特許 7584680 大規模グリッドエネルギー貯蔵システムのグリッド統合のための制御プラットフォームアーキテクチャ

(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】2024-11-07

(45)【発行日】2024-11-15

(54)【発明の名称】大規模グリッドエネルギー貯蔵システムのグリッド統合のための制御プラットフォームアーキテクチャ

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/18 20060101AFI20241108BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20241108BHJP

   H02J 3/16 20060101ALI20241108BHJP

   H02J 3/32 20060101ALI20241108BHJP

【ＦＩ】

H02J3/18

H02J3/38 110

H02J3/16

H02J3/32

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2023563023

(86)(22)【出願日】2021-04-14

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2024-03-12

(86)【国際出願番号】 EP2021059602

(87)【国際公開番号】W WO2022218514

(87)【国際公開日】2022-10-20

【審査請求日】2023-12-11

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】523380173

【氏名又は名称】ヒタチ・エナジー・リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＨＩＴＡＣＨＩ ＥＮＥＲＧＹ ＬＴＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】カルレビ，ペア

(72)【発明者】

【氏名】ハルマンス，ダニエル

(72)【発明者】

【氏名】モン，ローシュエン

(72)【発明者】

【氏名】ベルレフォス，マリア

【審査官】大濱 伸也

(56)【参考文献】

【文献】欧州特許出願公開第０３７０３２４１（ＥＰ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０１７６９８３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／１６８５１８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ３／１６

Ｈ０２Ｊ ３／１８

Ｈ０２Ｊ ３／３２

Ｈ０２Ｊ ３／３８

Ｈ０２Ｊ ７／３５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ、ＡＣ）電力伝送システムのためのサポートシステム（１００）であって、
複数の相互接続された貯蔵ユニット（１１２）を備えるエネルギー貯蔵装置（１１０）であって、前記エネルギー貯蔵装置は、前記ＡＣ電力伝送システムに電力を出力し、前記ＡＣ電力伝送システムからの電力で前記貯蔵ユニットを充電するように構成される、エネルギー貯蔵装置（１１０）と、
前記エネルギー貯蔵装置の動作を制御するように構成された主コントローラ（１２０）と
を備え、
前記複数の貯蔵ユニットの各貯蔵ユニットは、少なくとも３つの制御信号接続（１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ）と、前記貯蔵ユニットの動作を制御するように構成された貯蔵ユニットコントローラ（１１４）とを備え、前記少なくとも３つの制御信号接続は、前記貯蔵ユニットコントローラに接続され、
前記貯蔵ユニットの各々は、前記制御信号接続を介して少なくとも３つの貯蔵エンティティから制御信号を受信するように構成され、
前記貯蔵エンティティの各々は、前記主コントローラまたは隣接する貯蔵ユニットの貯蔵ユニットコントローラのいずれかであり、
前記貯蔵ユニットの各々は、前記制御信号接続のうちの第１のものを介して受信された制御信号を、前記制御信号接続のうちの残りのものを介して接続されたすべての隣接する貯蔵ユニットに転送するように配置され、
前記サポートシステムは、
前記エネルギー貯蔵装置と前記ＡＣ電力伝送システムとの間に機能的に配置されて静的同期補償器（ｓｔａｔｉｃ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ、ＳＴＡＴＣＯＭ）として作用するように構成された複数の相互接続されたコンバータユニット（２１２）を備えるコンバータ装置（２１０）と、
前記コンバータ装置の動作を制御するように構成されたコンバータ装置コントローラ（２２０）と
をさらに備え、
各コンバータユニットは、少なくとも３つの制御信号接続（２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃ）と、前記コンバータユニットの動作を制御するように構成されたコンバータユニットコントローラ（２１４）とを備え、
各コンバータユニットは、前記制御信号接続を介して少なくとも３つのコンバータエンティティから制御信号を受信するように構成され、
前記コンバータエンティティの各々は、前記コンバータ装置コントローラまたは隣接するコンバータユニットのコンバータユニットコントローラのいずれかであり、
各コンバータユニットは、前記制御信号接続のうちの第１のものを介して受信された制御信号を、前記制御信号接続のうちの残りのものを介して接続されたすべての隣接するコンバータユニットに転送するように配置される、サポートシステム（１００）。

【請求項2】

各貯蔵ユニットの前記少なくとも３つの制御信号接続は、メッシュトポロジで前記貯蔵ユニットを接続するように構成される、請求項１に記載のサポートシステム。

【請求項3】

各貯蔵ユニットの前記制御信号接続のうちの第１および第２のものは、前記貯蔵ユニットをデイジーチェーンで接続するように構成され、前記制御信号接続のうちの第３のものは、前記デイジーチェーンをショートカットするように構成される、請求項１または２に記載のサポートシステム。

【請求項4】

前記デイジーチェーンは、線形トポロジまたはリングトポロジに従って配置される、請求項３に記載のサポートシステム。

【請求項5】

前記貯蔵ユニットのうちの第１のものは、前記主コントローラに直接接続される、請求項１～４のいずれかに記載のサポートシステム。

【請求項6】

前記制御信号接続の各々は、双方向接続である、請求項１～５のいずれかに記載のサポートシステム。

【請求項7】

前記制御信号接続の各々は、光通信チャネルを介して通信するように構成される、請求項１～６のいずれかに記載のサポートシステム。

【請求項8】

各貯蔵ユニットは、前記制御信号に含まれる高優先度メッセージを検出し、前記制御信号を完全に復号することなく前記高優先度メッセージを転送するように構成される、請求項１～７のいずれかに記載のサポートシステム。

