特許 6168562 ハイブリッド電力システムを制御する方法及び装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6168562

(24)【登録日】2017年7月7日

(45)【発行日】2017年7月26日

(54)【発明の名称】ハイブリッド電力システムを制御する方法及び装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 1/12 20060101AFI20170713BHJP

   H02J 7/34 20060101ALI20170713BHJP

【ＦＩ】

   H02J1/12

   H02J7/34 B

   H02J7/34 J

   H02J7/34 E

【請求項の数】16

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2014-521699(P2014-521699)

(86)(22)【出願日】2012年7月17日

(65)【公表番号】特表2014-527791(P2014-527791A)

(43)【公表日】2014年10月16日

(86)【国際出願番号】US2012046996

(87)【国際公開番号】WO2013012831

(87)【国際公開日】20130124

【審査請求日】2015年7月2日

(31)【優先権主張番号】13/185,862

(32)【優先日】2011年7月19日

(33)【優先権主張国】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】514016876

【氏名又は名称】エンシンク，インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100104215

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100117330

【弁理士】

【氏名又は名称】折居 章

(74)【代理人】

【識別番号】100160989

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 正好

(74)【代理人】

【識別番号】100168181

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 哲平

(74)【代理人】

【識別番号】100168745

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 彩子

(74)【代理人】

【識別番号】100176131

【弁理士】

【氏名又は名称】金山 慎太郎

(72)【発明者】

【氏名】デニス ケビン

(72)【発明者】

【氏名】ラーシュ マイケル

(72)【発明者】

【氏名】ヴァン デル

【審査官】 竹下 翔平

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１１／１６２０２５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０１８１８３７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−１２９５８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１０９７８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３３９１１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０８３０８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ １／００−７／１２

７／３４−７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

共通直流（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ；ＤＣ）バスと、
複数のエネルギーストレージデバイスと、
複数のエネルギー調整器であって、前記複数のエネルギー調整器の各エネルギー調整器が、前記複数のエネルギーストレージデバイスのうち少なくとも１つに電気的に接続された第１コネクション及び前記共通ＤＣバスに電気的に接続された第２コネクションを含む複数のエネルギー調整器と、を備え、
前記各エネルギー調整器は、
複数のスイッチであって、前記複数のスイッチの各スイッチが、スイッチング信号により選択的にエネルギーが供給され、前記複数のスイッチは前記第１コネクションと前記第２コネクションとの間のエネルギー移動を制御する複数のスイッチと、
前記共通ＤＣバス上に存在するＤＣ電圧の振幅に対応する電圧信号と、
制御プログラム、低電圧設定値及び高電圧設定値を少なくとも格納するメモリデバイスと、
前記電圧信号、前記低電圧設定値及び前記高電圧設定値の関数として前記複数のスイッチそれぞれに対する前記スイッチング信号を生成する前記制御プログラムを実行するプロセッサと、
をさらに含み、
前記電圧信号が前記高電圧設定値よりも大きければ、エネルギーは前記共通ＤＣバスから前記複数のエネルギーストレージデバイスに移動し、前記電圧信号が前記低電圧設定値よりも小さければ、エネルギーは前記複数のエネルギーストレージデバイスから前記共通ＤＣバスに移動し、
前記複数のエネルギーストレージデバイスは、少なくとも第１エネルギーストレージデバイス及び第２エネルギーストレージデバイスを含み、
前記複数のエネルギー調整器は、前記第１エネルギーストレージデバイス及び前記第２エネルギーストレージデバイスにそれぞれ対応する少なくとも第１エネルギー調整器及び第２エネルギー調整器を含み、
前記第２エネルギー調整器の前記低電圧設定値は、前記第１エネルギー調整器の前記低電圧設定値より小さく、
前記第２エネルギー調整器の前記高電圧設定値は、前記第１エネルギー調整器の前記高電圧設定値より大きい、
エネルギー移動を管理する電力制御システム。

【請求項2】

前記第１エネルギーストレージデバイスは前記第２エネルギーストレージデバイスと異なる構造であり、前記第１エネルギー調整器及び前記第２エネルギー調整器の両方に対する前記低電圧設定値及び前記高電圧設定値のそれぞれは、前記第１エネルギーストレージデバイス及び前記第２エネルギーストレージデバイスそれぞれの前記構造の関数である
請求項１に記載の電力制御システム。

【請求項3】

格納されたプログラムを実行するように構成されたプロセッサ及び少なくとも前記プログラム及び前記複数のエネルギー調整器に対する前記電圧設定値それぞれのコピーを格納するメモリデバイスを有する前記複数のエネルギー調整器のそれぞれと通信する中央コントローラをさらに備える
請求項１に記載の電力制御システム。

【請求項4】

前記中央コントローラは、第１エネルギー調整器の前記低電圧設定値及び前記高電圧設定値を、第２エネルギー調整器の前記低電圧設定値及び前記高電圧設定値と交換するために、前記格納されたプログラムを前記プロセッサ上で周期的に実行するように構成される
請求項３に記載の電力制御システム。

【請求項5】

前記中央コントローラは、
前記第２エネルギー調整器の前記高電圧設定値よりも大きい新しい値を、前記第１エネルギー調整器の前記低電圧設定値及び前記高電圧設定値のそれぞれにロードし、
前記第１エネルギー調整器に接続された第１エネルギーストレージデバイスが放電されたことに対応する信号を受信し、
前記第１エネルギー調整器の前記低電圧設定値及び前記高電圧設定値それぞれの前記値をそれらの本来の動作値にリセットするように、
前記格納されたプログラムを前記プロセッサ上で周期的に実行するよう構成される
請求項３に記載の電力制御システム。

【請求項6】

発電源に電気的に接続された入力及び前記共通ＤＣバスに電気的に接続された出力を有する少なくとも１つのエネルギーコンバータをさらに備え、
各エネルギーコンバータは、
複数のスイッチであって、前記複数のスイッチの各スイッチが、スイッチング信号により選択的にエネルギーが供給され、前記複数のスイッチは前記入力と前記出力との間のエネルギー移動を制御する複数のスイッチと、
前記共通ＤＣバス上に存在する前記ＤＣ電圧の前記振幅に対応する電圧信号と、
少なくとも制御プログラム及びモード選択設定値を格納するメモリデバイスと、
前記電圧信号及び前記モード選択設定値の関数として前記入力から前記出力にエネルギーを移動させる前記スイッチング信号を生成する前記制御プログラムを実行するプロセッサと、
を含む
請求項１に記載の電力制御システム。

【請求項7】

前記電圧信号が前記モード選択設定値よりも小さければ、前記エネルギーコンバータの前記プロセッサは前記発電源によって生成されたエネルギーの最大量を前記共通ＤＣバスに移動させる第１動作モードで前記エネルギーコンバータの前記制御プログラムを実行し、
前記電圧信号が前記モード選択設定値よりも大きければ、前記エネルギーコンバータの前記プロセッサは前記発電源によって生成されたエネルギーを前記共通ＤＣバスに減少した送信率に移動させる第２動作モードで前記エネルギーコンバータの前記制御プログラムを実行する
請求項６に記載の電力制御システム。

【請求項8】

前記発電源によって生成された前記エネルギーが前記共通ＤＣバスに移動する前記送信率は、前記電圧信号と前記モード選択設定値との間の差の関数である
請求項７に記載の電力制御システム。

