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▶ ファーウェイ デジタル パワー テクノロジーズ カンパニー リミテッドの特許一覧

(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】2024-10-18
(45)【発行日】2024-10-28
(54)【発明の名称】電力システム
(51)【国際特許分類】
   H02M 7/48 20070101AFI20241021BHJP
【FI】
H02M7/48 S
【請求項の数】 15
(21)【出願番号】P 2022544633
(86)(22)【出願日】2020-04-27
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-04-07
(86)【国際出願番号】 CN2020087328
(87)【国際公開番号】W WO2021208142
(87)【国際公開日】2021-10-21
【審査請求日】2022-08-12
(31)【優先権主張番号】PCT/CN2020/085211
(32)【優先日】2020-04-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(73)【特許権者】
【識別番号】521531171
【氏名又は名称】ファーウェイ デジタル パワー テクノロジーズ カンパニー リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100135079
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 修
(72)【発明者】
【氏名】ジャーン,イエンジョーン
(72)【発明者】
【氏名】ガオ,ヨーンビーン
(72)【発明者】
【氏名】ワーン,シュイン
(72)【発明者】
【氏名】フープナー,ローランド
【審査官】高野 誠治
(56)【参考文献】
【文献】特開2007-104789(JP,A)
【文献】特開2014-185907(JP,A)
【文献】特開2017-123781(JP,A)
【文献】特開2014-175384(JP,A)
【文献】特開平07-141037(JP,A)
【文献】特開2003-088144(JP,A)
【文献】特開2018-196272(JP,A)
【文献】特開2017-020913(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2017/0070175(US,A1)
【文献】特表2013-520151(JP,A)
【文献】特表2016-535571(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H02M 7/48
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
N個の電源とM個のDC-ACユニットとを有する電力システムであって、Nは1より大きい整数であり、Mは1より大きい整数であり、
前記電源は、正出力端子及び負出力端子を有して構成され、前記DC-ACユニットは、正入力端子、負入力端子、及び出力端子を有して構成され、
1番目の電源の正出力端子が、1番目のDC-ACユニットの正入力端子に結合され、
n番目の電源の負出力端子が、(n+1)番目の電源の正出力端子に直列に結合されて、第1ノードを形成し、nは、0より大きくNより小さい整数であり、
N番目の電源の負出力端子が、M番目のDC-ACユニットの負入力端子に結合され、
m番目のDC-ACユニットの負入力端子が、(m+1)番目のDC-ACユニットの正入力端子に直列に結合されて、第2ノードを形成し、mは0より大きくMより小さい整数であり、
少なくとも1つの第1ノードと少なくとも1つの第2ノードとが結合され、
少なくとも1つの残りの第2ノードはいずれの第1ノードとも接続されず、及び/又は少なくとも1つの残りの第1ノードはいずれの第2ノードとも接続されず、
前記DC-ACユニットの出力端子同士が出力のために絶縁される、
電力システム。
【請求項2】
前記電源は、太陽光発電アレイ及び/又はエネルギー貯蔵電源及び/又は風力発電直流源であり、
前記太陽光発電アレイは、太陽光発電パネルの直列/並列結合を行うことによって形成され、又は太陽光発電パネルの出力をオプティマイザ若しくは遮断装置に接続してから直列/並列結合を行うことによって形成される、
請求項1に記載の電力システム。
【請求項3】
少なくとも2つのグループの電源の同様の出力端子が、先ず並列に接続されてから直列に接続されて、前記第1ノードを形成し、
少なくとも2つのグループのDC-ACユニットの同様の入力端子が、先ず並列に接続されてから直列に接続されて、前記第2ノードを形成し、
前記少なくとも2つのグループのDC-ACユニットの同様の出力端子が、出力のために並列に接続され、又は出力のために絶縁される、
請求項1に記載の電力システム。
【請求項4】
前記電源と前記DC-ACユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、前記電源と前記DC-ACユニットとの間で通信を実施するのに使用される、請求項1に記載の電力システム。
【請求項5】
前記電源と前記DC-ACユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、高速遮断を実施するように前記オプティマイザ又は前記遮断装置を制御するのに使用される、請求項2に記載の電力システム。
【請求項6】
当該電力システムは更に、少なくとも1つのエネルギー貯蔵ユニットを有し、
前記エネルギー貯蔵ユニットは、前記電源と前記DC-ACユニットとの間に接続された少なくとも2つの直流ケーブルに並列に結合される、
請求項1に記載の電力システム。
【請求項7】
前記エネルギー貯蔵ユニットはエネルギー貯蔵装置である、又は前記エネルギー貯蔵ユニットは、直流変換ユニットと前記エネルギー貯蔵装置とを有し、前記エネルギー貯蔵装置は、スーパーキャパシタ又はバッテリを有する、請求項6に記載の電力システム。
【請求項8】
前記エネルギー貯蔵ユニットと前記電源との間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、前記エネルギー貯蔵ユニットと前記電源との間で通信を実施するのに使用される、又は、前記エネルギー貯蔵ユニットと前記DC-ACユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、前記エネルギー貯蔵ユニットと前記DC-ACユニットとの間で通信を実施するのに使用される、請求項6に記載の電力システム。
【請求項9】
第1電源と、第2電源と、第1段DC-ACユニットと、第2段DC-ACユニットとを有する電力システムであって、
前記第1電源の正出力端子が、前記第1段DC-ACユニットの正入力端子に結合され、
前記第1電源の負出力端子が、前記第2電源の正出力端子に結合されて、第1ノードを形成し、
前記第2電源の負出力端子が、前記第2段DC-ACユニットの負入力端子に結合され、
前記第1段DC-ACユニットの負入力端子が、前記第2段DC-ACユニットの正入力端子に直列に結合されて、第2ノードを形成し、
前記第1段DC-ACユニット及び前記第2段DC-ACユニットの出力端子同士が、出力のために絶縁され、
前記第1電源の前記正出力端子が、第1の導電体を用いて前記第1段DC-ACユニットの前記正入力端子に結合され、前記第2電源の前記負出力端子が、第2の導電体を用いて前記第2段DC-ACユニットの前記負入力端子に結合され、前記第1ノードが、第3の導電体を用いて前記第2ノードに結合され、
前記第3の導電体上の電流値は、前記第1の導電体上の電流値以下であり、又は
前記第3の導電体上の電流値は、前記第2の導電体上の電流値以下である、
力システム。
【請求項10】
前記第1の導電体、前記第2の導電体、及び前記第3の導電体は直流導体であり、
前記第1の導電体、前記第2の導電体、及び前記第3の導電体は、分散二重バスを形成し、前記第1の導電体及び前記第2の導電体が正のバスを形成し、前記第2の導電体及び前記第3の導電体が負のバスを形成し、
前記第3の導電体は、前記分散二重バスの中間バスである、
請求項に記載の電力システム。
【請求項11】
第1電源と、第2電源と、第1段DC-ACユニットと、第2段DC-ACユニットとを有する電力システムであって、
前記第1電源の正出力端子が、前記第1段DC-ACユニットの正入力端子に結合され、
前記第1電源の負出力端子が、前記第2電源の正出力端子に結合されて、第1ノードを形成し、
前記第2電源の負出力端子が、前記第2段DC-ACユニットの負入力端子に結合され、
前記第1段DC-ACユニットの負入力端子が、前記第2段DC-ACユニットの正入力端子に直列に結合されて、第2ノードを形成し、
前記第1段DC-ACユニット及び前記第2段DC-ACユニットの出力端子同士が、出力のために絶縁され、
前記第1ノード及び前記第2ノードの両方がグランドに結合され、
前記第1ノードは前記第2ノードに結合され、前記第1電源及び前記第2電源のうち一方の出力電圧及び/又は出力電流及び/又は出力電力が所定値未満であるとき、対応する前記第1電源又は対応する前記第2電源が動作するのを停止し、
前記第1段DC-ACユニット及び前記第2段DC-ACユニットのうち少なくとも一方が動作する、
力システム。
【請求項12】
前記第1段DC-ACユニットの出力端子及び前記第2段DC-ACユニットの出力端子が、それぞれ、異なる変圧器に接続される、又は
前記第1段DC-ACユニットの出力端子及び前記第2段DC-ACユニットの出力端子が、それぞれ、同一の変圧器の異なる巻線に接続される、
請求項9又は11に記載の電力システム。
【請求項13】
当該電力システムは更に、第3電源及び第4電源を有し、
前記第3電源の正出力端子が、前記第1電源の正出力端子に並列に接続され、前記第3電源の負出力端子が、前記第1電源の負出力端子に並列に接続され、
前記第4電源の正出力端子が、前記第2電源の正出力端子に並列に接続され、前記第4電源の負出力端子が、前記第2電源の負出力端子に並列に接続される、及び/又は
当該電力システムは更に、第3段DC-ACユニット及び第4段DC-ACユニットを有し、
前記第3段DC-ACユニットの正入力端子が、前記第1段DC-ACユニットの正入力端子に並列に接続され、前記第3段DC-ACユニットの負入力端子が、前記第1段DC-ACユニットの負入力端子に並列に接続され、
前記第4段DC-ACユニットの正入力端子が、前記第2段DC-ACユニットの正入力端子に並列に接続され、前記第4段DC-ACユニットの負入力端子が、前記第2段DC-ACユニットの負入力端子に並列に接続され、
前記第1段DC-ACユニットの出力端子及び前記第3段DC-ACユニットの出力端子が、出力のために並列に接続され、又は出力のために絶縁され、
前記第2段DC-ACユニットの出力端子及び前記第4段DC-ACユニットの出力端子が、出力のために並列に接続され、又は出力のために絶縁される、
請求項9又は11に記載の電力システム。
【請求項14】
絶縁監視装置(IMD装置)が、前記第1段DC-ACユニット及び/又は前記第2段DC-ACユニットの出力端子とグランド点との間に結合され、且つグランドに対する当該電力システムの絶縁インピーダンスを検出するように構成される、請求項9又は11に記載の電力システム。
【請求項15】
前記第1電源及び前記第2電源の各々は、太陽光発電アレイ、エネルギー貯蔵電源、又は風力発電直流源であり、
前記太陽光発電アレイは、太陽光発電パネルの直列/並列結合を行うことによって形成され、又は太陽光発電パネルの出力をオプティマイザ若しくは遮断装置に接続してから直列/並列結合を行うことによって形成される、
請求項9乃至14のいずれか一項に記載の電力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この出願は、“電力システム”と題されて2020年4月16日に中国国家知的所有権管理局に出願されたPCT特許出願第PCT/CN2020/085211号に対する優先権を主張するものであり、それをその全体にてここに援用する。
【0002】
この出願は、回路技術の分野に関し、特に電力システムに関する。
【背景技術】
【0003】
太陽光発電は、従来の化石エネルギーよりも汚染が少ないため、より広く使用されるようになっている。発電システムでは、適用において、太陽光発電アレイの性能、信頼性、管理、及びこれらに類するものに関する成熟した技術に起因して三相グリッド接続型太陽光発電インバータが主に使用されている。グリッド接続型太陽光発電の電力価格政策の調整に伴い、太陽光発電の入力-出力比について、より高い要求が掲げられ、太陽光発電のコストを削減することが必須となっている。
【0004】
現在、三相グリッド接続型太陽光発電インバータは、集中型(centralized)、分布型(distributed)、及び集散型(decentralized)の3つのアーキテクチャを有する。集中型及び非集中型インバータは、高い変換電力を持つが、低い入力電圧及びグリッド接続電圧を持ち、より大きい入出力電流、より大きい直径のDC/ACケーブル、コストの増加、及び損失の増加をもたらす。分布型インバータは低い変換電力を持つ。入力電圧は1500Vに達することができ、グリッド接続電圧は800Vに達することができるが、電力が増加するにつれて、分布型インバータも、より大きい入出力電流、より大きい寸法のDC/ACケーブル、コストの増加、及び損失の増加という問題を持つことになる。
【発明の概要】
【0005】
この出願の実施形態は、ケーブル内の大きい電流、高い線径仕様、及び高いコストという前述の技術的問題を解決するための電力システムを提供する。
【0006】
第1の態様によれば、この出願の一実施形態は、N個のパワーモジュールとM個のDC-ACユニットと、を有する電力システムを提供し、Nは1より大きい整数であり、Mは1より大きい整数であり、パワーモジュールは、正出力端子及び負出力端子を有して構成され、DC-ACユニットは、正入力端子、負入力端子、及び出力端子を有して構成され、1番目のパワーモジュールの正出力端子が、1番目のDC-ACユニットの正入力端子に結合され、n番目のパワーモジュールの負出力端子が、(n+1)番目のパワーモジュールの正出力端子に直列に結合されて、第1ノードを形成し、nは、0より大きくNより小さい整数であり、例えば、1番目のパワーモジュールの負出力端子が、2番目のパワーモジュールの正出力端子に直列に結合されて第1ノードを形成し、2番目のパワーモジュールの負出力端子が、3番目のパワーモジュールの正出力端子に直列に結合されて第1ノードを形成し、…、そして、N番目のパワーモジュールの負出力端子が、M番目のDC-ACユニットの負入力端子に結合され、m番目のDC-ACユニットの負入力端子が、(m+1)番目のDC-ACユニットの正入力端子に直列に結合されて、第2ノードを形成し、mは0より大きくMより小さい整数であり、例えば、1番目のDC-ACユニットの負入力端子が、2番目のDC-ACユニットの正入力端子に結合されて第2ノードを形成し、2番目のDC-ACユニットの負入力端子が、3番目のDC-ACユニットの正入力端子に結合されて第2ノードを形成し、…、そして、少なくとも1つの第1ノードと少なくとも1つの第2ノードとが結合され、DC-ACユニットの出力端子同士が出力のために絶縁される。
【0007】
第1の態様に従った電力システムでは、パワーモジュールとDC-ACユニットとの間の電流を減少させるために、パワーモジュールがカスケード方式を用いて、パワーモジュールの出力電圧を高め、その結果、パワーモジュールとDC-ACユニットとの間のケーブルとして、低い線径仕様のケーブルを用いることができ、パワーモジュールからDC-ACユニットへのケーブルのコスト問題を解決し得る。
【0008】
第2の態様によれば、この出願の一実施形態は、第1電源と、第2電源と、第1段DC-ACユニットと、第2段DC-ACユニットと、を有する電力システムを提供し、第1電源の正出力端子が、第1段DC-ACユニットの正入力端子に結合され、第1電源の負出力端子が、第2電源の正出力端子に結合されて、第1ノードを形成し、第2電源の負出力端子が、第2段DC-ACユニットの負入力端子に結合され、第1段DC-ACユニットの負入力端子が、第2段DC-ACユニットの正入力端子に結合されて、第2ノードを形成し、第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットの出力端子同士が、出力のために絶縁される。
【0009】
第2の態様に従った電力システムでは、電源とDC-ACユニット(第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットを含む)との間の電流を減少させるために、第1電源及び第2電源がカスケード接続されて、電源(第1電源及び第2電源を含む)の出力電圧を高め、その結果、電源とDC-ACユニットとの間のケーブルとして、低い線径仕様のケーブルを用いることができ、電源からDC-ACユニットへのケーブルのコスト問題を解決し得る。
【0010】
第2の態様に従った電力システムを参照するに、取り得る一実装において、第1電源の正出力端子が、第1の導電体を用いて第1段DC-ACユニットの正入力端子に結合され、第2電源の負出力端子が、第2の導電体を用いて第2段DC-ACユニットの負入力端子に結合され、第1ノードが、第3の導電体を用いて第2ノードに結合され、第3の導電体上の電流値は、第1の導電体又は第2の導電体上の電流値以下である。第3の導電体上の電流値は比較的小さいので、第3の導電体のケーブル仕様を低くすることができ、第3の導電体のコストが更に低減され得る。また、第1電源及び第2電源の出力電力/電圧が非対称である場合、又は第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットの入力電力/電圧が非対称である場合、電流ループを設けて電圧等化を達成することができる。
【0011】
第3の態様によれば、この出願の一実施形態は、N個のパワーモジュールと、N個のDC-DCユニットと、M個のDC-ACユニットと、を有する電力システムを提供し、パワーモジュールの出力端子が、DC-DCユニットの入力端子に結合され、1番目のDC-DCユニットの正出力端子が、1番目のDC-ACユニットの正入力端子に結合され、n番目のDC-DCユニットの負出力端子が、(n+1)番目のDC-DCユニットの正出力端子に直列に結合されて、第1ノードを形成し、nは、0より大きくNより小さい整数であり、N番目のDC-DCユニットの負出力端子が、M番目のDC-ACユニットの負入力端子に結合され、m番目のDC-ACユニットの負入力端子が、(m+1)番目のDC-ACユニットの正入力端子に結合されて、第2ノードを形成し、mは、0より大きくMより小さい整数であり、少なくとも1つの第1ノードと少なくとも1つの第2ノードとが結合され、DC-ACユニットの出力端子同士が出力のために絶縁される。
【0012】
第3の態様に従った電力システムでは、DC-DCユニットとDC-ACユニットとの間の電流を減少させるために、DC-DCユニットがカスケード方式を用いて、DC-DCユニットの出力電圧を高め、その結果、DC-DCユニットとDC-ACユニットとの間のケーブルとして、低い線径仕様のケーブルを用いることができ、DC-DCユニットからDC-ACユニットへのケーブルのコスト問題を解決し得る。
【0013】
第4の態様によれば、この出願の一実施形態は、第1電源と、第2電源と、第1段DC-DCユニットと、第2段DC-DCユニットと、第1段DC-ACユニットと、第2段DC-ACユニットと、を有する電力システムを提供し、第1電源の出力端子が、第1段DC-DCユニットの入力端子に結合され、第2電源の出力端子が、第2段DC-DCユニットの入力端子に結合され、第1段DC-DCユニットの正出力端子が、第1段DC-ACユニットの正入力端子に結合され、第1段DC-DCユニットの負出力端子が、第2段DC-DCユニットの正出力端子に結合されて、第1ノードを形成し、第2段DC-DCユニットの負出力端子が、第2段DC-ACユニットの負出力端子に結合され、第1段DC-ACユニットの負入力端子が、第2段DC-ACユニットの正入力端子に結合されて、第2ノードを形成し、第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットの出力端子同士が、出力のために絶縁される。
【0014】
第4の態様に従った電力システムでは、DC-DCユニットとDC-ACユニット(第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニット)との間の電流を減少させるために、DC-DCユニット(第1段DC-DCユニット及び第2段DC-DCユニット)がカスケード方式を用いて、DC-DCユニットの出力電圧を高め、その結果、DC-DCユニットとDC-ACユニットとの間のケーブルとして、低い線径仕様のケーブルを用いることができ、DC-DCユニットからDC-ACユニットへのケーブルのコスト問題を解決し得る。
【0015】
第4の態様に従った電力システムを参照するに、取り得る一実装において、第1段DC-DCユニットの正出力端子が、第1の導電体を用いて第1段DC-ACユニットの正入力端子に結合され、第2段DC-DCユニットの負出力端子が、第2の導電体を用いて第2段DC-ACユニットの負出力端子に結合され、第1ノードが、第3の導電体を用いて第2ノードに結合され、第3の導電体上の電流値は、第1の導電体又は第2の導電体上の電流値以下である。第3の導電体上の電流値は比較的小さいので、第3の導電体のケーブル仕様を低くすることができ、第3の導電体のコストが更に低減され得る。また、第1段DC-DCユニット及び第2段DC-DCユニットの出力電力/電圧が非対称である場合、又は第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットの入力電力/電圧が非対称である場合、電流ループを設けて電圧等化を達成することができる。
【0016】
第5の態様によれば、この出願の一実施形態は、電源と、DC-DCユニットと、N個のDC-ACユニットと、を有する電力システムを提供し、電源の出力端子が、DC-DCユニットの入力端子に結合され、DC-DCユニットの正出力端子が、1番目のDC-ACユニットの正入力端子に結合され、DC-DCユニットの負出力端子が、N番目のDC-ACユニットの負入力端子に結合され、n番目のDC-ACユニットの負入力端子が、(n+1)番目のDC-ACユニットの正入力端子に結合されて、第1ノードを形成し、nは、0より大きくNより小さい整数であり、DC-ACユニットの出力端子同士が絶縁される。
【0017】
第5の態様に従った電力システムでは、DC-DCユニットとDC-ACユニットとの間の電流を減少させるために、DC-ACユニットがカスケード方式を用いて、DC-ACユニットの入力電圧を高め、その結果、DC-DCユニットとDC-ACユニットとの間のケーブルとして、低い線径仕様のケーブルを用いることができ、DC-DCユニットからDC-ACユニットへのケーブルのコスト問題を解決し得る。DC-DCユニットが複数の電源に接続されるとき、DC-DCユニットとDC-ACユニットとの間の電流を減少させ、DC-DCユニットからDC-ACユニットへのケーブルのコスト及び損失の問題を解決するために、DC-DCユニットを用いて出力電圧を高めることができる。
【0018】
第6の態様によれば、この出願の一実施形態は、電源と、DC-DCユニットと、第1段DC-ACユニットと、第2段DC-ACユニットと、を含む電力システムを提供し、電源の出力端子が、DC-DCユニットの入力端子に結合され、DC-DCユニットの正出力端子が、第1段DC-ACユニットの正入力端子に結合され、DC-DCユニットの負出力端子が、第2段DC-ACユニットの負入力端子に結合され、第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットの出力端子同士が、出力のために絶縁される。
【0019】
第6の態様に従った電力システムでは、DC-DCユニットとDC-ACユニットとの間の電流を減少させ、DC-DCユニットからDC-ACユニットへのケーブルのコスト及び損失の問題を解決するために、DC-ACユニットの入力端子がカスケード接続される。DC-DCユニットが複数の電源に接続されるとき、DC-DCユニットとDC-ACユニットとの間の電流を減少させ、DC-DCユニットからDC-ACユニットへのケーブルのコスト及び損失の問題を解決するために、DC-DCユニットを用いて出力電圧を高めることができる。
【0020】
第6の態様に従った電力システムを参照するに、取り得る一実装において、DC-DCユニットの出力端子電位の中点が第1ノードであり、第1段DC-ACユニットの負入力端子が、第2段DC-ACユニットの正入力端子に結合されて、第2ノードを形成し、DC-DCユニットの正出力端子が、第1の導電体を用いて第1段DC-ACユニットの正入力端子に結合され、DC-DCユニットの負出力端子が、第2の導電体を用いて第2段DC-ACユニットの負出力端子に結合され、第1ノードが、第3の導電体を用いて第2ノードに結合され、第3の導電体上の電流値は、第1の導電体又は第2の導電体上の電流値以下である。第3の導電体上の電流値は比較的小さいので、第3の導電体のケーブル仕様を低くすることができ、第3の導電体のコストが更に低減され得る。また、DC-DCユニットの出力電力/電圧が非対称である場合、又は第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットの入力電力/電圧が非対称である場合、電流ループを設けて電圧等化を達成することができる。
【0021】
第7の態様によれば、この出願の一実施形態は、N個の第1電源と、M個の第2電源と、N個のDC-DCユニットと、S個のDC-ACユニットと、を含む電力システムを提供し、第1電源の出力端子が、DC-DCユニットの入力端子に結合され、N個のDC-DCユニットの出力端子及びM個の第2電源の出力端子を直列接続することによって形成される正端子が、S個のDC-ACユニットの入力端子を直列接続することによって形成される正端子に結合され、N個のDC-DCユニットの出力端子及びM個の第2電源の出力端子を直列接続することによって形成される負端子が、S個のDC-ACユニットの入力端子を直列接続することによって形成される負端子に結合され、N個のDC-DCユニットの出力端子とM個の第2電源の出力端子とが直列に結合され、該直列に結合した点が第1ノードを形成し、S個のDC-ACユニットの入力端子が直列に結合され、該直列に結合した点が第2ノードを形成し、少なくとも1つの第1ノードと少なくとも1つの第2ノードとが、少なくとも1つのケーブルを用いて結合され、DC-ACユニットの出力端子同士が絶縁される。
【0022】
第7の態様に従った電力システムでは、DC-DCユニット又は第2電源とDC-ACユニットとの間の電流を減少させるために、DC-DCユニット及び第2電源がカスケード接続されて、DC-DCユニット及び第2電源の出力電圧を高め、その結果、DC-DCユニット又は第2電源とDC-ACユニットとの間のケーブルとして、低い線径仕様のケーブルを用いることができ、DC-DCユニット又は第2電源からDC-ACユニットへのケーブルのコスト問題を解決し得る。
【0023】
第8の態様によれば、この出願の一実施形態は、第1電源と、DC-DCユニットと、第2電源と、第1段DC-ACユニットと、第2段DC-ACユニットと、を含む電力システムを提供し、第1電源の出力端子が、DC-DCユニットの入力端子に結合され、DC-DCユニットが、第2電源の出力端子に直列に結合され、結合点が第1ノードであり、第1段DC-ACユニットの負入力端子が、第2段DC-ACユニットの正入力端子に結合され、結合点が第2ノードであり、DC-DCユニットが第2電源の出力端子に直列に結合された後に形成される正出力端子が第1ポートであり、該第1ポートが、第1段DC-ACユニットの正入力端子に結合され、DC-DCユニットが第2電源の出力端子に直列に結合された後に形成される負出力端子が第2ポートであり、該第2ポートが、第2段DC-ACユニットの負入力端子に結合され、第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットの出力端子同士が、出力のために絶縁される。
【0024】
第8の態様に従った電力システムでは、DC-DCユニット又は第2電源とDC-ACユニット(第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニット)との間の電流を減少させるために、DC-DCユニット及び第2電源がカスケード接続されて、DC-DCユニット及び第2電源の出力電圧を高め、その結果、DC-DCユニット又は第2電源とDC-ACユニットとの間のケーブルとして、低い線径仕様のケーブルを用いることができ、DC-DCユニット又は第2電源からDC-ACユニットへのケーブルのコスト問題を解決し得る。
【0025】
第8の態様を参照するに、取り得る一実装において、第1ポートが、第1の導電体を用いて第1段DC-ACユニットの正入力端子に結合され、第2ポートが、第2の導電体を用いて第2段DC-ACユニットの負出力端子に結合され、第1ノードが、第3の導電体を用いて第2ノードに結合され、第3の導電体上の電流値は、第1の導電体又は第2の導電体上の電流値以下である。第3の導電体上の電流値は比較的小さいので、第3の導電体のケーブル仕様を低くすることができ、第3の導電体のコストが更に低減され得る。また、DC-DCユニット及び第2電源の出力電力/電圧が非対称である場合、又は第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットの入力電力/電圧が非対称である場合、電流ループを設けて電圧等化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
図1】この出願の一実施形態に従った電力システムの実施形態1の概略図である。
図2】この出願の一実施形態に従った電源の概略図である。
図3a】この出願の一実施形態に従った太陽光発電アレイの概略図である。
図3b】この出願の一実施形態に従った他の太陽光発電アレイの概略図である。
図4】この出願の一実施形態に従ったDC-ACユニットの概略図である。
図5a】この出願の一実施形態に従った、並列に接続された電源の複数の組み合わせの概略図である。
