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特表2023-510007アークを検出するための方法及び回路構成、並びに、対応の回路構成を有する太陽光発電（ＰＶ）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】2023-03-10
(54)【発明の名称】アークを検出するための方法及び回路構成、並びに、対応の回路構成を有する太陽光発電（ＰＶ）インバータ
(51)【国際特許分類】
G01R 31/12 20200101AFI20230303BHJP
【ＦＩ】
G01R31/12 A
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022542930
(86)(22)【出願日】2021-01-15
(85)【翻訳文提出日】2022-09-05
(86)【国際出願番号】 EP2021050877
(87)【国際公開番号】W WO2021144462
(87)【国際公開日】2021-07-22
(31)【優先権主張番号】102020100838.4
(32)【優先日】2020-01-15
(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】弁理士法人北青山インターナショナル
(72)【発明者】
【氏名】クラトシヴィル，マルセル
(72)【発明者】
【氏名】シュミット，ライナー
(72)【発明者】
【氏名】オットー，トルスティン
(72)【発明者】
【氏名】パーペ，シビレ
【テーマコード（参考）】
2G015
【Ｆターム（参考）】
2G015AA27
2G015BA04
2G015CA01
(57)【要約】
本願は、ＤＣ負荷（３）と、ＤＣ負荷（３）を供給するＤＣ電源（２）と、ＤＣ電源（２）及びＤＣ負荷（３）の間に配置された回路構成（１）と、を備える直流回路（６）においてアーク（９）を検出するための方法を説明する。回路構成（１）の入力（７）及び出力（８）の間の電力潮流Ｐは、電力潮流Ｐが、第１周期Δｔ１を有するアクティブ時間ウィンドウ（３１）で有効にされ、かつ、電力潮流Ｐが、第２周期Δｔ２を有する非アクティブ時間ウィンドウ（３２）で抑制されるように、周期的遮断を通じてスイッチングユニット（１０）によって抑制される。入力（７）に流れる入力電流Ｉｉｎ及び／又は入力（７）に印加される入力電圧Ｕｉｎの検出と、非アクティブ時間ウィンドウ（３２）において検出される入力電流Ｉｉｎ及び／又は入力電圧Ｕｉｎの値と電流閾値ＩＴＨ又は電圧閾値ＵＴＨとの比較とが、非アクティブ時間ウィンドウ（３２）において検出される入力電流Ｉｉｎが電流閾値ＩＴＨを下回る及び／又は非アクティブ時間ウィンドウ（３２）において検出される入力電圧Ｕｉｎが電圧閾値ＵＴＨを超えない場合にアーク存在基準を伝達する。本願はまた、アーク（９）を検出するための回路構成（１）及びそうした回路構成（１）を備える太陽光発電（ＰＶ）インバータ（４０）を説明する。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
直流（ＤＣ）負荷（３）と、前記ＤＣ負荷（３）を供給するＤＣ電源（２）と、前記ＤＣ電源（２）及び前記ＤＣ負荷（３）の間に配置された回路構成（１）と、を備えるＤＣ回路（６）においてアーク（９）を検出するための方法であって、－前記回路構成（１）は、前記ＤＣ電源（２）を接続するための２つの入力端子（７．１、７．２）を備える入力（７）と、前記ＤＣ負荷（３）を接続するための２つの出力端子（８．１、８．２）を備える出力（８）と、前記入力（７）及び前記出力（８）の間に配置され、かつ、前記入力（７）で前記入力端子（７．１、７．２）の間に入力容量（１２）を備えるスイッチングユニット（１０）と、を備え、
－前記スイッチングユニット（１０）は、第１動作モード（ＢＭ１）で前記ＤＣ電源（２）と前記出力（８）との間の電力潮流Ｐを有効にするように、かつ、第２動作モード（ＢＭ２）で前記ＤＣ電源（２）と前記出力（８）との間の前記電力潮流を抑制するように設計され、
前記方法が：
－前記電力潮流Ｐが、第１周期Δｔ１を有するアクティブ時間ウィンドウ（３１）で有効にされ、かつ、前記電力潮流Ｐが、第２周期Δｔ２を有する非アクティブ時間ウィンドウ（３２）で抑制されるように、前記スイッチングユニット（１０）によって、前記入力（７）及び前記出力（８）の間の前記電力潮流Ｐを周期的に遮断するステップと、
－前記入力（７）に流れる入力電流Ｉｉｎ及び／又は前記入力（７）に印加される入力電圧Ｕｉｎを検出するステップと、
－前記非アクティブ時間ウィンドウ（３２）で検出される前記入力電流Ｉｉｎ及び／又は入力電圧Ｕｉｎの値を、電流閾値ＩＴＨ又は電圧閾値ＵＴＨと比較するステップと、
－前記非アクティブ時間ウィンドウ（３２）で検出される前記入力電流Ｉｉｎが前記電流閾値ＩＴＨを下回る及び／又は前記非アクティブ時間ウィンドウ（３２）で検出される前記入力電圧Ｕｉｎが前記電圧閾値ＵＴＨを超えていない場合にアーク存在基準を伝達するステップと、を含む、方法。
【請求項2】
前記アーク存在基準の伝達に応答して、前記入力（７）と前記出力（８）との間の前記電力潮流Ｐが、永続的であるが、少なくとも数分の期間、任意選択的には前記スイッチングユニット（１０）による手動確認まで、遮断される、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
－２つの連続するアクティブ時間ウィンドウ（３１）において前記電力潮流Ｐを特徴付ける電流Ｉ及び／又は前記電力潮流Ｐを特徴付ける電圧Ｕを検出するステップと、－前記アクティブ時間ウィンドウ（３１）の電流Ｉ及び／又は電圧Ｕの検出値を、前の前記アクティブ時間ウィンドウ（３１）からの対応の検出値と比較するステップと、
－前記アクティブ時間ウィンドウ（３１）の電流Ｉ及び／又は電圧Ｕの値が、前記前のアクティブ時間ウィンドウ（３１）の対応の値と閾値を超えて異なる場合にさらなるアーク存在基準（９）を伝達するステップと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記アーク存在基準及び／又は前記さらなるアーク存在基準の伝達に応答して、前記入力（７）及び前記出力（８）の間の前記電力潮流Ｐが、永続的であるが、少なくとも数分の期間、任意選択的には前記スイッチングユニット（１０）による手動確認まで、遮断される、請求項３に記載の方法。
【請求項5】
前記アクティブ時間ウィンドウ（３１）及び前の前記アクティブ時間ウィンドウ（３１）は、ちょうど１つの非アクティブ時間ウィンドウ（３２）によって互いに分離される、請求項３又は４に記載の方法。
【請求項6】
前記非アクティブ時間ウィンドウ（３２）の前記第２周期Δｔ２の値が、前記ＤＣ回路（６）に存在し得るアーク（９）をクエンチし、かつ、該当する場合、前記非アクティブ時間ウィンドウ（３２）に経時的に直後に続く前記アクティブ時間ウィンドウ（３１）において、前記非アクティブ時間ウィンドウ（３２）でクエンチされた前記アーク（９）の再点火を抑制するのに十分である、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項7】
前記第２周期Δｔ２は、０．１ｍｓ～１０．０ｍｓ、好ましくは０．３ｍｓ～４．０ｍｓの値を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項8】
前記第２周期Δｔ２の値は、直前の前記アクティブ時間ウィンドウ（３１）の前記電力潮流Ｐを特徴付ける電流Ｉ及び／又は前記電力潮流Ｐを特徴付ける電圧Ｕの検出値に応じて選択され、特に、前記第２周期Δｔ２は、前記電流Ｉ及び／又は前記電圧Ｕの値が増大するにつれて増大する、請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項9】
前記非アクティブ時間ウィンドウ（３２）の前記第２周期Δｔ２が、前記非アクティブ時間ウィンドウ（３２）において検出された前記入力電流Ｉｉｎの値及び／又は前記非アクティブ時間ウィンドウ（３２）において検出された前記入力電圧Ｕｉｎの値に応じて決定される、請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項10】
前記非アクティブ時間ウィンドウ（３２）の前記第２周期Δｔ２は、検出された前記入力電流Ｉｉｎがさらなる電流閾値ＩＴＨ２を下回る及び／又は検出された前記入力電圧Ｕｉｎがさらなる電圧閾値ＵＴＨ２を超える場合に制限される、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
前記非アクティブ時間ウィンドウ（３２）において、前記入力電流Ｉｉｎは、前記入力容量（１２）に印加される前記入力電圧Ｕｉｎの経時的変化によって測定される、請求項１～１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項12】
前記スイッチングユニット（１０）は、ＤＣ－ＤＣコンバータ、特に昇圧型コンバータによって形成され、前記回路構成（１）は、前記出力（７）に並列に接続された出力容量（１１）を有し、前記アクティブ時間ウィンドウ（３１）において、前記出力容量（１１）に印加される電圧Ｕｏｕｔは、前記スイッチングユニット（１０）によって前記第１周期Δｔ１の終了に向かって増大させられる、請求項１～１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項13】
