▶ イレクシス アイピー ピーティーワイ 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】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-03-31
(54)【発明の名称】電力を管理するためのシステムおよび方法
(51)【国際特許分類】
H02J 3/46 20060101AFI20220324BHJP
H02J 3/38 20060101ALI20220324BHJP
H02J 3/32 20060101ALI20220324BHJP
【ＦＩ】
H02J3/46
H02J3/38 110
H02J3/38 150
H02J3/32
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021547325
(86)(22)【出願日】2020-02-12
(85)【翻訳文提出日】2021-10-08
(86)【国際出願番号】 AU2020050117
(87)【国際公開番号】W WO2020163912
(87)【国際公開日】2020-08-20
(31)【優先権主張番号】2019900446
(32)【優先日】2019-02-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】AU
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】521355865
【氏名又は名称】イレクシス アイピー ピーティーワイ リミテッド
【氏名又は名称原語表記】ＥＬＥＸＳＹＳ ＩＰ ＰＴＹ ＬＴＤ
【住所又は居所原語表記】１６０ Ｓａｍｆｏｒｄ Ｒｏａｄ， Ｅｎｏｇｇｅｒａ， Ｑｕｅｅｎｓｌａｎｄ ４０５１， ＡＵＳＴＲＡＬＩＡ
(74)【代理人】
【識別番号】110001461
【氏名又は名称】特許業務法人きさ特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】ホルコム，ビーヴァン
【テーマコード（参考）】
5G066
【Ｆターム（参考）】
5G066HA15
5G066HB06
5G066HB09
5G066JA01
5G066JB03
(57)【要約】
本発明は、配電ネットワークにおいて電力を管理するためのシステムを提供する。本システムは、複数のＤＣ電源のうちの１つの出力とＤＣバスとの間にそれぞれ電気的に結合された複数のＤＣ／ＤＣコンバータであって、これらコンバータは並列にＤＣバスに電気的に結合され、各コンバータはＤＣ電源からＤＣバスに電力を転送するように構成されている、複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣバスに電気的に結合された少なくとも１つのＤＣエネルギー貯蔵装置と、ＤＣバスに電気的に結合された入力とＡＣ負荷およびＡＣ電源の少なくとも一方に電気的に結合された出力とを有する少なくとも１つのＤＣ／ＡＣインバータと、少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置への電力の転送を選択的に制御するために複数のＤＣ／ＤＣコンバータを選択的に制御する１つ以上の電子処理デバイスと、を含む。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
配電ネットワークにおいて電力を管理するためのシステムであって、ａ）複数のＤＣ／ＤＣコンバータであって、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの各ＤＣ／ＤＣコンバータは複数のＤＣ電源のうちの１つの出力とＤＣバスとの間に電気的に結合され、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータは並列に前記ＤＣバスに電気的に結合され、前記各ＤＣ／ＤＣコンバータは前記ＤＣ電源から前記ＤＣバスに電力を転送するように構成されている、複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、
ｂ）前記ＤＣバスに電気的に結合された少なくとも１つのＤＣエネルギー貯蔵装置と、
ｃ）前記ＤＣバスに電気的に結合された入力と、ＡＣ負荷およびＡＣ電源の少なくとも一方に電気的に結合された出力と、を有する少なくとも１つのＤＣ／ＡＣインバータと、
ｄ）前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータを選択的に制御することによって前記少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置への電力の転送を選択的に制御する１つ以上の電子処理デバイスと、
を含むシステム。
【請求項2】
前記１つ以上の電子処理デバイスは、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧およびＤＣバスの電圧の少なくとも一方に応じて、前記各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を独立に制御する、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記各ＤＣ／ＤＣコンバータの前記出力電圧は、前記各ＤＣ／ＤＣコンバータのそれぞれの入力電圧より大きい、請求項１または請求項２に記載のシステム。
【請求項4】
前記各ＤＣ／ＤＣコンバータの前記出力の制御は、ａ）前記少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置の充電限界、
ｂ）前記少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置の放電限界、
ｃ）前記少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置の充電状態（ＳＯＣ）、および、
ｄ）前記少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置の健全状態（ＳＯＨ）、
のうちの少なくとも１つに依存する、請求項３に記載のシステム。
【請求項5】
前記１つ以上の電子処理デバイスは、共通の電圧限界を前記各ＤＣ／ＤＣコンバータに送信する、請求項４に記載のシステム。
【請求項6】
前記共通の電圧限界は、前記少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置の最大充電電圧を示す、請求項５に記載のシステム。
【請求項7】
前記１つ以上の電子処理デバイスは、前記各ＤＣ／ＤＣコンバータに、ａ）該ＤＣ／ＤＣコンバータの前記出力が前記共通の電圧限界に達するまで、最大電力点追従（ＭＰＰＴ）アルゴリズムを実施させ、および、
ｂ）前記電圧限界に達したら、前記電圧限界を超えないように前記出力を調節させる、
請求項６に記載のシステム。
【請求項8】