図5b】この出願の一実施形態に従った、並列に接続されたDC-ACユニットの複数の組み合わせの概略図である。
図5c】この出願の一実施形態に従った、並列に接続されたDC-ACユニットの複数の組み合わせの他の概略図である。
図6】この出願の一実施形態に従った電力システムの実施形態2の概略図である。
図7】この出願の一実施形態に従った電力システムの一実施形態の概略図である。
図8】この出願の一実施形態に従った電力システムの一実施形態の概略図である。
図9a】第1の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。
図9b1】第2の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図1である。
図9b2】第2の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図2である。
図9c】第3の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。
図9d1】第4の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図1である。
図9d2】第4の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図2である。
図10a】この出願の一実施形態に従った、並列に接続された電源の複数の組み合わせの概略図である。
図10b】この出願の一実施形態に従った、並列に接続されたDC-ACユニットの複数の組み合わせの概略図である。
図10c】この出願の一実施形態に従った、並列に接続されたDC-ACユニットの複数の組み合わせの他の概略図である。
図11】この出願の一実施形態に従ったリーク電流センサを備えた電力システムの概略図である。
図12a】この出願の一実施形態に従った電圧源を備えた電力システムの概略図1である。
図12b】この出願の一実施形態に従った電圧源を備えた電力システムの概略図2である。
図12c】この出願の一実施形態に従った電圧源を備えた電力システムの概略図3である。
図13】この出願の一実施形態に従った絶縁ユニットを備えた電力システムの概略図である。
図14a】この出願の一実施形態に従ったコンバイナユニットを有する電力システムの概略図1である。
図14b】この出願の一実施形態に従ったコンバイナユニットを有する電力システムの概略図2である。
図15a】この出願の一実施形態に従ったエネルギー貯蔵ユニットを含む電力システムの概略図1である。
図15b】この出願の一実施形態に従ったエネルギー貯蔵ユニットを含む電力システムの概略図2である。
図15c】この出願の一実施形態に従ったエネルギー貯蔵ユニットを含む電力システムの概略図3である。
図15d】この出願の一実施形態に従ったエネルギー貯蔵ユニットを含む電力システムの概略図4である。
図16】この出願の一実施形態に従った電力システムの実施形態3の概略図である。
図17】この出願の一実施形態に従ったDC-DCユニットの概略図である。
図18】この出願の一実施形態に従った電力システムの実施形態4の概略図である。
図19】この出願の一実施形態に従った電力システムの一実施形態の概略図である。
図20】この出願の一実施形態に従った電力システムの他の一実施形態の概略図である。
図21】この出願の一実施形態に従った第1の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。
図22a】この出願の一実施形態に従った第2の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図1である。
図22b】この出願の一実施形態に従った第2の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図2である。
図23】この出願の一実施形態に従った第3の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。
図24a】この出願の一実施形態に従った第4の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図1である。
図24b】この出願の一実施形態に従った第4の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図2である。
図25】この出願の一実施形態に従った、並列に接続されたDC-DCユニットの複数の組み合わせの概略図である。
図26】この出願の一実施形態に従ったIMD装置を備えた電力システムの概略図である。
図27】この出願の一実施形態に従ったリーク電流センサを有して構成された電力システムの概略図である。
図28】この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの概略図である。
図29】この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。
図30】この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。
図31】この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。
図32a】この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。
図32b】この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。
図33】この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。
図34】この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。
図35】この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。
図36】この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。
図37】この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。
図38】この出願の一実施形態に従った電力システムの実施形態5の概略図である。
図39】この出願の一実施形態に従った電力システムの実施形態6の概略図である。
図40】この出願の一実施形態に従った電力システムの一実施形態の概略図である。
図41】この出願の一実施形態に従った電力システムの一実施形態の概略図である。
図42】この出願の一実施形態に従った第1の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。
図43】この出願の一実施形態に従った第2の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。
図44】この出願の一実施形態に従った第3の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。
図45】この出願の一実施形態に従った第4の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。
図46】この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の一実施形態の概略図である。
図47】この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の一実施形態の概略図である。
図48a】この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の一実施形態の概略図1である。
図48b】この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の一実施形態の概略図2である。
図48c】この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の一実施形態の概略図3である。
図49】この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の一実施形態の概略図である。
図50】この出願の一実施形態に従った電力システムの一実施形態の概略図である。
図51a】この出願の一実施形態に従った電力システムの概略図1である。
図51b】この出願の一実施形態に従った電力システムの概略図2である。
図52】この出願の一実施形態に従った電力システムの一実施形態の概略図である。
図53】この出願の一実施形態に従った第1の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。
図54】この出願の一実施形態に従った第2の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。
図55】この出願の一実施形態に従った第3の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。
図56】この出願の一実施形態に従った第4の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。
図57】この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの概略図である。
図58】この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの一実施形態の概略図である。
図59】この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの一実施形態の概略図である。
図60】この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の一実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下、この出願の実施形態における添付図面を参照して、この出願の実施形態における技術的ソリューションを詳細に説明する。
【0028】
太陽光発電システムの高いコスト及び損失の問題を解決するために、この出願の一実施形態は電力システムを提供する。電源又はDC(direct current,直流)-DCユニットとDC-AC(alternating current,交流)ユニットとの間の電流を低減させるように、及び電源又はDC-DCユニットからDC-ACユニットへのケーブルのコスト及び損失の問題を解決するように、電源又はDC-DCユニットの出力端子が、カスケード方式を用いて出力電圧を高める。また、この出願のこの実施形態で提供される電力システムによれば、電源又はDC-DCユニットの出力端子をカスケード接続するとともに、DC-ACユニットの入力をカスケード接続することによって、電源又はDC-DCユニットからDC-ACユニットへのケーブルの量を更に減らし、それにより、システムコストを低減させ得る。さらに、この出願のこの実施形態で提供される電力システムでは、DC-ACユニットのカスケード接続された入力及び絶縁された出力が、電力変換装置の仕様を低くすることができる。従って、現在の産業界における電力変換装置の仕様不足及び高コストの問題が解決される。加えて、コストを削減するために、1500Vの回路遮断器が使用され得る。一部の実施形態において、DC-DCユニットの出力がカスケード接続されるとき、この出願のこの実施形態では、DC-DCユニットレベルでシステムを設計することによって、システムの動作中にグランドに対して負のバッテリパネル電圧によって引き起こされる電位誘発劣化(Potential Induced Degradation,PID)の問題が解決され得る。
【0029】
以下、前述のソリューションを、実施形態を用いて詳細に説明する。以下の実施形態は、一例として太陽光発電アレイを用いて説明される。他の同様の電力システムは、太陽光発電アレイと同じ原理を有する。他の同様の電力システムの実装については、以下の太陽光発電アレイの実施形態を参照されたい。この出願のこの実施形態において詳細を説明することはしない。
【0030】
実施形態1
図1は、この出願の一実施形態による電力システムの実施形態1の概略図である。当該電力システムは、N個の電源と、M個のDC-AC(DC-to-AC)ユニットとを含み、Nは1より大きい整数であり、Mは1より大きい整数である。理解され得ることには、Nは、値に関してMとは関係なく、すなわち、NはMと等しくてもよいし、NはMより大きくてもよいし、NはMより小さくてもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
【0031】
N個の電源のうちの各電源が、図2に示すように、正出力端子及び負出力端子を有して構成される。図2は、この出願の一実施形態に従った電源の概略図である。この出願のこの実施形態では、説明を容易にするために、特に断らない限り、概して、電源の右上部分の出力端子を正出力端子として参照し、電源の右下部分の出力端子を負出力端子として参照する。この出願のこの実施形態における電源は、太陽光発電アレイ、エネルギー貯蔵電源、又は風力発電直流源とし得る。実際の適応では、電源は代わりに他のタイプの電源であってもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。この出願のこの実施形態において、N個の電源は同じタイプのものとすることができ、例えば、N個の電源の全てが太陽光発電アレイである。それに代えて、N個の電源は同じタイプでものでなくてもよく、例えば、電源1は太陽光発電アレイであり、電源2はエネルギー貯蔵電源であり、等々である。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
【0032】
太陽光発電(photovoltaic,PV)アレイは、図3aに示すように、複数の太陽光発電パネルの直列/並列結合によって形成され得る。図3aは、この出願の一実施形態に従った太陽光発電アレイの概略図である。太陽電池パネルPVは、先ず直列に接続されてから並列に接続されて太陽光発電アレイを形成してもよいし、先ず並列に接続されてから直列に接続されて太陽光発電アレイを形成してもよいし、直接的に直列に接続されて太陽光発電アレイを形成してもよいし、直接的に並列に接続されて太陽光発電アレイを形成してもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。太陽光発電アレイは、代わりに、図3bに示すように、太陽光発電パネルの出力をオプティマイザ又は遮断装置に接続してから直列/並列結合を行うことによって形成されてもよい。図3bは、この出願の一実施形態に従った他の太陽光発電アレイの概略図である。各太陽光発電パネルの出力がオプティマイザ又は遮断装置に接続されてから、オプティマイザ又は遮断装置の出力同士が直列/並列に結合されて、太陽光発電アレイを形成し得る。取り得る一ケースにおいて、一部の太陽光発電パネルはオプティマイザ又は遮断装置に接続され、一部の他の太陽光発電パネルはオプティマイザ又は遮断装置に接続されず、そして、これらの太陽光発電パネルが直列/並列に結合されて太陽光発電アレイを形成する。オプティマイザ又は遮断装置は、高速遮断機能を実装することができる装置である。遮断命令を受けた後、オプティマイザ又は遮断装置は、対応するラインを切断して、該ラインを切り離すことができる。実際の適用では、代わりに、オプティマイザ又は遮断装置は、同様の機能を持つ他の装置で置き換えられ得る。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
【0033】
M個のDC-ACユニットのうちの各DC-ACユニットが、図4に示すように、正入力端子、負入力端子、及び出力端子を有して構成される。図4は、この出願の一実施形態に従ったDC-ACユニットの概略図である。この出願のこの実施形態では、説明を容易にするために、特に断らない限り、概して、DC-ACユニットの左上部分の入力端子を正入力端子として参照し、DC-ACユニットの左下部分の入力端子を負入力端子として参照し、DC-ACユニットの右側が出力端子である。この出願のこの実施形態におけるDC-ACユニットは、例えばインバータといった、直流を交流に変換することができる装置である。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。この出願のこの実施形態におけるDC-ACユニットの出力は、三相電圧であってもよいし、単相電圧であってもよい。以下の実施形態は、出力端子が三相電圧である例を用いて説明する。例えば単相電圧といった、他のケースの実装については、この出願の実施形態を参照されたい。この出願において詳細を記載することはしない。
【0034】
理解され得ることには、この出願のこの実施形態において、出力端子は、正出力端子及び負出力端子を含み得る。例えば、電源1の出力端子は、電源1の正出力端子と負出力端子とを含む。入力端子も、正入力端子及び負入力端子を含み得る。例えば、DC-ACユニット1の入力端子は、正入力端子と負入力端子とを含む。
【0035】
図1から見てとれることには、当該電力システムでは、電源1の正出力端子が、DC-ACユニット1の正入力端子に結合され、電源Nの負出力端子が、DC-ACユニットMの負入力端子に結合される。電源1の負出力端子が、電源2の正出力端子に結合され、電源2の負出力端子が、電源3の正出力端子に結合され、等々である。また、この出願のこの実施形態では、例えば電源1の負出力端子と電源2の正出力端子との間の結合ノード及び電源2の負出力端子と電源3の正出力端子との間の結合ノードなどのノードを各々、第1ノード101として参照することがある。DC-ACユニット1の負入力端子が、DC-ACユニット2の正入力端子に結合され、DC-ACユニット2の負入力端子が、DC-ACユニット3の正出力端子に結合され、等々である。また、この出願のこの実施形態では、例えばDC-ACユニット1の負入力端子とDC-ACユニット2の正入力端子との間の結合ノード及びDC-ACユニット2の負入力端子とDC-ACユニット3の正出力端子との間の結合ノードなどのノードを各々、第2ノード102として参照することがある。この出願のこの実施形態において、電源1の出力及び電源2の出力がカスケード接続され、電源2の出力及び電源3の出力がカスケード接続され、…である。この出願のこの実施形態では、電源の出力端子がカスケード接続されて、出力電圧を高め、電源とDC-ACユニットとの間の電流を減少させ、そして、電源からDC-ACユニットへのケーブルのコスト及び損失の問題を解決する。例えば、各電源の最大出力電圧はXボルトであり、N個の電源がカスケード接続された後の最大出力電圧はNXボルトである。同じ電力の場合、電圧が増すと、出力電流が減少し、使用するケーブルの線径仕様が低くなり、コストが減少する。
【0036】
少なくとも1つの第1ノード101と少なくとも1つの第2ノード102とが結合される。例えば、一部の実施形態において、1つの第1ノード101が1つの第2ノード102に結合され、他の第1ノード101と他の第2ノード102は結合されない。他の一部の実施形態において、2つの第1ノード101が2つの第2ノード102にそれぞれ結合され、他の第1ノード101と他の第2ノード102は結合されない。他の一部の実施形態において、第1ノード101の数は第2ノード102の数に等しく、各第1ノード101が、対応する第2ノード102に結合される。他の一部の実施形態において、第1ノード101の数は第2ノード102の数とは異なり、各第1ノード101が、対応する第2ノード102に結合され、残りの第1ノード101又は残りの第2ノード102は結合されない。実際の適用では、代わりに他の結合方式が用いられてもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。この出願のこの実施形態では、電源とDC-ACユニットとの間に接続されるケーブルの数が、第1ノード101及び第2ノード102の方式で減少され、それにより、電力システムのコストが低減される。
【0037】
この出願のこの実施形態において、DC-ACユニットの出力端子は、出力のために絶縁される。例えば、DC-ACユニット1の出力端子はDC-ACユニット2の出力端子から絶縁され、DC-ACユニット2の出力端子はDC-ACユニット3の出力端子から絶縁される。実際の適用では、各DC-ACユニットの出力端子が異なる巻線に結合され、各巻線が三相電圧又は単相電圧を出力し得る。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。この出願のこの実施形態において、DC-ACユニットのカスケード接続された入力及び絶縁された出力は、電力変換装置の仕様を低くすることができる。従って、現在の産業界における電力変換装置の仕様不足(一般に、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(insulated gate bipolar transistor,IGBT)では最大1700V)及び高コストの問題が解決される。さらに、比較的低い仕様の回路遮断器を用いてコストを低減させ得る。
【0038】
理解され得ることには、この出願のこの実施形態において、結合は、結合接続と称されてもよく、以下に限られないが、スイッチングデバイス、電流制限デバイス、保護デバイス、直接ケーブル接続、又はこれらに類するものの何らかの組み合わせを用いて実装される接続を含み得る。
【0039】
一部の実施形態において、図1の電源1、電源2、…、及び電源Nは、電源の1つの組み合わせと見なされてもよく、DC-ACユニット1、DC-ACユニット2、…、DC-ACユニットMは、DC-ACユニットの1つの組み合わせと見なされてもよい。電源の少なくとも2つの組み合わせ及び/又はDC-ACユニットの少なくとも2つの組み合わせが存在する場合、電源の少なくとも2つの組み合わせの同様の出力端子が並列に接続され、DC-ACユニットの少なくとも2つの組み合わせの同様の入力端子が並列に接続される。並列に接続された同様の出力端子と、並列に接続された同様の入力端子との間に、少なくとも1つのケーブル結合接続が存在する。図5aは、この出願の一実施形態に従った、並列に接続された電源の複数の組み合わせの概略図である。図5aにおいて、縦の各列が、1つの組み合わせの電源であり、電源の各組み合わせが、電源1、電源2、…、及び電源Nを含む。電源の第1の組み合わせ内の電源1の正出力端子が、電源の第2の組み合わせ内の電源1の正出力端子に並列に結合され(すなわち、同様の出力端子が並列に接続され)、電源の第1の組み合わせ内の電源1の負出力端子が、電源の第2の組み合わせの電源1の負出力端子に並列に結合され、・・・等々である。理解され得ることには、電源1、電源2、…、及び電源Nの出力端子はカスケード接続されて、少なくとも1つの第1ノードを形成し得る。図5bは、この出願の一実施形態に従った、並列に接続されたDC-ACユニットの複数の組み合わせの概略図である。図5bにおいて、縦の各列が、1つの組み合わせのDC-ACユニットであり、DC-ACユニットの各組み合わせが、DC-ACユニット1、DC-ACユニット2、…、及びDC-ACユニットMを含む。DC-ACユニットの第1の組み合わせ内のDC-ACユニット1の正入力端子が、DC-ACユニットの第2の組み合わせ内のDC-ACユニット1の正入力端子に並列に結合され(すなわち、同様の入力端子が並列に接続され)、DC-ACユニットの第1の組み合わせ内のDC-ACユニット1の負入力端子が、DC-ACユニットの第2の組み合わせのDC-ACユニット1の負入力端子に並列に結合され、・・・等々である。理解され得ることには、DC-ACユニット1、DC-ACユニット2、…、及びDC-ACユニットMの入力端子はカスケード接続されて、少なくとも1つの第2ノードを形成し得る。少なくとも1つの第1ノードが、少なくとも1つの第2ノードに結合され、すなわち、並列に接続された同様の出力端子と、並列に接続された同様の入力端子との間に、少なくとも1つのケーブル結合接続が存在する。
【0040】
図5cは、この出願の一実施形態に従った、並列に接続されたDC-ACユニットの複数の組み合わせの他の概略図である。図5cにおいて、縦の各列が、1つの組み合わせのDC-ACユニットであり、DC-ACユニットの各組み合わせが、DC-ACユニット1、DC-ACユニット2、…、及びDC-ACユニットMを含む。取り得る一ケースにおいて、DC-ACユニットの第1の組み合わせ内のDC-ACユニット1の出力端子が、DC-ACユニットの第2の組み合わせ内のDC-ACユニット1の出力端子に並列に結合され、そして、並列出力を実装するように巻線が接続される。取り得る他の一ケースにおいて、DC-ACユニットの第1の組み合わせ内のDC-ACユニット1の出力端子は、出力のためにDC-ACユニットの第2の組み合わせ内のDC-ACユニット1の出力端子から絶縁され、すなわち、絶縁された出力を実装するように異なる巻線が接続される。同じルールが、他のDC-ACユニットにも適用される。この出願のこの実施形態において詳細を説明することはしない。
【0041】
この出願のこの実施形態において、同様の出力端子とは、異なる組み合わせ内の対応する装置の対応する出力端子を意味する。例えば、電源の第1の組み合わせ内の電源1の正出力端子と、電源の第2の組み合わせ内の電源1の正出力端子は、同様の出力端子であり、DC-ACユニットの第1の組み合わせ内のDC-ACユニット1の出力端子と、DC-ACユニットの第2の組み合わせ内のDC-ACユニット1の出力端子は、同様の出力端子であり、DC-DC(DC-to-DC)ユニットの第1の組み合わせ内のDC-DCユニット1の出力端子と、DC-DCユニットの第2の組み合わせ内のDC-DCユニット1の出力端子は、同様の出力端子である。同様の入力端子とは、異なる組み合わせ内の対応する装置の対応する入力端子を意味する。例えば、DC-ACユニットの第1の組み合わせ内のDC-ACユニット1の正入力端子と、DC-ACユニットの第2の組み合わせ内のDC-ACユニット1の正入力端子は、同様の入力端子であり、DC-DCユニットの第1の組み合わせ内のDC-DCユニット1の正入力端子と、DC-DCユニットの第2の組み合わせ内のDC-DCユニット1の正入力端子は、同様の入力端子であり、等々である。
【0042】
一部の実施形態において、電源とDC-ACユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合される。理解され得ることには、電源とDC-ACユニットとの間に接続された直流ケーブルは、電源1の正出力端子とDC-ACユニット1の正入力端子とを結合するための直流ケーブルであってもよいし、電源Nの負出力端子とDC-ACユニットMの負入力端子とを結合するための直流ケーブルであってもよいし、第1ノードと第2ノードとを結合するための直流ケーブルであってもよいし、電源1、電源2、…、及び電源Nの間のカスケード接続された出力のための直流ケーブルであってもよいし、DC-ACユニット1、DC-ACユニット2、…、及びDC-ACユニットMの間のカスケード接続された入力のための直流ケーブルであってもよい。好ましくは、通信信号は、電力線通信(power line communication,PLC)信号とし得る。ケーブルに結合されるこの種の信号は、情報を運ぶ高周波数を電流にロードし、そして、ケーブルを用いて情報を送受信するアダプタが、電流から高周波数を分離して情報伝送を実現する。従って、電源及びDC-ACユニットが通信信号を認識することができる装置である場合、直流ケーブルに結合される通信信号を用いることによって、電源とDC-ACユニットとの間で通信が実行され得る。実際の適用では、通信信号は、PLC信号以外の、通信を実施することができる信号であってもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。実際の適用において、電力システムは、通信信号を認識することができる電源及びDC-ACユニットを使用してもよいし、電源及びDC-ACユニットが通信信号を認識することができるように電源及びDC-ACユニットを変更してもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
【0043】
一部の実施形態において、電源は、太陽光発電パネルの出力をオプティマイザ又は遮断装置に接続してから直列/並列結合を行うことによって形成された太陽光発電アレイである。電源とDC-ACユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されるとき、通信信号はオプティマイザ又は遮断装置も通り抜け、電源又はDC-ACユニットは、通信信号を用いることによって、高速遮断を実施するようにオプティマイザ又は遮断装置の遮断を制御し得る。すなわち、電源又はDC-ACユニットは、遮断命令を搬送する通信信号をオプティマイザ又は遮断装置に送信し得る。遮断命令を搬送する通信信号を受信した後、オプティマイザ又は遮断装置は、高速遮断を実施するために遮断命令を実行する。通信信号の状況は、前述の実施形態における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0044】
一部の実施形態において、電力システムは更に、少なくとも1つのエネルギー貯蔵ユニットを含む。エネルギー貯蔵ユニットは、電源とDC-ACユニットとの間に接続された少なくとも2つの直流ケーブルに並列に結合される。この出願のこの実施形態において、電源とDC-ACユニットとの間に接続される直流ケーブルは、電源とDC-ACユニットとの間に接続される直流ケーブルであってもよいし、電源1の正出力端子とDC-ACユニット1の正入力端子とを結合するための直流ケーブルであってもよいし、電源Nの負出力端子とDC-ACユニットMの負入力端子とを結合するための直流ケーブルであってもよいし、第1ノードと第2ノードとを結合するための直流ケーブルであってもよい。例えば、エネルギー貯蔵ユニットは、電源1の正出力端子とDC-ACユニット1の正入力端子とを結合するための直流ケーブルと、電源Nの負出力端子とDC-ACユニットMの負入力端子とを結合するための直流ケーブルとの間に並列に結合される。あるいは、エネルギー貯蔵ユニットは、第1ノードと第2ノードとを結合するための3つの直流ケーブルの間に並列に結合される。理解され得ることには、1つの電力システムに含まれるエネルギー貯蔵ユニットの数は限定されず、すなわち、同時に複数のエネルギー貯蔵ユニットが並列に結合されてもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。この出願のこの実施形態において、エネルギー貯蔵ユニットは、エネルギー貯蔵装置であってもよいし、直流変換ユニットとエネルギー貯蔵装置とを含んでもよいし、エネルギーを蓄積することができる他の装置であってもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。エネルギー貯蔵装置は、以下に限られないが、スーパーキャパシタ、バッテリ、及びこれらに類するものを含み得る。直流変換ユニットは、DC-DC変換ユニット又はこれに類するものとし得る。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