前記アクティブ時間ウィンドウ（３１）の前記第１周期Δｔ１の値は、前記アクティブ時間ウィンドウ（３１）の想定されるアークの電力損失によって生成されるアークエネルギーが既定の最大許容エネルギー値Ｅｍａｘ、特にＥｍａｘ＝２００Ｊの値を超えないように選択される、請求項１～１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項14】
前記ＤＣ電源（２）はＰＶストリング（４３）を備え、かつ、前記ＤＣ負荷（３）は、ＡＣ電圧（ＡＣ）グリッド（４５）への出力側に接続された単相ＤＣ－ＡＣコンバータ（４１）を備え、前記電力潮流Ｐの周期的遮断は、前記非アクティブ時間ウィンドウ（３２）の前記第２周期Δｔ２の間に前記ＤＣ－ＡＣコンバータ（４１）の出力を介して流れるＡＣ電流ＩＡＣ（ｔ）のゼロ交差が存在するように発生する、請求項１～１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項15】
複数のＤＣ電源（２）が、前記ＤＣ負荷（３）にそれらのそれぞれの電力潮流Ｐを共同で供給するため、スイッチングユニット（１０）を介して互いに並列に前記ＤＣ負荷（３）に各々接続され、前記方法は、前記複数のＤＣ電源（２）の前記非アクティブ時間ウィンドウ（３２）の時間的重複が最小限に抑えられるように、前記ＤＣ電源（２）の各々に対して同時に実行される、請求項１～１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項16】
ＤＣ回路（６）においてアーク（９）を検出するための回路構成（１）であって、－ＤＣ電源（２）を接続するための２つの入力端子（７．１、７．２）を備える入力（７）、及び、ＤＣ負荷（３）を接続するための２つの出力端子（８．１、８．２）を備える出力（８）と、
－前記入力端子（７．１、７．２）の間の入力容量（１２）と、
－前記入力（７）及び前記出力（８）の間に配置されたスイッチングユニット（１０）であって、前記スイッチングユニット（１０）は、第１動作モード（ＢＭ１）で前記入力（７）及び前記出力（８）の間で電力潮流Ｐを有効にし、かつ、第２動作モード（ＢＭ２）で前記入力（７）及び前記出力（８）の間で電力潮流Ｐを抑制するように設計される、スイッチングユニット（１０）と、
－前記入力（７）に印加される入力電圧Ｕｉｎ及び／又は前記入力端子（７．１、７．２）の１つに流れる入力電流Ｉｉｎを決定するため、及び、該当する場合、前記出力（８）に印加される電圧Ｕｏｕｔ及び／又は前記出力端子（８．１、８．２）の１つに流れる電流Ｉｏｕｔをさらに決定するための測定ユニット（４）と、
－前記スイッチングユニット（１０）及び任意選択的に前記測定ユニット（４）を制御するための制御ユニット（５）と、を有し、
前記制御ユニット（５）は、前記スイッチングユニット（１０）及び前記測定ユニット（４）に関連して、請求項１～１５のいずれか１項に記載の方法を実行するように構成及び設定されることを特徴とする、回路構成（１）。
【請求項17】
前記スイッチングユニット（１０）は、前記入力端子（７．１、７．２）の１つから前記出力端子（８．１、８．２）の１つに前記接続線（２３、２４）の１つに配置された半導体スイッチを有し、前記半導体スイッチはフリーホイールダイオードを含まず、又は、前記半導体スイッチは、前記ＤＣ回路（６）の通常の電流方向に対して逆バイアスされる固有のフリーホイールダイオードを有することを特徴とする、請求項１６に記載の回路構成（１）。
【請求項18】
前記回路構成（１）又は前記回路構成（１）の前記スイッチングユニット（１０）が、ＤＣ－ＤＣコンバータ（２１）として、特に昇圧型コンバータとして設計されることを特徴とする、請求項１６又は１７に記載の回路構成（１）。
【請求項19】
太陽光発電（ＰＶ）インバータ（４０）であって、－ＤＣ電源（２）としてＰＶストリング（４５）を接続するための２つの入力端子（４３．１、４３．２）と、ＡＣ電圧（ＡＣ）グリッド（４６）に接続するための出力（４４）と、を備える少なくとも１つの入力（４３）と、
－ＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換するためのＤＣ－ＡＣコンバータ（４１）と、
－請求項１６～１８のいずれか１項に記載の回路構成（１）であって、その前記入力（７）は前記ＰＶインバータ（４０）の前記少なくとも１つの入力（４３）に接続され、かつ、その前記出力（８）は前記ＤＣ－ＡＣコンバータ（４１）の入力に接続される、回路構成（１）と、を備える、太陽光発電（ＰＶ）インバータ（４０）。
【請求項20】
ＤＣ電源（２）としてそれぞれのＰＶストリング（４５）を接続するための複数の入力（４３）を備え、前記入力（４３）が各々、各々ＤＣ－ＤＣコンバータ（２１）を介して互いに並列に共通のＤＣリンク回路に接続され、前記ＤＣリンク回路（４２）は、前記ＤＣ－ＡＣコンバータ（４１）の入力に接続され、かつ、請求項１６～１８のいずれか１項に記載の複数の回路構成（１）を備え、前記ＰＶインバータ（４０）の前記入力（４３）の各々が、それに割り当てられた回路構成（１）のそれぞれの前記入力（７）に接続され、かつ、前記回路構成（１）の各々の前記出力（８）が前記ＤＣ－ＡＣコンバータ（４１）のそれぞれの前記入力に接続される、請求項１９に記載のＰＶインバータ（４０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アークを検出するための方法及び回路構成、並びに、そのような回路構成を備える太陽光発電（ＰＶ）インバータに関する。
【背景技術】
【0002】
アークは、電気系統にかなりの損傷を引き起こす可能性があり、このことが、例えば、電気系統並びに当該系統を含む建物での火災の原因となり得る。人身傷害の可能性もある。このため、アークの検出は電気系統における重要な必要条件である。直流（ＤＣ）回路では、交流（ＡＣ）回路とは異なり、通常、燃焼アークを消すことができるが、アークのクエンチを少なくとも促進することができる電圧のゼロ交差がないので、これは、電気系統がＤＣ回路を有する場合に特に当てはまる。
【0003】
通常、２つの異なるタイプのアークが区別される。接点障害がある場合、例えば、ケーブル又はプラグが緩んでいるが、接点が非常に接近しているので、接点同士の間の中間領域に局所的に高い電界強度がある場合、直列アークが発生する。直列アークの一例は、スイッチング動作中にリレーの接点同士の間で発生するスイッチングアークでもある。並列アークは、非常にまれであり、かつ、例えば、電気系統の正ライン及び負ラインが互いに接近していて、その絶縁に欠陥がある場合に発生する。ここでも、損傷した導体同士の間に局所的に高い電界強度が存在する可能性がある。直列アークに変換された電力損失は、通常、並列アークに変換された電力損失よりも大幅に低い。したがって、電源と電源によって供給される負荷との間の直列アークが、伝送される電力に相対的に小さな変化を引き起こす。それとは対照的に、並列アークは、電源によって供給されて最終的に負荷によって消費される電力に大きな変化を生じさせる。
【0004】
アークを検出する従来の方法は、通常、アークによって放出されるノイズスペクトルを使用する。電気系統にアークがある場合、高周波干渉電圧又は高周波干渉電流が有効電圧又は有効電流に重畳される。高周波干渉電圧及び／又は高周波干渉電流は、電気的にフィルタリングされ、かつ、有効電流又は有効電圧も流す導電体で検出されることができる。特定の干渉電圧及び／又は特定の干渉電流を上回ると、アークが伝達される（signaled）。そのような方法は、例えば、国際公開第２０１２／１１６７２２Ａ１号に記載されている。検出の感度を上げるため、伝送されるノイズスペクトル内の多数の異なる周波数を同時検出することも可能である。
【0005】
アークを検出するための別の既知の方法は、アークの形成を伴う電圧及び／又は電流の急激な変化を使用する。この場合、電流及び／又は電圧は、通常、急激な変化の検出のために高い時間分解能で監視される。この方法は、必要に応じて、電流及び／又は電圧の観察された変化が、電気負荷の電力消費の通常の変動とどの程度異なるかを確認するためにも使用可能である。電流及び／又は電圧において観測された変化が系統の通常の消費変動と大幅に異なる場合、アークが示される。そのような方法は、例えば、国際公開第２０１１／０１７７２１Ａ１号に開示されている。
【0006】
最後に、国際公開第２０１３／１７１３２９Ａ１号は、ノイズ信号の検出と電流の急激な変化の検出とを組み合わせたアーク検出の方法を開示している。ここで、各々の場合にタイムスタンプを用いて、検出されたノイズ信号の一時的発生並びに検出された電流変化の一時的発生を提供することが可能である。両方のタイムスタンプを比較することによって、アークの存在に関する追加の妥当性チェックが確認されることができる。
【0007】
すべての方法は、通常、相対的に複雑で、及びしたがって、コストのかかる測定システムを使用し、当該測定システムがより複雑になるにつれて、存在する可能性のあるアークがより確実に検出される、又は、アークの誤った伝達（signaling）と電気系統の関連の非アクティブ化がより確実に回避される。