【請求項9】

各貯蔵ユニットは、エネルギー貯蔵ラックを形成する複数のエネルギー貯蔵セル（１１５）を備える、請求項１～８のいずれかに記載のサポートシステム。

【請求項10】

前記貯蔵ユニットコントローラは、前記エネルギー貯蔵ラックの各エネルギー貯蔵セルを直接制御するように構成される、請求項９に記載のサポートシステム。

【請求項11】

前記貯蔵ユニットコントローラは、ラック内部制御システム（１１６）とのインターフェースを形成するように構成される、請求項９に記載のサポートシステム。

【請求項12】

前記ラック内部制御システムは、電池管理システム（ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ、ＢＭＳ）（１１６）を備える、請求項１１に記載のサポートシステム。

【請求項13】

前記複数の貯蔵ユニットのうちの少なくとも１つは、前記貯蔵ユニットコントローラによって制御されるように構成された電圧源コンバータ（１３０）をさらに備える、請求項１～１２のいずれかに記載のサポートシステム。

【請求項14】

前記主コントローラおよび前記コンバータ装置コントローラを制御するように構成された協調コントローラ（２０）をさらに備える、請求項１～１３のいずれかに記載のサポートシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

技術分野
本発明は、電力伝送システムの分野に関し、特に、そのような電力システムで使用するためのエネルギー貯蔵器に関する。

【背景技術】

【0002】

背景
電力システムは、電力を確実に提供する必要がある。したがって、そのような技術は、電圧または周波数の変動を相殺し、不足などを補償するためのサポートシステムを備えることが多い。一般に、サポートシステムは、電力伝送システムにエネルギーを出力し、そこから電池セルを充電するために双方向に動作するいくつかの直列および／または並列接続された電池セルまたはスーパーキャパシタを有するエネルギー貯蔵バンクを備えるエネルギー貯蔵システムを利用し得る。さらに、静的同期補償器（ｓｔａｔｉｃ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ、ＳＴＡＴＣＯＭ）が、電力伝送ネットワークへの無効ＡＣ電力のソースまたはシンクとして採用され得る。

【0003】

エネルギー貯蔵バンクの電池セル、ならびにＳＴＡＴＣＯＭの電圧源コンバータセルは、一般に、サポートシステムが適切に機能し、必要なサポートを電力伝送システムに供給するために、中央コントローラから制御信号を受信する必要がある。本サポートシステムの比較的多数の構成要素は、それらを監視および制御することを比較的複雑かつ困難にし、さらにより大きく、よりスケーラブルなサポートシステムを目指して努力することは、効率的で信頼性の高い制御技術に対する要求を増大させる。したがって、サポートシステムに含まれる構成要素の改善された監視および制御のための技術を提供することが有益であろう。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

概要
したがって、上述の欠点を克服する、または少なくとも軽減するサポートシステムを達成することが有利であろう。特に、改善された性能、冗長性、および耐障害性を可能にするサポートシステムを提供することが望ましい。

【課題を解決するための手段】

【0005】

これらの目的は、とりわけ、添付の独立請求項に記載のサポートシステムによって達成され得る。

【0006】

したがって、一態様によれば、交流（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ、ＡＣ）電力伝送システムのためのサポートシステムが提供される。システムは、複数の相互接続された貯蔵ユニットを備えるエネルギー貯蔵装置を備える。エネルギー貯蔵装置は、ＡＣ電力伝送システムに電力を出力し、ＡＣ電力伝送システムからの電力で貯蔵ユニットを充電するように構成される。システムは、エネルギー貯蔵装置の動作を制御するように構成された主コントローラをさらに備える。貯蔵ユニットの少なくともいくつかは、少なくとも３つの制御信号接続と、貯蔵ユニットの動作を制御するように構成された貯蔵ユニットコントローラとを備え、少なくとも３つの制御信号接続は、貯蔵ユニットコントローラに接続される。したがって、貯蔵ユニットは、少なくとも３つの制御信号接続を介して少なくとも３つの貯蔵エンティティから制御信号を受信するように構成される。少なくとも３つの貯蔵エンティティの各々は、主コントローラまたは隣接する貯蔵ユニットの貯蔵ユニットコントローラのいずれかであり、貯蔵ユニットの各々は、少なくとも３つの制御信号接続のうちの第１のものを介して受信された制御信号を、少なくとも３つの制御信号接続のうちの残りのものを介して接続されたすべての隣接する貯蔵ユニットに転送するように配置される。

【0007】

本態様は、主コントローラからの制御信号がエネルギー貯蔵ユニットの装置を通じて異なる方法で中継されることを可能にする。少なくとも３つの制御信号接続を備える第１の貯蔵ユニットは、主コントローラから制御信号を受信し、装置の少なくとも２つの他の貯蔵ユニットに制御信号を転送し得る。それら２つの貯蔵ユニットの一方または両方は、次に、制御信号を１つまたは２つのさらなる貯蔵ユニットなどに転送してもよい。したがって、貯蔵ユニットは、メッシュで配置されていると考えられてもよく、これは制御信号が装置を通るいくつかの異なる経路に沿って中継されることを可能にする。