【0045】
一部の実施形態において、電力システムがエネルギー貯蔵ユニットを有して構成される場合、エネルギー貯蔵ユニットと電源との間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、エネルギー貯蔵ユニットが電源と通信してもよい。通信信号の状況及び通信を実装するための原理は、前述の実施形態における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。他の一部の実施形態において、電力システムがエネルギー貯蔵ユニットを有して構成される場合、エネルギー貯蔵ユニットとDC-ACユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、エネルギー貯蔵ユニットがDC-ACユニットと通信してもよい。通信信号の状況は、エネルギー貯蔵ユニットと電源との間で実装される通信についての前述の状況と同様である。詳細をここで再び説明することはしない。
【0046】
実施形態2
図6は、この出願の一実施形態に従った電力システムの実施形態2の概略図である。当該電力システムは、電源1と、電源2と、第1段DC-ACユニットと、第2段DC-ACユニットとを含む。電源1及び電源2は、実施形態1と同様の、太陽光発電アレイ、エネルギー貯蔵電源、又は風力発電直流源とし得る。詳細をここで再び説明することはしない。第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットは、例えばインバータといった、直流を交流に変換することができる装置とし得る。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
【0047】
この出願のこの実施形態では、電源1の正出力端子が第1段DC-ACユニットの正入力端子に結合され、電源2の負出力端子が第2段DC-ACユニットの負入力端子に結合され、電源1の負出力端子が電源2の正出力端子に結合され、第1段DC-ACユニットの負入力端子が第2段DC-ACユニットの正入力端子に結合される。従って、電源1と電源2の出力がカスケード接続され、第1段DC-ACユニットと第2段DC-ACユニットの入力がカスケード接続される。この出願のこの実施形態では、電源の出力端子がカスケード接続されて、出力電圧を高め、電源とDC-ACユニットとの間の電流を減少させて、電源からDC-ACユニットへのケーブルのコスト及び損失の問題を解決する。例えば、電源1及び電源2の各々の最大出力電圧は1500Vである。電源1と電源2の出力がカスケード接続された後、最大出力電圧は3kVである、同じ電力の場合、電圧が増すと、出力電流が減少し、使用するケーブルの線径仕様が低くなり、コストが減少する。
【0048】
第1段DC-ACユニットの出力端子と第2段DC-ACユニットの出力端子は、出力のために絶縁され、異なる巻線に接続される。これは、実施形態1におけるDC-ACユニットの絶縁された出力のケースと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。この出願のこの実施形態では、DC-ACユニットのカスケード接続された入力及び絶縁された出力により、電力変換装置の仕様が下げられる。従って、現在の産業界における電力変換装置の仕様は不十分である(一般に、IGBTでは最大1700V)。しかし、この出願のこの実施形態で提供される電力システムでは1500Vの回路遮断器を使用することができ、コストは低い。現在の産業界における電力変換装置の仕様不足という技術的問題が解決される。
【0049】
電源1の負出力端子が電源2の正出力端子に結合されるノードを第1ノードと称し、第1段DC-ACユニットの負入力端子が第2段DC-ACユニットの正入力端子に結合されるノードを第2ノードと称する。
【0050】
図7は、この出願の一実施形態に従った電力システムの一実施形態の概略図である。図7に示すように、一部の実施形態において、電源1の正出力端子が、第1の導電体を用いて第1段DC-ACユニットの正入力端子に結合され、電源2の負出力端子が、第2の導電体を用いて第2段DC-ACユニットの負入力端子に結合される。第1ノードと第2ノードとが、第3の導電体を用いて結合される。理解され得ることには、この出願のこの実施形態において、第1の導電体、第2の導電体、及び第3の導電体は全て、電源(電源1及び電源2)とDC-ACユニット(第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニット)との間に接続される直流ケーブルである。ケーブルの材料及び線径仕様は、実際の状況に従って設定され得る。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。理解され得ることには、従来技術では、電源1と電源2とで合計4つの出力端子を持ち、それ故に4本のケーブルが接続される。しかし、この出願のこの実施形態においては、電源1と電源2がカスケード接続され、第1ノードと第2ノードが、1本のケーブルを用いて結合され、4本のケーブルという既存の技術的ソリューションが、3本のケーブルのみを必要とするソリューションへと改良される。従って、1本のケーブルのコスト及び建設コストを節減することができる。
【0051】
一部の実施形態において、第1ノードは、電源1と電源2とをカスケード接続する中点であり、第2ノードは、第1段DC-ACユニットと第2段DC-ACユニットとをカスケード接続する中点であるので、第3の導電体上の電流値が第1の導電体上の電流値以下であることを実現することができる。第3の導電体上の電流値が第1の導電体上の電流値以下である場合、第3の導電体の線径仕様を下げてもよく、それにより、第3の導電体のコストが低減される。他の一部の実施形態において、同様に、第3の導電体上の電流値は、第2の導電体上の電流値以下である。従って、第3の導電体上の電流値が第2の導電体上の電流値以下である場合、第3の導電体の線径仕様を下げてもよく、それにより、第3の導電体のコストが低減される。確かなことには、第3の導電体の電流値は代わりに、第1の導電体の電流値未満且つ第2の導電体の電流値未満とし得る。これも、第3の導電体の線径仕様を下げて、第3の導電体のケーブルコストを低減させ得る。
【0052】
一部の実施形態において、第1の導電体、第2の導電体、及び第3の導電体は、分散二重(Distributed Double,DC)バスを形成する。第1の導電体及び第2の導電体が正のバスを形成し、第2の導電体及び第3の導電体が負のバスを形成する。第3の導電体は、分散二重バスの中間バス(中間ケーブル)である。第1の導電体、第2の導電体、及び第3の導電体は、直流導体である。3Dテクノロジ(three derect-Cable)では、3本のケーブルを用いて直流バスが構築され、第1の導電体及び第2の導電体を用いて正のバスが構築され、第2の導電体及び第3の導電体を用いて負のバスが構築される。
【0053】
図8は、この出願の一実施形態に従った電力システムの一実施形態の概略図である。図8に示すように、一部の実施形態において、第1ノード及び第2ノードの両方がグランドに結合される。この出願のこの実施形態では、第1ノード及び第2ノードの両方がグランドに結合され、その結果、電源1及び電源2の出力電力又は出力電圧が非対称であるとき、又は第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットの入力電力又は入力電圧が非対称であるときに、電圧等化を達成するための電流ループが提供され、それにより、システムの正常動作が確保される。また、第1ノードと第2ノードとの間のケーブル接続が不要であり、それ故に1本のケーブルのコスト及び建設コストを節減することができる。
【0054】
一部の実施形態において、第1ノードと第2ノードとが結合される場合であって、電源1及び電源2のうちの一方の出力電圧及び/又は出力電流及び/又は出力電力が所定値よりも低いとき、対応する電源が動作するのを停止する。この場合、DC-ACユニット1及びDC-ACユニット2のうちの少なくとも一方が動作する。一例において、電源1の出力電圧が所定値よりも低い場合、電源1が動作を停止し、そして、電源2の出力電圧が所定値以上である場合、電源2は動作を続ける。他の一例において、電源2の出力電圧が所定値よりも低い場合、電源2が動作を停止する。この出願のこの実施形態では、その出力が所定値未満である電源は動作しないように停止されることができ、それにより、不要な無駄が回避され、変換効率及び利用率が向上される。さらに、少なくとも一方のDC-ACユニットが動作することが保証され、システムの正常動作がリアルタイムに確保される。
【0055】
第1ノードと第2ノードとが結合されない場合、電力不一致の影響が考慮される。例えば、太陽光発電システムでは、異なる照射により、電源1の出力電圧が電源2の出力電圧より大きくなることがあり、すなわち、電源1と電源2によって出力される電圧及び/又は電力は非対称になることがあり、出力電力におけるキャスク(cask)効果を生じさせる。従って、第1ノードと第2ノードとが結合されない場合、電力システムは、電源1と電源2によって出力される電圧及び/又は電力の非対称性を防止するための等化回路を有して構成され得る。以下にて、4つの等化回路を提供する。実際の適用では、代わりに他の等化回路が存在してもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
【0056】
一部の実施形態において、電力システムは更に第1の等化回路ユニットを含む。図9aは、第1の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。第1の等化回路ユニットは、第1のインタフェース、第2のインタフェース、及び第3のインタフェースを有して構成され、第1のインタフェースは第2ノードに結合され、第2のインタフェースは第1段DC-ACユニットの正入力端子に結合され、第3のインタフェースは第2段DC-ACユニットの負入力端子に結合される。第1の等化回路ユニットは、第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットの入力電圧及び/又は電力及び/又は電流をバランスさせることができる。第1の等化回路ユニットの動作原理は、次の通りである。第1の等化回路ユニットは、第1のインタフェース及び第2のインタフェースを介して第1段DC-ACユニットの入力端子からエネルギーを取得し、第1のインタフェース及び第3のインタフェースを介して第2段DC-ACユニットへのエネルギーを補償し、あるいは、第1の等化回路ユニットは、第1のインタフェース及び第3のインタフェースを介して第2段DC-ACユニットの入力端子からエネルギーを取得し、第1のインタフェース及び第2のインタフェースを介して第1段DC-ACユニットへのエネルギーを補償する。
【0057】
一部の実施形態において、電力システムは更に第2の等化回路ユニットを含む。図9b1は、第2の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。図9b2は、第2の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。第2の等化回路ユニットは、第4のインタフェース及び第5のインタフェースを有して構成される。第4のインタフェースは第2ノードに結合される。第5のインタフェースは、第1段DC-ACユニットの正入力端子に結合され、又は第2段DC-ACユニットの負入力端子に結合される。第2の等化回路ユニットの動作原理は、第1の等化回路ユニットの動作原理と同様である。具体的には、第2の等化回路ユニットは、第1段DC-ACユニットのエネルギーを第2段DC-ACユニットに対して補償することができ、あるいは、第2段DC-ACユニットのエネルギーを第1段DC-ACユニットに対して補償することができる。従って、第2の等化回路ユニットは、第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットの入力電圧及び/又は電力及び/又は電流をバランスさせるように構成されることができる。
【0058】
一部の実施形態において、電力システムは更に第3の等化回路ユニットを含む。図9cは、第3の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。第3の等化回路ユニットは、第6のインタフェース、第7のインタフェース、及び第8のインタフェースを有して構成され、第6のインタフェースは第1ノードに結合され、第7のインタフェースは電源1の正出力端子に結合され、第8のインタフェースは電源2の負出力端子に結合される。第3の等化回路ユニットの動作原理は、第1の等化回路ユニットの動作原理と同様である。具体的には、第3の等化回路ユニットは、電源1によって出力されるエネルギーを電源2に対して補償することができ、あるいは、電源2によって出力されるエネルギーを電源1に対して補償することができる。従って、第3の等化回路ユニットは、電源1及び電源2の出力電圧及び/又は電力及び/又は電流をバランスさせるように構成されることができる。
【0059】
一部の実施形態において、電力システムは更に第4の等化回路ユニットを含む。図9d1は、第4の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図1である。図9d2は、第4の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図2である。第4の等化回路ユニットは、第9のインタフェース及び第10のインタフェースを有して構成される。第9のインタフェースは第1ノードに結合される。第10のインタフェースは、電源1の正出力端子又は電源2の負出力端子に結合される。第4の等化回路ユニットの動作原理は、第1の等化回路ユニットの動作原理と同様である。具体的には、第4の等化回路ユニットは、電源1によって出力されるエネルギーを電源2に対して補償することができ、あるいは、電源2によって出力されるエネルギーを電源1に対して補償することができる。従って、第3の等化回路ユニットは、電源1及び電源2の出力電圧及び/又は電力及び/又は電流をバランスさせるように構成されることができる。
【0060】
一部の実施形態において、第1段DC-ACユニットの出力端子及び第2段DC-ACユニットの出力端子が、それぞれ、異なる変圧器に接続され、あるいは、第1段DC-ACユニットの出力端子及び第2段DC-ACユニットの出力端子が、それぞれ、同一の変圧器の異なる巻線に接続される。
【0061】
一部の実施形態において、電源1及び電源2は、電源の1つの組み合わせと見なされ、第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットは、DC-ACユニットの1つの組み合わせと見なされる。図10aは、この出願の一実施形態に従った、並列に接続された電源の複数の組み合わせの概略図である。図10aに示すように、電源の少なくとも2つの組み合わせが結合されるとき、電源の第1の組み合わせ内の電源1に対応する出力端子と、電源の第2の組み合わせ内の電源1に対応する出力端子とが並列に結合される。これは、実施形態1における電源の組み合わせの説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。図10bは、この出願の一実施形態に従った、並列に接続されたDC-ACユニットの複数の組み合わせの概略図である。DC-ACユニットの少なくとも2つの組み合わせが並列に接続されるとき、DC-ACユニットの第1の組み合わせ内の第1段DC-ACユニットの入力端子が、DC-ACユニットの第2の組み合わせ内の第1段DC-ACユニットの入力端子に並列に接続される。これは、実施形態1におけるDC-ACユニットの組み合わせの入力端子の状況の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。図10cは、この出願の一実施形態に従った、並列に接続されたDC-ACユニットの複数の組み合わせの他の概略図である。DC-ACユニットの少なくとも2つの組み合わせが並列に接続されるとき、DC-ACユニットの第1の組み合わせ内の第1段DC-ACユニットの出力端子と、DC-ACユニットの第2の組み合わせ内の第1段DC-ACユニットの出力端子とが、出力のために並列に接続されるか、出力のために絶縁されるかし得る。これは、実施形態1におけるDC-ACユニットの組み合わせの出力端子の状況と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0062】
一部の実施形態において、第1段DC-ACユニットの出力端子とグランド点との間に、絶縁監視装置(insulation monitoring device,IMD)が結合される。他の一部の実施形態において、IMD装置は、第2段DC-ACユニットの出力端子とグランド点との間に結合される。他の一部の実施形態において、第1段DC-ACユニットの出力端子とグランド点との間に第1のIMD装置が結合され、第2段DC-ACユニットの出力端子とグランド点との間に第2のIMD装置が結合される。IMD装置は、グランドに対する電力システムの絶縁インピーダンスを検出することができる。グランドに対する絶縁インピーダンスが所定値よりも低い場合、この出願のこの実施形態では、好ましくは、第1段DC-ACユニット及び/又は第2段DC-ACユニットと変圧器巻線との間の結合接続を切断することができ、その結果、システム全体が動作を停止し、それにより、システム動作の安全性が更に確保される。
【0063】
この出願のこの実施形態において、電源1、電源2、第1段DC-ACユニット、及び第2段DC-ACユニットの間に接続された直流ケーブルに、通信信号が結合される。通信信号は、電源1、電源2、第1段DC-ACユニット、及び第2段DC-ACユニットの間で通信を実施するために使用される。通信信号は好ましくはPLC信号であり、これは、前述の実施形態における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0064】
この出願のこの実施形態において、第1段DC-ACユニットの出力端子に接続された交流ケーブルに通信信号が結合され、該交流ケーブルが更に、他の装置に結合され得る。第1段DC-ACユニットは、通信信号を用いることにより、該交流ケーブル上で他の装置と通信し得る。DC-ACユニットの複数の組み合わせが並列に接続され、且つ複数の第1段DC-ACユニットの出力が並列に接続される場合、該複数の第1段DC-ACユニットの並列の出力端子が、接続された交流ケーブルに結合された他の装置と、該交流ケーブル上の通信信号を用いて通信し得る。上述の他の装置は、交流を使用する交流装置とし得る。同様に、第2段DC-ACユニットの出力端子の通信の状況は、第1段DC-ACユニットのそれと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。通信信号は好ましくはPLC信号であり、これは、前述の実施形態における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0065】
図11は、この出願の一実施形態に従ったリーク電流センサを備えた電力システムの概略図である。図11に示すように、一部の実施形態において、電源1の出力端子におけるリーク電流値を検出するために、電源1の正出力端子及び負出力端子がリーク電流センサに接続され得る。リーク電流センサは、電源1の内部に埋め込まれてもよいし、電源1の外部に露出されてもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。電源2の出力端子におけるリーク電流値を検出するために、電源2の正出力端子及び負出力端子がリーク電流センサに接続され得る。リーク電流センサは、電源2の内部に埋め込まれてもよいし、電源2の外部に露出されてもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。第1段DC-ACユニットの入力端子におけるリーク電流を検出するために、第1段DC-ACユニットの正入力端子及び負入力端子がリーク電流センサに結合され得る。リーク電流センサは、第1段DC-ACユニットの内部に埋め込まれてもよいし、第1段DC-ACユニットの外部に露出されてもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。第1段DC-ACユニットの出力端子におけるリーク電流を検出するために、第1段DC-ACユニットの内部出力相ラインがリーク電流センサに結合され得る。該リーク電流センサは、通常、第1段DC-ACユニット内に配置される。同様に、第2段DC-ACユニットの入力端子及び出力端子も、第1段DC-ACユニットのようにリーク電流センサを備え得る。詳細をここで再び説明することはしない。リーク電流センサが、対応するリーク電流値が所定の閾値よりも大きいことを検出すると、リーク電流センサは、電源1、電源2、第1段DC-ACユニット、及び第2段DC-ACユニットのうちのいずれか1つ以上又は全てに信号を送信し得る。そして、電源1、電源2、第1段DC-ACユニット、及び第2段DC-ACユニットのうちの上記いずれか1つ以上又は全ては、それらに接続されたホストコンピュータにアラームを報告することができ、あるいは電力システムを停止させるための信号を送信することができ、あるいは他の方法で処理することができる。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
【0066】
一部の実施形態において、第1段DC-ACユニットの出力の高速遮断を実装するために、第1段DC-ACユニットの出力端子に接続された内部出力相ラインが、少なくとも1つのスイッチに直列に接続される。該スイッチは、リレー、回路遮断器、又は接触器とすることができ、あるいは他のタイプのスイッチであってもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。同様に、第2段DC-ACユニットの出力端子に接続された内部出力相ラインも、スイッチに直列に接続され得る。これは、第1段DC-ACユニットの出力相ラインがスイッチに直列に接続される場合と同様である。詳細をここで再び説明することはしない。
【0067】
この出願のこの実施形態において、電源1及び電源2が太陽光発電アレイである場合、電力システムは太陽光発電システムと称され得る。例えば、風力発電システム、エネルギー貯蔵システム、又はハイブリッド発電システムといった、他のタイプの電力システムについては、実装に関して太陽光発電システムを参照されたい。この出願のこの実施形態において、他のタイプの電力システムについて詳細を説明することはしない。以下、太陽光発電システムを詳細に説明する。
【0068】
太陽光発電システムでは、第1ノード及び第2ノードのうち一方のみがグランドに結合される必要があり、すなわち、第1ノードがグランドに結合されるか、第2ノードがグランドに結合されるかする。一部の実施形態では、代わりに第1ノード及び第2ノードの両方がグランドに結合されてもよい。第1ノード及び/又は第2ノードがグランドに結合されることで、電源1及び電源2の出力電力又は出力電圧が非対称であるとき、又は第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットの入力電力又は入力電圧が非対称であるときに、電圧等化を達成するように電流ループを設けることができ、それにより、システムの正常動作が確保されるとともに、1本のケーブルのコスト及び建設コストが節減される。
【0069】
太陽光発電システムでは、電圧源を結合することによってPID現象を除去し得る。図12aは、この出願の一実施形態に従った電圧源を備えた電力システムの概略図1である。第2段DC-ACユニットの出力端子に対応する変圧器巻線の中点とグランド点との間に電圧源を結合して、グランドに対する該中点の電位を調節するようにする。太陽光発電システムが稼働のために正常にグリッドに接続されるとき、電圧源を用いて三相A/B/Cとグランドとの間に電圧と電流を注入することで、グランドに対する電源1及び電源2の負出力端子の電圧が0に等しいこと、又はグランドに対する電源1及び電源2の正出力端子の電圧が0に等しいことを確保するようにする。これは、太陽光発電アレイ(電源1及び電源2)内のバッテリパネルがPID現象を発生するのを防止する。また、この出願のこの実施形態では、(グランドに対する負出力端子PV-の電圧が0より低いときにPID現象を発生するバッテリパネルに対して)グランドに対する電源1及び電源2の負出力端子の電圧が0より高くなるように、又は(グランドに対する正出力端子PV+の電圧が0より高いときにPID現象を発生するバッテリパネルに対して)グランドに対する電源1及び電源2の正出力端子の電圧が0より低くなるように、電圧を調節することができる。これは、バッテリパネルのPID修復機能を実現し、グランドに対する電源1及び電源2の正出力端子及び負出力端子の電圧がバッテリパネルの最大印加システム電圧を超えないことを確保し、それにより、システム安全性が確保される。この電圧はまた、第1段DC-ACユニットの出力端子に対応する変圧器巻線の中点とグランド点との間に電圧源を結合することによって調節されることもできる。これは、第2段DC-ACユニットの出力端子に対応する変圧器巻線の中点とグランド点との間に電圧源を結合することの前述の原理と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0070】
図12bは、この出願の一実施形態に従った電圧源を備えた電力システムの概略図2である。この実施形態では、電圧源が、第2段DC-ACユニットの出力側外部相ラインとグランド点との間に結合されて、グランドに対する対応する出力相ラインの電位を調節する。例えば、出力側外部相ラインがABCラインである場合、つまりはABCラインであるこれら3つのラインに別々に電圧源が接続され得る。太陽光発電システムが稼働のために正常にグリッドに接続されるとき、電圧源を用いて三相A/B/Cとグランドとの間に電圧と電流を注入することで、グランドに対する電源1及び電源2の負出力端子の電圧が0に等しいこと、又はグランドに対する電源1及び電源2の正出力端子の電圧が0に等しいことを確保するようにする。これは、太陽光発電アレイ(電源1及び電源2)内のバッテリパネルがPID現象を発生するのを防止する。これは、第2段DC-ACユニットの出力端子に対応する変圧器巻線の中点とグランド点との間に電圧源を結合することの前述の原理と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。これはまた、第1段DC-ACユニットの出力側外部相ラインとグランド点との間に電圧源を結合することの原理と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0071】
図12cは、この出願の一実施形態に従った電圧源を備えた電力システムの概略図3である。この実施形態では、電圧源が、第2段DC-ACユニットの出力端子の内部相ラインとグランド点との間に結合されて、グランドに対する対応する出力相ラインの電位を調節する。太陽光発電システムが稼働のために正常にグリッドに接続されるとき、電圧源を用いて三相A/B/Cとグランドとの間に電圧と電流を注入することで、グランドに対する電源1及び電源2の負出力端子の電圧が0に等しいこと、又はグランドに対する電源1及び電源2の正出力端子の電圧が0に等しいことを確保するようにする。これは、太陽光発電アレイ(電源1及び電源2)内のバッテリパネルがPID現象を発生するのを防止する。これは、第2段DC-ACユニットの出力端子に対応する変圧器巻線の中点とグランド点との間に電圧源を結合することの前述の原理と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。これはまた、第1段DC-ACユニットの出力端子の内部相ラインとグランド点との間に電圧源を結合することの原理と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0072】
一部の取り得る実施形態では、同様の機能を実現するために、代わりに、電圧源を補償パワーモジュールで置き換えてもよい。詳細をここで再び説明することはしない。
【0073】
図13は、この出願の一実施形態に従った絶縁ユニットを備えた電力システムの概略図である。太陽光発電システムにおいて、第1段DC-ACユニットは更に、AC-DC絶縁ユニットを含み得る。絶縁ユニットの入力端子が、第1段DC-ACユニットの出力端子の位置の内部相ラインに結合される。絶縁ユニットの第1の出力端子がグランドに結合され、絶縁ユニットの第2の出力端子が、第1段DC-ACユニットの正入力端子及び/又は負入力端子に結合される。絶縁ユニットは、グランドに対する第1電源及び/又は第2電源の出力電圧を調節するように構成されることができる。同様に、第2段DC-ACユニットもAC-DC絶縁ユニットを含み得る。該絶縁ユニットの入力端子が、第2段DC-ACユニットの出力端子の位置の内部相ラインに結合され得る。該絶縁ユニットの第1の出力端子がグランドに結合され、該絶縁ユニットの第2の出力端子が、第2段DC-ACユニットの正入力端子及び/又は負入力端子に結合される。該絶縁ユニットは、PID現象を除去するように、グランドに対する第1電源及び/又は第2電源の出力電圧を調節するように構成される。
【0074】