【0008】
独国特許第１０２２５２５９Ｂ３号は、プラグを引き抜くプロセス中につながる主接点と、それと並列に接続される遅れ補助接点と、を備える電気プラグコネクタを開示している。コネクタが引き抜かれると、相手部品から、必然的に主接点が最初に切り離され、かつ、最後に補助接点が切り離される。引き抜きプロセスに関連するアークを回避するため、補助接点に直列に接続された半導体スイッチは、主接点及び補助接点の接点切り離しの間で定期的にオンオフが切り替えられる。
【発明の概要】
【0009】
本発明は、比較的安価に実行可能なＤＣ回路において、アーク、特に直列アークを検出する方法を特定することを目的とする。特に、ここでは、複雑な検出システムを可能な限り回避することを意図し、及び代わりに、相対的に単純で安価な測定技術を使用することを意図する。また、本発明の目的は、本方法を実行するのに適した回路構成、並びに、そうした回路構成を備える太陽光発電（ＰＶ）インバータを特定することである。
【0010】
冒頭で言及したタイプのアーク検出の方法を開示する目的は、独立請求項１の特徴により本発明に従って達成される。本方法を実行するのに適した回路構成を特定する目的は、独立請求項１６の特徴により本発明に従って達成される。そうした回路構成を備えるＰＶインバータを開示する目的は独立請求項１９の特徴によって達成される。本方法の有利な変形例は従属請求項２～１５に記載され、回路構成の有利な実施形態は従属請求項１７及び１８に記載され、かつ、ＰＶインバータの有利な実施形態は従属請求項２０に記載される。
【0011】
本発明に係る方法は、ＤＣ負荷と、ＤＣ負荷に供給するＤＣ電源と、ＤＣ電源及びＤＣ負荷の間に配置された回路構成と、を備える直流（ＤＣ）回路においてアークを検出することを目的とする。この場合、回路構成は、ＤＣ電源を接続するための２つの入力端子を備える入力と、ＤＣ負荷を接続するための２つの出力端子を備える出力と、入力及び出力の間に配置され、かつ、入力で入力端子の間に入力容量を備えるスイッチングユニットと、を備える。スイッチングユニットは、少なくとも２つの動作モードを有し、かつ、それらのモードで動作可能である。具体的には、スイッチングユニットは、第１動作モードでＤＣ電源と回路構成の出力との間の電力潮流Ｐを有効にするよう、かつ、第２動作モードでＤＣ電源と回路構成の出力との間の電力潮流を抑制するように設計される。本方法は以下の方法ステップ：
－ここではＰ≠０である第１周期Δｔ１を有するアクティブ時間ウィンドウで電力潮流Ｐが有効にされ、かつ、ここではＰ＝０である第２周期Δｔ２を有する非アクティブ時間ウィンドウで電力潮流Ｐが抑制されるように、スイッチングユニットによる回路構成の入力及び出力の間の電力潮流Ｐを周期的に遮断するステップと、
－入力に流れる入力電流Ｉｉｎ及び／又は入力に印加される入力電圧Ｕｉｎを検出するステップと、
－非アクティブ時間ウィンドウで検出された入力電流Ｉｉｎ及び／又は入力電圧Ｕｉｎの値を、電流閾値ＩＴＨ又は電圧閾値ＵＴＨと比較するステップと、
－非アクティブ時間ウィンドウで検出された入力電流Ｉｉｎが電流閾値ＩＴＨを下回る場合及び／又は非アクティブ時間ウィンドウで検出された入力電圧Ｕｉｎが電圧閾値ＵＴＨを超えない場合にアーク存在基準を伝達するステップと、を含む。
－ここではＰ≠０である第１周期Δｔ１を有するアクティブ時間ウィンドウで電力潮流Ｐが有効にされ、かつ、ここではＰ＝０である第２周期Δｔ２を有する非アクティブ時間ウィンドウで電力潮流Ｐが抑制されるように、スイッチングユニットによる回路構成の入力及び出力の間の電力潮流Ｐを周期的に遮断するステップと、
－入力に流れる入力電流Ｉｉｎ及び／又は入力に印加される入力電圧Ｕｉｎを検出するステップと、
－非アクティブ時間ウィンドウで検出された入力電流Ｉｉｎ及び／又は入力電圧Ｕｉｎの値を、電流閾値ＩＴＨ又は電圧閾値ＵＴＨと比較するステップと、
－非アクティブ時間ウィンドウで検出された入力電流Ｉｉｎが電流閾値ＩＴＨを下回る場合及び／又は非アクティブ時間ウィンドウで検出された入力電圧Ｕｉｎが電圧閾値ＵＴＨを超えない場合にアーク存在基準を伝達するステップと、を含む。
【0012】
入力に流れる入力電流Ｉｉｎは、入力端子の一方を介してＤＣ電源から回路構成に流れる電流又は入力端子の他方を介して回路構成から再び流出する電流である。アクティブ時間ウィンドウの間、入力電流Ｉｉｎは、回路構成の入力及び出力の間の電力潮流Ｐを特徴付ける電流を表す。対照的に、非アクティブ時間ウィンドウの間、ＤＣ電源と回路構成の出力との間の電力潮流Ｐはスイッチングユニットによって遮断される。この場合、入力電流Ｉｉｎは、ＤＣ電源及び入力容量の間のみを流れる。
【0013】
入力に印加される入力電圧Ｕｉｎは２つの入力端子の間に印加される。入力容量も入力端子の間に配置されるので、入力電圧Ｕｉｎも同時に入力容量の電圧に対応する。
【0014】
アーク存在基準の伝達は、アークが存在することが結論付けられた基準が認識されたことを示している。
【0015】
検出されるべきアークは特に直列アークであり得る。回路構成は、エネルギー変換ユニット、例えば、インバータなどの電気デバイスの全体的又は部分的な部分であり得る。ＤＣ負荷は、従来の意味でＤＣ負荷として具体化することができ、かつ、本目的のため、ＤＣコンシューマのみを含む。しかしながら、回路構成は、出力側でＡＣ電圧（ＡＣ）負荷に接続されたＤＣ－ＡＣコンバータを備え得る。ＡＣ負荷は、ＡＣ電圧によって供給される電気デバイスであり得る。ただし、これの代替として、ＡＣ負荷は、ＤＣ電力から変換されたＡＣ電力をＤＣ－ＡＣコンバータが供給するエネルギー供給グリッドであってもよい。電力潮流Ｐの周期的遮断は、周期的に発生し得るが周期的に発生する必要はない規則を満たす電力潮流Ｐの反復的な遮断を意味する。遮断が周期的に発生する場合、第１周期Δｔ１及び第２周期Δｔ２の合計が一定、すなわち、Δｔ１＋Δｔ２＝一定である一方で、非周期的な遮断の場合、合計は一定ではない。ＤＣ負荷の消費の電力変動が無視できるほど小さいと評価可能である場合、電力潮流Ｐは周期的に遮断されることができる。これを保証することができない場合、電力潮流の周期的遮断は通常、非周期的に発生する。
【0016】
本発明は、ＤＣ電源とＤＣ負荷との間のＤＣ回路で通常連続的に発生する電力潮流Ｐが、スイッチングユニットによって、不連続に発生する電力潮流Ｐに変換されるという効果を使用する。これは、ＤＣ電源と回路構成の出力との間に配置されたＤＣ回路の第１領域に少なくとも適用される。ここでは、ＤＣ回路の第１領域のどこでも－すなわち、ＤＣ電源とスイッチング構成の出力との間のルート全体にわたって、電力潮流Ｐが遮断されることが可能であるが、絶対に必要というわけではない。代わりに、ＤＣ電源と回路構成の出力との間のサブセクションでのみ電力潮流の周期的遮断が発生すれば十分である。具体的には、例えば、ＤＣ電源と出力との間のサブセクションでのみ電力潮流が遮断される場合、依然として減衰している、そこに存在する容量の帯電プロセスが、ＤＣ回路の第１領域の残りのサブセクションで発生することができる。しかしながら、ＤＣ回路の第１領域のサブセクションで電力潮流を抑制することによって、ＤＣ回路の第１領域内の残りのサブセクションの電力潮流がそれに応答して少なくとも大幅に減少する。回路構成の出力とＤＣ負荷との間に配置されたＤＣ回路の第２領域では、電力潮流は不連続又は連続のいずれかであってもよい。
【0017】
非アクティブ化された第２時間ウィンドウではＤＣ電源から回路構成の出力への電力潮流がないので、電流Ｉのゼロ交差がＤＣ回路で意図的に引き起こされるが、少なくともＤＣ回路の第１領域で、及び、少なくとも、ＤＣ電源からスイッチング構成の出力まで延びるＤＣ回路の第１領域のサブセクションで引き起こされる。要約すると、ゼロ交差は、ＤＣ電源と回路構成のＤＣ回路出力との間でＤＣ回路の第１領域全体に適用され、すべてで完全に遮断されていない場合に電力潮流Ｐがすべてで少なくとも大幅に減少する。同時に、エネルギーは、ＤＣ回路の第１領域に存在し得る直列アークから引き出される。エネルギーの引き出しにより、アークは燃焼し続けることができないが、代わりに、少なくとも一時的に非アクティブ時間ウィンドウ内でクエンチされる。非アクティブ時間ウィンドウに続くアクティブ時間ウィンドウで、ＤＣ電源から回路構成の出力への電力潮流Ｐが再び発生した場合、アークが依然として燃焼していた以前のアクティブ時間ウィンドウと比較して、この電力潮流Ｐが同様に燃焼アークを伴うリスクがその後大幅に減少する。言い換えれば、２つのアクティブ時間ウィンドウのうちの経時的に前のウィンドウでアークが燃焼した場合、２つのアクティブ時間ウィンドウの経時的に後のウィンドウでアークは高い確率でもはや存在しない。この場合、非アクティブ時間ウィンドウ又は２つのアクティブ時間ウィンドウの間にある非アクティブ時間ウィンドウの第２周期が増加するにつれて、その確率は増大する。
【0018】
非アクティブ時間ウィンドウでは、ＤＣ負荷は、ＤＣ負荷、例えば静電容量の入力に既に存在する中間エネルギー蓄積部から、又は、さらに回路構成の出力に並列に設けられて接続されるべき出力容量から、供給されることができる。さらに、非アクティブ時間ウィンドウの第２周期Δｔ２は、静電容量又は出力容量がわずかにのみ放電するように小さくなるように選択されることができ、その結果、ＤＣ負荷の供給不足及びＤＣ負荷の任意の潜在的な関連の不完全な動作が大幅に回避可能である。
