特表 2024-507987 インバータを動作させる方法およびインバータ

(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】2024-02-21

(54)【発明の名称】インバータを動作させる方法およびインバータ

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20240214BHJP

   H02J 3/12 20060101ALI20240214BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20240214BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 R

H02M7/48 E

H02J3/12

H02J3/38 110

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023552184

(86)(22)【出願日】2022-03-03

(85)【翻訳文提出日】2023-10-27

(86)【国際出願番号】 EP2022055383

(87)【国際公開番号】W WO2022184819

(87)【国際公開日】2022-09-09

(31)【優先権主張番号】102021105119.3

(32)【優先日】2021-03-03

(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】シューリヒ，ジモン

(72)【発明者】

【氏名】アンル，アレクサンダー

【テーマコード（参考）】

5G066

5H770

【Ｆターム（参考）】

5G066DA06

5G066HA13

5G066HB04

5H770BA11

5H770CA05

5H770DA01

5H770EA27

5H770HA02Y

5H770HA03Y

(57)【要約】

本出願は、ＡＣ接続部（１４）、ＤＣ接続部（１８）、およびＡＣ接続部（１４）とＤＣ接続部（１８）の間に配置されたインバータブリッジ（１６）を有するインバータ（１０）を動作させる方法を説明する。
本方法は、
Ｓ１） ＡＣ接続部（１４）でＡＣ送電網（１２）にインバータ（１０）を介して電力が供給され、ＡＣ送電網（１２）の電圧が、インバータ（１０）の調整によって制御される、第１の動作モードで、インバータ（１０）を動作させるステップと、
Ｓ２） 定義可能な電流制限値を超える、ＡＣ接続部（１４）での電流（Ｉ_ＩＮＶ）の増加が認識された場合、
仮想インピーダンス（Ｚ_ＶＩ（ｓ））によってＡＣ接続部（１４）での電流（Ｉ_ＩＮＶ）を制限するように調整が行われる、第２の動作モードに変更し、第２の動作モードでインバータ（１０）を動作させる、ステップと、
Ｓ３） 第２の動作モードでは、
Ｓ３．１） 定義可能な閾値（ＳＷ）を超える、ＡＣ接続部（１４）での電圧（Ｖ_ｐｃｃ）の増加が認識された場合、
第１の動作モードに変更し、第１の動作モードでインバータを動作させる、ステップと、
Ｓ４） 第１の動作モードでは、
Ｓ４．１） 定義可能な第１の期間を超える期間中に、定義可能な電流制限値を超える、ＡＣ接続部（１４）での電流（Ｉ_ＩＮＶ）の増加が認識された場合、
調整を適用した第２の動作モードに変更し、インバータ（１０）を第２の動作モードで動作させ、閾値（ＳＷ）を上げる、ステップと、
を含む。
本出願はさらに、インバータについて説明する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＡＣ接続部（１４）、ＤＣ接続部（１８）、およびＡＣ接続部（１４）とＤＣ接続部（１８）の間に配置されたインバータブリッジ（１６）を有するインバータ（１０）を動作させるための方法であって、
Ｓ１） ＡＣ送電網（１２）に前記インバータ（１０）を介してＡＣ接続部（１４）で電力が供給され、前記ＡＣ送電網（１２）の電圧が、前記インバータ（１０）の調整によって制御される、第１の動作モードで、インバータ（１０）を動作させるステップと、
Ｓ２） 事前定義可能な電流制限値を超える、前記ＡＣ接続部（１４）での電流（Ｉ_ＩＮＶ）の増加が検出された場合、仮想インピーダンス（Ｚ_ＶＩ（ｓ））によって前記ＡＣ接続部（１４）での前記電流（Ｉ_ＩＮＶ）を制限するように調整が行われる、第２の動作モードに変更し、前記第２の動作モードで前記インバータ（１０）を動作させる、ステップと、
Ｓ３） 前記第２の動作モードでは、
Ｓ３．１） 事前定義可能な閾値（ＳＷ）を超える、前記ＡＣ接続部（１４）での電圧の増加が検出された場合、前記第１の動作モードに変更し、前記第１の動作モードで前記インバータを動作させる、ステップと、
Ｓ４） 前記第１の動作モードでは、
Ｓ４．１） 事前定義可能な第１の期間を超える期間中に、事前定義可能な電流制限値を超える、前記ＡＣ接続部（１４）での前記電流（Ｉ_ＩＮＶ）の増加が検出された場合、前記第２の動作モードに変更し、前記インバータ（１０）を前記第２動作モードで動作させ、前記閾値（ＳＷ）を上げる、ステップと、
を含む、方法。