一部のケースにおいて、第1段DC-ACユニットの内部に絶縁ユニットが配置され、第2段DC-ACユニットの内部に絶縁ユニットは配置されない。他の一部のケースにおいて、第1段DC-ACユニットの内部に絶縁ユニットは配置されず、第2段DC-ACユニットの内部に絶縁ユニットが配置される。他の一部のケースにおいて、第1段DC-ACユニットの内部及び第2段DC-ACユニットの内部に絶縁ユニットが配置される。第1段DC-ACユニットの内部の絶縁ユニットを第1のAC-DC絶縁ユニットと称することがあり、第2段DC-ACユニットの内部の絶縁ユニットを第2のAC-DC絶縁ユニットと称することがある。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
【0075】
一部の実施形態では、太陽光発電システムにおいて、第1電源及び第2電源は、太陽光発電アレイであって、図3bに示したように、太陽光発電パネルの出力端子がオプティマイザ又は遮断装置に直列に接続された後に直列/並列接続を通じて形成された太陽光発電アレイとし得る。この太陽光発電システムにおいて、オプティマイザ又は遮断装置の出力端子に接続された直流ケーブルに通信信号が結合することができ、第1段DC-ACユニット及び/又は第2段DC-ACユニットは、該通信信号を用いることによってオプティマイザ又は遮断装置と通信し、オプティマイザ又は遮断装置の高速遮断を実施するようにオプティマイザ又は遮断装置を制御し得る。
【0076】
一部の実施形態において、太陽光発電システムは更にコンバイナユニットを含み得る。図14aは、この出願の一実施形態に従ったコンバイナユニットを有する電力システムの概略図1である。この太陽光発電システムは、2つのコンバイナユニットを含んでおり、一方のコンバイナユニットを第1のコンバイナユニットとし、他方のコンバイナユニットを第2のコンバイナユニットとする。第1のコンバイナユニットの入力端子が、電源1の出力端子に結合される。第1のコンバイナユニットの正出力端子が、第1段DC-ACユニットの正入力端子に結合される。第1のコンバイナユニットの負出力端子が、第2のコンバイナユニットの正の出力端子に結合され、次いで第2ノードに結合される。第2のコンバイナユニットの負出力端子が、第2段DC-ACユニットの負入力端子に結合される。実際の適用では、第1のコンバイナユニットの正出力端子に接続された直流ケーブルを正のバスと称することができ、第1のコンバイナユニットの負出力端子に接続された直流ケーブルを負のバスと称することができる。同じルールが第2のコンバイナユニットにも適用され、詳細をここで再び説明することはしない。コンバイナユニットを用いた太陽光発電システムは、より多くの電源1及び電源2に接続されることができ、それにより、太陽光発電効率を向上させ得る。
【0077】
図14bは、この出願の一実施形態に従ったコンバイナユニットを有する電力システムの概略図2である。一部の実施形態において、太陽光発電システムはコンバイナユニットを含み得る。該コンバイナユニットの入力端子は、電源1の出力端子に結合されることができ、あるいは電源2の出力端子に結合されることができる。該コンバイナユニットは3つの出力端子を持っている。第1の出力端子が、第1段DC-ACユニットの正入力端子に結合され、第2の出力端子が第2ノードに結合され、第3の出力端子が、第2段DC-ACユニットの負入力端子に結合される。理解され得ることには、第1の出力端子、第2の出力端子、及び第3の出力端子は、相対的な広い意味での単なる呼び名である。実際の適用では、出力端子は代わりに別の適切な呼び名を持ち得る。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。また、実際の用途では、コンバイナユニットの第1の出力端子に接続された直流ケーブルを正のバスと称することがあり、コンバイナユニットの第3の出力端子に接続された直流ケーブルを負のバスと称することがある。コンバイナユニットを用いた太陽光発電システムは、より多くの電源1及び電源2に接続されることができ、それにより、太陽光発電効率を向上させ得る。
【0078】
一部の実施形態において、太陽光発電システムは更に、少なくとも1つのエネルギー貯蔵ユニットを含み得る。電源1、電源2、第1段DC-ACユニット、及び第2段DC-ACユニットに接続された少なくとも2つの直流ケーブルが、エネルギー貯蔵ユニットに並列に結合される。図15aは、この出願の一実施形態に従ったエネルギー貯蔵ユニットを含む電力システムの概略図1である。この出願のこの実施形態では、電源1の正出力端子が、第1の直流ケーブルを用いて第1段DC-ACユニットの正入力端子に結合される。第1ノードが、第2の直流ケーブルを用いて第2ノードに結合される。電源2の負出力端子が、第3の直流ケーブルを用いて第2段DC-ACユニットの負入力端子に結合される。エネルギー貯蔵ユニットは、第1の直流ケーブル及び第2の直流ケーブルに並列に結合されている。図15bは、この出願の一実施形態に従ったエネルギー貯蔵ユニットを含む電力システムの概略図2である。該エネルギー貯蔵ユニットは、第1の直流ケーブル及び第3の直流ケーブルに並列に結合されている。図15cは、この出願の一実施形態に従ったエネルギー貯蔵ユニットを含む電力システムの概略図3である。該エネルギー貯蔵ユニットは、第2の直流ケーブル及び第3の直流ケーブルに並列に結合されている。図15dは、この出願の一実施形態に従ったエネルギー貯蔵ユニットを含む電力システムの概略図4である。該エネルギー貯蔵ユニットは、3つの直流ケーブルに並列に結合されている。この出願のこの実施形態で提供される太陽光発電システムにおいて、エネルギー貯蔵ユニットは、エネルギーを収集し、当該エネルギー貯蔵ユニットに接続された装置にエネルギーを提供することができる。
【0079】
エネルギー貯蔵ユニットを備えた実施形態において、エネルギー貯蔵ユニットは、エネルギー貯蔵装置であってもよいし、直流変換ユニットとエネルギー貯蔵装置とを含んでいてもよい。これは、実施形態1におけるエネルギー貯蔵ユニットの説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0080】
エネルギー貯蔵ユニットを備えた実施形態において、エネルギー貯蔵ユニットは、直流ケーブルに結合される通信信号を用いることによって、電源1、電源2、第1段DC-ACユニット、及び第2段DC-ACユニットと通信し得る。これは、実施形態1におけるエネルギー貯蔵ユニットの説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0081】
実施形態3
図16は、この出願の一実施形態に従った電力システムの実施形態3の概略図である。当該電力システムは、N個の電源、N個のDC-DCユニット、及びM個のDC-ACユニットを含む。N個の電源は、電源1、電源2、…、及び電源Nを含む。これらの電源は、実施形態1と同様の、太陽光発電アレイ、エネルギー貯蔵電源、風力発電直流源、又はこれらに類するものとし得る。詳細をここで再び説明することはしない。M個のDC-ACユニットは、DC-ACユニット1、DC-ACユニット2、…、及びDC-ACユニットMを含む。これらのDC-ACユニットは、例えばインバータといった、直流を交流に変換することができる装置とし得る。これは実施形態1と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0082】
図17は、この出願の一実施形態に従ったDC-DCユニットの概略図である。この出願のこの実施形態において、N個のDC-DCユニットは、DC-DCユニット1、DC-DCユニット2、…、及びDC-DCユニットNを含む。図17に示すように、各DC-DCユニットが、正入力端子、負入力端子、正出力端子、及び負出力端子を有して構成され得る。この出願のこの実施形態では、説明を容易にするために、特に断らない限り、概して、DC-DCユニットの左上部分の入力端子を正入力端子として参照し、左下部分の入力端子を負入力端子として参照し、右上部分の出力端子を正出力端子として参照し、そして、右下部分の出力端子を負出力端子として参照する。理解され得ることには、この出願のこの実施形態において、DC-DCユニットは、例えばDC/DCコンバータといった、直流を直流に変換することができる装置とし得る。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
【0083】
図16に示すように、電源1の出力端子がDC-DCユニット1の入力端子に結合される。具体的には、電源1の正出力端子がDC-DCユニット1の正入力端子に結合され、電源1の負出力端子がDC-DCユニット1の負入力端子に結合される。他の電源と他のDC-DCユニットとの間の結合は、ここに記載した結合と同様である。例えば、電源2の出力端子がDC-DCユニット2の入力端子に結合される。詳細をここで再び説明することはしない。
【0084】
理解され得ることには、この出願のこの実施形態における電源番号、DC-DCユニット番号、及びDC-ACユニット番号は、説明を容易にするために、1からN又はMまでのシーケンス番号が使用しているが、実際のシーケンスを表すものではない。実際の適用では、各電源、各DC-DCユニット、及び各DC-ACユニットを、実際の状況に基づいて番号付けることができる。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
【0085】
図16に示すように、DC-DCユニット1の正出力端子がDC-ACユニット1の正入力端子に結合され、DC-DCユニットNの負出力端子がDC-ACユニットMの負入力端子に結合され、DC-DCユニット1の負出力端子がDC-DCユニット2の正出力端子に結合され、結合ノードが第1ノードとして参照され、DC-DCユニット2の負出力端子がDC-DCユニット3の正出力端子に結合され、結合ノードが第1ノードとして参照され、等々で複数の第1ノードを形成する。DC-ACユニット1の負入力端子がDC-ACユニット2の正入力端子に結合され、結合ノードが第2ノードとして参照され、DC-ACユニット2の負入力端子がDC-ACユニット3の正入力端子に結合され、結合ノードが第2ノードとして参照され、等々で複数の第2ノードを形成する。この出願のこの実施形態では、DC-DCユニットの出力端子がカスケード接続され、且つDC-ACユニットの入力端子がカスケード接続される。DC-DCユニットとDC-ACユニットとの間の電流を減少させ、DC-DCユニットからDC-ACユニットへのケーブルのコスト及び損失の問題を解決するように、DC-DCユニットの出力端子がカスケード接続されて、出力電圧を高める。例えば、各DC-DCユニットの最大出力電圧はXボルトであり、N個のDC-DCユニットがカスケード接続された後の最大出力電圧はNXボルトである。同じ電力の場合、電圧が増すと、出力電流が減少し、使用するケーブルの線径仕様が低くなり、コストが減少する。
【0086】
この出願のこの実施形態では、少なくとも1つの第1ノードと少なくとも1つの第2ノードとが結合される。例えば、一部の実施形態において、1つの第1ノードが1つの第2ノードに結合され、他の第1ノードと他の第2ノードは結合されない。他の一部の実施形態において、2つの第1ノードが2つの第2ノードにそれぞれ結合され、他の第1ノードと他の第2ノードは結合されない。他の一部の実施形態において、第1ノードの数は第2ノードの数に等しく、各第1ノードが、対応する第2ノードに結合される。他の一部の実施形態において、第1ノードの数は第2ノードの数とは異なり、各第1ノードが、対応する第2ノードに結合され、残りの第1ノード又は残りの第2ノードは結合されない。実際の適用では、代わりに他の結合方式が用いられてもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。この出願のこの実施形態では、DC-DCユニットとDC-ACユニットとの間に接続されるケーブルの数が、第1ノード及び第2ノードの方式で減少され、それにより、電力システムのコストが低減される。
【0087】
この出願のこの実施形態において、DC-ACユニットの出力端子は、出力のために絶縁される。例えば、DC-ACユニット1の出力端子はDC-ACユニット2の出力端子から絶縁され、DC-ACユニット2の出力端子はDC-ACユニット3の出力端子から絶縁される。実際の適用では、各DC-ACユニットの出力端子が異なる巻線に結合され、各巻線が三相電圧又は単相電圧を出力し得る。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。この出願のこの実施形態において、DC-ACユニットのカスケード接続された入力及び絶縁された出力は、電力変換装置の仕様を低くすることができる。従って、現在の産業界における電力変換装置の仕様不足(一般に、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(insulated gate bipolar transistor,IGBT)では最大1700V)及び高コストの問題が解決される。さらに、比較的低い仕様の回路遮断器を用いてコストを低減させ得る。
【0088】
一部の実施形態において、図16の電源1、電源2、…、及び電源Nは、電源の1つの組み合わせと見なされてもよく、DC-DCユニット1、DC-DCユニット2、…、及びDC-DCユニットNは、DC-DCユニットの1つの組み合わせと見なされてもよく、そして、DC-ACユニット1、DC-ACユニット2、…、DC-ACユニットMは、DC-ACユニットの1つの組み合わせと見なされてもよい。従って、1つの電力システムが、少なくとも、電源の1つの組み合わせ、DC-DCユニットの1つの組み合わせ、及びDC-ACユニットの1つの組み合わせを含む。DC-DCユニットの複数の組み合わせ及び/又はDC-ACユニットの複数の組み合わせが存在する場合、DC-DCユニットの少なくとも2つの組み合わせの同様の出力端子が並列に接続され、DC-ACユニットの少なくとも2つの組み合わせの同様の入力端子が並列に接続される。並列に接続された同様の出力端子と、並列に接続された同様の入力端子との間に、少なくとも1つのケーブル結合接続が存在する。同様の出力端子及び同様の入力端子の意味は、実施形態1で説明したものと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。理解され得ることには、DC-DCユニット1、DC-DCユニット2、…、及びDC-DCユニットNの出力端子はカスケード接続されて、少なくとも1つの第1ノードを形成し得る。DC-ACユニット1、DC-ACユニット2、…、及びDC-ACユニットMの入力端子はカスケード接続されて、少なくとも1つの第2ノードを形成し得る。少なくとも1つの第1ノードが、少なくとも1つの第2ノードに結合され、すなわち、並列に接続された同様の出力端子と、並列に接続された同様の入力端子との間に、少なくとも1つのケーブル結合接続が存在する。この出願のこの実施形態において、電源の複数の組み合わせが存在する場合、電源のそれら複数の組み合わせが直列/並列に接続されてから、DC-DCユニットの組み合わせに接続され得る。これらの電源の具体的な結合接続方式は、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
【0089】
この出願のこの実施形態において、DC-ACユニットの複数の組み合わせの同様の出力端子は、並列に結合されるか、出力のために絶縁されるかし得る。これは、前述の実施形態における図5cに対応する説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0090】
一部の実施形態において、電源とDC-DCユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合され、DC-DCユニットとDC-ACユニットとの間に接続された直流ケーブルにも通信信号が結合される。好ましくは、通信信号はPLC信号とし得る。これは、実施形態1における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。実際の適用において、電力システムは、通信信号を認識することができる電源、DC-DCユニット、及びDC-ACユニットを使用してもよいし、電源、DC-DCユニット、及びDC-ACユニットが通信信号を認識することができるように、電源、DC-DCユニット、及びDC-ACユニットを変更してもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
【0091】
一部の実施形態において、電源は、太陽光発電パネルの出力をオプティマイザ又は遮断装置に接続してから直列/並列結合を行うことによって形成された太陽光発電アレイである。電源、DC-DCユニット、及びDC-ACユニットの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されるとき、通信信号はオプティマイザ又は遮断装置も通り抜け、電源、DC-DCユニット、又はDC-ACユニットは、通信信号を用いることによって、高速遮断を実施するようにオプティマイザ又は遮断装置の遮断を制御し得る。すなわち、電源、DC-DCユニット、又はDC-ACユニットは、遮断命令を搬送する通信信号をオプティマイザ又は遮断装置に送信し得る。遮断命令を搬送する通信信号を受信した後、オプティマイザ又は遮断装置は、高速遮断を実施するために遮断命令を実行する。通信信号の状況は、実施形態1における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0092】
一部の実施形態において、電力システムは更に、少なくとも1つのエネルギー貯蔵ユニットを含む。エネルギー貯蔵ユニットは、DC-DCユニットとDC-ACユニットとの間に接続された少なくとも2つの直流ケーブルに並列に結合される。この出願のこの実施形態において、DC-DCユニットとDC-ACユニットとの間に接続される直流ケーブルは、DC-DCユニット1の正出力端子とDC-ACユニット1の正入力端子とを結合するための直流ケーブルであってもよいし、DC-DCユニットNの負出力端子とDC-ACユニットMの負入力端子とを結合するための直流ケーブルであってもよいし、第1ノードと第2ノードとを結合するための直流ケーブルであってもよい。例えば、エネルギー貯蔵ユニットは、DC-DCユニット1の正出力端子とDC-ACユニット1の正入力端子とを結合するための直流ケーブルと、DC-DCユニットNの負出力端子とDC-ACユニットMの負入力端子とを結合するための直流ケーブルとの間に並列に結合される。あるいは、エネルギー貯蔵ユニットは、第1ノードと第2ノードとを結合するための3つの直流ケーブルの間に並列に結合される。理解され得ることには、1つの電力システムに含まれるエネルギー貯蔵ユニットの数は限定されず、すなわち、同時に複数のエネルギー貯蔵ユニットが並列に結合されてもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
【0093】
エネルギー貯蔵ユニットを含む実施形態において、エネルギー貯蔵ユニットは、エネルギー貯蔵装置であってもよいし、直流変換ユニットとエネルギー貯蔵装置とを含んでもよいし、エネルギーを蓄積することができる他の装置であってもよい。これは、実施形態1におけるエネルギー貯蔵ユニットの説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。エネルギー貯蔵ユニットとDC-DCユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、エネルギー貯蔵ユニットがDC-DCユニットと通信してもよい。エネルギー貯蔵ユニットとDC-ACユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、エネルギー貯蔵ユニットがDC-ACユニットと通信してもよい。通信信号の状況及び通信を実装するための原理は、実施形態1における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0094】
実施形態4
図18は、この出願の一実施形態に従った電力システムの実施形態4の概略図である。当該電力システムは、電源1と、電源2と、第1段DC-DCユニットと、第2段DC-DCユニットと、第1段DC-ACユニットと、第2段DC-ACユニットとを含む。電源1及び電源2は、実施形態1における電源と同様の、太陽光発電アレイ、エネルギー貯蔵電源、又は風力発電直流源とし得る。詳細をここで再び説明することはしない。第1段DC-DCユニット及び第2段DC-DCユニットは、実施形態3におけるDC-DCユニットと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットは、例えばインバータといった、直流を交流に変換することができる装置とし得る。これらのDC-ACユニットは、実施形態1におけるDC-ACユニットと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0095】
この出願のこの実施形態では、電源1の出力端子が第1段DC-DCユニットの入力端子に結合される。例えば、電源1の正出力端子が第1段DC-DCユニットの正入力端子に結合され、電源1の負出力端子が第1段DC-DCユニットの負入力端子に結合される。同様に、電源2の出力端子が第2段DC-DCユニットの入力端子に結合される。図18に示すように、電源1、電源2、第1段DC-DCユニット、及び第2段DC-DCユニットの入力端子及び出力端子の対応する位置に、マーク“+”及びマーク“-”が付している。マーク“+”は正出力端子又は正入力端子を示す。マーク“-”は負出力端子又は負入力端子を示す。この出願のこの実施形態で提供される他の図中のマーク“+”及びマーク“-”の意味も同様である。詳細を再び説明することはしない。
【0096】
この出願のこの実施形態において、第1段DC-DCユニットの正出力端子が、第1段DC-ACユニットの正入力端子に結合され、第2段DC-DCユニットの負出力端子が、第2段DC-ACユニットの負入力端子に結合され、第1段DC-DCユニットの負出力端子が、第2段DC-DCユニットの正出力端子に結合され、第1段DC-ACユニットの負入力端子が、第2段DC-ACユニットの正入力端子に結合される。従って、第1段DC-DCユニットと第2段DC-DCユニットの出力がカスケード接続され、第1段DC-ACユニットと第2段DC-ACユニットの入力がカスケード接続される。この出願のこの実施形態では、DC-DCユニットとDC-ACユニットとの間の電流を減少させて、DC-DCユニットからDC-ACユニットへのケーブルのコスト及び損失の問題を解決するように、DC-DCユニットの出力端子がカスケード接続されて、出力電圧を高める。例えば、第1段DC-DCユニット及び第2段DC-DCユニットの最大出力電圧は1500Vであり、第1段DC-DCユニットと第2段DC-DCユニットの出力がカスケード接続された後、最大出力電圧は3kVである、同じ電力の場合、電圧が増すと、出力電流が減少し、使用するケーブルの線径仕様が低くなり、コストが減少する。
【0097】
この出願のこの実施形態において、第1段DC-ACユニットの出力端子と第2段DC-ACユニットの出力端子は、出力のために絶縁され、異なる巻線に接続される。これは、実施形態1におけるDC-ACユニットの絶縁された出力のケースと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。この出願のこの実施形態では、DC-ACユニットのカスケード接続された入力及び絶縁された出力により、電力変換装置の仕様が下げられる。従って、現在の産業界における電力変換装置の仕様は不十分である(一般に、IGBTでは最大1700V)。しかし、この出願のこの実施形態で提供される電力システムでは1500Vの回路遮断器を使用することができ、コストは低い。現在の産業界における電力変換装置の仕様不足という技術的問題が解決される。
【0098】
第1段DC-DCユニットの負出力端子が第2段DC-DCユニットの正出力端子に結合されるノードを第1ノードと称し、第1段DC-ACユニットの負入力端子が第2段DC-ACユニットの正入力端子に結合されるノードを第2ノードと称する。
【0099】
一部の実施形態において、第1ノードは第2ノードに結合され、第1段DC-DCユニット及び第2段DC-DCユニットのうち一方の入力電圧及び/又は入力電流及び/又は入力電力が所定値未満であるとき、対応するDC-DCユニットは動作するのを停止する。例えば、第1段DC-DCユニットの入力電圧が所定値未満であるとき、第1段DC-DCユニットは動作を停止する。他の一例において、第2段DC-DCユニットの入力電力が所定値未満であるとき、第2段DC-DCユニットは動作を停止する。第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットのうち少なくとも一方が動作する。この出願のこの実施形態では、第1段DC-DCユニット又は第2段DC-DCユニットの入力電圧及び/又は入力電流及び/又は入力電力が過度に低いとき、低い電圧及び/又は電流及び/又は電力を有するユニットが停止され、好適なユニットが選択されて動作する。これは、不要な無駄を回避し、システム全体の変換効率及び利用率を向上させることができる。
【0100】
図19は、この出願の一実施形態に従った電力システムの一実施形態の概略図である。図19に示すように、一部の実施形態において、第1段DC-DCユニットの正出力端子が、第1の導電体を用いて第1段DC-ACユニットの正入力端子に結合され、第2段DC-DCユニットの負出力端子が、第2の導電体を用いて第2段DC-ACユニットの負入力端子に結合される。第1ノードと第2ノードとが、第3の導電体を用いて結合される。理解され得ることには、この出願のこの実施形態において、第1の導電体、第2の導電体、及び第3の導電体は全て、DC-DCユニット(第1段DC-DCユニット及び第2段DC-DCユニット)とDC-ACユニット(第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニット)との間に接続される直流ケーブルである。ケーブルの材料及び線径仕様は、実際の状況に従って設定され得る。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。理解され得ることには、従来技術では、第1段DC-DCユニットと第2段DC-DCユニットとで合計4つの出力端子を持ち、それ故に4本のケーブルが接続される。しかし、この出願のこの実施形態においては、第1段DC-DCユニットと第2段DC-DCユニットとがカスケード接続され、第1ノードと第2ノードが、1本のケーブルを用いて結合され、4本のケーブルという既存の技術的ソリューションが、3本のケーブルのみを必要とするソリューションへと改良される。従って、1本のケーブルのコスト及び建設コストを節減することができる。
【0101】
一部の実施形態において、第1の導電体、第2の導電体、及び第3の導電体は、分散二重(Distributed Double,DC)バスを形成し、第1の導電体及び第2の導電体が正のバスを形成し、第2の導電体及び第3の導電体が負のバスを形成する。第3の導電体は、分散二重バスの中間バス(中間ケーブル)である。第1の導電体、第2の導電体、及び第3の導電体は、直流導体である。3Dテクノロジ(three derect-Cable)では、3本のケーブルを用いて直流バスが構築され、第1の導電体及び第2の導電体を用いて正のバスが構築され、第2の導電体及び第3の導電体を用いて負のバスが構築される。
【0102】
また、第1ノードは、第1段DC-DCユニットと第2段DC-DCユニットとをカスケード接続する中点であり、第2ノードは、第1段DC-ACユニットと第2段DC-ACユニットとをカスケード接続する中点であるので、第3の導電体上の電流値が第1の導電体上の電流値以下であることを実現することができる。第3の導電体上の電流値が第1の導電体上の電流値以下である場合、第3の導電体の線径仕様を下げてもよく、それにより、第3の導電体のコストが低減される。取り得る他の一ケースにおいて、同様に、第3の導電体上の電流値は、第2の導電体上の電流値以下である。従って、第3の導電体上の電流値が第2の導電体上の電流値以下である場合、第3の導電体の線径仕様を下げてもよく、それにより、第3の導電体のコストが低減される。確かなことには、第3の導電体の電流値は代わりに、第1の導電体の電流値未満且つ第2の導電体の電流値未満とし得る。これも、第3の導電体の線径仕様を下げて、第3の導電体のケーブルコストを低減させ得る。
【0103】
図20は、この出願の一実施形態に従った電力システムの他の一実施形態の概略図である。図20に示すように、一部の実施形態において、第1ノード及び第2ノードの両方がグランドに結合される。この出願のこの実施形態では、第1ノード及び第2ノードの両方がグランドに結合され、その結果、第1段DC-DCユニット及び第2段DC-DCユニットの出力電力又は出力電圧が非対称であるとき、又は第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットの入力電力又は入力電圧が非対称であるときに、電圧等化を達成するための電流ループが提供され、それにより、システムの正常動作が確保される。また、第1ノードと第2ノードとの間のケーブル接続が不要であり、それ故に1本のケーブルのコスト及び建設コストを節減することができる。
【0104】
第1ノードと第2ノードとが結合されない場合、電力不一致の影響が考慮される。例えば、太陽光発電システムでは、異なる照射により、電源1の出力電圧が電源2の出力電圧より大きくなることがあり、第1段DC-DCユニット及び第2段DC-DCユニットの出力電圧も異なる。すなわち、第1段DC-DCユニット及び第2段DC-DCユニットによって出力される電圧及び/又は電力は非対称になることがあり、出力電力におけるキャスク(cask)効果を生じさせる。従って、第1ノードと第2ノードとが結合されない場合、電力システムは、第1段DC-DCユニットと第2段DC-DCユニットによって出力される電圧及び/又は電力の非対称性を防止するための等化回路を有して構成され得る。以下にて、複数の等化回路を提供する。実際の適用では、代わりに他の等化回路が存在してもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
【0105】
