特許 6863743 一体化されたラインサイクルのエネルギー蓄積を伴う単相サイクロコンバータ

(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】6863743

(24)【登録日】2021年4月5日

(45)【発行日】2021年4月21日

(54)【発明の名称】一体化されたラインサイクルのエネルギー蓄積を伴う単相サイクロコンバータ

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20210412BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 R

   H02M7/48 E

【請求項の数】15

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2016-542843(P2016-542843)

(86)(22)【出願日】2014年9月15日

(65)【公表番号】特表2016-530872(P2016-530872A)

(43)【公表日】2016年9月29日

(86)【国際出願番号】US2014055545

(87)【国際公開番号】WO2015038995

(87)【国際公開日】20150319

【審査請求日】2017年9月7日

【審判番号】不服2020-10115(P2020-10115/J1)

【審判請求日】2020年7月20日

(31)【優先権主張番号】61/878,393

(32)【優先日】2013年9月16日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】515186323

【氏名又は名称】エンフェーズ エナジー インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｅｎｐｈａｓｅ Ｅｎｅｒｇｙ， Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】マイケル・ジェイ・ハリソン

(72)【発明者】

【氏名】ドナルド・リチャード・ジマンク

【合議体】

【審判長】 田中 秀人

【審判官】 山澤 宏

【審判官】 月野 洋一郎

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１４−５１８０６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１６８２６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５００４９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１２６７５５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

H02M 7/42-7/98

H02M 5/00-5/48

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

単相サイクロコンバータにおけるラインサイクルのエネルギー蓄積のための方法であって、
前記単相サイクロコンバータの入力ポートから入力電力を受け取るステップと、
前記単相サイクロコンバータのAC出力ポートを監視するステップと、
前記単相サイクロコンバータの前記AC出力ポートの1つのラインに接続されたラインサイクルのエネルギー蓄積回路に蓄積されたエネルギーの電圧を測定するステップと、
前記AC出力ポートの監視されたAC電圧と前記ラインサイクルのエネルギー蓄積回路の前記測定された電圧の間の位相差を求めるステップと、
前記ラインサイクルのエネルギー蓄積回路にエネルギーを蓄積するように、前記位相差を所定の位相差に維持するように前記単相サイクロコンバータのスイッチを制御するステップとを含む方法。

【請求項2】

スイッチを制御するステップが、前記ラインサイクルのエネルギー蓄積回路にわたる電圧が前記監視されたAC電圧と比較して45度の位相差を有するようにスイッチを操作するステップさらに含む請求項1に記載の方法。

【請求項3】

前記ラインサイクルのエネルギー蓄積回路の電流が、AC電源にさらに接続された前記監視されたAC出力ポートの電流と比較して135度の電流位相差を有する請求項2に記載の方法。

【請求項4】

スイッチを制御するステップが、前記監視されたAC電圧の振幅が前記ラインサイクルのエネルギー蓄積回路の前記測定された電圧の振幅と等しくなるように前記スイッチを操作するステップをさらに含む請求項1に記載の方法。

【請求項5】

スイッチを制御するステップが、前記ラインサイクルのエネルギー蓄積回路にわたる電圧の振幅をAC幹線における電圧の振幅の半分にし、前記ラインサイクルのエネルギー蓄積回路を通って循環する電流の振幅を前記AC幹線における電流の振幅の半分にする電力低減モードで動作するステップをさらに含む請求項1に記載の方法。

【請求項6】

スイッチを制御するステップが、前記ラインサイクルのエネルギー蓄積回路の電流の振幅を、AC電源に接続された前記監視されたAC出力ポートの電流の振幅と同一の値にするように前記スイッチを操作するステップをさらに含む請求項1に記載の方法。

【請求項7】

前記AC出力ポートがAC電源に接続されている請求項1に記載の方法。

【請求項8】

前記AC出力ポートに接続された少なくとも1つのラインサイクルのキャパシタおよび少なくとも1つのインダクタを備えるラインサイクルのエネルギー蓄積回路を通してフィルタリングするステップをさらに含む請求項1に記載の方法。

【請求項9】

単相サイクロコンバータにおいてラインサイクルのエネルギー蓄積をもたらすように機能する装置であって、
前記単相サイクロコンバータのスイッチの第1の対、第2の対、第3の対を操作するコントローラであって、前記第1の対、前記第2の対、前記第3の対は並列に接続される、コントローラと、
前記スイッチの第1の対および前記スイッチの第2の対にわたって接続されたAC出力ポートと、
単相運転のためにスイッチの前記第3の対および前記AC出力ポートに接続されたラインサイクルの蓄積回路と、
前記コントローラに接続された監視回路であって、前記AC出力ポートおよび前記ラインサイクルの蓄積回路における電圧を測定するように構成されている監視回路とを備え、
前記コントローラは、更に、前記測定された電圧間の位相差を所定の位相差に維持する、装置。

【請求項10】

前記ラインサイクルの蓄積回路が、前記AC出力ポートのラインと前記スイッチの第3の対の間に接続された少なくとも1つのラインサイクルのキャパシタを備える請求項9に記載の装置。

【請求項11】

前記コントローラが、前記ラインサイクルの蓄積回路の電圧と前記AC出力ポートの遠位端に接続されたAC電源の電圧が45度の位相差を有するように前記スイッチを操作する請求項10に記載の装置。

【請求項12】

前記コントローラが、前記ラインサイクルの蓄積回路の電流と前記AC出力ポートの遠位端に接続されたAC電源の電流が135度の位相差を有するように前記スイッチを操作する請求項10に記載の装置。

【請求項13】

前記ラインサイクルの蓄積回路が、ケーブルを介して前記AC出力ポートとAC電源の間に接続されている請求項10に記載の装置。

【請求項14】

前記ラインサイクルの蓄積回路が、前記AC出力ポートの各ラインに直列に接続された少なくとも1つのサージ保護インダクタと、スイッチの前記第3の対と前記AC出力ポートの各ラインとの間に接続された少なくとも1つのキャパシタとを備える請求項9に記載の装置。