【0008】

第１の制御ユニットは、主コントローラに直接接続され、主制御ユニットに直接接続されていない少なくとも２つの他の制御ユニットに制御信号を転送するように構成されてもよい。このようにして、主制御ユニットからの制御信号は、主制御ユニットが貯蔵ユニットのうちの１つまたは２つのみに接続されている場合でも、エネルギー貯蔵装置の貯蔵ユニットを効率的にフラッディングし得る。貯蔵ユニットの一部または全部に設けられた少なくとも３つの制御信号接続は、制御信号が装置を通る異なる経路をとることを可能にし、その結果、いくつかの貯蔵ユニットのうちの１つの故障の場合にも伝搬されることを可能にする。したがって、本態様は、特に貯蔵ユニット間のポイントツーポイント通信または厳密な直列接続に依存する技術と比較した場合に、貯蔵ユニットの１つまたは複数に影響を及ぼし得る冗長性および障害耐性を向上させる。さらに、サポートシステムは、上記の制御信号接続によって形成されるネットワークトポロジにより多くのノードを追加することによって、エネルギー貯蔵ユニットまたはＳＴＡＴＣＯＭデバイスなどのより多くの構成要素によって比較的容易に拡張されることができる。サポートシステムを補完するために、追加の制御ユニットもまた追加され得る。

【0009】

貯蔵ユニットの各々、または少なくともいくつかは、受信された制御信号をすべての接続された隣接する貯蔵ユニット（および、制御信号接続のうちの１つに接続されている場合には、主制御ユニット）に転送するように構成されてもよい。さらに、貯蔵ユニットは、外部制御なしで自律的に制御信号を転送するこのアクションを実行するように構成されてもよい。

【0010】

「隣接する」貯蔵ユニットとは、本出願の文脈では、互いに直接通信可能に結合された、すなわち、制御信号が隣接する貯蔵ユニット間で通過しなければならない中間貯蔵ユニットがない貯蔵ユニットであると理解されてもよい。言い換えれば、隣接する貯蔵ユニットは、制御信号が最初に別の貯蔵ユニットを通過する必要なしに、互いに制御信号を交換することが可能であり得る。「隣接する（ａｄｊａｃｅｎｔ）」、「近隣の（ｎｅｉｇｈｂｏｕｒｉｎｇ）」、および「次の（ｎｅｘｔ）」は、制御信号が中間貯蔵ユニットを通過することなく貯蔵ユニット間を直接通過することが可能とされるように通信可能に接続された２つの貯蔵ユニットの配置を記述するために、本開示において互換的に使用され得る。

【0011】

サポートシステム内で制御信号を受信および転送する構成要素（主コントローラ、貯蔵ユニット、および任意選択的に、ＳＴＡＴＣＯＭコンバータユニットなど）は、制御信号接続を介してリンクされた通信ネットワークのノードとして理解され得る。そのようなネットワークの物理トポロジは、サポートシステムの貯蔵ユニットおよび他の構成要素の実際の配置を指してもよいが、論理トポロジまたはネットワークトポロジは、サポートシステム内でデータがどのように流れるかを記述してもよい。制御信号接続の構成に関する以下の説明では、例は、一般に、物理的なそれではなく論理トポロジを指す。

【0012】

サポートシステムは、１つのみ、または２つのみの制御信号接続を備え得る追加の貯蔵ユニットを備え得ることが理解されよう。したがって、サポートシステムは、各々の貯蔵ユニットが正確に３つの制御信号接続、または３つを超える制御信号接続を備える装置に限定されなくてもよい。むしろ、サポートシステムは、正確に１つの他の貯蔵ユニット（またはノード）に接続された１つまたは複数の貯蔵ユニット（またはノード）、または正確に２つの他の貯蔵ユニットに接続された１つまたは複数の貯蔵ユニット、ならびに４つ以上の他の貯蔵ユニットに接続された１つまたは複数の貯蔵ユニットをさらに備え得る。したがって、いくつかの例では、サポートシステムの貯蔵ユニットのうちの１つまたはいくつかは、４つまたは５つ以上の制御信号接続を備え得る。

【0013】

したがって、制御信号接続は、サポートシステムのノードがメッシュ型トポロジに配置されることを可能にしてもよく、これにより、ルーティング技術、またはより好ましくはそれが到達したものを除くすべての制御信号接続を介して受信信号が送信されるフラッディング技術のいずれかを使用して制御信号が中継されることが可能になる。

【0014】

したがって、一実施形態によれば、複数の貯蔵ユニットの各々の少なくとも３つの制御信号接続のうちの第１および第２のものは、複数の貯蔵ユニットを直列接続またはデイジーチェーンで接続するように構成されてもよい。さらに、少なくとも３つの制御信号接続のうちの第３のものは、デイジーチェーンをショートカットするように、すなわち、デイジーチェーンにおいて近接または隣接していない貯蔵ユニットに貯蔵ユニットを接続するように構成されてもよい。デイジーチェーン内の貯蔵ユニットの１つまたはいくつかをショートカットすることは、制御信号の遅延を低減することを可能にし得る。貯蔵ユニットを通過することは一般に遅延に関連付けられ、制御信号を中継するときに１つまたはいくつかの貯蔵ユニットを省略することによって、それに応じて総遅延が低減され得る。これは、例えばブロッキングメッセージまたはトリップメッセージなどの高優先度メッセージを中継するときに特に重要であり得る。さらに、ショートカットは、デイジーチェーンの貯蔵ユニットにおける障害の場合に、制御信号が別の経路を介して伝搬されることを可能にし得る。

