特表 2024-507215 主電源並列動作における分割された中間回路に接続されたＤＣ電圧源の絶縁抵抗を測定する方法および装置

(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】2024-02-16

(54)【発明の名称】主電源並列動作における分割された中間回路に接続されたＤＣ電圧源の絶縁抵抗を測定する方法および装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/52 20200101AFI20240208BHJP

   G01R 27/02 20060101ALI20240208BHJP

【ＦＩ】

G01R31/52

G01R27/02 E

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023550028

(86)(22)【出願日】2022-02-21

(85)【翻訳文提出日】2023-10-13

(86)【国際出願番号】 EP2022054253

(87)【国際公開番号】W WO2022179984

(87)【国際公開日】2022-09-01

(31)【優先権主張番号】102021104289.5

(32)【優先日】2021-02-23

(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】プッツ，マーティン

【テーマコード（参考）】

2G014

2G028

【Ｆターム（参考）】

2G014AA17

2G014AB03

2G014AB29

2G014AB61

2G014AC18

2G028AA05

2G028BE04

2G028CG03

(57)【要約】

分割された中間回路（２）に接続されたＤＣ電圧源（７）の絶縁抵抗（Ｒｉｓｏ）を測定するために、ＤＣ電圧源（７）の中間点電位が、２つの電圧コンバータ（１１、１２）の異なる動作によってシフトされ、２つの電圧コンバータ（１１、１２）によってＤＣ電圧源（７）の２つの極（９、１０）がそれぞれ分割された中間回路（２）の２つの部分（３、４）のうちの１つに接続される。この方法では、ＤＣ電圧源（７）の中間点電位のシフトに起因して、ＤＣ電圧源（７）から中間回路（２）を横切って流れる電流を伝送するすべてのライン（２５、２６；２８、２９）にわたる残留電流の変化（Ｉ＿ｄｅｌｔａ）が測定される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

分割された中間回路（２）に接続されたＤＣ電圧源（７）の絶縁抵抗（Ｒｉｓｏ）を測定する方法であって、
前記ＤＣ電圧源（７）の中間点電位がシフトされ、
前記ＤＣ電圧源（７）の前記中間点電位の前記シフトに起因して、前記ＤＣ電圧源（７）から前記中間回路（２）を横切って流れる電流を伝送するすべてのライン（２５、２６；２８、２９）にわたる残留電流の変化（Ｉ＿ｄｅｌｔａ）を測定する、方法において、
前記ＤＣ電圧源（７）の前記中間点電位は、２つの電圧コンバータ（１１、１２）の異なる動作によってシフトされ、前記２つの電圧コンバータ（１１、１２）によって前記ＤＣ電圧源（７）の２つの極（９、１０）がそれぞれ前記分割された中間回路（２）の２つの部分（３、４）のうちの１つに接続され、前記中間点電位は、前記中間回路（２）の２つの部分（３、４）の間の電圧中間点（５）に対してシフトされることを特徴とする、方法。

【請求項2】

前記残留電流は、前記ＤＣ電圧源（７）のすべての出力ライン、および／または前記中間回路（２）のすべての出力ライン、および／または前記中間回路（２）に入力側で接続されたインバータ（１４）のすべての出力ライン（２８、２９）にわたって測定され、前記残留電流は、好ましくは加算変流器（２７）を用いて測定されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記電圧源（７）の両極（９、１０）と前記中間回路（２）の前記電圧中間点（５）との間で電圧が測定され、前記２つの電圧コンバータ（１１、１２）の異なる動作に起因する前記中間点電位の電位シフト（Ｕ＿ｄｅｌｔａ）が、２つの電圧値の半分の差の変化として検出されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記中間回路（２）の前記電圧中間点（５）の固定接地基準の場合には、前記絶縁抵抗（Ｒｉｓｏ）が、ＩＴネットワーク（３１）内の中間回路（２）の場合には、合計絶縁抵抗が、前記電位シフト（Ｕ＿ｄｅｌｔａ）と差動電流の結果として生じる変化（Ｉ＿ｄｅｌｔａ）の商として計算されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記中間回路（２）の前記電圧中間点（５）の固定接地基準の場合には、前記絶縁抵抗（Ｒｉｓｏ）が、ＩＴネットワーク（３１）内の中間回路（２）の場合には、合計絶縁抵抗が、
前記ＤＣ電圧源（７）の前記中間点電位がシフトする時間周期（Ｔ）にわたる前記電位シフトの瞬時値（ｕ（ｔ））の２乗の積分と、前記電位シフトの前記瞬時値（ｕ（ｔ））と、同じ時間周期（Ｔ）にわたる結果として生じる差動電流の変化の瞬時値（ｉ（ｔ））との積の積分、または、
前記電位シフトの前記瞬時値（ｕ（Ｔ））と、前記ＤＣ電圧源（７）の前記中間点電位がシフトする周期（Ｔ）にわたる結果として生じる前記残留電流の変化の瞬時値（ｉ（Ｔ））との積の積分と、
同じ期間（Ｔ）にわたる結果として生じる前記残留電流の変化の前記瞬時値（ｉ（Ｔ））の２乗の積分との商として計算されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。

