特許 6541271 多相ＥＡＰシステムおよびそのシステムを制御する方法

(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】6541271

(24)【登録日】2019年6月21日

(45)【発行日】2019年7月10日

(54)【発明の名称】多相ＥＡＰシステムおよびそのシステムを制御する方法

(51)【国際特許分類】

   H02N 2/18 20060101AFI20190628BHJP

   H02N 11/00 20060101ALI20190628BHJP

【ＦＩ】

   H02N2/18

   H02N11/00 Z

【請求項の数】15

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2016-530164(P2016-530164)

(86)(22)【出願日】2014年11月13日

(65)【公表番号】特表2016-539612(P2016-539612A)

(43)【公表日】2016年12月15日

(86)【国際出願番号】EP2014074453

(87)【国際公開番号】WO2015071345

(87)【国際公開日】20150521

【審査請求日】2017年10月20日

(31)【優先権主張番号】13192706.3

(32)【優先日】2013年11月13日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】511131778

【氏名又は名称】シングル ブイ ムーリングス インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100107456

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 成人

(74)【代理人】

【識別番号】100162352

【弁理士】

【氏名又は名称】酒巻 順一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123995

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅一

(74)【代理人】

【識別番号】100148596

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 和弘

(72)【発明者】

【氏名】ヴァン ケッセル， リック

【審査官】 小林 紀和

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１２−５３０２１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０１５２６０７３（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｎ ２／１８

Ｈ０２Ｎ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のＥＡＰセクションを使用するエネルギー捕集システムであって、
複数のＥＡＰセクションと、電力ソース兼シンクユニットと、コントローラとを備え、
各ＥＡＰセクションは、充放電ユニットおよび可変コンデンサを備え、前記可変コンデンサは弾性変形体を備えており、前記弾性変形体は、伸縮性の合成材料および複数の電極が、前記弾性変形体が伸張および弛緩するにつれて変化する静電容量を有する可変コンデンサとして配置された構成を有しており、
各ＥＡＰセクションは、前記コントローラの制御のもとで、それぞれの前記充放電ユニットによって、前記電力ソース兼シンクユニットに接続され、
前記コントローラは、処理装置、感知回路、および駆動回路を備え、前記処理装置は前記感知回路および前記駆動回路に接続されており、
前記感知回路は、各ＥＡＰセクションの前記可変コンデンサから少なくとも一つの状態パラメータ信号を受信するために、前記可変コンデンサに接続されており、
前記駆動回路は、前記充放電ユニットに専用制御信号を送信するために、前記充放電ユニットに接続されており、
前記処理装置は、各ＥＡＰセクションについて、前記可変コンデンサから受信した関連する前記状態パラメータ信号に基づいて、前記専用制御信号の制御値を設定するように構成されており、
前記ＥＡＰセクションの前記充放電ユニットには３状態スイッチが設けられており、
前記３状態スイッチは、前記専用制御信号によって制御され、前記専用制御信号の充電モード値に従って、充電モードにて前記可変コンデンサを前記電力ソース兼シンクユニットに接続する第１のスイッチング状態となり、前記専用制御信号の放電モード値に従って、放電モードにて前記可変コンデンサを前記電力ソース兼シンクユニットに接続する第２のスイッチング状態となり、前記専用制御信号のフローティングモード値に従って、フローティングモードにて前記可変コンデンサをバイパスし、前記可変コンデンサを分離された状態に維持する第３の状態となる、エネルギー捕集システム。

【請求項2】

前記複数のＥＡＰセクションが、前記電力ソース兼シンクユニットに直列接続されている、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記コントローラは、前記電力ソース兼シンクユニットによって生成されるソース電流を、前記駆動回路によって複数の前記３状態スイッチに設定された前記第１から第３のスイッチング状態の組み合わせに基づいて供給するように構成されている、請求項１または２に記載のシステム。

【請求項4】

前記ＥＡＰセクションの前記状態パラメータ信号は、前記可変コンデンサ上の電圧信号Ｕｅａｐ＿ｉに比例しており、前記電力ソース兼シンクユニットの両端間のソース電圧Ｕｓｒｃは、各可変コンデンサの電圧レベルに、その可変コンデンサのための制御値依拠変数を乗じて加算した加重和に比例しており、
前記制御値依拠変数は、前記充電モードのための正の単一値、前記放電モードのための負の単一値、または前記フローティングモードのためのゼロ値のいずれかを有している、請求項３に記載のシステム。

【請求項5】

前記複数のＥＡＰセクションが、前記電力ソース兼シンクユニットに並列接続されている、請求項１に記載のシステム。

【請求項6】

前記充放電ユニットは、コンバータユニットまたはパワーエレクトロニクスユニットと、監視ユニットとを備え、
前記コンバータユニットは、第１の端子で前記電力ソース兼シンクユニットに接続され、第２の端子で前記可変コンデンサの端子に接続されており、
前記監視ユニットは、前記可変コンデンサの前記少なくとも一つの状態パラメータ信号を監視するために、前記可変コンデンサの前記端子に接続されており、
前記感知回路は、各ＥＡＰセクションから前記少なくとも一つの状態パラメータ信号を受信するために、前記監視ユニットに接続されており、
前記駆動回路は、前記専用制御信号を前記コンバータユニットに送信するために、前記コンバータユニットに接続されている、請求項１に記載のシステム。

【請求項7】

前記ＥＡＰセクションの前記コンバータユニットは、前記専用制御信号の制御のもとで、
充電モードにて前記可変コンデンサを前記電力ソース兼シンクユニットに接続する動作、
放電モードにて前記可変コンデンサを前記電力ソース兼シンクユニットに接続する動作、および
フローティングモードにて前記可変コンデンサを分離し、前記可変コンデンサを分離された状態に維持する動作、から選択された一つの動作を実行するように構成されている、請求項６に記載のシステム。

【請求項8】

放電モードの間、前記コンバータユニットは、前記可変コンデンサの放電のために、前記可変コンデンサを前記電力ソース兼シンクユニットに接続する、請求項７に記載のシステム。

【請求項9】

前記コントローラは、監視ユニットからの前記少なくとも一つの状態パラメータ信号を、各ＥＡＰセクション中の前記可変コンデンサの静電容量の前記変化の平均時間よりも短いサンプリング時間間隔で、前記感知回路によってサンプリングするように構成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項10】