前記共通の電圧限界は少なくとも６００ＶＤＣである、請求項５～７の何れか一項に記載のシステム。
【請求項9】
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうちの１つ以上が電気的に絶縁される、請求項１～８の何れか一項に記載のシステム。
【請求項10】
前記少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置は、少なくとも６００ＶＤＣの公称動作電圧を有する電池を１つ以上含む、請求項１～９の何れか一項に記載のシステム。
【請求項11】
前記ＤＣ電源は、太陽光起電発電モジュールを含む、請求項１～１０の何れか一項に記載のシステム。
【請求項12】
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータは、前記太陽光起電発電モジュールと一体化されている、請求項１１に記載のシステム。
【請求項13】
前記ＤＣ／ＡＣインバータは、出力がインピーダンスを介して前記ＡＣ電源に結合された双方向ＤＣ／ＡＣインバータである、請求項１～１２の何れか一項に記載のシステム。
【請求項14】
前記ＤＣ／ＡＣインバータは、配電用静止型補償装置（ｄＳＴＡＴＣＯＭ）を含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項15】
前記ＤＣ／ＡＣインバータは、前記ＤＣバスと前記ＡＣ負荷およびＡＣ電源の少なくとも一方との間に電力潮流を選択的に引き起こすために、前記１つ以上の電子処理デバイスによって制御可能である、請求項１３または請求項１４に記載のシステム。
【請求項16】
前記ＤＣ／ＡＣインバータの制御は、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの制御より優先される、請求項１５に記載のシステム。
【請求項17】
前記少なくとも１つ以上の電子処理デバイスと、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置と、前記ＤＣ／ＡＣインバータとの間の無線通信を含む、請求項１～１６の何れか一項に記載のシステム。
【請求項18】
配電ネットワークにおいて電力を管理するための方法であって、前記方法は、１つ以上の電子処理デバイスにおいて、ａ）システムの１つ以上のパラメータを決定するステップであって、前記システムは、
ｉ）複数のＤＣ／ＤＣコンバータであって、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの各ＤＣ／ＤＣコンバータはそれぞれのＤＣ電源の出力とＤＣバスとの間に電気的に結合され、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータは並列に前記ＤＣバスに電気的に結合され、前記各コンバータは前記ＤＣ電源から前記ＤＣバスに電力を転送するように構成されている、複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、
ｉｉ）前記ＤＣバスに電気的に結合された少なくとも１つのＤＣエネルギー貯蔵装置と、
ｉｉｉ）前記ＤＣバスに電気的に結合された入力と、ＡＣ負荷およびＡＣ電源の少なくとも一方に電気的に結合された出力と、を有する少なくとも１つのＤＣ／ＡＣインバータと、
を有する、ステップと、および、
ｂ）前記少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置への電力の転送を選択的に制御するために、前記決定されたパラメータに応じて、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータを選択的に制御するステップと、
を含む方法。
【請求項19】
前記各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力は、コンバータの出力電圧およびＤＣバスの電圧の少なくとも一方を含む、前記決定されたパラメータに応じて、独立に制御される、請求項１８に記載の方法。
【請求項20】
前記方法は、前記１つ以上の電子処理デバイスにおいて、共通の電圧限界を前記各ＤＣ／ＤＣコンバータに送信するステップを含む、請求項１８または１９に記載の方法。
【請求項21】
前記方法は、前記１つ以上の電子処理デバイスにおいて、ａ）前記各ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、該ＤＣ／ＤＣコンバータの前記出力が前記共通の電圧限界に達するまで、最大電力点追従（ＭＰＰＴ）アルゴリズムを実施するステップと、
ｂ）前記共通の電圧限界に達したら、前記共通の電圧限界を超えないように、前記出力を調節するステップと、
を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項22】
前記方法は、前記１つ以上の電子処理デバイスにおいて、前記ＤＣバスと前記ＡＣ負荷およびＡＣ電源の少なくとも一方との間に電力潮流を選択的に引き起こすために、前記ＤＣ／ＡＣインバータを制御するステップを含む、請求項１８～２１の何れか一項に記載の方法。
【請求項23】
前記ＤＣ／ＡＣインバータの制御は、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの制御より優先される、請求項２２に記載の方法。
【請求項24】
前記方法は、１つ以上の電子処理デバイスにおいて、ａ）前記ＡＣ電源の１つ以上の動作パラメータのパラメータ値を求めるステップと、
ｂ）前記１つ以上の動作パラメータの目標パラメータ値を求めるステップと、
ｃ）前記パラメータ値と前記目標パラメータ値との間の差を求めるステップと、
ｄ）前記ＤＣ／ＡＣインバータを制御して前記パラメータ値を前記目標パラメータ値に向かわせる電力潮流を前記ＤＣバスと前記ＡＣ電源との間に選択的に引き起こすために、前記求められた差に少なくとも部分的に基づき、制御信号を生成するステップと、
を含む、請求項１８～２３の何れか一項に記載の方法。
【請求項25】
前記ＡＣ電源の前記１つ以上の動作パラメータは、ａ）ＡＣ電源周波数、
ｂ）ＡＣ電源電圧、
ｃ）位相負荷、および
ｄ）負荷力率、
のうちの少なくとも１つを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項26】
前記ＡＣ電源は、ユーティリティグリッドまたは発電機の少なくとも一方を含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項27】
前記パラメータ値を求める前記ステップは、前記少なくとも１つの電子処理デバイスにおいて、ａ）ＡＣ電圧の大きさ、ＡＣ電流の大きさ、およびＡＣ電流の位相角、の測定値をインバータ出力において求めること、および、
ｂ）ＡＣ電圧の大きさ、ＡＣ電流の大きさ、およびＡＣ電流の位相角、の測定値を前記ＡＣ電源において求めること、
を含む、請求項２４～２６の何れか一項に記載の方法。