【請求項6】

ＩＴネットワーク（３１）内の前記中間回路（２）の場合、前記ＤＣ電圧源（７）の前記中間点電位の前記シフトから生じる、前記中間回路（２）の前記電圧中間点（５）と接地（１７）との間の接地電圧の電圧変化が検出され、前記絶縁抵抗（Ｒｉｓｏ）と、合計が前記合計絶縁抵抗であるＩＴネットワークの絶縁抵抗（Ｒｉｓｏ＿ＡＣ）が、
ＩＴネットワークの絶縁抵抗／合計絶縁抵抗＝電圧変化／電位シフト
の関係から決定され、
好ましくは、電圧変化および電位シフトのＲＭＳ値、または前記ＤＣ電圧源の前記中間点電位がシフトするのと同じ時間周期（Ｔ）にわたる前記電圧変化および前記電位シフトの瞬時値の積分が、前記電圧変化および前記電位シフトとして使用されることを特徴とする、請求項４または５に記載の方法。

【請求項7】

ＩＴネットワーク（３１）内の前記中間回路（２）の場合、前記電位シフト、および前記ＤＣ電圧源（７）の前記中間点電位の前記シフトから生じる前記中間回路（２）の前記電圧中間点（５）と接地（１７）間の接地電圧の電圧変化が、既知の抵抗率の基準抵抗器（Ｒｓ）がＩＴネットワークの絶縁抵抗器（Ｒｉｓｏ＿ＡＣ）に並列接続されているときに１回と、前記基準抵抗器（Ｒｓ）が前記ＩＴネットワークの絶縁抵抗器（Ｒｉｓｏ＿ＡＣ）に並列接続されていないときに１回、それぞれ２回測定されることを特徴とする、請求項４または５に記載の方法。

【請求項8】

前記分割された中間回路（２）の前記２つの部分（３、４）にわたって降下する２つの部分電圧間の差が、前記２つの電圧コンバータ（１１、１２）の異なる動作中であっても能動的に補償され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】

インバータ（１４）が入力側で前記中間回路（２）に接続され、前記インバータ（１４）は、好ましくは、出力側でＡＣネットワーク（１６）に接続されることを特徴とする、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記中間点電位は、前記中間回路（２）の電圧中間点（５）に対して、前記インバータ（１４）から出力されるＡＣ電流の周期長の少なくとも１０倍、好ましくは少なくとも１００倍の長さの周期長で周期的にシフトされることを特徴とする、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記絶縁抵抗（Ｒｉｓｏ）は、前記インバータ（１４）の主電源並列動作中に検出されることを特徴とする、請求項９または１０に記載の方法。

【請求項12】

前記インバータ（１４）が出力側で接続される前記ＡＣネットワーク（１６）が、前記インバータ（１４）によって提供されることを特徴とする、請求項９～１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項13】

前記インバータ（１４）を介した前記ＤＣ電圧源（７）からのエネルギーの流れの方向が逆転されることを特徴とする、請求項９～１２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項14】

請求項１～１３のいずれか一項に記載の方法を実行するための装置（１）であって、
２つの部分（３、４）と、前記２つの部分（３、４）間の電圧中間点（５）を有する分割された中間回路（２）と、
ＤＣ電圧源（７）の２つの極（９、１０）用の２つの入力端子（２１、２２）と、
それぞれ入力側が２つの入力端子（２１、２２）のうちの１つに接続され、出力側が前記中間回路（２）の前記２つの部分（３、４）のうちの１つに接続されている２つの電圧コンバータ（１１、１２）と、
２つの電圧コンバータ（１１、１２）用の制御装置（３４）と、
前記ＤＣ電圧源（７）から前記中間回路（２）を横切って流れる電流を伝送するすべてのライン（２５、２６；２８、２９）にわたって残留電流を検出するための残留電流検出装置と、
を備える装置（１）において、
前記制御装置（３４）は、絶縁抵抗測定モードにおいて、前記入力端子（２１、２２）に接続されたＤＣ電圧源（７）の中間点電位を、前記２つの電圧コンバータ（１１、１２）の異なる動作によって、前記中間回路の前記電圧中間点（５）に対してシフトさせるように設計されており、前記残留電流検出装置は、前記ＤＣ電圧源（７）の前記中間点電位の前記シフトに起因する前記残留電流の変化（Ｉ＿ｄｅｌｔａ）を検出するように設計されていることを特徴とする、装置（１）。

【請求項15】

前記残留電流検出装置は、前記入力端子（２１、２２）と前記中間回路（２）との間のすべてのライン（２５、２６）、および／または前記中間回路のすべての出力ライン、および／または入力側で前記中間回路（２）に接続されている前記装置（１）のインバータ（１４）のすべての出力ライン（２８、２９）にわたる差動電流を検出するように設計および接続されており、差動電流検出装置は、好ましくは、加算変流器（２７）を有することを特徴とする、請求項１４に記載の装置（１）。

【請求項16】

第１の電圧測定装置（１９、２０）が、前記入力端子（２１、２２）の両方と前記中間回路（２）の前記電圧中間点（５）との間の電圧を測定するように設計され接続されていることを特徴とする、請求項１４または１５に記載の装置（１）。

【請求項17】

前記装置（１）の中間回路バランサ（１３）が、前記分割された中間回路（２）の前記２つの部分（３，４）にわたって降下する２つの部分電圧間の差を均等化するように設計および接続されていることを特徴とする、請求項１４～１６のいずれか一項に記載の装置（１）。

