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特開2023-71622燃料電池システムに基づくマイクログリッドにおける電力管理
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023071622
(43)【公開日】2023-05-23
(54)【発明の名称】燃料電池システムに基づくマイクログリッドにおける電力管理
(51)【国際特許分類】
H02J 3/38 20060101AFI20230516BHJP
H02J 3/46 20060101ALI20230516BHJP
H01M 8/249 20160101ALI20230516BHJP
H01M 8/04 20160101ALI20230516BHJP
H01M 8/12 20160101ALI20230516BHJP
【ＦＩ】
H02J3/38 180
H02J3/38 170
H02J3/46
H01M8/249
H01M8/04 Z
H01M8/12 101
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2022178798
(22)【出願日】2022-11-08
(31)【優先権主張番号】63/278,403
(32)【優先日】2021-11-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】514116578
【氏名又は名称】ブルーム エネルギー コーポレイション
(74)【代理人】
【識別番号】110002354
【氏名又は名称】弁理士法人平和国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ピムスヴィースヴィ，プラサド
(72)【発明者】
【氏名】ベイカー，ボー
(72)【発明者】
【氏名】ボーミレッディ，ビナン レッディ
(57)【要約】 （修正有）
【課題】燃料電池システム容量のより効率的な使用を伴う燃料電池システムに基づくマイクログリッド等の直流（ＤＣ）電源を提供する。
【解決手段】マイクログリッド３００は、燃料電池スタック３０４によって発生する過剰なＤＣ電流を電流源インバーター３０２に供給し、ＡＣ電流を電流源インバーター３０２によってグリッド側バス３１４に出力する。また、グリッド側バス３１４におけるＡＣ電流は、マイクログリッド側バス３１８における負荷需要をサポートするか又は電力グリッドに供給する。更に、整流器３１０、電流源インバーター３０２、モーター、発電機、電気接触器、リレー及び／又は、切替えスイッチ３１２の様な伝送バス並びに電気調整装置及び制御装置を用いて、グリッド側バス３１４におけるＡＣ電流を使用して、マイクログリッド側バス３１８における負荷需要をサポートするためにマイクログリッド側バス３１８にＡＣ電流を供給する。
【選択図】図３
【解決手段】マイクログリッド３００は、燃料電池スタック３０４によって発生する過剰なＤＣ電流を電流源インバーター３０２に供給し、ＡＣ電流を電流源インバーター３０２によってグリッド側バス３１４に出力する。また、グリッド側バス３１４におけるＡＣ電流は、マイクログリッド側バス３１８における負荷需要をサポートするか又は電力グリッドに供給する。更に、整流器３１０、電流源インバーター３０２、モーター、発電機、電気接触器、リレー及び／又は、切替えスイッチ３１２の様な伝送バス並びに電気調整装置及び制御装置を用いて、グリッド側バス３１４におけるＡＣ電流を使用して、マイクログリッド側バス３１８における負荷需要をサポートするためにマイクログリッド側バス３１８にＡＣ電流を供給する。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のＤＣ電源と、
複数の電圧源インバーターと、
負荷に電気的に接続されるように構成されるマイクログリッド側バスと、
複数の電流源インバーターと、
グリッド側バスと、
電気ユーティリティ電力グリッド又は前記マイクログリッド側バスに対する前記グリッド側バスの選択的な電気的接続を制御するように構成される切替えスイッチと、
前記マイクログリッド側バスと前記グリッド側バスとの間で電気的に接続される伝送バスと、を備え、
前記複数の電圧源インバーターのそれぞれのＤＣ端は、前記複数のＤＣ電源のそれぞれのＤＣ電源に電気的に接続され、
前記複数の電圧源インバーターのそれぞれのＡＣ端は、前記マイクログリッド側バスに電気的に接続され、
前記複数の電流源インバーターのそれぞれのＤＣ端は、前記複数のＤＣ電源のそれぞれのＤＣ電源に電気的に接続され、
前記複数の電流源インバーターのそれぞれのＡＣ端は、前記グリッド側バスに電気的に接続される、
マイクログリッド。
複数の電圧源インバーターと、
負荷に電気的に接続されるように構成されるマイクログリッド側バスと、
複数の電流源インバーターと、
グリッド側バスと、
電気ユーティリティ電力グリッド又は前記マイクログリッド側バスに対する前記グリッド側バスの選択的な電気的接続を制御するように構成される切替えスイッチと、
前記マイクログリッド側バスと前記グリッド側バスとの間で電気的に接続される伝送バスと、を備え、
前記複数の電圧源インバーターのそれぞれのＤＣ端は、前記複数のＤＣ電源のそれぞれのＤＣ電源に電気的に接続され、
前記複数の電圧源インバーターのそれぞれのＡＣ端は、前記マイクログリッド側バスに電気的に接続され、
前記複数の電流源インバーターのそれぞれのＤＣ端は、前記複数のＤＣ電源のそれぞれのＤＣ電源に電気的に接続され、
前記複数の電流源インバーターのそれぞれのＡＣ端は、前記グリッド側バスに電気的に接続される、
マイクログリッド。
【請求項2】
前記複数のＤＣ電源は、複数の燃料電池スタックを含む、請求項１に記載のマイクログリッド。
【請求項3】
前記複数の電圧源インバーターは、略等量のＡＣ電圧を前記マイクログリッド側バスに出力するように構成され、
前記複数の電圧源インバーターのそれぞれのＡＣ電圧の最大出力は、前記複数の燃料電池スタックのうちのいずれかの最低発生容量に基づき、
前記複数の電流源インバーターは、前記最低発生容量を超える、前記複数の燃料電池スタックのうちのいずれかによって発生するＤＣ電流から、前記グリッド側バスにＡＣ電流を出力するように構成される、請求項２に記載のマイクログリッド。
前記複数の電圧源インバーターのそれぞれのＡＣ電圧の最大出力は、前記複数の燃料電池スタックのうちのいずれかの最低発生容量に基づき、
前記複数の電流源インバーターは、前記最低発生容量を超える、前記複数の燃料電池スタックのうちのいずれかによって発生するＤＣ電流から、前記グリッド側バスにＡＣ電流を出力するように構成される、請求項２に記載のマイクログリッド。
【請求項4】
前記伝送バスを介して前記グリッド側バスに電気的に接続される整流器と、
前記伝送バス上に位置し、ＤＣ端において前記整流器に電気的に接続されるとともに、ＡＣ端において前記マイクログリッド側バスに電気的に接続される、追加の電流源インバーターと、
を更に備える、請求項１に記載のマイクログリッド。
前記伝送バス上に位置し、ＤＣ端において前記整流器に電気的に接続されるとともに、ＡＣ端において前記マイクログリッド側バスに電気的に接続される、追加の電流源インバーターと、
を更に備える、請求項１に記載のマイクログリッド。
【請求項5】
前記整流器及び前記追加の電流源インバーターは、前記切替えスイッチが前記グリッド側バスを前記電気ユーティリティ電力グリッドに選択的に電気的に接続する場合、前記グリッド側バスからの第１のＡＣ電流を使用して、前記マイクログリッド側バスに第２のＡＣ電流を供給するように構成される、請求項４に記載のマイクログリッド。
【請求項6】
前記伝送バスを介して前記グリッド側バスに電気的に接続されるモーターと、
前記モーターに電気的に接続され、前記モーターによって駆動されるとともに、前記伝送バスを介して前記マイクログリッド側バスに電気的に接続される発電機と、
を更に備える、請求項１に記載のマイクログリッド。
前記モーターに電気的に接続され、前記モーターによって駆動されるとともに、前記伝送バスを介して前記マイクログリッド側バスに電気的に接続される発電機と、
を更に備える、請求項１に記載のマイクログリッド。
【請求項7】
前記モーター及び前記発電機は、前記切替えスイッチが前記グリッド側バスを前記電気ユーティリティ電力グリッドに選択的に電気的に接続する場合、前記グリッド側バスからの第１のＡＣ電流を使用して、前記マイクログリッド側バスに第２のＡＣ電流を供給するように構成される、請求項６に記載のマイクログリッド。
【請求項8】
前記伝送バスに沿った前記グリッド側バスと前記マイクログリッド側バスとの間の回路を選択的に電気的に完成させるように構成されるとともに、前記伝送バスに沿った前記グリッド側バスと前記マイクログリッド側バスとの間の前記回路を選択的に電気的に遮断するように構成される電気接触器と、
前記伝送バスに電気的に接続され、電流の流れを検出するとともに、前記マイクログリッド側バスから前記グリッド側バスへの電流の流れが検出されるのに応じて、前記回路を完成又は遮断するように、前記電気接触器に信号伝達するように構成される、制御装置と、
を更に備える、請求項１に記載のマイクログリッド。
前記伝送バスに電気的に接続され、電流の流れを検出するとともに、前記マイクログリッド側バスから前記グリッド側バスへの電流の流れが検出されるのに応じて、前記回路を完成又は遮断するように、前記電気接触器に信号伝達するように構成される、制御装置と、
を更に備える、請求項１に記載のマイクログリッド。
【請求項9】
前記切替えスイッチ及び前記電気接触器は、前記電気ユーティリティ電力グリッドが利用不能であることに応じて、前記切替えスイッチが前記グリッド側バスを前記マイクログリッド側バスに選択的に電気的に接続する場合、前記電気接触器が、前記伝送バスに沿った前記グリッド側バスと前記マイクログリッド側バスとの間の前記回路を選択的に電気的に遮断し、また、前記マイクログリッド側バスから前記グリッド側バスへの逆電流の流れに応じて、前記電気接触器が、前記伝送バスに沿った前記グリッド側バスと前記マイクログリッド側バスとの間の前記回路を選択的に電気的に遮断する場合、前記切替えスイッチが、前記グリッド側バスを前記マイクログリッド側バスに選択的に電気的に接続するように、連動する、請求項８に記載のマイクログリッド。
【請求項10】
前記切替えスイッチは、前記電気ユーティリティ電力グリッドが利用不能であることに応じて、前記グリッド側バスを前記マイクログリッド側バスに選択的に電気的に接続するとともに、前記グリッド側バスを前記電気ユーティリティ電力グリッドから選択的に電気的に切断するように更に構成され、
前記複数の電流源インバーターは、前記切替えスイッチが前記グリッド側バスを前記マイクログリッド側バスに選択的に電気的に接続する場合、前記グリッド側バスを介して前記マイクログリッド側バスにＡＣ電流を出力するように構成される、請求項１に記載のマイクログリッド。
前記複数の電流源インバーターは、前記切替えスイッチが前記グリッド側バスを前記マイクログリッド側バスに選択的に電気的に接続する場合、前記グリッド側バスを介して前記マイクログリッド側バスにＡＣ電流を出力するように構成される、請求項１に記載のマイクログリッド。
【請求項11】
複数のＤＣ電源のそれぞれから、複数の電圧源インバーターのうちのそれぞれ１つ及び複数の電流源インバーターのうちのそれぞれ１つに電気エネルギーを供給することと、
前記複数の電圧源インバーターのそれぞれが略等量の電圧をマイクログリッド側バスに出力するように、前記複数の電圧源インバーターによって前記マイクログリッド側バスに電圧を出力することであって、前記複数の電圧源インバーターのそれぞれの電圧の最大出力は、前記複数のＤＣ電源のうちの１つの最低発生容量に基づくことと、
前記最低発生容量を超える、前記複数のＤＣ電源によって発生する電流の量に基づいて、前記複数の電流源インバーターによってグリッド側バスに第１の電流を出力することと、
前記グリッド側バスに出力される前記第１の電流を使用して、前記マイクログリッド側バスに第２の電流を供給することと、
を含む、マイクログリッドを動作させる方法。
前記複数の電圧源インバーターのそれぞれが略等量の電圧をマイクログリッド側バスに出力するように、前記複数の電圧源インバーターによって前記マイクログリッド側バスに電圧を出力することであって、前記複数の電圧源インバーターのそれぞれの電圧の最大出力は、前記複数のＤＣ電源のうちの１つの最低発生容量に基づくことと、
前記最低発生容量を超える、前記複数のＤＣ電源によって発生する電流の量に基づいて、前記複数の電流源インバーターによってグリッド側バスに第１の電流を出力することと、
前記グリッド側バスに出力される前記第１の電流を使用して、前記マイクログリッド側バスに第２の電流を供給することと、
を含む、マイクログリッドを動作させる方法。
【請求項12】
前記電圧が負荷需要を満たすか否かを判断することと、
前記電圧が前記負荷需要を満たさないことが判断されるのに応じて、
整流器によって前記グリッド側バスから前記第１の電流を引き出すことと、
前記整流器から追加の電流源インバーターに第３の電流を出力することと、
前記追加の電流源インバーターから前記マイクログリッド側バスに前記第２の電流を出力することと、
を更に含む、請求項１１に記載の方法。
前記電圧が前記負荷需要を満たさないことが判断されるのに応じて、
整流器によって前記グリッド側バスから前記第１の電流を引き出すことと、
前記整流器から追加の電流源インバーターに第３の電流を出力することと、
前記追加の電流源インバーターから前記マイクログリッド側バスに前記第２の電流を出力することと、
を更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
電気ユーティリティ電力グリッドが利用可能であるか否かを判断することと、
前記電気ユーティリティ電力グリッドが利用可能であることが判断されるのに応じて、前記グリッド側バスを前記電気ユーティリティ電力グリッドに選択的に電気的に接続することであって、前記グリッド側バスが前記電気ユーティリティ電力グリッドに選択的に電気的に接続されることに応じて、前記グリッド側バスから前記第１の電流を引き出すことと、前記第２の電流を前記マイクログリッド側バスに出力することとが行われることと、
を更に含む、請求項１２に記載の方法。
前記電気ユーティリティ電力グリッドが利用可能であることが判断されるのに応じて、前記グリッド側バスを前記電気ユーティリティ電力グリッドに選択的に電気的に接続することであって、前記グリッド側バスが前記電気ユーティリティ電力グリッドに選択的に電気的に接続されることに応じて、前記グリッド側バスから前記第１の電流を引き出すことと、前記第２の電流を前記マイクログリッド側バスに出力することとが行われることと、
を更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記グリッド側バスに出力される前記第１の電流を使用して、前記マイクログリッド側バスに前記第２の電流を供給することは、
前記電圧が負荷需要を満たすか否かを判断することと、
前記電圧が前記負荷需要を満たさないことが判断されるのに応じて、
前記グリッド側バスから前記第１の電流を引き出し、モーターを駆動することと、
前記モーターを使用して発電機を駆動することと、
前記発電機から前記マイクログリッド側バスに前記第２の電流を出力することと、
を含む、請求項１１に記載の方法。
前記電圧が負荷需要を満たすか否かを判断することと、
前記電圧が前記負荷需要を満たさないことが判断されるのに応じて、
前記グリッド側バスから前記第１の電流を引き出し、モーターを駆動することと、
前記モーターを使用して発電機を駆動することと、
前記発電機から前記マイクログリッド側バスに前記第２の電流を出力することと、
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項15】
電気ユーティリティ電力グリッドが利用可能であるか否かを判断することと、
前記電気ユーティリティ電力グリッドが利用可能であることが判断されるのに応じて、前記グリッド側バスを前記電気ユーティリティ電力グリッドに選択的に電気的に接続することであって、前記グリッド側バスが前記電気ユーティリティ電力グリッドに選択的に電気的に接続されることに応じて、前記グリッド側バスから前記第１の電流を引き出すことと、前記第２の電流を前記マイクログリッド側バスに出力することとが行われることと、
を更に含む、請求項１４に記載の方法。
