5H730BB57
5H730BB84
5H730BB88
5H730DD03
5H730DD16
5H730EE13
5H730FD01
5H730FD11
5H730FD31
5H730FD41
5H730XX02
5H730XX14
5H730XX23
5H730XX33
5H730XX35
5H730XX41
5H730XX42
(57)【要約】
本出願は、互いに並列に接続され、それぞれの場合にＤＣ／ＤＣコンバータ（４．１～４．ｎ）を介して共有ＤＣ負荷（２０）に接続された複数のＤＣサブジェネレータ（５．１～５．ｎ）を含むエネルギー生成システムに関する。ＤＣサブジェネレータ（５．１～５．ｎ）の各々は、ＤＣ電源（２．１～２．ｎ）に直列に接続された少なくとも１つのヒューズ（９．１～９．ｎ）を介して、対応するＤＣサブジェネレータ（５．１～５．ｎ）に割り当てられている特定のＤＣ／ＤＣコンバータ（４．１～４．ｎ）に接続されたＤＣ電源（２．１～２．ｎ）を含む。本方法は、ＤＣサブジェネレータ（５．１～５．ｎ）の障害（３０）、特に短絡障害を監視するステップを含み、ＤＣサブジェネレータ（５．１～５．ｎ）の監視が、障害のあるＤＣサブジェネレータ（５．１）を示している場合、障害のあるＤＣサブジェネレータ（５．１）に割り当てられていないＤＣ／ＤＣコンバータ（４．２～４．ｎ）は、デフォルト値に対応する共通の合計電流ＩＲｅｓｔで動作する。本出願は、本方法を実行するように設計および構成されたエネルギー生成システム（１）にも関する。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
互いに並列に接続され、それぞれがＤＣ／ＤＣコンバータ（４．１～４．ｎ）を介して共有ＤＣ負荷（２０）に接続された複数のＤＣサブジェネレータ（５．１～５．ｎ）を含むエネルギー生成システム（ＥＥＡ；１）を動作させるための方法において、前記ＤＣサブジェネレータ（５．１～５．ｎ）の各々は、ＤＣ電源（２．１～２．ｎ）に直列に接続された少なくとも１つのヒューズ（９．１～９．ｎ）を介して、それぞれの前記ＤＣサブジェネレータ（５．１～５．ｎ）に割り当てられている前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（４．１～４．ｎ）に接続されたＤＣ電源（２．１～２．ｎ）を含み、前記ＤＣサブジェネレータ（５．１～５．ｎ）の障害（３０）、特に短絡障害を監視するステップを含み、
前記ＤＣサブジェネレータ（５．１～５．ｎ）の監視が、障害のあるＤＣサブジェネレータ（５．１）を示している場合、前記障害のあるＤＣサブジェネレータ（５．１）に割り当てられていないＤＣ／ＤＣコンバータ（４．２～４．ｎ）は、デフォルト値に対応する共通の合計電流ＩＲｅｓｔで動作される、方法。
【請求項2】
前記ＤＣサブジェネレータ（５．１～５．ｎ）の監視において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（４．１～４．ｎ）を介して流れる電流（Ｉ１～Ｉｎ）がそれぞれの場合に検出され、前記割り当てられたＤＣ／ＤＣコンバータ（４．１）から前記ＤＣ負荷（２０）の方向に流れる前記電流（Ｉ１）が電流閾値ＩＴＨを下回った場合、特に前記割り当てられたＤＣ／ＤＣコンバータ（４．１）から前記ＤＣ負荷（２０）の方向に流れる前記電流（Ｉ１）が、その電流方向を変更した場合、障害のあるＤＣ電源（２．１）が示される、および／または、前記ＤＣサブジェネレータ（５．１～５．ｎ）の監視において、前記ＤＣサブジェネレータ（５．１～５．ｎ）の電圧（Ｕ１～Ｕｎ）がそれぞれの場合に検出され、前記ＤＣサブジェネレータ（５．１）の前記検出された電圧Ｕ１が電圧閾値ＵＴＨを下回った場合に、障害のあるＤＣサブジェネレータ（５．１）が示される、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（４．１～４．ｎ）の入力電流または出力電流が、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（４．１～４．ｎ）を介して流れる前記検出された電流（Ｉ１～Ｉｎ）として検出される、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記合計電流ＩＲｅｓｔから形成される時間積分が、前記障害のあるＤＣ電源（２．１）に割り当てられた前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（４．１）の過電流に敏感なコンポーネントのｉ２ｔ値を下回るように前記デフォルト値が選択される、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項5】
前記合計電流ＩＲｅｓｔから形成される時間積分が、前記ヒューズ（９．１）を溶断するために、可能であるならば、前記障害のあるＤＣ電源（２．１）に割り当てられているＤＣ／ＤＣコンバータ（４．１）に直列に接続された前記ヒューズ（９．１）のｉ２ｔ値を超えるようにデフォルト値が選択される、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項6】
前記選択されたデフォルト値での前記ヒューズ（９．１）の溶断が起こらない場合、前記障害のあるＤＣサブジェネレータ（５．１）に割り当てられていない前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（４．２～４．ｎ）は、前記合計電流ＩＲｅｓｔを０Ａの電流値に設定するために非アクティブ化され、任意選択で、前記障害のあるＤＣサブジェネレータ（５．１）が、ＤＣ分離デバイス（１３．１）を介して前記共有ＤＣ負荷（２０）から分離される、請求項５に記載の方法。
【請求項7】
前記ＤＣサブジェネレータ（５．１～５．ｎ）の監視中に示された障害（３０）、任意選択で前記ヒューズ（９．１）の溶断の成功または失敗もまた、前記ＥＥＡ（１）によって、特に前記ＥＥＡ（１）の通信ユニットによって通知される、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項8】
互いに並列に接続され、それぞれＤＣ／ＤＣコンバータ（４．１～４．ｎ）を介して共有ＤＣ負荷（２０）に接続された複数のＤＣサブジェネレータ（５．１～５．ｎ）を含むエネルギー生成システム（ＥＥＡ；１）であって、前記ＤＣサブジェネレータ（５．１～５．ｎ）の各々は、ＤＣ電源（２．１～２．ｎ）に直列に接続された少なくとも１つのヒューズ（９．１～９．ｎ）を介して、それぞれの前記ＤＣサブジェネレータ（５．１～５．ｎ）に割り当てられている前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（４．１～４．ｎ）に接続されたＤＣ電源（２．１～２．ｎ）を含む、エネルギー生成システム（ＥＥＡ；１）において、前記エネルギー生成システム（１）は、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法を実行するように設計および構成された制御ユニット（１５）をさらに含むことを特徴とする、エネルギー生成システム（ＥＥＡ；１）。
【請求項9】