【請求項9】

複数のエネルギーストレージデバイスのうち少なくとも１つに電気的に接続された第１コネクション及び前記共通ＤＣバスに電気的に接続された第２コネクションをそれぞれ有する前記第１及び第２エネルギー調整器を前記共通ＤＣバスに接続するステップと、
前記共通ＤＣバス上に存在するＤＣ電圧の振幅に対応するＤＣ電圧信号を、各前記第１及び第２エネルギー調整器で実行するプロセッサで、受信するステップと、
各前記第１及び第２エネルギー調整器で、前記ＤＣ電圧信号を、前記複数のエネルギー調整器内のメモリデバイス内に格納されている低電圧設定値及び高電圧設定値と比較するステップと、
一方の前記第１及び第２エネルギー調整器と前記共通ＤＣバスとの間でもう一方の前記第１及び第２エネルギー調整器に独立的にエネルギーを移動させるステップと、
を含み、
前記ＤＣ電圧信号が前記高電圧設定値よりも大きければ、各前記第１及び第２エネルギー調整器は、前記共通ＤＣバスから接続された前記エネルギーストレージデバイスにエネルギーを移動させ、
前記ＤＣ電圧信号が前記低電圧設定値よりも小さければ、各前記第１及び第２エネルギー調整器は、接続された前記エネルギーストレージデバイスから前記共通ＤＣバスにエネルギーを移動させ、
前記複数のエネルギーストレージデバイスは、少なくとも第１エネルギーストレージデバイス及び第２エネルギーストレージデバイスを含み、
前記複数のエネルギー調整器は、前記第１エネルギーストレージデバイス及び前記第２エネルギーストレージデバイスにそれぞれ対応する少なくとも第１エネルギー調整器及び第２エネルギー調整器を含み、
前記第２エネルギー調整器の前記低電圧設定値は、前記第１エネルギー調整器の前記低電圧設定値より小さく、
前記第２エネルギー調整器の前記高電圧設定値は、前記第１エネルギー調整器の前記高電圧設定値より大きい、
共通ＤＣバスに接続された複数のエネルギーストレージデバイス間のエネルギー移動を管理する方法。

【請求項10】

周期的な間隔に、前記第１エネルギー調整器の前記低電圧設定値及び前記高電圧設定値を前記第２エネルギー調整器の前記低電圧設定値及び前記高電圧設定値と交換するステップをさらに含む
請求項９に記載のエネルギー移動を管理する方法。

【請求項11】

周期的な間隔に、前記第２エネルギー調整器の前記高電圧設定値よりも大きい新しい値を、前記第１エネルギー調整器の前記低電圧設定値及び前記高電圧設定値のそれぞれにロードするステップと、
前記第１エネルギー調整器に接続された第１エネルギーストレージデバイスの放電に対応する信号を受信するステップと、
前記第１エネルギー調整器の前記低電圧設定値及び前記高電圧設定値のそれぞれの前記値をそれらの本来の動作値にリセットするステップと、
をさらに含む
請求項９に記載のエネルギー移動を管理する方法。

【請求項12】

請求項１１に記載の複数のステップを周期的に実行するよう前記第１及び第２エネルギー調整器のそれぞれをスケジューリングする初期ステップをさらに含み、一回の実行につき前記第１及び第２エネルギー調整器のうち１つのみが請求項１１に記載の前記複数のステップを実行する
請求項１１に記載のエネルギー移動を管理する方法。

【請求項13】

発電源に電気的に接続された入力及び前記共通ＤＣバスに電気的に接続された出力を有する少なくとも１つのエネルギーコンバータを、前記共通ＤＣバスに接続するステップと、
各エネルギーコンバータで実行するプロセッサで前記共通ＤＣバス上に存在する前記ＤＣ電圧の前記振幅に対応する信号を受信するステップと、
少なくとも１つの前記エネルギーコンバータから選択される他の前記各エネルギーコンバータに独立的に、及び前記第１及び第２エネルギー調整器に独立的に、少なくとも１つの前記エネルギーコンバータから選択される第１エネルギーコンバータと前記共通ＤＣバスとの間でエネルギーを移動させるステップと、
をさらに含む
請求項９に記載のエネルギー移動を管理する方法。

【請求項14】

前記ＤＣ電圧信号がモード選択設定値よりも小さければ、前記各エネルギーコンバータは、前記発電源によって生成されたエネルギーの最大量を前記共通ＤＣバスに移動させる第１動作モードで前記発電源と前記共通ＤＣバスとの間でエネルギーを移動させ、
前記ＤＣ電圧信号が前記モード選択設定値よりも大きければ、前記各エネルギーコンバータは、前記発電源によって生成されたエネルギーを前記共通ＤＣバスに減少した効率に移動させる第２動作モードで前記発電源と前記共通ＤＣバスとの間でエネルギーを移動させる
請求項１３に記載のエネルギー移動を管理する方法。

【請求項15】

共通ＤＣバスと、
少なくとも１つのエネルギーコンバータと、
インバータと、
複数のエネルギーストレージデバイスと、
複数のエネルギー調整器と、
を含み、
前記少なくとも１つのエネルギーコンバータは、
複数のエネルギー源の少なくとも１つに電気的に接続された入力と、
前記共通ＤＣバスに電気的に接続された出力と、
前記共通ＤＣバス上に存在する電圧の振幅に対応する電圧信号と、
をさらに含み、
前記少なくとも１つのエネルギーコンバータの各エネルギーコンバータは、前記電圧信号の関数として前記エネルギー源から前記共通ＤＣバスにエネルギーを移動させるように構成され、
前記インバータは、
前記共通ＤＣバスに電気的に接続された第１コネクションと、
ユーティリティグリッドに接続された第２コネクションと、
前記共通ＤＣバス上に存在する電圧の振幅に対応する電圧信号と、
をさらに含み、
前記インバータは、前記電圧信号、高電圧設定値及び低電圧設定値の関数として選択的に前記共通ＤＣバス及び前記ユーティリティグリッド間で双方向にエネルギーを移動させるように設定され、
前記複数のエネルギー調整器は、
前記複数のエネルギーストレージデバイスのうちの１つに電気的に接続された第１コネクションと、
前記共通ＤＣバスに電気的に接続された第２コネクションと、
前記共通ＤＣバス上に存在する電圧の振幅に対応する電圧信号と、
をさらに含み、
前記複数のエネルギー調整器は、前記電圧信号、低電圧設定値及び高電圧設定値の関数として前記共通ＤＣバスと前記複数のエネルギーストレージデバイスとの間で双方向にエネルギーを選択的に移動させるよう構成され、
前記電圧信号が前記高電圧設定値よりも大きければ、エネルギーは前記共通ＤＣバスから前記複数のエネルギーストレージデバイスに移動し、前記電圧信号が前記低電圧設定値よりも小さければ、エネルギーは前記複数のエネルギーストレージデバイスから前記共通ＤＣバスに移動し、
前記複数のエネルギーストレージデバイスは、少なくとも第１エネルギーストレージデバイス及び第２エネルギーストレージデバイスを含み、
前記複数のエネルギー調整器は、前記第１エネルギーストレージデバイス及び前記第２エネルギーストレージデバイスにそれぞれ対応する少なくとも第１エネルギー調整器及び第２エネルギー調整器を含み、
前記第２エネルギー調整器の前記低電圧設定値は、前記第１エネルギー調整器の前記低電圧設定値より小さく、
前記第２エネルギー調整器の前記高電圧設定値は、前記第１エネルギー調整器の前記高電圧設定値より大きい、
少なくとも１つのエネルギー源及び少なくとも１つのロード間のエネルギー移動を管理する電力制御システム。

【請求項16】

前記設定値それぞれのコピーを格納して運用者が前記設定値のそれぞれを構成するように許容するユーザインタフェースを有する中央インタフェースをさらに含み、
前記中央インタフェースは、前記設定値のうち少なくとも１つを周期的に再構成する格納されたプログラムを実行するように構成されたプロセッサをさらに含む
請求項１５に記載の電力制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

発明は、ハイブリッド電力システムを制御する方法及び装置に関する。具体的に、本発明は、それぞれが共通ＤＣバスに接続される１つ以上の発電源、ストレージデバイス、ロード、ユーティリティグリッド、オフグリッドの電力システムまたはその組合せ間のエネルギー移動及び電力の流れを管理する。

【背景技術】

【0002】

近年、エネルギーに関する増加した需要や化石燃料の供給、及びそれに伴う汚染への高まった懸念は、再生可能なエネルギー源への関心につながっている。一般的に、最も開発されている再生可能なエネルギー源の二種類は光電池（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ）エネルギー及び風力エネルギーである。他の再生可能なエネルギー源は、燃料電池、水力発電エネルギー、潮汐エネルギー、及びバイオ燃料またはバイオマス発電機であってもよい。しかし、電気エネルギーを生成するために再生可能なエネルギー源を使用することは一連の新しい課題を引き起こすことがある。