前記コントローラが、前記駆動回路によって、制御信号または制御ベクトルＳを送信するように構成されている、請求項９に記載のシステム。

【請求項11】

前記コントローラは、歪み予測器ユニットＦ１と、歪み推定器ユニットＦ２と、サイクル最適化ユニットＦ３と、基準発生器Ｆ４と、モード選択またはスイッチングアルゴリズムユニットＦ５を備え、
前記処理装置は、受信された前記少なくとも一つの状態パラメータ信号に基づいて制御信号を決定するように構成されており、前記処理装置は、基準電圧信号Ｕｒｅｆを得るために、前記少なくとも一つの状態パラメータ信号に対して、歪み予測Ｆ１、歪み推定Ｆ２、サイクル最適化Ｆ３、および基準信号生成Ｆ４の各機能を続けて実行できるように構成されており、
前記処理装置は、エネルギー捕集の全体が最適化されるように、前記基準電圧信号および前記受信された前記少なくとも一つの状態パラメータ信号を入力として使用して、個々のＥＡＰセクションのための制御信号または制御ベクトルＳを決定するために、スイッチングアルゴリズムＦ５のモード選択機能を実行することが更に可能である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項12】

複数のＥＡＰセクションを使用するエネルギー捕集システムを制御する方法であって、
前記システムは、前記複数のＥＡＰセクション、電力ソース兼シンクユニット、およびコントローラを備え、
各ＥＡＰセクションは、充放電ユニットおよび可変コンデンサを備え、前記可変コンデンサは弾性変形体を備えており、前記弾性変形体は、伸縮性の合成材料および複数の電極が、前記弾性変形体が伸張および弛緩するにつれて変化する静電容量を有する可変コンデンサとして配置された構成を有しており、
各ＥＡＰセクションは、前記コントローラの制御のもとで、それぞれの前記充放電ユニットによって、前記電力ソース兼シンクユニットに接続され、
前記コントローラは、処理装置、感知回路、および駆動回路を備え、前記処理装置は前記感知回路および駆動回路に接続されており、
前記感知回路は、各ＥＡＰセクションの前記可変コンデンサに接続されており、
前記駆動回路は、前記充放電ユニットに接続されており、
各ＥＡＰセクションについて、
前記可変コンデンサから一または複数の状態パラメータ信号を受信し、
前記可変コンデンサから受信した一または複数の前記状態パラメータ信号に基づいて、専用制御信号を生成し、
前記専用制御信号を前記充放電ユニットへ送信する、方法であって、
各ＥＡＰセクションについて、
前記専用制御信号に基づいて、
前記専用制御信号が充電モードを示す場合に充電モードにて前記可変コンデンサを前記電力ソース兼シンクユニットに接続し、
前記制御信号が放電モードを示す場合に放電モードにて前記可変コンデンサを前記電力ソース兼シンクユニットに接続し、または
前記制御信号がフローティングモードを示す場合にフローティングモードにて前記可変コンデンサをバイパスし、前記可変コンデンサを分離された状態に維持する、方法。

【請求項13】

前記専用制御信号によって各ＥＡＰセクションに設定されたモードの組み合わせに基づいて、前記電力ソース兼シンクユニットのためのソース電圧を決定する、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記ＥＡＰセクションの前記状態パラメータ信号は、前記可変コンデンサ上の電圧信号Ｕｅａｐ＿ｉに比例しており、ソース電圧Ｕｓｒｃは、前記電圧信号Ｕｅａｐ＿ｉに、各可変コンデンサのための制御信号依拠変数を乗じて加算した加重和に比例しており、
前記制御信号依拠変数は、前記充電モードのための正の単一値、前記放電モードのための負の単一値、または前記フローティングモードのためのゼロ値のいずれかを有している、請求項１２に記載の方法。

【請求項15】

前記専用制御信号の生成は、受信された前記一または複数の状態パラメータ信号に基づいており、
各ＥＡＰセクションについて、前記一または複数の状態パラメータ信号に対して、
歪み予測Ｆ１、
前記予測された歪みについての歪み推定Ｆ２、
前記推定された歪みについてのサイクル最適化Ｆ３、
前記サイクル最適化に基づいた、基準電圧信号Ｕｒｅｆとしての基準信号の生成Ｆ４、を続けて実行し、
前記エネルギー捕集システムの全体が最適化されるように、前記基準電圧信号および前記受信された一または複数の状態パラメータ信号を入力として使用して、個々のＥＡＰセクションのための制御信号または制御ベクトルＳを決定するために、スイッチングアルゴリズムＦ５のモード選択機能を実行する、請求項１２に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、多相ＥＡＰシステムに関する。また、本発明は、多相ＥＡＰシステムを制御する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

現在、ＥＡＰ（Electro Active Polymers、電場応答性高分子、エレクトロアクティブポリマー）を基礎とするアクチュエータおよび発電機（すなわち、ＥＡＰ系エネルギー変換器）は、可変コンデンサとして機能する変形可能なＥＡＰ体の変形自体がエネルギーの流れを強制的に作り出す受動的な捕集システムか、電場、電圧または電荷を直接的に制御する能動的なシステムのいずかによって作動する。後者のアプローチは、一般的に、より高い変換効率およびより高いエネルギー密度をもたらすので、より大規模なシステムや、効率が重視される（バッテリー駆動の）用途にとくに好ましい。

【0003】

能動的なシステムは、たとえば、ＷＯ２０１０／１４６４５７号パンフレットに開示されている。

【0004】

励起中にどのように電場が確立され制御されるかが、変換されるエネルギーの量を決める。このことは、エネルギー捕集サイクルによって説明される。現在では、主に３つの個別のサイクル、すなわち、定電荷サイクル、定電圧サイクル、および定電場サイクルが、ＥＡＰを能動的に充電および放電させるシステムにおいて用いられている（ＳＲＩインターナショナル）。これらのサイクルは、パワーエレクトロニクスユニット（Power Electronic Unit、ＰＥＵ）がＥＡＰデバイスと伸張または収縮（弛緩）中にどのように相互干渉するかに焦点をおいている。それらの期間中に、電気機械的な変換のほとんどが行われる。

【0005】

電場応答性材料は大きな機械的変形（最大で５００％）を扱えるという点で良く知られているが、多くの実際の用途では、その変形は制限されている。これは、その用途（例えば、波による励起）の性質によるものだけでなく、疲労効果を抑えるためでもある。

【0006】

電気機械的なエネルギー変換は電場との相互作用に基づくので、変形レベルが小さい用途では、運用電場を用いてＥＡＰデバイスを周期的にバイアスするために必要なエネルギーの量は、実際に変換に利用できるエネルギーの量よりもはるかに大きい。このことは、パワーエレクトロニクスユニットに要求される電力定格を増加させ、電気機械的変換効率の向上を妨げ、また、ＥＡＰ系エネルギー変換システムのコストおよび容積を増大させる。