【請求項18】

前記中間回路の前記電圧中間点（５）は、接地されていることを特徴とする、請求項１４～１７のいずれか一項に記載の装置（１）。

【請求項19】

第２の電圧測定装置（３０）が、前記中間回路（２）の前記電圧中間点（５）と接地（１７）との間の接地電圧を測定するように設計および接続されていることを特徴とする、請求項１４～１７のいずれか一項に記載の装置（１）。

【請求項20】

スイッチ（３２）と抵抗率が既知の基準抵抗器（Ｒｓ）が、前記装置（１）の電圧伝送出力ライン（２８）のうちの１つと接地端子との間に直列に接続されていることを特徴とする、請求項１９に記載の装置（１）。

【請求項21】

前記装置（１）のインバータ（１４）が入力側で前記中間回路（２）に接続されていることを特徴とする、請求項１４～１９のいずれか一項に記載の装置（１）。

【請求項22】

前記インバータ（１４）は、出力側に接続されたＡＣネットワーク（１６）を提供するように設計されていることを特徴とする、請求項２１に記載の装置（１）。

【請求項23】

前記インバータ（１７）は、双方向電力コンバータであることを特徴とする、請求項２１または２２に記載の装置（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、分割された中間回路に接続されたＤＣ電圧源の絶縁抵抗を測定する方法、およびそのような方法を実行する装置に関する。より正確には、本発明は、独立請求項１の前文の構成を有する方法、および独立請求項１４の前文の構成を有する装置に関する。

【0002】

中間回路は、特に、インバータを介してＤＣ電圧源がＡＣネットワークに接続されるインバータの入力における中間回路とすることができる。ＤＣ電圧源には、双方向インバータを介してＡＣネットワークに接続された電池を使用できる。電流は、電池からＡＣネットワークに流れることができ、そして電流は、双方向インバータを介してＡＣネットワークから電池に流れることもできる。ＤＣ電圧源は、ＡＣネットワークに一方向に電流を供給する太陽光発電機とすることもできる。

【0003】

各ＤＣ電圧源がネットワークに接続されている場合、機能と安全性を監視するために、ＤＣ電圧源の絶縁抵抗を定期的に測定することが重要である。特に興味深いのは、主電源の並列動作で、つまり、ＤＣ電圧源と電力ネットワークの間の電流の流れを必要以上に中断することなく、この測定を可能にする方法である。これは、インバータを介してＤＣ電圧源をＡＣネットワークに接続するインバータがＡＣネットワークのグリッド形成装置として提供される場合に特に当てはまる。

【背景技術】

【0004】

インバータの絶縁抵抗を測定する方法、および絶縁抵抗を測定するための装置を備えたインバータは、ＤＥ １０ ２０１２ １０４ ７５２ Ｂ３から知られている。この方法および装置では、インバータのハーフブリッジのスイッチング素子間に位置する中間点が、接地スイッチを閉じることによって接地点に接続される。接地点に接続された中間点は、ハーフブリッジのスイッチング素子によって、ハーフブリッジに印加されるインバータの中間回路電圧の２つの非接地極に連続的に接続され、電流はこの接続を通って接地点に流れる電流が測定される。既知のインバータの既知の方法および装置は、インバータのハーフブリッジのスイッチング素子を、主電源並列動作においてその用途から逸脱した方法で利用しているため、インバータの主電源並列動作における絶縁抵抗の測定には適していない。

【0005】

ＤＥ １０ ２０１８ １２６ ２３５ ２３５ Ａ１から、ＤＣ電圧中間回路と、ブリッジ中間点にわたって交流を駆動するためにＤＣ電圧中間回路に接続されたブリッジ回路とを有する、インバータにおける絶縁抵抗測定が知られている。ブリッジ中間点は接地点に接続され、接地点に接続されたブリッジ中間点は、ブリッジ回路を介して非接地直流電圧中間回路の２つの電圧差点に順次接続される。この場合、２つの電圧差点から接地点に流れる電流が測定される。非接地ＤＣ電圧中間回路の２つの電圧差点は、２つの電圧差点と接地との間に印加される電圧が所定の制限値を超えないように点のグループから選択される。この選択が行われる点のグループは、２つの端点に加えて、非接地ＤＣ電圧中間回路の少なくとも１つの中間電圧点を含む。このようにして、直流電圧中間回路が、インバータのブリッジ回路のスイッチング素子の、特に測定回路のハードウェアコンポーネントの公称電圧定格を大幅に超える中間回路電圧に充電された場合でも、信頼性の高い絶縁抵抗測定が可能になる。しかしながら、インバータの動作中、特に主電源並列動作では、この既知の絶縁抵抗測定さえも不可能である。