図21は、この出願の一実施形態に従った第1の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。一部の実施形態において、電力システムは更に第1の等化回路ユニットを含む。第1の等化回路ユニットは、第1のインタフェース、第2のインタフェース、及び第3のインタフェースを有して構成され、第1のインタフェースは第2ノードに結合され、第2のインタフェースは第1段DC-ACユニットの正入力端子に結合され、第3のインタフェースは第2段DC-ACユニットの負入力端子に結合される。第1の等化回路ユニットは、第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットの入力電圧及び/又は電力及び/又は電流をバランスさせることができる。第1の等化回路ユニットの動作原理は、次の通りである。第1の等化回路ユニットは、第1のインタフェース及び第2のインタフェースを介して第1段DC-ACユニットの入力端子からエネルギーを取得し、第1のインタフェース及び第3のインタフェースを介して第2段DC-ACユニットへのエネルギーを補償し、あるいは、第1の等化回路ユニットは、第1のインタフェース及び第3のインタフェースを介して第2段DC-ACユニットの入力端子からエネルギーを取得し、第1のインタフェース及び第2のインタフェースを介して第1段DC-ACユニットへのエネルギーを補償する。
【0106】
取り得る一実施形態において、第1の等化回路ユニットは4つのインタフェースを含んでもよく、すなわち、第1の等化回路ユニットは更に第4のインタフェースを有して構成される。第4のインタフェースは第1ノードに結合される。図21に示すように、取り得る一実施形態において第4のインタフェースが第1ノードに結合されることを破線が示している。4つのインタフェースを含む第1の等化回路を用いてエネルギー補償が実行される場合、第1の等化回路は更に、第1段DC-DCユニット及び第2段DC-DCユニットのエネルギーを補償することができる。すなわち、対応する電圧及び/又は電力及び/又は電流をバランスさせ、調節することができる。
【0107】
図22aは、この出願の一実施形態に従った第2の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図1である。一ケースにおいて、第2の等化回路ユニットは、第5のインタフェース及び第6のインタフェースを有して構成される。第5のインタフェースは第2ノードに結合される。第6のインタフェースは、第1段DC-ACユニットの正入力端子に結合される。第2の等化回路ユニットの動作原理は、第1の等化回路ユニットの動作原理と同様である。具体的には、第2の等化回路ユニットは、第1段DC-ACユニットのエネルギーを第2段DC-ACユニットに対して補償することができ、あるいは、第2段DC-ACユニットのエネルギーを第1段DC-ACユニットに対して補償することができる。従って、第2の等化回路ユニットは、第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットの入力電圧及び/又は電力及び/又は電流をバランスさせるように構成されることができる。図22bは、この出願の一実施形態に従った第2の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図2である。他の一ケースにおいて、第2の等化回路ユニットは、第5のインタフェース及び第6のインタフェースを有して構成される。第5のインタフェースは第2ノードに結合される。第6のインタフェースは、第2段DC-ACユニットの負入力端子に結合される。第2の等化回路ユニットは、第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットの入力電圧及び/又は電力及び/又は電流をバランスさせるように構成されることができる。これは、図22aに対応する第2の等化回路ユニットと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0108】
図23は、この出願の一実施形態に従った第3の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。第3の等化回路ユニットは、第7のインタフェース、第8のインタフェース、及び第9のインタフェースを有して構成される。第7のインタフェースは第1ノードに結合される。第8のインタフェースは、第1段DC-DCユニットの正出力端子に結合される。第9のインタフェースは、第2段DC-DCユニットの負出力端子に結合される。第3の等化回路ユニットの動作原理は、第1の等化回路ユニットの動作原理と同様である。具体的には、第3の等化回路ユニットは、第1段DC-DCユニットによって出力されるエネルギーを第2段DC-DCユニットに対して補償することができ、あるいは、第2段DC-DCユニットによって出力されるエネルギーを第1段DC-DCユニットに対して補償することができる。従って、第3の等化回路ユニットは、第1段DC-DCユニット及び第2段DC-DCユニットの出力電圧及び/又は電力及び/又は電流をバランスさせるように構成されることができる。
【0109】
取り得る一実施形態において、第3の等化回路ユニットは4つのインタフェースを含んでもよく、すなわち、第3の等化回路ユニットは更に第10のインタフェースを有して構成される。第10のインタフェースは第2ノードに結合される。図23に示すように、取り得る一実施形態において第10のインタフェースが第2ノードに結合されることを破線が示している。4つのインタフェースを含む第3の等化回路を用いてエネルギー補償が実行される場合、第3の等化回路は更に、第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットのエネルギーを補償することができる。すなわち、対応する電圧及び/又は電力及び/又は電流をバランスさせ、調節することができる。
【0110】
図24aは、この出願の一実施形態に従った第4の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図1である。一ケースにおいて、第4の等化回路ユニットは、第11のインタフェース及び第12のインタフェースを有して構成される。第11のインタフェースは第1ノードに結合される。第12のインタフェースは、第1段DC-DCユニットの正入力端子に結合される。第4の等化回路ユニットの動作原理は、第2の等化回路ユニットの動作原理と同様である。具体的には、第4の等化回路ユニットは、第1段DC-DCユニットのエネルギーを第2段DC-DCユニットに対して補償することができ、あるいは、第2段DC-DCユニットのエネルギーを第1段DC-DCユニットに対して補償することができる。従って、第4の等化回路ユニットは、第1段DC-DCユニット及び第2段DC-DCユニットの入力電圧及び/又は電力及び/又は電流をバランスさせるように構成されることができる。図24bは、この出願の一実施形態に従った第4の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図2である。他の一ケースにおいて、第4の等化回路ユニットは、第11のインタフェース及び第12のインタフェースを有して構成される。第11のインタフェースは第1ノードに結合される。第12のインタフェースは、第2段DC-DCユニットの負入力端子に結合される。第4の等化回路ユニットの動作原理は、第1段DC-DCユニット及び第2段DC-DCユニットの入力電圧及び/又は電力及び/又は電流をバランスさせるように構成されることができる。これは、図24aに対応する第4の等化回路ユニットと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0111】
一部の実施形態において、第1段DC-ACユニットの出力端子及び第2段DC-ACユニットの出力端子が、それぞれ、異なる変圧器に接続され、あるいは、第1段DC-ACユニットの出力端子及び第2段DC-ACユニットの出力端子が、それぞれ、同一の変圧器の異なる巻線に接続される。
【0112】
一部の実施形態において、第1段DC-DCユニット及び第2段DC-DCユニットは、DC-DCユニットの1つの組み合わせと見なされる。図25は、この出願の一実施形態に従った、並列に接続されたDC-DCユニットの複数の組み合わせの概略図である。図25に示すように、DC-DCユニットの複数の組み合わせが並列に接続される場合、DC-DCユニットの異なる組み合わせに対応する同様の出力端子が並列に接続される。例えば、DC-DCユニットの第1の組み合わせ内の第1段DC-DCユニットの正出力端子が、DC-DCユニットの第2の組み合わせ内の第1段DC-DCユニットの正出力端子に結合される。同様の出力端子の意味は、実施形態2で説明したものと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。DC-ACユニットの複数の組み合わせの直列接続は、実施形態2の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。理解され得ることには、DC-ACユニットの複数の組み合わせの同様の出力端子は、出力のために並列に結合されるか、出力のために絶縁されるかし得る。これは、実施形態2の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0113】
一部の実施形態において、第1段DC-ACユニットの出力端子とグランド点との間に、絶縁監視装置(insulation monitoring device,IMD)が結合される。図26は、この出願の一実施形態に従ったIMD装置を備えた電力システムの概略図である。他の一部の実施形態において、IMD装置は、第2段DC-ACユニットの出力端子とグランド点との間に結合される。他の一部の実施形態において、第1段DC-ACユニットの出力端子とグランド点との間に第1のIMD装置が結合され、第2段DC-ACユニットの出力端子とグランド点との間に第2のIMD装置が結合される。IMD装置は、グランドに対する電力システムの絶縁インピーダンスを検出することができる。グランドに対する絶縁インピーダンスが所定値よりも低い場合、この出願のこの実施形態では、好ましくは、第1段DC-ACユニット及び/又は第2段DC-ACユニットと変圧器巻線との間の結合接続を切断することができ、その結果、システム全体が動作を停止し、それにより、システム動作の安全性が更に確保される。
【0114】
この出願のこの実施形態において、電源1、電源2、第1段DC-DCユニット、第2段DC-DCユニット、第1段DC-ACユニット、及び第2段DC-ACユニットの間に接続された直流ケーブルに、通信信号が結合される。通信信号は、電源1、電源2、第1段DC-DCユニット、第2段DC-DCユニット、第1段DC-ACユニット、及び第2段DC-ACユニットの間で通信を実施するために使用される。通信信号は好ましくはPLC信号であり、これは、前述の実施形態における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0115】
この出願のこの実施形態において、第1段DC-ACユニットの出力端子に接続された交流ケーブルに通信信号が結合され、該交流ケーブルが更に、他の装置に結合され得る。第1段DC-ACユニットは、通信信号を用いることにより、該交流ケーブル上で他の装置と通信し得る。DC-ACユニットの複数の組み合わせが並列に接続され、且つ複数の第1段DC-ACユニットの出力が並列に接続される場合、該複数の第1段DC-ACユニットの並列の出力端子が、接続された交流ケーブルに結合された他の装置と、該交流ケーブル上の通信信号を用いて通信し得る。上述の他の装置は、交流を使用する交流装置とし得る。同様に、第2段DC-ACユニットの出力端子の通信の状況は、第1段DC-ACユニットのそれと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。通信信号は好ましくはPLC信号であり、これは、前述の実施形態における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0116】
一部の実施形態において、この出願のこの実施形態で提供される電力システムは更にリーク電流センサを有して構成され得る。リーク電流センサは、電源1の出力端子、電源2の出力端子、第1段DC-DCユニットの入力端子及び出力端子、第2段DC-DCユニットの入力端子及び出力端子、第1段DC-ACユニットの入力端子及び出力端子、並びに第2段DC-ACユニットの入力端子及び出力端子に配置され得る。リーク電流センサが、電源1の出力端子、電源2の出力端子、第1段DC-ACユニットの入力端子及び出力端子、並びに第2段DC-ACユニットの入力端子及び出力端子に配置されるケースは、図11に対応する実施形態と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。リーク電流センサが第1段DC-DCユニットの入力端子及び出力端子並びに第2段DC-DCユニットの入力端子及び出力端子に配置されるケースを図27に示す。図27は、この出願の一実施形態に従ったリーク電流センサを有して構成された電力システムの概略図である。分かり得ることには、リーク電流センサが、第1段DC-DCユニットの入力端子及び出力端子並びに第2段DC-DCユニットの入力端子及び出力端子に配置されて得る。なお、リーク電流センサが第1段DC-DCユニットの出力端子と第2段DC-DCユニットの出力端子とに配置される場合、リーク電流センサは、第1ノードに対応する直流ケーブルに結合され得る。第1ノード及び第2ノードがグランドに結合される場合、リーク電流センサは、リーク電流検出機能を実現するためにグランド線に接続され得る。実際の適用では、図27に示すように、3つのリーク電流センサを構成してもよいし、これらのリーク電流センサのうちの1つ以上を選択して構成してもよい。リーク電流センサが、対応するリーク電流値が所定の閾値よりも大きいことを検出すると、リーク電流センサは、電源1、電源2、第1段DC-DCユニット、第2段DC-DCユニット、第1段DC-ACユニット、及び第2段DC-ACユニットのうちのいずれか1つ以上又は全てに信号を送信し得る。そして、電源1、電源2、第1段DC-DCユニット、第2段DC-DCユニット、第1段DC-ACユニット、及び第2段DC-ACユニットのうちの上記いずれか1つ以上又は全ては、それらに接続されたホストコンピュータにアラームを報告することができ、あるいは電力システムを停止させるための信号を送信することができ、あるいは他の方法で処理することができる。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
【0117】
一部の実施形態において、第1段DC-ACユニットの出力の高速遮断を実装するために、第1段DC-ACユニットの出力端子に接続された内部出力相ラインが、少なくとも1つのスイッチに直列に接続される。該スイッチは、リレー、回路遮断器、又は接触器とすることができ、あるいは他のタイプのスイッチであってもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。同様に、第2段DC-ACユニットの出力端子に接続された内部出力相ラインも、スイッチに直列に接続され得る。これは、第1段DC-ACユニットの出力相ラインがスイッチに直列に接続される場合と同様である。詳細をここで再び説明することはしない。
【0118】
この出願のこの実施形態において、電源1及び電源2が太陽光発電アレイである場合、電力システムは太陽光発電システムと称され得る。この出願のこの実施形態において、電源1は第1の太陽光発電アレイと称されることができ、電源2は第2の太陽光発電アレイと称されることができる。実際の適用では、他の名称が用いられ得る。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。例えば、風力発電システム、エネルギー貯蔵システム、又はハイブリッド発電システムといった、他のタイプの電力システムについては、実装に関して太陽光発電システムを参照されたい。この出願のこの実施形態において、他のタイプの電力システムについて詳細を説明することはしない。以下、太陽光発電システムを詳細に説明する。
【0119】
太陽光発電システムでは、第1ノード及び第2ノードのうち一方のみがグランドに結合される必要があり、すなわち、第1ノードがグランドに結合されるか、第2ノードがグランドに結合されるかする。一部の実施形態では、代わりに第1ノード及び第2ノードの両方がグランドに結合されてもよい。第1ノード及び/又は第2ノードがグランドに結合されることで、第1段DC-DCユニット及び第2段DC-DCユニットの出力電力又は出力電圧が非対称であるとき、又は第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットの入力電力又は入力電圧が非対称であるときに、電圧等化を達成するように電流ループを設けることができ、それにより、システムの正常動作が確保されるとともに、1本のケーブルのコスト及び建設コストが節減される。
【0120】
太陽光発電システムでは、図18に示すように、好ましくは、第1段DC-DCユニットの負入力端子及び負出力端子が直接結合され、又は小さい電圧降下のみで接続される。小さい電圧降下での接続は、接続の2つの端子における電圧降下が比較的小さいことを意味する。電圧降下は、ヒューズを結合することによって生じることもあれば、他のケースによって生じることもある。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。同様に、第2段DC-DCユニットの負入力端子及び正出力端子が直接結合され、又は小さい電圧降下のみで接続される。図18に対応する実施形態において、第1の太陽光発電アレイ(電源1)及び第2の太陽光発電アレイ(電源2)の負出力電極は等電位である。通常、グランドに対するシステム全体のインピーダンスは対称的に分布される。システムが稼働のために正常にグリッドに接続されるとき、第1ノード、第2ノード、及びグランドが等電位である。この場合、第1の太陽光発電アレイ及び第2の太陽光発電アレイのバッテリパネルのPV-における、グランドに対する電圧は略0Vである。これは、グランドに対するバッテリパネルのPV-における負バイアス電圧を除去し、(PV-においてグランドに対して負の電圧を持ち、PID現象を発生するバッテリパネルに対して)バッテリパネルのPID現象を回避する。
【0121】
図28は、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの概略図である。好ましくは、第1段DC-DCユニットの正入力端子及び負出力端子が直接結合され、又は小さい電圧降下のみで接続される。第2段DC-DCユニットの正入力端子及び正出力端子が直接結合され、又は小さい電圧降下のみで接続される。小さい電圧降下での接続は、接続の2つの端子における電圧降下が比較的小さいことを意味する。これは、図18に対応する実施形態の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。この出願のこの実施形態では、第2の太陽光発電アレイの正出力電極及び第1の太陽光発電アレイの正出力電極が等電位であることを確保するために、直接接続又は小さい電圧降下のみの接続の異なる方式が使用され得る。通常、グランドに対するシステム全体のインピーダンスは対称的に分布される。システムが稼働のために正常にグリッドに接続されるとき、第1ノード、第2ノード、及びグランドが等電位である。この場合、第1の太陽光発電アレイ及び第2の太陽光発電アレイのバッテリパネルの出力PV+における、グランドに対する電圧は略0Vである。これは、グランドに対するバッテリパネルのPV+における正バイアス電圧を除去し、(PV+においてグランドに対して正の電圧を持ち、PID現象を発生するバッテリパネルに対して)バッテリパネルのPID現象を回避する。同様に、第1の太陽光発電アレイ及び第2の太陽光発電アレイの出力が負端子を共有する場合にも、同様の効果を達成することができる。
【0122】
この出願のこの実施形態では、太陽光発電システムにおいて、PID現象は代わりに、電圧源を結合することによって除去され得る。一部の実施形態において、第2段DC-ACユニットの出力端子に対応する変圧器巻線の中点とグランド点との間に電圧源を結合して、グランドに対する該中点の電位を調節するようにする。太陽光発電システムが稼働のために正常にグリッドに接続されるとき、電圧源を用いて三相A/B/Cとグランドとの間に電圧と電流を注入することで、グランドに対する第1の太陽光発電アレイ及び第2の太陽光発電アレイの負出力端子の電圧が0に等しいこと、又はグランドに対する第1の太陽光発電アレイ及び第2の太陽光発電アレイの正出力端子の電圧が0に等しいことを確保するようにする。これは、太陽光発電アレイ(第1の太陽光発電アレイ及び第2の太陽光発電アレイ)内のバッテリパネルがPID現象を発生するのを防止する。また、この出願のこの実施形態では、(負出力端子PV-においてグランドに対して負の電圧を持ち、PID現象を発生するバッテリパネルに対して)グランドに対する第1の太陽光発電アレイ及び第2の太陽光発電アレイの負出力端子の電圧が0より高くなるように、又は(正出力端子PV+においてグランドに対して正の電圧を持ち、PID現象を発生するバッテリパネルに対して)グランドに対する第1の太陽光発電アレイ及び第2の太陽光発電アレイの正出力端子の電圧が0より低くなるように、電圧を調節することができる。これは、バッテリパネルのPID修復機能を実現し、グランドに対する第1の太陽光発電アレイ及び第2の太陽光発電アレイの正出力端子及び負出力端子の電圧がバッテリパネルの最大印加システム電圧を超えないことを確保し、それにより、システム安全性が確保される。この電圧はまた、第1段DC-ACユニットの出力端子に対応する変圧器巻線の中点とグランド点との間に電圧源を結合することによって調節されることもできる。これは、第2段DC-ACユニットの出力端子に対応する変圧器巻線の中点とグランド点との間に電圧源を結合することの前述の原理と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0123】
一部の実施形態では、太陽光発電システムにおいて、第1段DC-ACユニット及び/又は第2段DC-ACユニットの出力側外部相ラインとグランド点との間に電圧源を結合して、グランドに対する対応する出力相ラインの電位を調節し、PID現象を除去し得る。これは、図12bに対応する実施形態における原理と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0124】
一部の実施形態では、太陽光発電システムにおいて、第1段DC-ACユニット及び/又は第2段DC-ACユニットの出力端子の位置の内部相ラインとグランド点との間に電圧源を結合して、グランドに対する対応する出力相ラインの電位を調節し、PID現象を除去し得る。これは、図12cに対応する実施形態における原理と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0125】
図29は、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。一部の実施形態では、太陽光発電システムにおいて、第1段DC-ACユニット又は第2段DC-ACユニットの出力端子に対応する変圧器巻線の中点が、グランドに対する当該中点の電圧が0Vに近い又は等しくなるようにし、グランドに結合されるか、電流制限デバイスを用いてグランドに結合され、それによりPID現象を除去する。図29に示すように、第2段DC-ACユニットの出力端子に対応する変圧器巻線は第2巻線であり、該第2巻線は、三相四線システム(ABCN)の二重分割(double-split)変圧器である。一般に、N線は変圧器の中点に接続されて接地される。第2巻線のN線は、接地に結合され、又は電流制限デバイスを用いてグランドに結合される。システムがグリッドに接続されて正常に動作するとき、第2段DC-ACユニットの正入力電極(第2ノード)の電位は、グランドの電位よりも高く、それ故に、グランドに対する第2太陽光発電アレイの負出力電極及び第1太陽光発電アレイの負出力端子の電圧は0V以上となる。バッテリパネルのPID抑制及び修復機能が実現される。同様に、図28で、第1の太陽光発電アレイ及び第2の太陽光発電アレイの正出力端子がともに結合される用途において、第1段DC-ACユニットの出力端子に対応する変圧器巻線(第1の巻線)のN線が、グランドに結合され、又は電流制限デバイスを用いてグランドに結合され、それ故に、第1段DC-ACユニットの負入力端子の電位がグランドの電位よりも低くなる。この場合、第1の太陽光発電アレイ及び第2の太陽光発電アレイの正出力端子の電位は、グランドの電位より低いものである第2ノードの電位に等しく、すなわち、≦0Vである。これは、グランドに対するバッテリパネルのPV+における正バイアス電圧を除去し、(PV+においてグランドに対して正の電圧を持ち、PID現象を発生するバッテリパネルに対して)バッテリパネルのPID現象を回避する。他の一態様では、この出願のこの実施形態において、太陽光発電アレイの入力電圧は、グランドに対する太陽光発電アレイの負極の電圧を入力電圧に、足し合わせたものがバッテリパネルの最大印加システム電圧を超えないように、DC-DCユニットの最大電力点追跡(maximum power point tracking,MPPT)機能を用いることによって制御されることができ、それにより、システム動作の安全が確保される。
【0126】
図30は、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。一部の実施形態において、第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットの出力端子が、それぞれ、同一の変圧器の異なる巻線に結合される場合、第1段DC-ACユニットの出力端子に対応する巻線の中点と、第2段DC-ACユニットの出力端子に対応する巻線の中点とが、2つの直列抵抗又は電流制限デバイスを用いて結合されるとともに、これら2つの直列抵抗又はこれら2つの電流制限デバイスの中点がグランドに結合される。図30に示すように、第1の巻線及び第2の巻線のN線同士が、2つの直列抵抗又は電流制限デバイスを用いて結合され、これら2つの直列抵抗又はこれら2つの電流制限デバイスの中点がグランドに結合される。システムが稼働のために正常にグリッドに接続されるとき、第1ノード、第2ノード、及びグランドが等電位になる。図28に対応する実施形態では、第2の太陽光発電アレイの正出力電極、第1の太陽光発電アレイの正出力電極、及びグランドが等電位になることができ、それにより、太陽光発電アレイ上にPID現象が生じるのを回避する。図29の例では、第2の太陽光発電アレイの負出力電極、第1の太陽光発電アレイの負出力電極、及びグランドが等電位になることができ、それにより、太陽光発電アレイ上にPID現象が生じるのを回避する。
【0127】
一部の実施形態では、太陽光発電システムにおいて、太陽光発電システムは更に絶縁ユニットを含む。絶縁ユニットは、AC-DC絶縁ユニットとも称され、第1段DC-ACユニット内に配置され得る。絶縁ユニットの入力端子が、第1段DC-ACユニットの出力端子の位置の内部相ラインに結合されてエネルギーを得る。絶縁ユニットの第1の出力端子がグランドに結合され、絶縁ユニットの第2の出力端子が、第1段DC-ACユニットの正入力端子及び/又は負入力端子に結合される。絶縁ユニットは、PID現象を除去するように、グランドに対する第1電源及び/又は第2電源の出力電圧を調節するように構成されることができる。絶縁ユニットは代わりに、第2段DC-ACユニットの内部に配置されてもよい。該絶縁ユニットの入力端子が、第2段DC-ACユニットの出力端子の位置の内部相ラインに結合され得る。該絶縁ユニットの第1の出力端子がグランドに結合され、該絶縁ユニットの第2の出力端子が、第2段DC-ACユニットの正入力端子及び/又は負入力端子に結合される。該絶縁ユニットは、PID現象を除去するように、グランドに対する第1電源及び/又は第2電源の出力電圧を調節するように構成される。これは、特に、図13に対応する実施形態と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0128】
一部の実施形態では、太陽光発電システムにおいて、第1の太陽光発電アレイ及び第2の太陽光発電アレイは、太陽光発電パネルの出力端子がオプティマイザ又は遮断装置に直列に接続された後に直列/並列接続を通じて形成された太陽光発電アレイとすることができ、オプティマイザ又は遮断装置の出力端子に接続された直流ケーブルに通信信号が結合される。第1段DC-DCユニット及び/又は第2段DC-DCユニット及び/又は第1段DC-ACユニット及び/又は第2段DC-ACユニットは、該通信信号を用いることによってオプティマイザ又は遮断装置と通信し、オプティマイザ又は遮断装置の高速遮断を実施するようにオプティマイザ又は遮断装置を制御し得る。
【0129】
一部の実施形態において、第1段DC-ACユニット、第2段DC-ACユニット、第1段DC-DCユニット、及び第2段DC-DCユニットの間の直流ケーブルに、通信信号が結合される。第1段DC-ACユニット及び/又は第2段DC-ACユニットは、該通信信号を用いて、第1段DC-DCユニット及び/又は第2段DC-DCユニットの入力端子の高速遮断を実施するように第1段DC-DCユニット及び/又は第2段DC-DCユニットを制御する。
【0130】
一部の実施形態において、太陽光発電システムは更に、少なくとも1つのエネルギー貯蔵ユニットを含む。第1段DC-DCユニット、第2段DC-DCユニット、第1段DC-ACユニット、及び第2段DC-ACユニットに接続された少なくとも2つの直流ケーブルが、エネルギー貯蔵ユニットに並列に接続される。これは特に、実施形態3におけるエネルギー貯蔵ユニットと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0131】
エネルギー貯蔵ユニットを含む実施形態において、エネルギー貯蔵ユニットは、エネルギー貯蔵装置であってもよいし、直流変換ユニットとエネルギー貯蔵装置とを含んでもよいし、エネルギーを蓄積することができる他の装置であってもよい。これは、実施形態1におけるエネルギー貯蔵ユニットの説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。エネルギー貯蔵ユニットとDC-DCユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、エネルギー貯蔵ユニットがDC-DCユニットと通信してもよい。エネルギー貯蔵ユニットとDC-ACユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、エネルギー貯蔵ユニットがDC-ACユニットと通信してもよい。通信信号の状況及び通信を実装するための原理は、実施形態1における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0132】