前記電気ユーティリティ電力グリッドが利用可能であることが判断されるのに応じて、前記グリッド側バスを前記電気ユーティリティ電力グリッドに選択的に電気的に接続することであって、前記グリッド側バスが前記電気ユーティリティ電力グリッドに選択的に電気的に接続されることに応じて、前記グリッド側バスから前記第１の電流を引き出すことと、前記第２の電流を前記マイクログリッド側バスに出力することとが行われることと、
を更に含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
前記グリッド側バスに出力される前記第１の電流を使用して、前記マイクログリッド側バスに前記第２の電流を供給することは、
前記電圧が負荷需要を満たすか否かを判断することと、
前記電圧が前記負荷需要を満たさないことが判断されるのに応じて、前記グリッド側バスを前記マイクログリッド側バスに電気的に接続するとともに、前記グリッド側バスと前記マイクログリッド側バスとの間の回路を形成するように、接触器を閉鎖することと、
を含む、請求項１１に記載の方法。
前記電圧が負荷需要を満たすか否かを判断することと、
前記電圧が前記負荷需要を満たさないことが判断されるのに応じて、前記グリッド側バスを前記マイクログリッド側バスに電気的に接続するとともに、前記グリッド側バスと前記マイクログリッド側バスとの間の回路を形成するように、接触器を閉鎖することと、
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項17】
前記マイクログリッド側バスから前記グリッド側バスへの逆電流の流れを検出することと、
前記逆電流の流れが検出されるのに応じて、前記グリッド側バスと前記マイクログリッド側バスとの間の前記回路を電気的に遮断するように、前記接触器を開放することと、
を更に含む、請求項１６に記載の方法。
前記逆電流の流れが検出されるのに応じて、前記グリッド側バスと前記マイクログリッド側バスとの間の前記回路を電気的に遮断するように、前記接触器を開放することと、
を更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記接触器を開放することに応じて、前記グリッド側バスを電気ユーティリティ電力グリッドから電気的に切断するとともに、前記グリッド側バスを前記マイクログリッド側バスに電気的に接続することを更に含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
電気ユーティリティ電力グリッドが利用可能であるか否かを判断することと、
前記電気ユーティリティ電力グリッドが利用不能であることに応じて、
前記グリッド側バスを前記電気ユーティリティ電力グリッドから電気的に切断することと、
前記グリッド側バスを前記マイクログリッド側バスに電気的に接続することと、
を更に含む、請求項１１に記載の方法。
前記電気ユーティリティ電力グリッドが利用不能であることに応じて、
前記グリッド側バスを前記電気ユーティリティ電力グリッドから電気的に切断することと、
前記グリッド側バスを前記マイクログリッド側バスに電気的に接続することと、
を更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項20】
前記複数のＤＣ電源は、燃料電池電源を含む、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、燃料電池システム容量のより効率的な使用を伴う燃料電池システムに基づくマイクログリッド等の直流（ＤＣ）電源に関する。
【背景技術】
【0002】
マイクログリッドシステムに給電する一般的な方法は、マスター／スレーブ電圧源インバーター関係であり、ここでは、各電圧源インバーターが単一のマスターのコマンドに従い、出力電圧を維持する、すなわち、電圧源インバーターの全てが同量の電圧を送り出す。
【発明の概要】
【0003】
一実施形態によれば、マイクログリッドは、複数の直流（ＤＣ）電源と、複数の電圧源インバーターと、負荷に電気的に接続されるように構成されるマイクログリッド側バスと、複数の電流源インバーターと、グリッド側バスと、電気ユーティリティ電力グリッド又は前記マイクログリッド側バスに対する前記グリッド側バスの選択的な電気的接続を制御するように構成される切替えスイッチと、前記マイクログリッド側バスと前記グリッド側バスとの間で電気的に接続される伝送バスと、を備え、前記複数の電圧源インバーターのそれぞれのＤＣ端は、前記複数のＤＣ電源のそれぞれのＤＣ電源に電気的に接続され、前記複数の電圧源インバーターのそれぞれの交流（ＡＣ）端は、前記マイクログリッド側バスに電気的に接続され、前記複数の電流源インバーターのそれぞれのＤＣ端は、前記複数のＤＣ電源のそれぞれのＤＣ電源に電気的に接続され、前記複数の電流源インバーターのそれぞれのＡＣ端は、前記グリッド側バスに電気的に接続される。
【0004】
別の実施形態によれば、マイクログリッドを動作させる方法は、複数のＤＣ電源のそれぞれから、複数の電圧源インバーターのうちのそれぞれ１つ及び複数の電流源インバーターのうちのそれぞれ１つに電気エネルギーを供給することと、前記複数の電圧源インバーターのそれぞれが略等量の電圧をマイクログリッド側バスに出力するように、前記複数の電圧源インバーターによって前記マイクログリッド側バスに電圧を出力することであって、前記複数の電圧源インバーターのそれぞれの電圧の最大出力は、前記複数のＤＣ電源のうちの１つの最低発生容量に基づくことと、前記最低発生容量を超える、前記複数のＤＣ電源によって発生する電流の量に基づいて、前記複数の電流源インバーターによってグリッド側バスに第１の電流を出力することと、前記グリッド側バスに出力される前記第１の電流を使用して、前記マイクログリッド側バスに第２の電流を供給することとを含む。
【図面の簡単な説明】
【0005】
【発明を実施するための形態】
【0006】
添付図面を参照して、種々の実施形態を詳細に説明する。可能な限り、同じ参照符号は、図面全体を通して同じ又は同様の部分を指すのに使用する。特定の例及び実施態様に対する参照は、例示目的でなされ、特許請求の範囲を制限することは意図していない。
【0007】
本明細書において使用される場合、「ＤＣ電源」及び「ＤＣ電力供給」という用語は、燃料電池、燃焼発電機、光電池、集光型ソーラーシステム、風力タービン、地熱発電タービン、水力発電タービン、ガスタービン、原子炉、交流発電機、誘導発電機等の任意の供給源から電力を発生させることが可能な発電機を指すために交換可能に使用される。燃料電池に関して本明細書に記載される例は、特許請求の範囲及び明細書の範囲をそのようなタイプのＤＣ電源に限定するものではない。いくつかの実施形態において、ＤＣ電源は、ＡＣ／ＤＣ整流器と組み合わせたＡＣ発電機とすることができる。
【0008】
本明細書において使用される場合、「貯蔵システム」及び「エネルギー貯蔵システム」という用語は、交換可能に使用され、電気的貯蔵部、機械的貯蔵部、電気機械的貯蔵部、電気化学的貯蔵部、熱的貯蔵部等の、電力に変換することができる任意の形態のエネルギー貯蔵部を指す。例として、バッテリ、コンデンサー、スーパーキャパシター、フライホイール、液体リザーバー、ガスリザーバー等を挙げることができる。いくつかの実施形態において、エネルギー貯蔵システムは、コントローラー及び／又は電気エネルギーバスからの信号に応じて、エネルギー貯蔵システムの電気エネルギー出力を制御するように構成される、電気接続装置及び／又は電気エネルギー調整装置等の任意の組合せの構成要素を備えることができる。
【0009】
本明細書において使用される場合、「電気エネルギー」及び「電気エネルギー出力」という用語は、電圧、電流、又は電力の量を指す。電圧に関して本明細書に記載される例は、特許請求の範囲及び本明細書の範囲をそのようなタイプの電気エネルギー及び電気エネルギー出力に限定しない。
【0010】
本発明者らは、異なる又は可変の直流（ＤＣ）電力容量の電圧源インバーターを完全に利用することが困難であることが、従来技術のマスター／スレーブ制御スキームの弱点であると理解した。各電圧源インバーターは同じ単一のコマンドに従うため、最弱のＤＣ容量を有するＤＣ電源が、並列に接続された複数のインバーターの限界容量を制限する傾向がある。このため、マイクログリッド内の最弱のＤＣ電源によって発生する電気エネルギーを超える、ＤＣ電源によって発生する過剰な電気エネルギーは無駄になる。
【0011】
種々の実施形態は、複数のＤＣ電源に対して電圧源インバーター及び電流源インバーターの双方を利用する、ＤＣ電源に基づくマイクログリッドにおける電力管理を行う電気回路、電気部品、及び方法を含む。電流源インバーターは、マイクログリッドにおける最弱のＤＣ電源以外のＤＣ電源によって発生する過剰な電気エネルギーを出力することができる。したがって、過剰な電気エネルギーは無駄にならず、電力グリッド及び／又は負荷に供給される。
【0012】
１つの実施形態において、マイクログリッド内のＤＣ電源は、燃料電池ＤＣ電源を含むことができる。燃料電池システムに基づくマイクログリッドは、燃料電池システムの複数の燃料電池スタック（又は燃料電池スタックの複数のカラム及び／又は複数のカラムをそれぞれ含む複数のパワーモジュール）をマイクログリッドバスに並列に電気的に接続する複数の直流（ＤＣ）対交流（ＡＣ）電圧源インバーターと、燃料電池スタックをグリッドバスに並列に電気的に接続する複数のＤＣ対ＡＣ電流源インバーターと、グリッドバスとマイクログリッドバスとの間の電気的接続を制御するように構成される少なくとも１つの電気エネルギー制御装置とを備えることができる。燃料電池システムに基づくマイクログリッドにおける電力管理を行う方法は、燃料電池スタックによって発生する過剰な電気エネルギーをグリッドバスに出力するように電流源インバーターを制御することと、グリッドバスとマイクログリッドバスとを電気的に接続するとともに、負荷をサポートするためにグリッドバス及びマイクログリッドバスからの電気エネルギーを供給するように、少なくとも１つの電気エネルギー制御装置を制御することとを含むことができる。
【0013】
マイクログリッド用途の場合、電気ユーティリティ電力グリッドに接続することなく、インバーターを使用して電圧を形成する。これを達成するために、マイクログリッドシステムは、出力電圧を監視し、電圧源インバーターの電力をリアルタイムで調整することで、電圧波形が一定を保つことを確実にする。この目標を達成するための１つの一般的な方法は、単一のポイントセンサーによって出力電圧を監視し、制御信号を電圧源インバーターのバンクに供給することである。この方法は、マスター／スレーブ電圧源インバーター関係を採用し、ここでは、各電圧源インバーターが単一のマスターのコマンドに従い、出力電圧を維持する、すなわち、電圧源インバーターの全てが同量の電圧を送り出す。この手法の強みは、その単純さである。電圧源インバーターへのコマンドは、電圧信号からリアルタイムで直接導出され、調整によって任意の数の電圧源インバーターをコマンドに従うように使用することができ、容量の拡縮が可能になる。
【0014】
この手法における弱点は、使用時に電圧源インバーターごとに利用可能である、各ＤＣ電源からのＤＣ電気エネルギー容量の全てを利用することが困難であることである。マスターは、全てのインバーターに与えられる単一のコマンドを供給しなければならないため、コマンドをフルパワーのパーセンテージとして考えることが有用である。可変容量のＤＣ電源によって支援されるマイクログリッドシステムの場合、利用可能なＤＣ電力は固定でなく、常に意図された定格の１００％であるわけではない。これは、並列に接続される個別の電圧源インバーターに多くのＤＣ電源が取り付けられる場合、これらのＤＣ電源のうちの１つがあらゆる時点で最弱であることを意味する。各電圧源インバーターが同じ単一のコマンドに従うため、最弱のＤＣ電源が、並列した複数の電圧源インバーターの限界容量を制限する。マスターが電圧源インバーターからの電力をより多く指示すると、最弱のシステムが最初に限界に達し、マイクログリッドシステムの応答の失敗をもたらす。したがって、インバーターのバンク全体の容量は、最弱の個別の電圧源インバーターのＤＣ電源容量によって人為的に制限される。Ｎ個のインバーターの場合、単一のＤＣ源からのＸｋＷの損失により、マイクログリッドシステムに対してＮ×ＸｋＷの容量損失が生じる。
【0015】
本明細書に記載される実施形態は、マイクログリッドシステムの上述の弱点に対処する。燃料電池システムに基づくマイクログリッドにおいて、燃料電池は、固定量の連続的なＤＣ電気エネルギーを供給することができる。電圧源インバーターは、単一の電圧制御コマンドに従って、電気エネルギーを燃料電池システムに基づくマイクログリッドに供給することができ、電流源インバーターは、グリッドが利用可能である通常（すなわち、定常状態の非緊急）モード中、残りの電気エネルギーをグリッドに送り出すことができる。電圧源インバーターは、負荷から要求される電気エネルギーを供給することができ、電流源インバーターは、負荷をサポートするのに必要なものを超える電気エネルギーの全てを送り出すことができる。
【0016】
電流源インバーターは、その端子上に存在する、外部源（通常は電気ユーティリティ電力グリッド）からの電圧を直接測定し、電圧波形と同期してＤＣ電源から電流を押し出すことができる。これらの電流源インバーター（グリッドタイ又はグリッド並列インバーターと呼ぶこともある）は、電気的に接続されたＤＣ電源が供給することができる最大全ての出力電流を任意に発生させることができる。電流源インバーターは、それぞれのＤＣ電源から入力されたＤＣ電気エネルギーを検知することを可能にし、容量に達したときを判断することができる。
【0017】
実施形態は、電流源インバーターが、ＤＣ電源（燃料電池スタック等）によって生成される過剰な電気エネルギーを電気ユーティリティ電力グリッドに送り出す、及び／又は、マイクログリッドシステムのグリッド側バスから、マイクログリッドシステムの負荷に接続されたマイクログリッド側バスに電気エネルギーを供給することを可能にする回路を提供する。電気エネルギーは、グリッド側バスからマイクログリッド側バスへと任意に移動することができ、したがって、燃料電池スタック等のＤＣ電源によって生成される全ＤＣ電気エネルギーの最大１００％の利用が可能になり得る。
【0018】
図１は、米国特許第８，４４０，３６２号により完全に記載されているモジュール式燃料電池システムを含む１つの電力発生機の一例を示している。この米国特許は、モジュール式燃料電池システムの記載に関して参照により本明細書に援用する。このモジュール式システムは、上述の及び米国特許第９，１９０，６９３号に記載のモジュール及び構成要素を含むことができる。この米国特許は、モジュール式燃料電池システムの記載に関して参照により本明細書に援用する。燃料電池システム筐体１０のモジュール式設計は、柔軟なシステムの設置及び動作を提供する。
【0019】
モジュール式燃料電池システム筐体１０は、複数のパワーモジュールハウジング１２（燃料電池パワーモジュール構成要素を収容する）と、１つ以上の燃料入力（すなわち、燃料処理）モジュールハウジング１６と、１つ以上の電力調整（すなわち、電気出力）モジュールハウジング１８とを含む。例えば、システム筐体は、２個～３０個のパワーモジュール、例えば６個～１２個のパワーモジュール等の任意の所望の数のモジュールを含むことができる。図１は、共通のベース２０上に、６つのパワーモジュール（６つのモジュールを横１列に重ねたもの）と、１つの燃料処理モジュールと、１つの電力調整モジュールとを含むシステム筐体１０を示している。各モジュールは、各自のキャビネット又はハウジングを備えることができる。代替的に、電力調整モジュールと燃料処理モジュールとを組み合わせて、１つのキャビネット又はハウジング１４内に位置する単一の入力／出力モジュールにすることができる。簡潔にするために、各ハウジング１２、１４、１６、１８は、以下では「モジュール」と称する。
【0020】
１列のパワーモジュール１２が示されているが、システムは、２列以上のモジュール１２を備えてもよい。例えば、システムは、背中合わせに重ねられた２列のパワーモジュールを備えてもよい。
【0021】
各パワーモジュール１２は、１つ以上のホットボックス１３を収容するように構成される。各ホットボックスは、導電性インターコネクトプレートによって分離されるセラミック酸化物電解質を有する固体酸化物型燃料電池の１つ以上のスタック又はカラム等の、燃料電池の１つ以上のスタック又はカラム（明確にするため図示せず）を収容する。ＰＥＭ、溶融炭酸塩、リン酸等の他のタイプの燃料電池を使用することもできる。
【0022】