【0003】

再生可能なエネルギー源を既存の交流（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ；ＡＣ）グリッドに接続することに関する最も大きい課題の１つは、ユーティリティグリッド又はオフグリッドシステムであっても再生可能なエネルギー源が可変的なエネルギー供給を提供することにある。前記供給は、例えば、風、雲量、または時刻によって変わり得る。さらに、異なるエネルギー源は、異なるタイプの電気エネルギーを提供してもよい。例えば、風力タービンは、可変的な電圧及び周波数を有する交流エネルギーの提供に最も適する一方、光電池は直流（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ；ＤＣ）エネルギーの提供に最も適する。結果的に、再生可能なエネルギーの複数ソースをユーティリティグリッド、独立的なマイクロタービン、及び発電機または燃料電池のような異なる発展システムと組み合わせてＡＣ及び／またはＤＣ出力を有する単一システムにすることは、このような異なるエネルギー源それぞれの統合を求める。

【0004】

いずれかの再生可能なソースによって供給されたエネルギーの可変的な本質は、電力システム内のエネルギーストレージデバイスの統合を好ましくする。エネルギーストレージデバイスは、再生可能なソースによって、あるいはユーティリティグリッドまたは他の生成ソースによって最大の生産期間中に充電される。エネルギーストレージデバイスは、その次に再生可能なソースがシステム内のロードによって要求されるものよりも少ないエネルギーを生成しているときには再生可能なソースの補充のために格納されたエネルギーを伝達してもよい。

【0005】

再生可能なエネルギーの複数のソースを統合しようとする試みは、典型的にストレージデバイスのみならず各エネルギー源をグリッドに個別的に接続することを求める。グリッドは、独立型（ｓｔａｎｄ−ａｌｏｎｅ）グリッドまたはユーティリティグリッドであってもよい。生成ソース、例えば、風力タービンまたは光電池アレイ、またはロードの各製造者は、ソースまたはロードをグリッドに接続するために電力コンバータを提供してもよい。このようなアクセス法は、典型的に希望しない２回の電力変換、先に生成ソースをユーティリティグリッドと互換されるＡＣ電圧への変換と、その後にストレージデバイスと互換される電圧に戻す変換とを引き起こす。

【0006】

加えて、複数のソースを統合しようとする試みは、各デバイスによるエネルギーの流れを管理する上位レベル（ｈｉｇｈ−ｌｅｖｅｌ）コントローラを典型的に要求することがある。コントローラは、複数の通信プロトコルを管理しなければならず、様々なデバイス間の有効電力制御及び無効電力制御を調整しなければならない。例えば、グリッド−独立的なシステムで並列的に動作する複数のＡＣソースは、所望する生成ソースを選択、出力を同期化及び／またはロードの均衡を保持するために移動スイッチ及び制御スキームを典型的に要求することがある。このような統合システムは、典型的に各システムに対してカスタマイズされた複雑なソフトウェアを要求することがある。他の生成ソースまたはロードをシステムに追加することは、統合ソフトウェア及びコネクションハードウェアが後で変更することを要求することがある。したがって、このような複雑な制御スキームは、未来の生成ソース統合の柔軟性または電力システムの変更を制限することになる。

【発明の概要】

【発明を解決するための手段】

【0007】

前述の内容と一貫して具体化して幅広く記述された発明に係るハイブリッド電力システムを制御する方法及び装置は、当該技術で一般的な技術を有する者が発明を考案して使用できるようにするための適する細部事項として記述されてもよい。

【0008】

提示される発明は、電力システム内の様々なソースとロードとの間で電力及びエネルギーを制御する単純化された方法を提供する。発電源は、コンバータを介して共通ＤＣバスにそれぞれ接続されてもよい。コンバータは、選択的にＤＣバスへの最大エネルギー移動を伝達したり、またはＤＣバス上に存在するＤＣ電圧のレベルにより減少した送信率でエネルギーを移動してもよい。少なくとも１つのストレージデバイスは、電力調整器によって共通ＤＣバスに可能であれば接続されてもよい。電力調整器は、ＤＣバス上に存在するＤＣ電圧レベルの関数としてＤＣバスに、またはＤＣバスからエネルギーを選択的に移動させてもよい。ＤＣ ｔｏ ＤＣコンバータは、ＤＣバスのＤＣ電圧レベルと異なる電圧レベルにＤＣ電圧をロードへ供給するために提供されてもよい。さらに、インバータは、ＤＣ電圧を顧客（ｃｕｓｔｏｍｅｒ）ロードまたはユーティリティグリッドへの接続のためのＡＣ電圧に変換するため提供されてもよい。電力変換デバイスそれぞれは、アプリケーションの要求事項により多い構成に提供されてもよく、モジュール式（ｍｏｄｕｌａｒ）及び単純化された電力制御システムを提供するため独立的に制御されてもよい。

【0009】

発明の一実施形態に係る電力変換デバイスは、各生成ソースと共通ＤＣバスとの間で提供されてもよい。各電力変換デバイスは、生成ソースによって生成された電気エネルギーを他のソースまたはロードと独立的な特定の生成ソースに対して最適化された制御アルゴリズムにより変換してもよい。例えば、最大電力点（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ；ＭＰＰ）の追跡は、当該技術で公知のように、生成ソースから共通ＤＣバスに最大電力またはエネルギー移動を提供するため光電池アレイに接続されたコンバータ上で用いられる。ストレージデバイス及び前記ストレージデバイスを共通ＤＣバスに接続する電力調整器を提供してもよい。システムに接続されたロードにより要求されたものを超過する電力が生成すると、ストレージデバイスはそれが最大容量に達するまで充電してもよい。ロードによる電力需要がシステムで生成される電力を超過すると、ストレージデバイスは追加需要を充足させるために放電してもよい。電力調整器は供給が需要を超過するか、または需要が供給を超過するかを決定する指標（ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）としてＤＣバス上の電圧レベルを監視する。加えて、もし、電力システムがグリッド−独立的なＡＣロードを含んだり、またはユーティリティグリッドに接続されれば、インバータが共通ＤＣバス及びＡＣシステム間で提供されてもよい。インバータコントローラは、生成された電力が要求された電力を超過すると、ソースによって生成された超過エネルギーはユーティリティグリッドに供給されるようにして双方向の電力の流れを提供する。類似に、ソースによって生成された電力が電力システムによって要求された電力を充足させないときには、エネルギーはユーティリティグリッドから移動（ｄｒａｗｎ）されてもよい。

【0010】

発明の更なる実施形態に係るハイブリッド電力システムに対するコントローラは、少なくとも１つのエネルギーコンバータを含んでもよい。各エネルギーコンバータは、電気エネルギー生成デバイスに電気的に接続されてもよい。装置は、少なくとも１つのエネルギーストレージデバイスを含んでもよい。エネルギー調整器は、エネルギーストレージデバイスに電気的に接続されてもよい。ＤＣバスは、エネルギーコンバータ及びエネルギーコンバータのそれぞれ及びエネルギー調整器に電気的に接続されてもよい。エネルギー調整器は、ＤＣバス上に存在するＤＣ電圧の値を表示する第１電圧信号、低電圧設定値及び高電圧設定値を有する予め決定した範囲内でＤＣ電圧を保持する第１制御ユニットを含んでもよい。

【0011】

発明の更なる側面に係る電力コントローラは、ＤＣバス上に存在するＤＣ電圧の値を表示する電圧信号及びＤＣ電圧が予め決定された最大値に達したときに電気エネルギー生成デバイスからの電力の流れを不可能にするため構成された第２制御ユニットをさらに活用してもよい。インバータは、ＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換するため電気的にＤＣバスに接続されてもよい。インバータは、ユーティリティグリッドに独立的またはユーティリティグリッドと協力するＡＣロードに電力を供給してもよい。インバータから生成されたＡＣ電圧は、ユーティリティグリッド、ＡＣロードまたはグリッド及びＡＣロードの組合せで接続されてもよい。インバータは、ＤＣバス及びユーティリティグリッドまたはＡＣロード間で双方向の電力の流れをさらに提供してもよい。場合に応じて、ＡＣロード及びユーティリティグリッドを別に接続する複数のコンバータを提供してもよい。

【0012】

本発明の更なる側面は、電力コンバータ及び調整器がモジュール式である。電力変換デバイスの独立的な本質は、他のコンバータまたは調整器の制御ユニットに対する変更を要求することなくコンバータが追加されたり除去されることを許容する。例えば、ＤＣロードは、電力システムがＤＣまたはＡＣロードに電力を供給できるように共通ＤＣバスに接続されてもよい。ＤＣロードは、もし、ＤＣバス電圧の他に電圧を希望すると、直接的またはＤＣ ｔｏ ＤＣコンバータを用いて接続されてもよい。追加的な電気エネルギー生成デバイスに接続された少なくとも１つの追加的なエネルギーコンバータが存在するエネルギーコンバータまたはエネルギー調整器のいずれの変更なしで共通ＤＣバスに接続されてもよい。

