JP2018512561A - Ｐｖ発電機における絶縁抵抗を決定するための装置、および太陽光発電設備 - Google Patents
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Abstract
ＰＶ発電機（２）における絶縁抵抗を決定するための装置（１）は、ＰＶ発電機（２）の出力接続部において発電機電位を恒久的に引き上げるための第１のユニット（３）と、測定された電流および電圧値を考慮することによってＰＶ発電機（２）の絶縁抵抗を決定するために、ＰＶ発電機（２）の出力接続部に測定電圧を接続し、測定電圧の接続の前に第１の電流値および第１の電圧値を測定し、測定電圧の接続の後に第２の電流値および第２の電圧値を測定するように構成される、絶縁抵抗を決定するための第２のユニット（４）とを備える。装置は、第１および第２のユニット（３、４）が直列に接続されていることを特徴とする。太陽光発電設備（２０）は、このような装置を有する。【選択図】図１
Description
本発明は、太陽光発電機における絶縁抵抗を決定するための装置であって、その太陽光発電機の出力端子において、グラウンドに対する電位を引き上げるためのデバイスが同時に接続されている、太陽光発電機における絶縁抵抗を決定するための装置に関し、この種の装置を有する太陽光発電設備に関する。太陽光発電機は、一般に、太陽光発電機（略してＰＶ発電機）によって生成される直流をグリッドに対応した交流に変換する太陽光発電インバータに接続されている。したがって、接続された太陽光発電インバータに、絶縁抵抗を決定するための本発明による装置を一体化することは、特に有利である。
絶縁抵抗を決定するための装置は、安全上の理由で必要とされ、太陽光発電インバータの入力側に接続されているＰＶ発電機の絶縁監視を保証するために太陽光発電インバータの入力側にしばしば一体化される。絶縁抵抗を決定するための装置は、例えば、欧州特許第０ ６５４ ６７３ Ｂ１号明細書から知られており、この明細書によれば、測定電圧の各パルス電圧値に対して、過渡状態に到達するまでの測定電流の過渡応答の時間プロファイルは、監視されるべきグリッドに複数のパルスＡＣ電圧を供給することによって監視され、２つの連続する測定値の測定値差分がグリッドとグラウンドとの間の絶縁抵抗を決定するために使用される。
出力低下の影響、例えば結晶系モジュールの場合のＰＩＤ（電圧誘起出力低下）または薄膜モジュールの場合のＴＣＯ（透明導電性酸化物）腐食を受けやすい太陽電池モジュールが太陽光発電インバータに接続される場合、前記影響を防止するために、グラウンドに対する電位を引き上げるためのデバイスが接続される。この種のデバイスは周知であり、出願者からの独国実用新案第２０ ２００６ ００８ ９３６ Ｕ１号明細書が実施例として言及される。この方法は、接地されていないＰＶ発電機、および接地されたＡＣグリッドからのガルバニック絶縁を有する、大規模な太陽光発電設備で特に使用される。グラウンドに対する電位を引き上げるためのデバイスは、この場合、グラウンドに対して定義済みの電位にＰＶ発電機の負極または正極をシフトさせることができ、ＰＶ発電機は、通常、（その負極を含む）ＰＶ発電機全体がグラウンド電位に対して正である程度に引き上げられる。ここで提示される本発明の文脈の中で、用語「引き上げる」は、電位基準の方向指示をいかなる形でも暗示するものではなく、ここで、それはただ、グラウンドに対する電位を引き上げるためのデバイスが、普通は電圧源を用いて、固定的な、定義済みの基準グラウンド電位を指定することを意味する。
独国特許出願公開第１０ ２０１１ ０５１ ９５４ Ａ１号明細書は、太陽光発電設備のインバータにおけるバイアスを生成するためのバイアス生成デバイスを有する太陽光発電設備のための装置について説明しており、前記装置はＴＣＯ腐食および分極効果を防止するように意図されている。独国特許出願公開第１０ ２０１１ ０５５ ２２０ Ａ１号明細書は、オフセット電位中心点を有する太陽光発電所のトランスレスインバータを接続するための方法に関する。