【0019】
さらなる実施形態では、本発明に係る方法はさらに、
－２つの連続するアクティブ時間ウィンドウにおいて電力潮流Ｐを特徴付ける電流Ｉ及び／又は電力潮流Ｐを特徴付ける電圧Ｕを検出するステップと、
－アクティブ時間ウィンドウの電流Ｉ及び／又は電圧Ｕの検出値と、前のアクティブ時間ウィンドウからの対応の検出値とを比較するステップと、
－アクティブ時間ウィンドウの電流Ｉ及び／又は電圧Ｕの値が前のアクティブ時間ウィンドウの対応の値と閾値を超えて異なる場合にさらなるアーク存在基準を伝達するステップと、を有する。
－２つの連続するアクティブ時間ウィンドウにおいて電力潮流Ｐを特徴付ける電流Ｉ及び／又は電力潮流Ｐを特徴付ける電圧Ｕを検出するステップと、
－アクティブ時間ウィンドウの電流Ｉ及び／又は電圧Ｕの検出値と、前のアクティブ時間ウィンドウからの対応の検出値とを比較するステップと、
－アクティブ時間ウィンドウの電流Ｉ及び／又は電圧Ｕの値が前のアクティブ時間ウィンドウの対応の値と閾値を超えて異なる場合にさらなるアーク存在基準を伝達するステップと、を有する。
【0020】
検出されるべき電流Ｉであって、電力潮流Ｐを特徴付ける電流Ｉは、ＤＣ電源と回路構成の入力との間を流れる電流であってもよい。これの代替として、電流Ｉはまた、回路構成の入力とスイッチングユニットとの間で流れる電流、又は、スイッチングユニットと回路構成の出力との間で流れる電流であってもよい。検出された電圧Ｕは、回路構成の入力に印加される電圧、すなわち、入力電圧Ｕｉｎであってもよく、及び／又は、回路構成の出力に印加される電圧であってもよい。１つの電流のみを検出することは本発明の範囲内であるが、代替として、ＤＣ電源と出力との間の電力潮流Ｐを特徴付ける複数の電流を検出することもまた本発明の範囲内である。これの代替又は追加として、１つの電圧のみを検出することが可能であるが、ＤＣ電源と回路構成の出力との間の電力潮流Ｐを特徴付ける複数の電圧を検出することも可能である。
【0021】
２つの連続するアクティブ時間ウィンドウにおける電圧及び電流の評価を実行するこの方法のさらなる実施形態では、それぞれの電流Ｉ及び／又は電圧Ｕが、それぞれのアクティブ時間ウィンドウの電力潮流Ｐに割り当てられる２つの時間オフセットのアクティブ時間ウィンドウの各々で検出される。アークによって消費される電力損失がアークに割り当てられることもできるので、電流Ｉ及び／又は電圧Ｕの電気的変数は、ＤＣ回路内のアークの存在に応じて変化する。したがって、２つの時間オフセットのアクティブ時間ウィンドウの電流Ｉ及び／又は電圧Ｕの検出値の比較が使用されて、２つのアクティブ時間ウィンドウのうちの一方が２つのアクティブ時間ウィンドウのうちの他方とは対照的にアークを有しているか否かを決定することができる。これは、特に、経時的なＤＣ負荷の消費が、他の理由で知られている場合、及び／又は、経時的に少なくとも有意には変化しない場合に当てはまる。したがって、具体的には、経時的に後のアクティブ時間ウィンドウの電流Ｉ及び／又は電圧Ｕの値が、前のアクティブ時間ウィンドウの電流Ｉ及び／又は電圧の対応の値と、既定の閾値を超えて異なる場合に、アーク存在基準が伝達されることができる。
【0022】
本発明に係る方法では、電流Ｉ及び／又は電圧Ｕから電気的変数を検出するための測定ユニットから特別な必要条件は作成されない。測定ユニットは、高精度又は高時間分解能を有する必要はなく、すなわち、高い測定周波数を有する必要もない。これは、電気的変数の急激な変化を検出することが重要でないからである。代わりに、それぞれのアクティブ時間ウィンドウを表す電気的変数の１つの値のみ、例えば、それぞれのアクティブ時間ウィンドウの平均値を検出するだけで、例えば、この方法のさらなる実施形態では、十分である。このため、電気的変数を検出するための測定ユニットは、非常に高い費用対効果で設計されることができる。多くの場合、測定ユニットはＤＣ回路にすでに存在しており、そのことがこの場合に追加のコストが発生しない理由である。本発明によれば、ＤＣ電源と回路構成の出力との間のＤＣ回路内の電力潮流Ｐは不連続に発生するので、半ば個々のエネルギーパケットにおいて、ＤＣ負荷の通常の動作中でも、連続的に発生する電力潮流の他の方法による一時的な遮断をトリガするための複雑な検出ユニットは必要とされない。代わりに、本発明に係る方法は、非アクティブ時間ウィンドウのＤＣ電源から来る電源潮流Ｐの、スイッチングユニットによって引き起こされた、遮断によってクエンチされる必要のある、アクティブ時間ウィンドウの各々での、少なくともＤＣ回路の第１領域での、アーク、特に直列アークがあるかのように動作する。アークが実際に前のアクティブ時間ウィンドウに存在したかどうかに関する情報は、非アクティブ時間ウィンドウ又は経時的に後のアクティブ時間ウィンドウにおける電流Ｉ及び／又は電圧Ｕの電気的変数の検出と、閾値との又は経時的に前のアクティブ時間ウィンドウの電流Ｉ及び／又は電圧Ｕの対応の検出された変数とのこれらとの比較と、からのみ生じる。
【0023】
この方法の有利な実施形態では、スイッチングユニットは、永続的にではあるが、少なくとも、非アクティブ時間ウィンドウの第２周期Δｔ２と比較して長い周期にわたって、伝達されたアーク存在基準及び又は伝達された追加のアーク存在基準に応答して、ＤＣ電源と回路構成の出力との間の電力潮流Ｐを遮断することができる。例えば、伝達されたアーク存在基準及び又は伝達されたさらなるアーク存在基準に応答して発生するこうした遮断は、数分間又はアーク存在基準が手動で確認されるまで続き得る。このようにして、専門家は、検出されたアークによって引き起こされたＤＣ回路の損傷を特定して修復する機会を与えられることができる。
【0024】
したがって、アーク存在基準は、アークが存在したかどうかについての決定を代替的に又は累積的に考慮に入れ、この場合のアークは、非アクティブウィンドウで本質的に既にクエンチされた。いずれにしても、複数のアーク存在基準を考慮する場合のアーク決定の精度は、単一のアーク存在基準のみを考慮する場合のアーク決定の精度と比較して向上する。代替的な又は累積的な考慮の選択に応じて、ここでは、偽陽性又は偽陰性の検出を回避することに関して改善が見られる。アクティブ時間ウィンドウにおける検出を改善するための非アクティブ時間ウィンドウにおける評価によって、例えば、アーク存在基準の存在に応じてアクティブ時間ウィンドウにおける評価のための閾値を調整することによって、確認されたアーク存在基準を使用することも可能である。
【0025】
電流Ｉ及び／又は電圧Ｕの値が互いに比較されるアクティブ時間ウィンドウ及び前のアクティブ時間ウィンドウは、必ずしも互いに直接続く必要はない。代わりに、それらは、多数の非アクティブ時間ウィンドウ及び少なくとも１つのさらなるアクティブウィンドウによって互いに分離されることができる。しかしながら、この方法の有利な実施形態では、アクティブ時間ウィンドウ及び前のアクティブ時間ウィンドウは、ちょうど１つの非アクティブ時間ウィンドウによって互いに分離されることもできる。このようにして、電気的変数を比較する場合、その間に発生するＤＣ負荷の消費の変化はそれほど重要ではない。
【0026】
この方法の有利な実施形態では、非アクティブ時間ウィンドウの第２周期Δｔ２の値は、ＤＣ回路に存在し得るアークをクエンチするのに十分に高いだけでなく、代わりに、非アクティブ時間ウィンドウに経時的に続き得るアクティブ時間ウィンドウにおいて以前にクエンチされたアークの再点火を抑制するために十分に高くなり得るように選択されることができる。第２周期の値は、特にアークに関連する熱時定数に依存し得、この場合、特に対応の熱時定数より大きくてもよい。熱時定数は、例えば、ＤＣ回路の第１領域の電力潮流がスイッチングユニットによって遮断されたので、アークに電気エネルギーが供給されなくなった場合、プラズマアーク柱の電気伝導率の経時的な減少を表す。具体的には、アークがクエンチされた後、アーク柱に電圧Ｕを新たに印加するための時間が熱時定数よりも大きい場合、アークを再点火することはできない。さらに、電流フローの必要な最小遮断時間の値は、燃焼アークで変換される電力にも依存し得る。したがって、非アクティブ時間ウィンドウの第２周期Δｔ２の値は、直前のアクティブ時間ウィンドウの電力潮流Ｐを特徴付ける電流Ｉ及び／又は電力潮流Ｐを特徴付ける電圧Ｕの検出値に応じて選択されることもできる。特に、前の時間ウィンドウからの検出された電流Ｉ及び／又は検出された電圧Ｕの値が増加するにつれて第２周期Δｔ２の値が増加し得る。テストは、第２周期Δｔ２が０．１ｍｓ～１０．０ｍｓの値、好ましくは０．３ｍｓ～４．０ｍｓの値を含む場合に十分であることを示していた。
【0027】
非アクティブ時間ウィンドウの第２周期Δｔ２は、非アクティブ時間ウィンドウで検出された入力電流Ｉｉｎの値に応じて及び／又は非アクティブ時間ウィンドウで検出された入力電圧Ｕｉｎの値に応じて決定可能である。具体的には、非アクティブ時間ウィンドウの第２周期Δｔ２は、例えば、検出された入力電流Ｉｉｎがさらなる電流閾値ＩＴＨ２を下回る場合及び／又は検出された入力電圧Ｕｉｎが別の電圧閾値ＵＴＨ２を上回る場合に制限されることができる。この場合、さらなる電流閾値ＩＴＨ２が、ＤＣ電源と回路構成の入力との間に直列アークが存在する場合、直列アークは燃焼し続けることができない場合、特に、非常に低くなるように選択される。したがって、電流がさらなる電流閾値ＩＴＨ２を下回る状態では、ＤＣ電源と入力との間に存在し得る直列アークが安全にクエンチされることが保証される。