【0013】

本発明の他の実施形態に係るエネルギー移動を管理する電力制御システムは、共通ＤＣバス、複数のエネルギーストレージデバイス、及び複数のエネルギー調整器を含んでもよい。各エネルギー調整器は、エネルギーデバイスのうち少なくとも１つに電気的に接続された第１コネクション及び共通ＤＣバスに電気的に接続された第２コネクションを有してもよい。各エネルギー調整器は、複数のスイッチ、ＤＣバス上に存在するＤＣ電圧の振幅に対応する電圧信号、メモリデバイス及びプロセッサをさらに含んでもよい。各スイッチは、第１コネクションと第２コネクションとの間でエネルギー移動を制御するスイッチング信号により選択的にエネルギーを供給してもよい。メモリデバイスは、少なくとも制御プログラム、低電圧設定値及び高電圧設定値を格納してもよい。プロセッサは、電圧信号、低電圧設定値及び高電圧設定値の関数として複数のスイッチのそれぞれに対するスイッチング信号を生成するために制御プログラムを実行してもよい。もし、電圧信号が高電圧設定値よりも大きければ、エネルギーは共通ＤＣバスからエネルギーストレージデバイスに移動してもよく、もし、電圧信号が低電圧設定値よりも小さければ、エネルギーはエネルギーストレージデバイスから共通ＤＣバスに移動してもよい。

【0014】

更なる発明の側面に係る電力制御システムは、少なくとも第１及び第２エネルギーストレージデバイス及び前記第１及び前記の第２エネルギーストレージデバイスそれぞれに対応する第１及び第２エネルギー調整器を含んでもよい。第１エネルギー調整器の低電圧設定値及び高電圧設定値のうちの１つは、第２エネルギー調整器それぞれの低電圧設定値または高電圧設定値と異なる値に設定されてもよい。第１エネルギーストレージデバイスは、第２エネルギーストレージデバイスと異なる構造であり、第１エネルギー調整器及び第２エネルギー調整器の両方に対する低電圧設定値及び高電圧設定値のそれぞれは、第１エネルギーストレージデバイス及び第２エネルギーストレージデバイスそれぞれの構造の関数であってもよい。

【0015】

発明の更なる側面によって中央コントローラが各エネルギー調整器と通信してもよい。中央コントローラは、格納されたプログラムを実行するために構成されたプロセッサ及び少なくとも前記のプログラム及びエネルギー調整器に対する各電圧設定値のコピーを格納するメモリデバイスを有してもよい。中央コントローラは、第１エネルギー調整器の低電圧設定値及び高電圧設定値を第２エネルギー調整器の低電圧設定値及び高電圧設定値と交換するために、プロセッサ上で格納されたプログラムを周期的に実行するよう構成してもよい。中央コントローラは、１つ以上のエネルギーストレージデバイスを放電するためにプロセッサ上で格納されたプログラムを周期的に実行するようさらに構成してもよい。新しい値がエネルギー調整器の最初の低電圧設定値及び高電圧設定値のそれぞれにロードしてもよく、新しい値のそれぞれは他のエネルギー調整器のそれぞれの高電圧設定値よりも大きくてもよい。中央コントローラはエネルギーストレージデバイスの放電に対応する信号を受信してもよく、第１エネルギー調整器の低電圧設定値及び高電圧設定値のそれぞれの値を本来の動作値にリセットしてもよい。さらに、ローテーション方式（ｒｏｔａｔｉｏｎ ｂａｓｉｓ）でエネルギーストレージデバイスのそれぞれを周期的に放電するためのスケジュールを設立してもよい。したがって、ただ１つのエネルギーストレージデバイスが放電されてもよく、残りのデバイスはＤＣバスまたはＤＣバスからエネルギーを移動させることを継続してもよい。

【0016】

発明の更なる側面に係る電力制御システムは、発電源に電気的に接続された入力及び共通ＤＣバスに電気的に接続された出力を有する少なくとも１つのエネルギーコンバータをさらに含んでもよい。各エネルギーコンバータは、複数のスイッチ、ＤＣバス上に存在するＤＣ電圧の振幅に対応する電圧信号、メモリデバイス及びプロセッサを含んでもよい。各スイッチは、入力と出力との間でエネルギー移動を制御するためのスイッチング信号により選択的にエネルギーを供給してもよい。メモリデバイスは少なくとも制御プログラム及びモード選択設定値を格納してもよく、プロセッサは電圧信号及びモード選択設定値の関数としてスイッチング信号を生成するために前記制御プログラムを実行してもよい。第１動作モードで、ＤＣ電圧信号はモード選択設定値よりも小さくてもよく、ソースによって生成されたエネルギーの最大量がＤＣバスに移動してもよい。第２動作モードで、ＤＣ電圧信号はモード選択設定値よりも大きくてもよく、ソースによって生成されたエネルギーは減少した送信率でＤＣバスに移動してもよい。エネルギーがＤＣバスに移動する送信率は電圧信号及びモード選択設定値間の差の関数であってもよい。

【0017】

発明の更なる実施形態に係る共通ＤＣバスによって接続された複数のエネルギーストレージデバイス間のエネルギー移動を管理する方法は、複数のエネルギー調整器を共通ＤＣバスに接続するステップを含んでもよい。各エネルギー調整器は、エネルギーストレージデバイスのうち少なくとも１つに電気的に接続された第１コネクション及び共通ＤＣバスに電気的に接続された第２コネクションを有してもよい。共通ＤＣバス上に存在するＤＣ電圧の振幅に対応する信号は、各エネルギー調整器で実行するプロセッサで受信されてもよく、ＤＣ電圧信号はエネルギー調整器内にあるメモリデバイスに格納された低電圧設定値及び高電圧設定値と比較されてもよい。エネルギーは他のエネルギー調整器に独立的に各エネルギー調整器とＤＣバスとの間で移動してもよい。もし、ＤＣ電圧信号が高電圧設定値よりも大きければ、各エネルギー調整器は共通ＤＣバスから接続されたエネルギーストレージデバイスに、もし、電圧信号が低電圧設定値よりも小さければ、接続されたエネルギーストレージデバイスから共通ＤＣバスにエネルギーを移動させてもよい。

【0018】

発明の更なる実施形態に係る少なくとも１つのエネルギー源及び少なくとも１つのロード間のエネルギー移動を管理する電力制御システムは、共通ＤＣバス及び少なくとも１つのエネルギーコンバータを含んでもよい。エネルギーコンバータは、エネルギー源に電気的に接続された入力、共通ＤＣバスに電気的に接続された出力、及び共通ＤＣバス上に存在する電圧の振幅に対応する電圧信号を含んでもよい。各エネルギーコンバータは、電圧信号の関数としてエネルギー源から共通ＤＣバスにエネルギーを移動させるために構成してもよい。電力制御システムはインバータを含んでもよく、インバータは共通ＤＣバスに電気的に接続された第１コネクション、ユーティリティグリッドに接続された第２コネクション、及び共通ＤＣバス上に存在する電圧の振幅に対応する電圧信号を含んでもよい。インバータは、電圧信号、高電圧設定値及び低電圧設定値の関数として共通ＤＣバス及びユーティリティグリッド間で双方向にエネルギーを選択的に移動させるために構成してもよい。

【0019】

発明の更なる側面に係る電力制御システムは、少なくとも１つのエネルギーストレージデバイス及び少なくとも１つのエネルギー調整器を含んでもよい。エネルギー調整器は、エネルギーストレージデバイスのうち少なくとも１つに電気的に接続された第１コネクション、共通ＤＣバスに電気的に接続された第２コネクション、及び共通ＤＣバス上に存在する電圧の振幅に対応する電圧信号を含んでもよい。エネルギー調整器は、電圧信号、低電圧設定値及び高電圧設定値の関数として共通ＤＣバス及びエネルギーストレージデバイス間で双方向にエネルギーを選択的に移動させるために構成してもよい。電力制御システムは、設定値それぞれのコピーを格納する中央インタフェースを含んでもよく、中央インタフェースは、運用者が設定値のそれぞれを構成することを許容するためのユーザインタフェースを有してもよい。中央インタフェースは、設定値のうち少なくとも１つを周期的に再構成するための格納されたプログラムを実行するために構成されたプロセッサを含んでもよい。