【請求項2】

ステップＳ４．１）の後にステップＳ３）が再び実行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】

前記閾値（ＳＷ）は、事前定義可能な離散値の事前定義可能な数を取ることができ、前記方法の開始時に初期値を取り、ステップＳ４．１）において、次のより高い前記離散値に引き上げら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】

前記初期値は、前記インバータの公称電圧の８０％～１００％、好ましくは約８５％にあることを特徴とする、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

少なくとも２つの隣接する離散値間の距離は、前記インバータの前記公称電圧の３％～７％、好ましくは約５％であることを特徴とする、請求項３または４に記載の方法。

【請求項6】

隣接する２つの離散値間の距離は、異なることを特徴とする、請求項３～５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

隣接する２つの離散値間の距離は、前記値が大きくなるにつれて大きくなることを特徴とする、請求項３～６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

隣接する２つの離散値間の距離は、前記値が大きくなるにつれて小さくなることを特徴とする、請求項３～６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

Ｓ４．２） 前記インバータ（１０）は、事前定義可能な第２の期間を超える期間にわたって前記第１の動作モードで動作する場合、前記閾値（ＳＷ）を前記初期値まで下げるステップを特徴とする、請求項３～８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

Ｓ３．２） 前記インバータ（１０）は、事前定義可能な第３の期間を超える期間にわたって前記第２の動作モードで動作する場合、前記閾値（ＳＷ）を下げるステップを特徴とする、請求項３～９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

前記インバータ（１０）は、少なくとも事前定義可能な第４の期間に対応する期間の間、前記第２の動作モードで動作することを特徴とする、請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項12】

ＡＣ接続部（１４）、ＤＣ接続部（１８）、およびＡＣ接続部（１４）とＤＣ接続部（１８）の間に配置されたインバータブリッジ（１６）を有するインバータ（１０）であって、ＡＣ送電網（１２）に前記インバータ（１０）を介して前記ＡＣ接続部（１４）で電力が供給され、前記ＡＣ送電網（１２）の電圧が、前記インバータ（１０）の調整によって制御される、第１の動作モードで前記インバータ（１０）を動作させることができ、前記インバータ（１０）の制御ユニット（２０）は、前記調整を実行し、
前記第１の動作モードでは、事前定義可能な電流制限値を超える、前記ＡＣ接続部（１４）での電流（Ｉ_ＩＮＶ）の増加を検出し、それに応答して、前記調整が、仮想インピーダンス（Ｚ_ＶＩ（ｓ））によって前記ＡＣ接続部（１４）での前記電流（Ｉ_ＩＮＶ）を制限する、第２の動作モードに変更し、
前記第２の動作モードでは、事前定義可能な閾値（ＳＷ）を超える、前記ＡＣ接続部（１４）での電圧の増加を検出し、それに応答して、前記第１の動作モードに変更し、
前記第１の動作モードでは、事前定義可能な第１の期間を超える期間中に、事前定義可能な電流制限値を超える、前記ＡＣ接続部（１４）での前記電流（Ｉ_ＩＮＶ）の増加を検出し、それに応答して、前記第２の動作モードに変更し、前記閾値（ＳＷ）を増加させるように構成される、インバータ（１０）。

【請求項13】

前記インバータ（１０）の記憶部には、前記閾値（ＳＷ）が取り得る事前定義可能な離散値の事前定義可能な数が記憶されており、増加した場合の前記閾値（ＳＷ）は、それぞれの場合において、次のより高い離散値に引き上げられることを特徴とする、請求項１２に記載のインバータ。