【0006】

本発明に最も近いＷＯ２０１４／０７９７７５Ａ１から、所定の接地基準を有するＡＣ電圧出力でＡＣ電流を出力する、動作中のトランスレスインバータと、接地を基準としたＤＣ電圧入力に接続されたＤＣ電圧源との、ＤＣ電圧入力の絶縁抵抗を測定するための方法が知られている。既知の方法では、インバータが動作しているときに、ＤＣ電圧入力における電圧に変調されるように、ＡＣ電流の周波数よりも低い周波数を有する周期的な試験電圧信号が、ＡＣ電圧出力の所定の接地基準に対して生成される。試験電圧信号によって生じる接地電流が検出される。周期的な試験電圧信号は、インバータのＡＣ電圧出力とその接地基準の間の別の電圧源によって、またはその交流電圧出力の接地基準に対してインバータ自体によって生成される。後者の場合、試験電圧信号は、インバータのインバータブリッジ用の制御信号を変更することによって生成される。いずれの場合も、試験電圧信号の周波数は、動作中のインバータがＡＣ出力で出力するＡＣ電流の周波数よりも少なくとも５倍、多くの場合１０倍低い。試験電圧信号によって生じる接地電流は、ＡＣ電圧出力にわたる合計電流の一部としてインバータのＡＣ電圧出力で検出される。合計電流は、加算変流器を使用することによって、または個々のラインを流れる電流を測定して、これらの電流を加算することによって検出される。絶縁抵抗は、接地に対するＤＣ電圧入力に印加される総電圧をさらに測定することにより、試験電圧信号と合計電流から決定できる。この既知の方法は、原理的には主電源並列動作で実行できるが、それでもインバータの動作に直接介入するため、少なくともグリッドがインバータと同時に形成される場合には破壊的である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の目的は、分割された中間回路に接続されたＤＣ電圧源の絶縁抵抗を測定する方法、および入力側の中間回路に接続されたインバータを、その出力に接続されたＡＣネットワークの中断のないグリッド形成に使用できる範囲で干渉することなくＤＣ電圧源から電流が流れることを可能にする、この方法を実行するための装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の目的は、独立請求項１の構成を有する方法、および独立請求項１４の前文の構成を有する方法を実行するための装置によって達成される。本発明に係る方法および本発明に係る装置の有利な実施形態は、従属請求項で定義される。

【0009】

分割された中間回路に接続されたＤＣ電圧源の絶縁抵抗を測定するための本発明に係る方法では、ＤＣ電圧源の中間点電位は、２つの電圧コンバータの異なる動作によって、その２つの部分間の分割された中間回路の電圧中間点に対してシフトされ、２つの電圧コンバータを介してＤＣ電圧源が分割された中間回路の２つの部分の１つにそれぞれ接続される。中間点電位のシフトに起因する残留電流の変化は、ＤＣ電圧源から中間回路を流れる電流を伝送するすべてのラインにわたって検出される。

【0010】

中間点電位では、ＤＣ電圧源の１つおきの電位も中間回路の電圧中間点に対してシフトし、したがって接地に対してもシフトする。中間回路の固定接地基準は、接地に対する電位のシフトに影響を与えるが、中間回路の固定接地基準は、このシフトが発生するための必要条件では全くない。一方、本発明に係る方法を実行する場合、ＤＣ電圧源の２つの極は、直接の接地基準を持たなくてもよい。

【0011】

特に、ＤＣ電圧源がそれぞれ分割された中間回路の２つの部分のうちの１つに接続される、２つの電圧コンバータを備えたトポロジがすでに存在する場合、本発明に係る方法は、設備に費用をほとんどまたはまったくかけずに実行することができる。

【0012】

更なる手段がなければ、本発明に係る方法は、分割された中間回路の２つの部分の充電において非対称性をもたらす可能性がある。しかしながら、この非対称性は、入力側の中間回路に接続されるインバータのグリッド形成機能を一般的に問題にするものではない。さらに、本発明に係る方法にとって、分割された中間回路の２つの部分が異なるように充電されることは重要ではない。むしろ、中間回路は、本発明に係る方法の実行中に継続的にバランスを取ることもできる。この目的のために、分割された中間回路の２つの部分にわたって降下する部分電圧間の差異は、２つの電圧コンバータの異なる動作中であっても、アクティブに継続的に補償することができる。

【0013】

２つの電圧コンバータの異なる動作に起因する中間回路の電圧中間点に対する中間点電位の電位シフトは、電圧中間点の接地基準が固定されている場合、接地に対して同様に大きな電位シフトを伴う。電位シフトは、絶縁抵抗を介した残留電流の変化に関連付けられた電圧差に直接対応するため、その検出が可能になる。しかしながら、固定接地基準がなくても、接地に対する中間点電位の電位シフトは、中間回路の電圧中間点に対する電位シフトに関連する。

【0014】

結果として生じる残留電流の変化は、ＤＣ電圧源から中間回路を流れる電流を伝送するすべてのラインにわたる様々な点で検出できる。ここで、「すべてのライン」とは、ＤＣ電圧源から中間回路を流れる電流を伝送するラインの完全なセットを意味する。特に、これらは、ＤＣ電圧源自体のすべての出力ライン、中間回路のすべての出力ライン、または入力側で中間回路に接続されたインバータのすべての出力ライン、またはさらには中間点またはそれに続く点におけるすべてのラインとすることができる。

【0015】

中間回路の電圧中間点に対するＤＣ電圧源の中間点電位の電圧を検出するために、電圧源の２つの極と電圧中間点の間の電圧が測定できる。２つの電圧の値の差の半分が、中間回路の中間電位と電圧中間点の間の電圧である。本発明に係る方法の実行においては、２つの電圧コンバータの異なる動作から生じる中間点電位の電位シフトが重要である。これは、２つの電圧の値の差の半分の変化として検出できる。