【請求項15】

単相サイクロコンバータのラインサイクルの蓄積のためのシステムであって、
太陽光発電モジュールと、
前記太陽光発電モジュールに接続された入力ポートから入力されたDC電力をAC出力電力に変換する電力コンバータであって、前記電力コンバータは、サイクロコンバータを備え、前記サイクロコンバータが、
前記サイクロコンバータのスイッチの第1の対、第2の対、第3の対を操作するコントローラであって、前記第1の対、前記第2の対、前記第3の対は並列に接続される、コントローラと、
前記スイッチの第1の対および前記スイッチの第2の対にわたって接続されたAC出力ポートと、
単相運転のためにスイッチの前記第3の対および前記AC出力ポートに接続されたラインサイクルの蓄積回路と、
前記コントローラに接続された監視回路であって、前記AC出力ポートおよび前記ラインサイクルの蓄積回路における電圧を測定するように構成されている監視回路とを利用し、
前記コントローラは、更に、前記測定された電圧間の位相差を所定の位相差に維持する、サイクロコンバータとを備えるシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の実施形態は、一般に、一体化されたラインサイクルのエネルギー蓄積を伴う単相サイクロコンバータに関する。

【背景技術】

【0002】

電力コンバータは、発電において、太陽光発電(PV)パネルまたは直流電圧を生成するモジュールなどの分散した発電機用にしばしば用いられる。PVモジュールは、従来は直列に接続され、電力を生成する割合が環境などの操作要因に依拠して変動する。マイクロインバータは、PVモジュールによって生成されたDC電力をAC電力へと変換することができる電力コンバータの形態である。

【0003】

しかしながら、一般的な電力コンバータの設計では、DC入力ポートに、電力コンバータを通る脈動電力を伝達する大きな入力キャパシタを適用する。そのようなトポロジは、熱劣化の影響を受けやすい大容量のアルミニウム電解コンデンサを使用することがある。そのような入力キャパシタにより、コンバータの最小の物理的サイズならびに最高の動作温度、さらにはコンバータの全体の稼働寿命が制限される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

したがって、より小さなキャパシタでリップル電流を減少させた、一定電力を生成することができるコンバータの必要性がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の実施形態は、特許請求の範囲においてより十分に説明されるように、図のうちの少なくとも1つに関連して実質的に示され、かつ/または説明される、一体化されたラインサイクルのエネルギーの蓄積およびフィルタリングを伴う、単相サイクロコンバータの装置に全般的に関するものである。

【0006】

本開示のこれらおよび他の特徴ならびに利点が、添付の図とともに本開示の以下の詳細な説明の評価から理解され得、添付図では、全体にわたって、同じ参照数字は同じ部品を表す。

【0007】

その結果、本発明の上記の特徴における様式が詳細に理解され得、上記で簡単に要約された本発明のより詳細な説明が実施形態を参照することによって得られ、そのうちいくつかが添付図面に示されている。しかしながら、添付図面は、本発明の代表的な実施形態のみを説明するものであり、本発明には他の同様に有効な実施形態の余地があり得るので、したがって本発明の範囲を限定するものと見なされるべきではないことに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の1つまたは複数の実施形態によるコントローラを有するコンバータシステムのブロック図である。

【図2】本発明の1つまたは複数の実施形態によるコンバータの概略図である。

【図3】本発明の1つまたは複数の実施形態による、組み合わされた2つの例示のラインサイクルの蓄積およびフィルタリングの回路のブロック図である。

【図4】本発明の1つまたは複数の実施形態による、全出力におけるライン周波数エネルギーの蓄積およびAC電源に関するシミュレーション波形のグラフである。

【図5】本発明の1つまたは複数の実施形態による単相コンバータにおけるラインサイクルのエネルギー蓄積のための方法の流れ図である。

【図6】本発明の1つまたは複数の実施形態によるラインサイクルのエネルギー蓄積システムのブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明の実施形態は、ACライン周波数のエネルギー蓄積を伴って動作するように構成可能なサイクロコンバータを対象とするものである。いくつかの実施形態では、サイクロコンバータは、ACライン周波数のエネルギー蓄積を用いる単相出力または三相出力のいずれかに構成される。サイクロコンバータは、共振コンバータ、DC-ACインバータなどの一部分でよい。三相接続のうち2つにわたって、サイクロコンバータ出力にキャパシタなどのライン周波数のエネルギー蓄積デバイスが接続される。キャパシタの電圧波形および電流波形は、サイクロコンバータに接続されたAC幹線と比較して所定の位相差に保たれる。結果として、サイクロコンバータの発電能力が向上し、電力コンバータによる一定の電力伝達が可能になる。それに加えて、ライン周波数のエネルギー蓄積デバイスは、電磁準拠(EMC)およびサージフィルタリングをもたらすように構成され得る。以下でさらに論じられるように、本明細書で論じられるトポロジの他の実施形態は、AC電力を一定のDC出力に変換するための逆の動作が可能である。

【0010】

いくつかの実施形態では、サイクロコンバータの内部にライン周波数のエネルギー蓄積デバイスが組み込まれる。他の実施形態では、ケーブル(たとえば電気幹線および引き込み(ETD)電力ケーブル)を介してライン周波数のエネルギー蓄積デバイスが接続される。ケーブルはサイクロコンバータの外部にあって、サイクロコンバータと負荷(たとえばAC幹線)の間に接続される。外部構成により、サイクロコンバータのサイズが縮小され、加熱制限が軽減され、サービス性および維持管理が改善される。そのような実施形態では、サイクロコンバータ(および共振コンバータ)の外部にライン周波数のエネルギー蓄積デバイスを配置すると、電力を単相として出力するためのサイクロコンバータのモジュール式実装形態が可能になる。言い換えれば、いくつかの実施形態では、コンバータは、ライン周波数のエネルギー蓄積デバイスを取り付けられて単相サイクロコンバータとして動作し、ライン周波数のエネルギー蓄積デバイスを取り付けられずに三相のサイクロコンバータとして動作するように構成されている。

【0011】

図1は、本発明の1つまたは複数の実施形態によるコントローラ103を有するコンバータシステム100のブロック図である。コンバータシステム100は、サイクロコンバータ170、コントローラ103、DCポート105、DCブリッジ回路130、タンクキャパシタ155、変圧器160、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190、ACポート195、および監視回路111を備える。

【0012】

DCポート105は、分散した発電機(たとえばPVモジュール、風力タービンなど)などのDC電源110および115に接続されたキャパシタ120および125を備える。キャパシタ120および125は、DCブリッジ回路130にさらに接続されている。代替実施形態では、コンバータシステム100が逆に(すなわちDC電力を供給するように)動作する場合、DC電源110および115は変換されたAC電力を受け取るためのDC負荷を表す。