モジュール式燃料電池システム筐体１０は、１つ以上の入力又は燃料処理モジュール１６も含む。このモジュール１６は、脱硫床等の、燃料の前処理に使用される構成要素を収容するキャビネットを備える。燃料処理モジュール１６は、異なるタイプの燃料を処理するように設計することができる。例えば、ディーゼル燃料処理モジュール、天然ガス燃料処理モジュール、及びエタノール燃料処理モジュールを同じ又は別個のキャビネット内に設けることができる。特定の燃料に合わせて調整された異なる床組成を各モジュール内に設けることができる。処理モジュール（複数の場合もある）１６は、パイプラインから供給される天然ガス、圧縮天然ガス、メタン、プロパン、液体石油ガス、ガソリン、ディーゼル、家庭用暖房油、灯油、ＪＰ－５、ＪＰ－８、航空燃料、水素、アンモニア、エタノール、メタノール、合成ガス、バイオガス、バイオディーゼル、及び他の好適な炭化水素又は水素含有燃料から選択される燃料のうちの少なくとも１つを処理することができる。所望の場合、燃料処理モジュール１６内に改質器１７を配置してもよい。代替的に、改質器１７を燃料電池スタック（複数の場合もある）と熱的に統合することが望ましい場合、別個の改質器１７をそれぞれのパワーモジュール１２内の各ホットボックス１３内に配置することができる。さらに、内部改質型燃料電池が使用される場合、外部改質器１７を完全に省くことができる。
【0023】
モジュール式燃料電池システム筐体１０は、１つ以上の電力調整モジュール１８も含む。電力調整モジュール１８は、燃料電池スタックによって発生したＤＣ電力をＡＣ電力に変換する構成要素、グリッドに出力されるＡＣ電力用の電気コネクタ、電気的過渡現象を管理する回路、システムコントローラー（例えば、コンピューター又は専用の制御ロジックデバイス又は回路）を収容するキャビネットを備える。電力調整モジュール１８は、燃料電池モジュールからのＤＣ電力を異なるＡＣ電圧及び周波数に変換するように設計することができる。２０８Ｖ、６０Ｈｚ；４８０Ｖ、６０Ｈｚ；４１５Ｖ、５０Ｈｚ及び他の一般的な電圧及び周波数用の設計を提供することができる。
【0024】
燃料処理モジュール１６及び電力調整モジュール１８は、１つの入力／出力キャビネット１４内に収容してもよい。単一の入力／出力キャビネット１４が設けられる場合、モジュール１６及び１８は、キャビネット１４内で上下方向に（例えば、燃料処理モジュール１６の脱硫キャニスター／床の上に電力調整モジュール１８の構成要素）又は横並びで配置することができる。
【0025】
図１の例示的な実施形態に示されているように、６つのパワーモジュール１２の１列に対して１つの入力／出力キャビネット１４が設けられ、６つのパワーモジュール１２は、入力／出力モジュール１４の片側に直線的に横並びで配置される。モジュールの列は、例えば、システムが電力を供給する建造物に隣接して（例えば、モジュールのキャビネットの背面が建造物の壁に面するように）位置決めすることができる。１列のパワーモジュール１２が示されているが、システムは、２列以上のモジュール１２を備えてもよい。例えば、上述のように、システムは、背中合わせに重ねられた２列のパワーモジュールを備えてもよい。
【0026】
パワーモジュール１２及び入力／出力モジュール１４のそれぞれは、モジュールの内部構成要素に（例えば、メンテナンス、修理、交換等のために）アクセスすることを可能にするドア３０（例えば、ハッチ、アクセスパネル等）を備える。１つの実施形態によれば、モジュール１２及び１４は、各キャビネットの片面にのみドア３０を有する直線的な配列で配置され、システムの連続する列を端同士当接させて設置することが可能になる。このようにして、燃料電池筐体１０のサイズ及び容量は、既存のモジュール１２及び１４並びにベース２０を再配置する必要を最小限にしながら、追加のモジュール１２又は１４及びベース２０によって調整することができる。所望の場合、モジュール１４へのドア３０は、キャビネットの前面ではなく側面に配置してもよい。
【0027】
図２は、燃料電池スタック又はカラム４０を備える燃料電池システムホットボックス１３の平面図を示している。ホットボックス１３は、燃料電池スタック又はカラム４０を備えるように示されている。ただし、ホットボックス１３は、スタック又はカラム４０を２つ以上備えることができる。スタック又はカラム４０は、互いに重ねられ、電気的に接続される燃料電池４５を含むことができ、燃料電池４５間にはインターコネクト５０が配置されている。スタック又はカラムにおける最初の燃料電池及び最後の燃料電池４５は、それぞれのエンドプレート６０とインターコネクト５０との間に配置される。エンドプレート６０は、燃料電池スタック又はカラム４０の電気出力に電気的に接続される。ホットボックス１３は、燃料導管、空気導管、シール、電気接点等の他の構成要素を備えることができ、バランスオブプラント構成要素を含む燃料電池システムに組み込むことができる。燃料電池４５は、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）又はスカンジア安定化ジルコニア（ＳＳＺ）等のセラミック電解質と、ニッケル－ＹＳＺ、Ｎｉ－ＳＳＺ、又はニッケル－サマリアドープセリア（ＳＤＣ）サーメット等のアノード電極と、ランタンストロンチウムマンガナイト（ＬＳＭ）等のカソード電極とを含む固体酸化物型燃料電池とすることができる。インターコネクト５０及び／又はエンドプレート６０は、任意の好適なガス不透過性の導電性材料、例えばクロム－鉄合金、例えば、４ｗｔ％～６ｗｔ％の鉄と残部のクロムとを含有する合金を含むことができる。インターコネクト５０は、隣り合う燃料電池４５を電気的に接続し、燃料及び空気が燃料電池４５に到達するためのチャネルを提供する。
【0028】
モジュール式燃料電池システム筐体１０等の燃料電池システムは、様々な支援設備を含む及び／又はそれにより拡張することができる。支援設備は、燃料電池システムの動作を支援するように様々な補助設備及びシステムを含むことができる。支援設備は、燃料電池システムが設置される現場における制約及び／又は特徴に基づいて異なる場合がある。非限定的な例として、支援設備は、燃料支援設備、空気支援設備、及び／又は換気支援設備を含むことができる。１つのタイプの燃料支援設備は、燃料電池システム内の供給及び／又は排気燃料圧力を制御するように構成される設備、例えば、燃料電池システムに燃料を供給する、燃料電池システム内で燃料／排気を再循環させる、及び／又は燃料電池システムから燃料を排出する、燃料ブロワー又はポンプを含むことができる。別のタイプの燃料支援設備は、燃料電池システム用の燃料を処理するように構成することができ、例えば、燃料予熱器、排気スクラバー等とすることができる。他のタイプの燃料支援設備を使用することもできる。１つのタイプの空気支援設備は、燃料電池システムに空気を供給する及び／又は燃料電池システムから空気を排出するように構成される空気供給設備、例えば、燃料電池カソード、アノードテールガス酸化器（ＡＴＯ）、空気熱交換器、ＣＰＯｘ反応器等に空気を供給する及び／又はそれらから空気を排出する、ブロワー又はファンとすることができる。他のタイプの空気支援設備を使用することもできる。１つのタイプの換気支援設備は、ホットボックスの外部のハウジングの一部（例えば、モジュール式燃料電池システム筐体１０内であるがホットボックス１３自体の外部の部分）から換気する及び／又はその部分において空気を循環させるように構成される設備、例えば、筐体１０の許容可能な圧力を維持するように、筐体１０内から筐体１０外へと空気を吹き出す換気ファンを含むことができる。他のタイプの換気支援設備を使用することもできる。
【0029】
図３は、種々の実施形態を実施するのに好適な燃料電池システムに基づくマイクログリッド３００を示している。図１～図３を参照すると、燃料電池システムに基づくマイクログリッド３００は、複数の燃料電池３０４ａ、３０４ｂと、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂと、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃと、整流器３１０と、グリッド側バス３１４と、マイクログリッド側バス３１８と、伝送バス３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｃ、３１６ｄと、切替えスイッチ３１２とを備えることができる。いくつかの例において、燃料電池システムに基づくマイクログリッド３００は、貯蔵モジュール３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃを備えることもできる。
【0030】
本明細書において使用される場合、燃料電池３０４ａ又は３０４ｂのそれぞれは、図２に示されているセルスタック若しくはカラム４０、又は図１に示されているパワーモジュール１２を含むことができる。換言すれば、下記で使用される燃料電池３０４ａ又は３０４ｂは、単一の燃料電池電源であるが、１つの電解質、１つのアノード電極、及び１つのカソード電極を含む単一の燃料電池４５に限定されない。さらに、燃料電池マイクログリッド３００が後述されるが、燃料電池は、例えば光起電電源等の他のＤＣ電源に置き換えることができることを理解すべきである。
【0031】
燃料電池３０４ａ、３０４ｂは、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂによってマイクログリッド側バス３１８に電気的に接続することができる。燃料電池３０４ａ、３０４ｂ、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂ、及びマイクログリッド側バス３１８は、伝送バス３１６ａ、３１６ｂを介して電気的に接続することができる。燃料電池３０４ａ、３０４ｂ及びひいては電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂは、マイクログリッド側バス３１８に並列に電気的に接続することができる。燃料電池３０４ａ、３０４ｂは、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂによってグリッド側バス３１４に電気的に接続することができる。燃料電池３０４ａ、３０４ｂ、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂ、及びグリッド側バス３１４は、伝送バス３１７ａ、３１７ｂを介して電気的に接続することができる。燃料電池３０４ａ、３０４ｂ及びひいては電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂは、グリッド側バス３１４に並列に電気的に接続することができる。グリッド側バス３１４及びマイクログリッド側バス３１８は、整流器３１０、電流源インバーター３０２ｃ、及び伝送バス３１６ｃによって互いに選択的に電気的に接続することができる。整流器３１０は、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂと並列してグリッド側バス３１４に電気的に接続することができる。電流源インバーター３０２ｃは、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂと並列してマイクログリッド側バス３１８に電気的に接続することができる。グリッド側バス３１４及びマイクログリッド側バス３１８は、切替えスイッチ３１２及び伝送バス３１６ｄを通して互いに選択的に電気的に接続することもできる。
【0032】
いくつかの例において、燃料電池システムに基づくマイクログリッド３００は、貯蔵モジュール３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃを備えることもできる。例えば、貯蔵モジュール３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃは、電気的貯蔵部、機械的貯蔵部、電気機械的貯蔵部、電気化学的貯蔵部、熱的貯蔵部等の、電力に変換することができる任意の形態のエネルギー貯蔵部を含むことができる。例として、バッテリ、コンデンサー、スーパーキャパシター、フライホイール、液体リザーバー、ガスリザーバー等を挙げることができる。いくつかの例において、貯蔵モジュール３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃは、コントローラー３２０及び／又は伝送バス３１６ａ、３１６、３１６ｃ等の電気エネルギーバスからの信号に応じて、貯蔵モジュール３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃの電気エネルギーの入出力を制御するように構成される、電気接続装置及び／又は電気エネルギー調整装置等の任意の組合せの構成要素を備えることができる。貯蔵モジュール３０６ａ、３０６ｂは、伝送バス３１６ａ、３１６ｂを介してそれぞれの燃料電池３０４ａ、３０４ｂ及びそれぞれの電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂに電気的に接続することができる。貯蔵モジュール３０６ｃは、伝送バス３１６ｃを介して整流器３１０及び電流源インバーター３０２ｃに並列して電気的に接続することができる。貯蔵モジュール３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃは、伝送バス３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｃによってマイクログリッド側バス３１８に電気的に接続することもできる。
【0033】
燃料電池システムに基づくマイクログリッド３００は、燃料電池３０４ａ、３０４ｂ、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂ、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、整流器３１０、グリッド側バス３１４、マイクログリッド側バス３１８、伝送バス３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｃ、３１６ｄ、３１７ａ、３１７ｂ、切替えスイッチ３１２、及び／又は貯蔵モジュール３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃに通信接続される、任意の数及び組合せのコントローラー３２０（例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）、マイクロコントローラー、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又は他の任意のソフトウェアプログラマブルプロセッサ）を備えることができる。例えば、１つ以上のコントローラー３２０は、燃料電池３０４ａ、３０４ｂ、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂ、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、整流器３１０、切替えスイッチ３１２、及び／又は貯蔵モジュール３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃに通信接続されるとともに、それらの外部にある、燃料電池システムに基づくマイクログリッド３００の構成要素とすることができる。別の例として、１つ以上のコントローラー３２０は、燃料電池３０４ａ、３０４ｂ、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂ、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、整流器３１０、切替えスイッチ３１２、及び／又は貯蔵モジュール３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃに通信接続されるとともに、それらに統合される、燃料電池システムに基づくマイクログリッド３００の構成要素とすることができる。
【0034】