【0015】

一実施形態によれば、デイジーチェーンは、線形トポロジまたはリングトポロジに従って配置され得る。リングトポロジは、制御信号がリングの２つの異なる方向に送信され得るという点で有利であり得る。

【0016】

一実施形態によれば、貯蔵ユニットのうちの第１のものは、主コントローラに直接接続されてもよい。言い換えれば、貯蔵ユニットのうちの第１のものは、中間貯蔵ユニットによって中継されていない制御信号を主コントローラから受信するように構成されてもよい。貯蔵ユニットのうちの第１のものは、いくつかの例では、２つの隣接する貯蔵ユニットのみに接続されてもよく、主コントローラに直接接続されていない貯蔵ユニットは、そのような例では、３つ以上の隣接する貯蔵ユニットに接続されてもよい。

【0017】

一実施形態によれば、制御信号接続のうちの少なくとも一部または各々は、双方向接続であってもよい。

【0018】

一実施形態によれば、制御信号接続は、光ファイバを備える通信チャネルなどの光通信チャネルを介して通信するように構成されてもよい。

【0019】

一実施形態によれば、複数の貯蔵ユニットの各々は、制御信号に含まれる高優先度メッセージを検出し、制御信号を完全に復号することなく高優先度メッセージを転送するように構成され得る。高優先度メッセージは、制御信号接続に供給される他のメッセージとは別に制御信号接続に供給されるメッセージであってもよい。高優先度メッセージは、例えば、特定の貯蔵ユニットまたはすべての貯蔵ユニットを切断させるトリッピング命令またはブロック命令を含み得る。高優先度メッセージを別個に検出することにより、完全な通常のメッセージ復号が使用される場合よりも速く高優先度メッセージが検出されることができる。これは、高優先度メッセージがより迅速に中継され、したがって、より迅速にすべての貯蔵ユニットに伝搬することを可能にする。

【0020】

貯蔵ユニットは、例えば、達成されるべき所望の電圧に応じて、互いに直列および／または並列に動作可能に接続されてもよい。貯蔵ユニットは、１つまたはいくつかのエネルギー貯蔵セルを備えてもよく、例えば、電池セルまたはコンデンサセルから形成されてもよい。貯蔵ユニットは、いくつかの例では、単一のエネルギー貯蔵セルと同一であってもよく、他の例では、エネルギー貯蔵ラックを形成する複数のエネルギー貯蔵セルを備えてもよい。「エネルギー貯蔵セル」という用語は、一般に、電気エネルギーを受け取り、電気エネルギーを貯蔵し、電気エネルギーを放出することが可能なデバイスと理解され得る。したがって、エネルギー貯蔵セルは、繰り返し（再）充電されることが可能なデバイスを指してもよい。そのようなデバイスの例は、スーパーキャパシタ、フライホイール、および電池を含む。

【0021】

相互接続されたエネルギー貯蔵ユニットのグループはエネルギー貯蔵ストリングと呼ばれてもよく、複数のストリングはエネルギー貯蔵バンクにグループ化されてもよい。したがって、エネルギー貯蔵ユニットおよびエネルギー貯蔵セルの様々な構成および組合せが、特許請求の範囲内で考えられることに留意されたい。

【0022】

一実施形態によれば、貯蔵ユニットコントローラは、ラックの内部にあり得る制御システムへのインターフェースを形成するように構成されてもよい。ラック内部制御システムは、ラックのエネルギー貯蔵セルを制御するように構成されてもよい。代替的または追加的に、貯蔵ユニットコントローラは、エネルギー貯蔵ラックの各エネルギー貯蔵セルを直接制御するように構成されてもよい。

【0023】

一実施形態によれば、１つまたは複数の貯蔵ユニット、特にユニットのエネルギー貯蔵セルを管理するための電池管理制御システム（ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ、ＢＭＳ）が提供されてもよい。ＢＭＳは、例えば、セルをそれらの安全動作領域外で動作することから保護し、それらの状態を監視し、セルの動作のバランスをとるために提供され得る。本実施形態によれば、貯蔵ユニットコントローラは、ＢＭＳを制御するように構成されてもよい。いくつかの例では、上述のラック内部制御システムはＢＭＳを備えてもよい。

【0024】

一実施形態によれば、複数の貯蔵ユニットの一部または各々は、貯蔵ユニットコントローラによって制御され得る電圧源コンバータ（ＶＳＣ）などの電力コンバータを備え得る。電力コンバータは、エネルギー貯蔵ユニットのうちの１つまたはいくつかから電力伝送システムに電力を出力し、電力伝送システムからの電力で貯蔵モジュールを充電するように構成されてもよい。したがって、電力コンバータは双方向コンバータであってもよい。貯蔵ユニットコントローラは、電力コンバータに動作可能に接続されてもよく、したがって、受信された制御信号に基づいて電力コンバータの動作を制御してもよい。貯蔵ユニットコントローラは、貯蔵ユニットをエネルギー貯蔵装置の他の貯蔵ユニットから切断するようにさらに構成されてもよい。