【0007】

波エネルギー変換器（ＷＯ２０１００１１５６２号パンフレットに開示）や回転−往復運動間エネルギー変換器（ＷＯ２０１３０５９５６２号パンフレットに開示）など、分散した複数のエネルギー源（ソース）を用いる電気機械的変換用途（その用途における異なるＥＡＰデバイス間には必然的に位相シフトが存在する）では、必要なバイアスエネルギーを異なるＥＡＰデバイス間で内的に交換することができる。そのような多相システムでは、エネルギーを貯蔵するためのＥＡＰデバイス生来の能力が効果的に使用されるので、電力容量要求、変換効率制限、および電力品質に関する顕著な利点がもたらされる。

【0008】

ＰＣＴ／ＥＰ２０１３／０５９６１４号パンフレットに記載されるようなＥＡＰ系単相エネルギー変換システムは、ＥＡＰデバイスごとに専用のパワーエレクトロニクスユニット（ＰＥＵ）またはコンバータを有する。この構成は、各ＥＡＰデバイスに適用される捕集サイクルの完全制御をもたらすが、ＰＥＵによってバイアスエネルギーを周期的に印加する必要があるので、ピーク対平均電力定格が高くなってしまう。結果として、コンバータコストが高く、電気機械変換効率が低く（しかもＰＥＵ効率に非常に影響されやすい）なってしまう。このため、技術的に進歩したコンバータ実装が必要とされている。

【0009】

高いピーク対平均電力定格の影響を制限するため、いくつかの既存の単相システムは、エネルギー変換サイクルの最適化を試みる、ある種の捕集方式、例えば、GrafおよびMaasによって発表された“OptimizedEnergy Harvesting based on Electro Active Polymers”、2010International Conference on Solid Dielectrics、Potsdam、Germany、July 4-9、2010、Graf、Maas、およびSchapelerによって発表された“Optimized Energy Harvesting based on Electro Active Polymers”、2010 International Conference on Solid Dielectrics、Potsdam、Germany、July4-9、2010、R. van Kessel、B. Czech、P. Bauer、およびJ. Ferreiraによって発表された“Optimizing thedielectric elastomer energy harvesting cycles”、IECON2010、36th Annual Conference on IEEE IndustrialElectronics Society 2010、pp.1281-1286(http://dx.doi.org/10.1109/IECON.2010.5675554)を利用する。

【0010】

しかしながら、これらの捕集方式は、ＥＡＰ−ＰＥＵ間の変換段階のみに着目したものであって、システム全体の出力電力品質に着目したものではないので、単相エネルギー変換に内在する欠点、およびそれに付随する高いピーク対平均電力定格を完全には解消しない。

【0011】

一方で、ＷＯ２０１０／１４６４５７号パンフレットやＷＯ２０１１／０４４９０１号パンフレットに記載されるような従来の多相ＥＡＰエネルギー変換システムは、そのほとんどが、能動処理を必要とする電力の量を減らすために受動部品を使用する。これらのシステムは、能動ＰＥＵ電力定格を低くする点、またシステムの出力電力をいくらか平滑化する点で通常はかなり効果的だが、システム中のＥＡＰセクションの個別制御は、制御入力の数が制限されるため、ほとんど不可能である。ＥＡＰセクションの個別制御は、とくに不測の励起源を考慮する場合は、高電場強度での動作、したがって高エネルギー出力での動作に欠くことができない。

【0012】

したがって、本発明は、先行技術の欠点を解消または軽減するシステムおよび方法を提供することを目的とする。

【発明の概要】

【0013】

上記の目的は、複数のＥＡＰセクションを使用するエネルギー捕集システムであって、複数のＥＡＰセクションと、電力ソース兼シンクユニットと、コントローラとを備え、各ＥＡＰセクションは、充放電ユニットおよび可変コンデンサを備え、可変コンデンサは弾性変形体を備えており、弾性変形体は、伸縮性の合成材料および複数の電極が、弾性変形体が伸張および弛緩するにつれて変化する静電容量を有する可変コンデンサとして配置された構成を有しており、各ＥＡＰデバイスは、コントローラの制御のもとで、それぞれの充放電ユニットによって、電力ソース兼シンクユニットに接続され、コントローラは、処理装置、感知回路、および駆動回路を備え、処理装置は感知回路および駆動回路に接続されており、感知回路は、各ＥＡＰデバイスの可変コンデンサから少なくとも一つの状態パラメータ信号を受信するために、可変コンデンサに接続されており、駆動回路は、充放電ユニットに専用制御信号を送信するために、充放電ユニットに接続されており、処理装置は、各ＥＡＰデバイスについて、可変コンデンサから受信した関連する状態パラメータ信号に基いて、専用制御信号の制御値を設定するように構成されている、エネルギー捕集システムによって達成される。

【0014】

さらに、本発明は、複数のＥＡＰデバイスを使用するエネルギー捕集システムのための方法であって、このシステムは、複数のＥＡＰデバイス、電力ソース兼シンクユニット、およびコントローラを備え、各ＥＡＰデバイスは、充放電ユニットおよび可変コンデンサを備え、可変コンデンサは弾性変形体を備えており、弾性変形体は、伸縮性の合成材料および複数の電極が、弾性変形体が伸張および弛緩するにつれて変化する静電容量を有する可変コンデンサとして配置された構成を有しており、各ＥＡＰデバイスは、コントローラの制御のもとで、それぞれの充放電ユニットによって、電力ソース兼シンクユニットに接続され、コントローラは、処理装置、感知回路、および駆動回路を備え、処理装置は感知回路および駆動回路に接続されており、感知回路は、各ＥＡＰデバイスの可変コンデンサに接続されており、駆動回路は、充放電ユニットに接続されており、各ＥＡＰセクションについて、可変コンデンサから一または複数の状態パラメータ信号を受信し、可変コンデンサから受信した一または複数の状態パラメータ信号に基づいて、専用制御信号を生成し、専用制御信号を充放電ユニットへ送信する、方法を提供する。

【0015】

好適な態様が従属請求項によって更に規定されている。

【図面の簡単な説明】

【0016】

本発明の実施形態の以下の詳細な説明は、添付図面とともに読むことでより良く理解できる。図面において、同一の参照番号を付した部分は、互いに対応する部分を指す。そのような部分は、前出の図中の対応する部分と実質的に同一または等価なので、詳細な説明を省略する。