【0013】

DCブリッジ回路130は、スイッチ135、140、145、および150を備える。スイッチ135および140は、キャパシタ120の端子にわたって直列に接続されて第1のハーフブリッジ回路を形成する。スイッチ135のドレインおよびスイッチ140のソースは、タンクキャパシタ155の第1の端子に接続されている。タンクキャパシタ155の第2の端子は、変圧器160の1次巻線158の第1の端子に接続されている。スイッチ140のドレインがスイッチ145のドレインに接続されている。スイッチ145および150がキャパシタ125にわたって直列に接続されて第2のハーフブリッジ回路を形成し、これが変圧器160の1次巻線158の第2の端子に接続されている。変圧器160の2次巻線162はサイクロコンバータ170に接続されている。

【0014】

サイクロコンバータ170は、スイッチ172、174、176、178、180、182と、キャパシタ175、181、185とを備える。ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190は、いくつかの実施形態ではサイクロコンバータ170の内部に組み込まれており、他の実施形態では、サイクロコンバータ170の出力に接続されている。スイッチ172と174は直列に接続されており、スイッチ174のドレインはノードc3およびキャパシタ175の端子に接続されている。ノードc3はスイッチ174とキャパシタ175の間に接続されている。ノードc3は、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190の第1の端子にも接続されている。スイッチ176と178は直列に接続されており、スイッチ178のドレインはノードc1、ノードc4、およびキャパシタ181の端子に接続されている。ノードc4は、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190の第2の端子に接続されている。ノードc1はACポート195の第1のライン194に接続されている。スイッチ180と182は直列に接続されており、スイッチ182のドレインはノードc2およびキャパシタ185の端子に接続されている。ノードc2はACポート195の第2のラインにも接続されている。

【0015】

いくつかの実施形態では、コンバータシステム100のスイッチは、3kHzから10MHzにて切り換えられてよく、コントローラ103によって操作されるトランジスタでよい。トランジスタは、あるいは、接合ゲート電界効果トランジスタ(JFET)、金属酸化膜半導体で制御されるサイリスタ(MCT)、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)、バイポーラ接合トランジスタ(BJT)、n型MOSFET、ゲートターンオフサイリスタ(GTO)などの何らかの他の適切な電子スイッチでよい。

【0016】

コンバータシステム100におけるラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190により、DCブリッジ130は、より大きな範囲の電力(たとえば500〜600ワット)を処理することが可能になる。キャパシタのサイズは、ACポート195に接続されるシステムに左右される。たとえば600VAのコンバータシステム100は、ACポート195を交流230V/50HzのAC幹線に接続するのに、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190が36マイクロファラッド(μF)の静電容量を有することを必要とするはずである。

【0017】

他の実施形態では、ノードc3およびc4において接続されるラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190の代わりに、ACポート195の第2のライン196に対するAC出力のためのノードc3およびc2において、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190が接続されてよい。そのような実施形態では、ノードc1およびACポート195の第1のラインがスイッチ174のソースに接続される。

【0018】

監視回路111は、ある期間にわたって電圧および電流を測定するように構成された電圧および電流のサンプリング回路(図示せず)を備える。監視回路111は、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190およびACポート195にわたる電圧および電流を測定するように、ノードc1、c2、c3、およびc4に接続されている。測定値は、コントローラ103によって、単相ACをACポート195に出力してラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190を通って流れるエネルギーを制御するために、コンバータシステム100のスイッチを操作するのに用いられる。いくつかの実施形態では、全出力の動作中に、コントローラ103は、ACポート195に接続されたAC電源(たとえばAC幹線)の電圧および電流の振幅を整合させ、位相は遅らせるように、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190の電圧およびエネルギーを調節する。ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190に貯蔵されたエネルギーが、放電期間中にACポート195の第1のライン194に供給される。全出力未満(たとえば1/4電力)の他の実施形態では、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190は、比例してより少ないエネルギーを貯蔵するように調整される。

【0019】

コンバータシステム100は、DCポート105上のDC入力を受け取る。DCブリッジ回路130によってDC電力が矩形波に変換され、タンクキャパシタ155および変圧器160に接続される。変圧器160は電圧振幅を変換して(すなわち昇圧または降圧して)、その電力をサイクロコンバータ170に接続する。

【0020】

コントローラ103は、中央処理装置(CPU)112、記憶装置116、および様々なサポート回路118を含む。CPU 112は、当技術分野で知られている1つまたは複数のマイクロプロセッサ、および/または、専用処理機能を遂行するようにプログラムされたフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)などの専用の機能プロセッサを含み得る。CPU 112は、記憶装置116およびサポート回路118に接続されている。CPU 112のためのサポート回路118は、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路(ASIC)、キャッシュ、電源、クロック回路、データレジスタ、入出力(I/O)インターフェースなどを含み得る。

【0021】

CPU 112によって実行され得、かつ/または用いられ得る非一時的プロセッサ実行可能命令および/またはデータが、記憶装置116に記憶される。これらのプロセッサ実行可能命令は、ファームウェア、ソフトウェアなど、またはそのいくつかの組合せを含み得る。記憶装置116に記憶されたプロセッサ実行可能命令を有するモジュールは、スイッチング制御モジュール127、ラインサイクルの監視モジュール129、およびデータベース131を備える。

【0022】

例示的実施形態では、記憶装置116は、ランダムアクセスメモリ、読取り専用メモリ、磁気抵抗の読出し/書込みメモリ、光学的読出し/書込みメモリ、キャッシュメモリ、磁気読出し/書込みメモリなど、ならびに搬送波などの不揮発性の信号は含まない信号記録媒体(signal-bearing media)のうち1つまたは複数を含み得る。コントローラ103は、特定のソフトウェアを実行するとき本発明の様々な実施形態を遂行するための特定目的コンピュータになる汎用コンピュータを用いて実施されてよい。

【0023】

ラインサイクルの監視モジュール129は、監視回路111から測定された電圧および電流のサンプルのアナログデータまたはデジタルデータを受け取る。いくつかの実施形態では、ACポート195の測定値は、ACポート195に接続されたAC幹線(図示せず)の測定値である。他の実施形態では、AC幹線の測定値は、送電網インターフェース133を介してコントローラ103によって直接受け取られてよい。説明のために、ACポート195は、本明細書ではAC幹線への接続の点から論じられることになる。当業者なら、他のタイプの負荷への接続を理解するであろう。