【0025】

一実施形態によれば、サポートシステムは、エネルギー貯蔵装置とＡＣ電力伝送システムとの間に機能的に配置されて静的同期補償器、ＳＴＡＴＣＯＭとして作用するように構成された複数の相互接続されたコンバータユニットを備えるコンバータ装置をさらに備え得る。サポートシステムは、コンバータ装置の動作を制御するように構成されたコンバータ装置コントローラをさらに備え得る。コンバータ装置は、前述の実施形態のいずれかを参照して上述したエネルギー貯蔵装置と同様の方法で制御され得る。したがって、複数のコンバータユニットの各コンバータユニットは、少なくとも３つの制御信号接続と、コンバータユニットの動作を制御するように構成されたコンバータユニットコントローラとを備えてもよく、複数のコンバータユニットの各コンバータユニットは、少なくとも３つの制御信号接続を介して少なくとも３つのコンバータエンティティから制御信号を受信するように構成されてもよい。少なくとも３つのコンバータエンティティの各々は、コンバータ装置コントローラまたは隣接するコンバータユニットのコンバータユニットコントローラのいずれかであってもよく、複数のコンバータユニットの各コンバータユニットは、少なくとも３つの制御信号接続のうちの第１のものを介して受信された制御信号を、少なくとも３つの制御信号接続のうちの残りのものを介して接続されたすべての隣接するコンバータユニットに転送するように配置されてもよい。

【0026】

したがって、本実施形態によるコンバータ装置は、コンバータ装置コントローラからの制御信号が、前述の実施形態および実施例のいずれかによるエネルギー貯蔵ユニットの配置を通じて伝搬され得る方法と同様に、コンバータユニットの配置を通じて異なる方法で中継されることを可能にし得ることが理解されよう。したがって、コンバータ装置コントローラから制御信号を受信する第１のコンバータユニットは、制御信号を装置の少なくとも２つの他のコンバータユニットに中継し得る。それらのコンバータユニットの一方または両方は、次に、制御信号を少なくとも２つのさらなるコンバータユニットなどに転送してもよい。したがって、コンバータ装置の制御信号接続は、エネルギー貯蔵装置の貯蔵ユニットと同様に、コンバータユニットがメッシュに配置されることを可能にし、コンバータ装置コントローラからの制御信号がコンバータ装置のコンバータユニットを効率的にフラッディングすることを可能にし得る。

【0027】

サポートシステムは、１つのみ、または２つのみの制御信号接続を備え得る追加のコンバータユニットを備え得ることが理解されよう。したがって、サポートシステムは、各々のコンバータユニットが正確に３つの制御信号接続、または３つを超える制御信号接続を備えるコンバータ装置に限定されなくてもよい。むしろ、コンバータ装置は、正確に１つの他のコンバータユニット（またはノード）に接続された１つまたは複数のコンバータユニット（またはノード）、または正確に２つの他のコンバータユニットに接続された１つまたは複数のコンバータユニット、ならびに４つ以上の他のコンバータユニットに接続された１つまたは複数のコンバータユニットをさらに備え得る。したがって、いくつかの例では、サポートシステムのコンバータユニットのうちの１つまたはいくつかは、４つまたは５つ以上の制御信号接続を備え得る。

【0028】

一実施形態によれば、サポートシステムは、主コントローラおよびコンバータ装置コントローラを制御するように構成された協調コントローラを備え得る。協調コントローラは、主コントローラおよび／またはコンバータ装置コントローラとは構造的に異なっていてもよい。他の例では、主コントローラおよび／またはコンバータ装置コントローラのタスクは、協調コントローラによって実行されてもよく、したがって、主コントローラおよび／またはコンバータ装置コントローラは、協調コントローラと構造的に統合されてもよい。

【0029】

コンバータ装置は、例えば、モジュール式マルチレベルチェーンリンクコンバータ（ｍｏｄｕｌａｒ ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ ｃｈａｉｎ－ｌｉｎｋ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ、ＭＭＣ）装置、または２もしくは３レベルコンバータ装置を備えてもよい。

【0030】

エネルギー貯蔵機能とＳＴＡＴＣＯＭ機能の両方を提供する上記のような複合サポートシステムは、有利には、サポートシステムとＡＣ電力伝送システムとの間の電力潮流の改善された制御を可能にする。ＳＴＡＴＣＯＭ機能は無効電力を補償するが、エネルギー貯蔵機能は、ＳＴＡＴＣＯＭとＡＣ電力伝送システムとの間の有効電力潮流の制御を可能にする。したがって、グリッドからの／への有効および無効電力の吸収および注入は、同じサポートシステムによって可能とされる。複合サポートシステムは、エネルギー貯蔵装置を形成する構成要素と、ＳＴＡＴＣＯＭ機能を提供するコンバータ装置との改善された共同制御をさらに可能にする。

【0031】

「制御ユニット」または「コントローラ」という用語は、本明細書に開示されているエネルギー貯蔵装置および／またはＳＴＡＴＣＯＭ装置の条件、状態もしくは動作または構成要素に関する情報を受信すること、および／またはそのような構成要素の動作を制御するための命令を出力することが可能なデバイスとして理解され得る。制御ユニットは、エネルギー貯蔵装置またはＳＴＡＴＣＯＭ装置に構造的に一体化されてもよく、またはこれらの装置から物理的に離れて配置されてもよい。

【0032】

「ＡＣ電力伝送システム」によって、一般に、電力の伝送および／または配電のための構造が意味される。ＡＣ電力伝送システムは、いくつかの例では、電力伝送ネットワーク、伝送ネットワーク、パワーグリッド、またはグリッドと呼ばれ得る。

【0033】

本発明の実施形態および実施例は、特許請求の範囲に記載の特徴のすべての可能な組合せに関することに留意されたい。さらに、エネルギー貯蔵装置について説明した様々な実施形態は、ＳＴＡＴＣＯＭ装置について説明した実施形態と組み合わされ得ることが理解されよう。