１つ以上のコントローラー３２０は、燃料電池３０４ａ、３０４ｂ、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂ、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、整流器３１０、切替えスイッチ３１２、及び／又は貯蔵モジュール３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃに制御信号を供給する、及び／又はそれらの機能を直接制御するように構成することができる。１つ以上のコントローラー３２０は、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂ、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、整流器３１０、及び／又は切替えスイッチ３１２から、グリッド側バス３１４、マイクログリッド側バス３１８、及び／又は伝送バス３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｃ、３１６ｄにおけるＡＣ電圧を１つ以上のコントローラー３２０に示すように構成される信号を受信するように構成することができる。１つ以上のコントローラー３２０は、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂ、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、整流器３１０、切替えスイッチ３１２、グリッド側バス３１４、マイクログリッド側バス３１８、及び／又は伝送バス３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｃ、３１６ｄにおいて、グリッド側バス３１４、マイクログリッド側バス３１８、及び／又は伝送バス３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｃ、３１６ｄ、３１７ａ、３１７ｂにおけるＡＣ電圧を直接測定するように構成することができる。
【0035】
燃料電池３０４ａ、３０４ｂは、伝送バス３１６ａ、３１６ｂを介して電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂにＤＣ電気エネルギーを供給するように構成することができる。このＤＣ電気エネルギーは、燃料電池システムに基づくマイクログリッド３００が配備される負荷（すなわち、図３における「負荷」）の負荷需要をサポートするのに必要な量のＤＣ電圧として構成することができる。燃料電池３０４ａ、３０４ｂによって電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂに出力されるＤＣ電圧の量は、コントローラー３２０によって制御することができる。
【0036】
電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂは、燃料電池３０４ａ、３０４ｂからＤＣ電圧を受け取り、ＤＣ電圧をＡＣ電気エネルギーに変換し、伝送バス３１６ａ、３１６ｂを介してマイクログリッド側バス３１８にＡＣ電気エネルギーを供給するように構成することができる。このＡＣ電気エネルギーは、負荷需要の少なくとも一部をサポートするのに必要な量のＡＣ電圧として構成することができる。電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂによってマイクログリッド側バス３１８に出力されるＡＣ電圧の量は、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂのそれぞれに対して同量のＡＣ電圧となるように制御することができる。電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂによって出力されるＡＣ電圧の量は、燃料電池３０４ａ、３０４ｂのうちの一方の最低ＤＣ電圧発生容量によって制限され得る。換言すれば、燃料電池３０４ａ、３０４ｂが異なるＤＣ電圧発生容量を有する場合、その最低容量によって、より高い容量を有する燃料電池３０４ａ、３０４ｂに電気的に接続される電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂのＡＣ電圧の出力が制限される。電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂによって出力されるＡＣ電圧の量は、コントローラー３２０によって制御することができる。
【0037】
燃料電池３０４ａ、３０４ｂは、伝送バス３１７ａ、３１７ｂを介して電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂにＤＣ電気エネルギーを供給するように構成することができる。このＤＣ電気エネルギーは、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂによって使用されるものを超える、燃料電池３０４ａ、３０４ｂによって発生するＤＣ電圧の量として構成することができる。例えば、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂによって使用されるＤＣ電圧の量は、負荷需要の等分が燃料電池３０４ａ、３０４ｂの最低ＤＣ電圧発生容量よりも少ない場合、燃料電池３０４ａ、３０４ｂによって発生するＤＣ電圧の全てよりも少なくなり得る。別の例において、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂによって使用されるＤＣ電圧の量は、負荷需要の等分が燃料電池３０４ａ、３０４ｂのうちの一方の最低ＤＣ電圧発生容量よりも大きい場合、燃料電池３０４ａ、３０４ｂのうちの少なくとも一方によって発生するＤＣ電圧の全てよりも少なくなり得る。燃料電池３０４ａ、３０４ｂによって電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂに出力されるＤＣ電圧の量は、コントローラー３２０によって制御することができる。
【0038】
電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂは、燃料電池３０４ａ、３０４ｂからＤＣ電圧を受け取り、ＤＣ電圧をＡＣ電気エネルギーに変換し、伝送バス３１７ａ、３１７ｂを介してグリッド側バス３１４にＡＣ電気エネルギーを供給するように構成することができる。このＡＣ電気エネルギーは、ボルトワット曲線に従うように構成される量のＡＣ電流として構成することができる。電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂによってグリッド側バス３１４に出力されるＡＣ電流の量は、グリッド側バス３１４の様々な電気的接続に基づいて制御することができる。例えば、グリッド側バス３１４は、本明細書において更に記載されるように、切替えスイッチ３１２によって電気ユーティリティ電力グリッド（すなわち、図３における「グリッド」）に選択的に電気的に接続することができる。電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂは、グリッド側バス３１４、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂ、及び／又は切替えスイッチ３１２における電圧に基づくボルトワット曲線に従って、ＡＣ電流を出力することができる。グリッド側バス３１４におけるＡＣ電流は、下記に更に記載されるように、電気ユーティリティ電力グリッドに送り出す及び／又は負荷をサポートするように使用することができる。別の例において、グリッド側バス３１４は、下記に更に記載されるように、切替えスイッチ３１２及び伝送バス３１６ｄによってマイクログリッド側バス３１８に選択的に電気的に接続することができる。電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂは、グリッド側バス３１４、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂ、切替えスイッチ３１２、伝送バス３１６ｄ、マイクログリッド側バス３１８、及び／又は電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂにおける電圧に基づくボルトワット曲線に従って、ＡＣ電流を出力することができる。電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂによって出力されるＡＣ電流の量は、コントローラー３２０によって制御することができる。
【0039】
切替えスイッチ３１２は、伝送バス３１６ｄを介してグリッド側バス３１４を電気ユーティリティ電力グリッド又はマイクログリッド側バス３１８に選択的に電気的に接続するように構成することができる。切替えスイッチ３１２は、例えば、電気ユーティリティ電力グリッドの電圧及び／又は電流レベルを検出することによって、電気ユーティリティ電力グリッドの利用可能性を検出することができる。電気ユーティリティ電力グリッドが通常動作モードにおいて利用可能であることに応じて、切替えスイッチ３１２は、グリッド側バス３１４を電気ユーティリティ電力グリッドに選択的に電気的に接続するとともに、グリッド側バス３１４を伝送バス３１６ｄから切断することができる。緊急動作モードにおいて電気ユーティリティ電力グリッドが利用不能であることに応じて、切替えスイッチ３１２は、伝送バス３１６ｄを介してグリッド側バス３１４をマイクログリッド側バス３１８に選択的に電気的に接続するとともに、グリッド側バス３１４を電気ユーティリティ電力グリッドから切断することができる。切替えスイッチ３１２は、コントローラー３２０によって制御することができる。
【0040】
整流器３１０は、切替えスイッチ３１２がグリッド側バス３１４を電気ユーティリティ電力グリッドに選択的に電気的に接続する場合、負荷需要をサポートするのにより多くの電気エネルギーが必要であることに応じて、伝送バス３１６ｃを介してグリッド側バス３１４からＡＣ電流を引き出すように構成することができる。電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂによってマイクログリッド側バス３１８に出力されるＡＣ電圧は、負荷需要をサポートするのに不十分であり得る。マイクログリッド側バス３１８に供給されるＡＣ電圧の量を増大させるために、整流器３１０は、グリッド側バス３１４からＡＣ電流（例えば、グリッド電流及び／又は逆変換された燃料電池電流）を引き出すことができる。整流器３１０は、ＡＣ電流をＤＣ電流に変換し、伝送バス３１６ｃを介して電流源インバーター３０２ｃにＤＣ電流を供給することができる。グリッド側バス３１４における残りのＡＣ電流は、電気ユーティリティ電力グリッドに送り出すことができる。電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂによって負荷需要が満たされるのに応じて、整流器３１０は、グリッド側バス３１４からＡＣ電流を引き出さないように構成することができ、グリッド側バス３１４におけるＡＣ電流を電気ユーティリティ電力グリッドに送り出すことができる。整流器３１０によってグリッド側バス３１４から引き出されるＡＣ電流の量、及び電流源インバーター３０２ｃに出力されるＤＣ電流の量は、コントローラー３２０によって制御することができる。
【0041】
電流源インバーター３０２ｃは、整流器３１０からＤＣ電流を受け取り、ＤＣ電流をＡＣ電気エネルギーに変換し、伝送バス３１６ｃを介してＡＣ電気エネルギーをマイクログリッド側バス３１８に供給するように構成することができる。このＡＣ電気エネルギーは、ボルトワット曲線に従うように構成される量のＡＣ電流として構成することができる。電流源インバーター３０２ｃによってマイクログリッド側バス３１８に出力されるＡＣ電流の量は、負荷需要に基づいて制御することができる。例えば、電流源インバーター３０２ｃは、マイクログリッド側バス３１８及び／又は電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂにおける電圧、及び負荷需要に基づくボルトワット曲線に従って、ＡＣ電流を出力することができる。電流源インバーター３０２ｃによって出力されるＡＣ電流は、負荷需要をサポートするための電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂのＡＣ電圧の出力の不足を補うのに十分な量であり得る。電流源インバーター３０２ｃによって出力されるＡＣ電流の量は、コントローラー３２０によって制御することができる。
【0042】
伝送バス３１６ｄは、緊急動作モード中、切替えスイッチ３１２がバス３１４、３１８を選択的に電気的に接続する場合、グリッド側バス３１４とマイクログリッド側バス３１８とを電気的に接続することができる。電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂは、伝送バス３１７ａ、３１７ｂを介してグリッド側バス３１４にＡＣ電流を供給するように構成することができ、伝送バス３１６ｄを介してマイクログリッド側バス３１８にＡＣ電流が流れるようにすることができる。電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂによってグリッド側バス３１４に出力されるＡＣ電流の量は、グリッド側バス３１４の様々な電気的接続に基づいて制御することができる。電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂは、グリッド側バス３１４、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂ、切替えスイッチ３１２、伝送バス３１６ｄ、マイクログリッド側バス３１８、及び／又は電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂにおける電圧に基づくボルトワット曲線に従って、ＡＣ電流を出力することができる。伝送バス３１６ｄがグリッド側バス３１４とマイクログリッド側バス３１８とを電気的に接続する場合、グリッド側バス３１４からマイクログリッド側バス３１８へのＡＣ電流の流れは、少なくとも電流源インバーター３０２ｃを迂回することができる。電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂによって出力されるＡＣ電流の量は、コントローラー３２０によって制御することができる。
【0043】
いくつかの例において、貯蔵モジュール３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃは、燃料電池システムに基づくマイクログリッドの電圧を安定に保つことが必要とされる場合、過剰な電気エネルギーを吸い込む（ｓｉｎｋ）又は余分な電気エネルギーを吐き出す（ｓｏｕｒｃｅ）ことができる。例えば、切替えスイッチ３１２がグリッド側バス３１４とマイクログリッド側バス３１８とを選択的に電気的に接続する場合、貯蔵モジュール３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃを使用して、追加の電気エネルギーをマイクログリッド側バス３１８に供給する、又はマイクログリッド側バス３１８において必要とされない過剰な電気エネルギーを受け取ることができる。貯蔵モジュール３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃは、切替えスイッチ３１２が、燃料電池システムに基づくマイクログリッド３００を電気ユーティリティ電力グリッドに選択的に電気的に接続している状態から、燃料電池システムに基づくマイクログリッド３００を電気ユーティリティ電力グリッドから選択的に電気的に切断している状態に移行する間、燃料電池システムに基づくマイクログリッドの電圧を安定に保つことができる。
【0044】