【0028】
入力電流Ｉｉｎは、対応の電流センサによって検出可能であることは当然である。しかしながら、これには、多くの場合、どのようにしてもそこに存在する電圧センサに加えて、追加の電流センサを必要とする。しかしながら、非アクティブ時間ウィンドウでは、ＤＣ電源と入力との間を流れる入力電流Ｉｉｎ、特に、入力容量は、入力容量に印加される入力電圧Ｕｉｎの経時的変化によっても測定されることができる。具体的には、入力容量の両端で降下する入力電圧Ｕｉｎの時間微分は、ここでは、ＤＣ電源と回路の入力との間を流れる入力電流の測定値を提供する。このようにして、たった１つの電圧センサで、入力電圧Ｕｉｎ及び入力電流の両方を決定することが可能である。
【0029】
この方法のさらなる変形例では、回路構成のスイッチングユニットは、ＤＣ－ＤＣコンバータ、特に昇圧型コンバータによって形成される。さらに、本実施形態の回路構成は、その出力に並列に接続された出力容量を有する。有利には、アクティブ時間ウィンドウにおいて、出力容量に印加される出力電圧Ｕｏｕｔを、スイッチングユニットによって第１周期Δｔ１の終了に向かって増大させることができる。例えば、アクティブ時間ウィンドウの第１周期Δｔ１の少なくとも５０％、好ましくは少なくとも７５％、特に好ましくは少なくとも９０％に到達する又はそれを超える場合、出力容量に印加される出力電圧Ｕｏｕｔを増大させることができる。そうすることで、アクティブ時間ウィンドウの開始時に出力容量に印加される出力電圧Ｕｏｕｔの少なくとも１０％、好ましくは少なくとも２０％の増大が実行可能である。いずれの場合も、フリーホイールダイオードを備えるＤＣ－ＤＣコンバータでは、出力容量に印加される出力電圧Ｕｏｕｔは、少なくともＤＣ電源の開回路電圧以上である必要がある。これは、出力側に印加される出力電圧Ｕｏｕｔに関連するスイッチングユニットが回路構成の入力及び出力の間の電力潮流を抑制することを確実にする唯一の方法である。さらに、このようにして、出力容量に中間的に蓄積され、かつ、そこから特にすぐ隣接する非アクティブ時間ウィンドウでＤＣ負荷も供給されるエネルギーを増大させることができる。すぐ隣接する非アクティブ時間ウィンドウの第２周期Δｔ２の上限を増大させることができ、かつ、特に非アクティブ時間ウィンドウの間にＤＣ負荷の誤った供給のリスクが回避可能である又は少なくとも低減される。対照的に、エネルギーの中間蓄積のために発生するＤＣ－ＤＣコンバータの損失は、アクティブ時間ウィンドウの終了時にのみ、すなわち、第１周期Δｔ１の一部の間にのみ発生し、第１時間ウィンドウ全体を通じて発生しない。さらに、出力容量を提供するコンポーネントには、第１周期のごく一部で高電圧値がロードされる。
【0030】
この方法の一実施形態では、アクティブ時間ウィンドウで想定されるアークの電力損失によって生成されるアークエネルギーが既定の最大許容エネルギー値Ｅｍａｘを超えないように、アクティブ時間ウィンドウの第１周期Δｔ１の値が選択されることができる。この場合、現在のアクティブ時間ウィンドウに架空のアークがあると想定されるが、このアークは必ずしも実際に存在するとは限らない。しかしながら、アクティブ時間ウィンドウで燃焼する架空のアークの想定に基づいて、アクティブ時間ウィンドウでの電流Ｉ及びアークの想定される電圧降下ΔｕＬＢが使用されて、アクティブ時間ウィンドウの第１周期Δｔ１を下記数式によって推定することができる
【0031】
現在の測定ユニットの時間分解能に応じて、電流Ｉのいくつかの検出値も使用可能である。この場合、電流Ｉについての上記数式の分母では、平均電流Ｉａｖｅｒａｇｅが使用可能である。アークの電圧降下ΔＵＬＢについては、実験的に決定された値又は経験に基づく値がある。例えば、従来のＰＶシステムでは、アークの電圧降下の適切な近似値として３０Ｖ～４０Ｖの値が使用可能である。
【0032】
太陽光発電（ＰＶ）システムのＤＣ回路でアークを検出することに関して、可能な最大エネルギー値Ｅｍａｘは、関連する規格にも記載されているＥｍａｘ＝２００Ｊの値を有することが有利である。具体的には、アクティブ時間ウィンドウで運ばれるエネルギー量が値２００Ｊを超えなければ、前のアクティブ時間ウィンドウでアークが実際に検出された場合、ＰＶシステムは、簡略化された形式で、かつ、特に電気専門家を用いずとも再び開始されることができる。
【0033】
この方法の一実施形態では、ＤＣ負荷にそれらのそれぞれの電力潮流Ｐを共同で供給するため、各々の場合に、回路構成を介して複数のＤＣ電源が互いに並列にＤＣ負荷に接続可能である。そうすることで、アーク、特に直列アークを検出するための方法は、ＤＣ電源の各々に対して同時に実行されることができ、電力潮流Ｐのそれぞれの周期的遮断に割り当てられた非アクティブ時間ウィンドウは、この方法が異なるＤＣ電源に対して実行されて可能であれば重複しない場合、好ましくは互いに時間的にオフセットされるように配列される。電力潮流Ｐの周期的遮断は、少なくとも、様々なＤＣ電源の非アクティブ時間ウィンドウの間で少なくとも時間的重複が最小限に抑えられるように実行されることが有利である。このようにして、複数のＤＣ電源からの個々の電力潮流Ｐの合計から生じる総電力潮流における変動を最小限に抑えることによって、ＤＣ負荷の安定した動作が保証される。
【0034】
ＤＣ回路内でアークを検出するための本発明に係る回路構成は、
－ＤＣ電源を接続するための２つの入力端子を備える入力、及び、ＤＣ負荷を接続するための２つの出力端子を備える出力と、
－入力端子の間の入力容量と、
－入力及び出力の間に配置されたスイッチングユニットであって、スイッチングユニットは、第１動作モードで入力及び出力の間の電力潮流Ｐを有効にし、かつ、第２動作モードで入力及び出力の間の電力潮流Ｐを抑制するように設計及び設定される、スイッチングユニットと、
－入力に印加される入力電圧Ｕｉｎ及び／又は入力端子の１つを流れる入力電流Ｉｉｎを決定するための測定ユニットと、
－スイッチングユニット及び任意選択的に測定ユニットを制御するための制御ユニットと、を備える。
－ＤＣ電源を接続するための２つの入力端子を備える入力、及び、ＤＣ負荷を接続するための２つの出力端子を備える出力と、
－入力端子の間の入力容量と、
－入力及び出力の間に配置されたスイッチングユニットであって、スイッチングユニットは、第１動作モードで入力及び出力の間の電力潮流Ｐを有効にし、かつ、第２動作モードで入力及び出力の間の電力潮流Ｐを抑制するように設計及び設定される、スイッチングユニットと、
－入力に印加される入力電圧Ｕｉｎ及び／又は入力端子の１つを流れる入力電流Ｉｉｎを決定するための測定ユニットと、
－スイッチングユニット及び任意選択的に測定ユニットを制御するための制御ユニットと、を備える。
【0035】
回路構成は、制御ユニットが、本発明に係る方法を実行するため、スイッチングユニット及び測定ユニットと連動して構成及び設定されることを特徴とする。
【0036】
スイッチングユニットが、入力及び出力の間の電力潮流Ｐを抑制することができるようにするため、スイッチングユニットは、１以上の制御可能なスイッチ、特に半導体スイッチを有することができる。代替又は追加として、スイッチングユニットが、電力潮流Ｐを抑制するため、１以上の制御不能な半導体スイッチ、例えばダイオードを有することも可能である。制御ユニットは別個の制御ユニットとして設計されることもできる。しかしながら、代替として、制御ユニットは、既にＤＣ回路に存在する制御ユニットのコンポーネントとして設計されることもできる。これにより、この方法に関連して既に説明した利点が得られる。
【0037】
回路構成の有利な実施形態では、スイッチングユニットは、入力端子の１つから出力端子の１つへの接続線の１つに配置された半導体スイッチを有することができる。半導体スイッチは、半導体スイッチの通電端子に並列に接続された、固有に形成されたフリーホイールダイオード又は別個に形成されたフリーホイールダイオードを有していなくてもよい。しかしながら、これの代替として、半導体スイッチは、半導体スイッチの通電端子に並列に接続されたフリーホイールダイオードを有してもよい。この場合、フリーホイールダイオードは、固有のフリーホイールダイオード又は別個に形成されたフリーホイールダイオードのいずれかとして設計可能である。半導体スイッチがフリーホイールダイオードを有している場合、半導体スイッチは、特に、ＤＣ回路の通常の電流方向に対して逆バイアスされるように配置されることができる。
【0038】
回路構成は、出力、特に出力容量に並列に接続された中間エネルギー蓄積部を備えてもよい。出力容量を使用して、回路構成は、後の非アクティブウィンドウにＤＣ負荷が供給されるエネルギーによって、アクティブ時間ウィンドウにＤＣ電源からの限られた量のエネルギーを中間的に蓄積することができる。このようにして、ＤＣ負荷が中間蓄積の可能性を含んでいない場合であっても、非アクティブ時間ウィンドウの間にＤＣ負荷を供給することが可能である。この場合、電力潮流Ｐは、ＤＣ回路の第１領域でのみ不連続である一方、ＤＣ回路の第２領域で連続している。一実施形態によれば、本発明に係る回路構成又は回路構成のスイッチングユニットは、ＤＣ－ＤＣコンバータ、特に昇圧型コンバータとして設計可能である。この場合、回路構成、特に回路構成のスイッチングユニットが非アクティブ化され、かつ、回路構成の出力に印加される電圧が、回路構成の入力に印加される電圧よりも大きいという点で、ＤＣ電源から回路構成の出力への電力潮流Ｐが遮断されることができる。いくつか、有利には最大８個のＤＣ－ＤＣコンバータのスイッチングサイクルの非アクティブ化が十分であることを実験が示している。