【0024】

スイッチング制御モジュール127は、コンバータシステム100のスイッチを制御するのに用いられるデータを受け取るように、ラインサイクルの監視モジュール129と通信で接続されている。スイッチング制御モジュール127は、監視回路111からの測定値に基づいてサイクロコンバータ170のスイッチのタイミングを調整する。スイッチング制御モジュール127は、サイクロコンバータ170をパルス幅変調(PWM)によって制御してよい。DCポート105がPVモジュールに接続されている実施形態では、スイッチング制御モジュール127は最大電力点追尾(MPPT)のための命令を実行してよい。

【0025】

スイッチング制御モジュール127は、サイクロコンバータ170のスイッチを制御して、ACポート195に接続される単相AC出力を生成する。スイッチング制御モジュール127は、幹線からの電力関数と、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190がやりとりする電力関数との合計が一定になるように、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190との間の電流も制御する。言い換えれば、コンバータシステム100を通って一定のDC電力が流れる。

【0026】

スイッチング制御モジュール127は、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190にわたる電圧の振幅を、AC幹線上で測定された電圧の近くに保つ。しかしながら、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190の電圧は、AC幹線の測定された電圧と比較して(たとえば45度だけ)位相シフトされる。位相シフトは、サイクロコンバータ170の個々のスイッチのスイッチング状態とPWMの間のタイミングを制御することによって調節され得る。

【0027】

スイッチング制御モジュール127は、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190から引き込まれる電流がAC幹線の電流に対して(たとえば135度だけ)同様に進むかまたは遅れるように、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190に対するエネルギー流れも制御する。全出力動作では、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190に対する電力流れの量(すなわち電流振幅)が、AC幹線の振幅と一致するようにさらに制御される。

【0028】

スイッチング制御モジュール127は、ACポート195およびAC幹線に正弦波の電力を出力するように、サイクロコンバータ170を制御して、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190を通る電力を循環させる(すなわち充電および放電)。ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190が(別のエネルギー蓄積手段とは対照的に)キャパシタである一実施形態では、キャパシタのサイズは式1によって与えられる。
エネルギー蓄積=VA/(2πfv²) (1)

【0029】

上記の式1において、VAはAC幹線のVA定格であり、fはAC幹線の周波数であり、vはAC幹線の電圧である。一般に、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190は、最大限のVA動作点においてキャパシタ190にわたって生成される電圧の振幅がAC幹線電圧の振幅と同一になることを保証するようにサイズ設定され、容量値は式(1)に等しい。全出力動作において、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190に印加される電圧のピークトゥピーク振幅は、幹線のピークトゥピーク電圧と一致する。幹線相およびラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190の電流のピークトゥピーク振幅も同じ値である。コンバータシステム100は、その同じキャパシタ値に対して、より低い電力(たとえば1/4電力)で運転されてよい。

【0030】

1/4電力の動作点については、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190のピークトゥピーク電圧は、全出力動作中の幹線のピークトゥピーク電圧の半分であり、電圧振幅の1/4である。ラインサイクルのエネルギー蓄積コンデンサの電流振幅は、やはり全出力動作における値の半分である。代替実施形態では、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190は全出力未満にサイズ設定されてよく、コントローラ103は、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190に対して、対応するより低い動作電圧および動作電流を保つ。

【0031】

この例を続けて、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190の無効電力制御は式2によって与えられる。
キャパシタの位相シフト=±45°+θ/2 (2)

【0032】

負荷角θは、特定の無効電力制御(たとえば一定の出力)を達成するための、幹線電圧と幹線電流の間の所望の位相シフトである。動作において、コンバータシステム100からの一定出力を保証するために位相差90°の2つの正弦波形が加算される。一方の正弦波形はラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190を通るエネルギー流れであり、他方はACポート195へのエネルギー流れである。図4に関して以下でさらに論じられるように、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190から引き出される電力関数と幹線相からの電力関数は、ピークトゥピーク振幅が等しく、位相差が90°である。

【0033】

式2に従って、サイクロコンバータ170のスイッチは、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190の電圧波形が正弦波であってAC幹線の電圧波形に対して45度だけ遅れるかまたは進むところに所望の負荷角の半分を加える(すなわち±45°+θ/2)ように制御される。ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190を通る電流の波形は、AC幹線に対する135度の位相差に負荷角の半分を加えた位相(すなわち±135°+θ/2)を有する。いくつかの実施形態では、コントローラ103は、サイクロコンバータ170のスイッチのタイミングを制御して、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190を通る電流の流れを、AC幹線に対するラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190上の電圧の位相シフト(±45°)に到達させるように調節する。

【0034】

有効電力を生成するために負荷角θはゼロであり、無効電力を生成するために、負荷角θは、AC幹線の電流と電圧の間の所望の位相シフトである。スイッチング制御モジュール127は、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190との間のエネルギー流れの大きさも、AC幹線相の接続(すなわちACポート195)へのエネルギー流れの大きさに一致するように保つ。

【0035】

代替実施形態では、サイクロコンバータ170は、DC電力に変換するためのAC電力をACポート195で受け取り、DCポート105に出力するように逆方向に動作し得る。逆方向の電力流れは、有効電力流れまたは無効電力流れのいずれかであり得る。順方向動作と同様に、逆方向動作において、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190は、ACポートから引き込まれる電力がライン周波数の2倍で脈動していても、DCポート105から送出される電力が連続的であって電圧または電流のリップルがないことを保証する。逆変換動作では、サイクロコンバータ170のスイッチは、幹線相とラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190の両方の制御された電流が逆方向になるように制御される。言い換えれば、上記で論じられたコンバータシステム100では、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190の電流がAC幹線に対して遅れていれば、電流が進むことになり、逆の場合も同じである(すなわち、順方向動作において進んでいれば、逆方向動作では遅れる)。

【0036】

データベース131は、コンバータシステム100の情報および外部通信137からのデータを記憶する。外部通信137は、ゲートウェイ(図示せず)などの追加のデバイスに対して、無線通信、有線通信、および電力線通信(PLC)用の通信装置によって助長され得る。いくつかの実施形態では、データベース131は、負荷に関する追加の情報(すなわちDC要件、AC要件、AC出力周波数など)を記憶する。