【0020】

発明のこのような目的、利点及び特性は、詳細な説明及び添付の図面から当該技術の当業者によって明白になる。提示された発明の範囲内でその精神から外れることなく多くの変化及び変更が可能であり、本発明はそのような全ての変更を含んでもよい。

【0021】

発明の好ましい例示的な実施形態は添付の図面で示し、参照符号が同一な部分は同一部分を示す。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】例示的な生成ソース及びロードを示す提示された発明の第１実施形態の概要図である。

【図2】例示的な生成ソース及びロードを図示し、ＡＣ顧客ロードまたはユーティリティグリッドへのコネクションをさらに示す提示された発明の更なる実施形態の概要図である。

【図3】例示的な生成ソース及びロードを図示し、ＤＣバスと異なるＤＣ電圧からＤＣ顧客ロードへのコネクションをさらに示す提示された発明の更なる概要図である。

【図4】例示的なコンバータの概要図である。

【図5】例示的な調整器の概要図である。

【図6】例示的なインバータの概要図である。

【図7】コンバータの動作フローチャートである。

【図8】調整器の動作フローチャートである。

【図9】提示された発明のモジュール式のラック（ｒａｃｋ）実現を示す概要図である。

【図10】単一のポテンシャルＤＣバスに接続された例示的な生成ソース及びロードを示す提示された発明の更なる実施形態の概要図である。

【図11】分割されたポテンシャルＤＣバスに接続された例示的な生成ソース及びロードを示す提示された発明の更なる実施形態の概要図である。

【図12】ＤＣバスにより分配された例示的な生成ソース及びロードを示す提示された発明の更なる実施形態の概要図である。

【図13】ＡＣロード及びユーティリティグリッドに接続された例示的な生成ソース及びロードを示す提示された発明の更なる実施形態の概要図である。

【図14】提示された発明の一実施形態に係る動作間のコンバータ及び調整器制御設定値の図示である。

【図15】図１４で提示された発明の実施形態に係る放電サイクル間のコンバータ及び調整器制御設定値の図示である。

【図16】図１４で提示された発明の実施形態に係るコンバータフォールドバック（ｆｏｌｄｂａｃｋ）を示すコンバータ及び調整器制御設定値の図示である。

【図17】提示された発明の更なる実施形態に係る動作の間のコンバータ及び調整器制御設定値の図示である。

【図18】提示された発明の更なる実施形態に係る動作間のコンバータ及び調整器制御設定値の図示である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

図面に示す発明の好ましい実施形態の記述において、特定の専門用語は明確性のために利用されることがある。しかし、発明が選択した特定の用語に制限されることは意図されることなく、各特定の用語は類似の目的を達成するために類似の方式により動作する全ての技術的な均等を含むものと理解される。例えば、単語の「接続された（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「添付された（ａｔｔａｃｈｅｄ）」またはそれに類似する用語が用いられてもよい。それは直接的なコネクションとして制限されなくてもよく、他の構成要素を通したコネクションを含んでもよい。そのようなコネクションは当該技術の当業者によって均等なものとして認識されてもよい。

【0024】

提示される発明は、ハイブリッド電力システム１０を制御する方法及び装置を提供する。具体的に、このような発明は、それぞれ共通ＤＣバス５０に直接的または電力変換デバイスによって接続された１つ以上の発電源、ストレージデバイス、ロード及びユーティリティグリッド間の電力の流れまたはエネルギーの移動を管理する。

【0025】

このような説明により生成ソースまたはロードを共通ＤＣバス５０に接続するための電力変換デバイスを説明するために、コンバータ２０、調整器３０及びインバータ６０を含む数個の用語が用いられてもよい。図４〜図６を参照して、コンバータ２０、調整器３０及びインバータ６０は、電圧信号２６、３６、６６及び制御ユニット２５、３５、６５の両方を含んでもよい。電圧信号２６、３６、６６はＤＣバス５０上に存在する電圧レベルを表示してもよく、各電力変換デバイス内の個別的な電圧センサによって生成されてもよく、単一の電圧センサが複数の電力変換デバイスに信号を提供したり、または、電圧センサの組合が個別的な電力変換デバイス及び複数の電力変換デバイスに信号を提供してもよい。各電力変換デバイスの制御ユニット２５、３５、６５は、パワーエレクトロニクスデバイス（ｐｏｗｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ）２８、３８、６８、パワーエレクトロニクスデバイス２８、３８、６８に制御信号を送信するためのプログラムを実行できるプロセッサ２２、３２、６２、及び前記プロセッサ２２、３２、６２上で実行できる前記プログラムを格納するメモリ２４、３４、６４で構成された電力変換セクションを含んでもよい。電圧信号２６、３６、６６は、プロセッサ２２、３２、６２上で実行するプログラムによって読み出されてもよい。プログラムは下記で詳細に記述するように、デバイスによって電力の流れを調整するためにパワーエレクトロニクスデバイス２８、３８、６８に制御信号を出力してもよい。これに代えて、制御ユニット２５、３５、６５はパワーエレクトロニクスデバイス２８、３８、６８単独で構成されてもよく、デバイスを介して電力の流れを制御するために電圧信号２６、３６、６６に直接接続されたハードウェアを制御してもよい。例えば、ブーストコンバータは当該技術において公知のように、第１ＤＣ電圧レベルをさらに高い第２ＤＣ電圧レベルに変換するため用いられてもよい。

【0026】

図１を参照して、ハイブリッド電力システムの第１実施形態を図示する。電力システム１０は少なくとも１つのコンバータ２０を含んでもよく、各コンバータ２０は生成ソースに接続されてもよい。電力システム１０は少なくとも１つの調整器３０をさらに含んでもよく、各調整器３０は少なくとも１つのストレージデバイス４０に接続されてもよい。共通ＤＣバス５０はコンバータ２０及び調整器３０のそれぞれに接続してもよい。

【0027】

各コンバータ２０は、生成ソースと共通ＤＣバス５０との間で電気的に接続されてもよい。生成ソースは当該技術で公知のいずれのタイプであってもよく、光電池、水力発電、燃料電池、潮汐、バイオ燃料、またはバイオマス生成ソースを含んでもよいが、それに制限されることはない。このようなソースのそれぞれは、生成ソースのタイプに適合化された振幅を有するＡＣまたはＤＣ電圧として出力される電力を生成してもよい。生成ソースから出力される電圧は、コンバータ２０のパワーエレクトロニクス（ｐｏｗｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）２８の入力電圧として提供されてもよい。パワーエレクトロニクス２８は、ＤＣバス５０への出力電圧としてソースから希望されるＤＣ電圧レベルに電圧を変換するため構成してもよい。例えば、電力システムが４５０ボルトユーティリティグリッドに接続されると、希望されたＤＣ電圧レベルは６５０ボルトであってもよい。これに代えて、ＤＣ電圧レベルは、特定のＤＣロードによって要求される４８ボルトのような希望のＤＣ電圧であってもよい。ＤＣ電圧レベルは、予め定められた範囲内で変わることが許容されてもよく、生成ソース及びＤＣバス５０間で最適のエネルギー変換を提供するために選択されてもよい。

