特許 7167156 エネルギー利用点追従器インバータ

(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】

(24)【登録日】2022-10-28

(45)【発行日】2022-11-08

(54)【発明の名称】エネルギー利用点追従器インバータ

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20221031BHJP

   H02M 3/155 20060101ALI20221031BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 F

H02M3/155 P

H02M7/48 R

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2020531921

(86)(22)【出願日】2018-12-07

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-02-18

(86)【国際出願番号】 US2018064495

(87)【国際公開番号】W WO2019118297

(87)【国際公開日】2019-06-20

【審査請求日】2021-12-06

(31)【優先権主張番号】15/838,044

(32)【優先日】2017-12-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】16/197,139

(32)【優先日】2018-11-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】521367857

【氏名又は名称】エルティー・（ユーエスエイ）・コーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(72)【発明者】

【氏名】シュイ，ジェフリー・ウェン－タイ

【審査官】佐藤 匡

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１１／２９８３０５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００６／０５５４８３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１８－５３００７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００９３３１４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１３／１４５２６３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許第７４７９７７４（ＵＳ，Ｂ２）

【文献】米国特許出願公開第２００６／００８２３４１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第１９９３／０２３９１２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０２Ｍ ３／１５５

Ｇ０５Ｆ １／６７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

逐次エネルギー抽出制御デバイスであって、該逐次エネルギー抽出制御デバイスは、３つの単相ＤＣ／ＡＣコンバータのＤＣエネルギー抽出シーケンスおよびエネルギー抽出持続期間時間を制御するように構成され、該３つの単相ＤＣ／ＡＣコンバータは、３相ＤＣ／ＡＣコンバータに作り付けられ、該３相ＤＣ／ＡＣコンバータは、
第１のＰＷＭ抽出器を備える、前記３相ＤＣ／ＡＣコンバータ内の第１の前記単相コンバータであって、該第１のＰＷＭ抽出器は、１ｋＨｚより上で高／低信号スイッチングを動作させ、第１のＡＣ電力をＤＣ電力源から、該第１のＡＣ電力がある周波数と第１の位相とを有するように抽出するように構成され、前記第１の位相は、３相ＡＣ電力グリッドの第１の電力伝達ケーブル対において存在するＡＣ電力の電力グリッド規約に適合する、第１の前記単相コンバータと、
第２のＰＷＭ抽出器を備える、前記３相ＤＣ／ＡＣコンバータ内の第２の前記単相コンバータであって、該第２のＰＷＭ抽出器は、１ｋＨｚより上で高／低信号スイッチングを動作させ、第２のＡＣ電力を前記ＤＣ電力源から、該第２のＡＣ電力が前記第１のＡＣ電力と同じ周波数を有するが第２の位相を伴うように抽出するように構成され、該第２の位相は、前記３相ＡＣ電力グリッドの第２の電力伝達ケーブル対において存在するＡＣ電力の前記電力グリッド規約に適合する、第２の前記単相コンバータと、
第３のＰＷＭ抽出器を備える、前記３相ＤＣ／ＡＣコンバータ内の第３の前記単相コンバータであって、該第３のＰＷＭ抽出器は、１ｋＨｚより上で高／低信号スイッチングを動作させ、第３のＡＣ電力を前記ＤＣ電力源から、該第３のＡＣ電力が前記第１のＡＣ電力及び前記第２のＡＣ電力と同じ周波数を有するが第３の位相を伴うように抽出するように構成され、該第３の位相は、前記３相ＡＣ電力グリッドの第３の電力伝達ケーブル対において存在するＡＣ電力の前記電力グリッド規約に適合する、第３の前記単相コンバータと
を備え、前記逐次エネルギー抽出制御デバイスは、
前記第１のＰＷＭ抽出器が、第１のデューティサイクルであって該第１のデューティサイクルの間に該第１のＰＷＭ抽出器が前記ＤＣ電力源からの電力抽出を実行する第１のデューティサイクルを有することを引き起し、前記第２のＰＷＭ抽出器が、第２のデューティサイクルであって該第２のデューティサイクルの間に該第２のＰＷＭ抽出器が前記ＤＣ電力源からの電力抽出を実行する第２のデューティサイクルを有することを引き起し、前記第３のＰＷＭ抽出器が、第３のデューティサイクルであって該第３のデューティサイクルの間に該第３のＰＷＭ抽出器が前記ＤＣ電力源からの電力抽出を実行する第３のデューティサイクルを有することを引き起し、前記第１、第２、および第３のデューティサイクルが、時間ドメインにおいて重ならないように、前記第１、第２、および第３のＰＷＭ抽出器が、逐次的に抽出を実行するように構成された逐次レギュレータ
を備え、
前記逐次レギュレータは、少なくとも１つのＡＣ電力サイクルの現在時間に従って、前記第１、第２、および第３のデューティサイクルのデューティファクタ調整を指図し、それによって、前記第１のＡＣ電力、前記第２のＡＣ電力、および前記第３のＡＣ電力のうちの１つまたは複数を調整するようにさらに構成され、前記デューティファクタ調整は、前記ＡＣ電力サイクルにおける時間ｔの関数として、前記第１のデューティサイクルが２／３ｃｏｓ^２（ωｔ）であり、前記第２のデューティサイクルが２／３ｃｏｓ^２（ωｔ＋１２０°）であり、前記第３のデューティサイクルが２／３ｃｏｓ^２（ωｔ－１２０°）であるように配置構成される、
逐次エネルギー抽出制御デバイス。

【請求項2】

請求項１に記載の逐次エネルギー抽出制御デバイスであって、前記逐次レギュレータは、
時間クロックと、
複数列を有する時間表であって、各々の列は、ＡＣ電力サイクルのそれぞれの部分に対応し、前記ＡＣ電力サイクルの前記それぞれの部分についての前記第１、前記第２、および前記第３のデューティサイクルを決定するのに十分な情報を表す、時間表と、
前記十分な情報を使用して、前記第１、前記第２、および前記第３のＰＷＭ抽出器を逐次的に起動するように構成される起動器と
を備えた、逐次エネルギー抽出制御デバイス。

【請求項3】

請求項２に記載の逐次エネルギー抽出制御デバイスであって、前記十分な情報は、前記第１のデューティサイクルについての開始時間および終了時間である、逐次エネルギー抽出制御デバイス。

【請求項4】

請求項２に記載の逐次エネルギー抽出制御デバイスであって、前記時間表は、前記複数の列の各々に少なくとも２つの値を含み、第１の前記値は、Ｄ＊（２／３）＊ｃｏｓ^２（ωｔ）に等しく、第２の前記値は、Ｄ＊（２／３）＊ｃｏｓ^２（ωｔ＋１２０°）に等しく、ここで、ＤはＰＷＭ期間であり、ｔは前記ＡＣ電力サイクルの中の時間である、逐次エネルギー抽出制御デバイス。

【請求項5】

請求項１に記載の逐次エネルギー抽出制御デバイスであって、前記逐次レギュレータは、誘導デバイスからの信号に応答してデューティファクタ調整を指図するように構成された、逐次エネルギー抽出制御デバイス。

【請求項6】

請求項１に記載の逐次エネルギー抽出制御デバイスであって、前記第１のデューティサイクルと前記第２のデューティサイクルとの間の隔たりが、ＰＷＭサイクルの３分の１以下である、逐次エネルギー抽出制御デバイス。

【請求項7】

請求項１に記載の逐次エネルギー抽出制御デバイスであって、前記第１のデューティサイクルと前記第２のデューティサイクルとの間の隔たりが、ＰＷＭサイクルの５分の１以下である、逐次エネルギー抽出制御デバイス。

【請求項8】

請求項１に記載の逐次エネルギー抽出制御デバイスであって、前記第１のデューティサイクルと前記第２のデューティサイクルとの間の隔たりが、ＰＷＭサイクルの２０分の１以下である、逐次エネルギー抽出制御デバイス。

【請求項9】

請求項１に記載の逐次エネルギー抽出制御デバイスであって、前記第１のデューティサイクルと前記第２のデューティサイクルとの間の隔たりが、ＰＷＭサイクルの１００分の１以下である、逐次エネルギー抽出制御デバイス。

【請求項10】

３相ＤＣ／ＡＣコンバータにおいて使用するための逐次抽出制御デバイスであって、該３相ＤＣ／ＡＣコンバータは、ＤＣ電力から第１のＡＣ電力を抽出するための第１のＰＷＭ抽出器を備えた第１の単相ＤＣ／ＡＣコンバータであって、該第１のＡＣ電力は第１の位相を有し電力グリッド規約に適合する、第１の単相ＤＣ／ＡＣコンバータと、前記ＤＣ電力から第２のＡＣ電力を抽出するための第２のＰＷＭ抽出器を備えた第２の単相ＤＣ／ＡＣコンバータであって、該第２のＡＣ電力は第２の位相を有し前記電力グリッド規約に適合する、第２の単相ＤＣ／ＡＣコンバータと、前記ＤＣ電力から第３のＡＣ電力を抽出するための第３のＰＷＭ抽出器を備えた第３の単相ＤＣ／ＡＣコンバータであって、該第３のＡＣ電力は第３の位相を有し前記電力グリッド規約に適合する、第３の単相ＤＣ／ＡＣコンバータとを備え、前記逐次抽出制御デバイスは、
前記第１のＰＷＭ抽出器が、第１のデューティサイクルであって該第１のデューティサイクルの間に該第１のＰＷＭ抽出器が抽出を実行する第１のデューティサイクルを有することを引き起し、前記第２のＰＷＭ抽出器が、第２のデューティサイクルであって該第２のデューティサイクルの間に該第２のＰＷＭ抽出器が抽出を実行する第２のデューティサイクルを有することを引き起し、前記第３のＰＷＭ抽出器が、第３のデューティサイクルであって該第３のデューティサイクルの間に該第３のＰＷＭ抽出器が抽出を実行する第３のデューティサイクルを有することを引き起し、前記第１、第２、および第３のデューティサイクルが重ならないように、前記第１、第２、および第３のＰＷＭ抽出器が、逐次的に抽出を実行するようにする逐次レギュレータであって、該逐次レギュレータは、前記第１、第２、および第３のデューティサイクルについてのデューティファクタ調整を、前記第１のＡＣ電力、前記第２のＡＣ電力、および前記第３のＡＣ電力のうちの少なくとも１つのＡＣ電力サイクルの現在部分に応じて指図するように構成され、前記デューティファクタ調整は、前記ＡＣ電力サイクル内の時間ｔの関数として、前記第１のデューティサイクルが２／３ｃｏｓ^２（ωｔ）であり、前記第２のデューティサイクルが２／３ｃｏｓ^２（ωｔ＋１２０°）であり、前記第３のデューティサイクルが２／３ｃｏｓ^２（ωｔ－１２０°）であるようにする、逐次レギュレータ
を備えた、逐次抽出制御デバイス。