【請求項28】
前記制御信号は、前記ＤＣ／ＡＣインバータに、ａ）前記ＡＣ電源から前記ＤＣバスへの電力潮流を引き起こすこと、および、
ｂ）前記ＤＣバスから前記ＡＣ電源への電力潮流を引き起こすこと、
の少なくとも一方を行わせる、請求項２４～２７の何れか一項に記載の方法。
【請求項29】
前記制御信号は、前記ＤＣ／ＡＣインバータに、前記ＤＣバスから前記少なくとも１つのＡＣ負荷への電力潮流を引き起こさせる、請求項２４～２８の何れか一項に記載の方法。
【請求項30】
前記電力潮流は、有効電力（ｋＷ）および無効電力（ｋＶＡＲ）の少なくとも一方を含む、請求項２８または請求項２９に記載の方法。
【請求項31】
前記方法は、前記少なくとも１つの電子処理デバイスにおいて、前記少なくとも１つのＡＣ負荷の動作を制御するために、前記ＤＣ／ＡＣインバータに１つ以上の切り換えデバイスを作動させる制御信号を生成するステップを含む、請求項２９または請求項３０に記載の方法。
【請求項32】
前記少なくとも１つの電子処理デバイスは、前記インバータ出力を前記ＡＣ電源に同期化させる、請求項１８～３１の何れか一項に記載の方法。
【請求項33】
前記少なくとも１つ以上の電子処理デバイスと、前記ＤＣ／ＡＣインバータと、前記エネルギー貯蔵装置と、前記少なくとも１つのＡＣ負荷と、前記ＡＣ電源と、１つ以上の外部通信ネットワークとが無線通信によって制御される、請求項２４～３２の何れか一項に記載の方法。
【請求項34】
前記制御信号は、マシンラーニングアルゴリズムによって、または前記ＡＣ電源の前記１つ以上の動作パラメータの履歴データから、少なくとも部分的に生成される、請求項２４～３３の何れか一項に記載の方法。
【請求項35】
前記方法は、１つ以上の電子処理デバイスにおいて、複数のインバータを制御して前記パラメータ値を前記目標パラメータ値に向かわせる電力潮流を複数のエネルギー貯蔵装置と前記ＡＣ電源との間に選択的に引き起こすために、前記求められた差に少なくとも部分的に基づき、複数の制御信号を生成するステップを含む、請求項２４～３４の何れか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、配電ネットワークにおいて電力を管理するためのシステムに関する。本発明は、特定の一形態において、これだけに限定されるものではないが、給電グリッドと一体化された、更にはエネルギー貯蔵部を含む、太陽光起電（ｓｏｌａｒ ＰＶ（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ））発電を含むシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
以前の刊行物（または、それから導き出された情報）への、または公知の何れかの事項への、本願明細書における言及は、以前の刊行物（または、それから導き出された情報）または公知の事項が本願明細書に関連する研究分野における共通の一般知識の一部を形成するとの確認、または承認、または何れかの示唆形態としては取られないものとし、且つ取られるべきではない。
【0003】
住宅用、商用、および工業用電力需要家による太陽光起電発電の取り込みにおけるブームは、フィードインタリフおよび他の助成金を含む報奨金によって大きく推進されてきた。これらの報奨金は過去数年において徐々に減ってきたので、スローガンは、発生させた電力の「自家消費」へと向けられた。太陽光起電システムは、一般に、負荷が一般に低い日中に最大電力を発生させるので、余剰エネルギーは給電グリッドに送り出され、負荷に給電するために需要家によって消費されない。太陽光起電システムが非活動中で、負荷が一般に最大である夜間には、負荷はグリッドから電力を引き込むので、需要家はグリッド運用者が発電した電気の代金を支払う必要がある。
【0004】
したがって、望ましいのは、エネルギー貯蔵部をシステム内に含めることによって、太陽光起電システムが発電した余剰電力をエネルギー貯蔵部に貯蔵して、太陽光起電システムの非活動中に使用できるようにすることである。ただし、グリッドに接続された太陽光起電システムへのエネルギー貯蔵部、特に重要なエネルギー貯蔵部、の統合は、性能、効率、およびコスト属性を考慮に入れる必要があるので、容易な仕事ではない。
【0005】
例えば、エネルギー貯蔵部を組み込んだシステムが一般に蒙っているのは、負荷またはグリッドへの供給前に、太陽光起電モジュールと貯蔵部との間に存在する多数のエネルギー変換ステージに起因する非効率性である。更に、エネルギー貯蔵システムは、効率を低下させる低周波トランスを一般に必要とする低電圧電池を貯蔵媒体として以前使用していた。
【0006】
したがって、グリッドに接続された太陽光起電システムにエネルギー貯蔵部を効率的に統合した、配電ネットワークにおいて電力を管理可能なシステムを提供することが有利であろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一態様は、広範な１つの形態において、配電ネットワークにおいて電力を管理するためのシステムを提供しようとするものである。本システムは、複数のＤＣ／ＤＣコンバータであって、各ＤＣ／ＤＣコンバータは複数のＤＣ電源のうちの１つの出力とＤＣバスとの間に電気的に結合され、これらコンバータは並列にＤＣバスに電気的に結合され、各コンバータはＤＣ電源からＤＣバスに電力を転送するように構成されている、複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣバスに電気的に結合された少なくとも１つのＤＣエネルギー貯蔵装置と、ＤＣバスに電気的に結合された入力とＡＣ負荷およびＡＣ電源の少なくとも一方に電気的に結合された出力とを有する少なくとも１つのＤＣ／ＡＣインバータと、複数のＤＣ／ＤＣコンバータを選択的に制御することによって少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置への電力の転送を選択的に制御する１つ以上の電子処理デバイスと、を含む。
【0008】
１つの実施形態において、１つ以上の電子処理デバイスは、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧およびＤＣバスの電圧の少なくとも一方に応じて、各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を独立に制御する。
【0009】
１つの実施形態において、各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧は、各コンバータのそれぞれの入力電圧より大きい。
【0010】