【0028】

図１０及び図１１を参照すると、共通ＤＣバス５０は単一レベルまたはマルチレベルＤＣバスであってもよい。単一レベルバスは、第１ＤＣレール５２及び第２ＤＣレール５４を含んでもよい。各ＤＣレールは制限されることはないが、単一のターミナル、適する電気的コンダクターによって接続された複数のターミナルまたはバスバー（ｂｕｓ ｂａｒ）であってもよい。単一レベルバスは、第１ＤＣレール５２と第２ＤＣレール５４との間で１つの電圧ポテンシャルをそれぞれ設立してもよい。マルチレベルＤＣバスは、第１ＤＣレール５２及び第２ＤＣレール５４をそれぞれ含んでもよく、少なくとも第３ＤＣレール５６をさらに含んでもよい。マルチレベルＤＣバスは、ＤＣレール間で少なくとも２つの異なる電圧ポテンシャルを設立してもよい。例えば、マルチレベルＤＣバスは３２５ボルトのように、ポジティブ電圧ポテンシャルである第１ＤＣレール５２、ニュートラル電圧ポテンシャルである第２ＤＣレール５４、及び３２５ボルトのようにネガティブ電圧ポテンシャルである第３ＤＣレール５６を含んでもよい。第１ＤＣレール５２と第３ＤＣレール５６との間でネット（ｎｅｔ）電圧ポテンシャルは電圧ポテンシャルの２倍または６５０ボルトであってもよく、第１ＤＣレール５２または第３ＤＣレール５６及びニュートラル第２ＤＣレール５４間のポテンシャルにも同様である。したがって、３つの異なる電圧ポテンシャルが図１１に示すＤＣバス５０上に存在してもよい。図１１に示すように、各コンバータ２０、調整器３０及びインバータ６０は、各電力変換デバイスに接続されたソース、ストレージデバイス４０、またはロードの要求事項に応じて３つの電圧ポテンシャルのいずれにも接続されてもよい。

【0029】

各調整器３０は、少なくとも１つのストレージデバイス４０と共通ＤＣバス５０との間で電気的に接続されてもよい。ハイブリッド電力システム１０は、アプリケーションの要求事項により１つ以上のストレージデバイス４０を含んでもよい。ストレージデバイス４０はエネルギーを格納してもよく、ＤＣまたはＡＣ電圧を提供してもよい。例えば、ストレージデバイス４０は制限されることはないが、バッテリ、燃料電池、フローバッテリ、またはフライホイール（ｆｌｙｗｈｅｅｌ）であってもよい。各ストレージデバイス４０は、単一デバイスまたは当該技術で公知のように、シリーズで並列的またはその組合せで接続された複数のデバイスから構成されることが考慮される。各調整器３０のパワーエレクトロニクス３８は、ＤＣバス５０とストレージデバイス４０との間で双方向の電力の流れを許容するために構成してもよい。ＤＣバス５０は第１ＤＣ電圧レベルで動作し、ストレージデバイス４０は第２ＤＣ電圧レベルで動作してもよい。これに代えて、ＤＣバス５０及びストレージデバイス４０は同一のＤＣ電圧レベルで動作してもよい。

【0030】

次の図２及び図３を参照すると、ハイブリッド電力システム１０は出力電力変換デバイス、例えば、インバータ６０または更なるＤＣ−ｔｏ−ＤＣコンバータ４５をさらに含んでもよい。また、図１０〜図１３を参照すると、インバータ６０はＤＣバス５０及びユーティリティグリッド、ＡＣロードまたはＡＣロード及びユーティリティグリッドの両方への電気的な接続６９間で電気的に接続されてもよい。各インバータ６０のパワーエレクトロニクス６８はＤＣバス５０及びＡＣロードまたはグリッド間で双方向の流れを許容するために構成されてもよい。もし、電力システムに接続されたロードからの需要が生成ソースによって供給された電力を超過すると、生成ソースによって供給された電力を補充するために双方向の電力の流れはＤＣバス５０に電力を供給するため接続された時には、ユーティリティグリッドを許容してもよい。ＤＣ−ｔｏ−ＤＣコンバータ４５は、ＤＣバス５０及びＤＣバス上の電圧と異なる電圧レベルで動作するＤＣロード間で電気的に接続されてもよい。いずれかの数（ｎｕｍｂｅｒ）または組合せのロードがシステムに接続されてもよく、ロードは直接的にインバータ６０を介してＤＣ−ｔｏ−ＤＣコンバータ４５を介して、または、いずれかの組合せまたは複数（ｍｕｌｔｉｐｌｅ）を介してＤＣバス５０に接続されることが考慮される。

【0031】

図１３を参照すると、グリッド遮断スイッチ７０は、例えば、電力停電（ｏｕｔａｇｅ）間にハイブリッド電力システム１０をグリッドから遮断するため含んでもよく、ハイブリッド電力システム１０が独立型（ｓｔａｎｄａｌｏｎｅ）モードで動作を継続するように許容してもよい。１つ以上のセンサがユーティリティグリッドの動作を監視し、ユーティリティグリッドの状態に対応するインバータ６０に信号６７を提供してもよい。信号６７は、例えば、ユーティリティグリッドの１つ以上のステップ（ｐｈａｓｅｓ）上の電圧に符合する。グリッドからの入力信号６７を監視することは、グリッド電圧がロスしたり不安定であれば、インバータが第１状態、オンまたはオフに出力信号７１を制御することを許容してもよく、グリッド上の電力が復帰して安定化した時には他の状態、オフまたはオンに出力信号７１を制御することを許容してもよい。グリッドに再接続した時には、インバータ６０は電気的な接続６９上の電圧をグリッド上に存在する電圧の振幅（ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）及び周波数を有するロードへ次第に同期化してもよく、グリッドに同期化されると遮断スイッチ７０を閉じるために信号７１を制御してもよい。

【0032】

動作において、電力変換デバイスのそれぞれはシステムレベルコントローラと独立的に動作するため構成される。発明の一実施形態に係る各コンバータ２０、調整器３０及びインバータ６０は、ＤＣバス５０上に存在する電圧の振幅及びメモリに格納された１つ以上の設定値の関数として、共通ＤＣバス及び接続されたソース、ストレージデバイス４０またはロード間でエネルギー移動を調整することができる。

【0033】

発明の一実施形態に係る図１４に示すように設定値のシリーズは、図１１〜図１３に示されたシステム１０のうちの１つと協力して用いられてもよい。電力システム１０は、コンバータ２０を介してＤＣバス５０に接続された少なくとも１つのエネルギー源、分離した調整器３０によってＤＣバス５０に接続された少なくとも２つのストレージデバイス４０、ＤＣバス５０及び／またはユーティリティグリッドからエネルギーを受信するロードを含んでもよい。参照設定値３０２は、ＤＣバス５０に対する希望された電圧レベルを定義してもよい。調整器３０のそれぞれは電圧レベルに対する許容されるバンド３０４または３１４を定義する低電圧設定値３０６または３１６及び高電圧設定値３０８または３１８を含んでもよい。ＤＣバス５０上の電圧の振幅がこのようなバンド内に残っていれば、調整器３０はＤＣバス５０またはＤＣバス５０からエネルギーを移動させない場合がある。調整器３０のうちの１つは第１電圧バンド３０４を定義する第１低電圧設定値３０６及び第１高電圧設定値３０８を含んでもよい。更なる調整器３０は、第２電圧バンド３１４を定義する第２低電圧設定値３１６及び第２高電圧設定値３１８を含んでもよい。

【0034】

調整器３０のそれぞれはＤＣバス５０上の電圧レベルを参照設定値３０２に保持するために他の調整器３０に独立的に実行してもよい。図８を参照すると、各調整器３０は、ステップ２０２において、対応するストレージデバイス４０の充電レベルを監視する。ステップ２０４において、調整器３０はストレージデバイス４０が完全に充電されか否かを決定する。もし、ストレージデバイス４０が完全に充電されると、ＤＣバス５０からエネルギーをさらに受け入れてもよい。ステップ２０６、２０８及び２１０において、図に示すように、ストレージデバイス４０が完全に充電された間、もしＤＣバス５０上の電圧レベルが高電圧設定値を超過すると、パワーエレクトロニクス３８はストレージデバイス４０への追加的な電力の流れを防止するためにディスエーブル（ｄｉｓａｂｌｅ）される。しかし、ステップ２０８、２１２及び２１４において、図示するように、もし、ＤＣバス５０上の電圧レベルが高電圧設定値よりも小さくてストレージデバイス４０が完全に充電されると、パワーエレクトロニクス３８は要求されたように、ストレージデバイス４０からＤＣバス５０へのエネルギーの移動を許容するためにイネーブル（ｅｎａｂｌｅ）される。

【0035】

もし、ストレージデバイス４０が完全に充電されなければ、調整器３０はステップ２１６において、ストレージデバイス４０が完全に充電されたか否かを決定する。ステップ２１８、２２０及び２２２に示すように、もし、ストレージデバイス４０が完全に充電された間にＤＣバス５０上の電圧レベルが低電圧設定値以下になると、ストレージデバイス４０はＤＣバス５０にエネルギーを供給することができないためパワーエレクトロニクス３８はディスエーブルされる。しかし、ステップ２２０、２１２及び２１４において、図に示すように、もし、ＤＣバス５０上の電圧レベルが低電圧設定値よりも大きくてストレージデバイス４０が完全に充電されると、要求されたようにＤＣバス５０からエネルギーの移動を許容するためにパワーエレクトロニクス３８はイネーブルされる。