【0017】

【図1】実施形態に係る複数のＥＡＰデバイスの多相トポロジーを模式的に示す。

【図2】図１の多相トポロジーの実施形態を模式的に示す。

【図3】図２に示される実施形態に従う電力方向制御回路を模式的に示す。

【図4】図１の多相トポロジーの他の実施形態を模式的に示す。

【図5】多相トポロジーのための電力ソースの実施形態を模式的に示す。

【図6a】多相トポロジーシステムで使用されるパワーエレクトロニクスユニット用の回路の実施形態を模式的に示す。

【図6b】同上。

【図7】多相トポロジーのコントローラのブロック図を模式的に示す。

【図8】多相トポロジーとともに使用されるエネルギー捕集方法の流れ図を示す。

【図9】Ａ〜Ｄは、共通電力ソースを使用する図２の実施形態の多相トポロジーで使用される例示的な捕集方式の結果を示す。

【図10】Ａ〜Ｃは、１０個のＥＡＰデバイスの多相トポロジーにおける電圧信号、電流信号、および電場強度信号の例をそれぞれ示す。

【図11】コントローラからのスイッチング信号によって能動的に制御されかつ制限されている、共通電力ソースの両端間の電圧信号の例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の例示的な実施形態を示す図面を参照しつつ、本発明をより詳細に説明する。

【0019】

図１は、実施形態に係るＥＡＰデバイスの多相トポロジ―を模式的に示している。

【0020】

本発明のこの実施形態によれば、多相システム内の複数のＥＡＰデバイス間の（バイアス）エネルギーの交換を図るために、ここで提案するトポロジーは、すべてのＥＡＰデバイスが共通の電力ソース（駆動モード）兼電力シンク（発電モード）ＰＳＳに直列に接続された構成を基礎とする。

【0021】

多相システムは、移動媒体（一般的には海などの水表面上の波）に各々が晒されている複数のＥＡＰデバイスや、機械的なエネルギー源が空間的または時間的に分散された複数のＥＡＰデバイスによって捕捉される他の任意のＥＡＰエネルギー変換システムに基づいている。

【0022】

個々のＥＡＰデバイス間の位置の変動のため、波サイクルの位相も変動し、その結果、ＥＡＰデバイス間の伸縮の変形サイクルおよび対応するエネルギー捕集サイクルの位相が変動する。このように、各ＥＡＰデバイスは、各自のエネルギー捕集サイクルの位相シフトを互いに対して相対的に示す。

【0023】

個々のＥＡＰデバイスＥＡＰ１、ＥＡＰ２、…、ＥＡＰＮは、それぞれ充放電ユニットＥ１、Ｅ２、…、Ｅｎ（電力方向制御デバイス（Power Director Device、ＰＤＤ）とも称する）を介して接続されている。この充放電ユニットは、対応するＥＡＰデバイス用の専用制御信号に応じて、そのＥＡＰデバイスを充電し（ｓ＝１、ΔＱ＞０）、バイパスし（ｓ＝０、ΔＱ＝０）、または放電させる（ｓ＝−１、ΔＱ＜０）ことができるように、入力電力フローを方向付ける。ここで、ΔＱは、個々のＥＡＰデバイスの可変コンデンサ上の電荷の変化である。

【0024】

各ＥＡＰデバイスの実際の電圧をＵ_ＥＡＰ１、Ｕ_{ＥＡＰ２、}…、Ｕ_ＥＡＰＮと表記する。

【0025】

ＰＤＤであるＥ１、Ｅ２、…、Ｅｎと、ＥＡＰデバイスであるＥＡＰ１、ＥＡＰ２、…、ＥＡＰＮとの組み合わせを、セクションＳＥＣ１、ＳＥＣ２、…、ＳＥＣＮと称する。このセクションは、このトポロジーにおける基本セルを成す。

【0026】

直列構成では、同じ電流Ｉ_ＳＲＣが各セクションＳＥＣ１、ＳＥＣ２、…、ＳＥＣＮを通って流れ、一方で、電圧Ｕ_ＥＡＰ１、Ｕ_ＥＡＰ２、…、Ｕ_ＥＡＰＮが、この積み上げ構成に沿って合算される。したがって、これらのセクションおよび電力ソースＰＳＳに与えられる電流については、

【数1】

である。

【0027】

また、この積み上げ構成における電圧、より具体的には、電力ソースＰＳＳの両端間の電圧（これは、制御信号に依存するすべての個々のＥＡＰデバイス電圧の線形結合である）については、

【数2】

である。

【0028】

【数3】

【0029】

本実施形態では、位相シフトを有するＥＡＰデバイスＥＡＰ１、ＥＡＰ２、…、ＥＡＰＮがその積み上げ構成に含まれる順序は、システムの動作そのものには影響しない。ただし、一部の特定の並びは、より低い部品定格電圧やその他の利点をもたらしうることが確認されている。

【0030】

図２は、図１の多相トポロジ―の一態様を模式的に示している。この回路では、共通電力ソース（Common Power Source、ＣＰＳ）ＰＳＳ１が共通の電流源によって実現されている。ただし、この目的のために他の種類の電力ソースを採用することを排除するものではない。

【0031】

本態様では、システムは、コントローラＣＴと、ＥＡＰデバイスごとに監視ユニットＭ１、Ｍ２、…、ＭＮを更に備える。

【0032】

各監視ユニットＭ１、Ｍ２、…、ＭＮは、充放電ユニットＥ１、Ｅ２、…、ＥＮと、対応するＥＡＰデバイスＥＡＰ１、ＥＡＰ２、…ＥＡＰＮとの間に接続されている。各セクションＳＥＣ１〜ＳＥＣＮにおいて、監視ユニットは、ＥＡＰデバイスの状態パラメータを監視するように構成されている。ここで、この状態パラメータは、可変コンデンサの現在の静電容量を示し、したがって、エネルギー捕集サイクル中のＥＡＰデバイスの現在の位相を示す。

【0033】

監視ユニットは、ＥＡＰデバイスの電圧（これは、以下で詳述するスイッチングアルゴリズムで使用される）を監視するとともに、実際の歪みおよび位相を測定するために静電容量を監視する。

【0034】

たとえば、既知の正弦波電流を機械的励起周波数よりも実質的に高い周波数で注入し、その後、この周波数で生じる電圧を測定することによって、静電容量を直接的に測定することができる。別の可能な手法は、予め決められた時間帯にＥＡＰデバイスを通って流れる電流を測定して、対応する電荷変化（ｄＱ）を求め、電圧変化（ｄＵ）の計測値を使用して静電容量を求めるものである。