前記ＤＣサブジェネレータ（５．１～５．ｎ）はそれぞれ、それぞれの前記ＤＣサブジェネレータ（５．１～５．ｎ）に割り当てられている前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（４．１～４．ｎ）へ少なくとも１つのヒューズを介して互いに並列に接続されている、複数のＤＣ電源（２．１～２．ｎ）を含む、請求項８に記載のエネルギー生成システム（１）。
【請求項10】
前記ＤＣ電源（２．１～２．ｎ）は、光起電（ＰＶ）ストリング（３．１～３．ｎ）および／または電池を含む、請求項８または９に記載のエネルギー生成システム（１）。
【請求項11】
前記共有ＤＣ負荷（２０）は電解槽（２１）を含む、請求項８～１０のいずれか一項に記載のエネルギー生成システム（１）。
【請求項12】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（４．１～４．ｎ）は、降圧コンバータを含む、および／または、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（４．１～４．ｎ）は、降圧機能用に設計および構成されている、請求項８～１１のいずれか一項に記載のエネルギー生成システム（１）。
【請求項13】
前記障害のあるＤＣ電源（２．１）に割り当てられた前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（４．１）の前記過電流に敏感なコンポーネントは、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（４．１）の半導体スイッチ（６．１）と並列に接続されているか、または前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（４．１）の半導体スイッチ（６．１）、特に前記半導体スイッチ（６．１）のボディダイオードを含む、別個のフリーホイールダイオードを含む、請求項８～１２のいずれか一項に記載のエネルギー生成システム（１）。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、エネルギー生成システム（ＥＥＡ）を動作させるための方法に関する。本発明は、特に、ＥＥＡの障害が検出され、ＥＥＡのコンポーネントに対するその損傷効果が回避されるが、少なくとも低減される場合のＥＥＡの動作に関する。ＥＥＡは、特に、互いに並列に接続され、それぞれの場合においてＤＣ／ＤＣコンバータを介して共有ＤＣ負荷に接続されて、それを供給する、複数のＤＣサブジェネレータを備えた再生可能ＥＥＡとすることができる。障害の場合は、特に１つ、場合によっては複数のＤＣサブジェネレータに障害、例えば短絡障害がある場合が存在し得る。本発明はさらに、そのような方法のために設計および構成されたＥＥＡに関する。
【背景技術】
【0002】
いわゆる電力からガスへの方法では、電気エネルギーは電解槽によってガス状エネルギーキャリア、特に水素に変換される。電気エネルギーは、有利には、再生可能な電気エネルギーとすることができる。このような方法では、電解槽と電解槽に供給する再生可能ＥＥＡは、ＡＣ電圧で動作する公共電力網（ＥＶＮ）にまったく接続されていないか、一時的にのみ接続されているアイランドネットワークの形態で相互に接続できる。
【0003】
再生可能エネルギー源の多くは、多くの場合、本質的にＤＣ電源として設計されている。電解槽はＤＣ消費者として動作するため、アイランドネットワークもＤＣネットワークとして設計されている場合は、変換損失を回避するという点で有利である。例えば、アイランドネットワーク内のＥＥＡは、光起電（ＰＶ）サブジェネレータとして設計された複数のＤＣサブジェネレータを有することができ、これらのサブジェネレータは、それぞれの場合において、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して、電解槽または別のＤＣ負荷の入力に互いに並列に接続される。ＤＣサブジェネレータの電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して電解槽の入力の電圧から切り離すことができる。したがって、各ＤＣサブジェネレータは、それぞれの最大電力点（ＭＰＰ）で動作できるが、それでも、すべてのＤＣ／ＤＣコンバータで同じ出力電圧を電解槽に供給することができる。電解槽の動作点、特にその消費電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を介して設定できる。具体的には、より高いレベルの制御ユニットは、一方ではアイランドネットワークで生成された総電力と消費された総電力との間で常に平衡が存在し、他方ではＰＶサブジェネレータの再生可能エネルギーの可能な最大電力はいつでも得ることができるように、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を制御できる。
【0004】
ここで、ＤＣサブジェネレータとして動作するＰＶサブジェネレータの１つまたは場合によっては複数に障害が発生した場合、例えば、短絡障害または二重絶縁障害が発生した場合、障害のない動作中のＤＣサブジェネレータは１つの障害のあるＤＣサブジェネレータ（または、該当する場合は、複数の障害のあるＤＣサブジェネレータ）にそれらの電力を供給する。通常、ＤＣサブジェネレータは、１つまたは複数のＤＣ電源を含む。ＤＣサブジェネレータのＤＣ電源は、ＥＥＡのサイズに応じて、１つまたは複数のヒューズを介してＤＣサブジェネレータに割り当てられたＤＣ／ＤＣコンバータに接続される。しかしながら、ＥＥＡ内で疑わしい障害が発生した場合、ＥＥＡの障害のないＤＣ電源から障害のあるＤＣ電源へと結果として生じた電流は、障害のあるＤＣ電源が割り当てられたＤＣ／ＤＣコンバータに中継して接続されているヒューズの少なくとも１つを溶断するのに十分に高くない場合がある。したがって、障害が発生した場合、障害のあるＤＣ電源の下流のヒューズを溶断することにより、障害のあるＤＣ電源を障害なく動作している残りのＤＣ電源から分離するための追加の対策なしでは、生成された障害のある電流が十分でないというリスクがある。障害のある電流を表す結果として生じる電流は確実に遮断されず、電流強度と障害のある電流の持続時間によっては、ＥＥＡのさらなるコンポーネント、特に関連するＤＣ／ＤＣコンバータを損傷または破壊する可能性がある。
【0005】
特許文献１は、少なくとも１つの電源から複数の消費点を有する最終的な電力ネットワークに電流を補足的に供給するための方法と装置を開示している。最終的な電源ネットワークは、より高いレベルの電源に接続され、消費点は、少なくとも１つの過電流ヒューズを介してより高いレベルの電源から保護される。制御ユニットは、より高いレベルの電源から流れる電流と、電源から最終的な電力ネットワークに流れる電流を検出する。最大電流を超えた場合に電流源から流れる電流を減らすために、電流から形成される瞬間的な合計値が所定の最大電流と比較される。この方法により、最終的な電力ネットワークの過負荷状態を防ぐことができる。
【0006】