【0036】

ステップ２１２及びステップ２１４において、図示するようにストレージデバイス４０が完全に充電されていないか、完全に放電されなければ、調整器３０はストレージデバイス４０とＤＣバス５０との間でエネルギー移動を管理するためにイネーブルされる。各調整器３０は、ＤＣバス電圧信号３６の関数としてメモリ３４に格納された電圧バンド内でＤＣ電圧レベルを保持するために実行してもよい。図１４を再び参照すると、第１調整器３０は第１電圧バンド３０４を有してもよく、第２調整器３０は第２電圧バンド３１４を有してもよい。もし、ＤＣバス電圧信号３６が調整器３０のうち１つの高電圧設定値３０８または３１８以上に上昇すると、そして、もし対応するエネルギーストレージデバイス４０が容量を有すると、調整器３０は共通ＤＣバス５０から対応するエネルギーストレージデバイス４０にエネルギーを移動させるために実行してもよい。もし、ＤＣバス電圧信号３６が調整器３０のうち１つの低電圧設定値３０６または３１６以下になると、そして、もし対応するエネルギーストレージデバイス４０が格納されたエネルギーを有すると、調整器３０はエネルギーストレージデバイス４０から共通ＤＣバスにエネルギーを移動させるために実行してもよい。電圧バンド３０４または３１４のうち１つの大きさを他の電圧バンド３０４または３１４の大きさよりも大きく設定することによって、電力システム１０は、第１調整器３０及びそれに関するストレージデバイス４０を用いてＤＣバス電圧の振幅を第１電圧バンド３０４内に保持することを試みる。もし、ソースによって生成されたりロードによって移動されたエネルギーが第１ストレージデバイス４０の容量を超過すると、第２調整器３０及びそれに関するエネルギーストレージデバイス４０が活用される。このような方式によって電圧バンド３０４及び３１４を設定することは、例えば、異なる充電／放電サイクルを有するエネルギーストレージデバイス４０の使用を許容し、または、同一の（ｉｄｅｎｔｉｃａｌ）エネルギーデバイス４０に対して異なるバンドは特定のエネルギーストレージデバイス４０が活用されることを保障することができる。周期的に電圧バンド３０４及び３１４を調節することは、１次的及び２次的なストレージデバイス４０を相異にしてもよい。

【0037】

図８に示すステップは繰り返してもよく、調整器３０はＤＣバス５０上の電圧を連続的に監視して適切に応答することができる。このような方式で、調整器３０及びストレージデバイス４０はＤＣバス５０の振幅を希望されたバンド内に調整するため動作してもよい。ストレージデバイス４０は、好ましくは生成された電力がロードからの需要を超過するときにはＤＣバス５０からエネルギーを受信し、ロードが生成ソースによって提供されたさらに多いエネルギーを要求するときには、ＤＣバス５０にエネルギーを供給する部分的に充電された状態に一般的に残っているよう、その大きさを決定してもよい。

【0038】

各コンバータ２０は、ＤＣバス５０に電力を供給するため他のコンバータ２０及び調整器３０と独立的に動作してもよい。図７及び図１６を参照すると、発明の一実施形態に係るコンバータ２０の動作が図示されている。ステップ１０２において、コンバータ２０はＤＣバス５０上に存在するＤＣ電圧の振幅を決定するために電圧信号２６を監視する。ステップ１０４において、電圧信号２６はＤＣバス電圧に対する参照電圧設定値３０２の予め決定された最大電圧設定値３２２、例えば１２０％と対照して比較してもよい。もし、ＤＣバス５０上の電圧が最大電圧設定値３２２の以上に上昇すると、ステップ１０６により、入力からシステムへの追加的な電力を防止するためにコンバータ２０はパワーエレクトロニクス２８をディスエーブルしてもよい。もし、ＤＣバス５０上の電圧が最大電圧設定値３２２未満であれば、コンバータ２０は生成ソースからＤＣバス５０にエネルギーを移動させるための準備を行う。ステップ１０８において、コンバータ２０は生成ソースが電力を生成しているかを決定するために生成ソースを監視する。もし、電力が生成されなければ、ＤＣバス５０に電力を移動させる必要がないためステップ１０６によりパワーエレクトロニクス２８はディスエーブルされるのであろう。もし、電力が生成されれば、コンバータ２０は、ソースからＤＣバス５０にエネルギーを移動させるためにステップ１１０によってパワーエレクトロニクス２８をイネーブルしてもよい。ステップ１１１において、コンバータ２０は、ＤＣバス５０上の電圧の振幅をフォールドバックレベル３２６と比較する。もし、ＤＣバス５０上の電圧の振幅がフォールドバックレベル３２６よりも小さければ、エネルギーはステップ１１３により最大動作効率に移動する。例えば、最大電力点追跡アルゴリズムは当該技術で公知のように、ソースからＤＣバス５０に最大電力移動を提供するため制御ユニット２５内のプロセッサ２２によって実行されてもよい。しかし、ＤＣバス５０上の電圧の振幅がフォールドバックレベル３２６よりも大きければ、ステップ１１５によってエネルギーは減少した効率で移動する。効率は、ＤＣバス５０上の電圧の振幅がフォールドバックレベル３２６よりどれだけ大きいかの関数として減少してもよい。図７に示すステップは繰り返してもよく、コンバータ２０はＤＣバス５０上の電圧の振幅を連続的に監視することができ、また適切に応答することができる。

【0039】

インバータ６０は他の電力変換デバイスと類似に動作してもよい。電力システム１０がグリッド−独立的なＡＣロードに接続されたときには、インバータ６０がＡＣロードの要求事項に応じて定義された電圧及び周波数にＤＣバス５０からＡＣロードへエネルギーを移動させ得る。電力システム１０がユーティリティグリッドに接続されたときには、インバータ６０がその出力をユーティリティ電圧及び周波数に同期化してもよい。インバータ６０は、ＤＣバス５０上の電圧レベルに反応してユーティリティグリッドまたはユーティリティグリッドからの電力移動を制御してもよい。図１７を参照すると、インバータ６０は、ユーティリティグリッドとＤＣバス５０との間でエネルギー移動をイネーブル及びディスエーブルするための設定値を含んでもよい。例えば、インバータで高電圧設定値３３２及び低電圧設定値３３０は、ユーティリティグリッドとのインタラクション（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）に対する第３電圧バンドを設立してもよい。もし、ＤＣバス電圧信号６６がこのようなバンド内にあれば、ユーティリティグリッドへの、またはユーティリティグリッドからのエネルギー移動は要求されない。もし、ＤＣバス電圧信号６６が高電圧設定値３３２よりも大きければ、インバータ６０はＤＣバス５０からユーティリティグリッドにエネルギーを移動させてもよい。もし、ＤＣバス電圧信号６６が低電圧設定値３３０よりも小さければ、インバータ６０はユーティリティグリッドからＤＣバス６０にエネルギーを移動させてもよい。これに代えて、インバータ６０はイネーブルされて残っていてもよく、参照電圧信号３０２に対するＤＣバス電圧信号６６の関数としてユーティリティグリッドとＤＣバス５０との間でエネルギーを移動させてもよい。電力システム１０は、エネルギーストレージデバイス４０なしに動作するために構成されることが考慮される。そのような動作の下で、インバータ電圧バンドはＤＣバス上の電圧レベルを保持するために用いられてもよい。したがって、グリッドコネクションは希望のＤＣ電圧レベルにＤＣバス５０を保持させることができ、電力システム１０で提供されるようなストレージデバイス４０を充電するためのエネルギーの更なるソースを提供することができる。