１つの実施形態において、各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力の制御は、少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置の充電限界、少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置の放電限界、少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）、および少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置の健全状態（ＳＯＨ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ）のうちの少なくとも１つに依存する。
【0011】
１つの実施形態において、１つ以上の電子処理デバイスは、共通の電圧限界を各ＤＣ／ＤＣコンバータに送信する。
【0012】
１つの実施形態において、共通の電圧限界は、少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置の最大充電電圧を示す。
【0013】
１つの実施形態において、１つ以上の電子処理デバイスは、各ＤＣ／ＤＣコンバータに、当該ＤＣ／ＤＣコンバータの出力が共通の電圧限界に達するまで、最大電力点追従（ＭＰＰＴ：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）アルゴリズムを実施させ、電圧限界に達したら、電圧限界を超えないように出力を調節させる。
【0014】
１つの実施形態において、共通の電圧限界は少なくとも６００ＶＤＣである。
【0015】
１つの実施形態において、複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうちの１つ以上が電気的に絶縁される。
【0016】
１つの実施形態において、少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置は、公称動作電圧が少なくとも６００ＶＤＣである電池を１つ以上含む。
【0017】
１つの実施形態において、ＤＣ電源は、太陽光起電発電モジュールを含む。
【0018】
１つの実施形態において、ＤＣ／ＤＣコンバータは、太陽光起電発電モジュールと一体化される。
【0019】
１つの実施形態において、インバータは、インピーダンスを介してＡＣ電源に結合された出力を有する双方向ＤＣ／ＡＣインバータである。
【0020】
１つの実施形態において、インバータは、配電用静止型補償装置（ｄＳＴＡＴＣＯＭ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｓｔａｔｉｃ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）を含む。
【0021】
１つの実施形態において、インバータは、ＤＣバスとＡＣ負荷およびＡＣ電源の少なくとも一方との間に電力潮流を選択的に引き起こすために、１つ以上の電子処理デバイスによって制御可能である。
【0022】
１つの実施形態において、インバータの制御は、ＤＣ／ＤＣコンバータの制御より優先される。
【0023】
１つの実施形態において、システムは、少なくとも１つ以上の電子処理デバイスと、複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置と、インバータとの間の無線通信を含む。
【0024】
本発明の一態様は、１つの広範な形態において、配電ネットワークにおいて電力を管理するための方法を提供しようとするものである。本方法は、１つ以上の電子処理デバイスにおいて、システムの１つ以上のパラメータを決定するステップであって、システムは、複数のＤＣ／ＤＣコンバータであって、各ＤＣ／ＤＣコンバータはそれぞれのＤＣ電源の出力とＤＣバスとの間にそれぞれ電気的に結合され、これらコンバータは並列にＤＣバスに電気的に結合され、各コンバータはＤＣ電源からＤＣバスに電力を転送するように構成されている、複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣバスに電気的に結合された少なくとも１つのＤＣエネルギー貯蔵装置と、ＤＣバスに電気的に結合された入力とＡＣ負荷およびＡＣ電源の少なくとも一方に電気的に結合された出力とを有する少なくとも１つのＤＣ／ＡＣインバータとを含む、ステップと、少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置への電力の転送を選択的に制御するために、決定されたパラメータに応じて複数のＤＣ／ＤＣコンバータを選択的に制御するステップと、を含む。
【0025】
１つの実施形態において、各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力は、コンバータの出力電圧およびＤＣバスの電圧の少なくとも一方を含む、決定されたパラメータに応じて、独立に制御される。
【0026】
１つの実施形態において、本方法は、１つ以上の電子処理デバイスにおいて、共通の電圧限界を各ＤＣ／ＤＣコンバータに送信するステップを含む。
【0027】
１つの実施形態において、本方法は、１つ以上の電子処理デバイスにおいて、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力が共通の電圧限界に達するまで、最大電力点追従（ＭＰＰＴ）アルゴリズムを各ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて実施するステップと、電圧限界に達したら、電圧限界を超えないように出力を調節するステップと、を含む。
【0028】
１つの実施形態において、本方法は、１つ以上の電子処理デバイスにおいて、ＤＣバスとＡＣ負荷およびＡＣ電源の少なくとも一方との間に電力潮流を選択的に引き起こすために、インバータを制御するステップを含む。
【0029】
１つの実施形態において、インバータの制御は、ＤＣ／ＤＣコンバータの制御より優先される。
【0030】
１つの実施形態において、本方法は、１つ以上の電子処理デバイスにおいて、ＡＣ電源の１つ以上の動作パラメータのパラメータ値を求めるステップと、１つ以上の動作パラメータの目標パラメータ値を求めるステップと、パラメータ値と目標パラメータ値との間の差を求めるステップと、インバータを制御するために、ひいては、パラメータ値を目標パラメータ値に向かわせる電力潮流をＤＣバスとＡＣ電源との間に選択的に引き起こすために、求められた差に少なくとも部分的に基づき、制御信号を生成するステップとを含む。
【0031】
１つの実施形態において、ＡＣ電源の１つ以上の動作パラメータは、ＡＣ電源周波数、ＡＣ電源電圧、位相負荷、および負荷力率のうちの少なくとも１つを含む。
【0032】
１つの実施形態において、ＡＣ電源は、ユーティリティグリッドまたは発電機の少なくとも一方を含む。
【0033】
１つの実施形態において、パラメータ値を求めるステップは、少なくとも１つの電子処理デバイスにおいて、ＡＣ電圧の大きさ、ＡＣ電流の大きさ、およびＡＣ電流位相角、の測定値をインバータ出力において求めることと、ＡＣ電圧の大きさ、ＡＣ電流の大きさ、およびＡＣ電流位相角、の測定値をＡＣ電源において求めることとを含む。