【0035】

コントローラＣＴは、各監視ユニットＭ１、Ｍ２、…、ＭＮから一または複数の状態パラメータ信号を受信するために各監視ユニットに接続された感知回路を備える。

【0036】

加えて、コントローラＣＴは、それぞれの充放電ユニットへ専用制御信号を送信するために各充放電ユニットＥ１、Ｅ２、…、ＥＮに接続された駆動回路を備える。

【0037】

コントローラは、感知回路および駆動回路を制御しつつエネルギー捕集サイクル（以下でより詳細に説明する）を実施するためにデータを処理する少なくとも一つの処理装置を更に備える。

【0038】

充放電ユニットには、コントローラＣＴから専用制御信号を受信し、専用制御信号の値に基づいて、ＥＡＰデバイスの可変コンデンサに対して、充電モード（ｓ＝１、ΔＱ＞０）、放電モード（ｓ＝−１、ΔＱ＜０）、または、バイパスモード若しくはフローティングモード（ｓ＝０、ΔＱ＝０）を選択するための回路が設けられている。

【0039】

本実施形態では、共通電力ソースＰＳＳ１が電力フローを能動的に処理する唯一の構成要素である一方で、充放電ユニットまたは電力方向制御デバイスＥ１、Ｅ２、…、ＥＮは、採用するスイッチングアルゴリズムおよびＥＡＰ捕集方式に従って、ＥＡＰデバイスを通る電力フローの経路設定（ルーティング）を行っているだけである。図３は、そのような充放電ユニットまたは電力方向制御デバイスの可能な実装例を示す。

【0040】

電流Ｉ_ＳＲＣによって示される入力電力は、スイッチＳ１とＳ３、またはスイッチＳ２とＳ４を制御可能に作動させることでバイパスされ、一方で、Ｉ_ＳＲＣが正のときは、スイッチＳ１とＳ４を作動させることによりＥＡＰデバイスが入力電力により充電され、スイッチＳ２とＳ３を作動させることで放電させることができる。Ｉ_ＳＲＣが負のときは、この逆である。

【0041】

これらのスイッチは、ＭＯＳＦＥＴや絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）の積層体、または他の任意の強制転流または非強制転流型の電力電子式または機械式スイッチ装置によって実現してもよい。

【0042】

バイパスモード（ｓ＝０）では、（Ｓ１＋Ｓ３）および（Ｓ２＋Ｓ４）というスイッチの組み合わせを、これらの部品での損失を均等化するために交互に使用できることが確認されている。

【0043】

変形例として、この非能動的な充放電ユニットまたはＰＤＤを、受信した専用制御信号に基づいて能動的に電力フローを処理してその方向を変える電子デバイスに置き代えてもよい。

【0044】

図４は、能動的に処理を行う充放電ユニットを伴う本発明の別の実施形態を示す。

【0045】

この実施形態では、ＥＡＰデバイスＥＡＰ１、ＥＡＰ２、…、ＥＡＰＮの各々は、専用のパワーエレクトロニクスユニット（コンバータ）ＰＥＵ１、ＰＥＵ２、…、ＰＥＵＮを有する。ここで、これらのパワーエレクトロニクスユニットは、電圧バスＶＢ、または共通の電力ソース兼シンクユニットＰＳＳ２として動作する共通電圧源に接続されている。

【0046】

このように、複数のＥＡＰデバイスは、電力ソース兼シンクユニットＰＳＳ２に並列接続されている。

【0047】

更に、このエネルギー捕集システムは、図２を参照して上述した監視ユニットＭ１、Ｍ２、…、ＭＮおよびコントローラＣＴを備える。

【0048】

図５は、図１および図２の実施形態に適用される共通電流源ＰＳＳ１の一態様を示している。この共通電流源ＰＳＳ１は、直列接続された複数の多相セクション用の（定）電流を生成するために、インダクタおよび電圧源コンバータを使用する。ＨＶ電圧源コンバータの可能な実施形態は、入力並列・出力直列（Input Parallel, Output Series、ＩＰＯＳ）構成である。この構成では、電圧バスＵ_ＢＵＳからのソース電圧が、各々が変圧器ユニットおよびスイッチング回路を備える多数のデュアルアクティブブリッジ（ＤＡＢ）デバイスＤＡＢ１、ＤＡＢ２、…、ＤＡＢｋの個々の入力端子に並列接続されている。また、ＤＡＢデバイスの出力端子は、出力電圧Ｕ_ＣＰＳを生成するために直列に接続されており、直列接続された多相セクションのための電流を運ぶ。

【0049】

【数4】

【0050】

ここで、変圧器またはＤＡＢモジュールの数Ｋは、ＥＡＰデバイスの数Ｎに直接は結びつかない。より多くのＥＡＰセクションは、一般的に、ＣＰＳのより高い電圧を意味するが、サブモジュールの数は各モジュールの定格電圧によって決定される。

【0051】

図５に示される電力ソース兼シンクユニットの態様は、並列接続された能動充放電ユニットを用いる、図４に具体化された多相ＥＡＰシステムにおける電力ソース兼シンクユニット（パワーエレクトロニクスユニット）としても使用することができる。捕集方式によって指定される広い電圧および電流範囲をカバーするように、この態様は、図６ａおよび６ｂに示されるデュアルアクティブブリッジ（ＤＡＢ）サブモジュール用の可変の出力電圧依存スイッチング周波数制御方式を含む。

【0052】

図５を参照して上述したように、サブモジュールＳＭ１、ＳＭ２、…、ＳＭＮの各々は、制御信号を受信し、サブモジュールに、制御信号に応じてその出力端子に出力電圧を生成させるようにするために、コントローラＣＴの出力に接続されている。

【0053】

サブモジュールの制御は、直列接続多相システムの同一のコントローラＣＴによって行うこともできるが、実際はこのコントローラが別個に設けられる。したがって、第二のコントローラＣＴ２（ＩＰＯＳ／ＣＭＣトポロジー型ＰＥＵの各々に含まれる）は、いずれのサブモジュールの出力電圧および出力電流も基準値を超えないとの制限のもとで、ＰＥＵ全体の出力電圧および出力電流が主たる（捕集用の）コントローラＣＴからの基準制御信号に従うように、個々のサブモジュールを制御する。