【請求項14】

前記調整は、前記インバータ（１０）が事前定義可能な第３の期間を超える期間にわたって前記第２の動作モードで動作する場合に、前記閾値（ＳＷ）を下げるように構成されることを特徴とする、請求項１２または１３に記載のインバータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

インバータは、例えば太陽光発電システムの場合、ＤＣ電源から公共エネルギー供給網に電気エネルギーを供給するために使用される。公共エネルギー供給網では、インバータは送電網形成または送電網支援機能も実行する。

【背景技術】

【0002】

例えば太陽光発電システムの場合など、ＤＣ電源から公共エネルギー供給網に電気エネルギーを供給するには、主に送電網整流型インバータが使用される。これらは、電流制御で動作する。電圧制御インバータは、独立型送電網の送電網形成インバータとして使用されるが、公共エネルギー供給網では電圧制御インバータが送電網形成または送電網支援機能を実行することが増えている。

【0003】

送電網の障害による電圧低下が発生した場合、インバータは電圧を支援するために送電網に電力を供給し続ける必要がある（ＦＲＴ－フォルトライドスルー）。電圧調整により、障害が発生した場合、インバータに設けられた電流制限がアクティブになるまで、電流が最初に増加する。最大電流制限の超過を防ぐために、電圧は、仮想インピーダンスを利用してＦＲＴモードで制御される。

【0004】

電圧が再び事前定義可能な閾値を超えるとすぐに、送電網形成モードに戻る。この目的のために、固定の最適化された値が定義されており、送電網のインピーダンスが変化した場合には、その値を新たに調節する必要がある。

【0005】

特に弱い送電網または遠隔短絡の場合、閾値の本来の最適値を早期に超えてしまい、その結果、ＦＲＴモードが早期に終了し、電流制限がアクティブになる範囲が繰り返し入力されることが起こり得る。一方、弱い送電網または遠隔短絡の場合、送電網障害が解消した後に、本来の最適な閾値に到達せず、その結果、ＦＲＴモードが永続的に継続することになることも起こり得る。

【0006】

Ａ．Ｇｋｏｕｎｔａｒａｓ、Ｓ．Ｄｉｅｃｋｅｒｈｏｆｆ、およびＴ．Ｓｅｚｉの技術記事、「Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｌｉｍｉｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｇｒｉｄ ｆｏｒｍｉｎｇ ｉｎｖｅｒｔｅｒｓ ｉｎ ｍｅｄｉｕｍ ｖｏｌｔａｇｅ ｍｉｃｒｏｇｒｉｄｓ（中電圧マイクロ送電網における送電網形成インバータの電流制限方法の評価）」、２０１５ ＩＥＥＥ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ ａｎｄ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ （ＥＣＣＥ）、モントリオール、ＱＣ、２０１５、１２２３～１２３０頁は、送電網形成インバータにおける電流制限の様々な形式と、その一形式としての仮想インピーダンスの使用について説明している。

【0007】

本出願では、略語ＤＣ（直流）は、直流または直流電圧を表し、ＡＣ（交流）は、交流または交流電圧を表す。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本出願は、特に送電網障害時の、インバータの動作をさらに改善するという目的に基づいている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この目的は、独立請求項１の構成を有する方法、および独立請求項１２の構成を有するインバータによって達成される。好ましい実施形態は、従属請求項に記載されている。