図４Ａ～図４Ｃは、種々の実施形態に係る、図３に示されている燃料電池システムに基づくマイクログリッド３００に対する、燃料電池システムに基づくマイクログリッドの電力管理を行う方法のプロセスフロー図である。図１～図４Ｃを参照すると、方法４００は、任意の数又は組合せの燃料電池３０４ａ、３０４ｂ、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂ、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、整流器３１０、グリッド側バス３１４、マイクログリッド側バス３１８、伝送バス３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｃ、３１６ｄ、３１７ａ、３１７ｂ、切替えスイッチ３１２、及び／又は貯蔵モジュール３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃから信号を受信するように構成される１つ以上のコントローラー３２０を使用して実施することができる。方法４００は、任意の数及び組合せの電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂ、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、整流器３１０、切替えスイッチ３１２、及び／又は貯蔵モジュール３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃに制御信号を送信するように構成される１つ以上のコントローラー３２０を使用して実施することができる。種々の実施形態において可能になる代替的な構成を包含するために、方法４００を実施するハードウェアは、本明細書において「制御装置」と称する。任意の数及び組合せのブロック４０２～４４８を、周期的に、反復的に、又は連続的に、及び／又は他の任意のブロック４０２～４４８と同時に実施することができる。
【0045】
図４Ａを参照すると、ブロック４０２において、制御装置は、マイクログリッド側バス３１８における電圧を測定することができる。グリッド側バス３１４が切替えスイッチ３１２によってマイクログリッド側バス３１８から切断されている場合、マイクログリッド側バス３１８における電圧は、例えば、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂ、電流源インバーター３０２ｃ、及び／又は切替えスイッチ３１２のうちのいずれかから、マイクログリッド側バス３１８における電圧を制御装置に示すように構成される信号を受信することによって測定することができる。マイクログリッド側バス３１８における電圧は、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂ、電流源インバーター３０２ｃ、マイクログリッド側バス３１８、伝送バス３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｃ、３１６ｄ、及び／又は切替えスイッチ３１２のうちのいずれかにおいて、制御装置によってマイクログリッド側バス３１８における電圧を直接測定することによって測定してもよい。グリッド側バス３１４が切替えスイッチ３１２によってマイクログリッド側バス３１８に接続されている場合、マイクログリッド側バス３１８における電圧は、更なる例として、グリッド側バス３１４及び／又は電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂのうちのいずれかから、マイクログリッド側バス３１８における電圧を制御装置に示すように構成される信号を受信することによって測定することができる。マイクログリッド側バス３１８における電圧は、さらに、グリッド側バス３１４及び／又は電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂのうちのいずれかにおいて、制御装置によってマイクログリッド側バス３１８における電圧を直接測定することによって測定してもよい。
【0046】
ブロック４０４において、制御装置は、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂを制御することができる。制御装置は、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂによってマイクログリッド側バス３１８に出力されるＡＣ電圧を制御することができる。例えば、制御装置は、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂに信号伝達（ｓｉｇｎａｌ）するか、又は電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂをＡＣ電圧出力の設定点に直接設定することができる。制御装置は、同量のＡＣ電圧をマイクログリッド側バス３１８に出力するように、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂを制御することができる。制御装置は、燃料電池システムに基づくマイクログリッド３００が配備される負荷の負荷需要に基づいて、マイクログリッド側バス３１８にＡＣ電圧を出力するように、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂを制御することができる。制御装置は、燃料電池３０４ａ、３０４ｂの中の最低電気エネルギー発生容量に基づいて、マイクログリッド側バス３１８に出力されるＡＣ電圧を制限するように、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂを更に制御することができる。例えば、負荷需要の等分が燃料電池３０４ａ、３０４ｂの中の最低電気エネルギー発生容量を超過する場合、制御装置は、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂによってマイクログリッド側バス３１８に出力されるＡＣ電圧を、最低電気エネルギー発生容量を有する燃料電池３０４ａ、３０４ｂからＤＣ電圧を受け取る電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂによって出力することができる量に制限することができる。
【0047】
ブロック４０６において、制御装置は、制御された量のＡＣ電圧をマイクログリッド側バス３１８に出力するように、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂを制御することができる。ＡＣ電圧の制御された量は、ブロック４０４における電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂの制御に基づくことができる。
【0048】
ブロック４０８において、制御装置は、グリッド側バス３１４における電圧を測定することができる。グリッド側バス３１４における電圧は、例えば、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂ、伝送バス３１７ａ、３１７ｂ、整流器３１０、及び／又は切替えスイッチ３１２のうちのいずれかから、グリッド側バス３１４における電圧を制御装置に示すように構成される信号を受信することによって測定することができる。グリッド側バス３１４における電圧は、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂ、整流器３１０、グリッド側バス３１４、伝送バス３１７ａ、３１７ｂ、３１６ｃ、３１６ｄ、及び／又は切替えスイッチ３１２のうちのいずれかにおいて、制御装置によってグリッド側バス３１４における電圧を直接測定することによって測定してもよい。
【0049】
ブロック４１０において、制御装置は、過剰な電気エネルギーをグリッド側バス３１４に出力するように、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂを制御することができる。電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂは、燃料電池３０４ａ、３０４ｂによって発生し、マイクログリッド側バス３１８に対するＡＣ電圧を発生させるために電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂによって使用されないＤＣ電流を受け取ることができる。制御装置は、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂによってマイクログリッド側バス３１８に出力されるＡＣ電流を制御することができる。例えば、制御装置は、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂに信号伝達するか、又は電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂをＡＣ電流出力の設定点に直接設定することができる。制御装置は、グリッド側バス３１４における電圧及びボルトワット曲線に基づいて、ＡＣ電流をグリッド側バス３１４に出力するように、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂを制御することができる。
【0050】
判断ブロック４１２において、制御装置は、電気ユーティリティ電力グリッドが利用可能であるか否かを判断することができる。制御装置は、例えば、電気ユーティリティ電力グリッドの電圧及び／又は電流レベルを検出することによって、電気ユーティリティ電力グリッドの利用可能性を検出することができる。制御装置は、例えば、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂ、整流器３１０、及び／又は切替えスイッチ３１２のうちのいずれかから、電気ユーティリティ電力グリッドの電圧及び／又は電流レベルを制御装置に示すように構成される信号を受信することによって、電気ユーティリティ電力グリッドの電圧及び／又は電流レベルを検出することができる。電気ユーティリティ電力グリッドの電圧及び／又は電流レベルは、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂ、整流器３１０、グリッド側バス３１４、伝送バス３１７ａ、３１７ｂ、３１６ｃ、３１６ｄ、及び／又は切替えスイッチ３１２のうちのいずれかにおいて、制御装置によって電気ユーティリティ電力グリッドの電圧及び／又は電流レベルを直接測定することによって測定してもよい。制御装置は、電気ユーティリティ電力グリッドの電圧及び／又は電流レベルをグリッド利用可能性閾値と比較することによって、電気ユーティリティ電力グリッドが利用可能であるか否かを判断することができる。電気ユーティリティ電力グリッドが利用可能である（すなわち、判断ブロック４１２＝「Ｙｅｓ」）ことが判断されるのに応じて、制御装置は、図４Ｂに関して後述されるステップ「Ａ」において、通常動作モードで動作を継続することができる。電気ユーティリティ電力グリッドが利用可能でない（すなわち、判断ブロック４１２＝「Ｎｏ」）ことが判断されるのに応じて、制御装置は、図４Ｃに関して後述されるステップ「Ｂ」において、緊急モードで動作することができる。
【0051】
図４Ｂを参照すると、電気ユーティリティ電力グリッドが利用可能である（すなわち、判断ブロック４１２＝「Ｙｅｓ」）ことが判断されるのに応じて、制御装置は、判断ブロック４２０において、燃料電池システムに基づくマイクログリッド３００が電気ユーティリティ電力グリッドに接続されているか否かを判断することができる。制御装置は、切替えスイッチ３１２の状態、位置等に基づいて、燃料電池システムに基づくマイクログリッド３００の電気ユーティリティ電力グリッドに対する接続状態を判断することができる。切替えスイッチ３１２がグリッド側バス３１４を電気ユーティリティ電力グリッドに選択的に電気的に接続する場合、燃料電池システムに基づくマイクログリッド３００は、通常動作モードにおいて電気ユーティリティ電力グリッドに接続することができる。切替えスイッチ３１２がグリッド側バス３１４をマイクログリッド側バス３１８に選択的に電気的に接続する場合、燃料電池システムに基づくマイクログリッド３００は、緊急動作モードにおいて電気ユーティリティ電力グリッドから切断することができる。
【0052】
燃料電池システムに基づくマイクログリッド３００が電気ユーティリティ電力グリッドに接続されていない（すなわち、判断ブロック４２０＝「Ｎｏ」）ことが判断されるのに応じて、制御装置は、ブロック４２２において、グリッド側バス３１４をマイクログリッド側バス３１８から電気的に切断するとともに、グリッド側バス３１４を電気ユーティリティ電力グリッドに電気的に接続することができる。制御装置は、グリッド側バス３１４をマイクログリッド側バス３１８から電気的に切断するとともに、グリッド側バス３１４を電気ユーティリティ電力グリッドに電気的に接続するために、状態又は位置を変更するように、切替えスイッチ３１２を制御することができる。
【0053】
燃料電池システムに基づくマイクログリッド３００が電気ユーティリティ電力グリッドに接続されている（すなわち、判断ブロック４２０＝「Ｙｅｓ」）ことが判断されるのに応じて、又はブロック４２２に続いて、制御装置は、判断ブロック４２４において、マイクログリッド側バス３１８における電圧が、負荷をサポートするのに十分であるか否かを判断することができる。制御装置は、例えば、ブロック４０２を参照して本明細書に記載したように、又はブロック４０２のマイクログリッド側バス３１８における電圧の測定値を使用して、マイクログリッド側バス３１８における電圧を測定することができる。制御装置は、マイクログリッド側バス３１８における電圧の測定値を負荷需要と比較することができる。マイクログリッド側バス３１８における電圧は、マイクログリッド側バス３１８における電圧が負荷需要に不足する場合に不十分となり得るとともに、マイクログリッド側バス３１８における電圧が負荷需要に達する又は超過する場合に十分となり得る。
【0054】
マイクログリッド側バス３１８における電圧が負荷をサポートするのに十分でない（すなわち、判断ブロック４２４＝「Ｎｏ」）ことが判断されるのに応じて、制御装置は、ブロック４２６において、整流器３１０及び電流源インバーター３０２ｃを制御することができる。制御装置は、グリッド側バス３１４からマイクログリッド側バス３１８に電気エネルギーを供給するように、整流器３１０及び電流源インバーター３０２ｃを制御することができる。グリッド側バス３１４からの電気エネルギーは、ブロック４１０を参照して本明細書に記載したように、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂによってグリッド側バス３１８に出力されるＡＣ電流を含むことができる。制御装置は、例えば、整流器３１０及び電流源インバーター３０２ｃを制御するように信号伝達するか、又は、整流器３１０及び電流源インバーター３０２ｃにおいて、電流出力の設定点を直接設定することによって、整流器３１０及び電流源インバーター３０２ｃを制御することができる。電流出力の設定点は、マイクログリッド側バス３１８における電圧に加えて、ボルトワット曲線に基づく負荷需要を満たすのに必要な量の電流に基づくことができる。
【0055】
ブロック４２８において、制御装置は、グリッド側バス３１４からＡＣ電流を引き出すように、整流器３１０を制御することができる。制御装置は、ブロック４２６における整流器３１０の制御に基づいて、グリッド側バス３１４から或る量のＡＣ電流を引き出し、ＤＣ電流を出力するように、整流器３１０を制御することができる。ブロック４３０において、制御装置は、制御された量のＡＣ電流をマイクログリッド側バス３１８に出力するように、電流源インバーター３０２ｃを制御することができる。制御装置は、ブロック４２６における電流源インバーター３０２ｃの制御に基づいて、或る量のＤＣ電流を変換し、制御された量のＡＣ電流をマイクログリッド側バス３１８に出力するように、電流源インバーター３０２ｃを制御することができる。
【0056】
マイクログリッド側バス３１８における電圧が負荷をサポートするのに十分である（すなわち、判断ブロック４２４＝「Ｙｅｓ」）ことが判断されるのに応じて、又はブロック４３０に続いて、制御装置は、ブロック４３２において、グリッド側バス３１４における過剰な電気エネルギーを電気ユーティリティ電力グリッドに送り出すのを制御することができる。制御装置は、ブロック４０２におけるマイクログリッド側バス３１８における電圧の測定を引き続き行うことができる。
【0057】
図４Ｃを参照すると、電気ユーティリティ電力グリッドが利用可能でない（すなわち、判断ブロック４１２＝「Ｎｏ」）ことが判断されるのに応じて、制御装置は、判断ブロック４４０において、燃料電池システムに基づくマイクログリッド３００が電気ユーティリティ電力グリッドに接続されているか否かを判断することができる。制御装置は、切替えスイッチ３１２の状態、位置等に基づいて、燃料電池システムに基づくマイクログリッド３００の電気ユーティリティ電力グリッドに対する接続状態を判断することができる。切替えスイッチ３１２がグリッド側バス３１４を電気ユーティリティ電力グリッドに選択的に電気的に接続する場合、燃料電池システムに基づくマイクログリッド３００は、電気ユーティリティ電力グリッドに接続することができる。切替えスイッチ３１２がグリッド側バス３１４をマイクログリッド側バス３１８に選択的に電気的に接続する場合、燃料電池システムに基づくマイクログリッド３００は、電気ユーティリティ電力グリッドから切断することができる。