【0054】

図６ａは、図５の共通電流源のＨＶ電圧源コンバータに関する別の可能な実施形態を示す。図６ａに示される構成は、デュアルアクティブブリッジ（ＤＡＢ）サブモジュールＳＭ１、ＳＭ２、…、ＳＭＮがそれらの入力端子で電圧バスＶＢに並列に接続されている一方でサブモジュールの出力端子が直列に接続されているという面において、図５の構成と同様である。図６ｂは、単一のサブモジュールの回路のより詳細なレイアウトを示している。このサブモジュール回路は、出力電圧の制御性を向上させるために追加のハーフブリッジを出力に備えている。

【0055】

ここで、このようなＩＰＯＳ構成またはＣＭＣ構成のＤＡＢサブモジュールは、多相ＥＡＰシステムおよび単相ＥＡＰシステムのいずれの場合にも使用できる。

【0056】

このカスケード型マルチレベルコンバータ（ＣＭＣ）は、図４に示される多相ＥＡＰシステムの実施形態におけるパワーエレクトロニクスユニットの可能な態様でもある。

【0057】

図７は、多相トポロジーのコントローラのブロック図を模式的に示す。

【0058】

【数5】

【0059】

コントローラＣＴは、状態パラメータ信号を受信するための感知回路と、制御信号を送信するための駆動回路とを備える。更に、コントローラＣＴは、感知回路および駆動回路の両方に接続される処理装置を備える。処理装置は、受信した状態パラメータ信号に基づいて制御信号を決定するように構成されている。概略を述べると、処理装置は、一つ以上の状態パラメータ信号に対して、歪み予測Ｆ１、歪み推定Ｆ２、サイクル最適化Ｆ３、および基準信号の発生Ｆ４という機能を順次に実行することができる。

【0060】

ブロックＦ１〜Ｆ４から、基準電圧信号Ｕｒｅｆが得られる。

【0061】

【数6】

【0062】

【数7】

【0063】

【数8】

【0064】

【数9】

【0065】

【数10】

【0066】

【数11】

【0067】

【数12】

【0068】

スイッチングアルゴリズムの全潜在能力は、提案のトポロジー、並びに適切に適用されるスイッチング目的および制約との組み合わせにおいて明らかになる。ある実施形態では、トポロジー、制御およびデバイスの各特性を次のように定義することができる。
・振幅Ｉ_ＳＲＣを有する共通電力ソースとしての定電流源
・複数のＥＡＰデバイスのための電圧基準信号Ｕ_ＲＥＦ
・最大電場強度Ｅ_ｍａｘを有するＥＡＰデバイス

【0069】

この特定の実装例では、スイッチングアルゴリズムの最適化目的関数を次のように定義することができる。
１．推定された新しいＥＡＰデバイス電圧（これは制御ベクトルに依存する）と、ＥＡＰデバイス基準電圧との間の、電場加重誤差（電場重み付け誤差）。

【数13】

【0070】

【数14】

【0071】

【数15】

【0072】

線形スカラー化の重み付け因子ｗ_１…ｗ_３は、用途による要求に応じて、無作為に選択することができる。別の実施形態では、目的が実際の動作点に依存しないように、目的を規格化するという選択も可能である。同様に、指数因子を含めることによって、目的のインパクトを誤差レベルに依存させることができる。

【0073】

ある実施形態では、電場加重基準誤差目的関数ｆ_１（ｓ）は、以下の考察に基づく。すなわち、ＥＡＰデバイスをエネルギーまたは電荷の貯蔵装置として有効に使用することができ、かつ、貯蔵モードに関連付けられた可変コンデンサの電場強度が運用電場強度または最大電場強度よりも低ければ、エネルギー変換動作に大きな影響は出ない、という考察である。したがって、小さい電場強度ではより大きな誤差を許容する一方で、高い電場強度ではより厳格に基準信号に追従することによって、より大きな制御自由度が得られる。

【0074】

最適化に適用される制約は、ここで提案するトポロジーの実行可能な動作のために必須と考えられる。すべてのＥＡＰデバイスが直列接続される可能性があるので（ｓ_１…ｓ_Ｎ＝１または−１）、トポロジーおよびその構成部品の両方と、共通電力ソースＰＳＳ１とが、相対的に非常に高い電圧に晒されるおそれがある。部品への電圧負荷を適正値に抑え、それによってシステムの商業的可能性も高め、かつ、絶縁破壊強度を超える電場強度からＥＡＰデバイスを保護するために、次の制約が提案される。

【0075】

１．いずれのＥＡＰデバイスの電場強度も、所定の最大値を決して超えるべきでない。ここで、最大値は、いくらかの制御自由度を与えるために、運用電場強度よりも少しだけ大きい。

【数16】

【0076】

２．積み上げ構成の推定された新しい総電圧である共通電力ソースＰＳＳ１の両端間の電圧は、上限値および下限値で制限されるべきである。ここで、範囲が広いほど動的応答性が早くなり、範囲が狭いほど電圧曲線および電力曲線が滑らかになる。

【数17】

【0077】

【数18】

【0078】

ここで提案するスイッチングアルゴリズムの実現については、
・非定常状態や、非常に不規則な性質を有する機械的励起源については、制約の集合が異なるかもしれないことが分かっている。
・最適化問題は、多相ＥＡＰデバイスシステム中のセクションの数によっては、従来の（多目的）制約付き最適化アルゴリズムを使用するか、または、単純に力まかせ探索（brute-force search）を使用することで解決できることが分かっている。
・共通電力ソースの電圧に対して選択された電圧制限とは無関係に、電力ソース兼シンクユニットＰＳＳ１が、ＥＡＰデバイスの初期充電のための電力を常に供給できるべきであることが分かっている。
・ＰＳＳ１によって供給される電流が一定のＤＣレベルに固定されると想定している。あるいは、多相システムがＡＣ電流で動作してもよい。ＡＣ電流高調波が重畳されたＤＣ電流は、充放電ユニット中のある種の（非強制転流）スイッチ、例えばサイリスタ、にとって有益となりうると考えられる。
ＡＣ電流高調波を電子機器の補助電力ソースとして使用することも考えられる。
・共通電流源（Ｉ_ＳＲＣ）の（平均）電流が、異なる機械的電力入力レベル、たとえば小さい歪みサイクル（より低い損失）のための小さな平均電流および大きな歪みサイクルのための大きな平均電流、に応じて能動的に変えられることも分かっている。スイッチングアルゴリズムは、たとえば、ＥＡＰセクションに適用されるデューティー比またはパルス幅が小さ過ぎて過剰な損失につながるときには、制御信号（Ｉ_{ＳＲＣ（ref）}）を変えてもよい。
・スイッチング期間は、無限小であるか、実際の場合では、エネルギー捕集サイクルの周波数またはＥＡＰデバイスによって実行される機械的励起周波数よりもずっと短く、そのため、ＥＡＰデバイスの電圧および電場強度は、スイッチング期間中、実質的に変化しないと想定している。これが妥当でなければ、スイッチング期間の開始のための集合および終了のための集合を含むように制約を拡張することができる。
・ＥＡＰデバイスの直列抵抗は比較的小さい、すなわち、スイッチングアルゴリズムによって引き出される生来の貯蔵能力が大きな追加抵抗損失を生じさせないと想定している。これが当てはまらない場合は、これらのジュール損失を最小化する別の最適化目的を含めることができる。