【0034】
１つの実施形態において、この制御信号は、ＡＣ電源からＤＣバスへの電力潮流を引き起こすこと、およびＤＣバスからＡＣ電源への電力潮流を引き起こすこと、の少なくとも一方をインバータに行わせる。
【0035】
１つの実施形態において、この制御信号は、インバータに、ＤＣバスから少なくとも１つのＡＣ負荷への電力潮流を引き起こさせる。
【0036】
１つの実施形態において、この電力潮流は、有効電力（ｋＷ）および無効電力（ｋＶＡＲ）の少なくとも一方を含む。
【0037】
１つの実施形態において、本方法は、少なくとも１つの電子処理デバイスにおいて、少なくとも１つのＡＣ負荷の動作を制御するために、インバータに１つ以上の切り換えデバイスを作動させる制御信号を生成するステップを含む。
【0038】
１つの実施形態において、少なくとも１つの電子処理デバイスは、インバータ出力をＡＣ電源と同期化させる。
【0039】
１つの実施形態において、少なくとも１つ以上の電子処理デバイスと、インバータと、エネルギー貯蔵装置と、少なくとも１つのＡＣ負荷と、ＡＣ電源と、１つ以上の外部通信ネットワークとが無線通信を介して制御される。
【0040】
１つの実施形態において、制御信号は、マシンラーニングアルゴリズムによって、またはＡＣ電源の１つ以上の動作パラメータの履歴データから、少なくとも部分的に生成される。
【0041】
１つの実施形態において、本方法は、１つ以上の電子処理デバイスにおいて、複数のインバータを制御するために、ひいてはパラメータ値を目標パラメータ値に向かわせる電力潮流を複数のエネルギー貯蔵装置とＡＣ電源との間に選択的に引き起こすために、求められた差に少なくとも部分的に基づき、複数の制御信号を生成するステップを含む。
【0042】
以下においては、添付の図面を参照して、本発明の一例を説明する。
【図面の簡単な説明】
【0043】
【図1】配電ネットワークにおいて電力を管理するためのシステムの一例の概略図である。
【図2】通信システムの一例の概略図である。
【図3】配電ネットワークにおいて電力を管理する方法の一例のフローチャートである。
【図4】電池の最大充電電圧をシステムパラメータとして使用する、配電ネットワークにおいて電力を管理する方法の一例のフローチャートである。
【図5】配電ネットワークにおいて電力を管理するための方法の第２の例のフローチャートである。
【図6】ＡＣ電源の電圧レベルを動作パラメータとして使用する、配電ネットワークにおいて電力を管理するための方法の一例のフローチャートである。
【図7】配電ネットワークにおいて電力を管理するためのシステムの別の例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0044】
次に、図１を参照して、配電ネットワークにおいて電力を管理するためのシステムの一例を説明する。本システムは、ＤＣ出力を生成可能な、燃料電池、ＤＣ発電機、風力タービン、および太陽光起電セルを含む、ただしこれだけには限定されない、何れの電源とも併用可能であることを以下の説明から理解されるであろう。図示の例において、ＤＣ電源は、複数の太陽光起電モジュールを備える。これら太陽光起電モジュールは、例えば、屋根搭載型太陽光起電アレイの一部を形成し得るが、これだけには限定されない。
【0045】
この例において、システム１００は、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１３０を含む。各ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０は、それぞれのＤＣ電源１２０の出力１２２とＤＣバス１０６との間に電気的に結合されている。これらコンバータ１３０は並列にＤＣバス１０６に電気的に結合されている。各コンバータ１３０は、ＤＣ電源１２０からＤＣバス１０６に電力を転送するように構成されている。
【0046】
システム１００は、少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置１４０を更に含む。エネルギー貯蔵装置１４０は、ＤＣバス１０６と少なくとも１つのＤＣ／ＡＣインバータ１６０とに電気的に結合されている。ＤＣ／ＡＣインバータ１６０は、ＤＣバス１０６に電気的に結合された入力１６１と、ＡＣ負荷１８２、１８４とＡＣ電源１５０との少なくとも一方に電気的に結合された出力１６２とを有する。エネルギー貯蔵装置１４０は、何れか適した貯蔵デバイスであればよく、例えば、電池などの電気化学貯蔵デバイス、またはコンデンサまたは水素貯蔵部などの静電エネルギー貯蔵デバイスが挙げられる。図示の例において、エネルギー貯蔵装置１４０は１つ以上の電池を備える。ＡＣ電源１５０は、一般には配電グリッドまたはユーティリティ給電ネットワークであるが、スタンドアロンＡＣ発電機とすることもできる。ＡＣ負荷１８２、１８４は、システム内の、制御される、および制御されない、両方の負荷を表し、例えば、ＡＣ機器などの需要家負荷と誘導モータおよび他の各種ＡＣ機械などの産業負荷とを含む。
【0047】
図１には示されていないが、システム１００は、１つ以上の電子処理デバイスを更に含む。電子処理デバイスは、以下により詳細に説明するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０を選択的に制御することによって少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置１４０への電力転送を選択的に制御する。
【0048】
上記システムの一利点は、ＤＣエネルギー貯蔵との太陽光発電の効率的なグリッド統合を可能にすることである。複数の太陽光起電モジュール１２０と複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１３０とが並列に接続されるので、太陽光起電モジュールのエネルギー出力を最大化できる。複数の太陽光起電モジュールが直列に接続された場合、システムの最大出力は、最も弱い太陽光起電セルによって制約される。そのため、合計出力は、変わりやすい陰影、パネルの向き、太陽光起電セルおよび／または接続部の低品質、等々の影響を蒙りやすい。
【0049】
加えて、上記のシステムは、単一の電力逆変換ステージのみを有する。この逆変換は、太陽光起電出力がエネルギー貯蔵装置１４０に貯蔵された後に行われる。これにより、ＡＣ電源および／またはＡＣ負荷への供給前に、太陽光起電出力とエネルギー貯蔵装置との間で必要とされるエネルギー変換の数が最小化される。
【0050】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０を選択的に制御することによって少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置１４０への電力転送を選択的に制御できることにより、ＤＣバス電圧の調節が更に保証されるため、以下により詳細に説明するように、エネルギー貯蔵装置１４０の効率的な充電が可能になる。