【請求項11】

３相ＤＣ／ＡＣコンバータシステムであって、
ＤＣ電力から第１のＡＣ電力を抽出するための第１のＰＷＭ抽出器を備えた第１の単相ＤＣ／ＡＣコンバータであって、該第１のＡＣ電力は第１の位相を有し電力グリッド規約に適合する、第１の単相ＤＣ／ＡＣコンバータと、前記ＤＣ電力から第２のＡＣ電力を抽出するための第２のＰＷＭ抽出器を備えた第２の単相ＤＣ／ＡＣコンバータであって、該第２のＡＣ電力は第２の位相を有し前記電力グリッド規約に適合する、第２の単相ＤＣ／ＡＣコンバータと、前記ＤＣ電力から第３のＡＣ電力を抽出するための第３のＰＷＭ抽出器を備えた第３の単相ＤＣ／ＡＣコンバータであって、該第３のＡＣ電力は第３の位相を有し前記電力グリッド規約に適合する、第３の単相ＤＣ／ＡＣコンバータとを備えた３相ＤＣ／ＡＣコンバータと、
前記第１のＰＷＭ抽出器が、第１のデューティサイクルであって該第１のデューティサイクルの間に該第１のＰＷＭ抽出器が抽出を実行する第１のデューティサイクルを有することを引き起し、前記第２のＰＷＭ抽出器が、第２のデューティサイクルであって該第２のデューティサイクルの間に該第２のＰＷＭ抽出器が抽出を実行する第２のデューティサイクルを有することを引き起し、前記第３のＰＷＭ抽出器が、第３のデューティサイクルであって該第３のデューティサイクルの間に該第３のＰＷＭ抽出器が抽出を実行する第３のデューティサイクルを有することを引き起し、前記第１、第２、および第３のデューティサイクルが重ならないように、前記第１、第２、および第３のＰＷＭ抽出器が、逐次的に抽出を実行するようにする逐次レギュレータであって、該逐次レギュレータは、前記第１、第２、および第３のデューティサイクルについてのデューティファクタ調整を、前記第１のＡＣ電力、前記第２のＡＣ電力、および前記第３のＡＣ電力のうちの少なくとも１つのＡＣ電力サイクルの現在部分に応じて指図するように構成された逐次レギュレータと、
を備え、前記逐次レギュレータは、
時間クロックと、
複数列を有する時間表であって、各々の列は、ＡＣ電力サイクルのそれぞれの部分に対応し、前記ＡＣ電力サイクルの前記それぞれの部分についての前記第１、第２、および第３のデューティサイクルを決定するのに十分な情報を表す、時間表と、
前記十分な情報を使用して、前記第１、第２、および第３のＰＷＭ抽出器を逐次的に起動するように構成される起動器と
を備えた、
３相ＤＣ／ＡＣコンバータシステム。

【請求項12】

請求項１１に記載の３相ＤＣ／ＡＣコンバータシステムであって、前記十分な情報は、前記第１のデューティサイクルについての開始時間および終了時間である、３相ＤＣ／ＡＣコンバータシステム。

【請求項13】

請求項１１に記載の３相ＤＣ／ＡＣコンバータシステムであって、前記時間表は、前記複数の列の各々に少なくとも２つの値を含み、第１の前記値は、Ｄ＊（２／３）＊ｃｏｓ^２（ωｔ）に等しく、第２の前記値は、Ｄ＊（２／３）＊ｃｏｓ^２（ωｔ＋１２０°）に等しく、ここで、ＤはＰＷＭ期間であり、ｔは前記ＡＣ電力サイクルの中の時間である、３相ＤＣ／ＡＣコンバータシステム。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

[0001]単相ＤＣ／ＡＣコンバータは、ＤＣエネルギー源からの直流（ＤＣ）電気エネルギーを、電力グリッドの規約（ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ）に適合する交流（ＡＣ）電力へと変換する。電力グリッド規約は、電力グリッド上で搬送されるＡＣ振動電力が、個別の固定されたピーク電圧を伴う、および、個別の固定された周波数を伴う正弦波形を有するということを定める。

【0002】

[0002]従来の３相ＤＣ／ＡＣコンバータは、各々の電力線の間の１２０°位相差（「Ａ相、Ｂ相、およびＣ相」と呼称される）を伴う、３つの電力線へのＡＣ電力を提供する。その核心において、３相ＤＣ／ＡＣコンバータは、各々が、それぞれの電力線への同じ時間平均されたＡＣ電力の伝達のために抽出および変換を実行する、３つの単相ＤＣ／ＡＣコンバータからなる。単相ＤＣ／ＡＣコンバータのうちの１つは、かくして、Ａ相を伴う第１の電力線上のＡＣ電力を提供する。単相ＤＣ／ＡＣコンバータのうちの第２のものは、かくして、Ｂ相を伴う第２の電力線上のＡＣ電力を提供する。単相ＤＣ／ＡＣコンバータのうちの第３のものは、かくして、Ｃ相を伴う第３の電力線上のＡＣ電力を提供する。換言すれば、３つの単相ＤＣ／ＡＣコンバータの、各々のセットは、ほぼ同じ量のＤＣ電力を抽出し、その抽出される電力を、他の単相ＤＣ／ＡＣコンバータにより提供されるＡＣ電力と比較して１２０°位相差を伴うＡＣ電力へと変換し、ＡＣ電力を、３つまたは４つの電力線の電力グリッド内に送る。その結果、各々の電力線は、他の電力線のＡＣ電力と同じ周波数、および、同じ量の時間平均された電力の、ただし、他の電力線と比較して１２０°位相差を伴う、１つの単相ＡＣ電力を搬送する。

【0003】

[0003]本明細書において請求される主題は、上記で説明されたものなどの何らかの欠点を解決する、または、上記で説明されたものなどの環境内でのみ動作する、実施形態に制限されない。むしろ、この背景は、本明細書において説明される一部の実施形態が実践され得る、１つの例示的な技術境域を例解するために提供されるのみである。

【発明の概要】

【0004】

[0004]本明細書において説明される実施形態は、３相ＤＣ／ＡＣコンバータにおいての使用のための逐次抽出制御デバイスに関係した。３相コンバータは、ＤＣ電力から、第１の位相を有する、および、電力グリッド規約に適合する、第１のＡＣ電力を抽出するための第１のＰＷＭ抽出器を備える第１の単相ＤＣ／ＡＣコンバータと、ＤＣ電力から、第２の位相を有する、および、電力グリッド規約に適合する、第２のＡＣ電力を抽出するための第２のＰＷＭ抽出器を備える第２の単相ＤＣ／ＡＣコンバータと、ＤＣ電力から、第３の位相を有する、および、電力グリッド規約に適合する、第３のＡＣ電力を抽出するための第３のＰＷＭ抽出器を備える第３の単相ＤＣ／ＡＣコンバータとを有する。デューティファクタ調整が、ＡＣ電力サイクルの現在部分に依存して為される。

【0005】

[0005]しかしながら、逐次レギュレータは、第１のＰＷＭ抽出器が第１のデューティサイクルを有することであって、その第１のデューティサイクルの間に第１のＰＷＭ抽出器が抽出を実行する、有することを引き起こし、第２のＰＷＭ抽出器が第２のデューティサイクルを有することであって、その第２のデューティサイクルの間に第２のＰＷＭ抽出器が抽出を実行する、有することを引き起こし、第３のＰＷＭ抽出器が第３のデューティサイクルを有することであって、その第３のデューティサイクルの間に第３のＰＷＭ抽出器が抽出を実行する、有することを引き起こす。よって、従来の３相ＤＣ／ＡＣコンバータとは違い、逐次レギュレータは、第１の、第２の、および第３のＰＷＭ抽出器が、同時によりむしろ逐次的に抽出を実行するように、第１の、第２の、および第３のデューティサイクルが重ならないことを引き起こす。このことは、ＤＣ電力から電力を抽出することにおいて効率を改善する。逐次レギュレータは、少なくとも１つのＡＣ電力サイクルの現在時間によって、第１の、第２の、および第３のデューティファクタのデューティファクタ調整をさらに指図し、それによって、第１のＡＣ電力、第２のＡＣ電力、および第３のＡＣ電力のうちの１つまたは複数を調整する。本明細書において説明される実施形態は、さらには、そのような逐次レギュレータを内包するより、３相ＤＣ／ＡＣコンバータに向けられる。

【0006】

[0006]本概要は、発明を実施するための形態において下記でさらに説明される、単純化された形式での概念の選択物を紹介するために提供される。本概要は、請求される主題の主要な特徴または本質的な特徴を識別することを意図されず、本概要は、請求される主題の範囲を決定することにおいて一助として使用されることも意図されない。

【0007】

[0007]上記で詳説された、および他の、利点および特徴が得られ得る様式を説明するために、様々な実施形態の、より個別的な説明が、添付される図面への参照により行われることになる。これらの図面は、見本実施形態のみを描写し、それゆえに、本発明の範囲について制限的であると考えられることにはならないということを理解しつつ、実施形態が、付随する図面の使用を通して、追加的な具体性および詳細を伴って、説明および解説されることになる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1A】[0008]図１Ａは、言及される用語、エネルギー抽出、準備、コンディショニング、ＤＣ／ＡＣ変換、およびＡＣ電力伝達を、例解および明確化するための、太陽電力生成シーケンスのモジュールを描写する図である。

【図1B】[0009]図１Ｂは、電力グリッドシステムの特定の電力線を通して送られるＡＣ信号（ＤＣ／ＡＣコンバータ出力）を表す正弦時間変動（振動）ＡＣ電圧系列を象徴的に示す図である。

【図2A】[0010]言及される単相エネルギー抽出／準備（コンディショニング）デバイスの例である昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータの典型的な回路を示す図である。

【図2B】[0011]言及される単相エネルギー抽出／変換デバイスの例である降圧ＤＣ／ＤＣコンバータの典型的な回路を示す図である。

【図2C】[0012]ＤＣ／ＤＣ降圧コンバータ出力の極性を制御し、かくして、図１Ｂにおいて描写されるような、結果的に生じるＡＣ電圧系列出力を生み出す、スイッチのブリッジ構造を示す図である。

【図2D】[0013]スイッチのブリッジ内に送ったＤＣ／ＡＣインバータ電力出力の脈動正弦ＡＣ電圧系列を象徴的に描写する図である。

【図2E】[0014]３つの領域：抽出されるエネルギーを表す領域Ｉ、ならびに、余剰エネルギー領域を表す領域ＩＩおよび領域ＩＩＩとして説明される、１つのＰＷＭサイクル内で降圧コンバータによりコンディショニングされることになるＤＣエネルギーパルスを象徴的に描写する図である。

【図3A】[0015]従来の３相ＤＣ／ＡＣコンバータに対する対応するエネルギー抽出器の回路を示す図である。

【図3B】[0016]１つのＰＷＭ期間内のＤＣ入力電力を象徴的に描写する図である。

【図3C】[0017]図３の３つのエネルギー抽出器により１つのＰＷＭサイクル内で同時的に抽出されるエネルギーを象徴的に提示する図である。

【図4】[0018]電力源が、Ｐ_ｍｘの呼び電力定格を伴う、ただしＭＥＵＰＴデバイスを伴わない、２つの同一の３相ＤＣ／ＡＣコンバータをサポートする、Ｐ_ｍｘＤＣ電力を供給するという構成を象徴的に描写する図である。