【0034】

図面の簡単な説明
ここで、添付の図面を参照して、本発明の概念を例として説明する。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】一実施形態によるエネルギー貯蔵装置を備えるサポートシステムを示す概略図である。

【図2】一実施形態によるエネルギー貯蔵装置および電力コンバータを備えるサポートシステムを示す概略図である。

【図3】一実施形態によるエネルギー貯蔵装置の貯蔵ユニットを示す概略図である。

【図4a】一実施形態による貯蔵ユニット間の通信可能な結合を示す概略図である。

【図4b】一実施形態による貯蔵ユニット間の通信可能な結合を示す概略図である。

【図5】一実施形態によるＳＴＡＴＣＯＭ装置を示す概略図である。

【図6】一実施形態によるＳＴＡＴＣＯＭ装置のコンバータユニットを示す概略図である。

【図7】一実施形態によるエネルギー貯蔵装置およびＳＴＡＴＣＯＭ装置を備えるサポートシステムを示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0036】

すべての図は概略図であり、必ずしも縮尺通りではなく、一般に実施形態を解明するのに必要な部分のみを示しており、他の部分は省略または単に示唆されてもよい。同様の参照番号は、説明を通じて同様の要素を指す。

【0037】

詳細な説明
本発明の概念は、現在好ましい実施形態が示されている添付の図面を参照して以下でより完全に説明される。

【0038】

ここで、主コントローラ１２０によって制御されるエネルギー貯蔵装置１１０を示す、図１を参照して、ＡＣ電力伝送システムのためのサポートシステム１００が説明される。エネルギー貯蔵装置１１０は、複数の相互接続されたエネルギー貯蔵ユニット１１２を備えてもよく、それらは、ＡＣ電力伝送システムから供給される電気エネルギーによって充電され、貯蔵されたエネルギーをＡＣ電力伝送システム（グリッドとも呼ばれる）に放電するように構成され得る。電力コンバータ（図２に示される）は、貯蔵ユニット１１２とグリッドとの間で電力を伝送するように、貯蔵ユニット１１２とグリッドとの間に配置されてもよい。エネルギー貯蔵装置１１０は、例えばＨＶＤＣ接続を形成し得る正のＤＣ端子および負のＤＣ端子を備え得る。

【0039】

図２は、図１に開示されるサポートシステムと同様に構成され得るサポートシステム１００の一例を示す。図２は、上述のエネルギー貯蔵装置１１０と、ＤＣをＡＣに、およびその逆に変換するための絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などのトランジスタを採用する電圧源コンバータ（ＶＳＣ）などの電力コンバータ１３０とを備えるサポートシステム１００の概略図である。したがって、電力コンバータ１３０は、エネルギー貯蔵装置１１０に結合されたＤＣ側と、ＡＣ電力伝送システムに結合されたＡＣ側とを有し得る。電力コンバータ１３０の動作は、主コントローラ１２０によって制御されてもよく、それは、したがって、エネルギー貯蔵装置１１０と電力コンバータ１３０の両方に動作可能に結合され得る。

【0040】

図１および図２に示されるエネルギー貯蔵装置１１０の貯蔵ユニット１１２は、図３に示されるように、例えば電池またはキャパシタを備える１つまたは複数のエネルギー貯蔵セル１１５を備え得る。エネルギー貯蔵セル１１５は、ラックを形成するために並列または直列に接続されてもよく、ラックは、ストリングに相互接続されてもよい。エネルギー貯蔵装置１１０内のエネルギー貯蔵ユニット１１２またはエネルギー貯蔵セル１１５を相互接続および編成するいくつかの異なる方法があり、貯蔵ユニットコントローラ１１４は、エネルギー貯蔵セル１１５および／またはエネルギー貯蔵ユニット１１２のうちの１つまたはいくつかを制御するように構成されてもよいことが理解されよう。

【0041】

図３は、貯蔵ユニット１１２の内部の制御システム１１６をさらに示す。制御システムは、例えば、貯蔵ユニット１１２の１つまたはいくつかのセル１１５を管理するために設けられてもよい電池管理システム（ＢＭＳ）１１６を備えてもよい。さらに、いくつかの例によれば、ＢＭＳ１１６は、２つ以上のエネルギー貯蔵ユニット１１２を管理するように構成されてもよい。いくつかの例では、制御システム１１６は、複数の相互接続された貯蔵セル１１５によって形成されたラックに共通であってもよい。したがって、そのような制御システム１１６は、ラック内部制御システム１１６と称されてもよい。ＢＭＳ１１６などの制御システムは、セル１１５をそれらの安全動作領域外で動作することから保護し、それらの状態を監視し、セル１１５の動作のバランスをとるために提供され得る。貯蔵ユニットコントローラ１１４は、いくつかの例では、ＢＭＳ１１６などの内部制御システムとのインターフェースを形成し、インターフェースを介してそのようなシステムを制御するように構成されてもよい。