特許文献２は、ＡＣ切断手段を介して電力網に接続されているインバータと、それぞれが少なくとも１つのＰＶストリングを有し、ＤＣラインを介してインバータのＤＣ接続エリアへ接続されている、少なくとも１つのＰＶサブジェネレータとを備えたＰＶシステムを開示している。ジェネレータに近いＤＣセパレータ、少なくとも１つのＰＶストリングを短絡するための給電中のエネルギーフロー方向の下流のＤＣ短絡スイッチ、およびエネルギーフロー方向のＤＣ短絡スイッチの下流の逆電流保護がＰＶサブジェネレータに割り当てられている。さらに、ＡＣ切断手段の上流には、エネルギーフロー方向にＡＣ短絡スイッチが配置されている。
【0007】
アーク検出装置を備えた光起電（ＰＶ）システムは、特許文献３から知られている。ＰＶシステムでは、ＰＶストリングは、第１の電力線、ＤＣ－ＤＣコンバータ、および別の電力線を介して電力変換器に接続される。アーク検出装置は、ＤＣ－ＤＣコンバータのバイパス電流経路を形成するコンデンサと、ＤＣ－ＤＣコンバータと電力コンバータとの間の別の電力線の１つに配置された電流センサを含む。
【0008】
特許文献４は、最大電力点追従制御（ＭＰＰＴコントローラ）を操作する方法を説明しており、これは、入力端子と出力端子の間で電力を伝送するように設計されており、次のステップを含む。
【0009】
ＭＰＰＴコントローラの第１の動作モードでは、固定デューティサイクルでＭＰＰＴコントローラの第１のスイッチングデバイスを動作させる。
【0010】
ＭＰＰＴコントローラの第２の動作モードでは、入力端子に電気的に接続されたＰＶデバイスから得られる電力を最大化するために、ＭＰＰＴコントローラの調整スイッチングデバイスに導電状態と非導電状態を繰り返し切り替える。
【0011】
特許文献５は、電気的に直列に接続され、第１の端部および第２の端部を有する複数のＰＶモジュールを有するＰＶストリングを開示している。第１のストリング保護ユニットを備えた電力線は、第１の端部に電気的に接続され、第２のストリング保護ユニットを備えた戻り線は、第２の端部に接続されている。ストリング保護ユニットの１つは、過電流保護、アーク障害保護、逆電流保護、および地絡保護から選択された複数の保護デバイスを含む。もう一方のストリング保護ユニットは、過電流保護、アーク障害保護、逆電流保護、地絡保護、および電力線またはリターンラインと直列のリモート制御スイッチから選択される複数の保護デバイスを含む。
【0012】
複数のＰＶモジュールとそれらに割り当てられたＤＣ／ＤＣコンバータを備えたＰＶシステムは、出力側の中央インバータに互いに並列に接続されており、特許文献６から知られている。インバータは、ＤＣ／ＤＣコンバータによって生成された中間回路のＤＣリンク電圧を正弦波ＡＣ電圧に変換する。ＰＶモジュールは、個々のＤＣ／ＤＣコンバータによって電気的に切り離されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0013】
【特許文献1】独国特許出願公開第１０２０１５００７４４３Ａ１号明細書
【特許文献2】独国特許出願公開第１０２０１３１１１８６９Ａ１号明細書
【特許文献3】米国特許出願公開第２０１８／２１００２２号明細書
【特許文献4】独国特許第１１２０１２００７２０２Ｔ５号明細書
【特許文献5】米国特許出願公開第２０１６１８１７８１Ａ１号明細書
【特許文献6】独国特許出願公開第１０１３６１４７Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
本発明の目的は、複数のＤＣサブジェネレータが互いに並列に接続されたＥＥＡを動作させる方法を特定することであり、これにより、障害が発生した場合にＥＥＡへの損傷が確実に回避される。目的は、具体的には、ＤＣサブジェネレータの障害のあるＤＣ電源を、可能であればヒューズを溶断することによって、障害のない方法で動作する残りのＤＣ電源から分離することである。しかしながら、結果として生じる障害のある電流は、ヒューズを溶断できない場合でも、過電流に敏感なＥＥＡのコンポーネントへの損傷が排除されるように制御する必要がある。さらに、本発明の目的は、方法を実行するのに適したＥＥＡを特定することである。
【課題を解決するための手段】
【0015】
冒頭で述べたタイプの方法では、目的は、独立請求項１の構成を備えた本発明に従って達成される。この方法の有利な実施形態は、請求項２～７に記載されている。この方法を実行するのに適したエネルギー生成システムを特定するという目的は、独立請求項８の構成を備えた本発明に従って達成される。エネルギー生成システムの有利な実施形態は、請求項９～１３に示されている。
【0016】
本発明に係る方法は、互いに並列に接続され、それぞれの場合にＤＣ／ＤＣコンバータを介して共有ＤＣ負荷に接続された複数のＤＣサブジェネレータを有するエネルギー生成システム（ＥＥＡ）の動作を目的としている。ＤＣサブジェネレータの各々は、ＤＣ電源に直列に接続された少なくとも１つのヒューズを介して、それぞれのＤＣサブジェネレータに割り当てられているＤＣ／ＤＣコンバータに接続された少なくとも１つのＤＣ電源を有する。本方法は、
ＤＣサブジェネレータの各々の障害、特に短絡障害を監視するステップを含み、
ＤＣサブジェネレータの監視が、障害のあるＤＣサブジェネレータを示している場合、
障害のあるＤＣサブジェネレータではなく、障害のないＤＣサブジェネレータに割り当てられているＤＣ／ＤＣコンバータは、デフォルト値に対応する共通の合計電流ＩＲｅｓｔで動作する。
ＤＣサブジェネレータの各々の障害、特に短絡障害を監視するステップを含み、
ＤＣサブジェネレータの監視が、障害のあるＤＣサブジェネレータを示している場合、
障害のあるＤＣサブジェネレータではなく、障害のないＤＣサブジェネレータに割り当てられているＤＣ／ＤＣコンバータは、デフォルト値に対応する共通の合計電流ＩＲｅｓｔで動作する。
【0017】
ＤＣサブジェネレータの各々は、対応するＤＣ／ＤＣコンバータに互いに並列に接続された１つのＤＣ電源または複数のＤＣ電源を有し得る。ヒューズは、それぞれの場合において、ＥＥＡの通常の動作中の電力の流れの方向に関連して、ＤＣ電源とＤＣ／ＤＣコンバータとの間に配置され得る。ヒューズは、１つのヒューズだけでなく、通常はＤＣ電源とＤＣ／ＤＣコンバータとの間に直列接続で配置される複数のヒューズとすることができる。ＤＣ電源の１つの極だけが、１つのヒューズまたは直列に接続された複数のヒューズを介して対応するＤＣ／ＤＣコンバータに接続され得る。しかしながら、ＤＣ電源の２つの極の各々が、１つのヒューズまたは直列に接続された複数のヒューズを介して割り当てられたＤＣ／ＤＣコンバータに接続されることもまた、本発明の範囲内である。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータの各々は、入力側の１つのＤＣ電源にのみ接続され得る。あるいは、しかしながら、ＤＣ／ＤＣコンバータのうちの１つ、いくつか、またはさらには各々が、互いに並列に接続された複数のＤＣ電源への入力側で接続されることも可能である。特に、ＤＣ／ＤＣコンバータの少なくとも１つが入力側で複数のＤＣ電源に接続されている場合、ＤＣ電源の電力流は、複数のステージにおける対応するＤＣサブジェネレータ内においてカスケード方式で組み合わせることができる。各々の個々のステージは、個別のヒューズを有することができる。例えば、いわゆるメインストリングヒューズは、それぞれの場合に複数のいわゆるストリングヒューズを含むジェネレータボックスを保護することができる。このようにして、異なるタイプの複数のヒューズを、ＤＣ電源とＤＣ／ＤＣコンバータとの間に直列に接続することができる。ここで、ＤＣ電源からの距離が長くなると共に、そしてＤＣ／ＤＣコンバータまでの距離が短くなると共に、ヒューズの溶断閾値は、高くすることができる。