【0079】

図９のＡ〜Ｄは、コントローラＣＴのブロックＦ３およびＦ４によって作られた捕集方式から生じた結果を示す。この捕集方式は、単相システムにも有効だが、多相システムでは更に有益である。

【0080】

図１０のＡ〜Ｃは、スイッチングアルゴリズムの結果を、電圧基準信号および電流基準信号（捕集方式の結果として生じ、ＣＴによって生成されたもの）、並びに実際に得られ測定されたＥＡＰデバイス信号とともに示す。

【0081】

図９のＡ〜Ｄにおいて、ＥＡＰデバイスは、電流振幅Ｉ_ｃおよびＩ_ｄ（それぞれ位相φ_ｃおよびφ_ｄを有する）の正弦電流波形によって、バイアス（充電）および逆バイアス（放電）される。収縮中は定電場アプローチに従うが、伸張中は定電荷プロファイルが実施される。単相システムと比較して、この段階において低い方の電場レベルが多相ＥＡＰシステムでは上昇し、利用可能なスイッチング状態の数が増加する。

【0082】

図８は、本発明に係る多相ＥＡＰシステムによってエネルギー捕集を制御する例示の方法の流れ図を示す。

【0083】

本方法は、コンピュータプログラム製品によって実施することができる。このコンピュータプログラム製品は、コンピュータプログラム製品命令がロードされた後のコントローラＣＴの処理装置が、本方法に従う計算を実行できるようにする。

【0084】

本方法は、コントローラＣＴの処理装置上で、多相システム中のＥＡＰデバイスごとに独立に行なわれ、それらは順次または同時（並列）に実行することができる。ＥＡＰデバイスごとのタイミングまたはフェーズ（期間）の同期は、サイクルトリガによって得られる。

【0085】

初期化ステップ（図示せず）の後の本方法は、第１のステップ９０１を備える。このステップでは、予測歪み信号のなかから新しいサイクルの開始が検出される（これは図７のコントローラ方式のブロックＦ１の後に開始する）。予測歪み信号９０２は、次のステップ９０３に送られる。このステップは、特定のＥＡＰデバイスについて予測された歪みから、重要な機械パラメータ９０４を抽出し、推定する。抽出されたパラメータ９０４は、その時点での機械的励起周波数Ｆｅｘｃ、静的変形λｓ、変形振幅λｄ、および歪みプロファイルに関連している。

【0086】

これらのパラメータ値は、続くステップ９０５において、後続のステップで電気量の計算に使用される等価静電容量信号Ｃ（ｔ）９０６を生成するために使用される。

【0087】

次のステップ９０７では、静電容量信号Ｃ（ｔ）９０６を、（初期）サイクルパラメータ｛ｃｙｃｌｅ｝と一緒に入力として使用し、充電時間Δｔ（ｃ）、放電時間Δｔ（ｄ）、ならびに残りの伸張時間Δｔ（ｓ）および収縮時間Δｔ（ｒ）を計算する。サイクルの各段階についてのこれら本質的なタイミング情報Δｔを用いて、特定のＥＡＰデバイスの充電プロファイルｑ（ｔ）を、続くステップ９０８において計算する。

【0088】

サイクルパラメータ｛ｃｙｃｌｅ｝は、
‐充電位相（φｃ）、
‐放電位相（φｄ）、
‐充電電流振幅（Ｉｃ）、
‐放電電流振幅（Ｉｄ）、
‐充電電流波形｛方形、三角、正弦波、一定電力｝、
‐放電電流波形｛方形、三角、正弦波、一定電力｝、
‐収縮中の最小電場強度（Ｅｍｉｎ）、
‐伸張中の最大電場強度（Ｅｍａｘ）、
‐サイクルの種類｛定電荷、定電圧、定電場｝、
として定義される。

【0089】

次のステップ９１０では、充電プロファイルｑ（ｔ）９０９を、静電容量信号Ｃ（ｔ）９０６と一緒に入力として使用して、変換される電気機械的電力Ｐｍｅｃｈの推定値を計算する。ステップ９１０と並列なステップ９１２では、充電プロファイルｑ（ｔ）は、特定のＥＡＰデバイスに付与される電圧ｕ（ｔ）および電流ｉ（ｔ）に関する電気波形９１３を計算するための入力として使用される。

【0090】

波形ｕ（ｔ）、ｉ（ｔ）は、ステップＳ９１４において、各ＥＡＰデバイスのＥＡＰ材料および充放電ユニット双方での損失Ｐｌｏｓｓを算出するための入力として使用される。充放電ユニットおよびＥＡＰ材料の特性に関連する重要パラメータは、計算された電圧プロファイルｕ（ｔ）および電流プロファイルｉ（ｔ）の関数として、メモリ９１５および９１６から読み出される。メモリ９１５および９１６は、データベースやルックアップテーブルとしてそれぞれ構成されてもよい。続いて、算出された損失Ｐｌｏｓｓが、算出された電気機械的電力Ｐｍｅｃｈと共にステップ９１１に送られる。ステップ９１１では、ＰｍｅｃｈとＰｌｏｓｓとの差から、正味電力出力Ｐｏｕｔが計算される。

【0091】

【数19】

【0092】

ステップ９１８およびステップ９１１の結果は、次に、ステップ９１９のための入力として使用される。このステップでは、ステップ９１８からの品質パラメータと、正味出力電力Ｐｏｕｔと、モジュール９２０からの外部データとに基づいて評価が行われる。この外部データは、所望のシステム出力電力（電力需要）、システム出力におけるリップル、ＥＡＰデバイス上の電場圧力とその機械的発生源とにより付加される力、および全システム内の貯蔵エネルギー量（これは、障害発生中に電力網の安定性を支えるための電力リザーブとしての役割を果たしうる）などのパラメータを備える。