【0042】

貯蔵ユニット１１２は、貯蔵ユニットコントローラ１１４に通信可能に接続され得る少なくとも３つの制御信号接続１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃをさらに備え得る。貯蔵ユニット１１２は、少なくとも３つの制御信号接続１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃを介して少なくとも３つの貯蔵エンティティから制御信号を受信するように構成され得る。少なくとも３つの貯蔵エンティティの各々は、主コントローラ１２０または隣接する貯蔵ユニット１１２の貯蔵ユニットコントローラ１１４のいずれかであってもよい。これにより、貯蔵ユニット１１２は、制御信号接続１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃのうちの第１のものを介して制御信号を受信し、制御信号接続１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃのうちの残りのものを介して隣接する貯蔵ユニット１１２に制御信号を中継することが可能となる。制御信号接続は、光通信チャネルを介して通信し、エネルギー貯蔵装置１１０の隣接する貯蔵ユニット１１２を相互接続し、さらにエネルギー貯蔵装置１１０を主コントローラ１２０に接続するように構成されてもよい。

【0043】

制御信号接続１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃは、双方向に制御信号を送信することが可能な双方向接続であってもよい。制御信号は、エネルギー貯蔵装置１１０の動作および監視に関する情報を伝達してもよい。制御信号に含まれる情報の例は、例えば、貯蔵ユニット１１２に供給されるかまたは貯蔵ユニット１１２から放電される電力の特性、貯蔵セルの温度、トリップコマンドなどに関してもよい。貯蔵ユニット１１２は、追加の外部制御なしで、受信された制御信号を自律的に中継するように構成されてもよい。さらに、貯蔵ユニット１１２は、受信された制御信号に含まれる高優先度メッセージを検出し、制御信号を完全に復号することなく高優先度メッセージを転送するように構成され得る。

【0044】

少なくとも３つの制御信号接続１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃは、貯蔵ユニット１１２がメッシュ型トポロジで通信可能に相互接続されることを可能にし、これにより、制御信号がルーティング技術を使用して中継されることが可能になり、制御信号は、貯蔵エンティティ（貯蔵ユニット１１２および主コントローラ１２０など）によって形成されたネットワークノードの現在の状態に応じて変化し得る異なる経路を介して転送されることができ、またはより好ましくは、それが到達したものを除くすべての制御信号接続を介して送信されるフラッディング技術を使用して中継されることが可能になる。

【0045】

図４ａおよび図４ｂは、先の図のいずれかを参照して説明されたものと同様に構成され得る、いくつかの実施形態によるエネルギー貯蔵装置１１０の複数の貯蔵ユニット１１２ａ～ｚ（集合的に１１２ｎと呼ばれる）間の通信結合を示す概略図である。図４ａにおいて、各貯蔵ユニット１１２ｎの制御信号接続１１３ａ、１１３ｂのうちの２つは、デイジーチェーントポロジを有するアレイ内で貯蔵ユニット１１２ｎを直列接続するように構成される。本図に示されるように、アレイ内の最初の貯蔵ユニット１１２ａおよび最後の貯蔵ユニット１１２ｚは、主コントローラ１２０およびアレイ内の隣接する貯蔵ユニット１１２ｎに接続されてもよく、残りの貯蔵ユニット１１２ｎは、アレイ内の２つの隣接する貯蔵ユニットに接続されてもよい。直列接続アレイは、バックボーンネットワークとも呼ばれ得る。

【0046】

さらに、貯蔵ユニット１１２ｎのうちのいくつかは、デイジーチェーンをショートカットするように構成された第３の制御信号接続１１３ｃを備えてもよく、したがって、制御信号が隣接していない貯蔵ユニット１１２ｎに中継されることを可能にしてもよい。図４ａに示される例では、貯蔵ユニット１１２ａは、貯蔵ユニット１１２ｃへのショートカット接続を提供する第３の制御信号接続１１３ｃを備え、制御信号は、デイジーチェーンの中間貯蔵ユニット１１２ｂを通過することなく貯蔵ユニット１１２ｃに直接中継されることができる。同様の第３の制御信号接続が貯蔵ユニット１１２ｂに提供され、貯蔵ユニット１１２ｂを隣接していない貯蔵ユニット１１２ｄに直接接続する。貯蔵ユニット１１２ｎは、必ずしも３つの制御信号接続１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃに限定されないことが理解されよう。貯蔵ユニット１１２ｎのうちのいくつかは、貯蔵ユニット１１２ｄについて示されるような第４の制御信号接続などのさらなる制御信号接続を備えてもよい。

【0047】

図４ｂは、図４ａと同様の配置を示しているが、貯蔵ユニット１１２ｎがバックボーンネットワークにおいて直列接続されていない点が異なる。代わりに、メッシュ型トポロジが提供され、第１の貯蔵ユニット１１２ａは（第１の制御信号接続１１３ａを介して）主コントローラ１２０に接続され、第２および第３の制御信号接続１１３ｂ、１１３ｃを介して他の２つの貯蔵ユニット、すなわち第２の貯蔵ユニット１１２ｂおよび第３の貯蔵ユニット１１２ｃに接続される。さらに、第２の貯蔵ユニット１１２ｂは、第２の貯蔵ユニット１１２ｂを第１の貯蔵ユニット１１２ａおよび追加のコントローラ１２２に接続する２つの制御信号接続のみを備える。追加のコントローラ１２２は、配置の冗長性を高めるために設けられてもよく、例えば、主コントローラ１２０または一次コントローラの故障の場合に追加のコントローラ１２２が引き継ぐことを可能にするホットスタンバイモードで動作してもよい。したがって、追加のコントローラ１２２は、主コントローラのバックアップとして機能し得る。貯蔵ユニット１１２ｎからのデータは、主コントローラ１２０と追加のコントローラ１２２との間でリアルタイムにミラーリングされることが好ましい。