【0039】
本発明に係る太陽光発電（ＰＶ）インバータは、ＤＣ電源としてＰＶストリングを接続するための２つの入力端子を備える少なくとも１つの入力、及び、ＡＣ電圧（ＡＣ）グリッドを接続するための出力と、ＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換するためのＤＣ－ＡＣコンバータと、本発明に係る回路構成と、を備える。この場合、回路構成の入力はＰＶインバータの少なくとも１つの入力に接続され、かつ、回路構成の出力はＤＣ－ＡＣコンバータの入力に接続される。インバータは、出力側に最大１つの相導体端子と１つの中性導体端子とを有する単相ＰＶインバータであってもよい。代替として、インバータは、出力側に複数の相端子、特に出力側に３つの相端子と、出力側に１つの中性線端子と、を備える多相ＰＶインバータであってもよい。回路構成の制御ユニットは、ＰＶインバータ、又は、ＰＶインバータを備えるＰＶシステムの上位の制御ユニットに統合されることができる。本方法及び回路構成に関連して既に述べた利点が得られる。
【0040】
アーク、特に直列アークを検出するための本発明に係る方法が、ＤＣ電源がＰＶストリングによって構成され、かつ、ＤＣ負荷が、出力側でＡＣ電圧（ＡＣ）グリッドに接続された単相ＤＣ－ＡＣコンバータを備える、ＰＶシステム内に適用される場合、非アクティブ時間ウィンドウの第２周期Δｔ２の間のＤＣ－ＡＣコンバータの出力を介して流れるＡＣ電流ＩＡＣ（ｔ）のゼロ交差があるように電力潮流Ｐの周期的遮断が発生することが有利である。単相ＤＣ－ＡＣコンバータの場合、ＰＶインバータに接続されたＡＣグリッドの周波数の２倍に対応する周波数で、正弦波パルス方式で、電力は、ＰＶインバータの中間蓄積部から、例えばＤＣリンク回路のリンク回路容量からすなわち引き出され、ＤＣ－ＡＣコンバータによって生成されるＡＣ電流ＩＡＣ（ｔ）のゼロ交差の近位で、最低の電力又はエネルギーが中間蓄積部から引き出される。非アクティブ時間ウィンドウがＡＣ電流ＩＡＣ（ｔ）のゼロ交差と一時的に重複する場合、ＤＣリンク回路の電圧リップルが最小限に抑えられることができる。
【0041】
本発明の一実施形態では、ＰＶインバータは、ＰＶストリングがＤＣ電源として接続されるただ１つの単一の入力を有することができる。しかしながら、本発明のさらなる一実施形態では、ＰＶインバータはまた、各々が、それぞれのＰＶストリングをＤＣ電源として接続するように設計される複数の入力を有することができる。この場合、入力は各々、ＤＣ－ＤＣコンバータを介して共通のＤＣリンク回路に互いに並列に接続されることができる。リンク回路容量を含み得るＤＣリンク回路は、今度はＤＣ－ＡＣコンバータの入力に接続されることができる。この場合、ＰＶインバータの入力の各々は、本発明に係る回路構成を割り当てられることができ、ＰＶインバータの入力の各々は、そこに割り当てられた回路構成の入力に接続され、かつ、回路構成の各々の出力が各々ＤＣ－ＡＣコンバータの入力に接続される。回路構成の各々が、それぞれＤＣ－ＤＣコンバータの１つによって、少なくとも部分的に、場合によっては完全に形成されている場合も本発明の範囲内である。
【0042】
ＰＶインバータの一実施形態では、回路構成の制御ユニットは、ＰＶインバータの上位の制御ユニットに含まれ得る。この場合、同時に、上位の制御ユニットは、ＰＶインバータの動作中、ＤＣリンク回路に印加される電圧が個々のＰＶストリングの開回路電圧の最大値を超えるように、ＤＣ－ＡＣコンバータ及びＰＶインバータのＤＣ－ＤＣコンバータを制御するように設定される。
【0043】
本発明の有利な実施形態は以下の図面の説明及び従属請求項で特定され、その特徴は、個別に、かつ、互いに任意の組み合わせで適用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0044】
以下に、図面を使用して本発明が説明される。
【0045】
【図1】ＤＣ電源、ＤＣ負荷及び本発明の第１実施形態に係る回路構成を備えるＤＣ回路を示している。
【図2】本発明の第２実施形態に係る回路構成を示している。
【図3】本発明に係る方法中の本発明に係る回路構成の入力電流及び入力電圧の時間プロファイルを示している。
【図4】本発明に係る方法のさらなる実施形態中の本発明に係る回路構成の動作モード、電流及び電圧の時間プロファイルを示している。
【図5】本発明の一実施形態に係るＰＶインバータを備えるＰＶシステムを示している。
【発明を実施するための形態】
【0046】
図１は、内部抵抗２ａを有する直流（ＤＣ）電源２、ＤＣ負荷３及び本発明の第１実施形態に係る回路構成１を備えるＤＣ回路６を示している。回路構成１は、第１入力端子７．１及び第２入力端子７．２を備える入力７を有しており、その入力にＤＣ電源２が接続されている。回路構成１はまた、第１出力端子８．１及び第２出力端子を備える出力８を有しており、出力はＤＣ負荷３に接続されている。入力端子７．１、７．２の各々は、それぞれの接続線２３、２４を介して、出力端子８．１、８．２の対応の１つに接続されている。スイッチングユニット１０は入力７及び出力８の間に配置される。スイッチングユニット１０は、第１動作モードＢＭ１の間にＤＣ電源２と出力８との間の電力潮流Ｐを有効にし、かつ、第２動作モードＢＭ２の間に電力潮流Ｐを抑制するように設計される。例えば、入力７及び出力８の間の電力潮流Ｐは、第１動作モードＢＭ１の間にスイッチングユニット１０によって可能にされ、かつ、第２動作モードＢＭ２の間に妨げられる。この目的のため、スイッチングユニット１０は、少なくとも１つの制御可能なスイッチ、場合によっては複数の制御可能なスイッチを有する。スイッチは、電気機械スイッチであってもよいが、半導体スイッチであることが有利である。さらに、スイッチングユニット１０はまた、１以上の制御不能な半導体スイッチ、特にダイオードを有し得る。スイッチングユニット１０は制御ユニット５によって制御される。回路構成１はまた、回路構成１の入力７に印加される入力電圧Ｕｉｎ及び／又は入力８を介して流れる入力電流Ｉｉｎを測定するように設計された測定ユニット４を備える。さらに、測定ユニット４は、出力８に印加される出力電圧Ｕｏｕｔ及び／又は出力８を介して流れる出力電流Ｉｏｕｔを測定するようにも設計される（図１には図示せず）。測定ユニット４は、通信及び制御の目的で制御ユニット５に接続される。回路構成１は、入力端子７．１及び７．２の間で入力７に並列に接続される入力容量１２をさらに備える。回路構成１は、出力端子８．１及び８．２の間で出力８に並列に接続された出力容量１１－図１に破線で示す－を任意選択的にさらに備え得る。
【0047】
回路構成１の動作中、ＤＣ電源２と回路構成１の出力８との間の電力潮流Ｐは、ここでは、スイッチングユニット１０によって周期的に遮断され、すなわち、規則を満たす方法で反復して、周期的に遮断される。したがって、ＤＣ電源２と出力８との間の電力潮流Ｐは、図４に関連して以下に説明するように、第１周期Δｔ１を有するアクティブ時間ウィンドウ３１と第２周期Δｔ２を有する非アクティブ時間ウィンドウ３２とが交互に、不連続に発生する。したがって、アクティブ時間ウィンドウ３１の間、非アクティブ時間ウィンドウ３２において電力潮流Ｐが値０をとるのに対して、０とは異なる電力潮流ＰがＤＣ電源２及び出力８の間で発生する。制御ユニット５は、アーク９、特に直列アークの存在を示すアーク存在基準を伝達するように設定される。
【0048】
図２は、本発明の第２実施形態に係る回路構成１を示している。回路構成１は、いくつかの構成要素において、図１で既に説明した第１実施形態と類似しており、それは、一致する特徴について図１での説明が参照される理由である。主に、第２実施形態と第１実施形態との相違点を以下に説明する。
【0049】
第２実施形態によれば、スイッチングユニット１０は、ＤＣ－ＤＣコンバータ２１として、特に昇圧型コンバータとして、入力７に印加される入力電圧Ｕｉｎを、出力８に印加される出力電圧Ｕｏｕｔに変換するように設計及び設定される。この目的のため、回路構成１のスイッチングユニット１０は、インダクタンス２２と、第１入力端子７．１及び第１出力端子８．１の間の第１接続線２３内にインダクタンス２２に直列に接続された第１半導体スイッチＳ１と、を備える。第２半導体スイッチＳ２は、その第１端子を介してインダクタンス２２の接続点２５に接続され、第１半導体スイッチＳ１は、その第２端子を介して第２接続線２４に接続される。第１半導体スイッチＳ１及び第２半導体スイッチＳ２は各々、図２に破線を使用して示される、固有の又は別個に形成されたフリーホイールダイオードＤ１、Ｄ２を備え得る。
【0050】