【0016】

中間回路の固定接地基準、したがって特に中間回路の接地電圧中間点の場合、絶縁抵抗は、電位シフトと、その結果生じる残留電流の変化との商として計算できる。一方、固定接地基準のないＩＴネットワークの中間回路の場合、後で詳しく説明するように、電位シフトと、その結果として生じる残留電流の変化との商によって、合計絶縁抵抗が得られる。

【0017】

絶縁抵抗のリアクタンス成分の影響を排除するために、絶縁抵抗または合計絶縁抵抗は、ＤＣ電圧源の中間点電位がシフトする時間周期にわたる電位シフトの瞬時値の二乗の積分と、同じ時間周期にわたる電位シフトの瞬時値および結果として生じる残留電流の変化の瞬時値の積の積分との商として計算することもできる。これは、絶縁抵抗Ｒｉｓｏ、電位シフトの瞬時値ｕ（ｔ）、結果として生じる残留電流の変化の瞬時値ｉ（ｔ）、および時間周期Ｔを含む式：

に対応する。ここで、

である。言葉による説明とは対照的に、相殺する係数１／Ｔに、ＤＣ電圧源の中間点電位がシフトする周期の期間Ｔが追加されている。したがって、Ｕは、電位シフトのＲＭＳ値に対応し、Ｐは、電位シフトから生じる接地電流の実効電力に対応する。

【0018】

あるいはまた、絶縁抵抗または合計絶縁抵抗は、電位シフトの瞬時値と、ＤＣ電圧源の中間点電位がシフトする周期にわたる結果として生じる残留電流の変化の瞬時値との積の積分と、同じ周期にわたる結果として生じる残留電流の変化の瞬時値の２乗の積分との商として計算することができる。数式に直すと、これは、

に相当し、ここで、

である。したがって、ここで、Ｉは、結果として生じる残留電流の変化のＲＭＳ値である。

【0019】

ＩＴネットワークの中間回路では、ＤＣ電圧源の中間点電位のシフトから生じる、中間回路の電圧中間点と接地間の接地電圧の電圧変化を、さらに検出でき、この目的のために、この接地電圧が、中間点電位のシフト前およびシフト中に測定される。絶縁抵抗とＩＴネットワークの絶縁抵抗（その合計が合計絶縁抵抗）は、次の関係：
ＩＴネットワークの絶縁抵抗／合計絶縁抵抗＝電圧変化／電位シフト
から決定できる。

【0020】

ここでも、電圧変化または電位シフトのＲＭＳ値、またはＤＣ電圧源の中間点電位がシフトするのと同じ周期にわたる電圧変化および電位シフトの瞬時値の対応する積分値が、好ましくは、電圧変化および電位シフトとして使用される。

【0021】

ＩＴネットワークの中間回路の場合、電位シフト、およびＤＣ電圧源の中間点電位のシフトから生じる中間回路の電圧中間点と接地間の接地電圧の電圧変化がまた、それぞれ２回、つまり、既知の抵抗率の基準抵抗器がＩＴネットワークの絶縁抵抗器に並列接続されているときに１回と、基準抵抗器がＩＴネットワークの絶縁抵抗器に並列接続されていないときに１回、測定され得る。ＩＴネットワークの絶縁抵抗と特に重要な絶縁抵抗は、基準抵抗の既知の値を使用して合計絶縁抵抗から決定できる。

【0022】

本発明に係る方法では、絶縁抵抗を検出するための中間点電位を中間回路の電圧中間点に対して一定値だけシフトさせることができる。しかしながら、中間点電位は、周期的に、特に正弦波的にシフトすることもできる。インバータが入力側で中間回路に接続されている場合、中間点電位は、インバータから出力されるＡＣ電流の周期長の少なくとも１０倍、好ましくは少なくとも１００倍の長さの周期長で周期的にシフトされることが好ましい。これにより、インバータの動作に対する本発明に係る方法の補償不可能な影響と同様に、絶縁抵抗の決定に対する交流電流の影響が回避される。

【0023】

絶縁抵抗は、本発明に係る方法を用いて、主電源並列動作において、特に交流電流をＡＣネットワークに出力するインバータの主電源並列動作において検出できることは既に述べた。これにより、インバータが出力側に接続されるＡＣネットワークをインバータによって提供することができる。ＡＣ電圧源からインバータを介したエネルギーの流れの方向を逆転することも同様に可能である。このような逆のエネルギーの流れの方向であっても、本発明に係る方法は実行可能である。

【0024】

本発明に係る方法を実行するための本発明に係る装置は、２つの部分と、２つの部分間の電圧中間点を有する分割された中間回路と、ＤＣ電圧源の２つの極用の２つの入力端子と、それぞれ入力側が２つの入力端子のうちの１つに接続され、出力側が中間回路の２つの部分のうちの１つに接続されている２つの電圧コンバータと、２つの電圧コンバータ用の制御装置と、ＤＣ電圧源から中間回路を横切って流れる電流を伝送するすべてのラインにわたって残留電流を検出するための残留電流検出装置と、を備え、制御装置は、絶縁抵抗測定モードにおいて、入力端子に接続されたＤＣ電圧源の中間点電位を、２つの電圧コンバータの異なる動作によって、中間回路の電圧中間点に対してシフトさせるように設計されており、残留電流検出装置は、ＤＣ電圧源の中間点電位のシフトに起因する残留電流の変化を検出するように設計されている。複数のＤＣ電圧源を、それぞれ２つの別個の電圧コンバータを介して分割された中間回路の２つの部分に接続することもできる。次に、これらのＤＣ電圧源のそれぞれについて、本発明に係る方法を本発明に係る装置を用いて個別に実行することができる。