【0058】
燃料電池システムに基づくマイクログリッド３００が電気ユーティリティ電力グリッドに接続されている（すなわち、判断ブロック４４０＝「Ｙｅｓ」）ことが判断されるのに応じて、制御装置は、ブロック４４２において、グリッド側バス３１４をマイクログリッド側バス３１８に電気的に接続するとともに、グリッド側バス３１４を電気ユーティリティ電力グリッドから電気的に切断することができる。制御装置は、グリッド側バス３１４をマイクログリッド側バス３１８に電気的に接続するとともに、グリッド側バス３１４を電気ユーティリティ電力グリッドから電気的に切断するために、状態又は位置を変更するように、切替えスイッチ３１２を制御することができる。
【0059】
燃料電池システムに基づくマイクログリッド３００が電気ユーティリティ電力グリッドに接続されていない（すなわち、判断ブロック４４０＝「Ｎｏ」）ことが判断されるのに応じて、又はブロック４４２に続いて、制御装置は、判断ブロック４４４において、マイクログリッド側バス３１８における電圧が、負荷をサポートするのに十分であるか否かを判断することができる。制御装置は、例えば、ブロック４０２を参照して本明細書に記載したように、又はブロック４０２のマイクログリッド側バス３１８における電圧の測定値を使用して、マイクログリッド側バス３１８における電圧を測定することができる。制御装置は、マイクログリッド側バス３１８における電圧の測定値を負荷需要と比較することができる。マイクログリッド側バス３１８における電圧は、マイクログリッド側バス３１８における電圧が負荷需要に不足する場合に不十分となり得るとともに、マイクログリッド側バス３１８における電圧が負荷需要に達する又は超過する場合に十分となり得る。
【0060】
マイクログリッド側バス３１８における電圧が負荷をサポートするのに十分でない（すなわち、判断ブロック４４４＝「Ｎｏ」）ことが判断されるのに応じて、制御装置は、ブロック４４６において、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂを制御することができる。制御装置は、グリッド側バス３１４及び伝送バス３１６ｄを介して燃料電池３０４ａ、３０４ｂからマイクログリッド側バス３１８に電気エネルギーを供給するように、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂを制御することができる。この電気エネルギーは、ブロック４１０を参照して本明細書に記載したように、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂによってグリッド側バス３１４に出力されるＡＣ電流を含むことができる。制御装置は、例えば、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂを制御するように信号伝達するか、又は、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂを電流出力の設定点に直接設定することによって、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂを制御することができる。電流出力の設定点は、マイクログリッド側バス３１８における電圧に加えて、ボルトワット曲線に基づく負荷需要を満たすのに必要な量の電流に基づくことができる。
【0061】
ブロック４４８において、制御装置は、グリッド側バス３１４を介して、制御された量のＡＣ電流をマイクログリッド側バス３１８に出力するように、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂを制御することができる。制御装置は、ブロック４４６における電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂの制御に基づいて、或る量のＤＣ電流を変換し、グリッド側バス３１４を介して、制御された量のＡＣ電流をマイクログリッド側バス３１８に出力するように、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂを制御することができる。
【0062】
マイクログリッド側バス３１８における電圧が負荷をサポートするのに十分である（すなわち、判断ブロック４４４＝「Ｙｅｓ」）ことが判断されるのに応じて、又はブロック４４８に続いて、制御装置は、ブロック４０２におけるマイクログリッド側バス３１８における電圧の測定を引き続き行うことができる。
【0063】
図５は、種々の実施形態を実施するのに好適な燃料電池システムに基づくマイクログリッド５００を示している。図１～図５を参照すると、燃料電池システムに基づくマイクログリッド５００は、複数の燃料電池３０４ａ、３０４ｂと、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂと、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂと、グリッド側バス３１４と、マイクログリッド側バス３１８と、伝送バス３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｄ、３１７ａ、３１７ｂと、切替えスイッチ３１２とを備えることができる。いくつかの例において、燃料電池システムに基づくマイクログリッド５００は、貯蔵モジュール３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃを備えることもできる。燃料電池３０４ａ、３０４ｂ、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂ、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂ、グリッド側バス３１４、マイクログリッド側バス３１８、伝送バス３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｄ、３１７ａ、３１７ｂ、切替えスイッチ３１２、及び／又は貯蔵モジュール３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃは、別段明記されない限り、図３～図４Ｃを参照して本明細書に記載したように、構成され、構造付けられ、電気的に接続され、及び／又は機能する。燃料電池システムに基づくマイクログリッド５００は、図３に示されている整流器３１０と、電流源インバーター３０２ｃと、伝送バス３１６ｃとのそれぞれの代わりに、モーター５０２と、発電機５０４と、伝送バス３１６ｅとを備えることもできる。
【0064】
モーター５０２は、通常動作モードにおいて切替えスイッチ３１２がグリッド側バス３１４を電気ユーティリティ電力グリッドに選択的に電気的に接続する場合、負荷需要をサポートするのにより多くの電気エネルギーを必要とすることに応じて、伝送バス３１６ｅを介してグリッド側バス３１４からＡＣ電流を引き出すように構成することができる。電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂによってマイクログリッド側バス３１８に出力されるＡＣ電圧は、負荷需要をサポートするのに不十分であり得る。マイクログリッド側バス３１８に供給されるＡＣ電圧の量を増大させるために、モーター５０２は、グリッド側バス３１４からＡＣ電流を引き出すことができる。モーター５０２は、受け取ったＡＣ電流を、モーター５０２を駆動するために使用することができる。モーター５０２は、様々な速度で動作して発電機５０４を駆動することができる。グリッド側バス３１４における残りのＡＣ電流は、電気ユーティリティ電力グリッドに送り出すことができる。電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂによって負荷需要が満たされるのに応じて、モーター５０２は、グリッド側バス３１４からＡＣ電流を引き出さないように構成することができ、グリッド側バス３１４におけるＡＣ電流を電気ユーティリティ電力グリッドに送り出すことができる。グリッド側バス３１４からモーター５０２によって引き出されるＡＣ電流の量、及び発電機５０４を動作及び／又は駆動する速度は、コントローラー３２０によって制御することができる。
【0065】
モーター５０２は、グリッド側バス３１４から引き出されるＡＣ電流を使用して、発電機５０４を駆動することができ、発電機５０４は、ＡＣ電気エネルギーを発生させ、伝送バス３１６ｅを介してマイクログリッド側バス３１８にＡＣ電気エネルギーを供給することができる。このＡＣ電気エネルギーは、ボルトワット曲線に従うように構成される量のＡＣ電流として構成することができる。発電機５０４によってマイクログリッド側バス３１８に出力されるＡＣ電流の量は、負荷需要に基づいて制御することができる。例えば、発電機５０４は、マイクログリッド側バス３１８及び／又は電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂにおける電圧、及び負荷需要に基づくボルトワット曲線に従って、ＡＣ電流を出力することができる。発電機５０４によって出力されるＡＣ電流は、負荷需要をサポートするための電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂのＡＣ電圧の出力の不足を補うのに十分な量であり得る。発電機５０４によって出力されるＡＣ電流の量は、コントローラー３２０によって制御することができる。
【0066】
貯蔵モジュール３０６ｃは、モーター５０２及び発電機５０４に並列して電気的に接続することができる。貯蔵モジュール３０６ｃは、伝送バス３１６ｅによってマイクログリッド側バス３１８に電気的に接続することができる。
【0067】
この実施形態において、大量の短絡電流が発電機５０４から利用可能であり得る。マイクログリッドシステムは、通常、インバーター技術に起因して、グリッドに結び付けられたシステムよりもはるかに少ない短絡電流を吐き出す。したがって、発電機５０４は、障害が起こった際に大量の短絡電流を吐き出すように作用し、保護装置を迅速にクリアすることが有利である。
【0068】
図６Ａ～図６Ｃは、種々の実施形態に係る、図５に示されている燃料電池システムに基づくマイクログリッド５００に対する、燃料電池システムに基づくマイクログリッドの電力管理を行う方法のプロセスフロー図である。図１～図６Ｃを参照すると、方法６００は、任意の数又は組合せの燃料電池３０４ａ、３０４ｂ、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂ、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂ、モーター５０２、発電機５０４、グリッド側バス３１４、マイクログリッド側バス３１８、伝送バス３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｄ、３１６ｅ、３１７ａ、３１７ｂ、切替えスイッチ３１２、及び／又は貯蔵モジュール３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃから信号を受信するように構成される１つ以上のコントローラー３２０を使用して実施することができる。方法６００は、任意の数及び組合せの電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂ、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂ、モーター５０２、発電機５０４、切替えスイッチ３１２、及び／又は貯蔵モジュール３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃに制御信号を送信するように構成される１つ以上のコントローラー３２０を使用して実施することができる。種々の実施形態において可能になる代替的な構成を包含するために、方法６００を実施するハードウェアは、本明細書において「制御装置」と称する。任意の数及び組合せのブロック４０２～４４８及び６０２～６０６は、周期的に、反復的に、又は連続的に、及び／又はブロック４０２～４４８及び６０２～６０６のうちの他の任意のものと同時に実施することができる。ブロック４０２～４４８は、図４Ａ～図４Ｃを参照して方法４００に関して本明細書に記載したように、ブロック４０２～４４８と同様に方法６００の一部を説明することができる。
【0069】
図６Ａを参照すると、ブロック４０２において、制御装置は、マイクログリッド側バス３１８における電圧を測定することができる。ブロック４０４において、制御装置は、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂを制御することができる。ブロック４０６において、制御装置は、制御された量のＡＣ電圧をマイクログリッド側バス３１８に出力するように、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂを制御することができる。ブロック４０８において、制御装置は、グリッド側バス３１４における電圧を測定することができる。ブロック４１０において、制御装置は、過剰な電気エネルギーをグリッド側バス３１４に出力するように、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂを制御することができる。判断ブロック４１２において、制御装置は、電気ユーティリティ電力グリッドが利用可能であるか否かを判断することができる。電気ユーティリティ電力グリッドが利用可能である（すなわち、判断ブロック４１２＝「Ｙｅｓ」）ことが判断されるのに応じて、制御装置は、図６Ｂにおけるステップ「Ａ」を引き続き行うことができる。電気ユーティリティ電力グリッドが利用可能でない（すなわち、判断ブロック４１２＝「Ｎｏ」）ことが判断されるのに応じて、制御装置は、図６Ｃにおけるステップ「Ｂ」を引き続き行うことができる。
【0070】
図６Ｂを参照すると、電気ユーティリティ電力グリッドが利用可能である（すなわち、判断ブロック４１２＝「Ｙｅｓ」）ことが判断されるのに応じて、制御装置は、判断ブロック４２０において、燃料電池システムに基づくマイクログリッド５００が電気ユーティリティ電力グリッドに接続されているか否かを判断することができる。燃料電池システムに基づくマイクログリッド５００が電気ユーティリティ電力グリッドに接続されていない（すなわち、判断ブロック４２０＝「Ｎｏ」）ことが判断されるのに応じて、制御装置は、ブロック４２２において、グリッド側バス３１４をマイクログリッド側バス３１８から電気的に切断するとともに、グリッド側バス３１４を電気ユーティリティ電力グリッドに電気的に接続することができる。燃料電池システムに基づくマイクログリッド５００が電気ユーティリティ電力グリッドに接続されている（すなわち、判断ブロック４２０＝「Ｙｅｓ」）ことが判断されるのに応じて、又はブロック４２２に続いて、制御装置は、判断ブロック４２４において、マイクログリッド側バス３１８における電圧が、負荷をサポートするのに十分であるか否かを判断することができる。
【0071】
マイクログリッド側バス３１８における電圧が負荷をサポートするのに十分でない（すなわち、判断ブロック４２４＝「Ｎｏ」）ことが判断されるのに応じて、制御装置は、ブロック６０２において、発電機５０４を駆動するようにモーター５０２を制御することができる。制御装置は、グリッド側バス３１４からマイクログリッド側バス３１８に電気エネルギーを供給するように、モーター５０２及び発電機５０４を制御することができる。グリッド側バス３１４からの電気エネルギーは、ブロック４１０を参照して上述したように、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂによってグリッド側バス３１４に出力されるＡＣ電流を含むことができる。制御装置は、例えば、モーター５０２及び発電機５０４を制御するように信号伝達するか、又は、モーター５０２及び発電機５０４を動作速度及び／又は電流出力の設定点に直接設定することによって、モーター５０２及び発電機５０４を制御することができる。動作速度及び／又は電流出力の設定点は、マイクログリッド側バス３１８における電圧に加えて、ボルトワット曲線に基づく負荷需要を満たすのに必要な量の電流に基づくことができる。