【0010】

ＡＣ接続部、ＤＣ接続部、およびＡＣ接続部とＤＣ接続部との間に配置されたインバータブリッジを有するインバータを動作させるための方法が説明される。この方法は、少なくともステップＳ１）、Ｓ２）、Ｓ３）、Ｓ４）を含む。
Ｓ１） ＡＣ接続部でＡＣ送電網にインバータを介して電力が供給され、ＡＣ送電網の電圧が、インバータの調整によって制御される、第１の動作モードで、インバータを動作させるステップ。
Ｓ２） 事前定義可能な電流制限値を超える、ＡＣ接続部での電流の増加が認識された場合、
仮想インピーダンスによってＡＣ接続部での電流を制限するように調整が行われる、第２の動作モードに変更し、第２の動作モードでインバータを動作させるステップ。
Ｓ３） 第２の動作モードでは、
Ｓ３．１） 事前定義可能な閾値を超える、ＡＣ接続部での電圧の増加が認識された場合、
第１の動作モードに変更し、第１の動作モードでインバータを動作させる。ステップ３．１）は、ステップ３）の一部である。
Ｓ４） 第１の動作モードでは、
Ｓ４．１） 事前定義可能な第１の期間を超える期間中に、事前定義可能な電流制限値を超える、ＡＣ接続部での電流の増加が認識された場合、調整を適用した第２の動作モードに変更し、インバータを第２の動作モードで動作させ、閾値を増加させる。ステップ４．１）は、ステップ４）の一部である。

【0011】

この方法は、特に電圧制御インバータに関するものであり、このインバータは、一方では、独立型送電網のために送電網形成方式で使用することができ、他方では、ＡＣ接続部に接続されたＡＣ送電網、特に公共の供給網のために送電網支持方式および／または送電網形成方式で使用することができる。第２の動作モードでは、電圧制御動作で送電網調整、特にＦＲＴ（フォルトライドスルー）が可能になる。これは、仮想インピーダンスを利用して行われる。ＦＲＴでの堅牢な制御動作は、特に堅固なＡＣ送電網または弱いＡＣ送電網における遠隔障害の場合に可能になる。

【0012】

インバータは、一度第２の動作モードになった後、再び第１の動作モードに切り替わり、事前定義可能な電流制限値を超える、ＡＣ接続部での電流の上昇を検出することによって送電網障害が再度検出された場合、一方では、第２の動作モードに戻る変化があり、他方では、電圧の閾値を上昇させる。これにより、この状況でエスカレーションレベルを上げ、動作モードの新たな変更に対してインバータをより堅牢にすることができる。

【0013】

この方法の一実施形態では、ステップＳ４．１）の後にステップＳ３）が再度実行される。その後、インバータが第２の動作モードから第１の動作モードに再び変化し、ＡＣ接続部での電流が電流制限値を超えていることが再度検出されると、電圧の閾値が再び引き上げられる。このようにして、調整の堅牢性をさらに調節できる。

【0014】

ＡＣ接続部で（送電網電源の場合、送電網障害の結果として、例えばインバータ出力または送電網接続点で）電圧降下が発生した場合、インバータの調整により、調整が電圧を維持しようとするため、電流が増加する。その後、電流の増加はインバータによって、例えばハードウェア電流制限によって、制限される。事前定義可能な電流制限値を超える電流増加を検出することにより、これから送電網障害の存在が推定され、インバータの第２の動作モード、特にＦＲＴモードが起動される。特にＦＲＴモードとすることができる第２の動作モードでは、インバータは、送電網電圧を維持しようとし続けるが、仮想インピーダンスの助けにより、例えばハードウェア電流制限が介入する、制限範囲内にある値を電流が取ることが防止される。電圧が電圧の事前定義可能な閾値を超えるとすぐに、第２の動作モードから第１の動作モード、特に送電網形成モードに再び切り替わる。その後、特定の事前定義可能な第１の期間（例えば、１００ミリ秒～３００ミリ秒、好ましくは２００ミリ秒）を超えて、電流が再び電流制限値を超える値を取るならば、送電網障害がまだ存在するため、電圧の閾値は引き上げられ、第２の動作モード、特にＦＲＴモードに再び変更が行われる。調整の設定時間をカバーするために、第１の期間を待つことが有利である。閾値を上げることは、エスカレーションレベルを上げることに相当する。

【0015】

一実施形態では、閾値は、事前定義可能な離散値の事前定義可能な数を取ることができ、方法の開始時に初期値を取ることができ、ステップＳ４．１）において、次のより高い離散値に引き上げることもできる。初期値は、方法の開始時に、例えば、インバータが起動されるとき、および／またはステップＳ１を実行中に、閾値が取る値である。