【0018】
障害についてＤＣサブジェネレータの各々を監視することは、ＤＣサブジェネ３レータの電気的パラメータ、特に電流および／または電圧が時間的に連続した方法で検出されるという点で行うことができる。この場合、ＤＣサブジェネレータ内のＤＣ電源の各々を個別に監視する必要はない。特に、互いに並列に接続された複数のＤＣ電源が１つのＤＣサブジェネレータとして共有ＤＣ／ＤＣコンバータに接続されている場合、ＤＣ電源をグループにまとめる、または換言すれば、対応するＤＣサブジェネレータを監視するだけで十分である。監視中に、例えば、短絡障害の影響を受けている障害のあるＤＣサブジェネレータに戻り電流が流れているかどうかを検出できる。監視によって、障害のあるＤＣ電源が直接生成されることはないが、障害のあるＤＣ電源を含むＤＣサブジェネレータが生成される。
【0019】
本発明は、障害の場合、特にＤＣ電源のうちの１つの短絡障害の場合に、障害のあるＤＣ電源の電圧、ならびに障害のあるＤＣ電源を含むＤＣサブジェネレータの電圧は、降下して、障害のないＤＣ電源から戻り電流を発生させるという効果を利用している。降下した電圧は、入力側で、障害のあるＤＣ電源に割り当てられたＤＣ－ＤＣコンバータに印加され、したがって、このＤＣ－ＤＣコンバータは、入力側で障害のあるＤＣ電源または障害のあるＤＣサブジェネレータに接続されていない残りのＤＣ／ＤＣコンバータの出力側の電圧に対応する出力側の電圧をもはや提供できなくなる。これにより、障害のあるＤＣサブジェネレータに割り当てられていない、つまり、入力側で障害のあるＤＣサブジェネレータに接続されていないそれらのＤＣ／ＤＣコンバータの結果として生じる合計電流ＩＲｅｓｔを、障害のあるＤＣサブジェネレータ、特に、障害のあるＤＣサブジェネレータの障害のあるＤＣ電源にもたらす。合計電流ＩＲｅｓｔは、障害のあるＤＣサブジェネレータに割り当てられているＤＣ／ＤＣコンバータのフリーホイールダイオードを介して、流れて戻る、つまり、ＥＥＡの通常の動作中の電流方向の逆に流れる。
【0020】
ＤＣ電源の障害はまた、ＥＥＡに影響を与える可能性もあり、障害のあるＤＣ電源に割り当てられているＤＣ／ＤＣコンバータの出力で電圧降下が発生するだけではない。代わりに、他のすべてのＤＣ／ＤＣコンバータの出力に電圧降下が多かれ少なかれ強く存在する可能性もある。この場合、ＥＥＡのＤＣバス全体で電圧が小さな電圧値に降下する。しかしながら、この場合、電圧降下は通常、障害のあるＤＣ電源に割り当てられていない残りのＤＣ／ＤＣコンバータでの電圧降下よりも、障害のあるＤＣ電源に割り当てられているＤＣ／ＤＣコンバータでより顕著になるので、障害のないＤＣサブジェネレータから障害のあるＤＣサブジェネレータへのすでに説明した合計電流ＩＲｅｓｔもここで発生する。
【0021】
本発明によれば、障害のあるＤＣサブジェネレータに割り当てられていないＤＣ／ＤＣコンバータのみが、それらの共通の合計電流ＩＲｅｓｔがデフォルト値に対応することを目的として動作する。これは、障害のあるＤＣサブジェネレータに割り当てられていないＤＣ／ＤＣコンバータを協調された方法で制御することによって実行できる。協調制御は、すべてのＤＣ／ＤＣコンバータに作用する制御ユニットによって行うことができる。協調制御の場合、調整されるデフォルト値は制御装置によって考慮されなければならない。制御ユニットはさらに、協調制御に関与するすべてのＤＣ／ＤＣコンバータの個々の電流を備え得る。しかしながら、これは絶対に必要というわけではない。むしろ、調整されるデフォルト値に加えて、制御ユニットが、協調制御に関与しているＤＣ／ＤＣコンバータの共通の合計電流ＩＲｅｓｔを利用できれば十分である。共通の合計電流ＩＲｅｓｔはまた、任意選択で、障害のあるＤＣサブジェネレータに割り当てられているＤＣ／ＤＣコンバータの方向にＤＣ負荷から流れる一部を含み得る。協調制御中に測定および／または伝達する必要のある値が少なくなるので、協調制御は全体的に単純化でき、対応する制御ユニットはそれほど高度化されていなくてもよい。したがって、合計電流ＩＲｅｓｔに対応する障害のある電流は、制御されない方法で流れることはないが、合計電流ＩＲｅｓｔがデフォルト値に対応するように、特にその電流強度に関して制御される。デフォルト値は、ＥＥＡの、特に障害のあるＤＣサブジェネレータに割り当てられているＤＣ／ＤＣコンバータ、または換言すれば、障害のあるＤＣ電源に割り当てられているＤＣ／ＤＣコンバータの過電流に敏感なコンポーネントへの損傷を排除するように選択され得る。過電流に敏感なコンポーネントは、特に、対応するＤＣ／ＤＣコンバータのフリーホイールダイオードである可能性がある。一方では、合計電流ＩＲｅｓｔは、デフォルト値を使用して上方に制限できる。しかしながら、他方では、共通の合計電流ＩＲｅｓｔがデフォルト値に対応することを目的として、関連するＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより、合計電流ＩＲｅｓｔは同時に下方にも制限される。具体的には、デフォルト値は、ＤＣ／ＤＣコンバータに直列に接続されたヒューズと、障害のあるＤＣ電源、または複数のヒューズの場合はＤＣ／ＤＣコンバータと障害のあるＤＣ電源に直列に接続された１つまたは複数のヒューズが、確実に溶断するように選択できる。複数のＤＣ電源が互いに並列に接続されているＤＣサブジェネレータの場合、障害のあるＤＣ電源に最も近いヒューズは、通常、一方では、ＤＣサブジェネレータ内の他のヒューズに対して、溶断閾値が比較的低く、他方では、障害のあるＤＣサブジェネレータの外部で生成された合計電流ＩＲｅｓｔだけでなく、障害のあるＤＣサブジェネレータ内で生成された障害のある電流も通過するので、回路上の理由から有利には最初に溶断する。しかしながら、障害のあるＤＣサブジェネレータ内で生成される障害のある電流は、一般に、障害のあるＤＣサブジェネレータの外部で生成される合計電流ＩＲｅｓｔよりも大幅に低くなる。両方の電流が加算されるため、障害が発生した場合にヒューズの所望の溶断を支援する。
【0022】