第１動作モードＢＭ１の間、言い換えれば、第１周期Δｔ１を有する以下の図３又は図４に示すアクティブ時間ウィンドウ３１において、回路構成１は、昇圧型コンバータとして動作し、かつ、第１半導体スイッチＳ１の及び任意選択的に第２半導体スイッチＳ２の適切なクロッキングによって、入力電圧Ｕｉｎを、入力電圧Ｕｉｎに対してより大きな出力電圧Ｕｏｕｔに変換する。この場合、出力電圧Ｕｏｕｔは、入力７に接続されたＤＣ電源２（図２には図示せず）の開回路電圧Ｕ０よりも大きくなるように選択されることが有利である。出力電圧Ｕｏｕｔに関連するエネルギーは、出力８に並列に配置された出力容量１１に一時的に蓄積される。第２動作モードＢＭ２では、すなわち、図３及び図４に以下に示す第２周期Δｔ２を有する非アクティブ時間ウィンドウ３２において、半導体スイッチＳ１、Ｓ２のクロッキングが制御ユニット５によって中断される。半導体スイッチＳ１、Ｓ２は、第２動作モードＢＭ２の間、永続的に開いている。第２周期Δｔ２は、ＤＣ－ＤＣコンバータ２１の数クロックサイクルの間、持続することができる。ここでは、出力８に印加される電圧Ｕｏｕｔが、入力に接続されたＤＣ電源２の開回路電圧Ｕ０よりも大きくなるように選択されるので、存在し得るとともに第１半導体スイッチＳ１に関連するフリーホイールダイオードＤ１は、第１入力端子７．１から第１出力端子８．１への電流フローを遮断し、及びしたがって、ＤＣ電源２から回路構成１の出力８への電力潮流Ｐを遮断する。
【0051】
制御ユニット５によって、回路構成１は、第１動作モードＢＭ１に対する第１周期Δｔ１の間と第２動作モードＢＭ１に対する第２周期Δｔ２の間とで交互に設定され、それが、ＤＣ電源２から回路構成１の出力８への不連続な電力潮流Ｐを生成する。
【0052】
図３では、本発明に係る回路構成１の入力電流プロファイル３３、３４及び入力電圧プロファイル３６、３７が、本発明に係る方法中に経時的に示されている。本発明によれば、入力７及び出力８の間の電力潮流Ｐは、本発明に係る回路構成１のスイッチングユニット１０によって周期的に遮断され、及びしたがって、アクティブ時間ウィンドウ３１及び非アクティブ時間ウィンドウ３２の間の周期的変動が存在する。
【0053】
アーク９が存在しない場合、結果は、示される入力電流プロファイル３３及び示される入力電圧プロファイル３６である。最初に、第１アクティブ時間ウィンドウ３１の間、入力７及び出力８と、それに関連する定入力電流Ｉｉｎ及びそれに関連する定入力電圧Ｕｉｎとの間に電力潮流Ｐがある。この場合、入力電圧Ｕｉｎの値は、内部抵抗２ａの両端の電圧降下によって減少したＤＣ電源２の開回路電圧Ｕ０の値から生じる。
【0054】
非アクティブ時間ウィンドウ３２の間、入力７及び出力８の間の電力潮流Ｐは、入力容量１２を変更するためにＤＣ電源２から入力容量１２のみに入力電流Ｉｉｎが流れるように、スイッチングユニット１０によって遮断される。この変更プロセスの間、指数関数に従って電流値が減少する結果、ＤＣ電源２の内部抵抗２ａの両端の電圧降下は、入力電圧Ｕｉｎが増加するようにそれに応じて低減される。非アクティブ時間ウィンドウ３２の対応する長い周期Δｔ２によって、入力容量がＤＣ電源２の開回路電圧Ｕ０の値に帯電され、その場合、ＤＣ電源２の内部抵抗２ａの両端で電圧が降下しない結果により、入力電流がその後に０Ａの値をとり、及びしたがって、ＤＣ電源２の開回路電圧Ｕ０のレベルの入力電圧Ｕｉｎが上昇する。
【0055】
しかしながら、アークを検出するための本発明に係る方法の図３に示す変形例では、非アクティブ時間ウィンドウ３２の周期Δｔ２は、入力電流Ｉｉｎが完全にゼロにならないように十分長くなるように選択されるだけであるが、存在し得るアーク９が確実にクエンチされる程度まで減少されるだけである。したがって、入力電圧Ｕｉｎは、ＤＣ電源２の開回路電圧Ｕ０の値までは上昇しないが、より低い値まで上昇する。
【0056】
非アクティブ時間ウィンドウ３２に対してできる限り短い周期Δｔ２を選択することは、特に、非アクティブ時間ウィンドウ３２の間に存在する入力７及び出力８の間の電力潮流Ｐの遮断のための周期ができる限り短く維持されることができるという事実に関しても行われ得る。
【0057】
非アクティブ時間ウィンドウ３２の周期Δｔ２の後、入力７及び出力８の間の電力潮流Ｐは、スイッチングユニット１０によって後の次のアクティブ時間ウィンドウ３１で再び可能にされ、その結果、図３に見られるように、過渡プロセスが終了した後の第１アクティブ時間ウィンドウ３１のようにその後に電力潮流Ｐに関連する一定値をとるため、入力電流Ｉｉｎが再び増加し、かつ、入力電圧Ｕｉｎが再び減少する。
【0058】
アーク９が存在する場合の入力電流プロファイル３４は、非アクティブ時間ウィンドウ３２で入力容量１２の帯電の過程で発生する降下プロファイルも示しており、アーク９はその後、電流値が十分に低くなる場合にクエンチされ、その結果、入力電流Ｉｉｎは急激にゼロになり、かつ、その後のアクティブ時間ウィンドウ３１の入力７及び出力８の間の電力潮流Ｐがスイッチングユニット１０によって再び可能にされた後もゼロの値に留まる。上述したように、アーク９が存在しない場合、本発明に係る方法では、入力電流Ｉｉｎはゼロまで減少しないことが好ましいという事実の結果として、アーク９の存在が検出可能であり、入力電流Ｉｉｎの値を電流閾値ＩＴＨと比較することによってアーク存在基準が伝達されることができる。
【0059】
アーク９が存在する場合の入力電圧プロファイル３７も、非アクティブ時間ウィンドウ３２の増加も示すが、これは、アーク９が存在しない場合の入力電圧プロファイル３６よりも増加が少ない。特に、アーク９がクエンチされた後、０Ａからの入力電流Ｉｉｎの結果の値に基づいて、入力容量１２のさらなる帯電はない。アーク９が存在しない場合よりもアーク９が存在する場合の入力電圧Ｕｉｎの増加が小さいことに起因して、非アクティブ時間ウィンドウ３２において、入力電圧Ｕｉｎの値を電圧閾値ＵＴＨと比較することによって、アーク９の存在が検出されることができ、かつ、アーク存在基準が伝達されることができる。スイッチングユニット１０を介した出力８への電力潮流Ｐがその後のアクティブ時間ウィンドウ３１で再び可能になった後、入力容量１２は、スイッチングユニット１０を介してＤＣ負荷３を通じて放電され、その結果、入力電圧プロファイル３７の入力電圧Ｕｉｎは時間の経過とともにゼロの値まで降下する。
【0060】
電流閾値ＩＴＨ及び電圧閾値ＵＴＨには、経験的に決定された固定値が使用されることができる。しかしながら、特に、この場合、電圧閾値ＵＴＨは、ＤＣ電源２の開回路電圧Ｕ０に関連して選択可能であることが好ましい。ＤＣ電源２の開回路電圧Ｕ０は、例えば、ＰＶ発電機では、照射又は温度などの外部影響の変化に起因してより大きな変動を受け得るので、例えば時変開回路電圧Ｕ０（ｔ）に応じて適応的に調整される可能性がある可変の電圧閾値ＵＴＨが使用可能である。
【0061】
図３の第１アクティブ時間ウィンドウ３１における入力電流プロファイル３４及び３５における入力電流Ｉｉｎの偏差値は、アーク９によって生じる電力損失に起因して異なる電力潮流Ｐから生じる。
【0062】
非アクティブ時間ウィンドウ３２の周期Δｔ２は、前述したように、入力電流Ｉｉｎが完全にゼロにならないが、存在し得るアーク９が確実にクエンチされる程度までのみ減少させられ得るように選択可能である。しかしながら、評価が入力電圧Ｕｉｎのみに基づいて実行される本発明に係る方法の変形例では、非アクティブ時間ウィンドウ３２の周期Δｔ２は、入力電流Ｉｉｎがゼロ又はゼロに近い値をとるようにも選択され得る。その場合、入力電圧プロファイル３６の値が高くなることに起因して、結果として入力電圧プロファイル３６との差が大きくなるので、あり得るアークの存在は、より短い周期Δｔ２が選択される場合よりも明確に推測可能である。
【0063】
非アクティブ時間ウィンドウ３２の周期Δｔ２は、経験的に決定された値に基づいて設定されることができる。しかしながら、電力潮流Ｐが変動する可能性があっても確実にアーク検出を行うため、及び特に、非アクティブ時間ウィンドウ３２の周期Δｔ２をできる限り短く維持するため、周期Δｔ２は、例えば、直前のアクティブ時間ウィンドウ３１の電力潮流Ｐを特徴付ける電流Ｉ及び／又は電力潮流Ｐを特徴付ける電圧Ｕの検出値に応じて適応的に設定されて選択されることが好ましい。代替として、現在又は前の非アクティブ時間ウィンドウ３２の１つで検出された入力電流Ｉｉｎの値、及び／若しくは、現在又は前の非アクティブ時間ウィンドウ３２の１つで検出された入力電圧Ｕｉｎの値に応じて、周期Δｔ２は選択されることができる。一実施形態では、例えば、非アクティブ時間ウィンドウ３２の周期Δｔ２は、入力電流Ｉｉｎの値がさらなる電流閾値ＩＴＨを下回り、かつ、入力電圧Ｕｉｎの値がさらなる電圧閾値ＵＴＨ２を上回る場合に決定されることができる。非アクティブ時間ウィンドウ３２の周期Δｔ２の適応的な設定により、特に、周期Δｔ２の最大値及び／又は最小値も特定されることができる。
【0064】
さらなる電流閾値ＩＴＨ２及びさらなる電圧閾値ＵＴＨ２には、経験的に決定された固定値が使用可能であり、特に、さらなる電圧閾値ＵＴＨ２は、ＤＣ電源２の開回路電圧Ｕ０に関して選択されることが好ましい。例えば、時変開回路電圧Ｕ０（ｔ）に応じて適応的に調整され得る可変のさらなる電圧閾値ＵＴＨ２が使用されることもできる。一般に、さらなる電流閾値ＩＴＨ２及びさらなる電圧閾値ＵＴＨ２は、電流閾値ＩＴＨ及び電圧閾値ＵＴＨよりも大きくなるように各々選択されるべきである。
【0065】