【0016】

このように、エスカレーションレベルは、インバータが第２の動作モードで既に動作している頻度に応じて、段階的に増加する。エスカレーションレベルという用語は、例えば、ここでインクリメントされるカウンタと考えることができる。

【0017】

一実施形態では、閾値の初期値は、インバータの公称電圧の８０％～１００％にあり、好ましくは約８５％である。

【0018】

一実施形態では、少なくとも２つの隣接する離散値の間の距離は、インバータの公称電圧の３％～７％、好ましくは約５％である。

【0019】

この方法の一実施形態では、任意の２つの隣接する離散値の間の距離は異なる。

【0020】

この方法の一実施形態では、任意の２つの隣接する離散値の間の距離は、値が大きくなると大きくなる。

【0021】

この方法の一実施形態では、任意の２つの隣接する離散値の間の距離は、値が大きくなると小さくなる。

【0022】

閾値の値は、例えば、エスカレーションレベルが増加するたびに、公称電圧の５％ずつ増加させることができる。値間の距離、すなわち値間のステップサイズも、可変にすることができる、すなわち、特定のエスカレーションレベルから小さくなったり大きくなったりすることができる。一実施形態では、ステップサイズは、例えばルックアップテーブルの形式の値テーブルを介して、エスカレーションレベルに割り当てることができる。

【0023】

一実施形態では、この方法は、インバータが事前定義可能な第２の期間を超える期間、第１の動作モードで動作する場合、閾値が初期値まで引き下げられるステップＳ４．２）を含む。ステップ４．２）は、ステップ４）の任意選択の部分である。

【0024】

エスカレーションレベルは、例えば、インクリメントまたはデクリメントされるカウンタとして理解できる。エスカレーションレベルに応じて、これは、初期値と比較して増加または減少する閾値をもたらす。エスカレーションレベルは、閾値が、仮想インピーダンスにおける電圧降下によって低下する障害時に存在する電圧を超えるまでの間、任意選択でいくつかの反復ステップで増加され、したがって、システムは、第２の動作モードで安定した状態を保つ。送電網障害が実際に解消した場合にのみ、電圧はエスカレーションシステムによって増加した電圧の閾値を超えて再び上昇する。その結果として第１の動作モードに変更された場合、システムは、電流がハードウェア電流制限まで再び増加することなく、このモードで安定した状態を保つ。この状態が、事前定義可能な第２の期間、例えば２００ミリ秒にわたって存在する場合、閾値をその初期値にリセットすることによって、エスカレーションレベルは、再度リセットされる。

【0025】

一実施形態では、この方法は、インバータが事前定義可能な第３の期間を超える期間にわたって第２の動作モードで動作する場合、閾値が引き下げられるステップＳ３．２）を含む。ステップ３．２）は、ステップ３）の任意選択の部分である。

【0026】

したがって、この実施形態では、システムが第２の動作モードにあり、電圧が正に変化する場合、事前定義可能な第３の期間の後にエスカレーションレベルを低下させて、第２の動作モードからの離脱を促進することができる。この第３の期間は、必要に応じて、電圧の上昇中であっても閾値をいくつかの段階で連続的に下げることができるように十分に短く選択する必要がある。電圧の増加が閾値の減少を引き起こし、その後閾値は、電圧を下回って第２の動作モードが終了するまで連続的に減少することも考えられる。閾値が誤って低下した場合には、その後、方法ステップＳ３）およびＳ４）によって再び閾値が上げられる。

【0027】

閾値の増加に加えて、閾値は、例えばエスカレーションレベルの増加または減少ごとに公称電圧の５％のステップで低減させることもできる。値間の距離、すなわち値間のステップサイズも、閾値が低下するときに可変にすることができる、すなわち、特定のエスカレーションレベルの後に小さくなったり大きくなったりすることができる。一実施形態では、例えばルックアップテーブルの形式の値テーブルを介して、その低減のためにステップサイズをエスカレーションレベルに割り当てることも可能である。

【0028】

この方法の一実施形態では、インバータは、少なくとも事前定義可能な第４の期間に対応する期間の間、第２の動作モードで動作する。これにより、第１の動作モードに再び変化して戻る前に、インバータの調整を安全に安定させることができる。これは、ＦＲＴ調整の第４の期間により、再び送電網形成モードに変化して戻る前に十分な時間が認められるため、特にＦＲＴモードにとって有利である。