【0040】

依然として他の設定値が電力システム１０内で他の機能を行うために活用されてもよい。最小電圧設定値３２０は、電圧システム１０が動作を継続できるＤＣバス上に存在する電圧の最小振幅を確認してもよい。類似に、最大電圧設定値３２２は電圧システム１０が動作を継続できるＤＣバス上に存在する電圧の最大振幅を確認してもよい。もし、電圧の振幅が最小電圧設定値３２０よりも小さいか最大電圧設定値３２２よりも大きければ、電力変換デバイスはディスエーブルされて動作を中断してもよい。高電圧設定値３２４は、例えば、超過すれば警告メッセージが掲示される電圧レベルを確認してもよい。設定値の多くの組合が発明の範囲から外れることがなく構成され得る。例えば、電力システム１０で異なる電力変換デバイスが異なる最小電圧設定値３２０または最大電圧設定値３２２を有してもよい。コンバータ２０のそれぞれはさらに低い最大電圧設定値３２２を有してもよく、それらはＤＣバス５０に生成された電気の供給を中断してもよく、調整器３０がエネルギーを継続して移動させることを許容してもよく、ＤＣバス５０上の電圧レベルを減少させてもよい。場合に応じて、１つのコンバータ２０は他のコンバータ２０よりも低い最大電圧設定値３２２を有してもよく、コンバータのうちの１つは第１レベルからＤＣバス５０へのエネルギー移動を中断してもよく、ＤＣバス５０上の電圧の振幅の追加的な増加を防止することができる。図１８を参照すると、発電機開始設定値（ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｓｔａｒｔ ｓｅｔｐｏｉｎｔ）３３４は、燃料−供給型の発電機に接続されたコンバータ２０で提供されてもよい。もし、ＤＣバス電圧信号２６が発電機開始設定値３３４よりも小さければ、発電機の動作を開始するための信号が発電機に送信されてもよい。発電機が安定した動作点に達したとき、コンバータ２０は発電機から共通ＤＣバス５０にエネルギーを移動させてもよい。発電機をディスエーブルするために第２設定値、図示していないが、コンバータ２０内の他の信号が用いられてもよい。

【0041】

各コンバータ２０及び調整器３０の独立的な動作は、電力システム１０のモジュール式の構造を可能にする。例えば、図９に示すように、コンバータ２０及び調整器３０のそれぞれは個別的なモジュールとして構造化されてもよい。各モジュールは、例えば、モジュールの電力変換容量及び生成ソースのタイプに対するパワーエレクトロニクスの要求事項に依存して大きさが異なってもよい。可能であれば各モジュールは一般的なラックにいずれの配置であってもマウントされるため構造化され得るが、可能であればカラムのシリーズであってもよい。ＤＣバス５０はモジュール間で拡張してもよい。コンバータ２０及び調整器３０はブランチ（ｂｒａｎｃｈｅｓ）によりＤＣバス５０に接続するため構造化されてもよい。類似に、インバータ６０は、一般的なラック上にマウントされるため、構造化された異なるモジュールであってもよく、ＤＣバス５０のブランチに接続されてもよい。他のモジュールは必要に応じて含まれてもよく（例えば、インバータ及びユーティリティグリッドまたはディスプレイパネル間のＡＣ遮断機）、一般的なラックに類似するようにマウントされてもよく、必要に応じてＤＣバス５０に接続されたり接続されなくてもよい。電力変換デバイスのそれぞれは、アプリケーションの要求事項により電力変換デバイスとＤＣバス５０との間のエネルギー移動を独立的に制御するため、設定値及び格納されたプログラムを含んでもよい。

【0042】

図１０、図１１及び図１３を参照すると、ハイブリッド電力システム１０は中央インタフェース８０をさらに含んでもよい。発明の一実施形態に係る中央インタフェース８０は、ディスプレイデバイス及び制限されていないがキーパッド、マウス、タッチパッドまたはタッチスクリーンを含むユーザインタフェースを含んでもよい。中央インタフェース８０は、ハイブリッド電力システム１０に最も近接して位置、または一部に含まれて位置してもよい。場合に応じて、中央インタフェース８０は、ハイブリッド電力システム１０から遠隔で位置してもよく、いずれか適する有線または無線ネットワークを介して接続されてもよい。中央インタフェース８０は、また、ハイブリッド電力システム１０内の電力変換デバイスのそれぞれと適するネットワーク８２、例えば、イーサネット、イーサネットＩＰ、または他の産業通信ネットワークを含んで通信してもよい。中央インタフェース８０は、電力変換デバイス内の設定値の各コピーを格納するメモリデバイスを含んでもよい。ユーザインタフェース及びディスプレイデバイスはユーザが設定値を構成することを許容してもよく、ネットワーク８２を用いて電力変換デバイスに設定値に対する新しい値を送信してもよい。もし、新しい電力変換デバイスが電力システム１０に追加されると、ユーザは、中央インタフェース８０で電力変換デバイスによって活用される設定値に対する値を入力してもよい。場合に応じて、値のデフォルト集合は電力変換デバイスに格納されてもよく、中央インタフェース８０はデバイスを自動検出及び格納された値をアップロードするために構成されてもよい。

【0043】

中央インタフェース８０は、中央インタフェース８０内のプロセッサ上で周期的に実行するために構成されたプログラムをさらに含んでもよい。図１４を参照すると、プログラムは、例えば、複数の調整器３０の電圧設定値を周期的に交換するために構成してもよい。もし、電力システム１０が２つ以上の調整器３０及びエネルギーストレージデバイス４０を含めば、調整器３０のうち１つ及びそれに関するストレージデバイス４０は他の調整器３０及びそれに関するストレージデバイス４０よりも高い活用率を有することができる。各調整器３０で設定値が同一にもかかわらず、製造上の許容（ｔｏｌｅｒａｎｃｅｓ）及びオフセットが調整器３０のうち１つが異なる調整器に前もって共通ＤＣバス５０及びストレージデバイス４０間でのエネルギーの移動が発生する。したがって、エネルギーストレージデバイス４０のさらに多い活用を提供するため、中央インタフェース８０は第１エネルギー調整器の低電圧設定値及び高電圧設定値を第２エネルギー調整器の低電圧設定値及び高電圧設定値と周期的に交換するために構成してもよい。各エネルギーストレージデバイス４０は、これに代えて、ＤＣバス５０上の電圧レベルを保持するために１次的または２次的なデバイスであってもよい。

【0044】

図１５を参照すると、エネルギーストレージデバイス４０を周期的に完全に充電したり放電することが好ましい。エネルギーストレージデバイス４０のうち１つを放電するために、中央インタフェース８０上のプログラムが新しい値をエネルギー調整器の最初の低電圧設定値及び高電圧設定値のそれぞれにロードするために構成してもよく、新しい値は他のエネルギー調整器のうち少なくとも１つの高電圧設定値よりも大きくてもよい。再構成された調整器３０は、それに関するエネルギーストレージデバイス４０からＤＣバス５０にエネルギーを移動させることを開始する。接続されたロードはエネルギーを消費したり、または、移動したエネルギーがロード要求事項を超過すると、残りの調整器３０がＤＣバス５０からそれに関するエネルギーストレージデバイス４０にエネルギーを移動させる。中央インタフェース８０がエネルギーストレージデバイス４０の放電に対応する信号を受信すると、第１エネルギー調整器の低電圧設定値及び高電圧設定値のそれぞれの値は本来の動作値に再設定されてもよい。中央インタフェース８０上で実行するプログラムは一瞬に１つの調整器３０を順次放電するために類似に構成されてもよく、電力システム１０はエネルギーストレージデバイス４０のそれぞれで放電サイクルを行う間に動作するように残っていてもよい。電圧バンドを活用する２つの特定の例が議論されるにもかかわらず、エネルギーストレージデバイス４０の活用を保障するため、そしてエネルギーストレージデバイス４０を順次放電／充電するために、電圧バンドの多くの相異する構成が他の希望された動作状態を達成するために構成されるものとして理解されてもよい。

【0045】

発明は、ここで提示されるコンポーネントの構造及び配置の細部事項に制限されることはないものと理解されなければならない。発明は他の実施形態であってもよく、様々な方法により実行されたり行われてもよい。前述した変化及び変更は、提示された発明の範疇内にある。ここで開示されて定義される発明は、テキスト及び／または図面から言及された、または明白な２つ以上の個別的な特性の全ての代替可能な組合せにより拡張されることが理解され得る。このような異なる組合せの全ては提示された発明の様々な代替可能な側面を構成することができる。ここで記述された実施形態は発明の実行に対して公知の最高モードを説明することができ、当該技術の当業者が発明を活用することを可能にするのであろう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】