全電流ＩＲｅｓｔの電流強度は、全電流ＩＲｅｓｔに寄与するＤＣ／ＤＣコンバータの適切な動作により、デフォルト値に調整または設定できる。この目的のために、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して流れる電流は、すべてのＤＣ／ＤＣコンバータで検出され、より高いレベルの制御ユニットに送信され得る。より高いレベルの制御ユニットは、障害のあるＤＣサブジェネレータに割り当てられていないＤＣ／ＤＣコンバータの検出された電流を合計することができ、そこから現在の合計電流ＩＲｅｓｔを計算できる。現在の合計電流ＩＲｅｓｔをデフォルト値と比較することにより、制御ユニットは、合計電流ＩＲｅｓｔがデフォルト値に対応することを目的として、関連するＤＣ／ＤＣコンバータを制御できる。合計値ＩＲｅｓｔがデフォルト値を超えるか、超える恐れがある場合、障害のあるＤＣサブジェネレータに割り当てられていないＤＣ／ＤＣコンバータのそれぞれ１つによって、少なくとも１つの電流（Ｉ２～Ｉｎ）を減らすことができる。しかしながら、代わりに、合計電流ＩＲｅｓｔをデフォルト値に設定するために、ＤＣ／ＤＣコンバータのうちのそれぞれ１つによっていくつかまたはすべての電流（Ｉ２～Ｉｎ）を減らすことができる。逆に、合計値ＩＲｅｓｔがデフォルト値を下回るか、下回るおそれがある場合、少なくとも１つの電流（Ｉ２～Ｉｎ）をＤＣ／ＤＣコンバータのそれぞれ１つによって増やすことができ、任意選択で、いくつかまたはすべての電流を障害のあるＤＣサブジェネレータに割り当てられていないＤＣ／ＤＣコンバータのそれぞれ１つによって増やすことができる。
【0023】
この方法の有利な一実施形態では、ＤＣサブジェネレータの障害を監視する場合、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して流れる電流は、それぞれの場合においてすべてのＤＣ／ＤＣコンバータについて検出することができる。ＤＣサブジェネレータに割り当てられたＤＣ／ＤＣコンバータからＤＣ負荷の方向に流れる電流が電流閾値ＩＴＨを下回った場合、または特にＤＣサブジェネレータに割り当てられたＤＣ／ＤＣコンバータからＤＣ負荷の方向に流れる電流が、その電流方向を変える場合、障害のあるＤＣサブジェネレータを示すことができる。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータからＤＣ負荷の方向に流れる電流は正の電流として評価され、ＤＣ負荷の方向からＤＣ／ＤＣコンバータに流れる電流は負の電流として評価される。この定義によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータを介してＤＣ負荷の方向に流れる負の電流は、障害のあるＤＣサブジェネレータが入力側で関連するＤＣ／ＤＣコンバータに接続されていることも示している。ＤＣ／ＤＣコンバータを介して流れる電流を検出すると、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電流または出力電流を検出できる。
【0024】
ＤＣ／ＤＣコンバータを介して流れる電流を検出する代わりに、または累積的に、ＤＣサブジェネレータの障害を監視するために、それぞれの場合にＤＣサブジェネレータの電圧を検出することも同様に可能である。この場合、ＤＣサブジェネレータで検出された電圧が電圧閾値ＵＴＨを下回ると、障害のあるＤＣサブジェネレータが示される。電圧は、それぞれのＤＣサブジェネレータに割り当てられたＤＣ／ＤＣコンバータの入力側で有利に検出できる。しかしながら、代わりに、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧も検出できる。有利なことに、ＤＣ／ＤＣコンバータですでに利用可能な測定ユニットは、電圧の検出中ならびに電流の検出中に使用することができる。
【0025】
この方法の変形例の１つでは、デフォルト値は、合計値ＩＲｅｓｔから形成される時間積分が、障害のあるＤＣ電源に割り当てられたＤＣ／ＤＣコンバータの、または換言すれば、障害のあるＤＣサブジェネレータに割り当てられたＤＣ／ＤＣコンバータの過電流に敏感なコンポーネントのｉ２ｔ値を超えるように選択できる。これは、ＤＣ／ＤＣコンバータ（複数可）の過電流に敏感なコンポーネントが過電流に敏感なコンポーネントとして損傷するのを防ぐ。さらに、デフォルト値は、合計値ＩＲｅｓｔから形成される時間積分が、好ましくは、障害のあるＤＣ電源と障害のあるＤＣ電源に割り当てられたＤＣ／ＤＣコンバータとの間に直列に接続されたヒューズのｉ２ｔ値を超えるように有利に選択できる。このようなデフォルト値の選択は、ヒューズを溶断し、したがって障害のあるＤＣ電源を、障害のあるＤＣサブジェネレータ内の残りの障害のないＤＣ電源から、ならびに障害のあるＤＣサブジェネレータの外部の残りの障害のないＤＣ電源から分離することを目的としている。
【0026】
ＥＥＡ内で障害が発生した場合、このようなデフォルト値を選択した場合でも、障害のあるＤＣ電源に直列に接続されているヒューズの溶断が発生しない状況が発生する可能性がある。これは、例えば、過電流に敏感なコンポーネントと互いに近接しているヒューズのｉ２ｔ値と組み合わせたコンポーネントの許容誤差によって促進され得る。しかしながら、このような場合でも、障害のあるＤＣサブジェネレータは、共有ＤＣ負荷から、したがって残りの障害のないＤＣサブジェネレータから簡単に分離できる。具体的には、選択したデフォルト値でヒューズの溶断が発生しない場合、障害のあるＤＣサブジェネレータに割り当てられていないＤＣ／ＤＣコンバータを非アクティブ化して、合計電流ＩＲｅｓｔを電流値０Ａに設定できる。このようにして、ゼロ電流状態がＤＣ／ＤＣコンバータ間で発生し、この状態では、障害のあるＤＣ電源または障害のあるＤＣサブジェネレータを、電気機械式スイッチング素子を介して共有ＤＣ負荷から電気的に分離できる。このようなスイッチング素子は通常、問題のＥＥＡにすでに存在している。しかしながら、スイッチング動作はゼロ電流状態で行われるため、スイッチング素子が絶対的アーク消火手段を備えている必要はない。したがって、これらは大幅に費用対効果の高い方法で設計できる。
【0027】
この方法の有利な一実施形態では、ＤＣサブジェネレータの監視中に示された障害、任意選択でヒューズの溶断の成功または失敗も、ＥＥＡによって通知され得る。これは、例えば、ＥＥＡの通信ユニットによって実行できる。このようにして、ＥＥＡのオペレータは、それに応じて、障害とそれに対応して必要な修理措置をタイムリーに通知することができる。したがって、オペレータは、障害のあるＤＣ電源またはＥＥＡの修理を可能な限り効率的に実行するために、事前に予防策を講じることができる。
【0028】
本発明に係るエネルギー生成システムは、互いに並列に接続され、それぞれの場合にＤＣ／ＤＣコンバータを介して共有ＤＣ負荷に接続される複数のＤＣサブジェネレータを含む。ＤＣサブジェネレータの各々は１つのＤＣ電源を有し、これは、ＤＣ電源に直列に接続された少なくとも１つのヒューズを介して、それぞれのＤＣサブジェネレータに割り当てられたＤＣ／ＤＣコンバータに接続される。特徴的な構成として、エネルギー生成システムは、本発明に係る方法を実行するように設計および構成された制御ユニットをさらに含む。制御ユニットは、ＥＥＡの個別に設計された制御ユニットとすることができる。しかしながら、代替的または累積的に、制御ユニットが、ＤＣ／ＤＣコンバータの１つの制御ユニット内に、またはＤＣ／ＤＣコンバータの複数の制御ユニット内に含まれることも可能である。換言すれば、制御ユニットは、したがって、ＥＥＡの複数のＤＣ／ＤＣコンバータの制御ユニットに分配することもできる。利点は、方法の結果に関連してすでに述べられている。
【0029】