【0025】

残留電流検出装置は、入力端子と中間回路の間のすべてのライン、および／または中間回路のすべての出力ライン、および／または入力側で中間回路に接続されたインバータのすべての出力ラインにわたる残留電流を検出するように設計および接続することができる。残留電流検出装置は、加算変流器を有することができる。あるいはまた、残留電流検出装置は、個々のラインを流れる個々の電流を検出し合計することができる。

【0026】

電圧測定装置は、２つの入力端子と中間回路の電圧中間点の間の電圧を測定するように設計および接続できる。

【0027】

装置の中間回路バランサは、分割された中間回路の２つの部分にわたって降下する２つの部分電圧間の差を均等化するように設計および接続することができる。

【0028】

中間回路の固定接地基準を提供するために、中間回路の電圧中間点を接地することができる。

【0029】

中間回路の固定接地基準がない場合、中間回路の電圧中間点と接地との間の接地電圧を測定するように第２の電圧測定装置を設計および接続することができる。さらに、電圧伝送出力ラインの１つ、特に入力側の中間回路に接続されたインバータの電圧伝送出力ラインと接地端子の間に、スイッチと抵抗率が既知の基準抵抗を直列に接続することができる。

【0030】

装置のインバータは、入力側で中間回路に接続することができる。このインバータは、出力側で接続されたＡＣネットワークを提供するように設計できる。中間回路の入力側に接続されたインバータは、双方向電力コンバータにすることもできる。これにより、電池をＡＣネットワークに接続するように装置を設計ことができる。

【0031】

本発明の有利な展開は、特許請求の範囲、説明、および図面から得られる。

【0032】

説明で述べた構成の利点およびいくつかの構成の組み合わせは、単なる例示であり、本発明に係る実施形態によって必ずしも達成される利点がなくても、代替的または累積的に効果を発揮することができる。

【0033】

原出願書類および特許の開示内容（保護の範囲ではない）に関しては、以下が適用される：追加の構成は、図面、特に図示された幾何学的形状、いくつかの構成要素の互いに対する相対的な寸法、ならびにそれらの相対的な配置および操作上の接続に見出すことができる。本発明の異なる実施形態の構成または異なる請求項の構成の組み合わせも、請求項の選択された後方参照から逸脱して可能であり、これにより推奨される。これは、別個の図面に示されている、またはその説明で言及されている構成にも当てはまる。これらの構成は、異なる請求項の構成と組み合わせることもできる。同様に、特許請求の範囲に列挙された構成は、本発明の他の実施形態では省略することができるが、これは付与された特許の独立請求項には適用されない。

【0034】

特許請求の範囲および説明で言及される構成は、副詞「少なくとも」の明示的な使用を必要とせずに、正確にこの数または言及される数よりも大きい数が存在するように、その数に関して理解されるべきである。例えば、ＤＣ電圧源が主題である場合、正確に１つのＤＣ電圧源、２つのＤＣ電圧源、またはそれ以上のＤＣ電圧源が存在することが理解されるべきである。特許請求の範囲に引用された構成は、追加の構成によって補足することもできるし、それぞれの方法またはそれぞれの装置に含まれる唯一の構成とすることもできる。

【0035】

特許請求の範囲に含まれる符号は、特許請求の範囲によって保護される主題の範囲を限定するものではない。それらは単に特許請求の範囲を理解しやすくするという目的を果たすだけである。