【図5A】[0019]ＭＥＵＰＴインバータのＡ相エネルギー抽出、Ｂ相エネルギー抽出、およびＣ相エネルギー抽出に対する３つの回路を示す図である。

【図5B】[0020]図５Ａの逐次レギュレータにより調節される、Ａ相、Ｂ相、およびＣ相のエネルギー抽出においての時間シーケンスを象徴的に描写する図である。

【図6A】[0021]各々のユニットのＡＣ出力を測定するための電力およびエネルギーメータを伴って従来のようにセットアップされる、２つのＡＣ電力生産ユニットが存する、実験においての電力ステーションのブロック線図を例解する図である。

【図6B】[0022]減結合デバイスとエネルギー貯蔵器とを含むことに対する修正の後の、および、グリッドへの改善されたエネルギー出力を検証するために使用された、図６Ａの電力ステーションのブロック線図を例解する図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

[0023]基本的には、３相ＤＣ／ＡＣコンバータは、抽出および変換の機能を実行し、１２００位相差を伴う、３つの対の電力線への同様の時間平均されたＡＣ電力を伝達する、単相ＤＣ／ＡＣコンバータの３つのセットからなる。それゆえに、３相ＤＣ／ＡＣコンバータを理解することは、単相ＤＣ／ＡＣコンバータにおいての、とりわけ、主題、エネルギー抽出においての良好な理解を有することである。用語、電力線および電力ケーブルは、当技術分野において互換的であり、別段に指示されない限り、本明細書において互換的である。

【0010】

[0024]米国特許公報第２０１６／００３６２３２号および第２０１７／０１４９２５０ Ａ１号は、従来の単相コンバータは、直流（ＤＣ）電力入力のうちの半分未満を抽出および変換することのみができるという発見を開示する。これらの特許公報は、生み出されるＤＣ電気をエネルギー利用のために効率的に抽出するために、エネルギー抽出デバイスの特性が、生み出されるＤＣ電気エネルギーを効果的および効率的に抽出するために整合されるべきであるということを教示する。

【0011】

[0025]さらにまた、これらの特許公報は、関係付けられるデバイスが、さらには、抽出される電気を効率的なエネルギー利用のためにコンディショニングおよび／または伝達するために整合されるべきであるということを教示する。太陽電力ステーションに対するオプティマイザとして最大電力点追従（ＭＰＰＴ：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）デバイスを使用することに代えて、参照公報は、電力ステーション、とりわけＰＶ電力プラントに対するオプティマイザとして「最大エネルギー利用点追従器（ｍａｘｉｍｕｍ ｅｎｅｒｇｙ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｐｏｉｎｔ ｔｒａｃｋｅｒ）」を使用することを提案した。そのようなオプティマイザは、本明細書において「ＭＥＵＰＴオプティマイザ」と呼称されることになる。

【0012】

[0026]参照特許公報によれば、ＭＥＵＰＴオプティマイザは、生み出されるが、利用のために電力グリッドに対して抽出および／または伝達されない、電気エネルギー（または電力、それぞれ）とそれらの公報が定義する、「余剰エネルギー」または「余剰電力」とそれらの公報が呼称するものを捕捉するように設計される。余剰エネルギー（または余剰電力）のその定義は、さらには本明細書において使用される。この余剰電力は、余剰エネルギーが電力グリッドに直接的に売り渡され得ないように、電力グリッドからの約９０°位相差を有する。ＭＥＵＰＴオプティマイザは、さらには、すべての捕捉される余剰エネルギーをエネルギー貯蔵器の中に一時的に貯蔵し、次いで、利用のために電力グリッドに対してこの電気エネルギーを準備および伝達するように設計される。かくして、ＰＶ電力ステーションの電気販売収益は、ＭＥＵＰＴオプティマイザを組み込むときに高められ得る。

【0013】

[0027]当技術分野においてのいくつかの技能が、ＤＣエネルギー抽出において、エネルギー準備において、エネルギーコンディショニングにおいて、およびエネルギー伝達において用いられ得る。本明細書において説明される原理は、ＤＣエネルギー源に関わらず使用され得る。それでも、本開示は、太陽電力生成ストリングをＤＣエネルギー源の例として使用して、本明細書において言及される用語、エネルギー抽出、準備、コンディショニング、および伝達を、例解および明確化する。とは言え、本明細書において説明される原理は、太陽電力の文脈においての抽出、準備、コンディショニング、および伝達に制限されない。異なる物理的意味を有するが、用語「エネルギー」および「電力」は、当技術分野において互換的であり、別段に指示されない限り、本明細書において互換的である。さらには、異なる物理的意味を有するが、用語「ＡＣ電力系列」および「ＡＣ電圧系列」は、別段に指示されない限り、本明細書において互換的である。

【0014】

[0028]図１Ａは、太陽電力生成シーケンス１０の構成要素を示す。シーケンスは、１次エネルギー源として光エネルギー（例えば、太陽エネルギー）から電気エネルギーを生成する、光－電気エネルギー変換デバイス（ＰＶ太陽ストリング）１０１において開始する。この電気エネルギーは、雲量、太陽の角度、ＰＶ電池の効率、および、多くの他の要因に依存する時間変動電圧を有する。電気エネルギーは、次いで、固定された電圧を伴うＤＣエネルギー源へと、ＤＣ／ＤＣ昇圧コンバータ２０１により準備およびコンディショニングされる。極性切り替えコントローラ２２４を追加するとき、ＤＣ／ＡＣ変換モジュール２２３は、準備された固定電圧ＤＣ電力を、図１Ｂにおいて描写される正弦時間変動（振動）ＡＣ電圧系列へと変換する。

【0015】

[0029]例として、ＤＣ／ＡＣ変換モジュール２２３は、パルス幅変調器（ＰＷＭ）により動作させられる降圧モジュールであり得る。そのように動作させられる降圧モジュールは、さらにはＤＣ／ＡＣコンバータと呼称されることになる。図２Ｃは、当技術分野において、およびさらには本明細書において、集積ブリッジゲートトランジスタ（ＩＢＧＴ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｂｒｉｄｇｅ Ｇａｔｅ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）と呼称されるブリッジ構造２２４の例を例解する。示されるように、ブリッジ構造２２４は、このＤＣ／ＡＣコンバータのＡＣ出力電圧系列の同期性および極性を制御する、４つのスイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、およびＳ４）のセットからなる。ここでは「負荷」は、ブリッジ構造２２４から変圧器２２５を窺い見る負荷を表す。デバイス２０１および２２３の組み合わせは、本明細書において「ＰＷＭ抽出器」と呼称されることがある。

【0016】

[0030]ブリッジ構造２２４により生み出されるＡＣ電圧電力系列は、電力グリッド規約に適合する。ＡＣ電力系列は、次いで、グリッド負荷に接続されるグリッド３００内に電力を伝達するために、変圧器２２５を通して給送される。図２Ａは、変動電圧ＤＣエネルギー源を、固定された電圧ＤＣ源に調節することができる、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２０１の典型的な回路設計の例を示す。図２Ｂは、固定された電圧ＤＣ源を正弦ＡＣ電力系列へと変換するための、単相ＤＣ／ＡＣインバータ２２３の典型的なＰＷＭ動作させられる降圧モジュール回路設計の例を示す。スイッチブリッジ構造２２４（図２Ｃにおいて示される）は、この単相ＤＣ／ＡＣコンバータ２２３の出力の極性および同期性を制御する。単相ＤＣ／ＡＣコンバータ２２３（または、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２０１および単相ＤＣ／ＡＣコンバータ２２３を組み合わせるときのＰＷＭ抽出器）は、さらには、３つの単相インバータからなりたつ従来の３相ＤＣ／ＡＣコンバータの従来の単相逆変換モジュール内のエネルギー抽出／変換モジュールとして作用し得る。

【0017】

[0031]第１節：従来のＤＣ／ＡＣ変換に関する概観
[0032]一般的に、実践的な太陽ストリングにおいての最大電力生産点においての電圧（ＭＰＰＰＶ：ｖｏｌｔａｇｅ ａｔ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｐｏｗｅｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｏｉｎｔ）は、時間変動であり、ＡＣ電力グリッドの指定されたピーク電圧未満である。電圧昇圧エネルギー抽出器が、エネルギー抽出および準備のためにＰＶステーション内で必要とされる。電圧昇圧エネルギー抽出器は、時間変動低電圧ＤＣ源を、固定された高電圧ＤＣエネルギー源へとコンディショニングする。

【0018】

[0033]図２Ａは、インダクタＬと、フィードバック制御デューティファクタ調整器（ｆｅｅｄｂａｃｋ ｃｏｎｔｒｏｌ ｄｕｔｙ ｆａｃｔｏｒ ａｄｊｕｓｔｅｒ）ＦＣＤＦＡ（示されない）により調節される制御可能スイッチＱと、ダイオードＤと、コンデンサＣとからなるＤＣ／ＤＣ昇圧モジュール２０１の電圧昇圧器回路を描写する。スイッチＱは、調整可能デューティファクタによって、高周波数（典型的には、市販製品において約１８ｋＨｚ）で切り替えられる。フィードバック制御デューティファクタ調整器（ＦＣＤＦＡ）は、このＤＣ／ＤＣ昇圧モジュール２０１が、実質的に一定のＤＣ出力電圧（ｖ_０）を生み出すように、調整可能デューティファクタを調節する。換言すれば、このＤＣ／ＤＣ昇圧モジュール２０１は、時間変動電圧を伴うＤＣエネルギー源を、シーケンス内の後続のデバイス（すなわち、図１Ａの事例においてはＤＣ／ＡＣ変換モジュール２２３）に適する、固定されたＤＣ電圧ｖ_０（典型的には、ｖ_０＝ｖ_ｐｋ、ただし、ｖ_ｐｋはＡＣグリッドのピーク電圧である）を有するエネルギー源へと修正する。この後続のＤＣ／ＡＣ変換モジュールは、指定されたピーク電圧を伴うＤＣ電力を、電力グリッド規約に適合する正弦電力系列の形式でのＡＣ電力へと変換する。

【0019】

[0034]スイッチＱがオンである期間の間、設計されたインダクタＬは、エネルギーを入力ユニット（図１Ａの事例においては、ＰＶ太陽ストリング１０１）から抽出する。具体的には、インダクタＬは、ＰＷＭスイッチのフィードバック制御されるデューティファクタにより指定される時間期間の中で、入力電力により充電される。この充電は、スイッチＱの両端の電圧ｖ_ＳＷを、スイッチの両端の電圧ｖ_ＳＷが適正な値に達するまで、入力電圧ｖｉｎの方へと上の方に促して発生する。スイッチＱがオフである期間の間、電流が、インダクタＬからダイオードＤを通って流れて、設計されたコンデンサＣを充電し、かくして、所望される出力電圧（グリッド接続事例においては、ｖ＝ｖ_０＝ｖ_ｐｋ）に等しい定常状態電圧を生み出す。フィードバック制御を使用して、適正に設計された固定されたＰＷＭ周波数のスイッチＱのオン－オフ期間のデューティファクタを調整することにより、出力電圧をｖｉｎから、ＡＣ電力グリッド指定されたピーク電圧ｖ_０＝ｖ_ｐｋに、上に昇圧することができる。かくして、この電圧昇圧回路は、後続のＤＣ／ＡＣ変換モジュールへの出力に適したピーク電圧を生み出すことができる。上記の描写された回路は、当技術分野において「昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ」または「昇圧コンバータ」と称される。