【0029】

したがって、特に送電網障害の場合のインバータの動作は、この方法がエスカレーションシステムによって閾値を適応させるという事実によってさらに改善される。特定の基準に従って、エスカレーションレベルは、上げられるか、または下げられる。その後、閾値は、エスカレーションレベルに応じて適応的に調節される。

【0030】

インバータは、ＡＣ接続部、ＤＣ接続部、およびＡＣ接続部とＤＣ接続部との間に配置されたインバータブリッジを有し、インバータは、ＡＣ送電網にインバータを介してＡＣ接続部で電力が供給され、ＡＣ送電網の電圧はインバータの調整によって制御され、インバータの制御ユニットは調整を実行するように構成される、第１の動作モードで動作することができる。制御ユニットは、第１の動作モードにおいて、事前定義可能な電流制限値を超える、ＡＣ接続部での電流の増加を検出し、それに応答して、調整が、仮想インピーダンスによってＡＣ接続部での電流を制限する、第２の動作モードに変更するように構成される。制御ユニットはさらに、第２の動作モードにおいて、事前定義可能な閾値を超える、ＡＣ接続部での電圧の増加を検出し、それに応答して、第１の動作モードに変更するように構成される。インバータが、繰り返し第１の動作モードにある場合、制御ユニットは、事前定義可能な第１の期間を超える期間中に、事前定義可能な電流制限値を超える、ＡＣ接続部での電流の増加を検出し、それに応答して、第２の動作モードに変更し、閾値を増加させることができる。

【0031】

ＤＣユニット、例えば太陽光発電システムは、ＤＣ接続部に接続することができる。インバータブリッジは、双方向設計にすることができ、インバータの制御ユニットによって動作する電力を変換するためのスイッチングユニットを有する。したがって、インバータは整流器としても機能し、例えばＡＣ送電網からの電力をＤＣユニットとしての電池に供給できる。

【0032】

インバータの一実施形態では、閾値が取り得る事前定義可能な離散値の事前定義可能な数が、インバータのメモリユニットに記憶され、閾値は、増加する場合、それぞれの場合において、次により高い離散値に引き上げられる。

【0033】

インバータの一実施形態では、インバータが事前定義可能な第３の期間を超える期間にわたって第２の動作モードで動作している場合、閾値を下げるように調整が設定される。

【図面の簡単な説明】

【0034】

以下、図を用いて例をより詳細に説明する。

【0035】

【図1】図１は、電圧供給インバータを備えたシステムの例示的な一実施形態を概略的に示す。

【図2】図２は、ＦＲＴモードにおけるインバータの例示的な一実施形態を等価回路図として概略的に示す。

【図3】図３は、ＡＣ接続部での電圧と電流の挙動の一例を示す。

【図4】図４は、調節された閾値によるＡＣ接続部での電圧と電流の挙動の一例を示す。

【図5】図５は、ＡＣ接続部での電圧と電流の挙動の一例を示す。

【図6】図６は、調節された閾値によるＡＣ接続部での電圧と電流の挙動の一例を示す。

【図7】図７は、電圧供給インバータを動作させる方法の例示的な一実施形態を概略的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0036】

図１には、電圧供給インバータ１０を備えたシステムが、概略的に示されている。インバータ１０は、ＤＣ接続部１８およびＡＣ接続部１４を有する。インバータブリッジ１６は、ＤＣ接続部１８とＡＣ接続部１４との間に配置され、交流または交流電圧を直流または直流電圧に、またはその逆に変換するように構成される。この目的のために、インバータブリッジ１６は、制御ユニット２０内で動作する調整によって適切に制御されるスイッチングユニットを有する。制御ユニット２０の調整は、ＡＣ接続部に提供される電圧Ｕを同時に設定する。図示の例では、ＡＣ接続部１４は、ＡＣ送電網１２がＡＣ接続部１４に接続される送電網接続点に対応する。ＤＣユニット、例えば太陽光発電システムは、ＤＣ接続部に接続できる。以下に説明する例示的な実施形態では、ＡＣ送電網にインバータを介して電力がＡＣ接続部で供給され、ＡＣ送電網の電圧がインバータの調整によって制御される第１の動作モードは、例えば、送電網形成モードであり、第２の動作モードは、調整が適用された動作モード、例えば、ＦＲＴモードである。