【0048】

図５は、エネルギー貯蔵装置１１０とＡＣ電力伝送システムとの間に機能的に配置されてＳＴＡＴＣＯＭとして機能するように構成された複数の相互接続されたコンバータユニット２１２を備える、モジュール式マルチレベルコンバータ（ｍｏｄｕｌａｒ ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ、ＭＭＣ）装置２１０などのコンバータ装置を示す概略図である。さらに、ＭＭＣ装置コントローラ２２０が、ＭＭＣ装置２１０の動作を制御するために設けられてもよい。エネルギー貯蔵装置１１０に関する上記の実施形態と同様に、コンバータユニット２１２のうちの少なくともいくつかは、それを介してコンバータユニット２１２が少なくとも３つのコンバータエンティティから制御信号を受信し得る少なくとも３つの制御信号接続２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃと、コンバータユニット２１２の動作を制御するためのコンバータユニットコントローラ２１４とを備えてもよい。少なくとも３つのコンバータエンティティの各々は、ＭＭＣ装置コントローラ２２０または隣接するコンバータユニット２１２のコンバータユニットコントローラ２１４のいずれかであってもよい。貯蔵ユニット１１２と同様に、コンバータユニット２１２は、制御信号接続２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃのうちの第１のものを介して受信された制御信号を、制御信号接続２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃのうちの残りのものを介して接続されたすべての隣接するコンバータユニット２１２に転送するように構成されてもよい。

【0049】

ＭＭＣ装置２１０は、図１～図４のいずれかを参照して上述されたようにエネルギー貯蔵装置１１０の対応する端子に電気的に結合されるように構成された正のＤＣ端子および負のＤＣ端子を備えるＤＣ側、ならびにＡＣ電力伝送システムに電気的に結合されるように構成されたＡＣ側を備え得る。

【0050】

ＭＭＣ装置コントローラ２２０は、ＡＣ電力伝送システムへの接続点における無効電力を補償することによって過渡安定性を改善するためのＳＴＡＴＣＯＭとしてＭＭＣ装置を動作させるように構成されてもよい。スイッチングセルとも呼ばれ得るコンバータユニット２１２は、例えばハーフブリッジ構造またはフルブリッジ構造を備えてもよく、能動的に制御される構成要素は、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、絶縁ゲート転流サイリスタ（ＩＧＣＴ）、ゲートターンオフサイリスタ（ＧＴＯＳ）などのスイッチであってもよい。

【0051】

図６は、制御可能バルブ２１５などのコンバータユニット２１２の能動構成要素２１５に動作可能に結合されたコンバータユニットコントローラ２１４を備える、図５のＭＭＣ装置２１０のコンバータユニット２１２の概略図である。本例のコンバータユニット２１２は、バルブ２１５を動作させるための命令をコンバータユニットコントローラ２１４に提供するために、コンバータユニットコントローラ２１４に接続され得る少なくとも３つの制御信号接続２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃを備える。コンバータユニット２１２は、図５に関連して上で概説されたように、制御信号接続１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃのうちの第１のものを介して制御信号を受信し、制御信号を隣接する貯蔵ユニット１１２またはＭＭＣ装置コントローラ２２０に中継するように構成され得る。

【0052】

エネルギー貯蔵装置１１０と同様に、コンバータユニット２１２のうちの少なくともいくつかの少なくとも３つの制御信号接続２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃは、制御信号が、コンバータエンティティ（コンバータユニット２１２およびＭＭＣ装置コントローラ２２０など）によって形成されたネットワークノードの現在の状態に応じて変化し得る異なる経路を介して転送され得るルーティング技術、またはそれが到達したものを除くすべての制御信号接続を介して送信されるフラッディング技術のいずれかを使用して、複数のコンバータユニット２１２を介して制御信号が中継されることを可能にする。図４ａおよび図４ｂを参照して説明されたのと同様のネットワークトポロジが適用され得る。

【0053】

図７は、エネルギー貯蔵装置１１０によって給電されるコンバータ装置２１０（ＳＴＡＴＣＯＭとも呼ばれる）を備える、一実施形態によるサポートシステム１００の概要を示す図である。コンバータ装置２１０およびエネルギー貯蔵装置１１０は、前の図に関連して上述された実施形態のいずれかと同様に構成され得る。サポートシステム１００は、協調コントローラ２０をさらに備えてもよく、それは、ＳＴＡＴＣＯＭ機能２１０およびエネルギー貯蔵機能１１０の両方の動作を制御するように構成されてもよい。協調コントローラ２０は、いくつかの例では、前の実施形態に関連して説明されたように、主コントローラ１２０および／またはコンバータ装置コントローラ２２０などの中間コントローラを介して制御を実行し得る。主コントローラ１２０およびコンバータ装置コントローラ２２０は、本図に示されるように、協調コントローラ２０に通信可能に接続されてもよい。あるいは、主コントローラ１２０および／またはコンバータ装置コントローラ２２０は省略されてもよく、その結果、協調コントローラ２０は、エネルギー貯蔵装置１１０および／またはコンバータ装置２１０を共同で直接制御する。本サポートシステム１００は、ＳＴＡＴＣＯＭ機能およびエネルギー貯蔵機能の利点を組み合わせ得る。したがって、図７に示される複合システム１００は、協調コントローラ２０がサポートシステム１００とＡＣ電力伝送システムとの間の無効電力および有効電力の両方の潮流を制御することを可能にするためにエネルギー貯蔵システムによってサポートされるＳＴＡＴＣＯＭとして動作し得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図5】

【図6】

【図7】