【0020】

[0035]上記で説明されたように、昇圧コンバータは、時間変動電圧ＤＣ源（例えばＰＶストリング）を、ＡＣ電力グリッドのピーク電圧に等しくあり得る実質的に一定の電圧を有するＤＣ源に修正するように設計される。供給ピーク電圧が正常動作において１つのＡＣサイクル内で減衰することを防止するために、適切な静電容量が、図２Ａにおいて描写される昇圧回路のコンデンサＣに対して設計されるということに留意されたい。すなわち、このコンデンサＣは、１つのＡＣサイクルにわたって実質的に一定であるように電圧を維持するためのものである。この説明される機能を実行するコンデンサは、しばしば、当技術分野において「ＤＣリンク」コンデンサと称される。電力グリッド規約は、ＤＣリンクの両端の電圧変動をまさにほとんど許容しない。それゆえに、ＤＣリンクコンデンサは、大きい余剰エネルギーを貯蔵するようには設計されず、なぜならば、そのように行うことは、ＡＣ電力グリッドの最大の許容される電圧変動の中にとどまるために、巨大な（およびかくして高価な）コンデンサを要することになるからである。

【0021】

[0036]図２Ｂは、インダクタＬＬと、デューティファクタ調整器ＤＦＡにより調節される制御可能スイッチＱＱと、ダイオードＤＤと、ＤＣリンクコンデンサＣＣとからなる典型的なＤＣ／ＡＣ変換モジュール２２３を描写する。スイッチＱＱは、調整可能デューティファクタによって、高周波数（典型的には、市販製品において約１８ｋＨｚ）で切り替えられる。スイッチＱＱ（しばしば「ＰＷＭスイッチ」と呼称される）は、パルス幅変調器（ＰＷＭ）信号により調節される。このＰＷＭスイッチのデューティファクタは、この変換モジュール２２３の生み出されるＡＣ電力系列が電力グリッド規約に適合するように、デューティファクタ調整器ＤＦＡにより調節される。描写されるＤＣ／ＡＣ変換モジュール２２３は、当技術分野において「降圧コンバータ」と称される。ＤＦＡと関連付けられる降圧コンバータ２２３は、指定されたピーク電圧を伴うＤＣエネルギー源を、正弦ＡＣ電力系列へと変換することができる。この脈動ＡＣ電力系列は、（図１Ａの極性／同期性コントローラ２２４の例である）図２Ｃにおいて描写されるスイッチブリッジ構造を通して、および次いで、変圧器（例えば、図１Ａの変圧器２２５）を通して、および、グリッド（例えば、図１Ａのグリッド３００）内に送られる。説明されるように、スイッチブリッジ構造は、極性および同期性コントローラとして作用する。

【0022】

[0037]図２Ｃにおいて描写されるように、スイッチＳ１およびＳ２が両方オンであり、スイッチＳ３およびＳ４がオフであるとき、正電圧が負荷をまたいで付与される。逆に、スイッチＳ３およびＳ４がオンであり、スイッチＳ１およびＳ２がオフであるとき、負電圧が負荷をまたいで付与される。この切り替えが、電力グリッド内の正／負電圧（またはゼロ電圧交差）遷移を検知する同期レギュレータ（図２Ｃにおいて示されない）により制御されるとき、このブリッジ構造２２４（デューティファクタ調整器ＤＦＡと組み合わされる）は、単相ＤＣ／ＡＣコンバータの出力極性および同期性を効果的に制御することができる。

【0023】

[0038]同期レギュレータは、純粋な正弦電力波形が生み出されるように、時間変動ＰＷＭデューティファクタ調整を適時に調節することができ、その正弦電力波形は、要されるＡＣ角周波数ωを伴う、要されるＡＣピーク電圧ｖ_ｐｋを伴う、および、グリッドの対応する電力線と同期するその波形の位相θを伴う、ｃｏｓ^２（ωｔ＋θ）により表される。固定された電圧ＤＣ入力と、ならびに、グリッド内の寄生インダクタンスおよび寄生静電容量と合体するとき、インダクタＬＬおよびコンデンサＣＣは、実際には低減されることが、または省略されることさえある。当技術分野において、用語「コンバータ」および「インバータ」（ならびに、ついでに言えば、「変換」および「逆変換」）は、互換的であり、かくして、本明細書において互換的である。

【0024】

[0039]デューティファクタ調整器ＤＦＡは、降圧コンバータのスイッチＱＱをターンオン／オフするための設計によって、時間の関数としてデューティファクタを調整する。かくして、適正に設計された回路、および、準備されたピーク電圧によって、この変換モジュールは、ＡＣ電力グリッド規約の要件を含む設計要件を順守する、所望される出力電圧値、電力形式、周波数、および位相、ならびに、グリッドの対応する電力線の位相を生み出すことができる。グリッド接続されたユニットの事例において、ＡＣ同期レギュレータ（典型的には、ＤＣ／ＡＣコンバータに作り付けられる）が、電力グリッドのピーク電圧がドリフトする事例において、および／または、電力グリッドの周波数がドリフトする事例において、準備されたＡＣ電力出力を電力グリッドとともにドリフトさせるために用いられる。そのような生み出されるＡＣ電力（電圧ではない）信号が、図２Ｅにおいて描写される。換言すれば、上記で説明されたＰＷＭエネルギー抽出器を使用して、単相ＤＣ／ＡＣコンバータは、固定された電圧ＤＣエネルギー源からのＤＣ電気エネルギーを、電力グリッド規約に適合するＡＣ電力へと、抽出および変換することができる。

【0025】

[0040]非常に重要なことには、上記の単相インバータの出力電力、Ｐ（ｔ）は、ｃｏｓ^２（ωｔ＋θ）の形式によって時間的に変動するということに留意されたい。かくして、特定の時間期間にわたって、電力グリッドの電力線を通して伝達されるエネルギーは、この期間にわたる、その時間変動出力電力系列の積分に等しい。結果的に生じる積分値は、同じ時間期間にわたるエネルギー源の一定ＤＣ電力の積分のうちの半分のみに等しい。換言すれば、上記で説明された従来の単相インバータは、ＤＣエネルギー源により提供されるエネルギーのうちの多くて半分のみを抽出および変換することのみができる。残余の、および使用されないエネルギーは、かくして、利用可能な入力エネルギーのうちの半分より多い。この残余の量が、上記の参照される特許公報において説明される余剰エネルギーの大部分の一因となる。

【0026】

[0041]後に続く分析の目的のために、ＤＣエネルギー源は、いくつかのＡＣ電力サイクルの期間内で一定電力Ｐ_ｍｘのものであるということを想定する。図２Ｅは、１つのＰＷＭサイクル（期間Ｄを有する）内の抽出されるＤＣエネルギーパルスを描写する。明示されることになるように、抽出されるＤＣ電力Ｐ_ｘは、ＤＣ電力Ｐ_ｍｘ以下である。このＰＷＭサイクルにおいてのデューティファクタｄ（ｔ）／Ｄは、生み出される電力が、電力グリッド規約に適合する、および、θがグリッドの対応する電力線の位相である、Ｐ_ｘ＊ｃｏｓ^２（ωｔ＋θ）に実質的に等しいように、ｄ（ｔ）／Ｄ＝ｃｏｓ^２（ωｔ＋θ）に等しい値に調整される。図２Ｅ（具体的には、図２Ｅの下半分）は、さらには、１つのＰＷＭ期間として時間区間Ｄを伴う電力－時間空間（エネルギー空間と呼ばれる）を描写し、入力ＤＣ電力がＰ_ｍｘであり、抽出される電力がＰ_ｘである。

【0027】

[0042]図２Ｅにおいて描写されるように、このエネルギー空間は、３つの領域に分割される。領域Ｉは、抽出される電力Ｐ_ｘを伴う、および、Ｄ＊ｃｏｓ^２（ωｔ＋θ）の時間持続期間を伴う、抽出されるＤＣエネルギーパルスを表し、そのエネルギーパルスは、ＰＷＭ抽出時間に対応する任意の時間ｔにおいて、Ｐ（ｔ）＝Ｐ_ｘ＊ｃｏｓ^２（ωｔ＋θ）の単相ＡＣ電力に変換される。領域Ｉは、さらには「エネルギー抽出される区域」または「エネルギー抽出される領域」と呼称される。エネルギー源の電力Ｐ_ｍｘと電力Ｐ_ｘとの中間の区域が、領域ＩＩＩである。領域ＩＩは、ＰＷＭ期間Ｄ内のエネルギー抽出される区域の後の区域である。領域ＩＩおよびＩＩＩの組み合わされた区域は、このエネルギー空間内の余剰エネルギー区域を表す。余剰エネルギー区域（領域）内のエネルギーは、抽出されず、ＡＣ電力へと変換されず、かくして、従来のように利用されない。代わりに、この余剰エネルギーは、結局は熱として吸収される。

【0028】

[0043]反復して言えば、従来のＤＣ／ＡＣ単相コンバータは、電圧昇圧モジュールを用いて、時間変動電圧を伴うＤＣ電力源を、グリッドのピーク電圧などの、実質的に一定の、および特定の電圧を伴うＤＣ電力源へと修正する。このＤＣ源は、ＰＷＭ抽出器が、一定電圧ＤＣ入力エネルギーを脈動ＤＣ電力信号へと抽出および変換するための入力ＤＣ源として働く。１つのＰＷＭサイクルにおいてのデューティファクタが、時間ｔにおいてｃｏｓ^２（ωｔ＋θ）により調節されるとき（ただし、位相θは、電力グリッドの対応する電力線の位相である）、出力電力形状は、ＡＣ電力規約に適合する。高いレベルにおいて、各々のＰＷＭサイクルのエネルギー空間は、２つの領域 － 抽出されるエネルギー領域（例えば、図２Ｅにおいての領域Ｉ）、および、余剰エネルギー領域（例えば、図２Ｅにおいての領域ＩＩおよび領域ＩＩＩの組み合わせ）からなる。抽出されるエネルギーは、かくして、ＡＣ電力に変換され、電力グリッドの対応する電力線に提供され、これに対し、余剰エネルギーは、ＭＥＵＰＴオプティマイザなどのデバイス内に捕捉および貯蔵されない限り、熱へと変えられる。