ＥＥＡの有利な一実施形態では、ＤＣサブジェネレータはそれぞれ、それぞれのＤＣサブジェネレータに割り当てられたＤＣ／ＤＣコンバータに少なくとも１つのヒューズを介して互いに並列に接続された複数のＤＣ電源を有する。ＤＣ電源はまた、それぞれのＤＣサブジェネレータに割り当てられたＤＣ／ＤＣコンバータへの複数のヒューズの直列接続を介してそれぞれ接続することができる。この場合、直列接続のヒューズがＤＣ電源から離れているほど、または換言すれば、直列接続のヒューズが対応するＤＣ／ＤＣコンバータの近くに配置されているほど、ヒューズの溶断閾値またはｉ２ｔ値の値が増加する可能性がある。ＥＥＡのさらなる一実施形態では、１つまたは複数のＤＣサブジェネレータのＤＣ電源は、光起電（ＰＶ）ストリングおよび／または電池を含むことができる。さらに、共有ＤＣ負荷は、特に電解槽を含むことができる。
【0030】
ＥＥＡは、ＤＣ／ＤＣコンバータとして降圧コンバータを含み得る。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＥＥＡの複数の、または場合によってはすべてのＤＣ／ＤＣコンバータは、それぞれ、降圧コンバータおよび／または降圧機能を有するＤＣ／ＤＣコンバータを含むことができる、すなわち、入力電圧をより小さな出力電圧に変換するように設計され、構成されている。障害のあるＤＣ電源に割り当てられたＤＣ／ＤＣコンバータの、または換言すれば、障害のあるＤＣサブジェネレータに割り当てられたＤＣ／ＤＣコンバータの過電流に敏感なコンポーネントは、ＤＣ／ＤＣコンバータの半導体スイッチと並列に接続された別個のフリーホイールダイオードを含むことができる。あるいは、ＤＣ／ＤＣコンバータの過電流に敏感なコンポーネントはまた、ＤＣ／ＤＣコンバータの半導体スイッチ、特に半導体スイッチのボディダイオードを含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
本発明は、図の助けを借りて以下に示されている。以下が表示される。
【0032】
【発明を実施するための形態】
【0033】
図１は、第１の実施形態における本発明に係るＥＥＡ １を示している。ＥＥＡ １は、互いに並列に接続され、それぞれの場合にＤＣ／ＤＣコンバータ４．１～４．ｎを介して、ここでは例えば電解槽２１として図示される共有ＤＣ負荷２０に接続された複数のＤＣサブジェネレータ５．１～５．ｎを含む。ＥＥＡ １はさらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ４．１～４．ｎを制御するための制御ユニット１５を含む。制御ユニット１５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４．１～４．ｎの測定ユニットによって検出される電流および／または電圧の測定値を受信および分析するように構成される。制御ユニット１５はさらに、単独で、またはＤＣ／ＤＣコンバータ４．１～４．ｎに存在する制御ユニットと組み合わせて、ＤＣ／ＤＣコンバータ４．１～４．ｎのうちの個々のものを、ＤＣ／ＤＣコンバータ４．１～４．ｎのうちの個々のものによって生成される共通の合計電流ＩＲｅｓｔがデフォルト値に対応する目的で制御するように構成される。ＤＣ／ＤＣコンバータ４．１～４．ｎは、例として図１に、それぞれの場合の入力１０．１～１０．ｎ、入力１０．１～１０．ｎに接続された入力容量８．１～８．ｎ、２つの半導体スイッチ６．１～６．ｎ、および、ＤＣ／ＤＣコンバータ４．１～４．ｎの出力１１．１～１１．ｎに接続されたインダクタンス７．１～７．ｎを備えた降圧コンバータとして示されている。しかしながら、本発明によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ４．１～４．ｎとして、降圧機能を備えた、すなわち、入力１０．１～１０．ｎに印加された入力電圧Ｕ１～Ｕｎを出力１１．１～１１．ｎに印加されるより小さな出力電圧Ｕａに変換することができる、任意のＤＣ／ＤＣコンバータを使用することも可能である。図１に係る実施形態では、ＤＣサブジェネレータ５．１～５．ｎの各々は、１つのみのＤＣ電源２．１～２．ｎを含み、これは、ヒューズ９．１～９．ｎを介してそれが割り当てられているＤＣ／ＤＣコンバータ４．１～４．ｎの入力１０．１～１０．ｎに接続される。ＤＣ電源２．１～２．ｎの各々は、例として、光起電（ＰＶ）ストリング３．１～３．ｎとして示されている。しかしながら、１つまたは複数のＤＣ電源２．１～２．ｎを電池として設計することもできる。
【0034】
ＥＥＡ１の通常の動作中、ＰＶストリング３．１～３．ｎとして設計されたＤＣ電源２．１～２．ｎは、それぞれの最大電力点（ＭＰＰ）で動作する。ここで、その電圧がそれぞれのＭＰＰに割り当てられ、それに割り当てられたＤＣ／ＤＣコンバータ４．１～４．ｎの入力１０．１～１０．ｎに印加される、ＤＣ電源２．１～２．ｎの電圧Ｕ１～Ｕｎは、共有出力電圧Ｕａに変換される。共有ＤＣ負荷２０としての電解槽２１には、出力電圧Ｕａが供給される。これにより、可能な限り最大の再生可能電力が常にＥＥＡ １によって変換され、ＤＣ負荷２０に供給されることが保証される。
【0035】
ＥＥＡ１の通常の動作中、ＤＣサブジェネレータ５．１～５．ｎは、起こり得る障害３０、例えば起こり得る短絡障害について監視される。監視は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４．１～４．ｎにすでに存在する測定デバイス（図１には図示せず）が使用されるように、図１に従って実行される。それぞれの場合において、測定デバイスを使用して、ＤＣ／ＤＣコンバータ４．１～４．ｎの入力１０．１～１０．ｎに印加された電圧Ｕ１～Ｕｎおよび／またはＤＣ負荷２０の方向にＤＣ／ＤＣコンバータ４．１～４．ｎの出力１１．１～１１．ｎを介して流れる電流Ｉ１～Ｉｎを検出できる。入力１０．１～１０．ｎに印加された電圧Ｕ１～Ｕｎのうちの１つが電圧閾値ＵＴＨを下回った場合、および／またはＤＣ／ＤＣコンバータ４．１～４．ｎの出力を介してＤＣ負荷２０の方向に流れる電流Ｉ１～Ｉｎのうちの１つが電流閾値ＩＴＨを下回った場合、対応するＤＣ／ＤＣコンバータ４．１～４．ｎによって制御ユニット１５にこれが通知される。累積的または代替的に、より高いレベルの制御ユニット１５の検出された電流Ｉ１～Ｉｎおよび電圧Ｕ１～Ｕｎの値を送信することも可能であり、それ自体が前記値を評価し、障害３０の兆候を検出する。
【0036】