【0037】

図２は、ＦＲＴモードにおけるインバータの例示的な一実施形態を等価回路図として概略的に示す。インバータ１０は、そのインピーダンスＺ_ＩＮＶ（ｓ）によって特徴付けられる。ＡＣ送電網１２は、そのインピーダンスＺ_ｎｅｔｚ（ｓ）によって特徴付けられる。以下に、図２を参照して仮想インピーダンスＺ_ＶＩ（ｓ）の原理を説明する。ＦＲＴモードでは、仮想インピーダンスＺ_ＶＩ（ｓ）は、好ましくは制御ユニット２０内で動作する、調整において事実上考慮され、一方では電流Ｉ_ＩＮＶの減少を引き起こし、他方では追加の電圧降下を引き起こすため、ＦＲＴモードにおいてインバータ１０によって送電網接続点（この例ではＡＣ接続部１４）に供給される電圧Ｕ＝Ｖ_ｐｃｃは、送電網形成モードよりもこの電圧降下分だけ低くなる。

【0038】

図３には、ＡＣ接続部１４での電圧Ｕ（上のグラフ）および電流Ｉ_ＩＮＶ（中央のグラフ）の挙動が示されており、これは、弱いＡＣ送電網または遠隔短絡の場合に閾値ＳＷが低すぎる場合と同様であり、したがって、システムは、ＦＲＴモード（下のグラフの１）と送電網形成モード（下のグラフの０）の間で継続的に変化する。時刻ｔ＝７秒で、送電網障害が発生し、電圧Ｕが低下し、調整により電流Ｉ_ＩＮＶが電流制限値まで増加する。システムはその後すぐにＦＲＴモードに変更され、図示の例では１００ミリ秒の事前定義された第４の期間、そのままである。ＦＲＴモードでは、電流Ｉ_ＩＮＶは、仮想インピーダンスＺ_ＶＩ（ｓ）によって制限され、電圧Ｕは、仮想インピーダンスＺ_ＶＩ（ｓ）での電圧降下によって減少する。しかしながら、上のグラフに一点鎖線で示されているように、電圧Ｕが依然として選択された閾値ＳＷを超えているため、システムは、再び送電網形成モードに変化して戻り、その結果、仮想インピーダンスＺ_ＶＩが消えるため、電流Ｉ_ＩＮＶは、再び電流制限値まで上昇する。事前定義可能な第１の時間（図の例では２００ミリ秒）待機した後、インバータは再びＦＲＴモードに変わる。これは、時刻ｔ＝９秒で送電網障害が解消し、調整の必要な設定時間が経過した後、現在のＩ_ＩＮＶが再び正常値を取るまで続く。

【0039】

図４には、閾値ＳＷ（上のグラフの一点鎖線）が本出願で説明される方法を使用して調節されたときの、送電網接続点１４での電圧Ｕおよび電流Ｉ_ＩＮＶの挙動が示されている。送電網障害が存在する間、システムは、ＦＲＴモードから送電網形成モードに２回変化して戻り、その結果、閾値ＳＷは、エスカレーションシステムによって２回調節され、その後システムは、閾値ＳＷが仮想インピーダンスＺ_ＶＩ（ｓ）の両端の電圧降下によって低減された送電網接続点１４の電圧を超えるので、ＦＲＴモードで安定した状態を保つ。時刻ｔ＝９秒で送電網障害が消滅した場合にのみ、電圧は、増加した閾値ＳＷを超えて再び上昇し、システムは再び送電網形成モードに変わる。