【0072】
ブロック６０４において、制御装置は、グリッド側バス３１４からＡＣ電流を引き出すように、モーター５０２を制御することができる。制御装置は、ブロック６０２におけるモーター５０２の制御に基づいて、グリッド側バス３１４から或る量のＡＣ電流を引き出し、或る特定の速度で動作するように、モーター５０２を制御することができる。ブロック６０６において、制御装置は、制御された量のＡＣ電流をマイクログリッド側バス３１８に出力するように、発電機５０４を制御することができる。制御装置は、ブロック６０２における発電機の制御に基づいて、或る特定の速度で動作するとともに、制御された量のＡＣ電流をマイクログリッド側バス３１８に出力するように、発電機５０４を制御することができる。
【0073】
マイクログリッド側バス３１８における電圧が負荷をサポートするのに十分である（すなわち、判断ブロック４２４＝「Ｙｅｓ」）ことが判断されるのに応じて、又はブロック４３０に続いて、制御装置は、ブロック４３２において、グリッド側バス３１４における過剰な電気エネルギーを電気ユーティリティ電力グリッドに送り出すのを制御することができる。制御装置は、ブロック４０２におけるマイクログリッド側バス３１８における電圧の測定を引き続き行うことができる。
【0074】
図６Ｃを参照すると、電気ユーティリティ電力グリッドが利用可能でない（すなわち、判断ブロック４１２＝「Ｎｏ」）ことが判断されるのに応じて、制御装置は、判断ブロック４４０において、燃料電池システムに基づくマイクログリッド５００が電気ユーティリティ電力グリッドに接続されているか否かを判断することができる。燃料電池システムに基づくマイクログリッド５００が電気ユーティリティ電力グリッドに接続されている（すなわち、判断ブロック４４０＝「Ｙｅｓ」）ことが判断されるのに応じて、制御装置は、ブロック４４２において、グリッド側バス３１４をマイクログリッド側バス３１８に電気的に接続するとともに、グリッド側バス３１４を電気ユーティリティ電力グリッドから電気的に切断することができる。燃料電池システムに基づくマイクログリッド５００が電気ユーティリティ電力グリッドに接続されていない（すなわち、判断ブロック４４０＝「Ｎｏ」）ことが判断されるのに応じて、又はブロック４４２に続いて、制御装置は、判断ブロック４４４において、マイクログリッド側バス３１８における電圧が、負荷をサポートするのに十分であるか否かを判断することができる。マイクログリッド側バス３１８における電圧が負荷をサポートするのに十分でない（すなわち、判断ブロック４４４＝「Ｎｏ」）ことが判断されるのに応じて、制御装置は、ブロック４４６において、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂを制御することができる。ブロック４４８において、制御装置は、グリッド側バス３１４を介して、制御された量のＡＣ電流をマイクログリッド側バス３１８に出力するように、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂを制御することができる。マイクログリッド側バス３１８における電圧が負荷をサポートするのに十分である（すなわち、判断ブロック４４４＝「Ｙｅｓ」）ことが判断されるのに応じて、又はブロック４４８に続いて、制御装置は、ブロック４０２におけるマイクログリッド側バス３１８における電圧の測定を引き続き行うことができる。
【0075】
図７は、種々の実施形態を実施するのに好適な燃料電池システムに基づくマイクログリッド７００を示している。図１～図７を参照すると、燃料電池システムに基づくマイクログリッド７００は、複数の燃料電池３０４ａ、３０４ｂと、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂと、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂと、グリッド側バス３１４と、マイクログリッド側バス３１８と、伝送バス３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｄ、３１７ａ、３１７ｂと、切替えスイッチ３１２とを備えることができる。いくつかの例において、燃料電池システムに基づくマイクログリッド７００は、貯蔵モジュール３０６ａ、３０６ｂを備えることもできる。燃料電池３０４ａ、３０４ｂ、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂ、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂ、グリッド側バス３１４、マイクログリッド側バス３１８、伝送バス３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｄ、３１７ａ、３１７ｂ、切替えスイッチ３１２、及び／又は貯蔵モジュール３０６ａ、３０６ｂは、別段明記されない限り、図３～図６Ｃを参照して本明細書に記載したように、構成され、構造付けられ、電気的に接続され、及び／又は機能する。燃料電池システムに基づくマイクログリッド７００は、図５に示されているモーター５０２と、発電機５０４と、伝送バス３１６ｅとの代わりに、リレー７０２と、電気接触器７０４と、伝送バス３１６ｆとを備えることもできる。
【0076】
電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂは、ボルトワット曲線に従ってグリッド側バス３１４にＡＣ電流を供給するように構成することができる。電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂによってグリッド側バス３１４に出力されるＡＣ電流の量は、グリッド側バス３１４の様々な電気的接続に基づいて制御することができる。例えば、グリッド側バス３１４は、通常動作モードにおいて、切替えスイッチ３１２によって電気ユーティリティ電力グリッド（すなわち、図７における「グリッド」）に選択的に電気的に接続することができる。電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂは、グリッド側バス３１４、マイクログリッド側バス３１８、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂ、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂ、リレー７０２、電気接触器７０４、伝送バス３１６ｆ、及び／又は切替えスイッチ３１２における電圧に基づくボルトワット曲線に従って、ＡＣ電流を出力することができる。グリッド側バス３１４におけるＡＣ電流は、電気ユーティリティ電力グリッドに送り出し、及び／又はマイクログリッド側バス３１８に流れることによって負荷をサポートするのに使用することができる。別の例において、グリッド側バス３１４は、緊急動作モードにおいて、切替えスイッチ３１２及び伝送バス３１６ｄによってマイクログリッド側バス３１８に選択的に電気的に接続することができる。電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂは、グリッド側バス３１４、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂ、切替えスイッチ３１２、伝送バス３１６ｄ、マイクログリッド側バス３１８、及び／又は電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂにおける電圧に基づくボルトワット曲線に従って、ＡＣ電流を出力することができる。電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂによって出力されるＡＣ電流の量は、コントローラー３２０によって制御することができる。
【0077】
リレー７０２は、伝送バス３１６ｆにおいてグリッド側バス３１４とマイクログリッド側バス３１８との間の電流の流れを検出するように構成することができる。グリッド側バス３１４におけるＡＣ電流が負荷をサポートする場合、ＡＣ電流は、「順流」においてグリッド側バス３１４からマイクログリッド側バス３１８に流れる。しかしながら、ＡＣ電流が「逆流」においてマイクログリッド側バス３１８からグリッド側バス３１４に流れることができる例もある。電気接触器７０４は、伝送バス３１６ｆにおける電流の流れを可能にする又は遮断するように電子的に制御することができる。電気接触器７０４は、回路遮断器、スイッチ等の任意の形態の電子的に制御される接触器とすることができる。
【0078】
伝送バス３１６ｆにおける逆流が検出されるのに応じて、リレー７０２は、伝送バス３１６ｆにおける逆流を遮断するように、電気接触器７０４に信号伝達することができる。いくつかの例において、リレー７０２は、伝送バス３１６ｆにおける逆流を遮断するように、電気接触器７０４に直接信号伝達することができる。いくつかの例において、リレー７０２は、伝送バス３１６ｆにおける逆流の検出をコントローラー３２０に信号伝達し、コントローラー３２０が電気接触器７０４に、伝送バス３１６ｆにおける逆流を遮断するように信号伝達することによって、コントローラー３２０を介して、伝送バス３１６ｆにおける逆流を遮断するように、電気接触器７０４に信号伝達することができる。
【0079】
切替えスイッチ３１２及び電気接触器７０４の位置又は状態は、連動することができる。例えば、切替えスイッチ３１２が通常動作モードにおいてグリッド側バス３１４を電気ユーティリティ電力グリッドに選択的に電気的に接続している場合、電気接触器７０４は、伝送バス３１６ｆにおけるグリッド側バス３１４とマイクログリッド側バス３１８との間の電気的接続を維持することができ、またその逆も当てはまる。別の例において、切替えスイッチ３１２が緊急動作モードにおいてグリッド側バス３１４をマイクログリッド側バス３１８に選択的に電気的に接続している場合、電気接触器７０４は、伝送バス３１６ｆにおけるグリッド側バス３１４とマイクログリッド側バス３１８との間の電気的接続を遮断することができ、またその逆も当てはまる。
【0080】
図８Ａ～図８Ｃは、種々の実施形態に係る、図７に示されている燃料電池システムに基づくマイクログリッド７００に対する、燃料電池システムに基づくマイクログリッドの電力管理を行う方法のプロセスフロー図である。図１～図８Ｃを参照すると、方法８００は、任意の数又は組合せの燃料電池３０４ａ、３０４ｂ、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂ、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂ、リレー７０２、電気接触器７０４、グリッド側バス３１４、マイクログリッド側バス３１８、伝送バス３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｄ、３１６ｆ、３１７ａ、３１７ｂ、切替えスイッチ３１２、及び／又は貯蔵モジュール３０６ａ、３０６ｂから信号を受信するように構成される１つ以上のコントローラー３２０を使用して実施することができる。方法８００は、任意の数及び組合せの電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂ、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂ、電気接触器７０４、切替えスイッチ３１２、及び／又は貯蔵モジュール３０６ａ、３０６ｂに制御信号を送信するように構成される１つ以上のコントローラー３２０及び／又はリレー７０４を使用して実施することができる。種々の実施形態において可能になる代替的な構成を包含するために、方法８００を実施するハードウェアは、本明細書において「制御装置」と称する。任意の数及び組合せのブロック４０２～４４８及び８０２～８０８は、周期的に、反復的に、又は連続的に、及び／又はブロック４０２～４４８及び８０２～８０８のうちの他の任意のものと同時に実施することができる。ブロック４０２～４４８は、図４Ａ～図４Ｃを参照して方法４００に関して本明細書に記載したように、ブロック４０２～４４８と同様に方法８００の一部を説明することができる。
【0081】
図８Ａを参照すると、ブロック８０２において、制御装置は、マイクログリッド側バス３１８における電圧及び／又は電流を測定することができる。グリッド側バス３１４が電気接触器７０４によってマイクログリッド側バス３１８に接続されている場合、マイクログリッド側バス３１８における電圧及び／又は電流は、例えば、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂ、リレー７０２、電気接触器７０４、及び／又は切替えスイッチ３１２のうちのいずれかから、マイクログリッド側バス３１８における電圧及び／又は電流を制御装置に示すように構成される信号を受信することによって測定することができる。マイクログリッド側バス３１８における電圧及び／又は電流は、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂ、リレー７０２、電気接触器７０４、マイクログリッド側バス３１８、伝送バス３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｄ、３１６ｆ、及び／又は切替えスイッチ３１２のうちのいずれかにおいて、制御装置によってマイクログリッド側バス３１８における電圧及び／又は電流を直接測定することによって測定してもよい。グリッド側バス３１４が切替えスイッチ３１２によってマイクログリッド側バス３１８に接続されている場合、マイクログリッド側バス３１８における電圧及び／又は電流は、更なる例として、グリッド側バス３１４及び／又は電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂのうちのいずれかから、マイクログリッド側バス３１８における電圧及び／又は電流を制御装置に示すように構成される信号を受信することによって測定することができる。マイクログリッド側バス３１８における電圧及び／又は電流は、さらに、グリッド側バス３１４及び／又は電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂのうちのいずれかにおいて、制御装置によってマイクログリッド側バス３１８における電圧を直接測定することによって測定してもよい。
【0082】
ブロック８０４において、制御装置は、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂを制御することができる。制御装置は、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂによってマイクログリッド側バス３１８に出力されるＡＣ電圧を制御することができる。例えば、制御装置は、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂに信号伝達するか、又は電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂにおいてＡＣ電圧出力の設定点を直接設定することができる。制御装置は、同量のＡＣ電圧をマイクログリッド側バス３１８に出力するように、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂを制御することができる。制御装置は、燃料電池システムに基づくマイクログリッド７００が配備される負荷の負荷需要に基づいて、マイクログリッド側バス３１８にＡＣ電圧を出力するように、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂを制御することができる。制御装置は、マイクログリッド側バス３１８における電流を電気ユーティリティ電力グリッドに送り出すことを防止するように、マイクログリッド側バス３１８にＡＣ電圧を出力するように、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂを制御することができる。制御装置は、燃料電池３０４ａ、３０４ｂの中の最低電気エネルギー発生容量に基づいて、マイクログリッド側バス３１８に出力されるＡＣ電圧を制限するように、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂを更に制御することができる。例えば、負荷需要の等分が燃料電池３０４ａ、３０４ｂの中の最低電気エネルギー発生容量を超過する場合、制御装置は、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂによってマイクログリッド側バス３１８に出力されるＡＣ電圧を、最低電気エネルギー発生容量を有する燃料電池３０４ａ、３０４ｂからＤＣ電圧を受け取る電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂによって出力することができる量に制限することができる。