ＰＶ発電機におけるグラウンドに対する電位を引き上げるためのデバイスが、上述のような能動的な方法を用いてＰＶ発電機における絶縁抵抗を決定するための装置と並行して同時に動作するとき、問題が生じる。グラウンドに対する電位を引き上げるためのデバイスは、グラウンドに対するＰＶ発電機の電位を維持し、一方、絶縁抵抗を決定するための装置は、グラウンドに対するＰＶ発電機の電位をシフトさせようと試みる。ほとんどの場合電位を引き上げるためのデバイスは絶縁抵抗を決定するための装置より高い効率を有するから、絶縁抵抗を決定するための装置は「無効」にされ、過度に低いが、少なくとも歪んだ、絶縁抵抗値が測定される。
この理由で、実際は、ＰＶ発電機におけるグラウンドに対する電位を引き上げるためのデバイスは、ＰＶ発電機における絶縁抵抗を決定するための装置を用いて前記ＰＶ発電機の絶縁抵抗を決定するために、一次的に接続を切られる。これは、絶縁抵抗決定が連続的に実行されず、その代わりに、特定の時間にのみ実行されることを意味する。一方では、ＰＶ発電機は、出力低下の影響を防止するためにグラウンドに対する電位を引き上げるためのデバイスによって規定された電位に恒久的にあるべきであるが、同様に、安全上の理由でいつでも絶縁抵抗を決定することが可能であるべきであるから、この状態は不十分である。
したがって、恒久的にかつグラウンドに対する電位の引き上げと同時に動作し、ＰＶ発電機の絶縁抵抗の正確な指定を可能にする、ＰＶ発電機における絶縁抵抗を決定するための装置の必要性がある。
この目的は、請求項１に記載の装置によって、および請求項７に記載の太陽光発電設備によって達成される。好ましい実施形態は、従属請求項で説明される。
ＰＶ発電機における絶縁抵抗を決定するための本発明による装置は、ＰＶ発電機の出力端子において発電機電位を恒久的に引き上げるための第１のユニットと、絶縁抵抗を決定するための第２のユニットとを備える。絶縁抵抗を決定するための第２のユニットは、ＰＶ発電機の出力端子において測定電圧を切り替え、測定電圧が接続される前に第１の電流値および第１の電圧値を測定し、測定電圧が接続された後に第２の電流値および第２の電圧値を測定する。ＰＶ発電機の絶縁抵抗は、測定された電流および電圧値を考慮に入れて決定される。本発明による装置の第１および第２のユニットは直列に接続されている。直列接続の順序はここでは重要でない。
本発明による装置の有利な改良で、第１および第２のユニットは別個のデバイスとして動作することができる。これの結果として、電位を引き上げるための既存のシステムは、絶縁を監視するためのシステムによって拡張することができ、または、逆に、絶縁を監視するためのシステムは、電位を引き上げるためのシステムによって補うことができる。
本発明による装置のさらなる有利な改良で、第１および第２のユニットは１つのデバイスに一体化され、好ましくは、第１および第２のユニットは太陽光発電インバータに一体化される。
本発明による装置のさらなる有利な改良で、特に測定電圧がスイッチを切られた後に、第３の電流値および第３の電圧値が測定される。特に有利には、第３の電流および電圧値は、絶縁抵抗決定に影響を与えるパラメータを評価するために使用される。特に、第１から第３の電流および電圧値の全体の測定期間の間に変動することがあり絶縁抵抗の決定に影響を与えることがあるパラメータが評価されるように意図される。
本発明による太陽光発電設備は、端子を用いて太陽光発電インバータに接続されている、ＰＶ発電機を有し、絶縁抵抗を決定するための上述された装置が端子の１つに接続されている。
本発明は、図の助けを借りて複数の例示的な実施形態に基づいて、以下により詳細に説明される。
図１は、例示的な実施形態として、その端子７および８によって太陽光発電インバータ５の入力端子９、１０に接続されているＰＶ発電機２を有する太陽光発電設備２０を示す。絶縁抵抗を決定するための本発明による装置１は、前記端子対の１つにおいて端子１１に接続されている。さらなる端子１２はグラウンドに接続されている。太陽光発電インバータ５は、その出力端子１８によって、この場合より大きな相互接続グリッド、さもなければアイランドシステムとすることができる、グリッド６に接続されている。太陽光発電インバータ５は、同様に、（示されていない）ローカルなＤＣまたはＡＣ負荷に供給することができ、またはグリッド６に電力を送り込むことができる。