図31は、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。一部の実施形態において、第1の太陽光発電アレイの負出力端子と第2の太陽光発電アレイの負出力端子とが第1の結合点として結合され、第1段DC-DCユニットの負入力端子と第2段DC-DCユニットの負入力端子とが第2の結合点として結合される。第1の結合点と第2の結合点は、1つのケーブルを用いて接続される。この実装では、1つのケーブルで第1の結合点と第2の結合点を接続することができ、それにより、ケーブルが節減され、コストが低減される。他の一部の実施形態では、電力フローを実現するように第1の結合点及び第2の結合点が別々に接地されてもよく、それが更にケーブルの数を減少させてシステムコストを低減させ得る。同様に、図28に示した太陽光発電システムにおいて、第1の太陽光発電アレイ及び第2の太陽光発電アレイの正出力端子が結合され、第1段DC-DCユニット及び第2段DC-DCユニットの正入力端子が結合され、そして、電力フローを実現するように、それら2つの結合点が、1つのケーブルを用いて接地され、又はそれら2つの結合点の両方の端子が接地される。
【0133】
図32aは、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。一部の実施形態において、太陽光発電システムは更にコンバイナユニットを含む。コンバイナユニットは、少なくとも3つの入力端子を含み、それらは、それぞれ、第1段DC-DCユニットの正出力端子、第1ノード、及び第2段DC-DCユニットの負出力端子に接続される。実際の適用では、コンバイナユニットは、より多くの第1段DC-DCユニット及びより多くの第2段DC-DCユニットを接続するために、より多くの入力端子を更に含み得る。理解され得ることには、第1段DC-DCユニットは第1の太陽光発電アレイに結合され、第2段DC-DCユニットは第2の太陽光発電アレイに結合される。コンバイナユニットの出力端子は、第1段DC-ACユニットの正入力端子、第2ノード、及び第2段DC-ACユニットの負入力端子に接続される。この出願のこの実施形態では、DC-DCユニットとDC-ACユニットとの間にコンバイナユニットが結合されることで、太陽光発電システムを、より多くの第1の太陽光発電アレイ及びより多くの第2の太陽光発電アレイに結合することができ、太陽光発電システムの規模の拡張する助けとなり得る。取り得る他の一実施形態において、コンバイナユニット内に、第1のバスバー、第2のバスバー、及び第3のバスバーを含む3つのバスバーが配置され得る。第1のバスバーは第1段DC-DCユニットの正出力端子に結合され、第2のバスバーは第1ノードに結合され、第3のバスバーは第2段DC-DCユニットの負出力端子に結合される。別の観点において、第1のバスバーは第1段DC-ACユニットの正入力端子に結合され、第2のバスバーは第2ノードに結合され、第3のバスバーは第2段DC-ACユニットの負入力端子に結合される。図32bは、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。図32bに示すように、太陽光発電システムが複数の第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットを含む場合、太陽光発電システムは代わりに、上記3つのバスバーに複数の第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットを結合してもよい。コンバイナユニットを用いることにより、組み合わせ行われる。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
【0134】
図33は、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。一部の実施形態において、第2段DC-DCユニットがコンバイナユニットによって置き換えられてもよい。第2の太陽光発電アレイの出力がコンバイナユニットによって実装される。また、第1ノードと第2ノードが接続されない場合、及びシステムが稼働のために正常にグリッドに接続される場合、第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットの入力電圧は、第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットの出力電圧及び電力によって決定される。この場合、第1段DC-DCユニットが自身の出力電圧及び電流を制御し、すなわち、第2の太陽光発電アレイによって出力される電圧及び電流は、第2の太陽光発電アレイのMPPT追跡を実施するように調節され得る。
【0135】
図34は、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。一部の実施形態において、第2段DC-DCユニットがコンバイナユニットによって置き換えられ得るとともに、第1ノード及び第2ノードが別々にグランドに結合される。第2の太陽光発電アレイの出力は、コンバイナユニットを用いて結合され、そして、この結合の後に、第1段DC-DCユニットの出力端子に直列に結合される。この結合ノードが第1ノードであり、第1ノード及び第2ノードは接地され、電力接続を実装するように結合される。
【0136】
図35は、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。一部の実施形態において、同様に、第1段DC-DCユニットもコンバイナユニットによって置き換えられ得る。原理は、第2段DC-DCユニットをコンバイナユニットで置き換えることの原理と同様である。詳細をここで再び説明することはしない。この出願のこの実施形態において、第1ノード及び第2ノードは結合されてから接地され得る。一部の実施形態において、コンバイナユニット及び第2段DC-DCユニットは、同じ全体として使用されてもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
【0137】
図36は、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。この実施形態では、第2段DC-DCユニットがコンバイナユニットで置き換えられ得る。また、この太陽光発電システムは等化回路を備えている。第1の太陽光発電アレイ及び第2の太陽光発電アレイの出力電力及び/又は出力電圧が非対称であるとき、第1の太陽光発電アレイ及び第2の太陽光発電アレイの出力電力及び/又は出力電圧の適用を最大化するように、等化回路が第1の太陽光発電アレイ及び第2の太陽光発電アレイの出力電力及び/又は電圧をバランスさせるように構成される。等化回路は、第1のインタフェース、第2のインタフェース、及び第3のインタフェースを含む。第1のインタフェースは、第1ノード(コンバイナユニットの負出力端子と第1段DC-DCユニットの正出力端子との結合点)に結合される。第2のインタフェースは、コンバイナユニットの正出力端子に結合される。第3のインタフェースは、第1段DC-DCユニットの負出力端子に結合される。等化回路の動作原理は、次の通りである。等化回路ユニットは、第2のインタフェース及び第3のインタフェースを介してエネルギーを取得し、低い出力電力及び/又は電圧を有する第1の太陽光発電アレイ又は第1段DC-DCユニットへのエネルギーを補償する、又は、等化回路は、第1のインタフェース及び第2のインタフェースを介して第2の太陽光発電アレイからエネルギーを取得し、第1のインタフェース及び第3のインタフェースを介して第1段DC-DCユニットへのエネルギーを補償する、又は、等化回路ユニットは、第1のインタフェース及び第3のインタフェースを介して第1段DC-DCユニットからエネルギーを取得し、第1のインタフェース及び第2のインタフェースを介して第2の太陽光発電アレイへのエネルギーを補償する。一部の実施形態において、等化回路ユニットは更に第4のインタフェースを含んでもよく、該第4のインタフェースは第2ノードに結合される。これは、特に、図23に対応する実施形態における第3の等化回路ユニットと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0138】
図37は、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。一部の実施形態において、第1段DC-DCユニットは具体的にBOOST DC/DCユニットであり、第2段DC-DCユニットは具体的にBUCK-BOOST DC/DCユニットであり、BOOST DC/DCユニットとBUCK-BOOST DC/DCユニットとでMPPTコンバイナボックスを形成する。この出願のこの実施形態では、BOOST DC/DCユニットの負入力電極と負出力電極とが直接接続される。正入力電極が第1の太陽光発電アレイの正出力電極に接続され、負入力電極が第1の太陽光発電アレイの負出力電極に接続される。BUCK-BOOST DC/DCユニットの負入力電極と正出力電極とが直接接続される。正入力電極が第2の太陽光発電アレイの正出力電極に接続され、負入力電極が第2の太陽光発電アレイの負出力電極に接続される。一部の実施形態において、太陽光発電システムは、複数の第1段DC-DCユニット及び複数の第2段DC-DCユニットを含む。全ての第1段DC-DCユニットの負出力端子が、全ての第2段DC-DCユニットの正出力端子に接続されて、MPPTコンバイナボックスの第3の出力端子を形成する。全ての第1段DC-DCユニットの正出力電極が、MPPTコンバイナボックスの第1の出力端子を形成し、全ての第2段DC-DCユニットの負出力電極が、MPPTコンバイナボックスの第2の出力端子を形成する。
【0139】
図37において、第1段DC-ACユニットと第2段DC-ACユニットとでインバータを形成している。太陽光発電システムが複数のインバータを含む場合、全ての第1段DC-ACユニットの負入力電極が、全ての第2段DC-ACユニットの正入力電極に接続されてインバータの第3の入力端子を形成し、全ての第1段DC-ACユニットの正入力電極がインバータの第1の入力端子を形成し、全ての第2段DC-ACユニットの負入力電極が接続されてインバータの第3の入力端子を形成し、全ての第1段DC-ACユニットの出力端子がインバータの第1の出力端子を形成し、全ての第2段DC-ACユニットの出力端子がインバータの第2の出力端子を形成する。
【0140】
図37において、MPPTコンバイナボックスの第1の出力端子がインバータの第1の入力端子に結合され、MPPTコンバイナボックスの第2の出力端子がインバータの第2の入力端子に結合され、MPPTコンバイナボックスの第3の出力端子がインバータの第3の入力端子に結合され、インバータの第1の出力端子及び第2の出力端子が、それぞれ、二重分割変圧器の第1の巻線及び第2の巻線に接続される。太陽光発電パネルのPID現象の発生を抑制するために、例えば絶縁ユニット及び電圧源を構成するなど、前述の実装例と同じ実装を用いてもよい。DC-DCユニットの出力端子の結合方式、DC-ACユニットの入力端子の結合方式、DC-DCユニットの出力端子とDC-ACユニットの入力端子との結合方式については、前述の実装例と同じ実装を用いることができ、詳細をここで再び説明することはしない。
【0141】
実施形態5
図38は、この出願の一実施形態に従った電力システムの実施形態5の概略図である。当該電力システムは、電源と、DC-DCユニットと、N個のDC-ACユニットとを含む。電源の出力端子がDC-DCユニットの入力端子に結合され、電源は、太陽光発電アレイ、エネルギー貯蔵電源、風力発電直流源、又はこれらに類するものとし得る。これは、実施形態3における電源と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。DC-DCユニットの出力端子は、正出力端子、負出力端子、及び第3の出力端子を含む。DC-DCユニットの正出力端子は、1番目のDC-ACユニットの正入力端子に結合される。DC-DCユニットの負出力端子は、N番目のDC-ACユニットの負入力端子に結合される。少なくとも1つのDC-DCユニットの第3の出力端子は、少なくとも1つの第1ノードに結合される。第1ノードは、n番目のDC-ACユニットの負入力端子と、(n+1)番目のDC-ACユニットの正入力端子とを直列に結合することによって形成され、nは0より大きくNより小さい整数である。すなわち、DC-ACユニット1の負入力端子がDC-ACユニット2の正入力端子に直列に結合されて第1ノードを形成し、DC-ACユニット2の負入力端子がDC-ACユニット3の正入力端子に直列に結合されて第1ノードを形成し、等々である。これは、実施形態3におけるDC-ACユニットと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0142】
この出願のこの実施形態において、DC-DCユニットは、例えばDC/DCコンバータといった、直流を直流に変換することができる装置とし得る。DC-DCユニットの入力端子は、1つの電源に接続されてもよいし、複数の電源に接続されてもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。DC-DCユニットの入力端子と電源との間の結合方式は、概して、電源の正出力端子がDC-DCユニットの正入力端子に結合され、且つ電源の負出力端子がDC-DCユニットの負入力端子に結合されるというものである。この出願のこの実施形態において詳細を再び説明することはしない。
【0143】
この出願のこの実施形態では、DC-ACユニットの入力端子がカスケード接続されて、DC-DCユニットとDC-ACユニットとの間の電流を減少させ、DC-DCユニットからDC-ACユニットへのケーブルのコスト及び損失の問題を解決する。DC-DCユニットが複数の電源に接続される場合、DC-DCユニットとDC-ACユニットとの間の電流を減少させて、DC-DCユニットからDC-ACユニットへのケーブルのコスト及び損失の問題を解決するように、出力電圧が高められ得る。
【0144】
この出願のこの実施形態では、少なくとも1つのDC-DCユニットの第3の出力端子が、少なくとも1つの第1ノードに結合される。例えば、一部の実施形態において、1つの第3の出力端子が1つの第1ノードに結合され、他の第3の出力端子と他の第1ノードは結合されない。他の一部の実施形態において、2つの第3の出力端子が2つの第1ノードにそれぞれ結合され、他の第3の出力端子と他の第1ノードは結合されない。他の一部の実施形態において、第3の出力端子の数は第1ノードの数に等しく、各第3の出力端子が、対応する第1ノードに結合される。他の一部の実施形態において、第3の出力端子の数は第1ノードの数とは異なり、各第3の出力端子が、対応する第1ノードに結合され、残りの第3の出力端子又は残りの第1ノードは結合されない。実際の適用では、代わりに他の結合方式が用いられてもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。この出願のこの実施形態では、DC-DCユニットとDC-ACユニットとの間に接続されるケーブルの数が、第3の出力端子及び第1ノードの方式で減少され、それにより、電力システムのコストが低減される。
【0145】
この出願のこの実施形態において、DC-ACユニットの出力端子は、出力のために絶縁される。例えば、DC-ACユニット1の出力端子はDC-ACユニット2の出力端子から絶縁され、DC-ACユニット2の出力端子はDC-ACユニット3の出力端子から絶縁される。実際の適用では、各DC-ACユニットの出力端子が異なる巻線に結合され、各巻線が三相電圧又は単相電圧を出力し得る。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。この出願のこの実施形態において、DC-ACユニットのカスケード接続された入力及び絶縁された出力は、電力変換装置の仕様を低くすることができる。従って、現在の産業界における電力変換装置の仕様不足(一般に、絶縁ゲートバイポーラトランジスタIGBTでは最大1700V)及び高コストの問題が解決される。さらに、比較的低い仕様の回路遮断器を用いてコストを低減させ得る。
【0146】
一部の実施形態において、DC-ACユニット1、DC-ACユニット2、…、及びDC-ACユニットNは、DC-ACユニットの1つの組み合わせと見なされてもよい。従って、1つの電力システムが、少なくとも1つの電源と、1つのDC-DCユニットと、DC-ACユニットの1つの組み合わせとを含む。複数の電源及び/又は複数のDC-DCユニット及び/又はDC-ACユニットの複数の組み合わせが存在する場合、直列及び並列に接続された複数の電源の出力端子が、1つのDC-DCユニットの入力端子に接続され、又は複数の異なるDC-DCユニットの入力端子にそれぞれ接続される。複数のDC-DCユニットの同様の出力端子が並列に結合され、DC-ACユニットの少なくとも2つの組み合わせの同様の入力端子が並列に接続される。並列に接続された少なくとも1つの第3の出力端子が、並列に接続された少なくとも1つの第1ノードに結合される。この出願のこの実施形態において、DC-ACユニットの複数の組み合わせの同様の出力端子は、並列に結合されるか、出力のために絶縁されるかし得る。これは、前述の実施形態における図5cに対応する説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0147】
一部の実施形態において、電源とDC-DCユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合され、DC-DCユニットとDC-ACユニットとの間に接続された直流ケーブルにも通信信号が結合される。好ましくは、通信信号はPLC信号とし得る。これは、実施形態1における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。実際の適用において、電力システムは、通信信号を認識することができる電源、DC-DCユニット、及びDC-ACユニットを使用してもよいし、電源、DC-DCユニット、及びDC-ACユニットが通信信号を認識することができるように、電源、DC-DCユニット、及びDC-ACユニットを変更してもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
【0148】
一部の実施形態において、電源は、太陽光発電パネルの出力をオプティマイザ又は遮断装置に接続してから直列/並列結合を行うことによって形成された太陽光発電アレイである。電源、DC-DCユニット、及びDC-ACユニットの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されるとき、通信信号はオプティマイザ又は遮断装置も通り抜け、電源、DC-DCユニット、又はDC-ACユニットは、通信信号を用いることによって、高速遮断を実施するようにオプティマイザ又は遮断装置の遮断を制御し得る。すなわち、電源、DC-DCユニット、又はDC-ACユニットは、遮断命令を搬送する通信信号をオプティマイザ又は遮断装置に送信し得る。遮断命令を搬送する通信信号を受信した後、オプティマイザ又は遮断装置は、高速遮断を実施するために遮断命令を実行する。通信信号の状況は、実施形態1における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0149】
一部の実施形態において、電力システムは更に、少なくとも1つのエネルギー貯蔵ユニットを含む。エネルギー貯蔵ユニットは、DC-DCユニットとDC-ACユニットとの間に接続された少なくとも2つの直流ケーブルに並列に結合される。この出願のこの実施形態において、DC-DCユニットとDC-ACユニットとの間に接続される直流ケーブルは、DC-DCユニットの正出力端子とDC-ACユニット1の正入力端子とを結合するための直流ケーブルであってもよいし、DC-DCユニットの負出力端子とDC-ACユニットNの負入力端子とを結合するための直流ケーブルであってもよいし、第3の出力端子と第1ノードとを結合するための直流ケーブルであってもよい。例えば、エネルギー貯蔵ユニットは、DC-DCユニットの正出力端子とDC-ACユニット1の正入力端子とを結合するための直流ケーブルと、DC-DCユニットの負出力端子とDC-ACユニットNの負入力端子とを結合するための直流ケーブルとの間に並列に結合される。あるいは、エネルギー貯蔵ユニットは、第3の出力端子と第1ノードとを結合するための3つの直流ケーブルの間に並列に結合される。理解され得ることには、1つの電力システムに含まれるエネルギー貯蔵ユニットの数は限定されず、すなわち、同時に複数のエネルギー貯蔵ユニットが並列に結合されてもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
【0150】
エネルギー貯蔵ユニットを含む実施形態において、エネルギー貯蔵ユニットは、エネルギー貯蔵装置であってもよいし、直流変換ユニットとエネルギー貯蔵装置とを含んでもよいし、エネルギーを蓄積することができる他の装置であってもよい。これは、実施形態1におけるエネルギー貯蔵ユニットの説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。エネルギー貯蔵ユニットとDC-DCユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、エネルギー貯蔵ユニットがDC-DCユニットと通信してもよい。エネルギー貯蔵ユニットとDC-ACユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、エネルギー貯蔵ユニットがDC-ACユニットと通信してもよい。通信信号の状況及び通信を実装するための原理は、実施形態1における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0151】
実施形態6
図39は、この出願の一実施形態に従った電力システムの実施形態6の概略図である。当該電力システムは、電源と、DC-DCユニットと、第1段DC-ACユニットと、第2段DC-ACユニットとを含む。電源の出力端子がDC-DCユニットの入力端子に結合され、電源は、太陽光発電アレイ、エネルギー貯蔵電源、風力発電直流源、又はこれらに類するものとし得る。DC-DCユニットは、直流を交流に変換することができる装置とし得る。これは、実施形態5と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。DC-DCユニットの正出力端子が第1段DC-ACユニットの正入力端子に結合され、DC-DCユニットの負出力端子が第2段DC-ACユニットの負入力端子に結合される。第1段DC-ACユニットの負入力端子が第2段DC-ACユニットの正入力端子に結合される。
【0152】
この出願のこの実施形態では、DC-ACユニットの入力端子がカスケード接続されて、DC-DCユニットとDC-ACユニットとの間の電流を減少させ、DC-DCユニットからDC-ACユニットへのケーブルのコスト及び損失の問題を解決する。DC-DCユニットが複数の電源に接続される場合、DC-DCユニットとDC-ACユニットとの間の電流を減少させ、DC-DCユニットからDC-ACユニットへのケーブルのコスト及び損失の問題を解決するように、出力電圧が高められ得る。
【0153】
この出願のこの実施形態において、第1段DC-ACユニットの出力端子と第2段DC-ACユニットの出力端子は、出力のために絶縁され、異なる巻線に接続される。これは、実施形態1におけるDC-ACユニットの絶縁された出力のケースと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。この出願のこの実施形態では、DC-ACユニットのカスケード接続された入力及び絶縁された出力により、電力変換装置の仕様が下げられる。従って、現在の産業界における電力変換装置の仕様は不十分である(一般に、IGBTでは最大1700V)。しかし、この出願のこの実施形態で提供される電力システムでは1500Vの回路遮断器を使用することができ、コストは低い。現在の産業界における電力変換装置の仕様不足という技術的問題が解決される。
【0154】
DC-DCユニットの第3の出力端子は、出力端子電位の中点として参照されたり、第1ノードとして参照されたりすることもある。第1段DC-ACユニットの負入力端子が、第2段DC-ACユニットの正入力端子に結合され、この結合後の結合ノードが第2ノードである。
【0155】
図40は、この出願の一実施形態に従った電力システムの一実施形態の概略図である。図40に示すように、一部の実施形態において、DC-DCユニットの正出力端子が、第1の導電体を用いて第1段DC-ACユニットの正入力端子に結合され、DC-DCユニットの負出力端子が、第2の導電体を用いて第2段DC-ACユニットの負入力端子に結合される。第1ノードと第2ノードとが、第3の導電体を用いて結合される。理解され得ることには、この出願のこの実施形態において、第1の導電体、第2の導電体、及び第3の導電体は全て、DC-DCユニットとDC-ACユニット(第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニット)との間に接続される直流ケーブルである。ケーブルの材料及び線径仕様は、実際の状況に従って設定され得る。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
【0156】
一部の実施形態において、第1の導電体、第2の導電体、及び第3の導電体は、分散二重(Distributed Double,DC)バスを形成し、第1の導電体及び第2の導電体が正のバスを形成し、第2の導電体及び第3の導電体が負のバスを形成する。第3の導電体は、分散二重バスの中間バス(中間ケーブル)である。第1の導電体、第2の導電体、及び第3の導電体は、直流導体である。3Dテクノロジ(three derect-Cable)では、3本のケーブルを用いて直流バスが構築され、第1の導電体及び第2の導電体を用いて正のバスが構築され、第2の導電体及び第3の導電体を用いて負のバスが構築される。
【0157】
また、第1ノードは、DC-DCユニットの出力端子電位の中点であり、第2ノードは、第1段DC-ACユニットと第2段DC-ACユニットとをカスケード接続する中点であるので、第3の導電体上の電流値が第1の導電体上の電流値以下であることを実現することができる。第3の導電体上の電流値が第1の導電体上の電流値以下である場合、第3の導電体の線径仕様を下げてもよく、それにより、第3の導電体のコストが低減される。取り得る他の一ケースにおいて、同様に、第3の導電体上の電流値は、第2の導電体上の電流値以下である。従って、第3の導電体上の電流値が第2の導電体上の電流値以下である場合、第3の導電体の線径仕様を下げてもよく、それにより、第3の導電体のコストが低減される。確かなことには、第3の導電体の電流値は代わりに、第1の導電体の電流値未満且つ第2の導電体の電流値未満とし得る。これも、第3の導電体の線径仕様を下げて、第3の導電体のケーブルコストを低減させ得る。
【0158】
図41は、この出願の一実施形態に従った電力システムの一実施形態の概略図である。図41に示すように、一部の実施形態において、第1ノード及び第2ノードの両方がグランドに結合される。この出願のこの実施形態では、第1ノード及び第2ノードの両方がグランドに結合され、その結果、DC-DCユニットの出力電力又は出力電圧が非対称であるとき、又は第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットの入力電力又は入力電圧が非対称であるときに、電圧等化を達成するための電流ループが提供され、それにより、システムの正常動作が確保される。また、第1ノードと第2ノードとの間のケーブル接続が不要であり、それ故に1本のケーブルのコスト及び建設コストを節減することができる。
【0159】
図42は、この出願の一実施形態に従った第1の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。一部の実施形態において、電力システムは更に第1の等化回路ユニットを含む。第1の等化回路ユニットは、第1のインタフェース、第2のインタフェース、及び第3のインタフェースを有して構成され、第1のインタフェースは第2ノードに結合され、第2のインタフェースは第1段DC-ACユニットの正入力端子に結合され、第3のインタフェースは第2段DC-ACユニットの負入力端子に結合される。第1の等化回路ユニットは、第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットの入力電圧及び/又は電力及び/又は電流をバランスさせることができる。第1の等化回路ユニットの動作原理は、次の通りである。第1の等化回路ユニットは、第1のインタフェース及び第2のインタフェースを介して第1段DC-ACユニットの入力端子からエネルギーを取得し、第1のインタフェース及び第3のインタフェースを介して第2段DC-ACユニットへのエネルギーを補償し、あるいは、第1の等化回路ユニットは、第1のインタフェース及び第3のインタフェースを介して第2段DC-ACユニットの入力端子からエネルギーを取得し、第1のインタフェース及び第2のインタフェースを介して第1段DC-ACユニットへのエネルギーを補償する。
【0160】
取り得る一実施形態において、第1の等化回路ユニットは4つのインタフェースを含んでもよく、すなわち、第1の等化回路ユニットは更に第4のインタフェースを有して構成される。第4のインタフェースは第1ノードに結合される。これは、図21に対応する実施形態と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0161】