【0029】

[0044]上記で説明されたように、参照される特許公報は、余剰エネルギーの量が、時間のいくつかのＡＣ期間を通して積分されるとき、少なくとも、抽出されるエネルギーと同じほど大きいということを教示する。換言すれば、従来の単相ＤＣ／ＡＣコンバータは、入力ＤＣエネルギーのうちの多くて半分を抽出および変換することのみができる。すなわち、従来の単相ＤＣ／ＡＣコンバータを使用するとき、入力ＤＣエネルギーのうちの少なくとも半分は、余剰エネルギーになることになり、その余剰エネルギーは、抽出されず、変換されず、電力グリッドに伝達されず、負荷により利用されず、結局は熱へと変わることになる。

【0030】

[0045]参照される特許公報は、さらには、単相ＤＣ／ＡＣコンバータの非効率的なエネルギー抽出の根本原因が、従来の３相ＤＣ／ＡＣコンバータへと尾を引くということを力説した。このことはなぜならば、本質的には、３相ＤＣ／ＡＣコンバータは、抽出および変換の機能を実行し、１２０°位相差を伴う、３つの電力線対への同様の時間平均されたＡＣ電力を伝達する、３つの単相ＤＣ／ＡＣコンバータのセットからなるからである。

【0031】

[0046]第２節：従来の３相インバータにおいてのエネルギー抽出
[0047]従来の３相ＤＣ／ＡＣコンバータに作り付けられる３つの単相ＤＣ／ＡＣコンバータが存する。３つの単相ＤＣ／ＡＣコンバータの各々は、１つのＰＷＭエネルギー抽出器を装備させられる。３つのエネルギー抽出器は、それらが同じ周波数（「ＰＷＭ周波数」と命名される）で動作するように、同時レギュレータにより調節される。図３Ａは、対応するＰＷＭエネルギー抽出器の３つの回路３０１、３０２、および３０３を描写する。各々の回路３０１、３０２、および３０３は、単相エネルギー抽出器と同じであり、上記で説明された同じ動作原理を使用する。単相エネルギー抽出器３０１は、Ａ相ＡＣ電力を出力し、スイッチＱ_Ａを有し、単相エネルギー抽出器３０２は、Ｂ相ＡＣ電力を出力し、スイッチＱ_Ｂを有し、単相エネルギー抽出器３０３は、Ｃ相ＡＣ電力を出力し、スイッチＱ_Ｃを有する。同時レギュレータ３１０が、３つのエネルギー抽出器内の３つのスイッチＱ_Ａ、Ｑ_Ｂ、Ｑ_Ｃを同時にターンオンして、エネルギー抽出を同じ時間に、同じ周波数によって、ただし異なるデューティファクタによって、開始するために用いられる。

【0032】

[0048]ＤＣエネルギー源は、１つのＡＣサイクル内でＤＣ一定入力電力Ｐ_ｍｘを有するということを想定する。さらには、１つのＰＷＭ期間がＡＣサイクル全体の小さい何分の１かであるということが真であるということを想定する。図３Ｂは、１つのＰＷＭ期間内のＤＣ入力電力を描写する。１つのＰＷＭサイクル内で、３つのエネルギー抽出器により抽出されるエネルギーが、図３Ｃにおいて象徴的に提示される。抽出される電力高さは、図３ＢにおいてのＤＣ電力入力Ｐ_ｍｘの１／３より低い、図３ＣにおいてのＰ_ｘとして指示される。Ａ相エネルギー抽出器に対するこのＰＷＭサイクルにおいてのデューティファクタは、取り立てられる電力が、単相ＡＣ規約に適合するＰ_ｘ＊ｃｏｓ^２（ωｔ）（またはＰ_ｘ＊ｓｉｎ^２（ωｔ））に等しいように、ｃｏｓ^２（ωｔ）（またはｓｉｎ^２（ωｔ））に等しいように調整される。同様に、Ｂ相エネルギー抽出器に対するこのＰＷＭサイクルにおいてのデューティファクタは、取り立てられる電力が、Ｐ_ｘ＊ｃｏｓ^２（ωｔ＋１２０°）（またはＰ_ｘ＊ｓｉｎ^２（ωｔ＋１２０°））に等しいように、ｃｏｓ^２（ωｔ＋１２０°）（またはｓｉｎ^２（ωｔ＋１２０°））に等しいように調整される。さらには、Ｃ相エネルギー抽出器に対するこのＰＷＭサイクルにおいてのデューティファクタは、取り立てられる電力が、Ｐ_ｘ＊ｃｏｓ^２（ωｔ－１２０°）（またはＰ_ｘ＊ｓｉｎ^２（ωｔ－１２０°））に等しいように、ｃｏｓ^２（ωｔ－１２０°）（またはｓｉｎ^２（ωｔ－１２０°））に等しいように調整される。さらには、３相ＡＣ出力の位相差は、３相電力グリッド規約との適合性において、１２０°であるように保たれる。

【0033】

[0049]典型的な従来の３相ＤＣ／ＡＣコンバータのエネルギー抽出（図３Ｃにおいて象徴的に描写される）は、時間ドメインにおいて重なるということに注目されたい。時間ドメインにおいて重なるエネルギー抽出は、本明細書において「同時エネルギー抽出」と呼称され、同時エネルギー抽出を指図するレギュレータ（図３Ａにおいて示される）は、本明細書において「同時レギュレータ」と呼称される。

【0034】

[0050]エネルギー保存の法則（電気エネルギー源の特性は動的に変化し得るという事実と組み合わされる）は、同時エネルギー抽出においての３つの電力抽出の高さの合計が、入力ＤＣ電力源Ｐ_ｍｘより大でないこと、すなわち、Ｐ_ｍｘ＞Ｐ_ｘ＋Ｐ_ｘ＋Ｐ_ｘ、すなわち、Ｐ_ｘ＜（１／３）Ｐ_ｍｘを強いることになる。従来の３相ＡＣ電力出力の総計は、Ｐ（ｔ）＝Ｐ_ｘ（ｓｉｎ^２（ωｔ）＋ｓｉｎ^２（ωｔ＋１２０°）＋ｓｉｎ^２（ωｔ－１２０°））、または、Ｐ（ｔ）＝Ｐ_ｘ（ｃｏｓ^２（ωｔ）＋ｃｏｓ^２（ωｔ＋１２０°）＋ｃｏｓ^２（ωｔ－１２０°））である。（ｓｉｎ^２（ωｔ）＋ｓｉｎ^２（ωｔ＋１２０°）＋ｓｉｎ^２（ωｔ－１２０°））＝（ｃｏｓ^２（ωｔ）＋ｃｏｓ^２（ωｔ＋１２０°）＋ｃｏｓ^２（ωｔ－１２０°））＝３／２であるということが示され得る。かくして、Ｐ（ｔ）＝（３／２）Ｐ_ｘ＜（３／２）＊（１／３）Ｐ_ｍｘ＝１／２Ｐ_ｍｘである。すなわち、同時エネルギー抽出の実践に起因して、従来のＤＣ／ＡＣコンバータの総計は、（１／２）Ｐ_ｍｘ、ＤＣ入力電力のうちの半分より大になり得ない。

【0035】

[0051]換言すれば、従来の３相ＤＣ／ＡＣコンバータ（同時エネルギー抽出を用いる）の総合的なＡＣ電力出力は、ＤＣ入力電力のうちの半分より大になり得ない。すなわち、従来の３相ＤＣ／ＡＣコンバータは、コンバータがＰＶ電力ステーションに組み込まれるときに、光起電力（ＰＶ）太陽ストリング内で生み出される電力のうちの半分未満を抽出および変換することのみができる。そして、ＰＶで生み出されるＤＣ電力のうちの少なくとも半分は、余剰電力になり、その余剰電力が、ＭＥＵＰＴデバイスなどのデバイス内に捕捉および貯蔵されない限り、その余剰電力は、ある時点で熱へと変わる。

【0036】

[0052]反復して言えば、基本的には、従来の３相ＤＣ／ＡＣコンバータは、３つの単相ＤＣ／ＡＣコンバータを、単相ＤＣ／ＡＣコンバータとして抽出および変換機能を実行するように動作させ、１２０°位相差を伴う、３つまたは４つの対の電力線への同様の時間平均されたＡＣ電力を伝達する。換言すれば、従来の３相ＤＣ／ＡＣコンバータは、３つの単相ＤＣ／ＡＣコンバータを動作させるＤＣ／ＡＣコンバータである。各々の単相ＤＣ／ＡＣコンバータは、そのＤＣ入力電力（入力ＤＣ電力の１／３に等しい）のうちの半分を抽出し、抽出されるＤＣ電力の量を、１２０°位相差を伴うＡＣ電力へと変換し、３つの単相ＡＣ電力出力を３つまたは４つの電力電線の電力グリッドに送る。各々の電力線は、同じ周波数（ＡＣ電力周波数）を伴う、時間平均された電力の同じ量を伴う、ただし１２０°位相差を伴う、１つの単相ＡＣ電力を搬送する。用語、電力電線および電力ケーブルは、当技術分野において、および本明細書において互換的である。

【0037】

[0053]参照される特許公報において説明される、および、上記の理論的導出において再確認される、導出される結果によれば、（３相ＤＣ／ＡＣコンバータ内の）各々の単相コンバータは、各々の単相ＡＣ電力出力において、入力ＤＣ電力（生成されるＤＣ電力の１／３以下である）のうちの半分未満を抽出および変換する。それゆえに、任意の時間においての、任意の従来の３相ＤＣ／ＡＣコンバータからの、総合的な最大の（抽出および変換される）３相ＡＣ電力出力は、生み出されるＤＣ電力のうちの多くて半分であるのみであり得るものであり、すなわち、Ｐ（ｔ）＝３＊（１／２）＊（１／３）Ｐ_ｍｘ＝（１／２）Ｐ_ｍｘである。

【0038】

[0054]強調すれば、上記の理論的導出は、従来の３相ＤＣ／ＡＣコンバータ業界内の同時エネルギー抽出を使用することの共通設計実践によりもたらされる厳しい帰結を明らかにする。この共通設計実践は、３相ＤＣ／ＡＣコンバータ業界内で、長い歳月の間、業界が厳しい帰結の存在について知ることさえなく則られてきた。この同時エネルギー抽出実践は、上記の理論的導出においてまさに初めて明らかにされる厳しい帰結を結果的に生じさせる。この厳しい帰結は、従来の３相ＤＣ／ＡＣコンバータからの３つのＡＣ電力出力の総計が、ＤＣ電力入力のうちの半分未満であるということである。この明らかにされた共通設計実践は、グリーンエネルギー電力業界内で、とりわけＰＶ太陽電力業界内で、長い歳月の実践であったことが確認される。