絶縁抵抗を決定するための装置１は、第１のユニット３および第２のユニット４を備える。第１のユニット３は、出力低下の影響に対して保護するのに役立ち、この実施例で前記第１のユニットは、この場合オフセット電圧と以下で呼ばれる、グラウンドに対して７００から１０００Ｖの電圧値でＰＶ発電機２の正極を引き上げる。第１のユニット３は、正常動作で生じるグラウンドへのＰＶ発電機のリーク電流を補償し得る、電圧源からなることができ、前記リーク電流は、通常、安全なレベル、例えば３０から１００ｍＡに制限される。電圧源は、適切な電流制限手段を含み得る。グラウンドへの固定的な基準を有する太陽光発電インバータ５に接続されているそのグリッドの場合、電位を引き上げることができるように、太陽光発電インバータ５を電位分離方式で実施しなければならないか、または変圧器を太陽光発電インバータ５とグリッド６との間で相互接続することができる。
第２のユニット４は、抵抗器１４および１５によって図に例示される、ＰＶ発電機２の絶縁抵抗を決定するのに役立つ。実際のＰＶ発電機では、グラウンドへの多数の分散型放電抵抗が存在し、それらはＰＶ発電機２の個々の構成要素（ＰＶモジュール、ＰＶケーブルなど）に割り当てることができる。等価回路図として、前記放電抵抗は、ＰＶ発電機２の正極からグラウンドへの第１の抵抗器１４によって、およびＰＶ発電機２の負極からグラウンドへの第２の抵抗器１５で、等価に例示することができる。両方の抵抗器は異なるサイズとすることができる。ＰＶ発電機２の絶縁抵抗は、図１に例示される両方の抵抗器の並列接続に対応する。第２のユニット４は、例えば、欧州特許第０ ６５４ ６７３ Ｂ１号明細書で説明されるように、絶縁抵抗を決定するために能動的な方法を使う。この目的で、さらなる電圧が第１のユニット３によって生成されるオフセット電圧に直ちに印加され、グラウンドに対する端子１１における電圧Ｕおよびユニット３および４を通る電流Ｉのプロファイルが測定される。
図２は、例として、上述のような方法が使われるとき時間的な電流プロファイルＩまたは電圧プロファイルＵがどのように見え得るかを示す。時間ｔ１において、電流および電圧（Ｉ１，Ｕ１）は、第２のユニット４で、または第２のユニット４によって測定される。時間ｔ２において、第１のユニット３によってオフセット電圧に付加される測定電圧が接続される。ＰＶ発電機は、それらの面積範囲のために静電容量としての役割を同様に果たすから、前記静電容量は、コンデンサ１６、１７によって図１に記号で表され、測定電圧が接続された後の電流プロファイルは、オーバシュートおよび新しい静止状態へのゆっくりした減衰によって特徴付けられる。減衰段階の後、時間ｔ３において、電流および電圧（Ｉ３，Ｕ３）は再び測定される。時間ｔ４において、測定電圧は再びスイッチを切られ、今、元のオフセット電圧が端子１１に再び印加される。
ＰＶ発電機２の絶縁抵抗Ｒｉｎｓを決定するために、決定された測定値の電流の変化に対する電圧の変化の比率の値を求める。
この関係は、例えば、端子７および８の間のＰＶ発電機２における電圧が時間ｔ１とｔ３との間で変化しないという条件で、ただ有効なだけである。加えるに、絶縁抵抗Ｒｉｎｓそれ自体も、同様に、２つの測定時間の間に一定のままでなくてはならない。決定された測定値が絶縁抵抗Ｒｉｎｓを正確に決定するのに適しているかどうか評価するために、「整定時間」を待った後再び、時間ｔ５において、さらなる測定値対（Ｉ５，Ｕ５）が決定される。Ｕ１がそのときＵ５に等しくかつＩ１がそのときＩ５に等しい場合、関連する条件が測定継続時間全体の間に変化しておらず絶縁抵抗Ｒｉｎｓの関連する条件が上記の公式から十分な正確度で推定され得ると想定することができる。
ＰＶ発電機２における電圧が（例えば日射量の変化の結果としてまたはＰＶインバータ５のＭＰＰトラッキングによって）変化することは可能であるから、この電圧に対する誤差の影響を排除することが有利である。図３は、この目的を達成する、本発明による装置の有利な改良を例示する。端子１１からグラウンドまでの間の電圧（以下Ｕｐと呼ぶ）に加えて、第２のユニット４は、この場合、端子１９からグラウンドまでの間の電圧（以下Ｕｎと呼ぶ）を同様に測定する。絶縁抵抗は、そのとき次のように計算することができる。
上式で、係数ｋは、互いに対する抵抗器１４および１５の抵抗値Ｒ１４、Ｒ１５の比率を表す。