【0037】

ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190は、適切にサイズ設定されたキャパシタ(たとえば250Wのマイクロインバータであるサイクロコンバータについては15μF)でよい。以下でさらに論じられるように、キャパシタは2つの別個のキャパシタに分割されて、インダクタとともにフィルタリング機能をもたらし得る。代替実施形態では、ラインキャパシタは、一般に入手可能な(誘導)「電動機運転」キャパシタを使用してシステムレベル(すなわちコンバータの外部)に配置されてよい。サイクロコンバータ170の外部のシステムレベルにこのキャパシタを配置すると、コンバータおよびライン周波数キャパシタが容易に使用可能になり得る。そのような実施形態では、キャパシタの交換が、モジュール式部分のそれぞれのコンバータ回路として、より容易になる。同様に、他の実施形態では、キャパシタの取付けまたは取外しにより、ACポート275がそれぞれ単相出力から三相出力へ変化し、コンバータシステム100は適切な出力を生成するように構成され得る。

【0038】

図2は、単相サイクロコンバータ200の概略図であり、本発明の1つまたは複数の実施形態によって、ライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタが分割され、効果的なフィルタ機能を形成するように接続されており、それによって容量性フィルタリングおよび全体のEMCフィルタ設計要件が簡単になる。単相サイクロコンバータ200は、図1において説明されたように、監視回路111からのサンプリングを伴うコンバータシステム100の一部分としてコントローラ103によって操作される。

【0039】

単相サイクロコンバータ200は、DCポート205と、インダクタ210と、スイッチ215、220、225、230、235、および240と、キャパシタ245および250と、ライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ255および260と、ACポート275とを備える。DCポート205は、インダクタ210およびキャパシタ245の第2の端子に接続されている。インダクタ210は、スイッチ215、225、および235のドレインに接続されている。スイッチ215とスイッチ220は直列に接続されており、スイッチ220のドレインは、ノードd1、ノードd3、およびキャパシタ245の第1の端子に接続されている。ノードd1は、ACポート275の第1のライン265にさらに接続されている。ノードd3は、ライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ255の第1の端子に接続されている。スイッチ225とスイッチ230は直列に接続されており、スイッチ230のドレインはノードd4に接続されている。ノードd4は、ライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ255の第2の端子およびライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ260の第1の端子に接続されている。スイッチ235とスイッチ240は直列に接続されており、スイッチ240のドレインは、ノードd2、ノードd5、およびキャパシタ250の端子に接続されている。ノードd2はACポート275の第2のライン270に接続されている。ノードd5はライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ260の第2の端子に接続されている。ライン周波数のエネルギーの蓄積キャパシタ255および260は、等しい静電容量(たとえばそれぞれ18μF)または異なる静電容量でよい。

【0040】

コントローラ(たとえばコントローラ103)は、図1の監視回路111と実質的に類似の監視回路(図示せず)によってサンプリングされた電流および電圧の測定値に基づいてスイッチ215、220、225、230、235、240を操作する。監視回路は、ライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ255および260ならびにACポート275からの電圧および電流をサンプリングする。いくつかの実施形態では、監視回路はノードd1、d4、および/またはd2に接続される。

【0041】

動作において、単相サイクロコンバータ200は、図1において上記で論じられたコントローラ103によって操作され、スイッチ215、220、225、230、235、240からのエネルギーをライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ255および260との間で循環させることにより、ACポート275にAC電力を供給する。ライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ255および260は、ACポート275に対して、リップル電流またはリップル電圧のフィルタリングももたらす。ライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ255および260をノードd3、d4、およびd5に接続することにより、ライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ255および260のエネルギーが、コントローラ103によって、EMC、サージ、およびラインサイクルのエネルギー蓄積機能をもたらすように制御され得る。

【0042】

それに加えて、単相サイクロコンバータ200が最大効率で動作するはずの力率(PF)を求めて高度な送電網機能(AGF)を遂行するように、コントローラ103によって容量性無効電力バイアスが計算される。AGFは、PVインバータが、無効電力を供給するかまたは吸収する能力を有することを必要とする。コンバータに(したがって単相サイクロコンバータ200に)バイアスがかけられる力率は、コンバータがDCポート205においてDC電源(たとえばPVモジュール)に接続されたとき最も効率的に動作するポイントを決定することになる。誘導性PFおよび容量性PFに関して無効力率が計算され得る。たとえば、同じサイズの2つのライン周波数エネルギー蓄積キャパシタ255および260で、容量性無効電力バイアスは、全出力動作においてcos(arcsin 0.25)=0.968pfとして計算され得る。

【0043】

この例を継続すると、0.986pfの普通のバイアスに基づき、90%の負荷軽減で動作するコンバータは、誘導性の0.94pfから容量性の0.86pfの無効電力範囲をカバーすることができるはずである。無効電力制御の範囲は、必要な最大の誘導性無効PFを用いて計算され得る。必要な誘導性PF調整が計算され得、必要なPFは式3による最大の誘導性PFである。
インバータのための必要なPF=cos(arcsin(5sin(arccos(PF))/4)) (3)

【0044】

同様に、必要な容量性無効PF調整は式4によって計算され得る。
最大の容量性PF=cos(arcsin(3sin(arccos(PF))/2)) (4)

【0045】

上記の式4において、このPFは必要な最大の誘導性PFでもある。ライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ255および260は、ACポート275にわたって効率よく接続される。したがって、最大効率の動作を保証するために、コントローラ103により、式3または式4が、容量性無効電力バイアスを計算することによって適用され得る。そのような実施形態では、コントローラ103は、力率の変化を計算して求めるためにACポート275も監視する。

【0046】

図3は、本発明の1つまたは複数の実施形態による、組み合わされた2つの例示のラインサイクルの蓄積およびフィルタリングの回路305および310のブロック図である。フィルタ回路305および310は、図1において上記で論じたコントローラ103によって、単相AC電力を受け取るかまたは出力するように制御される。コントローラ103は、ACコンバータ回路315および332のスイッチを直接制御する。フィルタ回路305は三相フィルタであり、フィルタ回路310は単相フィルタである。