【0051】
次に、更なる特徴をいくつか説明する。
【0052】
一般に、１つ以上の電子処理デバイスは、コンバータの出力電圧およびＤＣバスの電圧の少なくとも一方に応じて、各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を独立に制御する。これらのパラメータは、何れか適した電圧センサを使用して測定され得る。適した電圧センサとして、例えば、電圧計、マルチメータ、真空管電圧計（ＶＴＶＭ：ｖａｃｕｕｍ ｔｕｂｅ ｖｏｌｔｍｅｔｅｒ）、電界効果トランジスタ電圧計（ＦＥＴ－ＶＭ：ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ｖｏｌｔｍｅｔｅｒ）、またはこれらに類するものが挙げられる。各ＤＣ／ＤＣコンバータを独立に制御すると有利であるのは、システムを本質的にスケーラブルにできるからである（すなわち、システムは、任意数の太陽光起電モジュール、エネルギー貯蔵装置、またはインバータを備え得る）。
【0053】
各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力の制御は、少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置の充電限界、少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置の放電限界、少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置の充電状態（ＳＯＣ）、および少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置の健全状態（ＳＯＨ）のうちの少なくとも１つに依存する。
【0054】
エネルギー貯蔵装置の健全状態（ＳＯＨ）は、理想的な状態と比較した貯蔵装置の状態を表し、内部抵抗、容量、電圧、自己放電、充電／放電サイクルの数、等々を含む諸要因の考慮を含み得る。エネルギー貯蔵装置の上記パラメータのうちの１つ以上を考慮に入れることによって、エネルギー貯蔵装置の充電を、例えば充電電圧限界を超えた電圧での充電による損傷を一切引き起こさずに、効率的に行えるように、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御できる。
【0055】
特定の一例において、１つ以上の電子処理デバイスは、共通の電圧限界を各ＤＣ／ＤＣコンバータに送信する。一例において、共通の電圧限界は、少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置の最大充電電圧を示す。各ＤＣ／ＤＣコンバータに対して共通の電圧限界を設定しておくと、１つ以上の電子処理デバイスは、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力が共通の電圧限界に達するまで、各ＤＣ／ＤＣコンバータに追従アルゴリズム（例えば最大電力点追従（ＭＰＰＴ）アルゴリズム）を実施させ、この電圧限界に達したら、この電圧限界を超えないように、出力を調節させる。
【0056】
この共通の電圧限界は、一般に少なくとも６００Ｖである。このような高電圧でのエネルギーの貯蔵は、非効率的な低周波トランスを一般に必要とする低電圧貯蔵部（例えば、４８ＶＤＣ鉛酸蓄電池）に比べ、効率的な電気エネルギー貯蔵手段である。
【0057】
出力がインピーダンスを介してＡＣ電源に結合された、好ましくは双方向性の、インバータは、ＤＣバスとＡＣ負荷およびＡＣ電源の少なくとも一方との間に電力潮流を選択的に引き起こすために、１つ以上の電子処理デバイスによって制御可能である。したがって、例えば、ＡＣ電源の１つ以上の動作パラメータを制御するために、１つ以上の処理デバイスは、電池充電を最適化するためにＤＣ／ＤＣコンバータからエネルギー貯蔵装置への電力潮流を制御するばかりでなく、複数の負荷またはグリッドに電力を供給するために、ＤＣバスとＡＣ負荷およびＡＣ電源の少なくとも一方との間のインバータ経由の電力潮流も制御する。好適な制御階層において、インバータの制御は、ＤＣ／ＤＣコンバータの制御より優先される。換言すると、二層制御階層において、システムのＡＣ側の制御は、電池充電の制御より優先順位が高い。
【0058】
一般に、本システムは、少なくとも１つ以上の電子処理デバイスと、複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置と、インバータとの間の無線通信を含む。本システムは、１つ以上のＡＣ負荷、外部通信ネットワーク（例えば、グリッドとの通信用）、および家庭または事業がＡＣ電源から消費する電力量を一定の時間間隔で測定および記録するように構成されたＡＣ電源メータとも無線で通信し得る。
【0059】
１つの例において、電力を管理するための制御方法は、１つ以上の電子処理デバイスにおいて、ＡＣ電源の１つ以上の動作パラメータのパラメータ値を求めるステップを含む。これら動作パラメータは、ＡＣ電源周波数、ＡＣ電源電圧、位相負荷、および負荷力率のうちの少なくとも１つを含む。本方法は、１つ以上の動作パラメータの目標パラメータ値を求めることと、パラメータ値と目標パラメータ値との間の差を求めることとを更に含む。本方法は、次に、インバータを制御するために、ひいてはパラメータ値を目標パラメータ値に向かわせる電力潮流をＤＣバスとＡＣ電源との間に選択的に引き起こすために、この求められた差に少なくとも部分的に基づき、制御信号を生成することを含む。
【0060】
このようにして、ＡＣ電源の動作パラメータを含む、配電ネットワークのＡＣ側パラメータを制御するために、インバータを使用できる。いくつかの例において、電力潮流は、ＤＣバスを通ってＡＣ電源とエネルギー貯蔵装置との間に直接流れ得る。
【0061】
パラメータ値を求めるステップは、少なくとも１つの電子処理デバイスにおいて、ＡＣ電圧の大きさ、ＡＣ電流の大きさ、およびＡＣ電流の位相角、の測定値をインバータ出力において求めることと、ＡＣ電圧の大きさ、ＡＣ電流の大きさ、およびＡＣ電流の位相角、の測定値をＡＣ電源において求めることとを含む。これらの測定値から、負荷電力係数など、他の全てのＡＣ側パラメータが決定され得る。
【0062】
１つの例において、１つ以上の電子処理デバイスによって生成された制御信号は、ＡＣ電源からＤＣバスへの電力潮流を引き起こすこと、およびＤＣバスからＡＣ電源への電力潮流を引き起こすこと、の少なくとも一方をインバータに行わせる。
【0063】
別の例において、１つ以上の電子処理デバイスによって生成された制御信号は、ＡＣ電源からエネルギー貯蔵装置への電力潮流を引き起こすこと、およびエネルギー貯蔵装置からＡＣ電源への電力潮流を引き起こすこと、の少なくとも一方をインバータに行わせる。
【0064】
別の例において、この制御信号は、インバータに、ＤＣバスから１つ以上の負荷への電力潮流を引き起こさせる。上記の例において、電力潮流は、有効電力（ｋＷ）および無効電力（ｋＶＡＲ）の少なくとも一方を含む。