図１は、例として、ＤＣサブジェネレータ５．１～５．ｎのうちの１つ、ここではＤＣサブジェネレータ５．１のＤＣ電源２．１での短絡障害の形態での障害３０を示している。短絡障害のため、障害のあるＤＣ電源２．１の電圧Ｕ１は非常に小さい絶対値まで降下する。この場合、残りのＤＣ／ＤＣコンバータ４．２～４．ｎとは異なり、障害のあるＤＣサブジェネレータ５．１に割り当てられたＤＣ／ＤＣコンバータ４．１、または換言すれば、障害のあるＤＣ電源２．１に割り当てられたＤＣ／ＤＣコンバータ４．１は、入力側に印加された電圧Ｕ１を共有値Ｕａにもはや変換できない。代わりに、共有値Ｕａよりも大幅に小さい出力電圧がまた、ここでは障害のあるＤＣ電源２．１に割り当てられたＤＣ／ＤＣコンバータ４．１の出力に印加される。場合によっては、障害のあるＤＣ電源２．１に割り当てられたＤＣ／ＤＣコンバータ４．１の出力電圧だけでなく降下が発生する可能性がある。代わりに、１つの障害のあるＤＣ電源２．１に応答して、ＥＥＡ １のＤＣバス全体に電圧降下が発生する、つまり、障害のあるＤＣ電源２．１に割り当てられていないＤＣ／ＤＣコンバータ４．２～４．ｎにも電圧降下が存在する可能性もあり得る。しかしながら、障害のあるＤＣ電源２．１に割り当てられたＤＣ／ＤＣコンバータ４．１での出力電圧の降下は、他のＤＣ／ＤＣコンバータ４．２～４．ｎでの電圧の降下よりもいくらか顕著である。ＤＣ／ＤＣコンバータ２．１の出力１１．１での電圧の少なくともわずかに顕著な降下は、いずれの場合も、障害のないＤＣ電源２．１に割り当てられたＤＣ／ＤＣコンバータ２．１の方向で、障害のないＤＣサブジェネレータ５．２～５．ｎに割り当てられたＤＣ／ＤＣコンバータ４．２～４．ｎのＩＲｅｓｔ＝Ｉ２＋Ｉ３＋…＋Ｉｎに従って合計電流ＩＲｅｓｔをもたらす。さらなる対策がなければ、合計電流ＩＲｅｓｔは、関与するＤＣ／ＤＣコンバータ２．１の過電流に敏感なコンポーネントに不可逆的に損傷を与える可能性のある値をとる可能性がある。これは、特に、障害のあるＤＣ電源２．１に直列に接続されたヒューズ９．１が、障害のある電流を遮断するために溶断しない、または時間どおりに溶断しない場合である。
【0037】
本発明によれば、障害３０は、検出された電流Ｉ１～Ｉｎおよび／または電圧Ｕ１～Ｕｎに基づいて、制御ユニット１５によって検出される。それに応じて、障害のないＤＣサブジェネレータ５．２～５．ｎに割り当てられたＤＣ／ＤＣコンバータ４．２～４．ｎは、それらによって生成される共通の合計電流ＩＲｅｓｔがＩＲｅｓｔ＝Ｉ２＋Ｉ３＋…＋Ｉｎに従ってデフォルト値をとることを目的として、制御ユニット１５によって動作する。この場合、デフォルト値自体だけでなく、共有デフォルト値を達成するために個々のＤＣ／ＤＣコンバータ４．２～４．ｎによって貢献されるそれぞれの電流Ｉ２～Ｉｎも最初から事前に決定され得る。デフォルト値は、一方では、障害のあるＤＣサブジェネレータ５．１に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ４．１の過電流に敏感なコンポーネントへの損傷が排除されるように選択される。具体的には、デフォルト値は、対応するＤＣ／ＤＣコンバータ２．１の過電流に敏感なコンポーネントの値よりも小さくなるように選択され得る。他方、デフォルト値は、可能であれば、障害のあるＤＣ電源２．１の下流のヒューズ９．１が確実に溶断し、したがって障害のあるＤＣ電源２．１を残りの障害のないＤＣ電源２．２～２．ｎから分離するように（高く）なるように選択される。ＥＥＡ １のＤＣ／ＤＣコンバータ４．１～４．ｎは、降圧機能用に設計および構成されたＤＣ／ＤＣコンバータであるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ４．２～４．ｎは、ＰＶストリング３．１～３．ｎとして構成されたＤＣ電源２．２～２．ｎへの照射が比較的低い場合でも、それらの出力で十分に高い合計電流ＩＲｅｓｔを提供できる。障害のあるＤＣ電源２．１の下流にあるヒューズ９．１が、関連するＤＣ／ＤＣコンバータ４．１の過電流に敏感なコンポーネントのｉ２ｔ値を超える前に溶断しない場合、過電流に敏感なコンポーネントへの損傷は、合計電流ＩＲｅｓｔが残りのＤＣ／ＤＣコンバータ４．２～４．ｎを適切に動作させることにより値を０Ａに設定する点で回避される。特に、この場合、残りのＤＣ／ＤＣコンバータ４．２～４．ｎを非アクティブ化することができる。障害のあるＤＣサブジェネレータ５．１は、（図２に示されているＤＣセパレータ１３．１～１３．ｎと同様に）図１に示されていないＤＣセパレータを介して、共有ＤＣ負荷２０と残りの障害のないＤＣサブジェネレータ５．２～５．ｎから、ゼロ電流状態で恒久的かつ電気的に分離できる。その後、ＥＥＡ １は、欠陥のあるＤＣサブジェネレータ５．１がなくても、残りの障害のないＤＣサブジェネレータ５．２～５．ｎを使用してさらに動作させることができる。切断されたＤＣサブジェネレータ５．１またはその障害のあるＤＣ電源２．１は、危険を冒すことなく修復でき、その後ＥＥＡ １に再接続できる。
【0038】
図１は障害のあるＤＣサブジェネレータ５．１を１つだけ示しているが、この方法は、同時に存在する障害のあるＤＣサブジェネレータが複数ある場合にも適用できる。これは、少なくとも、障害のないＤＣサブジェネレータの数が障害のあるＤＣサブジェネレータの数を上回っている限り適用される。
【0039】
図２は、本発明に係るＥＥＡ１の第２の実施形態を示しており、これは、多くの構成において、図１に示されるＥＥＡ １に類似している。したがって、明確にするために、ＥＥＡ１の第１の実施形態との違いのみを言及し、同一の構成に関しては図１の説明を参照する。
【0040】
図２に示されるＥＥＡ１はまた、複数のＤＣサブジェネレータ５．１～５．ｎを有し、これらは、それぞれ、互いに並列に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ４．１～４．ｎを介して共有ＤＣ負荷２０に接続される。しかしながら、図１とは対照的に、図２のＤＣサブジェネレータ５．１～５．ｎの各々は、それぞれが互いに並列に接続され、それぞれの場合においてそれぞれのＤＣサブジェネレータ５．１～５．ｎに割り当てられているＤＣ／ＤＣコンバータ４．１～４．ｎに複数のヒューズ９．１～９．ｎの直列接続を介して接続する、複数のＤＣ電源２．１～２．ｎを含む。ここで、直列接続の各々内のヒューズ９．１～９．ｎのｉ２ｔ値は、それに割り当てられたＤＣ電源２．１～２．ｎからのヒューズ９．１～９．ｎの距離が増加するにつれて増加する。さらに、ＤＣセパレータ１３．１～１３．ｎが、ＤＣサブジェネレータ５．１～５．ｎの各々と、それに割り当てられたＤＣ／ＤＣコンバータ４．１～４．ｎとの間に配置され、そのＤＣセパレータによって、対応するＤＣサブジェネレータ５．１～５．ｎは、それに割り当てられたＤＣ／ＤＣコンバータ４．１～４．ｎから電気的に分離され得る。ＤＣセパレータ１３．１～１３．ｎは、有利なことに、アークを消火するための手段をなくすことができ、したがって、比較的費用対効果の高い方法で設計され得る。
【0041】
また、図２では、ＤＣサブジェネレータ５．１～５．ｎの電流Ｉ１～Ｉｎおよび／または電圧Ｕ１～Ｕｎが、ＤＣ／ＤＣコンバータ４．１～４．ｎ（図２には図示せず）の測定ユニットによって検出され、制御ユニット１５に送信される。電流Ｉ１～Ｉｎおよび／または電圧Ｕ１～Ｕｎの１つが、閾値ＩＴＨ、ＵＴＨのうちの対応する１つを下回った場合、これは、対応するＤＣサブジェネレータ５．１～５．ｎの障害３０を示す。図２は、例として、上部のＤＣサブジェネレータ５．１における短絡障害の形態の障害３０を示しており、そこには、ＤＣ電源２．１のうちの下部のものが示されている。ここでも、障害のあるＤＣ電源２．１に割り当てられ、したがって障害のあるＤＣサブジェネレータ５．１に割り当てられている、または換言すれば、入力側でそれに接続されているＤＣ／ＤＣコンバータ４．１の入力電圧が降下する。関連するＤＣ／ＤＣコンバータ４．１は、その出力１０．１で、他のＤＣ／ＤＣコンバータ４．２～４．ｎと同じ出力電圧Ｕａをもはや提供できなく、代わりに、電圧もそこで降下する。その結果、ここでは、障害のないＤＣ／ＤＣコンバータ５．２～５．ｎは、合計電流ＩＲｅｓｔを１つの障害のあるＤＣ／ＤＣコンバータ５．１に供給する。