図43は、この出願の一実施形態に従った第2の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図1である。第2の等化回路ユニットは、第5のインタフェース及び第6のインタフェースを有して構成される。第5のインタフェースは第2ノードに結合される。一部の実施形態において、第6のインタフェースは、第1段DC-ACユニットの正入力端子に結合される。一部の実施形態において、第6のインタフェースは、第2段DC-ACユニットの負入力端子に結合される。これは、図22bに対応する実施形態と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0162】
図44は、この出願の一実施形態に従った第3の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。第3の等化回路ユニットは、第7のインタフェース、第8のインタフェース、及び第9のインタフェースを有して構成される。第7のインタフェースは第1ノードに結合される。第8のインタフェースは、DC-DCユニットの正出力端子に結合される。第9のインタフェースは、DC-DCユニットの負出力端子に結合される。一部の実施形態において、第3の等化回路ユニットは更に第10のインタフェースを有して構成され、第10のインタフェースは第2ノードに結合される。第3の等化回路ユニットの原理は、図23に対応する実施形態と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0163】
図45は、この出願の一実施形態に従った第4の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。第4の等化回路ユニットは、第11のインタフェース及び第12のインタフェースを有して構成される。第11のインタフェースは第1ノードに結合される。一部の実施形態において、第12のインタフェースは、DC-DCユニットの正入力端子に結合される。第3の等化回路ユニットの原理は、図24aに対応する実施形態と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。一部の実施形態において、第12のインタフェースは、DC-DCユニットの負入力端子に結合される。第3の等化回路ユニットの原理は、図24bに対応する実施形態と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0164】
一部の実施形態において、第1段DC-ACユニットの出力端子及び第2段DC-ACユニットの出力端子が、それぞれ、異なる変圧器に接続され、あるいは、第1段DC-ACユニットの出力端子及び第2段DC-ACユニットの出力端子が、それぞれ、同一の変圧器の異なる巻線に接続される。
【0165】
一部の実施形態において、複数の電源及び/又は複数のDC-DCユニット及び/又は複数のDC-ACユニットが存在し、電力システムは特に、少なくとも1つの電源、少なくとも1つのDC-DCユニット、及び少なくとも一対のDC-AC変換ユニットを含む。一対のDC-AC変換ユニットは、第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットを含む。少なくとも1つの電源と、少なくとも1つのDC-DCユニットと、少なくとも一対のDC-AC変換ユニットとが結合されるとき、各DC-DCユニットが、少なくとも1つの電源に結合される。あるいは、各DC-DCユニットの同様の入力端子が並列に結合されてから各電源に結合される。各対のDC-AC変換ユニットが、少なくとも一対のDC-DC変換ユニットに結合される。あるいは、各対のDC-AC変換ユニットの同様な入力端子が並列に結合されてから各DC-DCユニットに結合される。これは、実施形態5における複数のユニットの並列接続の説明と同様であり、詳細についてここで再び説明することはしない。
【0166】
一部の実施形態において、第1段DC-ACユニットの出力端子とグランド点との間に、絶縁監視装置が結合される。他の一部の実施形態において、IMD装置は、第2段DC-ACユニットの出力端子とグランド点との間に結合される。他の一部の実施形態において、第1段DC-ACユニットの出力端子とグランド点との間に第1のIMD装置が結合され、第2段DC-ACユニットの出力端子とグランド点との間に第2のIMD装置が結合される。IMD装置は、グランドに対する電力システムの絶縁インピーダンスを検出することができる。グランドに対する絶縁インピーダンスが所定値よりも低い場合、この出願のこの実施形態では、好ましくは、第1段DC-ACユニット及び/又は第2段DC-ACユニットと変圧器巻線との間の結合接続を切断することができ、その結果、システム全体が動作を停止し、それにより、システム動作の安全性が更に確保される。これは、図26に対応する実施形態と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0167】
この出願のこの実施形態において、電源、DC-DCユニット、第1段DC-ACユニット、及び第2段DC-ACユニットの間に接続された直流ケーブルに、通信信号が結合される。通信信号は、電源、DC-DCユニット、第1段DC-ACユニット、及び第2段DC-ACユニットの間で通信を実施するために使用される。通信信号は好ましくはPLC信号であり、これは、前述の実施形態における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0168】
この出願のこの実施形態において、第1段DC-ACユニットの出力端子に接続された交流ケーブルに通信信号が結合され、該交流ケーブルが更に、他の装置に結合され得る。第1段DC-ACユニットは、通信信号を用いることにより、該交流ケーブル上で他の装置と通信し得る。DC-ACユニットの複数の組み合わせが並列に接続され、且つ複数の第1段DC-ACユニットの出力が並列に接続される場合、該複数の第1段DC-ACユニットの並列の出力端子が、接続された交流ケーブルに結合された他の装置と、該交流ケーブル上の通信信号を用いて通信し得る。上述の他の装置は、交流を使用する交流装置とし得る。同様に、第2段DC-ACユニットの出力端子の通信の状況は、第1段DC-ACユニットのそれと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。通信信号は好ましくはPLC信号であり、これは、前述の実施形態における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0169】
一部の実施形態において、この出願のこの実施形態で提供される電力システムは更にリーク電流センサを有して構成され得る。電源の出力端子がリーク電流センサに結合され、及び/又はDC-DCユニットの入力端子がリーク電流センサに結合され、及び/又は第1段DC-ACユニットの正入力端子及び第1段DC-ACユニットの負入力端子がリーク電流センサに結合され、及び/又は第2段DC-ACユニットの正入力端子及び第2段DC-ACユニットの負入力端子がリーク電流センサに結合され、及び/又は第1段DC-ACユニットの内部出力相ラインがリーク電流センサに結合され、及び/又は第2段DC-ACユニットの内部出力相ラインがリーク電流センサに結合され、リーク電流値が所定の閾値よりも大きいことリーク電流センサが検出すると、電源及び/又は第1段DC-ACユニット及び/又は第2段DC-ACユニット及び/又はDC-DCユニットのリーク電流センサがアラームを報告し、及び/又は電力システムが動作するのを停止する。これは、図27に対応する実施形態と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0170】
一部の実施形態において、第1段DC-ACユニットの出力の高速遮断を実装するために、第1段DC-ACユニットの出力端子に接続された内部出力相ラインが、少なくとも1つのスイッチに直列に接続される。該スイッチは、リレー、回路遮断器、又は接触器とすることができ、あるいは他のタイプのスイッチであってもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。同様に、第2段DC-ACユニットの出力端子に接続された内部出力相ラインも、スイッチに直列に接続され得る。これは、第1段DC-ACユニットの出力相ラインがスイッチに直列に接続される場合と同様である。詳細をここで再び説明することはしない。
【0171】
この出願のこの実施形態において、電源が太陽光発電アレイである場合、電力システムは太陽光発電システムと称され得る。例えば、風力発電システム、エネルギー貯蔵システム、又はハイブリッド発電システムといった、他のタイプの電力システムについては、実装に関して太陽光発電システムを参照されたい。この出願のこの実施形態において、他のタイプの電力システムについて詳細を説明することはしない。以下、太陽光発電システムを詳細に説明する。
【0172】
太陽光発電システムでは、第1ノード及び第2ノードのうち一方のみがグランドに結合される必要があり、すなわち、第1ノードがグランドに結合されるか、第2ノードがグランドに結合されるかする。一部の実施形態では、代わりに第1ノード及び第2ノードの両方がグランドに結合されてもよい。第1ノード及び/又は第2ノードがグランドに結合されることで、第1段DC-DCユニット及び第2段DC-DCユニットの出力電力又は出力電圧が非対称であるとき、又は第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットの入力電力又は入力電圧が非対称であるときに、電圧等化を達成するように電流ループを設けることができ、それにより、システムの正常動作が確保されるとともに、1本のケーブルのコスト及び建設コストが節減される。
【0173】
この出願のこの実施形態では、太陽光発電システムにおいて、電圧源を結合することによってPID現象が除去され得る。一部の実施形態において、第2段DC-ACユニットの出力端子に対応する変圧器巻線の中点とグランド点との間に電圧源を結合して、グランドに対する該中点の電位を調節するようにする。あるいは、第1段DC-ACユニットの出力端子に対応する変圧器巻線の中点とグランド点との間に電圧源を結合して、電圧を調節するようにする。これは、実施形態4における説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0174】
一部の実施形態では、太陽光発電システムにおいて、第1段DC-ACユニット及び/又は第2段DC-ACユニットの出力側外部相ラインとグランド点との間に電圧源を結合して、グランドに対する対応する出力相ラインの電位を調節し、PID現象を除去し得る。これは、図12bに対応する実施形態における原理と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0175】
一部の実施形態では、太陽光発電システムにおいて、第1段DC-ACユニット及び/又は第2段DC-ACユニットの出力端子の位置の内部相ラインとグランド点との間に電圧源を結合して、グランドに対する対応する出力相ラインの電位を調節し、PID現象を除去し得る。これは、図12cに対応する実施形態における原理と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0176】
一部の実施形態では、太陽光発電システムにおいて、太陽光発電システムは更に絶縁ユニットを含む。絶縁ユニットは、AC-DC絶縁ユニットとも称され、第1段DC-ACユニット内に配置され得る。絶縁ユニットの入力端子が、第1段DC-ACユニットの出力端子の位置の内部相ラインに結合される。絶縁ユニットの第1の出力端子がグランドに結合され、絶縁ユニットの第2の出力端子が、第1段DC-ACユニットの正入力端子及び/又は負入力端子に結合される。絶縁ユニットは代わりに、第2段DC-ACユニットの内部に配置されてもよい。これは、特に、図13に対応する実施形態と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0177】
一部の実施形態では、太陽光発電システムにおいて、太陽光発電アレイは、太陽光発電パネルの出力端子がオプティマイザ又は遮断装置に直列に接続された後に直列/並列接続を通じて形成された太陽光発電アレイとすることができ、オプティマイザ又は遮断装置の出力端子に接続された直流ケーブルに通信信号が結合される。DC-DCユニット及び/又は第1段DC-ACユニット及び/又は第2段DC-ACユニットは、該通信信号を用いることによってオプティマイザ又は遮断装置と通信し、オプティマイザ又は遮断装置の高速遮断を実施するようにオプティマイザ又は遮断装置を制御し得る。
【0178】
一部の実施形態において、第1段DC-ACユニット、第2段DC-ACユニット、及びDC-DCユニットの間の直流ケーブルに、通信信号が結合される。第1段DC-ACユニット及び/又は第2段DC-ACユニットは、該通信信号を用いて、DC-DCユニットの入力端子の高速遮断を実施するようにDC-DCユニットを制御する。
【0179】
一部の実施形態において、太陽光発電システムは更に、少なくとも1つのエネルギー貯蔵ユニットを含む。DC-DCユニット、第1段DC-ACユニット、及び第2段DC-ACユニットに接続された少なくとも2つの直流ケーブルが、エネルギー貯蔵ユニットに並列に接続される。これは特に、実施形態5におけるエネルギー貯蔵ユニットと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0180】
エネルギー貯蔵ユニットを含む実施形態において、エネルギー貯蔵ユニットは、エネルギー貯蔵装置であってもよいし、直流変換ユニットとエネルギー貯蔵装置とを含んでもよいし、エネルギーを蓄積することができる他の装置であってもよい。これは、実施形態1におけるエネルギー貯蔵ユニットの説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。エネルギー貯蔵ユニットとDC-DCユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、エネルギー貯蔵ユニットがDC-DCユニットと通信してもよい。エネルギー貯蔵ユニットとDC-ACユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、エネルギー貯蔵ユニットがDC-ACユニットと通信してもよい。通信信号の状況及び通信を実装するための原理は、実施形態1における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0181】
図46は、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の一実施形態の概略図である。電源は特に、太陽光発電パネルの直並列接続であり、DC-DCユニットは特に、共通正極(common positive)DC/DCコンバータである。システムが稼働のためにグリッドに接続されるとき、BUS0の電位はグランドの電位に等しい。この場合、グランドに対するPV+の電位と、中点に対するBUS+の電位(バス中点BUS0に対するバス正端子BUS+の電位)とが一致する。バス中点BUS0に対するバス正端子BUS+の電圧が、PV-に対するPV+の電圧以上である限り、グランドに対する太陽光発電パネルの電圧は0V以上であり、PID現象が除去される。あるいは、BUS0の電位を更に安定化させるために、システムが正常に動作するときにBUS0の電位がグランドの電位と一致することを確保するように、BUS0がグランドに結合され得る。DC-DCコンバータはブーストコンバータであり、電圧ブースト機能は、BUS0に対するBUS+の電圧がPV-に対するPV+の電圧以上であること、及びグランドに対する太陽光発電パネルの電圧が0V以上であることを確保することができる。また、BUS0の点が接地される場合、DC-DCコンバータ内でグランドに対するV0+及びV0-の電圧のサンプリングが実施され、使用電圧が所定値を超える場合、DC-DCコンバータは動作するのを停止する。あるいは、BUS0の点に対するV0+及びV0-の電圧のへのサンプリングが実施されるように、BUS0の点がDC-DCコンバータに結合され、使用電圧が所定値を超えると、DC-DCコンバータは動作するのを停止する。
【0182】
同様に、PID現象を除去するよう、グランドに対するバッテリパネルの電圧が0V未満であるという要件を満たすために、使用されるDC-DCユニットは、図47に示すように、共通負極(common negative)DC-DCコンバータであってもよい。図476は、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の一実施形態の概略図である。システムが稼働のためにグリッドに接続されるとき、BUS0の電位はグランドの電位に等しい。この場合、グランドに対するPV-の電位と、中点に対するBUS-の電位(バス中点BUS0に対するバス負端子BUS-の電位)とが一致する。バス中点BUS0に対するBUS-の電圧の絶対値が、PV-に対するPV+の電圧以上である限り、グランドに対する太陽光発電パネルの電圧は0V以下であり、PID現象が除去される。あるいは、BUS0の電位を更に安定化させるために、システムが正常に動作するときにBUS0の電位がグランドの電位と一致することを確保するように、BUS0がグランドに結合され得る。DC-DCコンバータはブーストコンバータであり、電圧ブースト機能は、バス中点BUS0に対するBUS-の電圧の絶対値がPV-に対するPV+の電圧以上であること、及びグランドに対する太陽光発電パネルの電圧が0V以下であることを確保することができ、PID現象が除去される。
【0183】
図48aは、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の一実施形態の概略図1である。DC-DCユニットは、第1段DC-DCコンバータ及び第2段DC-DCコンバータを含むことができ、第1段DC-DCコンバータは、ブースト/バック/バック-ブースト機能を実装することができる。第2段DC-DCコンバータは、当該第2段DC-DCコンバータの内部のDC/DCモジュールを用いることによって、C1上のエネルギーの一部をC2上に転送して、C1上の平均電圧がC2上の平均電圧と等しくなるようにする。システムが稼働のためにグリッドに接続されるとき、BUS0の電位はグランド及び第2ノードの電位に等しい。この場合、PID現象を除去するように、ストリングPV-の電位は第2ノードの電位以上であり、グランドに対するストリングPV-の電圧は0V以上である。あるいは、第2ノードの電位を更に安定化させるために、システムが正常に動作するときに第2ノードの電位とグランドの電位とが一致することを確保するよう、BUS0を第2ノードに結合したり、BUS0及び/又は第2ノードをグランドに結合したりしてもよい。
【0184】
図48b及び図48cに示すように、ノード2とBUS0(第2ノード)とが結合される場合に、第1段DC-DC変換ユニットの入力電圧及び/又は入力電流及び/又は入力電力が第1の所定値を超えると、第1段DC-DC変換ユニットはバイパスモードで動作する、及び/又は、第1段DC-DC変換ユニットによって出力される電圧及び/又は電力が第2の所定値を超えると、第2段DC-DC変換ユニットは動作を停止する(第1段DC-DC変換ユニットの出力が直接的にDC-ACユニットに到達する)、及び/又は、第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットのうち少なくとも一方が動作する。この出願のこの実施形態では、第1段DC-DC変換ユニットの入力電圧及び/又は入力電流及び/又は入力電力及び/又は出力電圧及び/又は出力電流及び/又は出力電力が過度に高いときに、リアルタイムでシステムの正常動作を確保するか不要な無駄を回避するかして、システム全体の変換効率及び利用率を向上させるように、適切なユニット及び/又は適切な動作モードが選択される。
【0185】
前述の第1段DC-DC変換ユニットは、図48b及び図48cに示すような2つのケースを含むバイパスモードで動作する。図48bは、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の一実施形態の概略図2である。図48bに示すように、第1段DC-DC変換ユニットは、当該第1段DC-DC変換ユニットの正入力端子と正出力端子との間に並列にバイパスユニットが結合されるバイパスモードで動作する。この場合、電力はバイパスユニットを通って第2段DC-DC変換ユニットの入力側に流れ込み、第1段DC-DC変換ユニットは動作を停止する。バイパスユニットは、ダイオード、スイッチ、リレー、半導体スイッチチューブ、又はこれらに類するものとし得る。バイパスユニットがダイオードである場合、ダイオードのアノードが正入力端子に結合され、ダイオードのカソードが正出力端子に結合される。図48cは、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の一実施形態の概略図3である。図48cに示すように、このバイパスモードは、第1段DC-DC変換ユニットの負入力端子と負出力端子との間に並列にバイパスユニットが結合されるものである。この場合、電力はバイパスユニットを通って第2段DC-DC変換ユニットの入力側に流れ込み、第1段DC-DC変換ユニットは動作を停止する。バイパスユニットは、ダイオード、スイッチ、リレー、半導体スイッチチューブ、又はこれらに類するものとし得る。バイパスユニットがダイオードである場合、ダイオードのアノードが負出力端子に結合され、ダイオードのカソードが負入力端子に結合される。
【0186】
一部の実施形態では、図48a、図48b、及び図48cに示す例において、複数の第1段階DC-DC変換ユニットが存在し、該複数の第1段階DC-DC変換ユニットの出力端子が並列に結合されてから第2段階DC-DC変換ユニットに結合される。
【0187】
同様に、PID現象を除去するよう、グランドに対するバッテリパネルの電圧が0V未満であるという要件を満たすために、図49に示すDC-DC変換ユニットが使用されてもよい。図49は、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の一実施形態の概略図である。この太陽光発電システムの原理は、図48a、図48b、及び図48cにおけるものと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0188】
実施形態7
図50は、この出願の一実施形態に従った電力システムの一実施形態の概略図である。当該電力システムは、N個の第1電源と、M個の第2電源と、N個のDC-DCユニットと、S個のDC-ACユニットと、を含み、第1電源の出力端子が、DC-DCユニットの入力端子に結合され、N個のDC-DCユニットの出力端子及びM個の第2電源の出力端子を直列接続することによって形成される正端子が、S個のDC-ACユニットの入力端子を直列接続することによって形成される正端子に結合され、N個のDC-DCユニットの出力端子及びM個の第2電源の出力端子を直列接続することによって形成される負端子が、S個のDC-ACユニットの入力端子を直列接続することによって形成される負端子に結合され、N個のDC-DCユニットの出力端子とM個の第2電源の出力端子とが直列に結合され、該直列に結合した点が第1ノードを形成し、S個のDC-ACユニットの入力端子が直列に結合され、該直列に結合した点が第2ノードを形成し、少なくとも1つの第1ノードと少なくとも1つの第2ノードとが、少なくとも1つのケーブルを用いて結合され、DC-ACユニットの出力端子同士が絶縁される。
【0189】
この出願のこの実施形態において、N個のDC-DCユニットの出力端子及びM個の第2電源の出力端子を直列に接続することによって形成される正端子は、直列接続に参加しないポートであり、DC-DCユニットの正端子又は第2電源の正端子であることができる。N個のDC-DCユニットの出力端子及びM個の第2電源の出力端子を直列に接続することによって形成される負端子は、直列接続に参加しないもう1つのポートであり、DC-DCユニットの負端子又は第2電源の負端子であることができる。N個のDC-DCユニットの出力端子及びM個の第2電源の出力端子を直列に接続することによって形成される第1ノードは、直列結合によって形成される結合ノードであり、DC-DCユニットを直列接続することによって形成される結合ノード、第2電源を直列接続することによって形成される結合ノード、又はDC-DCユニットと第2電源とを直列接続することによって形成される結合ノードであることができる。
【0190】
この出願のこの実施形態において、S個のDC-ACユニットの入力端子を直列に接続することによって形成される正端子は、直列接続に参加しない入力ポートであることができる。例えば、図50は、DC-ACユニット1の正入力端子を示している。S個のDC-ACユニットの入力端子を直列に接続することによって形成される負端子は、直列接続に参加しない入力ポートであることができる。例えば、図50は、DC-ACユニットSの負入力端子を示している。S個のDC-ACユニットの入力端子を直列に接続することによって形成される第2ノードは、直列接続によって形成される結合ノードである。図50において、DC-ACユニット1及びDC-ACユニット2の入力端子を結合することによって形成されるノードは第2ノードであり、DC-ACユニット3及びDC-ACユニット4の入力端子を結合することによって形成されるノードも第2ノードであり、さらに、ここでは列挙しない他の第2ノードが存在する。
【0191】
この出願のこの実施形態において、第1電源及び第2電源は、太陽光発電アレイ、エネルギー貯蔵電源、風力発電直流源、又はこれらに類するものとすることができ、これらは、実施形態3における電源と同様である。詳細をここで再び説明することはしない。DC-DCユニットは、例えばDC/DCコンバータといった、直流を直流に変換することができる装置とし得る。DC-DCユニットは、実施形態3におけるDC-DCユニットと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。DC-ACユニットは、例えばインバータといった、直流を交流に変換することができる装置とし得る。DC-ACユニットは、実施形態3におけるDC-ACユニットと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0192】
この出願のこの実施形態では、第2電源の出力端子がカスケード接続され、DC-DCユニットの出力端子がカスケード接続され、且つDC-ACユニットの入力端子がカスケード接続されて、出力電圧を高め、DC-DCユニットとDC-ACユニットとの間の電流を減少させ、DC-DCユニットからDC-ACユニットへのケーブルのコスト及び損失の問題を解決する。DC-DCユニットが複数の電源に接続される場合、DC-DCユニットとDC-ACユニットとの間の電流を減少させて、DC-DCユニットからDC-ACユニットへのケーブルのコスト及び損失の問題を解決するように、出力電圧が高められ得る。
【0193】
この出願のこの実施形態では、少なくとも1つの第1ノードと少なくとも1つの第2ノードとが結合される。例えば、一部の実施形態において、1つの第1ノードが1つの第2ノードに結合され、他の第1ノードと他の第2ノードは結合されない。他の一部の実施形態において、2つの第1ノードが2つの第2ノードにそれぞれ結合され、他の第1ノードと他の第2ノードは結合されない。他の一部の実施形態において、第1ノードの数は第2ノードの数に等しく、各第1ノードが、対応する第2ノードに結合される。他の一部の実施形態において、第1ノードの数は第2ノードの数とは異なり、各第1ノードが、対応する第2ノードに結合され、残りの第1ノード又は残りの第2ノードは結合されない。実際の適用では、代わりに他の結合方式が用いられてもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。この出願のこの実施形態では、第2電源、DC-DCユニット、及びDC-ACユニットに接続されるケーブルの数が、第1ノード及び第2ノードの方式で減少され、それにより、電力システムのコストが低減される。
【0194】
この出願のこの実施形態において、DC-ACユニットの出力端子は、出力のために絶縁される。これは、実施形態1、3、及び5における説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0195】
一部の実施形態において、対応する第1ノードの少なくとも2つのグループが並列に接続され、対応する第2ノードの少なくとも2つのグループが並列に接続され、並列に接続された少なくとも1つの第1ノードが、並列に接続された少なくとも1つの第2ノードに結合され、並列に接続された少なくとも1つの第3ノードが、並列に接続された少なくとも1つの第2ノードに並列に接続される。理解され得ることには、第1電源の複数のグループ、第2電源の複数のグループ、DC-DCユニットの複数のグループ、及びDC-ACユニットの複数のグループが存在する場合、前述の接続方式が使用され得る。
【0196】
一部の実施形態において、DC-ACユニットの複数のグループの同様の出力端子は、出力のために並列に接続され、又は出力のために絶縁される。これは、実施形態3における説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0197】
一部の実施形態において、第1電源、第2電源、DC-DCユニット、及びDC-ACユニットのうちの任意の2つの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合され、それ故に、第1電源、第2電源、DC-DCユニット、及びDC-ACユニットのうちの任意の2つが、該通信信号を用いることによって通信し得る。好ましくは、通信信号はPLC信号とし得る。これは、実施形態3における説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0198】
一部の実施形態において、電源は、太陽光発電パネルの出力をオプティマイザ又は遮断装置に接続してから直列/並列結合を行うことによって形成された太陽光発電アレイである。電源、DC-DCユニット、及びDC-ACユニットの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されるとき、通信信号はオプティマイザ又は遮断装置も通り抜け、電源、DC-DCユニット、又はDC-ACユニットは、通信信号を用いることによって、高速遮断を実施するようにオプティマイザ又は遮断装置の遮断を制御し得る。すなわち、電源、DC-DCユニット、又はDC-ACユニットは、遮断命令を搬送する通信信号をオプティマイザ又は遮断装置に送信し得る。遮断命令を搬送する通信信号を受信した後、オプティマイザ又は遮断装置は、高速遮断を実施するために遮断命令を実行する。通信信号の状況は、実施形態1における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0199】