【0065】
別の例において、本方法は、少なくとも１つの電子処理デバイスにおいて、１つ以上の負荷の動作を制御するために、インバータに１つ以上の切り換えデバイスを作動させる制御信号を生成するステップを含む。例えば、切り換えデバイス（例えば、リレーまたはスイッチ）は、負荷によって引き込まれる電力を調節し得るし、または負荷をネットワークから完全に切り離し得る。
【0066】
制御信号は、測定またはこれに類するものによって得られた、求められたパラメータ値に基づき、生成され得る一方で、マシンラーニングアルゴリズムによって、または、例えば、一日の特定時刻に期待される一般的なピーク負荷値など、ネットワークの１つ以上のパラメータの履歴データから、少なくとも部分的に制御信号を生成することも可能である。
【0067】
別の例において、本方法は、１つ以上の電子処理デバイスにおいて、複数のインバータを制御するために、ひいてはパラメータ値を目標パラメータ値に向かわせる電力潮流を複数のエネルギー貯蔵装置とＡＣ電源との間に選択的に引き起こすために、求められた差に少なくとも部分的に基づき、複数の制御信号を生成するステップを含む。複数のインバータと複数のエネルギー貯蔵装置モジュールとを有するシステムにおいて、これらモジュールは配電用給電線に沿って選択された、例えばネットワークを支援するために最も必要とされる、複数の位置に設置され得るので、大きな制御能力がもたらされる。
【0068】
次に、図１に示されているシステムアーキテクチャをより詳細に説明する。システム１００は、複数の太陽光起電モジュール１２０を含む。これらモジュール１２０は、例えば住宅の屋根設置型太陽光起電アレイの一部を形成し得る。各太陽光起電モジュールの低電圧出力１２２（一般に８０ＶＤＣ未満）は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０に電気的に結合されている。１つの例において、各ＤＣ／ＤＣコンバータは、太陽光起電モジュールと一体化される。これは、例えば、高周波磁性部品をコンバータ内に使用することによって実現され得る。各ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０は、例えば同時係属中の国際公開第２０１４／０７８９０４号に記載されているように、更に、電気的に絶縁され得るし、および／または障害検出をもたらし得る。各ＤＣ／ＤＣコンバータを電気的に絶縁することによって、インバータなど、システムの他の構成要素を非絶縁型にできる。
【0069】
これらＤＣ／ＤＣコンバータ１３０は、複数の保護用フューズ１０８を介して並列にＤＣバス１０６に電気的に結合されている。ＤＣバス１０６は、高電圧ＤＣバス（一般に少なくとも６００ＶＤＣ）であることが好ましい。したがって、各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧は、各コンバータのそれぞれの入力電圧より大きい。具体的には、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０は、太陽光起電モジュールからの低電圧出力をＤＣバス１０６の高電圧に昇圧させるために機能する。高電圧ＤＣバス１０６が有利であるのは、必要とされる導体およびコンデンサのサイズ／コストを本質的に下げるからである。
【0070】
エネルギー貯蔵装置１４０がＤＣバス１０６に電気的に結合されている。一般に、エネルギー貯蔵装置１４０は、ＤＣバス１０６に直接接続された高電圧電池を１つ以上備える。ＤＣバス１０６は、ＤＣ／ＡＣインバータ１６０にも電気的に結合されている。ＤＣ／ＡＣインバータ１６０は、太陽光起電モジュール１２０および／または電池１４０からの電力をＡＣ電源１５０と、配電ネットワークの一部を形成する１つ以上のＡＣ負荷１８２、１８４と、に配電する。したがって、グリッドに接続されたＤＣ／ＡＣインバータ１６０は、ＤＣバス電圧を幹線周波数（例えば２３０～２４０ＶＡＣ、５０Ｈｚ）のＡＣ幹線またはグリッド電圧に変換する。
【0071】
１つの例において、インバータ１６０は四象限自己同期型であり、同期化接触器１６４を介して小さなインピーダンス１５４を通ってＡＣ電源１５０に同期化されて動作する。本システムにおいて使用され得るインバータトポロジーの一例がＷｏｌｆｓ，ＰおよびＭａｕｎｇ Ｔｈａｎ Ｏｏ共著（２０１３）「Ａ ＬＶ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｌｅｖｅｌ ＳＴＡＴＣＯＭ ｗｉｔｈ Ｒｅｄｕｃｅｄ ＤＣ Ｂｕｓ Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ｆｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｗｉｔｈ Ｈｉｇｈ ＰＶ Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｓ（太陽光発電設備が大量導入されたネットワークのためのＤＣバス容量が低減された低電圧配電レベルＳＴＡＴＣＯＭ）」、ＩＥＥＥ電力・エネルギー学会総会（ＰＥＳ）に記載されている。したがって、インバータがＡＣ電源１５０への、およびＡＣ電源１５０からの、電力転送を支援できるように、インバータ１６０は、配電用静止型補償装置（ｄＳＴＡＴＣＯＭ）を含む双方向ＤＣ／ＡＣインバータでもよい。例えば、ＤＣバス１０６からＡＣ電源１５０に、またはＡＣ電源１５０からＤＣバス１０６上に、および電池１４０に、電力が転送され得る。
【0072】
システム１００は、ＡＣ電源１５０における測定を更に含み得る。メータ１５２は、家庭または事業がＡＣ電源１５０から消費している電力量を一定の時間間隔で測定および記録可能なスマートメータであることが好ましい。
【0073】
上記のように、システム１００は、１つ以上の電子処理デバイスを更に含む。電子処理デバイスは、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１３０を選択的に制御することによって、少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置１４０への電力転送を選択的に制御する。１つ以上の電子処理デバイスは、インバータ１６０の、および、いくつかの例においては、電池１４０およびローカル負荷１８２、１８４の、動作を更に制御する。
【0074】
次に、図２を参照すると、システム１００のさまざまなデバイスが通信ネットワーク２００を介して通信し得ることが示されている。これらデバイスは、有線または無線接続など、何れか適切な機構を介して通信できる。適切な機構として、モバイルネットワーク、８０２．１１ネットワークなどの私設ネットワーク、インターネット、ＬＡＮ、ＷＡＮ、またはこれらに類するものなど、ならびにブルートゥース（登録商標）、ジグビー（登録商標）、またはこれらに類するものなどの、直接接続、または二地点間接続が挙げられるが、これらだけに限定されるものではない。