【0093】

評価ステップは、ステップ９０８で求められた充電プロファイルｑ（ｔ）９０９（または、導出された任意の電気的な量）が外部データによって設定される条件を満たすか否かを示す評価結果データを決定する。

【0094】

次に、ステップ９２１では、評価結果データを調べて、充電プロファイルｑ（ｔ）９０９（または任意の導出電気量）が、外部定義された目的データに対する最適基準を満たすか否かを判断する。

【0095】

【数20】

【0096】

ステップ９２３の後、本方法は、次のサイクルトリガのためにステップ９０１に戻る。

【0097】

注：歪み信号の予測可能性によっては、サイクル最適化を、充電段階用および放電段階用の２つの部分に分けることができる。この場合、１つの完全な機械的サイクルごとにサイクルトリガが実質的に２回与えられる。これにより、精度が高まり、目的に正確に合致する能力も高まる。

【0098】

図１０のＡ〜Ｃは、１０個のＥＡＰデバイスからなる多相トポロジーの電圧信号、電流信号、および電場強度信号それぞれの例を示す。

【0099】

図１１は、コントローラからのスイッチング信号によって能動的に制限されている、共通電力ソースの両端間の平均電圧信号の例を示す。

【0100】

本発明に係るシステムおよび方法は、複数の利点をもたらす。

【0101】

既存の単相ＥＡＰエネルギー変換システムとは異なり、本提案の多相システムは、正味出力電力が能動的に処理されることしか要求しない一方で、ＥＡＰデバイスの周期的なバイアス（または逆バイアス）印加に伴う電力は経路設定しか必要としない。歪みが制限された実際の従来用途では、バイアス電力と正味出力電力との比率が３０よりもかなり大きい。

【0102】

ＥＡＰデバイスからの電力を電力網へ向けて能動的に変換しているパワーエレクトロニクスコンバータについては、これは以下のことを意味する。
‐コンバータ定格電力が３０分の１に低減される。これにより、容積およびコストもおよそ３０分の１に低減される。
‐コンバータ効率制約の削減。これは、コンバータが正味出力電力を処理しているだけだからである。これにより、先進的なコンバータ技術の必要性が軽減されるので、コストが更に低減される。
‐コンバータ電力密度制約の削減。これは、定格電力が著しく低減されるためである。これにより、高いスイッチング周波数の必要性が軽減され、したがって先進的なコンバータ技術の必要性も軽減されるので、コストが更に低減され、通常は効率が高まる。

【0103】

加えて、本発明は、全ケーブル長の大幅な削減ももたらす。多相システム中の各セクションに要求される電力機器の複雑度が、先進的な高周波スイッチング電力コンバータから低周波スイッチングＰＤＤ（電力方向制御デバイス）へと低減される。複雑度を低減することは、容積の低減につながり、それにより、ＰＤＤをＥＡＰデバイスの近くに配置できるようになる。図１を参照すると、このことは、長い配線がなされた多相ＥＡＰエネルギー変換システムについては、全ケーブル長が劇的に短くなることを意味する。すなわち、各セクション用のデバイスの全長にわたる２本のケーブル導体（システム単位では合計で４０本ものケーブル導体に容易に至る）の代わりに、全長にわたる全２本のケーブル導体のみが要求される。一方の導体がゼロノード（すなわちグラウンド）に接続されるので、任意の種類の接地シールドやＥＡＰ捕集システムそれ自体の被覆材料がこの接続に使用されてもよく、これにより、必要なケーブル導体が、全長にわたる１本のみにまで削減される。

【0104】

更に本発明は、業界標準の高効率スイッチング部品の使用を可能とする。電力方向制御デバイスが一般的に動作する周波数（１００〜２００Ｈｚ）は非常に低く、高電圧直流コンバータ（たとえばシーメンス社のモジュラーマルチレベルコンバータ（Modular Multilevel Converter））などの既存の工業用電力システムと同じ範囲にある。この利点は、業界標準であり容易に直列構成とすることが可能なスイッチング技術を使用できることである。

【0105】

ゼロ電流スイッチング（Zero Current Switching）を強制的に行うためにＡＣ電流が重畳される場合は、高電圧サイリスタや高電流サイリスタを使用してもよい。これらのデバイスは、非常に低い損失を示し、また、直接光トリガ（Direct Light Triggered）デバイスとして利用可能なので、制御信号の更なるガルバニック絶縁が必要なくなり、ある程度までは補助電源も必要なくなる。

【0106】

加えて、本発明は、電力変動の低減ももたらす。多相可変コンデンサセクションをエネルギー貯蔵デバイスとして効果的に使用するエネルギー捕集方式によって、出力電力変動が能動的に低減される。電力出力が一定であることは、高い電圧ピークまたは高い電流ピークを除去するために出力バスに要求されるエネルギー貯蔵がより少ないことを意味する。コンバータは正味出力電力を処理するだけなので、コンバータは、ある程度一定の電力レベルで動作している。このことは、採用する捕集方式により提供される電力平滑化によってさらに後押しされる。この一定電力レベルによって、コンバータが熱サイクルの影響を受けにくくなり、その信頼性および寿命が向上する。

【0107】

単相ＰＥＵと比較すると、電力変動は、機械的励起周波数範囲（秒）でのものよりもスイッチング周波数（ミリ秒範囲）でのものがほとんどである。これにより、熱サイクルの深さおよびインパクトが低減される。

【0108】

本発明は、電力網安定性の能動的支援も行う。多相システムのセクション内にエネルギーを貯蔵する能力をエネルギー変換能力と組み合わせることで、本発明は、瞬時電力出力を制御する効果的な方法を、同期（または非同期）回転発電機よりも潜在的にかなり進んだ程度まで提供する。この特性は、障害発生中の電気網を支援するために広範囲に使用することができるが、正確な電力量を提供して発電量と電力需要のバランスをとるためにも使用することができる。

【0109】

ＥＭＩ放射の低減も達成できる。定電流源の組み込みを実現するために、電磁放射線の放出が実質的に低減される。すなわち、ケーブル内のＤＣ電流は、時間変動する磁場を放射せず、ケーブル被覆によって電場が効果的に遮断される。

【0110】

ここまで、好ましい実施形態を参照しながら本発明を説明してきた。明らかな変形例や代替例は、前述の詳細な説明を読んで理解すれば、当業者には思い浮かぶだろう。すべてのそのような変形例や代替例が添付の特許請求の範囲内に属する限り本発明に含まれると解釈されることを意図している。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6a】

【図6b】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】