【0042】
図１に関連して既に説明した方法と同様に、障害３０は、ＤＣサブジェネレータ５．１～５．ｎを監視する制御ユニット１５によって検出される。それに応じて、それぞれの場合に障害のないＤＣサブジェネレータ５．２～５．ｎに割り当てられた残りのＤＣ／ＤＣコンバータ４．２～４．ｎは、制御ユニット１５を介して動作し、それらによって生成された合計電流ＩＲＥＳＴがデフォルト値をとることを目的としている。図２でも、デフォルト値は、一方では、障害のあるＤＣサブジェネレータ５．１に割り当てられたＤＣ／ＤＣコンバータ４．１の過電流に敏感なコンポーネントが保護され、その損傷が回避されるように（低く）選択される。しかしながら、他方では、それはまた、障害のあるＤＣ電源２．１と下流のＤＣ／ＤＣコンバータ４．１との間のヒューズ９．１の直列接続内に配置されたヒューズ９．１が溶断するように（高く）選択される。直列接続内のヒューズ９．１のｉ２ｔ値は、障害のあるＤＣ電源２．１からの距離が短くなるにつれて減少するため、障害のあるＤＣ電源２．１のすぐ下流に接続されているヒューズを正確に溶断する可能性が大きい。有利なことに、このヒューズは通常、直列接続内のヒューズ９．１の中で最も費用対効果の高いものでもある。
【0043】
図３は、図１に係るＥＥＡ１または図２に係るＥＥＡ１を用いて実行することができるように、フローチャートの形式で本発明に係る方法の変形例を示している。第１のステップＳ１では、この方法は、すべての障害のないＤＣサブジェネレータ５．１～５．ｎのＭＰＰ動作から始まる。方法の最初では、例として、障害のあるＤＣ電源２．１はなく、したがって障害のあるＤＣサブジェネレータ５．１はないと想定されているため、すべての障害のないＤＣサブジェネレータの数は、最初はＥＥＡ１の利用可能なすべてのＤＣサブジェネレータ５．１～５．ｎの数に対応する。第２のステップＳ２では、現在動作しているＥＥＡ １のすべてのＤＣサブジェネレータ５．１～５．ｎは、障害３０について監視される。監視は、ＤＣサブジェネレータ５．１～５．ｎの任意の１つの電圧Ｕ１～Ｕｎおよび／またはＤＣ／ＤＣコンバータ４．１～４．ｎの出力１１．１～１１．ｎを介してＤＣ負荷２０の方向に流れる電流Ｉ１～Ｉｎが検出され、制御ユニット１５に送信される点で行われる。第３のステップＳ３では、制御ユニット１５は、検出された電圧Ｕ１～Ｕｎのうちの１つが電圧閾値ＵＴＨを下回っているかどうか、および／または検出された電流Ｉ１～Ｉｎのうちの１つが電流閾値値ＩＴＨを下回っているかどうかをチェックする。そうでない場合、方法は第１のステップＳ１に戻る。しかしながら、検出された電圧Ｕ１～Ｕｎのうちの１つが電圧閾値ＵＴＨを下回った場合、および／または検出された電流Ｉ１～Ｉｎのうちの１つが電流閾値ＩＴＨを下回った場合、アンダーシュート電圧Ｕｋおよび／またはアンダーシュート電流Ｉｋ（ｋ＝１…ｎ）を有するＤＣサブジェネレータ５．１～５．ｎは、障害のあるＤＣ電源２．ｋを有する障害のあるＤＣサブジェネレータ５．ｋであることがこの方法に従って示される。この場合、この方法は、合計電流ＩＲｅｓｔがデフォルト値をとることを目的として、障害のあるＤＣサブジェネレータ５．ｋに割り当てられていない動作中の残りのすべてのＤＣ／ＤＣコンバータ４．１～４．ｎが、制御ユニット１５を介して動作する、第４のステップＳ４にジャンプする。これにより、合計電流ＩＲｅｓｔは上方と下方の両方に制限される。第５のステップＳ５は、合計電流ＩＲｅｓｔが障害のあるＤＣ電源２．ｋの下流に接続されたヒューズ９．ｋを溶断できたかどうかをチェックする。これは、例えば、障害のあるＤＣサブジェネレータ５．ｋに割り当てられたＤＣ／ＤＣコンバータ４．ｋの電流Ｉｋおよび／または電圧Ｕｋの検出によってチェックすることができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ４．ｋの出力１１．ｋを介してＤＣ負荷の方向に流れる電流Ｉｋが電流閾値ＩＴＨを下回り続けた場合、および／またはＤＣ／ＤＣコンバータ４．ｋの入力１１．ｋに印加された電圧Ｕｋが電圧閾値ＵＴＨを下回り続けた場合、ヒューズ９．ｋは溶断しなかったと見なすことができる。しかしながら、そうでない場合は、障害のあるＤＣ電源２．ｋの下流に接続されているヒューズ９．ｋが溶断し、その結果、障害のあるＤＣ電源２．ｋが共有ＤＣ負荷２０から分離されたと想定される。ヒューズ９．ｋが溶断すると、以前は障害のあるＤＣサブジェネレータとして示されていたＤＣサブジェネレータ５．ｋは、障害のないＤＣ電源２．ｋのみを示し、つまり、障害のないＤＣサブジェネレータと再び呼ぶことができ、動作を継続することができる。したがって、ヒューズ９．ｋが溶断されると、この方法は、すべての障害のないＤＣサブジェネレータが再びＭＰＰで動作する第１のステップＳ１に戻る。ＤＣサブジェネレータの数は、引き続きＥＥＡ １のサブジェネレータの総数に対応し続ける。しかしながら、以前に障害があると識別されたＤＣサブジェネレータ５．ｋには、今では少なくとも１つのＤＣ電源２．ｋが少なくなっている。しかしながら、第５のステップＳ５で、障害のあるＤＣ電源２．ｋの下流に接続されたヒューズ９．ｋが溶断しなかったと結論付けられた場合、障害のあるＤＣサブジェネレータ５．ｋに割り当てられていない残りのすべてのＤＣ／ＤＣコンバータ４．１～４．ｎは、第６のステップＳ６で非アクティブ化され、その結果、それらの合計電流ＩＲｅｓｔは、値０Ａをとる。次に、第７のステップＳ７において、障害のあるＤＣサブジェネレータ５．ｋは、それに割り当てられたＤＣセパレータ１３．ｋを介して、共有ＤＣ負荷２０および残りの障害のないＤＣサブジェネレータから電気的に分離される。次に、この方法は、すべての障害のないＤＣサブジェネレータがそれぞれのＭＰＰで再び動作する第１のステップＳ１にジャンプする。しかしながら、ＥＥＡ １は、ここでは以前に障害があると識別されたＤＣサブジェネレータ５．ｋなしで引き続き動作し、この場合、障害のないサブジェネレータの数は１つ減少している。
【符号の説明】
【0044】
１ エネルギー生成システム（ＥＥＡ）
２．１～２．ｎ ＤＣ電源
３．１～３．ｎ 光起電（ＰＶ）ストリング
４．１～４．ｎ ＤＣ／ＤＣコンバータ
５．１～５．ｎ ＤＣサブジェネレータ
６．１～６．ｎ 半導体スイッチ
７．１～７．ｎ インダクタンス
８．１～８．ｎ 入力容量
９．１～９．ｎ ヒューズ
１０．１～１０．ｎ 入力
１１．１～１１．ｎ 出力
１２．１～１２．ｎ ヒューズ
１３．１～１３．ｎ ＤＣセパレータ
１５ 制御ユニット
２０ ＤＣ負荷
２１ 電解槽
３０ 障害
Ｓ１～Ｓ７ 方法ステップ
２．１～２．ｎ ＤＣ電源
３．１～３．ｎ 光起電（ＰＶ）ストリング
４．１～４．ｎ ＤＣ／ＤＣコンバータ
５．１～５．ｎ ＤＣサブジェネレータ
６．１～６．ｎ 半導体スイッチ
７．１～７．ｎ インダクタンス
８．１～８．ｎ 入力容量
９．１～９．ｎ ヒューズ
１０．１～１０．ｎ 入力
１１．１～１１．ｎ 出力
１２．１～１２．ｎ ヒューズ
１３．１～１３．ｎ ＤＣセパレータ
１５ 制御ユニット
２０ ＤＣ負荷
２１ 電解槽
３０ 障害
Ｓ１～Ｓ７ 方法ステップ
【図1】
【図2】
【図3】
【国際調査報告】