【0039】

[0055]異なるように言い換えれば、従来のＰＶ太陽電力業界は、同時エネルギー抽出を実践する。翻って、エネルギー保存法則（電気エネルギー源の特性は動的に変化し得るという事実と組み合わされる）は、３つの抽出される電力高さＰ_ｘの総計が、ＰＶで生成されるＤＣ電力源Ｐ_ｍｘの３分の１未満であること（すなわち、Ｐ_ｘ＜（１／３）Ｐ_ｍｘ）を強いることになる。従来の３相ＡＣ電力出力の総計は、Ｐ（ｔ）＝（３／２）Ｐ_ｘであり、そのＰ（ｔ）は、（３／２）＊（１／３）＊Ｐ_ｍｘ＜（１／２）Ｐ_ｍｘである、すなわち、ＰＶで生み出されるＤＣ電力のうちの半分より小さいということが、次いで示され得る。それゆえに、ＰＶで生成されるＤＣ電力のうちの少なくとも半分は、従来の３相ＤＣ／ＡＣコンバータを使用するときに余剰電力になる。余剰エネルギーのこの量は、その余剰エネルギーが、ＭＥＵＰＴオプティマイザなどのデバイス内に捕捉および貯蔵されない限り、ついには熱へと変わる。

【0040】

[0056]上記で説明されたように、入力ＤＣ電力のうちの少なくとも半分は、従来の３相ＤＣ／ＡＣコンバータを使用するときに余剰電力になり得る。本明細書において開示されるこの情報を与えられると、次の質問は、「２つ以上の追加的な従来の３相ＤＣ／ＡＣコンバータをただ用いて、ＤＣ余剰エネルギーを抽出し、変換して、ＡＣ電力を提供することができるか？」ということであり得る。答えは、本明細書において以降説明される理由のために否定的である。

【0041】

[0057]図４において描写されるように、３相ＤＣ／ＡＣコンバータ４２１０および４２２０（各々は呼び電力定格Ｐ_ｍｘを伴う）の２つの同一のセットが、余剰エネルギーを捕捉および貯蔵するためのデバイス（ＭＥＵＰＴオプティマイザなど）を伴わずに、ＤＣ電力源Ｐ_ｍｘを供給するＰＶ生成器４１１０に接続される。エネルギー保存の法則は、２つの並列接続されるＤＣ／ＡＣコンバータ４２１０および４２２０の各々が、電力強さＰ_ｍｘを伴う総合的な入力ＤＣ電力のうちの半分を取り出す（すなわち、各々のコンバータに対して１／２Ｐ_ｍｘのみを電力入力として取り出す）ことを可能とするのみであることになる。換言すれば、２つの同一の３相ＤＣ／ＡＣコンバータの各々は、１／２Ｐ_ｍｘの入力ＤＣ電力を有する。

【0042】

[0058]３つのエネルギー抽出器（従来の３相ＤＣ／ＡＣコンバータ内の）は、同時エネルギー抽出を実践するということを想起されたい。上記で説明されたように、３相ＤＣ／ＡＣコンバータの各々は、ＤＣ電力入力のうちの半分を変換して、（１／２）＊（１／２）＊Ｐ_ｍｘ、すなわちＰ_ｍｘの１／４であるＡＣ電力出力を生み出すことのみができる。２つのコンバータの総合的なＡＣ電力出力は、依然として（１／２）Ｐ_ｍｘに等しい、Ｐ_ｍｘの２＊（１／４）である。同様の分析が、どちらも、より大きな電力定格を持たされる、または、より多いＤＣ／ＡＣインバータを設けられるという事例に対して、同じ結論を導出するように実行され得る。再び強調すれば、同時エネルギー抽出は、生み出されるＤＣ電力のうちの半分より多いものが余剰エネルギーになることを結果的に生じさせる根本原因である。

【0043】

[0059]次の質問は、「太陽の生み出される電力のうちの半分が、従来の３相ＤＣ／ＡＣコンバータにより抽出されるときに余剰エネルギーになるということを決定的に証明するための実験を実行することができるか？」ということであり得る。後に続く節は、太陽の生み出される電力のうちの少なくとも半分が、従来の３相ＤＣ／ＡＣコンバータにより抽出されるときに余剰エネルギーになるということを証明するための実験を説明する。

【0044】

[0060]第３節：実験的な決定的証明
[0061]ＭＥＵＰＴオプティマイザは、この残余の電気エネルギー － 余剰エネルギーを捕捉／利用するように設計される。ＭＥＵＰＴオプティマイザを組み込みつつ、後に続くことは、太陽の生み出される電力のうちの少なくとも半分が、従来の３相ＤＣ／ＡＣコンバータにより抽出されるときに余剰エネルギーになるということを決定的に証明することを設計した実験の、実験的セットアップ、および、ステップ単位の実行（ｅｘｅｃｕｔｉｏｎｓ）を説明する。

【0045】

[0062]図６Ａは、２つのＡＣ電力生産ユニット６１００Ａおよび６２００Ａを備えるＰＶ電力ステーション６０００Ａの開始セットアップを描写する。ＡＣ電力生産ユニット６１００Ａおよび６２００Ａの各々は、ブラインドＭＰＰＴ適合を実践し、３相ＡＣ電力を電力グリッド６６００Ａに提供する。ＡＣ電力生産ユニット６１００Ａは、ＤＣ電力生成器（３０ｋＷ）６１１０Ａと、３相ＤＣ／ＡＣ（３０ｋＷ）コンバータ６１３０Ａとからなる。ＡＣ電力生産ユニット６２００Ａは、ＤＣ電力生成器（３０ｋＷ）６２２０Ａと、３相ＤＣ／ＡＣ（３０ｋＷ）コンバータ６２３０Ａとからなる。電力生成器６１１０Ａは、２つの並列接続されるＰＶストリング６１１１Ａおよび６１１２Ａを使用して、ＤＣ電気を生成する。電力生成器６２２０Ａは、別の２つの並列接続される太陽ストリング６２２１Ａおよび６２２２Ａを使用して、ＤＣ電気を生成する。４つのＰＶストリングの各々は、各々のパネルが正午および晴天において３００Ｗの電力を生み出す能力がある、２５個の直列接続される太陽パネルからなる。

【0046】

[0063]ＤＣ電力生成器６１１０Ａは、ＤＣ電力を３相ＤＣ／ＡＣコンバータ６１３０Ａに供給し、ＤＣ電力生成器６２２０Ａは、ＤＣ電力を３相ＤＣ／ＡＣコンバータ６２３０Ａに供給する。これらの２つのコンバータ６１３０Ａおよび６２３０Ａは、次いで、供給されるＤＣ電力を３相ＡＣ電力へと変換する。実験において、電力生産ユニット６１００Ａおよび６２００ＡのＡＣ出力電力は、２つの３相ＡＣワットメータ（ｋＷでの）６３５１Ａおよび６３５２Ａそれぞれにより測定された。これらの２つの電力生産ユニット６１００Ａおよび６２００ＡのＡＣエネルギー生産（ｋＷ＊時での）が、さらには、２つのｋＷ時メータ６３６１Ａおよび６３６２Ａそれぞれにより測定された。生み出された３相ＡＣ電力は、次いで、変圧器６５００Ａを経てグリッド６６００Ａに提供された。ＰＶ電力ステーションが動作させられ、２つのＡＣ電力生産ユニット６１００Ａおよび６２００Ａのエネルギー生産が、７日の間測定された。

【0047】

[0064]２つのｋＷ時メータの読み取り値は、この時間期間の間、毎日等しい値を示した。このことは、これらの２つの電力生産ユニット６１００Ａおよび６２００Ａのすべての要素（測定のための機器の２つのセットを含む）が実質的に同一であるという高い信頼を提供する。このステップの後、２つのＡＣ電力生産ユニットのうちの一方６２００Ａは、変化させられずに保たれ、これに対し、他方のＡＣ電力生産ユニット６１００Ａは、図６Ｂの左手側において描写されるように、異なる構成６１００Ｂによって修正された。

【0048】

[0065]図６Ｂの電力生産ユニット６２００Ｂは、修正されない図６Ａの電力生産ユニット６２００Ａである。さらには、図６Ｂの要素６３５１Ｂ、６３６１Ｂ、６３５２Ｂ、６３６２Ｂ、６５００Ｂ、６６００Ｂは、図６Ａの要素６３５１Ａ、６３６１Ａ、６３５２Ａ、６３６２Ａ、６５００Ａ、６６００Ａそれぞれと同じである。さらにまた、電力生産ユニット６１００Ｂの構成は、図６Ｂにおいて、図６Ａの電力生産ユニット６１００Ａと異なるが、図６Ｂの電力生産ユニット６１００Ｂの要素のうちの一部は、図６Ａの電力生産ユニット６１００Ａの中に含まれるものと同じである。実例として、図６ＢのＰＶストリング６１１１Ｂおよび６１１２Ｂは、図６ＡのＰＶストリング６１１１Ａおよび６１１２Ａそれぞれと同じである。同じように、図６ＢのＤＣ／ＡＣコンバータ６１３０Ｂは、図６ＡのＤＣ／ＡＣコンバータ６１３０Ａと同じである。

【0049】

[0066]後に続くロク（６）個のステップは、どのように電力生産ユニット６１００Ａが６１００Ｂの構成へと修正されたかを説明し、図６Ｂにおいての左手側に関して説明される。ステップ１は、減結合ダイオードのセット６３１１Ｂを、太陽ストリング６１１１Ｂおよび６１１２Ｂと、３相ＤＣ／ＡＣコンバータ６１３０Ｂとの中間に追加することであったものであり、そのことは、ブラインドＭＰＰＴ適合を実践している。ステップ２は、エネルギー貯蔵器６４１０Ｂを構成内へと追加することであった。ステップ３は、エネルギー貯蔵器６４１０Ｂを、減結合ダイオードの別のセット６３１２Ｂを通して、およびスイッチＳＷ１を通して、ＤＣ／ＡＣコンバータ６１３０ＢのＤＣ端子に接続することであった。ステップ４は、別の３相ＤＣ／ＡＣコンバータ６１３０Ｓ（２０ｋＷ）を構成内へと追加することであったものであり、そのコンバータ６１３０Ｓは、設計されたＭＥＵＰＴコントローラ６４２０Ｂの指図によって動作させられた。ステップ５は、ＤＣ／ＡＣコンバータ６１３０Ｓを、減結合ダイオードの別のセット６３１３Ｂを通して、およびスイッチＳＷ２を通して、エネルギー貯蔵器６４１０Ｂに接続することであった。ステップ６は、コンバータ６１３０Ｓの出力端子を、スイッチＳＷ３を通して、電力およびエネルギー測定機器セット６３５１Ｂおよび６３６１Ｂに接続することであった。言及される「減結合ダイオードセット」は、当技術分野において「ブロッキングダイオード」と称されるダイオードであり得るということに留意されたい。スイッチＳＷ１、ＳＷ２、およびＳＷ３は、関連性のあるデバイスが、下記で説明される設計された実験的実行（ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ）ステップにおいて、適正な時間において実験に導入され（または、実験から除去され）得るように、図６Ｂにおいて描写されるように追加されるということに、さらには留意されたい。