【0047】

第1のシステム301は、ACコンバータ回路315と、組み合わされたラインサイクルの蓄積およびフィルタリングの回路(以下「回路」)305とを備える。回路305は、EMC/サージインダクタ320、322、および324と、ライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ380および382と、ACポート330とを備える。ACポート330は、商用AC送電網を表すAC送電網360に接続されている。ACコンバータ回路315は、ポートf1、f2、およびf3を介して、EMC/サージインダクタ320、322、および324に接続されている。EMC/サージインダクタ320に接続されたポートf1は、ライン325およびノードe2にも接続されている。ポートf2は、ライン318およびEMC/サージインダクタ322およびノードe1に接続されている。ポートf3はEMC/サージインダクタ324に接続されており、EMC/サージインダクタ324はライン335およびノードe3にさらに接続されている。ノードe1は、ライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ380および382の端子に接続されている。ノードe2は、ライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ380のもう一方の端子に接続されている。ノードe3は、ライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ382のもう一方の端子に接続されている。

【0048】

ACコンバータ回路315(たとえばサイクロコンバータ)は、出力ポートf1、f2、およびf3を介してライン325、318、および335に三相電力を出力する。図1において説明されたように、コントローラ103によって制御されたACコンバータ回路315のスイッチの動作により、ライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ380および382へのエネルギーは、位相シフトされるが、(たとえば監視回路111によって)監視されているAC送電網360と同一の振幅になるように制御される。EMC/サージインダクタ320、322、および324ならびにライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ380および382は、ACポート330に一定電力を供給することに加えて、EMCおよびサージのフィルタとして動作する。

【0049】

第2のシステム302は、ACスイッチング回路332と、組み合わされたラインサイクルの蓄積およびフィルタリングの回路(以下「回路」)310とを備える。回路310は、サージインダクタ338および340と、ライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ334および336と、ACポート342とを備える。ACポート342は、商用AC送電網を表すAC送電網370に接続されて示されている。

【0050】

ACコンバータ回路332は、ポートf4、f5、およびf6を介して回路310に接続されている。ポートf4は、ノードe4、サージインダクタ338、およびACポート342のライン350に接続されている。ポートf5は、ノードe5、サージインダクタ340、およびACポート342のライン355に接続されている。ポートf6が接続されているライン334は、ライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ334および336の端子に接続されている。ノードe4は、ライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ336のもう一方の端子に接続されており、ノードe5は、ライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ334のもう一方の端子に接続されている。

【0051】

EMC/サージインダクタ320は、ライン325と、ライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ380の端子に接続されたノードe2とに接続されている。EMC/サージインダクタ322は、ライン318およびノードe1に接続されている。ノードe1は、ライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ380および382の端子に接続されている。EMC/サージインダクタ324は、ライン335と、ライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ326の端子に接続されたノードe3とに接続されている。

【0052】

ACスイッチング回路332(たとえばサイクロコンバータ)は、ライン325、318、および335に三相電力を出力する。図1において説明されたように、コントローラ103によって制御されたACコンバータ回路332のスイッチの動作により、ライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ334および336へのエネルギーは、位相シフトされるが、(たとえば監視回路111によって)監視されているAC送電網370と同一の振幅になるように制御される。EMC/サージインダクタ338および340ならびにライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ334および336は、ACポート360に一定電力を供給することに加えて、EMCおよびサージのフィルタとして動作する。

【0053】

図4は、本発明の1つまたは複数の実施形態による、全出力におけるライン周波数エネルギーの蓄積およびAC電源に関するグラフの組400である。グラフ405、410、および415は、図1において上記で説明されたように、コントローラ103によって監視され、かつ操作され、AC幹線(すなわち電力系統)に接続されている単相サイクロコンバータの動作のプロットである。

【0054】

説明を簡単にすることの容易さのために、グラフは図1に関して論じられるが、当業者なら、図2および図3におけるさらなるトポロジを適用することができる。「中間の」脚部(たとえば、図1のノードc1はラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190とACポート195のライン194の両方に接続されている)は、以下のすべてのグラフに関して基準点として用いられる。このようにして、サイクロコンバータ170は直角位相の2相AC電源として動作するものと考えられ得る。1つの相はAC幹線の相であり、直角位相の第2の相はラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190からものである。

【0055】

グラフ405は、時間に対する電圧のプロットである。電圧信号420は、ライン側キャパシタ(たとえばラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190)にわたる電圧であり、電圧信号425はAC幹線の電圧であり、電圧信号430は電圧信号420と電圧信号425の間の差である。電圧信号420および425を観察すると、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190の電圧はAC幹線に対して遅れている。時間T1において電圧信号420がピークに達し、時間T2において、電圧信号425がピークトゥピーク値から45度の差を伴ってピークに達する。電圧信号420と425のピークトゥピーク振幅は同一(たとえば交流230V)である。それに加えて、ライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ190の電流(信号440)とともに観察すると、ライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ190がリアクタンス素子であるため、ライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ190の電圧と電流は、T1およびT3の時刻において90度の位相ずれがある。

【0056】

これらの位相シフトは、コントローラ103が、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190との間のエネルギーを制御するようにサイクロコンバータ170のスイッチを制御することの結果である。他の実施形態では、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190の電圧は、AC幹線電圧に対して45度だけ進み得る。45度の一定の差を保証するために、グラフ410に示されるように、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190の電流がAC幹線相の電流(信号435)から遅れるように、それぞれの電流の位相が135度ずれるように制御されている。したがって、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190の電流(グラフ410の信号440として示されている)を制御すると、結果としてグラフ405の電圧信号を生成する。

【0057】

グラフ410は時間に対する電流のプロットである。信号440はラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190の電流であり、信号435はAC幹線の電流であり、信号445は両電流の間の差である。AC幹線からの電流は力率1で引き込まれる。時間T3から時間T4まで見られるように、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190の電流は、AC幹線の電流に対して135度だけ遅れている。他の実施形態では、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190の電流は、AC幹線に対して45度だけ進むように制御されてよい。

【0058】

グラフ415は時間に対する電力のプロットである。信号450はAC幹線の電力(Vphase*Iphase)であり、信号455はラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190の電力である。信号450は、幹線から引き込まれる電力に関連した正弦波の電力関数であり、電圧または電流のいずれかのライン周波数の2倍の周波数を有する。AC幹線から引き込まれる電力は、最大電力500Wおよび最小電力0Wで平均250Wの単極である(ライン460)。

【0059】

信号455は、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190から引き込まれる電力の電力関数(Vcap*Icap)を表し、これもライン周波数の2倍の周波数を有する。ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190から引き込まれる電力は、+250Wと-250Wの間で平均0Wの電力を有する双極である(ライン465)。したがって、AC幹線相から引き込まれる平均電力は250Wであり、キャパシタから連続した電力を引き出すことはできないので、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190から引き込まれる平均電力は0Wであり、キャパシタとの間で電力を循環させるためにのみ用いられる。グラフ415から、2つの電力関数(信号450および455)が互いに加算されるとき、一定の250Wの電力流れが生成される(ライン460として示されている)。PVモジュールを含む一実施形態では、この250Wは、次いで、PVモジュールから引き出されてAC幹線に正弦波の電力を供給する。