【0040】

図５は、送電網接続点での電圧Ｕと電流Ｉ_ＩＮＶの挙動を示しており、これは、弱い送電網または遠隔短絡の場合に閾値ＳＷが高すぎるため、システムが常にＦＲＴモードのままである場合に生じる。時刻ｔ＝９秒で送電網障害が消滅すると電圧Ｕは上昇するが、この場合、仮想インピーダンスＺ_ＶＩ（ｓ）での電圧降下による低下により、電圧Ｕは、まだ閾値ＳＷを下回っているため、ＦＲＴモードは終了しない。

【0041】

図６は、閾値ＳＷ（上のグラフの一点鎖線）が本方法の一実施形態に従って調節されたときの、送電網接続点での電圧Ｕおよび電流Ｉ_ＩＮＶの挙動を示す。時刻ｔ＝９秒で、送電網障害が解消され、電圧が上昇する。その後、電圧が閾値ＳＷを超えてＦＲＴモードが終了するまで、閾値ＳＷは、連続的に低下する。

【0042】

図７は、電圧供給インバータを動作させる方法の例示的な一実施形態の概略フローチャートを示す。

【0043】

ステップＳ１）では、インバータ１０は、ＡＣ送電網１２、例えば公共電力供給網に、インバータ１０を介してＡＣ接続部１４で電力が供給され、ＡＣ送電網１２の電圧が、インバータ１０の調整を介して制御される、第１の動作モードで動作する。

【0044】

ステップＳ２）では、事前定義可能な電流制限値を超える、ＡＣ接続部１４での電流Ｉ_ＩＮＶの増加が認識された場合、第２の動作モードへの変更があり、その後、インバータ１０は、第２の動作モードで動作する。第２の動作モードでは、調整は、仮想インピーダンスＺ_ＶＩ（ｓ）によってＡＣ接続部１４での電流Ｉ_ＩＮＶを制限するように適合される。

【0045】

ステップＳ３）は、インバータ１０が第２の動作モードにあるときに実行される。事前定義可能な閾値ＳＷを超える、ＡＣ接続部１４での電圧の増加が検出された場合、第１の動作モードへの変更があり、その後インバータは第１の動作モードで動作する。

【0046】

ステップＳ４）は、インバータ１０がステップＳ３）から第１の動作モードに変化したときに実行される。事前定義可能な第１の期間を超える期間中に、事前定義可能な電流制限値を超える、ＡＣ接続部１４での電流Ｉ_ＩＮＶの増加が検出された場合、第２の動作モードへの変更があり、インバータ１０は、その後、第２の動作モードで動作し、閾値ＳＷは増加する。ステップＳ４の後、第２の動作モードに戻ると、ステップＳ３）が再度実行される。

【0047】

インバータ１０は、事前定義可能な第２の期間を超える期間にわたって第１の動作モードで動作する場合、閾値ＳＷは、その初期値に設定される。

【0048】

インバータ１０は、事前定義可能な第３の期間を超える期間にわたって第２の動作モードで動作する場合、閾値ＳＷは、任意選択で下げられる。

【0049】

あるいはまた、例えば図６に示されるように、第２の動作モードにおいて、ＡＣ接続部１４における電流Ｉ_ＩＮＶが事前定義可能なさらなる電流制限値を下回った場合、または電圧Ｕの増加、特に急激な増加が、例えば電圧勾配を評価することによって検出される場合は、電圧Ｕの閾値ＳＷを段階的に減少させる。このアプローチでは、初期値を下回る値まで閾値ＳＷを減少させることもできる。

【符号の説明】

【0050】

Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４ 方法ステップ
１０ インバータ
１２ ＡＣ送電網
１４ ＡＣ接続部
１６ インバータブリッジ
１８ ＤＣ接続部
２０ 制御ユニット
Ｕ ＡＣ接続部の電圧
Ｖ_ｐｃｃ ＦＲＴモードでの電圧Ｕ
Ｉ_ＩＮＶ ＡＣ接続部の電流
Ｚ_ＶＩ（ｓ） 仮想インピーダンス
ＳＷ 閾値
Ｚ_ｇｒｉｄ ＡＣ送電網のインピーダンス
Ｚ_ＩＮＶ（ｓ） インバータのインピーダンス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【国際調査報告】