【図面の簡単な説明】

【0036】

本発明は、図に示される好ましい例示的な実施形態を参照して以下にさらに説明され記載される。

【0037】

【図1】図１は、接地された中性線を用いて外部ＡＣネットワークに接続された、インバータを備える本発明に係る装置を示す。

【図2】図２は、ＩＴネットワークに接続された、インバータを備える本発明に係る装置を示す。

【図3】図３は、本発明に係る方法を説明するための、図２に係る装置の第１の等価回路図である。

【図4】図４は、図３の詳細を示しており、接地につながる装置のスイッチが開いている。

【図5】図５は、スイッチが閉じた状態の図４の詳細を示す。

【発明を実施するための形態】

【0038】

図１に示される装置１には、２つの部分３および４と電圧中間点５を備えた分割された中間回路２がある。中間回路２の２つの部分３および４はそれぞれ、好ましくは等しい静電容量を有し、それはそれぞれ少なくとも１つのコンデンサ６によって提供される。ＤＣ電圧源７は、中間回路２に接続されており、この場合中間回路２は電池８である。具体的には、ＤＣ電圧源７の２つの異なる名前の極９および１０のそれぞれは、それぞれ電圧コンバータ１１および１２を介して中間回路２の２つの部分３および４のうちの１つに接続される。この場合、電圧コンバータ１１および１２はそれぞれ、電圧中間点５にも接続される。さらに、中間回路バランサ１３が中間回路２に設けられており、これにより、部分３および４の均等な充電が継続的に確保され、したがって中間回路２の部分３および部分４の両端間の電圧が均等になる。インバータ１４は、中間回路２の入力側に接続されている。出力側では、インバータ１４は、主電源スイッチ１５を介してＡＣネットワーク１６に接続される。ここで、電圧中間点５は、ＡＣネットワーク１６の中性線Ｎを介して接地１７に接続されている。接地１７に対するＤＣ電圧源７の絶縁抵抗Ｒｉｓｏを計算するために、装置１の制御装置３４の絶縁抵抗測定モードにおいて、ＤＣ電圧源７の電位中間点１８の中間点電位は、２つの電圧コンバータ１１および１２の異なる動作によって、中間回路２の電圧中間点５に対して、したがって接地１７に対してシフトされる。この電位シフトＵ＿ｄｅｌｔａに関連する、ＤＣ電圧源７から中間回路２を流れる電流を伝送する全ラインにわたる残留電流の変化Ｉ＿ｄｅｌｔａが検出される。その結果、絶縁抵抗Ｒｉｓｏは、Ｕ＿ｄｅｌｔａとＩ＿ｄｅｌｔａとの商になる。図２および以下の図における絶縁抵抗Ｒｉｓｏは、一例としてＤＣ電圧源７の電位中間点１８で描かれているが、絶縁欠陥およびその結果生じる有限の絶縁抵抗Ｒｉｓｏを介した接地への故障電流が、ＤＣ電圧源７の２つの極９と１０の間の任意の点で発生する可能性がある。本発明を使用すると、その発生場所とは無関係に、絶縁欠陥またはその結果生じる故障電流が検知される。制御装置３４の絶縁抵抗測定モードにおけるＤＣ電圧源７のすべての点の電位は、中間回路２の電圧中間点５に対して、したがって接地１７に対して同じ程度にシフトするので、実際の空間場所は、決定された絶縁抵抗Ｒｉｓｏには影響しない。特に、絶縁欠陥は、ＤＣ電圧源７のいくつかの異なる位置で発生する可能性があるか、または絶縁欠陥は、ＤＣ電圧源７の領域全体にわたって空間的に分布する可能性がある。しかしながら、両方とも、空間的に集中した等価絶縁抵抗Ｒｉｓｏによって説明することができ、図に示されるように、これはＤＣ電圧源の電位中間点１８にあると仮定することができる。したがって、本発明は、ＤＣ電圧源の電位中間点１８の位置における絶縁抵抗Ｒｉｓｏの測定に決して限定されない。

【0039】

電位シフトＵ＿ｄｅｌｔａを決定するために、２つの電圧計１９および２０の形態の電圧測定装置を使用して、ＤＣ電圧源の極９および１０が接続されている装置１の入力端子２１および２２と電圧中間点５との間の電圧を測定する。そして、２つの電圧コンバータ１１および１２の異なる動作から生じる電位シフトＵ＿ｄｅｌｔａは、２つの測定された電圧の値の差の半分の変化として生じる。残留電流、または電位シフトＵ＿ｄｅｌｔａから生じる残留電流の変化を決定するための２つの可能性が図１に示されている。まず、入力端子２１、２２と、中間回路２の部分３、４につながる電圧コンバータ１１、１２との間のライン２５、２６を通る電流を測定する電流計２３、２４が設けられる。残留電流は、これらの電流の合計、またはこれらの電流値の差のゼロからの偏差である。さらに、図１は、インバータ１４がＡＣネットワーク１６に接続されるインバータ１４のすべての出力ライン２８および２９にわたる電流の合計を検出する加算変流器２７を示す。加算変流器２７は、電位シフトＵ＿ｄｅｌｔａから生じる変化Ｉ＿ｄｅｌｔａを有する残留電流を直接出力する。

【0040】

好ましくは、絶縁抵抗Ｒｉｓｏは、Ｕ＿ｄｅｌｔａのＲＭＳ値の２乗と、絶縁抵抗Ｒｉｓｏを流れる電流Ｉ＿ｄｅｌｔａの有効電力との商、またはこの有効電力と、電流Ｉ＿ｄｅｌｔａのＲＭＳ値の２乗との商から次のように決定される。ここで、インバータ１４が出力する交流電流の周期長の倍数の時間周期Ｔを基準とし、ｕ（ｔ）およびｉ（ｔ）は、Ｕ＿ｄｅｌｔａおよびＩ＿ｄｅｌｔａの瞬時値である。

【0041】

電位シフトＵ＿ｄｅｌｔａは固定値になる必要はなく、低周波数の正弦波形を有することもできる。この正弦波形の周期長は、インバータ１４が出力する交流電流の周期長よりも倍数分長いことが好ましい。

【0042】

電位シフトＵ＿ｄｅｌｔａを誘発するための電圧コンバータ１１および１２の異なる動作は、原則として、その２つの部分３および４にわたる中間回路２の非対称充電を引き起こすことになる。しかしながら、これは、インバータ１４の動作が、電位シフトＵ＿ｄｅｌｔａを誘発しながら絶縁抵抗Ｒｉｓｏの測定によって影響されないように、中間回路バランサ１３によって防止することができる。特に、インバータ１４によるＡＣネットワーク１６の中断のない提供を含めて、インバータ１４の中断のない主電源並列動作が可能である。