【0060】

有効電力をエクスポートするための制御は、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190に流れ込むエネルギー流れの振幅が幹線相接続へのエネルギー流れの振幅と常に一致するように、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190に送出される電流を制御するステップを含む。制御の基本的原理が、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190に印加される電圧と幹線相電圧の間に45度の差を保つ方式で説明されてきた。

【0061】

さらなる実施形態では、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190の電圧が135度だけシフトされ(遅れるかまたは進み)、電流が45度だけシフトされる(遅れるかまたは進む)。そのような交差(transposition)により、電圧信号の平衡が保たれるが、電流信号は、サイクロコンバータ170の脚部間の電圧ストレスの割出しを必要とすることになる。そのような実施形態では、グラフ410に示された電流ではなく電圧の平衡を保つように制御することにより、コンバータシステム100上のピーク電流ストレスが増加する。

【0062】

ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190に印加される電圧と幹線相電圧が135°の位相分離を有する実施形態では、幹線とサイクロコンバータのキャパシタの脚部の間のピーク電圧ストレスは、幹線相のピーク電圧ストレスよりも大きい。そのため、電圧間の45°の位相分離が用いられる実施形態では、スイッチングトランジスタの電圧定格をより高くする必要がある。それに加えて、3つのそれぞれのサイクロコンバータの脚部から引き出される電流は、電圧分離が135°の場合よりも不均等に広がり、電圧分離が45°のときよりも抵抗損失が大きくなる。

【0063】

さらなる実施形態は、逆方向の電力流れが必要な例のための制御理論によって反転することも可能である。このコンバータは、有効電力流れまたは無効電力流れのいずれかを伴う逆方向の電力流れを達成するように制御されてよい。このモードでは、コンバータがAC-DCコンバータとして働き、(たとえばラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190による)コンバータのACポートにおけるエネルギー蓄積により、ACポートから引き出される電力がライン周波数の2倍の周波数で脈動していても、DCポートから引き出される電力が(電圧または電流のリップルなしで)連続的であることが保証される。有効電力の流れと無効電力の流れのどちらの場合でも、逆方向の電力流れの制御ロジックはDC-AC電力流れの制御ロジックと同一である。ただし、幹線相とラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190の両方に対して電流が制御され、どちらも逆にする必要があるという相違点はある。AC-DC変換については、コンバータ100の出力にはラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190があるので、リップルが低減される。さらに、ライン周波数のキャパシタを用いてAC幹線から常に電力を引き出すことができるので、DC出力ポートにおいてリップル電圧が実質的に除去される。

【0064】

図5は、本発明の1つまたは複数の実施形態によるコンバータにおけるラインサイクルのエネルギー蓄積のための方法500の流れ図である。方法500は、図1において上記で説明されたコンバータシステム100によって実施される。方法500は、受け取ったDC電力をAC電力に変換するための順方向動作において説明されることになる。しかしながら、追加の実施形態は、DC電力に変換するためにAC電力を受け取る逆方向動作を含む。方法500が説明する全出力動作モードでは、ライン蓄積(line storage)に印加される電圧のピークトゥピーク振幅が幹線電圧と一致し、幹線相の電流とライン蓄積の電流が等しい。

【0065】

低減された電力動作の代替実施形態は、それに応じてライン蓄積にわたる電圧振幅を調節するステップを含む。たとえば、1/4電力の動作では、ライン蓄積にわたる電圧振幅は幹線電圧振幅の1/2である。ライン蓄積を通る電流の振幅は全出力動作の電流の1/2であり、幹線電流は全出力動作の電流の1/4である。

【0066】

方法500は、ステップ505で始まってステップ510まで継続する。ステップ510において、コンバータ(たとえばコンバータシステム100)によって入力電力が受け取られる。ステップ515において、監視回路(たとえば監視回路111)によってAC電流およびAC電圧が測定される。AC幹線のAC電流およびAC電圧を測定するために、その測定値がACポート195からサンプリングされる。その測定値は、電圧および電流に関する位相シフトおよび振幅のデータを計算することができるように、長時間にわたって十分なデータを伴ってサンプリングされる。ステップ520において、ライン周波数のエネルギー蓄積(たとえばラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190)の電圧および電流が監視回路によって測定される。

【0067】

ステップ520において、ライン蓄積(たとえばラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190)にわたる電圧が、監視回路によって長時間にわたって測定される。ライン蓄積との間の電流流れも測定されてよい。ステップ525において、AC幹線とライン蓄積との測定された電圧が、同一の期間にわたって比較される。

【0068】

ステップ530において、ステップ525からの比較に基づいて、AC幹線電圧間の位相差およびライン蓄積にわたる電圧が求められる。ステップ535において、位相差が所定の値と比較される。前述のように、所定の数値は電圧波形の間の45°の差でよい。たとえば、ライン蓄積にわたる電圧バイアスは、AC幹線の電圧から遅れてよい。

【0069】

ステップ540において、方法500は、求められた位相差値が所定の値と等しいかどうか判断する。値が等しくない場合、方法500はステップ545に進む。ステップ545において、コンバータシステム100のサイクロコンバータ(たとえばサイクロコンバータ170)のスイッチが、ライン蓄積との間の電流流れを制御するように調節される。調節は、ライン蓄積の電圧波形の位相遅れまたは位相進みを拡大するかまたは縮小するようにスイッチングのタイミングを修正するステップを含む。次いで、方法500はステップ515へ戻る。

【0070】

戻ってステップ540を参照すると、位相差の値が等しければ方法500はステップ550へ進む。ステップ550において、方法500を継続すべきかどうか判断される。継続すると判断された場合には、方法500はステップ515に戻る。そうでなければ方法500はステップ555において終了する。

【0071】

他の実施形態では、電流が測定されて比較され得る。そのような一実施形態では、ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190に対する電流の位相シフトは、AC幹線の電流から135度だけ遅れているべきである。所定の位相シフト値がコントローラ103に記憶されてよい。