【0050】

[0067]上記の修正が為された後の最初の夜、ＳＷ１がターンオンされ、これに対し、スイッチＳＷ２およびＳＷ３はターンオフされた。コンバータ６１３０Ｂおよび６２３０Ｂは、次の朝早くに作動することを開始した。電力生産ユニット６１００Ｂおよび６２００Ｂの２つの出力を測定する電力メータ６３５１Ｂおよび６３５２Ｂは、同じ読み取り値を示した。貯蔵器６４１０Ｂが、さらには、貯蔵器６４１０Ｂの高端子電圧の測定により指示されるように充電することを始めた。システムは、最初の日に終日の間、説明されたように動作した。２つの電力生産ユニット６１００Ｂおよび６２００Ｂから提供された、測定されたエネルギーは、ｋＷ時メータ６３６１Ｂおよび６３６２Ｂの読み取り値において示されたように等しかった。この実験的ステップは、追加された減結合ダイオードセット６３１１Ｂおよび貯蔵器６４１０Ｂが、電力生産ユニット６１００Ｂの電力およびエネルギー生産を変化させなかったということを明示した。

【0051】

[0068]スイッチＳＷ１、ＳＷ２、およびＳＷ３は、最初の日の動作の後の夜（２番目の夜）にターンオンされた。コンバータ６１３０Ｂおよび６２３０Ｂは、早朝（２番目の日）に早くに作動することを開始し、これに対し、コンバータ６１３０Ｓは、コンバータ６１３０Ｂおよび６２３０Ｓが作動することを開始した約１５分後において、より低い電力変換レベルで作動することを開始した。その後、コンバータ６１３０Ｓは、約２分ごとにその変換電力レベルが増大したが、そのことは、コントローラ設計、および、貯蔵器エネルギーレベルの増分と矛盾しない。電力メータ６３５１Ｂ（ユニット６１００Ｂに対する）の読み取り値は、ほとんど日没までの全日の間、電力メータ６３５２Ｂ（ユニット６２００Ｂに対する）の読み取り値の約２倍に達した。２番目の日の終了までに２つの電力生産ユニット６１００Ｂおよび６２００Ｂから提供されたエネルギーは、２つのｋＷ時メータの読み取り値から導出された。結果は、修正された電力生産ユニット６１００Ｂから提供されたエネルギーが、修正されない電力生産ユニット６２００Ｂから提供されたエネルギーの２倍より多かったということを示した。後に続く連続した６日の間、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、およびＳＷ３はオンのままであり、修正された電力生産ユニット６１００Ｂから提供されたエネルギーは、一貫して、各々の日に、電力生産ユニット６２００Ｂのエネルギーの２倍より多かった。

【0052】

[0069]次の夜、スイッチＳＷ２およびＳＷ３がターンオフされた。電力生産ユニット６１００Ｂおよび６２００Ｂから提供された、測定されたエネルギーは、スイッチＳＷ２およびＳＷ３がオフのままであった様態の間、後に続く連続した５日の間、同じレベルに戻った。次の夜、スイッチＳＷ２およびＳＷ３が再びターンオンされた。電力生産ユニット６１００Ｂの測定されたエネルギー生産は、スイッチＳＷ２およびＳＷ３がオンのままであった様態で、後に続く連続した５日の間、毎日、電力生産ユニット６２００Ｂの測定されたエネルギー生産の２倍より再び多くなった。

【0053】

[0070]上記で説明されたように、この実験のステップ単位の実行（ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ）は、第２節において予測されたようなＰＶ電力ステーション内の余剰エネルギーの存在を決定的に証明する。具体的には、ＰＶ電力ステーション内で、生み出されるＤＣエネルギーが３相ＤＣ／ＡＣコンバータにより抽出されるとき、ＰＶで生み出されるエネルギーのうちの約半分が、依然として残余の余剰エネルギーとして存在する。

【0054】

[0071]上記で説明された望ましくない帰結を緩和するための２つの手立てが存する。第１の手立ては、参照される特許公報において説明される原理に則って、ＭＥＵＰＴオプティマイザをエネルギーシステムへと組み込むことである。他方の手立ては、Ａ相、Ｂ相、およびＣ相に対する提案されるデューティファクタ調整と関連付けられる逐次エネルギー抽出を実践することを提案する、本明細書において説明される原理に則ることである。

【0055】

[0072]第４節：提案される逐次エネルギー抽出
[0073]本明細書において説明される原理は、時間重なりエネルギー抽出の発生を防止することができる、Ａ相、Ｂ相、およびＣ相に対する逐次エネルギー抽出を実践することを提案する。逐次エネルギー抽出をどのすべてのＰＷＭ期間内でも実践するとき、Ａ相が、最初にＤＣエネルギーを適時に抽出し、Ｂ相が次いで、Ａ相抽出のすぐ後にＤＣエネルギーを適時に抽出し、最後にＣ相が、残っているＤＣエネルギーを適時に抽出する。そのように行うことにより、各々の相においてのエネルギー抽出の高さＰ_ｘは、Ｐ_ｍｘに等しい、その高さの最大値に達することができる。この帰結は、エネルギー抽出の高さがＰ_ｍｘの３分の１（１／３）に等しいのみであり得る、同時エネルギー抽出の実践と異なる。

【0056】

[0074]後に続く分析を直感的にするために、および、一般性を失うことなく、ＡＣ周波数は５０ヘルツであり、ＰＷＭ周波数は１８Ｋヘルツであるということを想定することにする。この想定は、あらゆるＰＷＭ期間の時間持続期間内で、ＡＣ電力位相角前進を厳密に１°にする。図５Ａは、この新しいエネルギー抽出器に対する提案される回路を描写する。エネルギー抽出の回路は、図３Ａにおいて描写される従来のものの回路と同様である。図３Ａにおいて描写される従来のエネルギー抽出器の同時レギュレータ３１０は、今から、図５Ａにおいて描写されるような逐次レギュレータ５１０により置き換えられるということに留意されたい。

【0057】

[0075]強調すれば、同時レギュレータにより調節されるエネルギー抽出器は、同時エネルギー抽出器であり、同時エネルギー抽出器により実行されるエネルギー抽出は、同時エネルギー抽出の決定的実践である。他方で、逐次レギュレータにより調節されるエネルギー抽出器は、逐次エネルギー抽出器であり、逐次エネルギー抽出器により実行されるエネルギー抽出は、提案される逐次エネルギー抽出の実践である。

【0058】

[0076]実施形態として、図５Ｂは、逐次レギュレータを用いて３つの相エネルギー抽出を調節する３相ＤＣ／ＡＣコンバータを描写する。このエネルギー抽出実践において、Ａ相エネルギー抽出は、ｄ_Ａ（ｔ）の時間持続期間を伴って、ＰＷＭサイクルの始まりにおいて開始するように配置構成され、Ｂ相エネルギー抽出は、ｄ_Ｂ（ｔ）の時間持続期間を伴って、Ａ相抽出の完了において開始するように配置構成され、Ｃ相エネルギー抽出は、ｄ_Ｃ（ｔ）の時間持続期間を伴って、Ｂ相エネルギー抽出の完了の後に続くように配置構成される。これらの３つのエネルギー抽出は、逐次的に、および切れ目なく実行するように配置構成される。時間ドメイン重なりエネルギー抽出は、図５Ｂにおいて描写されるように、発生しないということが認められ得る。現実においては、１つのエネルギー抽出の終了と、別のエネルギー抽出の始まりとの間に、若干の時間経過が存し得る。しかしながら、各々のＰＷＭサイクルの中のこの時間経過は、かなり小さく、および好ましくは、ＰＷＭサイクルの３３％、２０％、１０％、またはさらには１％より下に保たれ得る。それゆえに、各々の相においての電力抽出の高さＰ_ｘは、同時エネルギー抽出において使用される入力電力の何分の１か（１／３）と対照的に、その高さの最大値、入力ＤＣ電力Ｐ_ｍｘに等しいように設計され得る。

【0059】

[0077]１つのＰＷＭ期間の時間持続期間をＤとセットすることにする。Ａ相抽出に対するデューティファクタは、ｄ_Ａ（ｔ）／Ｄと定義され、Ｂ相抽出に対するデューティファクタは、ｄ_Ｂ（ｔ）／Ｄであり、Ｃ相抽出に対するデューティファクタは、次いでｄ_Ｃ（ｔ）／Ｄに等しい。さらにまた、本明細書において説明される原理は、これらの３つのデューティファクタの値を、ｄ_Ａ（ｔ）／Ｄ＝２／３ｃｏｓ^２（ωｔ）、ｄ_Ｂ（ｔ）／Ｄ＝２／３ｃｏｓ^２（ωｔ＋１２０°）、およびｄ_Ｃ（ｔ）／Ｄ＝２／３ｃｏｓ^２（ωｔ－１２０°）と割り当てることを提案する。３つのエネルギー抽出に対する対応する時間区間は、したがって、デューティファクタのそれぞれの値によって割り当てられ得る。これらの３つのエネルギー抽出の総合的な時間持続期間、ｄ_Ａ（ｔ）＋ｄ_Ｂ（ｔ）＋ｄ_Ｃ（ｔ）は、Ｄ、１つのＰＷＭ期間の時間区間に厳密に等しいということに留意されたい。

【0060】

[0078]上記で述べられたように、１つのＰＷＭ期間時間区間は、ＡＣ電力サイクル内の１°位相前進の区間に等しく、かくして、３つの位相差は、１２０°区間プラスまたはマイナス１°においてであることになり、そのことは、充分に既存の電力グリッドの許容範囲の中である。電力線の３つの対において搬送される電力の総計は、したがって、Ｐ（ｔ）＝Ｐ_Ａ（ｔ）＋Ｐ_Ｂ（ｔ）＋Ｐ_Ｃ（ｔ）＝Ｐ_ｍｘ（２／３）（ｃｏｓ^２（ωｔ）＋ｃｏｓ^２（ωｔ＋１２０°）＋ｃｏｓ^２（ωｔ－１２０°））＝Ｐ_ｍｘ（２／３）（３／２）＝Ｐ_ｍｘに等しい。換言すれば、任意の時間において、３相電力線において搬送される総合的な電力は、生み出されるＤＣ電力の量に実質的に等しい。換言すれば、逐次エネルギー抽出を実践するとき、残余の余剰エネルギーは存さない（または、かすかな残余の余剰エネルギーが存する）。別の言い方をすれば、逐次エネルギー抽出器を組み込むとき、３相ＤＣ／ＡＣコンバータは、ゼロまたは実質的にゼロの余剰エネルギーを伴って、生み出されるＤＣ電力のすべてまたは実質的にすべてを抽出することができる。

【0061】

[0079]反復して言えば、本明細書において説明される原理は、３相の、各々のエネルギー抽出を逐次的に、および切れ目なく開始することを提案する。３つの相エネルギー抽出が逐次事象になるとき、抽出電力高さは、ＤＣ入力電力Ｐ_ｍｘに等しいようにセットされ得る。本明細書において説明される原理は、Ａ相に対して２／３ｃｏｓ^２（ωｔ）、Ｂ相に対して２／３ｃｏｓ^２（ωｔ＋１２０°）、および、Ｃ相に対して２／３ｃｏｓ^２（ωｔ－１２０°）に等しい３つのデューティファクタを有することをさらに提案する。そのように行うことにより、これらの３相エネルギー抽出事象は、逐次的に生起することができ、エネルギー抽出の３つの事象は、厳密に１つのＰＷＭ期間内で、ならびに、Ａ相、Ｂ相、およびＣ相の間のすべてのＡＣ電力位相差が、１°の容認可能な許容範囲の中で１２０°である様態で、切れ目なく完了することができる。