絶縁抵抗Ｒｉｎｓの計算式に見られるように、ｋの値が既知であるならば、値は瞬間的な測定値Ｕｐ、ＵｎおよびＩから直接計算することができる。
係数ｋは、第２のユニット４によって生成されるさらなる電圧が第１のユニット３によって生成されるオフセット電圧に直ちに印加され、電圧ＵｐおよびＵｎの電圧プロファイルならびにユニット３および４を通る電流が測定されるという事実のおかげで、能動的な方法によって決定することができる。時間ｔ１に対する測定値対（Ｕｐ１，Ｕｎ１，Ｉ１）および時間ｔ３に対する測定値対（Ｕｐ３，Ｕｎ３，Ｉ３）は、したがって、図２に示したのと同様に取得される。係数ｋは、したがって、次のように決定することができる。
測定時間の間に変化することができないパラメータは、絶縁抵抗Ｒｉｎｓそれ自体である。前記誤差の影響を監視することが可能であるように、図２に示したのと同様に第３の測定時間ｔ５を使用することができる。対応する測定時間ｔ１およびｔ５における計算された絶縁抵抗値が一致するとき、絶縁抵抗Ｒｉｎｓの計算された絶縁抵抗値は、十分な正確度で推定され得る。
１ 絶縁抵抗を決定するための装置
２ ＰＶ発電機
３ 第１のユニット
４ 第２のユニット
５ 太陽光発電インバータ
６ グリッド
７、８ 端子
９、１０ 入力端子
１１ 端子
１２ グラウンドへの端子
１３ グラウンドへの端子
１４、１５ 放電抵抗
１６、１７ 放電コンデンサ
１８ 出力端子
１９ 端子
２０ 太陽光発電設備
２ ＰＶ発電機
３ 第１のユニット
４ 第２のユニット
５ 太陽光発電インバータ
６ グリッド
７、８ 端子
９、１０ 入力端子
１１ 端子
１２ グラウンドへの端子
１３ グラウンドへの端子
１４、１５ 放電抵抗
１６、１７ 放電コンデンサ
１８ 出力端子
１９ 端子
２０ 太陽光発電設備
Claims (7)
- ＰＶ発電機（２）における絶縁抵抗を決定するための装置（１）であって、
− 前記ＰＶ発電機（２）の出力端子において発電機電位を恒久的に引き上げるための第１のユニット（３）と、
− 絶縁抵抗を決定するための第２のユニット（４）であって、
○ 前記ＰＶ発電機（２）の前記出力端子に測定電圧を接続するステップと、
○ 前記測定電圧が接続される前に第１の電流値および第１の電圧値を測定するステップと、
○ 前記測定電圧が接続された後に第２の電流値および第２の電圧値を測定するステップと、
を通して、前記測定された電流および電圧値を考慮に入れて前記ＰＶ発電機（２）の前記絶縁抵抗を決定するように構成される、絶縁抵抗を決定するための第２のユニット（４）と、
を備える、ＰＶ発電機（２）における絶縁抵抗を決定するための装置（１）において、
− 前記第１および第２のユニット（３、４）は直列に接続されている
ことを特徴とする、ＰＶ発電機（２）における絶縁抵抗を決定するための装置（１）。 - 請求項１に記載の装置において、
前記第１および第２のユニット（３、４）は別個のデバイスとして設けられている
ことを特徴とする装置。 - 請求項１に記載の装置において、
前記第１および第２のユニット（３、４）は１つのデバイスに一体化されている
ことを特徴とする装置。 - 請求項１乃至３の何れか１項に記載の装置において、
前記第２のユニット（４）は、前記測定電圧がスイッチを切られた後に第３の電流値および第３の電圧値を測定し、前記絶縁抵抗を決定するとき前記値を考慮に入れるようにさらに構成される
ことを特徴とする装置。 - 請求項４に記載の装置において、
前記第２のユニット（４）は、全体の測定期間の間に前記絶縁抵抗決定に影響を与えるパラメータの変動の評価に加えて前記第３の電流値および前記第３の電圧値を使用するように構成される
ことを特徴とする装置。 - 請求項３に記載の装置において、
前記第１および第２のユニット（３、４）は太陽光発電インバータ（５）に一体化されている
ことを特徴とする装置。 - 端子（７、８）を用いて太陽光発電インバータ（５）に接続されているＰＶ発電機（２）を備える、太陽光発電設備（２０）において、請求項１乃至６の何れか１項に記載の絶縁抵抗を決定するための装置（１）が前記端子（７、８）の１つに接続されていることを特徴とする太陽光発電設備（２０）。
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