【0072】

図6は、本発明の1つまたは複数の実施形態を備えるラインサイクルのエネルギー蓄積システム600のブロック図である。いくつかの実施形態では、ラインサイクルのエネルギー蓄積システム600は、ラインサイクルのエネルギー蓄積に加えてEMCおよびサージのフィルタリングももたらす。この図は、本発明を利用する多種多様な可能性のあるシステム構成およびデバイスの一変形形態を描写するのみである。本発明は、電源をその最大のパワーポイントにおいて動作させるために最大電力点追尾を採用するあらゆるシステムまたはデバイスにおいて利用され得る。

【0073】

システム600は、まとめて電力コンバータ602と称される複数の電力コンバータ602-1、602-2、...、602-Nと、まとめてラインサイクルの蓄積回路603と称される複数のラインサイクルの蓄積回路603-1、603-2、...、603-Nと、まとめて分散した発電機605と称される複数の分散した発電機605-1、605-2、...、605-Nと、システムコントローラ606と、バス608と、負荷中心610とを備える。分散した発電機605は、光起電力、風力タービン、または他のDC電源など、最大のパワーポイントにおいて動作することができるあらゆる適切な発電機でよい。

【0074】

それぞれの電力コンバータ602-1、602-2、...、602-Nは、それぞれ単一の分散した発電機または分散した発電機の組605-1、605-2、...、605-Nに接続されている。いくつかの実施形態では、図1〜図3において上記で説明されたように、電力コンバータ602のそれぞれがコンバータまたはサイクロコンバータに相当するものである。いくつかの他の実施形態では、電力コンバータ602はAC-DCコンバータでよい。ラインサイクルの蓄積回路603のそれぞれが、図1〜図3において上記で説明されたラインサイクルの蓄積回路およびキャパシタに相当するものである。分散した発電機605はPVモジュールに相当する。

【0075】

電力コンバータ602はバス608を介してシステムコントローラ606に接続されている。いくつかの実施形態では、ラインサイクルの蓄積回路603は、システムコントローラ606と通信するために、バス608を介してシステムコントローラ606に接続されている。システムコントローラ606は、電力コンバータ602を効果的に制御するために、無線および/または有線の通信(たとえば電力線通信)によって電力コンバータ602と通信することができる。電力コンバータ602は、バス608を介して負荷中心610にさらに接続されている。いくつかの実施形態では、ラインサイクルの蓄積回路603は、システム600からの外部通信のために、PLC、有線ネットワーク、または無線ネットワーク(図示せず)を介してゲートウェイ(たとえばシステムコントローラ606)に接続されている。

【0076】

電力コンバータ602がDC-ACインバータであるいくつかの実施形態では、電力コンバータ602のそれぞれが、受け取ったDC電力をAC出力に変換することができる。電力コンバータ602は、生成されたAC出力を、バス608を介して送電網またはエネルギー蓄積に接続する。次いで、生成された電力は、利用するように、たとえば1つまたは複数の機器に分配されてよく、および/または、生成されたエネルギーは、後で利用するように、たとえばバッテリー、加熱水、ポンプ揚水、H₂Oから水素への変換などを用いて貯蔵されてよい。いくつかの代替実施形態では、電力コンバータ602はAC-DC電力コンバータでよく、バス608は、DC負荷605へ電力を送出するACバスである。

【0077】

システム600において、ラインサイクルの蓄積回路603のそれぞれが、蓄積デバイス(たとえばキャパシタ)向けに変換された電力ならびにバス608からのAC電力を監視する。

【0078】

本発明の実施形態の前述の説明は、複数の要素、デバイス、回路、および/または説明されたような様々な機能を遂行する組立体を備える。これらの要素、デバイス、回路、および/または組立体は、それらのそれぞれ説明された機能を遂行するための手段の例示的実施態様である。

【0079】

前述のことは本発明の実施形態を対象とするものであるが、本発明の他の実施形態およびさらなる実施形態は、以下の特許請求の範囲によって定義される基本的範囲から逸脱することなく考案され得るものである。

【符号の説明】

【0080】

100 コンバータシステム
103 コントローラ
105 DCポート
110 DC電源
111 監視回路
112 CPU
115 DC電源
116 記憶装置
118 サポート回路
120 キャパシタ
125 キャパシタ
127 スイッチング制御モジュール
129 ラインサイクルの監視モジュール
130 DCブリッジ回路
131 データベース
133 送電網インターフェース
135 スイッチ
137 外部通信
140 スイッチ
145 スイッチ
150 スイッチ
155 タンクキャパシタ
158 1次巻線
160 変圧器
162 2次巻線
170 サイクロコンバータ
172 スイッチ
174 スイッチ
175 キャパシタ
176 スイッチ
178 スイッチ
180 スイッチ
181 キャパシタ
182 スイッチ
185 キャパシタ
190 ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ
194 ACポート195の第1のライン
195 ACポート
196 ACポート195の第2のライン
200 単相サイクロコンバータ
205 DCポート
210 インダクタ
215 スイッチ
220 スイッチ
225 スイッチ
230 スイッチ
235 スイッチ
240 スイッチ
245 キャパシタ
250 キャパシタ
255 ライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ
260 ライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ
265 ACポート275の第1のライン
270 ACポート275の第2のライン
275 ACポート
301 第1のシステム
302 第2のシステム
305 ラインサイクルの蓄積およびフィルタリングの回路
310 ラインサイクルの蓄積およびフィルタリングの回路
315 ACコンバータ回路
318 ライン
320 EMC/サージインダクタ
322 EMC/サージインダクタ
324 EMC/サージインダクタ
325 ライン
330 ACポート
332 ACコンバータ回路
334 ライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ
335 ライン
336 ライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ
338 サージインダクタ
340 サージインダクタ
342 ACポート
350 ライン
355 ライン
360 AC送電網
370 AC送電網
380 ライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ
382 ライン周波数のエネルギー蓄積キャパシタ
400 グラフの組
405 時間に対する電圧のプロット
410 時間に対する電流のプロット
415 時間に対する電力のプロット
420 電圧信号
425 電圧信号
430 電圧信号
435 AC幹線の電流
440 ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190の電流
445 電流435と電流440の差
450 AC幹線の電力
455 ラインサイクルのエネルギー蓄積キャパシタ190の電力
460 ライン
465 ライン
600 システム
602 コンバータ
603 ラインサイクルの蓄積回路
605 分散した発電機
606 システムコントローラ
608 バス
610 負荷中心

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】