一部の実施形態において、DC-DCユニットとDC-ACユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合され、DC-ACユニットは、DC-DCユニットの入力の高速遮断を実施するように、該通信信号を用いてDC-DCユニットを制御することができる。例えば、DC-ACユニットが、遮断命令を搬送する通信信号を送信し、該通信信号が、対応する直流ケーブルを用いてDC-DCユニットに到達し、その結果、DC-DCユニットが、該通信信号を受信した後に遮断命令を実行し、それにより、DC-DCユニットの入力の高速遮断が実施される。
【0200】
一部の実施形態において、電力システムは更に、少なくとも1つのエネルギー貯蔵ユニットを含む。エネルギー貯蔵ユニットは、第2電源、DC-DCユニット、及びDC-ACユニットの間に接続された少なくとも2つの直流ケーブルに並列に結合される。直流ケーブルは、第1ノードと第2ノードとの間に結合された直流ケーブルであってもよい。例えば、エネルギー貯蔵ユニットは、DC-DCユニット1の正出力端子とDC-ACユニット1の正入力端子とを結合するための直流ケーブルと、DC-DCユニット2の負出力端子とDC-ACユニット2の負入力端子とを結合するための直流ケーブルとの間に並列に結合される。あるいは、エネルギー貯蔵ユニットは、第1ノードと第2ノードとを結合するための3つの直流ケーブルの間に並列に結合される。理解され得ることには、1つの電力システムに含まれるエネルギー貯蔵ユニットの数は限定されず、すなわち、同時に複数のエネルギー貯蔵ユニットが並列に結合されてもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
【0201】
エネルギー貯蔵ユニットを含む実施形態において、エネルギー貯蔵ユニットは、エネルギー貯蔵装置であってもよいし、直流変換ユニットとエネルギー貯蔵装置とを含んでもよいし、エネルギーを蓄積することができる他の装置であってもよい。これは、実施形態1におけるエネルギー貯蔵ユニットの説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。エネルギー貯蔵ユニットとDC-DCユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、エネルギー貯蔵ユニットがDC-DCユニットと通信してもよい。エネルギー貯蔵ユニットとDC-ACユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、エネルギー貯蔵ユニットがDC-ACユニットと通信してもよい。通信信号の状況及び通信を実装するための原理は、実施形態1における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0202】
実施形態8
図51aは、この出願の一実施形態に従った電力システムの概略図1である。図51bは、この出願の一実施形態に従った電力システムの概略図2である。当該電力システムは、電源1と、電源2と、DC-DCユニットと、第1段DC-ACユニットと、第2段DC-ACユニットと、を含む。電源1の出力端子が、DC-DCユニットの入力端子に結合され、DC-DCユニットが、第2電源の出力端子に直列に結合され、結合点が第1ノードであり、第1段DC-ACユニットの負入力端子が、第2段DC-ACユニットの正入力端子に結合され、結合点が第2ノードであり、DC-DCユニットが第2電源の出力端子に直列に結合された後に形成される正出力端子が第1ポート(例えば、図51aにおけるDC-DCユニットの正出力端子、又は図51bにおける電源2の正出力端子)であり、該第1ポートが、第1段DC-ACユニットの正入力端子に結合され、DC-DCユニットが第2電源の出力端子に直列に結合された後に形成される負出力端子が第2ポート(例えば、図51aにおける電源2の負出力端子、又は図51bにおけるDC-DCユニットの負出力端子)であり、該第2ポートが、第2段DC-ACユニットの負入力端子に結合され、第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットの出力端子同士が、出力のために絶縁される。
【0203】
具体的には、取り得る一ケースにおいて、図51aに示すように、DC-DCユニットの正出力端子が第1段DC-ACユニットの正入力端子に結合され、DC-DCユニットの負出力端子が電源2の正出力端子に結合されて第1ノードを形成する。電源2の負出力端子が第2段DC-ACユニットの負入力端子に結合され、第1段DC-ACユニットの負入力端子が第2段DC-ACユニットの正入力端子に結合されて第2ノードを形成する。取り得る他の一ケースにおいて、図51bに示すように、電源1の出力端子がDC-DCユニットの入力端子に結合され、DC-DCユニットの負出力端子が第2段DC-ACユニットの負入力端子に結合される。DC-DCユニットの正出力端子が電源2の負出力端子に結合され、電源2の正出力端子が第1段DC-ACユニットの正入力端子に結合され、第1段DC-ACユニットの負入力端子が第2段DC-ACユニットの正入力端子に結合される。以下の実施形態は図51aのケースを説明するが、同じルールが図51bのケースにも当てはまり、詳細を再び説明することはしない。
【0204】
この出願のこの実施形態では、電源2、DC-DCユニット、及びDC-ACユニットの間の電流を減少させ、DC-DCユニットからDC-ACユニットへのケーブルのコスト及び損失の問題を解決するように、カスケード接続方式を用いて出力電圧が高められる。
【0205】
図52は、この出願の一実施形態に従った電力システムの一実施形態の概略図である。一部の実施形態において、第1ノードが第2ノードに結合され、DC-DCユニット及び電源2の4つの出力ポートが、カスケード方式にて3つのケーブルを用いてDC-ACユニットに接続され、それにより、ケーブルの数が減少し、コストが低減される。また、第1ノードと第2ノードとの間のケーブル上の電流値が、他の2つのケーブル上の電流値よりも小さい場合、第1ノードと第2ノードとの間のケーブルとして、比較的低い線径仕様のケーブルを使用することができ、それにより、ケーブルコストが更に低減される。これは、実施形態4における図19の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0206】
一部の実施形態において、第1ポートが、第1の導電体を用いて第1段DC-ACユニットの正入力端子に結合され、第2ポートが、第2の導電体を用いて第2段DC-ACユニットの負入力端子に結合され、第1ノードと第2ノードとが、第3の導電体を用いて結合される。一部の実施形態において、第1の導電体、第2の導電体、及び第3の導電体は、分散二重(Distributed Double,DC)バスを形成し、第1の導電体及び第2の導電体が正のバスを形成し、第2の導電体及び第3の導電体が負のバスを形成する。第3の導電体は、分散二重バスの中間バス(中間ケーブル)である。第1の導電体、第2の導電体、及び第3の導電体は、直流導体である。3Dテクノロジ(three derect-Cable)では、3本のケーブルを用いて直流バスが構築され、第1の導電体及び第2の導電体を用いて正のバスが構築され、第2の導電体及び第3の導電体を用いて負のバスが構築される。
【0207】
一部の実施形態において、第1ノード及び第2ノードの両方がグランドに結合される。この出願のこの実施形態では、第1ノード及び第2ノードの両方がグランドに結合され、その結果、DC-DCユニットと電源2の出力電力又は出力電圧が非対称であるとき、又は第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットの入力電力又は入力電圧が非対称であるときに、電圧等化を達成するための電流ループが提供され、それにより、システムの正常動作が確保される。また、第1ノードと第2ノードとの間のケーブル接続が不要であり、それ故に1本のケーブルのコスト及び建設コストを節減することができる。
【0208】
一部の実施形態において、第1ノードは第2ノードに結合され、DC-DCユニットの入力電圧及び/又は入力電流及び/又は入力電力、又は第2電源の出力電圧及び/又は出力電流及び/又は出力電力が所定値未満であるとき、対応するDC-DCユニット又は第2電源が動作するのを停止する。例えば、DC-DCユニットの入力電圧が所定値未満である場合、DC-DCユニットが動作を停止する。他の一例において、第2電源の出力電圧が所定値未満である場合、第2電源が動作を停止する。第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットのうち少なくとも一方が動作する。この出願のこの実施形態では、DC-DCユニットの入力電圧及び/又は入力電流及び/又は入力電力、又は第2電源の出力電圧及び/又は出力電流及び/又は出力電力が過度に低いとき、対応するDC-DCユニット又は第2電源が動作を停止する。動作に適したユニットを選択することは、不要な無駄を回避し、システム全体の変換効率及び利用率を向上させることができる。
【0209】
第1ノードと第2ノードとが結合されない場合には、等化回路ユニットを用いて電圧を調節し得る。
【0210】
図53は、この出願の一実施形態に従った第1の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。一部の実施形態において、電力システムは更に第1の等化回路ユニットを含む。第1の等化回路ユニットは、第1のインタフェース、第2のインタフェース、及び第3のインタフェースを備え、第1のインタフェースは第2ノードに結合され、第2のインタフェースは第1段DC-ACユニットの正入力端子に結合され、第3のインタフェースは第2段DC-ACユニットの負入力端子に結合される。一部の実施形態において、第1の等化回路ユニットは更に第4のインタフェースを有して構成され、第4のインタフェースは第1ノードに結合される。これは、図21に対応する実施形態と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0211】
図54は、この出願の一実施形態に従った第2の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図1である。一部の実施形態において、電力システムは第2の等化回路ユニットを含む。第2の等化回路ユニットは、第5のインタフェース及び第6のインタフェースを有して構成される。第5のインタフェースは第2ノードに結合される。第6のインタフェースは、第1段DC-ACユニットの正入力端子、又は第2段DC-ACユニットの負入力端子に結合される。これは、図22a及び図22bに対応する実施形態と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0212】
図55は、この出願の一実施形態に従った第3の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。一部の実施形態において、電力システムは第3の等化回路ユニットを含む。第3の等化回路ユニットは、第7のインタフェース、第8のインタフェース、及び第9のインタフェースを有して構成される。第7のインタフェースは第1ノードに結合される。第8のインタフェースは、DC-DCユニットの正出力端子に結合される。第9のインタフェースは、電源2の負出力端子に結合される。一部の実施形態において、第3の等化回路ユニットは更に第10のインタフェースを有して構成され、第10のインタフェースは第2ノードに結合される。これは、図23に対応する実施形態と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0213】
図56は、この出願の一実施形態に従った第4の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。一部の実施形態において、電力システムは第4の等化回路ユニットを含む。第4の等化回路ユニットは、第11のインタフェース及び第12のインタフェースを有して構成される。第11のインタフェースは第1ノードに結合され、第12のインタフェースは、DC-DCユニットの正出力端子又は電源2の負出力端子に結合される。これは、図24a及び図24bに対応する実施形態と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0214】
一部の実施形態において、第1段DC-ACユニットの出力端子及び第2段DC-ACユニットの出力端子が、それぞれ、異なる変圧器に接続され、あるいは、第1段DC-ACユニットの出力端子及び第2段DC-ACユニットの出力端子が、それぞれ、同一の変圧器の異なる巻線に接続される。
【0215】
一部の実施形態において、電力システムは特に、少なくとも一対の電源、少なくとも1つのDC-DCユニット、及び少なくとも一対のDC-AC変換ユニットを含む。一対の電源は、電源1及び電源2を含む。一対のDC-AC変換ユニットは、第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットを含む。少なくとも一対の電源と、少なくとも1つのDC-DCユニットと、少なくとも一対のDC-AC変換ユニットとが結合されるとき、各DC-DCユニットが、少なくとも1つの電源1に結合される。各対のDC-AC変換ユニットが、少なくとも1つのDC-DC変換ユニットに結合され、又は電源2に結合される。あるいは、各対のDC-AC変換ユニットの同様な入力端子が並列に結合されてから1つのDC-DCユニット又は1つの電源2に結合される。理解され得ることには、DC-ACユニットの複数の組み合わせの同様の出力端子は、出力のために並列に結合されることができ、又は出力のために絶縁されることができる。これは、実施形態2の説明と同様であり、詳細についてここで再び説明することはしない。
【0216】
一部の実施形態において、第1段DC-ACユニットの出力端子とグランド点との間に、IMD装置が結合される。他の一部の実施形態において、IMD装置は、第2段DC-ACユニットの出力端子とグランド点との間に結合される。他の一部の実施形態において、第1段DC-ACユニットの出力端子とグランド点との間に第1のIMD装置が結合され、第2段DC-ACユニットの出力端子とグランド点との間に第2のIMD装置が結合される。IMD装置は、グランドに対する電力システムの絶縁インピーダンスを検出することができる。グランドに対する絶縁インピーダンスが所定値よりも低い場合、この出願のこの実施形態では、好ましくは、第1段DC-ACユニット及び/又は第2段DC-ACユニットと変圧器巻線との間の結合接続を切断することができ、その結果、システム全体が動作を停止し、それにより、システム動作の安全性が更に確保される。
【0217】
この出願のこの実施形態において、電源1、電源2、DC-DCユニット、第1段DC-ACユニット、及び第2段DC-ACユニットの間に接続された直流ケーブルに、通信信号が結合される。通信信号は、電源1、電源2、DC-DCユニット、第1段DC-ACユニット、及び第2段DC-ACユニットの間で通信を実施するために使用される。通信信号は好ましくはPLC信号であり、これは、前述の実施形態における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0218】
この出願のこの実施形態において、第1段DC-ACユニットの出力端子に接続された交流ケーブルに通信信号が結合され、該交流ケーブルが更に、他の装置に結合され得る。第1段DC-ACユニットは、通信信号を用いることにより、該交流ケーブル上で他の装置と通信し得る。DC-ACユニットの複数の組み合わせが並列に接続され、且つ複数の第1段DC-ACユニットの出力が並列に接続される場合、該複数の第1段DC-ACユニットの並列の出力端子が、接続された交流ケーブルに結合された他の装置と、該交流ケーブル上の通信信号を用いて通信し得る。上述の他の装置は、交流を使用する交流装置とし得る。同様に、第2段DC-ACユニットの出力端子の通信の状況は、第1段DC-ACユニットのそれと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。通信信号は好ましくはPLC信号であり、これは、前述の実施形態における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0219】
一部の実施形態において、この出願のこの実施形態で提供される電力システムは更にリーク電流センサを有して構成され得る。リーク電流センサは、電源1の出力端子、電源2の出力端子、DC-DCユニットの入力端子及び出力端子、第1段DC-ACユニットの入力端子及び出力端子、並びに第2段DC-ACユニットの入力端子及び出力端子に配置され得る。これは、図11及び図27に対応する実施形態と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0220】
一部の実施形態において、第1段DC-ACユニットの出力の高速遮断を実装するために、第1段DC-ACユニットの出力端子に接続された内部出力相ラインが、少なくとも1つのスイッチに直列に接続される。該スイッチは、リレー、回路遮断器、又は接触器とすることができ、あるいは他のタイプのスイッチであってもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。同様に、第2段DC-ACユニットの出力端子に接続された内部出力相ラインも、スイッチに直列に接続され得る。これは、第1段DC-ACユニットの出力相ラインがスイッチに直列に接続される場合と同様である。詳細をここで再び説明することはしない。
【0221】
この出願のこの実施形態において、電源1及び電源2が太陽光発電アレイである場合、電力システムは太陽光発電システムと称され得る。この出願のこの実施形態において、電源1は第1の太陽光発電アレイと称されることができ、電源2は第2の太陽光発電アレイと称されることができる。実際の適用では、他の名称が用いられ得る。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。例えば、風力発電システム、エネルギー貯蔵システム、又はハイブリッド発電システムといった、他のタイプの電力システムについては、実装に関して太陽光発電システムを参照されたい。この出願のこの実施形態において、他のタイプの電力システムについて詳細を説明することはしない。以下、太陽光発電システムを詳細に説明する。
【0222】
太陽光発電システムでは、第1ノード及び第2ノードのうち一方のみがグランドに結合される必要があり、すなわち、第1ノードがグランドに結合されるか、第2ノードがグランドに結合されるかする。一部の実施形態では、代わりに第1ノード及び第2ノードの両方がグランドに結合されてもよい。第1ノード及び/又は第2ノードがグランドに結合されることで、第1段DC-DCユニット及び第2段DC-DCユニットの出力電力又は出力電圧が非対称であるとき、又は第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットの入力電力又は入力電圧が非対称であるときに、電圧等化を達成するように電流ループを設けることができ、それにより、システムの正常動作が確保されるとともに、1本のケーブルのコスト及び建設コストが節減される。
【0223】
図57は、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの概略図である。一部の実施形態では、太陽光発電システムにおいて、DC-DCユニットの正入力端子と負出力端子が、直接結合され、又は小さい電圧降下のみで接続される。これは、第2の太陽光発電アレイの正出力電極と第1の太陽光発電アレイの正出力電極とが等電位であることを確保することができる。通常、グランドに対するシステム全体のインピーダンスは対称的に分布される。システムが稼働のために正常にグリッドに接続されるとき、第1ノード、第2ノード、及びグランドが等電位である。この場合、第1の太陽光発電アレイ及び第2の太陽光発電アレイのバッテリパネルの出力PV+における、グランドに対する電圧は略0Vである。これは、グランドに対するバッテリパネルのPV+における正バイアス電圧を除去し、(PV+においてグランドに対して正の電圧を持ち、PID現象を発生するバッテリパネルに対して)バッテリパネルのPID現象を回避する。同様に、他の一部の実施形態において、DC-DCユニットの負入力端子と正出力端子が、直接結合され、又は小さい電圧降下のみで接続される。これは、図27に対応する実施形態における原理と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0224】
この出願のこの実施形態では、太陽光発電システムにおいて、PID現象は代わりに、電圧源を結合することによって除去され得る。一部の実施形態において、第2段DC-ACユニットの出力端子に対応する変圧器巻線の中点とグランド点との間に電圧源を結合して、グランドに対する該中点の電位を調節するようにする。他の一部の実施形態において、第1段DC-ACユニットの出力端子に対応する変圧器巻線の中点とグランド点との間に電圧源を結合して、電圧を調節するようにする。他の一部の実施形態において、第1段DC-ACユニット及び/又は第2段DC-ACユニットの出力側外部相ラインとグランド点との間に電圧源を結合して、グランドに対する対応する出力相ラインの電位を調節し、PID現象を除去し得る。他の一部の実施形態において、第1段DC-ACユニット及び/又は第2段DC-ACユニットの出力端子の位置の内部相ラインとグランド点との間に電圧源を結合して、グランドに対する対応する出力相ラインの電位を調節し、PID現象を除去し得る。これは、図12a、図12b、及び図12cの実施形態における原理と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0225】
一部の実施形態では、太陽光発電システムにおいて、第1段DC-ACユニット又は第2段DC-ACユニットの出力端子に対応する変圧器巻線の中点が、グランドに対する当該中点の電圧が0Vに近い又は等しくなるようにし、グランドに結合されるか、電流制限デバイスを用いてグランドに結合され、それによりPID現象を除去する。一部の実施形態において、第1段DC-ACユニット及び第2段DC-ACユニットの出力端子が、それぞれ、同一の変圧器の異なる巻線に結合される場合、第1段DC-ACユニットの出力端子に対応する巻線の中点と、第2段DC-ACユニットの出力端子に対応する巻線の中点とが、2つの直列抵抗又は電流制限デバイスを用いて結合されるとともに、これら2つの直列抵抗又はこれら2つの電流制限デバイスの中点がグランドに結合され、それによりPID現象を除去する。原理は、図29及び図30に対応する実施形態における原理と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0226】
一部の実施形態では、太陽光発電システムにおいて、太陽光発電システムは更に絶縁ユニットを含む。絶縁ユニットは、第1段DC-ACユニットの内部又は第2段DC-ACユニットの内部に配置され得る。これは、図13に対応する実施形態と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0227】
一部の実施形態では、太陽光発電システムにおいて、第1の太陽光発電アレイ及び第2の太陽光発電アレイは、太陽光発電パネルの出力端子がオプティマイザ又は遮断装置に直列に接続された後に直列/並列接続を通じて形成された太陽光発電アレイとすることができ、オプティマイザ又は遮断装置の出力端子に接続された直流ケーブルに通信信号が結合される。DC-DCユニット及び/又は第1段DC-ACユニット及び/又は第2段DC-ACユニットは、該通信信号を用いることによってオプティマイザ又は遮断装置と通信し、オプティマイザ又は遮断装置の高速遮断を実施するようにオプティマイザ又は遮断装置を制御し得る。
【0228】
一部の実施形態において、DC-ACユニット、第1段DC-DCユニット、及び第2段DC-DCユニットの間の直流ケーブルに、通信信号が結合される。第1段DC-ACユニット及び/又は第2段DC-ACユニットは、該通信信号を用いて、DC-DCユニットの入力端子の高速遮断を実施するようにDC-DCユニットを制御する。
【0229】
一部の実施形態において、太陽光発電システムは更に、少なくとも1つのエネルギー貯蔵ユニットを含む。第2の太陽光発電アレイ、DC-DCユニット、第1段DC-ACユニット、及び第2段DC-ACユニットに接続された少なくとも2つの直流ケーブルが、エネルギー貯蔵ユニットに並列に接続される。これは特に、実施形態3におけるエネルギー貯蔵ユニットと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0230】
エネルギー貯蔵ユニットを含む実施形態において、エネルギー貯蔵ユニットは、エネルギー貯蔵装置であってもよいし、直流変換ユニットとエネルギー貯蔵装置とを含んでもよいし、エネルギーを蓄積することができる他の装置であってもよい。これは、実施形態1におけるエネルギー貯蔵ユニットの説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。エネルギー貯蔵ユニットとDC-DCユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、エネルギー貯蔵ユニットがDC-DCユニットと通信してもよい。エネルギー貯蔵ユニットとDC-ACユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、エネルギー貯蔵ユニットがDC-ACユニットと通信してもよい。通信信号の状況及び通信を実装するための原理は、実施形態1における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0231】
図58は、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの一実施形態の概略図である。一部の実施形態において、図58に示すように、第2の太陽光発電アレイの出力端子がコンバイナボックスに結合される。コンバイナボックスの入力端子が、複数の第2の太陽光発電アレイの出力端子に結合され、コンバイナボックスの正出力端子が、DC-DCユニットの負出力端子に直列に結合され、コンバイナボックスの負出力端子が、第2段DC-ACユニットの負入力端子に結合される。コンバイナボックスの入力端子が、複数の第2の太陽光発電アレイの出力端子に結合され、コンバイナボックスの正出力端子が、DC-DCユニットの負出力端子に直列に結合され、コンバイナボックスの負出力端子が、第2段DC-ACユニットの負入力端子に結合される。DC-DCユニットの正出力端子が、第1段DC-ACユニットの正入力端子に結合される。これは、図34に対応する実施形態と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
【0232】
図59は、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの一実施形態の概略図である。一部の実施形態において、図59に示すように、第2の太陽光発電アレイの出力端子がコンバイナボックスに結合される。コンバイナボックスの入力端子が、複数の第2の太陽光発電アレイの出力端子に結合され、コンバイナボックスの負出力端子が、DC-DCユニットの正出力端子に直列に結合され、コンバイナボックスの正出力端子が、第1段DC-ACユニットの正入力端子に結合される。DC-DCユニットの負出力端子が、第2段DC-ACユニットの負入力端子に結合される。これは、図35に対応する実施形態と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。前述の実施形態において、第1の太陽光発電アレイ及び第2の太陽光発電アレイは、通常、共通PV+又は共通PV-の方式で接続される。例えば、図28は、第1の太陽光発電アレイ及び第2の太陽光発電アレイの共通PV+接続方式を示している。例えば、図29に対応する実施形態は、第1の太陽光発電アレイ及び第2の太陽光発電アレイの共通PV-接続方式である。実際の適用では、前述の接続方式は使用できないことがある。例えば、図60は、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の一実施形態の概略図である。図60に示すように、第1の太陽光発電アレイの負出力端子が、第1段DC-DCユニットの負入力端子に結合される。第2の太陽光発電アレイの正出力端子が、第2段DC-DCユニットの正入力端子に結合される。また、第1段DC-DCユニットの負出力端子が第2段DC-DCユニットの正出力端子に結合され、この結合点が第1ノードである。従って、この出願のこの実施形態では、第1の太陽光発電アレイの負出力端子と第2の太陽光発電アレイの正出力端子とが同じ電位を持っていて共通PV+又は共通PV-の接続方式に属さず、これも、この出願のこの実施形態で提供される接続方式の1つとして理解されるべきである。図60の補償電力パワーモジュールは、図12bに対応する実施形態における電圧源と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
図1
図2
図3a
図3b
図4
図5a
図5b
図5c
図6
図7
図8
図9a
図9b1
図9b2
図9c
図9d1
図9d2
図10a
図10b
図10c
図11
図12a
図12b
図12c
図13
図14a
図14b
図15a
図15b
図15c
図15d
図16
図17
図18
図19
図20
図21
図22a
図22b
図23
図24a
図24b
図25
図26
図27
図28
図29
図30
図31
図32a
図32b
図33
図34
図35
図36
図37
図38
図39
図40
図41
図42
図43
図44
図45
図46
図47
図48a
図48b
図48c
図49
図50
図51a
図51b
図52
図53
図54
図55
図56
図57
図58
図59
図60