図４は、回路構成１のスイッチングユニット１０の動作モードＢＭ１、ＢＭ２（上段のグラフ）、並びに、本発明に係る方法の別の実施形態の間の図２の回路構成１の電流Ｉ（ｔ）（中段のグラフ）及び電圧Ｕ（ｔ）（下段のグラフ）の時間プロファイルを相互に示している。電流及び電圧の時間プロファイルは各々、例えば、回路構成１の入力７で測定ユニット４によって検出された変数Ｉｉｎ（ｔ）、Ｕｉｎ（ｔ）を含む。この場合、時間プロファイルは、時間ｔ０で発火する直列アーク９に時間的に近接した回路構成１の挙動を反映している。図３で前述したのとは対照的に、図４の入力電流プロファイル３５及び入力電圧プロファイル３８は、各々の場合に、過渡プロセスが終了した後に上昇する入力電流Ｉｉｎ又は入力電圧Ｕｉｎの値のみが特定される点について、概略的にのみ示されている。
【0066】
上段のグラフに示すように、回路構成１が第１動作モードＢＭ１にある周期Δｔ１のアクティブ時間ウィンドウ３１は、回路構成が第２動作モードＢＭ２にある周期Δｔ２の非アクティブ時間ウィンドウ３２と交互になっている。第１アクティブ時間ウィンドウ３１では、電流Ｉｉｎ（ｔ）は値Ｉ１を取り、かつ、電圧Ｕｉｎ（ｔ）は値Ｕ１を取る。電流Ｉ１及び電圧Ｕ１の値は、回路構成１の出力８に接続されたＤＣ負荷３の電力消費から生じる。すぐ隣接する非アクティブ時間ウィンドウ３２において、ＤＣ電源２と回路構成１の出力８との間の電力潮流Ｐは第２周期Δｔ２の間、遮断される。入力７を介して流れる電流Ｉｉｎ（ｔ）は、図３に関連して上述したように、０Ａに近い値に減少する一方で、入力７に印加される電圧Ｕｉｎ（ｔ）は、ＤＣ電源２の開回路電圧Ｕ０に近い値まで増加する。開回路電圧Ｕ０は通常、実際のＤＣ電源２、例えば、ＰＶ発電機の内部抵抗２ａが存在することに起因して、負荷のかかったＤＣ電源２の電圧Ｕ１よりも高くなる。次のアクティブ時間ウィンドウ３１では、この場合、第２アクティブ時間ウィンドウ３１では、電流Ｉｉｎ（ｔ）は、最初に、ＤＣ回路６のアーク９が特にＤＣ電源２と回路構成１の入力との間で点火する時間ｔ０までの前のアクティブ時間ウィンドウ３１の値に対応する。時間ｔ０から、元の値Ｉ１、Ｕ１から値Ｉ２、Ｕ２への電流値、及び場合によっては電圧も突然わずかに低下する。電流の突然の低下は、電力損失と、ｔ０から始まる直列アーク９の関連の電圧降下に基づいている。例えば、直列アーク９は、故障した導体のマイクロギャップを横切って燃焼する。隣接する非アクティブ時間ウィンドウ３２において、直列アーク９は、ＤＣ電源２と回路構成１の出力８との間の電力潮流Ｐが再び遮断されることによってクエンチされる。入力７を介して流れる電流Ｉｉｎ（ｔ）は、アークをクエンチする０Ａに近い値に再び最初に低下し、かつ同時に、電流Ｉｉｎ（ｔ）は再び０Ａの値をとる。第２非アクティブ時間ウィンドウ３２で入力７に印加される電圧Ｕｉｎ（ｔ）は、図３に関連して上述したように、直前の第２アクティブ時間ウィンドウ３１に存在する電圧Ｕ２と比較して依然として増加するが、電圧Ｕｉｎ（ｔ）は、前の第１非アクティブ時間ウィンドウ３２の値よりも低い値に到達する。その後の第３アクティブ時間ウィンドウ３１では、スイッチングユニット１０を通る電力潮流Ｐが原則として可能であるが、電力潮流Ｐはマイクロギャップによって阻止されており、その理由は、図３の電圧Ｕｉｎ（ｔ）及び電流Ｉｉｎ（ｔ）の値が無視できるほど低いものとして示されているからである。
【0067】
制御ユニット５は、ここでは、測定ユニット４によって検出されたアクティブ時間ウィンドウ３１の電流Ｉｉｎ（ｔ）及び／又は電圧Ｕｉｎ（ｔ）の値を、それぞれ前のアクティブ時間ウィンドウ３１の値と比較する。図４において、第２アクティブ時間ウィンドウ３１と第３アクティブ時間ウィンドウ３１との間の値を比較する場合、制御ユニット５は、閾値を上回るこれらの値の間の差を決定し、かつ、それに応答してアーク存在基準を伝達する。図３に関連して説明したように、例えば、決定された他のアーク存在基準に関連する場合があり得る、アーク存在基準の伝達に応答して、スイッチングユニット１０は、ＤＣ電源２と出力８との間の電力潮流Ｐが抑制された状態で、資格のある人による手動確認まで第２動作モードＢＭ２のままでいる。
【0068】
図５は、一実施形態における本発明に係るＰＶインバータ４０を備える太陽光発電（ＰＶ）システム４７を示している。ＰＶインバータ４０は、ここでは、ＤＣ電源２として各ＰＶストリング４５を接続するための入力端子４３．１及び４３．２を備える、いくつか（この場合は一例として：２つ）のＤＣ側入力４３を備えるマルチストリングインバータとして知られるものとして設計される。入力４３の各々は、それぞれのＤＣ－ＤＣコンバータ２１、例えば、昇圧型コンバータを介して、共通のＤＣリンク回路４２のリンク回路容量に並列に接続される。リンク回路容量は、ＤＣ－ＡＣコンバータ４１の入力に接続される。ＤＣ－ＡＣコンバータ４１の出力は、対応のＡＣ絶縁要素（図４には図示せず）を介したＰＶインバータ４０の出力４４を介してＡＣ電圧（ＡＣ）グリッド４６に接続されている。
【0069】
ＰＶインバータ４０は、ＤＣ側入力４３の各々のための回路構成１を備えている。回路構成１、特にそのスイッチングユニット１０は、この場合、各々がＤＣ－ＤＣコンバータとして設計され、かつ、どのようにしても存在するＰＶインバータ４０のＤＣ－ＤＣコンバータ２１によって少なくとも部分的によって形成される。回路構成１の入力７は、ここでは、ＰＶインバータ４０の入力４３に対応する。回路構成１の出力８は、ここでは、各々、ＤＣ－ＤＣコンバータ２１の出力に対応する。回路構成１は、ここではＰＶインバータ４０の中央制御ユニットの一部であり、かつ、ＤＣ－ＤＣコンバータ２１及びＤＣ－ＡＣコンバータ４１を制御するように設計及び設定された共通の制御ユニット５を備える。回路構成の測定ユニット４も、ＤＣ－ＤＣコンバータ２１の一部であり、かつ、図５には明示的に示されていない。
【0070】
本発明に係る方法は、ＰＶストリング４５として設計された各ＤＣ電源２に対して同時に制御ユニット５を介して実行される。したがって、ＰＶストリング４５の各々は、ＰＶインバータ４０の通常動作中、ＰＶモジュールとＰＶインバータ４０の対応のＤＣ側入力４３との間のそのそれぞれのＤＣライン内に不連続な電力潮流Ｐを有している。この場合、第１周期Δｔ１を有するアクティブ時間ウィンドウ３１は、第２周期Δｔ２を有する非アクティブ時間ウィンドウ３２と交互になる。２つのＰＶストリング４５内の不連続な電力潮流Ｐは、一方のＰＶストリング４５の非アクティブ時間ウィンドウ３２と他方のＰＶストリング４５の非アクティブ時間ウィンドウとの間の重複が可能な限り少なくなるように、すなわち、非アクティブな時間ウィンドウが可能な限り互いに離れてオフセットされるように、ここで発生することが有利である。アーク９、特に直列アークが、制御ユニット５によってＰＶストリング４５のうちの１つ内で決定される場合、そのスイッチングユニット１０のみ、すなわち、直列アーク９も検出されたそのＰＶストリング４５に割り当てられたＤＣ－ＤＣコンバータ２１は、より長い周期、及び場合によっては、資格を有する人による手動確認まで、第２動作モードＢＭ２に設定される。対照的に、それぞれの他のＰＶストリング４５は、関連するＤＣ側入力４３の方向への不連続な電力潮流Ｐで動作され続けることができる。
【符号の説明】
【0071】
１ 回路構成
２ ＤＣ電源
３ ＤＣ負荷
４ 測定ユニット
５ 制御ユニット
６ 直流（ＤＣ）回路
７ 入力
７．１、７．２ 入力端子
８ 出力
８．１、８．２ 出力端子
９ アーク（並列）
１０ スイッチングユニット
１１ 出力容量
１２ 入力容量
２１ ＤＣ－ＤＣコンバータ
２２ インダクタンス
２３、２４ 接続線
２５ 接続点
３１、３２ 時間ウィンドウ
３３、３４、３５ 入力電流プロファイル
３６、３７、３８ 入力電圧プロファイル
４０ 太陽光発電（ＰＶ）インバータ
４１ ＤＣ－ＡＣコンバータ
４２ ＤＣリンク回路
４３ 入力
４３．１、４３．２ 入力端子
４４ 出力
４５ ＰＶストリング
４６ ＡＣ電圧（ＡＣ）グリッド
４７ 太陽光発電（ＰＶ）システム
Δｔ１、Δｔ２ 周期
Ｓ１、Ｓ２ 半導体スイッチ
ＢＭ１、ＢＭ２ 動作モード
Ｄ１、Ｄ２ ダイオード
Ｐ 電力潮流
Ｕｉｎ 入力電圧
Ｕｏｕｔ 出力電圧
Ｉｉｎ 入力電流
Ｉｏｕｔ 出力電流
２ ＤＣ電源
３ ＤＣ負荷
４ 測定ユニット
５ 制御ユニット
６ 直流（ＤＣ）回路
７ 入力
７．１、７．２ 入力端子
８ 出力
８．１、８．２ 出力端子
９ アーク（並列）
１０ スイッチングユニット
１１ 出力容量
１２ 入力容量
２１ ＤＣ－ＤＣコンバータ
２２ インダクタンス
２３、２４ 接続線
２５ 接続点
３１、３２ 時間ウィンドウ
３３、３４、３５ 入力電流プロファイル
３６、３７、３８ 入力電圧プロファイル
４０ 太陽光発電（ＰＶ）インバータ
４１ ＤＣ－ＡＣコンバータ
４２ ＤＣリンク回路
４３ 入力
４３．１、４３．２ 入力端子
４４ 出力
４５ ＰＶストリング
４６ ＡＣ電圧（ＡＣ）グリッド
４７ 太陽光発電（ＰＶ）システム
Δｔ１、Δｔ２ 周期
Ｓ１、Ｓ２ 半導体スイッチ
ＢＭ１、ＢＭ２ 動作モード
Ｄ１、Ｄ２ ダイオード
Ｐ 電力潮流
Ｕｉｎ 入力電圧
Ｕｏｕｔ 出力電圧
Ｉｉｎ 入力電流
Ｉｏｕｔ 出力電流
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【国際調査報告】