【0062】

[0080]それゆえに、３相ＤＣ／ＡＣコンバータが、提案される逐次エネルギー抽出器を組み込むとき、ＤＣ／ＡＣコンバータは、次いで、設計され、太陽の生み出される電力全体Ｐ_ｍｘを、残余の余剰エネルギーを少しも伴わずに抽出および変換することができ、生み出されるＡＣ電力出力は、３相ＡＣ電力グリッド規約に適合することができる。

【0063】

[0081]第５節：逐次レギュレータの設計考慮事項
[0082]１つの実施形態において、ＰＷＭの開始を付与して、（２／３）Ｄ＊ｃｏｓ（ωｔ）の持続期間時間を伴うＡ相抽出を開始し、次いで、Ａ相抽出の信号変化（オン期間からオフ期間への）を付与して、開始、（２／３）Ｄ＊ｃｏｓ（ωｔ＋１２０°）の持続期間時間を伴うＢ相抽出をトリガし、次いで、Ｂ相抽出の信号変化（オン期間からオフ期間への）を付与して、開始、Ｃ相抽出をトリガすることができる。

【0064】

[0083]別の実施形態において、１つのＰＷＭ期間が決定的ＡＣ位相前進（言わば、１°）を生むので、誰しも、第１の値としてのＡ相抽出の決定的完了時間、および、第２の値としてのＢ相抽出の決定的完了時間を伴う表を構築することができる。この表は、全電力サイクルを使うための列の数（言わば、１８０°に対する１８０個の列）を内包することができる。３６０°の電圧サイクルは、１８０°ごとに電力サイクルを生み出すものであり、なぜならば、電力は電圧の２乗に比例し、正弦電圧波を２乗することは、２倍の周波数を伴う電力波を創出するからであるということに留意されたい。

【0065】

[0084]この時間表の各々の列内の２つの逐次時間線を使用して、設計は、Ａ相エネルギー抽出の開始時間（ＰＷＭの始まり）および終了時間（列内の第１の時間値）としての、Ｂ相エネルギー抽出の開始時間（列内の第１の時間値）および終了時間（列内の第２の時間値）に対する、ならびに、Ｃ相エネルギー抽出の開始時間（列内の第２の時間値）および終了時間（ＰＷＭの終了）に対する、１つのＰＷＭ時間期間の中の２つの時間線を周期的に指し示すことができる。１８０個の列を完了することは、１つのＡＣ電力サイクルに対するＤＣ／ＡＣ変換を完了することを意味する。プロセスは、次いで、ＤＣ／ＡＣ逆変換の次の一巡、等々に対して繰り返され得る。１／１８０，０００秒（すなわち、５マイクロ秒）より良好な時間分解能を伴うクロックが、この実施形態において使用されるものとする。

【0066】

[0085]従来の３相ＤＣ／ＡＣコンバータ内の同期モジュールは、生み出されるＡＣ電力の位相が、電力グリッド内で時折発生する位相／周波数ドリフティングとともにドリフトすることができるように、ＰＷＭの開始をＡＣ電力サイクルの最大および最小において同期させるために用いられ得る。本明細書において説明される原理は、さらには、位相／周波数ドリフトに順応するためのデバイスを用いることがある。

【0067】

[0086]第６節：要約
[0087]第１節において説明されたように、従来のＡＣ単相コンバータは、ＰＷＭ抽出器を用いて、ＤＣ入力電力を抽出する。１つのＰＷＭサイクルにおいてのデューティファクタが、時間ｔにおいてｃｏｓ^２（ωｔ）（またはｓｉｎ^２（ωｔ））により調節されるとき、ＡＣ電力出力は、電力グリッド規約に適合する。各々のＰＷＭサイクルのエネルギー空間内に２つの領域が存し、一方は抽出されるエネルギー領域であり、これに対し、他方は余剰エネルギー領域であるということに留意されたい。参照特許公報は、余剰エネルギーの量は、少なくとも、時間のいくつかのＡＣ期間を通して積分されるときの抽出されるエネルギーと同じほど大きいということを教示する。換言すれば、単相ＤＣ／ＡＣコンバータは、入力ＤＣ電力のうちの多くて半分を抽出および変換することのみができる。抽出されるエネルギーは、ＡＣ電力に変換され、電力グリッドに提供され、これに対し、余剰エネルギーは、ＭＥＵＰＴデバイスなどのデバイス内に捕捉および貯蔵されない限り、熱へと変えられる。

【0068】

[0088]第２節において説明されたように、従来の３相ＤＣ／ＡＣコンバータは、３つの同一の単相ＤＣ／ＡＣコンバータについて動作する。各々の単相ＤＣ／ＡＣコンバータは、そのＤＣ入力電力のうちの半分をＡＣ電力へと抽出および変換する。同時エネルギー抽出の実践に起因して、このＤＣ入力電力は、最大で、生成されるＤＣ電力の３分の１に等しいのみであり得るということに留意されたい。それゆえに、３相ＤＣ／ＡＣコンバータは、生み出されるＤＣ電力のうちの多くて半分を変換および抽出する。これらの３つの単相コンバータのＡＣ電力出力は、互いに対する１２０°位相差を有する。さらには、これらの３つの単相ＡＣ電力出力は、３つまたは４つの電力電線を通して電力グリッドに送られる。

【0069】

[0089]異なるように言い換えれば、従来のＰＶ太陽電力業界は、同時エネルギー抽出を実践する従来のＤＣ／ＡＣコンバータを使用し、そのことによって、エネルギー保存法則は、３つの抽出される電力高さＰ_ｘの総計が、ＰＶで生成されるＤＣ電力源Ｐ_ｍｘの３分の１未満であること（すなわち、Ｐ_ｘ＜（１／３）Ｐ_ｍｘ）を強いる。従来の３相ＡＣ電力出力の総計は、せいぜいＰ（ｔ）＝（３／２）Ｐ_ｘであり、そのＰ（ｔ）は、（１／２）Ｐ_ｍｘ、すなわち、ＰＶで生み出されるＤＣ電力のうちの半分より小さいということが、次いで示され得る。それゆえに、ＰＶで生成されるＤＣ電力のうちの少なくとも半分は、従来の３相ＤＣ／ＡＣコンバータを使用するときに余剰電力になる。余剰エネルギーのこの量は、その余剰エネルギーが、ＭＥＵＰＴオプティマイザなどのデバイス内に捕捉および貯蔵されない限り、ついには熱へと変わることになる。

【0070】

[0090]第２節において説明された理論的導出は、従来の３相ＤＣ／ＡＣコンバータ業界内の共通設計実践によりもたらされる厳しい帰結を明らかにする。この共通設計実践は、３相ＤＣ／ＡＣコンバータ業界内で、長い歳月の間、業界が厳しい帰結の存在を知ることさえなく実践されてきた。この共通実践は、従来の３相ＤＣ／ＡＣが同時エネルギー抽出を実践するということである。この実践は、上記の理論的導出において業界に対して初めて明らかにされるような厳しい帰結を確実に結果的に生じさせ得る。この厳しい帰結は、従来の３相ＤＣ／ＡＣコンバータからの３つのＡＣ電力出力の総計が、ＤＣ電力入力のうちの半分未満であるということである。この明らかにされた共通実践は、グリーンエネルギー電力業界内で、とりわけＰＶ太陽電力業界内で、長い歳月の実践であったことが確認される。

【0071】

[0091]上記で説明された望ましくない帰結を緩和するための２つの手立ては、１）参照特許公報において説明される原理に則って、ＭＥＵＰＴオプティマイザをエネルギーシステムへと組み込むこと、または、２）Ａ相、Ｂ相、およびＣ相に対する提案されるデューティファクタ調整と関連付けられる逐次エネルギー抽出を実践することを提案する、本明細書において説明される原理に則ることである。

【0072】

[0092]第４節は、提案されるデューティファクタ調整を伴う提案される逐次エネルギー抽出を説明する。説明される逐次エネルギー抽出をどのすべてのＰＷＭ期間内でも実践するとき、Ａ相が、最初に相応のＤＣエネルギーを適時に抽出し、Ｂ相が、Ａ相抽出のすぐ後に相応のＤＣエネルギーを適時に抽出し、Ｃ相が、最後において相応のＤＣエネルギーを適時に抽出する。そのように行うことにより、各々の相においてのエネルギー抽出の高さＰ_ｘは、生み出される電力Ｐ_ｍｘに等しい、その高さの最大値に達することができる。このことは、各々の相においてのエネルギー抽出の高さＰ_ｘが、せいぜいＰ_ｍｘの１／３に達するのみであることを引き起こす、従来の同時エネルギー抽出を実践することから結果的に生じる帰結と異なる。

【0073】

[0093]本明細書において説明される原理は、各々の相に対するエネルギー抽出開始時間が逐次レギュレータにより調節されるということを提案する。３つの相エネルギー抽出は、抽出電力高さがＤＣ入力電力Ｐ_ｍｘに等しくあり得るように、逐次事象になる。本明細書において説明される原理は、Ａ相に対して２／３ｃｏｓ^２（ωｔ）、Ｂ相に対して２／３ｃｏｓ^２（ωｔ＋１２０°）、および、Ｃ相に対して２／３ｃｏｓ^２（ωｔ－１２０°）であることになる３つのデューティファクタをさらに提案する。これらの３相エネルギー抽出事象は、したがって、切れ目なく逐次的に生起することができ、３つのエネルギー抽出事象は、さらには、厳密に１つのＰＷＭ期間内で完了することができる。さらにまた、Ａ相、Ｂ相、およびＣ相の間のＡＣ電力位相差は、１２０°プラスまたはマイナス１°であるように設計され得る。それゆえに、提案される逐次エネルギー抽出器を組み込む３相ＤＣ／ＡＣコンバータのとき、新しい設計されるＤＣ／ＡＣコンバータは、生み出される電力Ｐ_ｍｘの全体（または、実質的にすべて）を、残余の余剰エネルギーを少しも（または、ほとんど）伴わずに抽出および変換することができる。さらにまた、生み出されるＡＣ電力出力は、３相ＡＣ電力グリッド規約に容易に適合することができる。

【0074】

[0094]本発明は、その趣旨または本質的な特性から逸脱することなく、他の特定の形式で実施され得る。説明された実施形態は、すべての側面において、単に、限定的ではなく例解的であると考えられることになる。本発明の範囲は、それゆえに、上述の説明によってよりむしろ、添付される特許請求の範囲により指示される。特許請求の範囲の均等性の意味および範囲の中にあるすべての変化は、その特許請求の範囲の、範囲の中に包含されることになる。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】