【0043】

図１に係る装置では、主電源スイッチ１５が閉じているとき、中間回路２は、中間回路２の電圧中間点５が接地されている点で、固定接地基準を有する。これにより、接地に対して電位シフトＵ＿ｄｅｌｔａが発生する。図２に示されるように、接地基準のないＩＴネットワーク内の中間回路２では、電位シフトＵ＿ｄｅｌｔａによって、接地１７に対する電圧中間点５の電位もシフトする。このシフトは、図２に従って、中間回路２の電圧中間点５と接地１７との間の接地電圧を電圧計３０で測定することによって検出される。それ以外の点では、図２に係る装置１は、ＩＴネットワーク３１に、すなわち、固定接地基準を持たないＡＣネットワーク１６に接続するために設けられているが、既知の抵抗率の基準抵抗器Ｒｓと、インバータ１４の電圧伝送出力ライン２８の１つと接地１７との間のスイッチ３２との直列接続を有する点で異なる。図２に示されるさらなる電圧計３３は、任意選択である。

【0044】

図２に係る装置１では、電位シフトＵ＿ｄｅｔｌａは、電圧計１９および２０で測定された電圧値の半分の差からも生じる。スイッチ３２が開いているとき、Ｕ＿ｄｅｌｔａの商と、電流計２３および２４または残留変流器２７で検出される残留電流の結果としての変化は、この場合、絶縁抵抗ＲｉｓｏとＩＴ主電源絶縁抵抗Ｒｉｓｏ＿ＡＣとの絶縁抵抗の合計に相当し、これによりこの商は、実効値または有効電力を使用して上記のように決定できる。これは、中間回路２、制御装置３５を備えた電圧コンバータ１１および１２、中間回路バランサ１３、および装置１の電圧計１９および２０がユニット３５内に組み合わされており、インバータ１４が時間の経過とともに平均的に短絡しているとみなされる、図３から理解することができる。ここで想定される２２０Ｖの電位シフトＵ＿ｄｅｌｔａは、ここで想定される１００ｋΩの絶縁抵抗Ｒｉｓｏと、ここで想定される３００ｋΩの主電源絶縁抵抗Ｒｉｓｏ＿ＡＣの値に応じて、絶縁抵抗ＲｉｓｏとＩＴ主電源絶縁抵抗Ｒｉｓｏ＿ＡＣの両端において５５Ｖと１６５Ｖの示された割合で降下する。

【0045】

図４に係る図から分かるように、スイッチ３２が開いているときに電圧計３０で接地電圧を測定することによって、ＩＴ主電源絶縁抵抗Ｒｉｓｏ＿ＡＣの両端の電圧降下を測定することができ、したがって絶縁抵抗Ｒｉｓｏを合計絶縁抵抗から決定することもできる。接地されたシステムでは、主電源絶縁抵抗は、存在しないか、または換言すれば、Ｒｉｓｏ＿ＡＣは非常に小さいため、その両端の電圧降下はごくわずかである。したがって、ここでの合計絶縁抵抗は、ＤＣ電圧源の絶縁抵抗Ｒｉｓｏと本質的に等しい。逆に、ＩＴ主電源絶縁抵抗Ｒｉｓｏ＿ＡＣが非常に高く、Ｒｉｓｏ＿ＡＣ両端の電圧降下がそれに応じて大きい場合、電圧計３０で測定される接地電圧のみに基づくＲｉｓｏの正確な決定は不正確になる可能性がある。この場合、図５に示されるようにスイッチ３２を閉じることができ、それにより既知の抵抗率の基準抵抗Ｒｓ、この場合は２００ｋΩが主電源絶縁抵抗Ｒｉｓｏ＿ＡＣと並列に接続される。これによって、Ｒｉｓｏの両端の電圧降下は、ここで１００Ｖに増加し、それに応じて合計絶縁抵抗内の絶縁抵抗の部分も増加する。したがって、既知の基準抵抗Ｒｓを使用することによって、ＩＴシステム３１の厳格な接地なしで、高い主電源絶縁抵抗Ｒｉｓｏ＿ＡＣを有するＩＴネットワーク３１であっても、ＤＣ電圧源７の絶縁抵抗Ｒｉｓｏを決定することができる。

【符号の説明】

【0046】

１ 装置
２ 中間回路
３ 中間回路２の一部
４ 中間回路２の一部
５ 中間回路２の電圧中間点
６ コンデンサ
７ ＤＣ電圧源
８ 電池
９ ＤＣ電圧源７の極
１０ ＤＣ電圧源７の極
１１ 電圧コンバータ
１２ 電圧コンバータ
１３ 中間回路バランサ
１４ インバータ
１５ 主電源スイッチ
１６ ＡＣネットワーク
１７ 接地
１８ 電位中間点
１９ 電圧計
２０ 電圧計
２１ 入力端子
２２ 入力端子
２３ 電流計
２４ 電流計
２５ ライン
２６ ライン
２７ 加算変流器
２８ 出力ライン
２９ 出力ライン
３０ 電圧計
３１ ＩＴネットワーク
３２ スイッチ
３３ 電圧計
３４ 制御装置
３５ ユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】