【0083】
ブロック８０６において、制御装置は、制御された量のＡＣ電圧をマイクログリッド側バス３１８に出力するように、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂを制御することができる。ＡＣ電圧の制御された量は、ブロック８０４における電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂの制御に基づくことができる。
【0084】
ブロック４０８において、制御装置は、グリッド側バス３１４における電圧を測定することができる。ブロック４１０において、制御装置は、過剰な電気エネルギーをグリッド側バス３１４に出力するように、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂを制御することができる。判断ブロック４１２において、制御装置は、電気ユーティリティ電力グリッドが利用可能であるか否かを判断することができる。電気ユーティリティ電力グリッドが利用可能である（すなわち、判断ブロック４１２＝「Ｙｅｓ」）ことが判断されるのに応じて、制御装置は、図８Ｂにおけるステップ「Ａ」を引き続き行うことができる。電気ユーティリティ電力グリッドが利用可能でない（すなわち、判断ブロック４１２＝「Ｎｏ」）ことが判断されるのに応じて、制御装置は、図８Ｃにおけるステップ「Ｂ」を引き続き行うことができる。
【0085】
図８Ｂを参照すると、電気ユーティリティ電力グリッドが利用可能である（すなわち、判断ブロック４１２＝「Ｙｅｓ」）ことが判断されるのに応じて、制御装置は、判断ブロック４２０において、燃料電池システムに基づくマイクログリッド７００が電気ユーティリティ電力グリッドに接続されているか否かを判断することができる。燃料電池システムに基づくマイクログリッド７００が電気ユーティリティ電力グリッドに接続されていない（すなわち、判断ブロック４２０＝「Ｎｏ」）ことが判断されるのに応じて、制御装置は、ブロック８０８において、伝送バス３１６ｆを介してグリッド側バス３１４をマイクログリッド側バス３１８から電気的に切断するとともに、グリッド側バス３１４を電気ユーティリティ電力グリッドに電気的に接続することができる。制御装置は、伝送バス３１６ｄを介して、グリッド側バス３１４を電気ユーティリティ電力グリッドに電気的に接続するとともに、グリッド側バス３１４をマイクログリッド側バス３１８から電気的に切断するために、状態又は位置を変更するように、切替えスイッチ３１２を制御することができる。
【0086】
燃料電池システムに基づくマイクログリッド７００が電気ユーティリティ電力グリッドに接続されている（すなわち、判断ブロック４２０＝「Ｙｅｓ」）ことが判断されるのに応じて、又はブロック８０８に続いて、制御装置は、判断ブロック８１０において、伝送バス３１６ｆにおいて逆潮流が存在するか否かを判断することができる。いくつかの例において、制御装置は、リレー７０２から、逆流の存在を制御装置に示すように構成される信号を受信することによって、伝送バス３１６ｆにおける逆潮流を検出することができる。逆潮流は、負荷電気エネルギー（例えば、電力）需要が、電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂによってマイクログリッド側バス３１８に供給される総電気エネルギー（例えば、電力）よりも少ない場合に生じ得る。それに対して、負荷電気エネルギー（例えば、電力）需要が電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂによって供給される総電気エネルギー（例えば、電力）よりも大きい場合、追加の電気エネルギー（例えば、電力）が電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂ及び／又は電気ユーティリティ電力グリッドから負荷によって引き出されるため、伝送バス３１６ｆにおいて逆潮流は生じない。
【0087】
伝送バス３１６ｆにおいて逆潮流が存在しない（すなわち、判断ブロック８１０＝「Ｎｏ」）ことが判断されるのに応じて、制御装置は、ブロック８１２において、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂを制御することができる。制御装置は、グリッド側バス３１４及び伝送バス３１６ｆを介して燃料電池３０４ａ、３０４ｂからマイクログリッド側バス３１８に電気エネルギーを供給するように、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂを制御することができる。この電気エネルギーは、ブロック４１０を参照して本明細書に記載したように、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂによってグリッド側バス３１４に出力されるＡＣ電流を含むことができる。制御装置は、例えば、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂを制御するように信号伝達するか、又は、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂを電流出力の設定点に直接設定することによって、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂを制御することができる。電流出力の設定点は、マイクログリッド側バス３１８における電圧に加えて、ボルトワット曲線に基づく負荷需要を満たすのに必要な量の電流に基づくことができる。
【0088】
ブロック８１４において、制御装置は、伝送バス３１６ｆを介してグリッド側バス３１４をマイクログリッド側バス３１８に電気的に接続するために閉鎖するように、電気接触器７０４を制御することができる。換言すれば、負荷電力需要が電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂの電力出力を下回る場合、負荷電力需要を満たすために、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂからの過剰な電力を、グリッド側バス３１４、伝送バス３１６ｆ、及びマイクログリッド側バス３１８を介して負荷に供給するように、接触器７０４が閉鎖される。
【0089】
伝送バス３１６ｆにおいて逆流が存在する（すなわち、判断ブロック８１０＝「Ｙｅｓ」）ことが判断されるのに応じて、制御装置は、ブロック８１６において、伝送バス３１６ｆにおける逆流を防止するために開放するように、電気接触器７０４を制御することができる。制御装置は、伝送バス３１６ｆを介してグリッド側バス３１４をマイクログリッド側バス３１８から電気的に切断するために、状態又は位置を変更する（すなわち、開放する）ように、電気接触器７０４を制御することができる。換言すれば、負荷電力需要が電圧源インバーター３０８ａ、３０８ｂの電力出力よりも低い場合、マイクログリッドバス３１８からユーティリティ電力グリッドへの逆潮流を防止するように、接触器７０４が開放される。
【0090】
ブロック８１４又はブロック８１６に続いて、制御装置は、ブロック４３２において、グリッド側バス３１４における過剰な電気エネルギーを電気ユーティリティ電力グリッドに送り出すことを制御することができる。制御装置は、ブロック８０２におけるマイクログリッド側バス３１８における電圧の測定を引き続き行うことができる。
【0091】
図８Ｃを参照すると、電気ユーティリティ電力グリッドが利用可能でない（すなわち、判断ブロック４１２＝「Ｎｏ」）ことが判断されるのに応じて、制御装置は、判断ブロック４４０において、燃料電池システムに基づくマイクログリッド７００が電気ユーティリティ電力グリッドに接続されているか否かを判断することができる。燃料電池システムに基づくマイクログリッド７００が電気ユーティリティ電力グリッドに接続されている（すなわち、判断ブロック４４０＝「Ｙｅｓ」）ことが判断されるのに応じて、制御装置は、ブロック８１８において、伝送バス３１６ｄを介してグリッド側バス３１４をマイクログリッド側バス３１８に電気的に接続するとともに、グリッド側バス３１４を電気ユーティリティ電力グリッドから電気的に切断することができる。
【0092】
制御装置は、伝送バス３１６ｄを介してグリッド側バス３１４をマイクログリッド側バス３１８に電気的に接続するとともに、グリッド側バス３１４を電気ユーティリティ電力グリッドから電気的に切断するために、状態又は位置を変更するように、切替えスイッチ３１２を制御することができる。制御装置は、伝送バス３１６ｆを介してグリッド側バス３１４をマイクログリッド側バス３１８から電気的に切断するために、状態又は位置を変更する（すなわち、開放する）ように、電気接触器７０４を制御することができる。
【0093】
燃料電池システムに基づくマイクログリッド７００が電気ユーティリティ電力グリッドに接続されていない（すなわち、判断ブロック４４０＝「Ｎｏ」）ことが判断されるのに応じて、又はブロック８１８に続いて、制御装置は、判断ブロック４４４において、マイクログリッド側バス３１８における電圧が、負荷をサポートするのに十分であるか否かを判断することができる。マイクログリッド側バス３１８における電圧が負荷をサポートするのに十分でない（すなわち、判断ブロック４４４＝「Ｎｏ」）ことが判断されるのに応じて、制御装置は、ブロック４４６において、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂを制御することができる。ブロック４４８において、制御装置は、グリッド側バス３１４を介して、制御された量のＡＣ電流をマイクログリッド側バス３１８に出力するように、電流源インバーター３０２ａ、３０２ｂを制御することができる。マイクログリッド側バス３１８における電圧が負荷をサポートするのに十分である（すなわち、判断ブロック４４４＝「Ｙｅｓ」）ことが判断されるのに応じて、又はブロック４４８に続いて、制御装置は、ブロック８０２におけるマイクログリッド側バス３１８における電圧の測定を引き続き行うことができる。
【0094】
開示の態様の上述の記載は、当業者が本発明を実施又は使用することを可能にするために提供される。これらの態様に対する様々な変更が当業者には容易に明らかとなり、本明細書において定義される一般的な原則は、本発明の範囲から逸脱することなく、他の態様にも当てはまり得る。したがって、本発明は、本明細書に示されている態様に限定されることを意図されず、本明細書に開示される原則及び新規の特徴と一貫して最も広い範囲を与えられるものとする。
【0095】
上述の方法の説明及び図は、単に説明のための例として提供され、種々の実施形態のステップを提示されている順序で実行しなければならないことを要求又は含意するように意図されない。当業者には理解されるように、上述の実施形態におけるステップの順序は、任意の順序で実行することができる。さらに、「その後（ｔｈｅｒｅａｆｔｅｒ）」、「次いで（ｔｈｅｎ）」、「次に（ｎｅｘｔ）」等の用語は、ステップの順序を限定するように意図されない。これらの用語は、方法の説明を通じて読み手に手引きを与えるために使用されているにすぎない。
【0096】
例示的な実施形態を説明するために１つ以上の図が使用されている。図の使用は、実行される動作の順序に関して限定的なものとして意図されない。例示的な実施形態の上述の記載は、例示及び説明のために提示されている。これは、開示されている正確な形態に関して網羅的又は限定的なものとして意図されず、変更及び変形を、上記教示に照らして可能であるか又は開示の実施形態の実施から得ることができる。本発明の範囲は、本明細書に添付される特許請求の範囲及びその均等物によって規定されることが意図される。
【0097】
本明細書に記載される制御装置及びコントローラー３２０を含む制御要素は、特定の機能を実行するための命令がプログラムされているプログラム可能なプロセッサ、メモリ、及び他の構成要素を含むコンピューティングデバイス（コンピューター等）を使用して実施することができるか、又は特定の機能を実行するように設計されるプロセッサ内に実装することができる。プロセッサは、ソフトウェア命令（アプリケーション）によって、本明細書に記載される種々の実施形態の機能を含む様々な機能を実行するように構成することができる、任意のプログラム可能なマイクロプロセッサ、マイクロコンピューター、又は単数若しくは複数のマルチプロセッサチップとすることができる。いくつかのコンピューティングデバイスにおいて、複数のプロセッサを設けることができる。通常、ソフトウェアアプリケーションは、アクセス及びプロセッサ内にロードされる前に、内部メモリに記憶することができる。いくつかのコンピューティングデバイスにおいて、プロセッサは、アプリケーションソフトウェア命令を記憶するのに十分な内部メモリを備えることができる。
【0098】
本明細書に開示される実施形態に関連して記載される様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、及びアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピューターソフトウェア、又はその双方の組合せとして実施することができる。ハードウェア及びソフトウェアのこの互換性を明確に説明するために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、及びステップを、その機能性の観点から上記に概説した。そのような機能性がハードウェアとして実施されるか又はソフトウェアとして実施されるかは、特定の用途及びシステム全体に課される設計上の制約に左右される。当業者は、特定の用途ごとに様々な方法で記載の機能性を実施することができるが、そのような実施の決定は、本発明の範囲からの逸脱をもたらすものと解釈すべきではない。
【0099】
本明細書に開示される態様に関連して記載される様々な例示的なロジック、論理ブロック、モジュール、及び回路を実装するように使用されるハードウェアは、本明細書に記載の機能を実行するように設計される汎用プロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又は他のプログラマブルロジックデバイス、ディスクリートゲート若しくはトランジスタロジック、ディスクリートハードウェアコンポーネント、又はこれらの任意の組合せとすることができる又はそれらを含むことができる制御装置を用いて実施又は実行することができる。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサとすることができるが、代替形態において、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラー、マイクロコントローラー、又はステートマシンとすることができる。プロセッサは、コンピューティングデバイスの組合せとして、例えば、ＤＳＰ及びマイクロプロセッサ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと連動する１つ以上のマイクロプロセッサ、又は他の任意のそのような構成の組合せとして実施することもできる。代替的に、いくつかのブロック又は方法は、所与の機能に特有の回路部によって実行してもよい。
【0100】
開示の実施形態の上述の記載は、当業者が記載の実施形態のうちの任意のものを実施又は使用することを可能にするために提供される。これらの実施形態に対する様々な変更が当業者には容易に明らかとなり、本明細書において定義される一般的な原則は、本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態にも当てはまり得る。したがって、特許請求の範囲は、本明細書に示されている実施形態に限定されることを意図されず、特許請求の範囲の文言並びに本明細書に開示される原則及び新規の特徴と一貫して最も広い範囲を与えられるものとする。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【外国語明細書】