【0075】
図示の例において、各ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、ノード２０２においてネットワークに接続されており、電池１４０は、ノード２０４を介してデータをやり取りし、（１つ以上の電子処理デバイスから成る）システム制御装置１７０がノード２０６を介して接続されている。システム制御装置１７０は、例えばユーティリティグリッド運用者と、通信し得る外部通信ネットワーク２０８に接続され得る。図示されていないが、インバータ、複数のＡＣ負荷、およびＡＣ電源メータも、それぞれのノードを介して、通信ネットワーク２００に接続されることを理解されたい。
【0076】
システム制御装置１７０は単一のエンティティでもよいが、例えば、クラウドベース環境の一部として設けられる処理システムおよび／またはデータベースを使用することによって、システム制御装置１７０を地理的に離れたいくつかの場所に分散できることを理解されるであろう。ただし、上記の配置は必須ではなく、他の適した構成を使用することもできる。
【0077】
１つの例において、システム制御装置１７０は、１つ以上の処理システムなどを含む、何れか適した電子処理デバイス（単数または複数）を含み得る。電子処理デバイスは、場合によっては、例えば履歴負荷およびＡＣ電源パラメータに関する情報を収容している、１つ以上のデータベースに結合され得る。したがって、１つ以上の処理システムは、インバータ、ＤＣ－ＤＣコンバータ、エネルギー貯蔵装置、ローカル負荷、ＡＣ電源メータ、および外部通信ネットワークのうちの１つ以上を制御可能な何れか適した形態の電子処理システムまたはデバイスを含むことができる。
【0078】
１つの例において、適した処理システムは、処理システムバスを介して互いに結合されたプロセッサ、メモリ、キーボードおよびディスプレイなどの入力／出力（Ｉ／Ｏ）デバイス、および外部インタフェースを含む。Ｉ／Ｏデバイスは、必須ではないが、ユーザにデータを入力させるキーボード、キーパッド、タッチスクリーン、ボタン、スイッチ、またはこれらに類するものなどの入力部を更に含み得ることを理解されるであろう。外部インタフェースは、処理システムを各システムデバイスに結合するために使用される。システムデバイスとして、インバータ、ＤＣ－ＤＣコンバータ、エネルギー貯蔵装置、ローカル負荷、ＡＣ電源メータ、および外部通信ネットワークが挙げられる。
【0079】
使用中、プロセッサは、少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置１４０への電力転送を選択的に制御するためにＤＣ／ＤＣコンバータ１３０の選択的制御を少なくとも可能にするために、メモリに記憶されているアプリケーションソフトウェアの形態の命令を実行する。したがって、以下の説明の目的として、１つ以上の処理システムによって実施される動作は、一般に、メモリに記憶されている命令の制御下でプロセッサによって実施されることを理解されるであろう。したがって、これについては、以下においては詳細には説明しない。
【0080】
したがって、１つ以上の処理デバイスは、適切にプログラム化された何れの処理システムからでも形成され得ることを理解されるであろう。ただし、一般に、電子処理デバイスは、マイクロプロセッサ、マイクロチッププロセッサ、論理ゲート構成、場合によっては、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）など、論理の実施に対応付けられたファームウェア、またはシステム内の各種デバイスとの対話およびこれらの制御が可能な何れか他の電子デバイス、システム、または配置の形態になるであろう。
【0081】
次に図３を参照すると、複数のＤＣ電源からの電力を管理する方法の一例のフローチャートが示されている。ステップ３００において、１つ以上の電子処理デバイスは、１つ以上のシステムパラメータを決定する。システムパラメータとして、例えば、それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧、ＤＣバス電圧、エネルギー貯蔵装置の充電限界、エネルギー貯蔵装置の放電限界、エネルギー貯蔵装置の充電状態（ＳＯＣ）、およびエネルギー貯蔵装置の健康状態（ＳＯＨ）が挙げられる。エネルギー貯蔵装置の健全状態は、理想的な状態に比べた貯蔵装置の状態を表し、内部抵抗、容量、電圧、自己放電、充電／放電サイクル数、等々の諸要因の考慮を含み得る。ステップ３０２において、決定された１つ以上のパラメータは、次に、１つ以上の電子処理デバイスによって解釈され、複数のＤＣ／ＤＣコンバータを選択的に制御することによって複数のＤＣ電源から少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置への電力の転送を選択的に制御するために使用される。
【0082】
この制御方法により、システムは、エネルギー貯蔵装置の充電を最適化するために、ＤＣ電源（例えば太陽光起電モジュール）の出力を調節できる。各ＤＣ／ＤＣコンバータは、アーキテクチャが完全にスケーラブルであるように、システム構成とは独立に、自律的に制御されることが好ましい。
【0083】
適切な制御方法の一具体例が図４に示されている。この例では、ステップ４００において、１つ以上の処理デバイスによって決定されるシステムパラメータは、電池の最大充電電圧である。このパラメータは、電池から１つ以上の処理デバイスに無線で伝達され得る。ステップ４０２において、この電圧は、１つ以上の処理デバイスによって各ＤＣ／ＤＣコンバータに送信または一斉送信される。その後、この電圧は、各ＤＣ／ＤＣコンバータによって共通の電圧限界として使用される。
【0084】
各太陽光起電モジュールが活動中であると想定すると、ステップ４０４において、１つ以上の処理デバイスは各ＤＣ／ＤＣコンバータに最大電力点追従（ＭＰＰＴ）アルゴリズムなどの追従アルゴリズムを実施させる。これにより、システムの各太陽光起電モジュールから最大電力を得ることができる。各ＤＣ／ＤＣコンバータは、個々のＤＣ／ＤＣコンバータの電圧出力が共通の電圧限界に達するまで、ＭＰＰＴモードで動作する。ステップ４０６において、１つ以上の電子処理デバイスは、各ＤＣ／ＤＣコンバータの電圧出力を求める。ステップ４０８において、各電圧出力は共通の電圧限界と比較される。特定のコンバータの電圧出力が共通の電圧限界に達したと判定されると、次に、ステップ４１０において、１つ以上の処理デバイスは、この特定のコンバータの電圧出力が限界未満に戻るように、その電圧出力を調節させる。
【0085】
１つ以上のＤＣ／ＤＣコンバータの出力の調節が、その他のＤＣ／ＤＣコンバータが依然として、例えばＭＰＰＴモードで、動作しているときに行われ得るよう、各ＤＣ／ＤＣコンバータは独立に制御される。こうして、各ＤＣ／ＤＣコンバータは、その他のＤＣ／ＤＣコンバータが何をしているかとは無関係に、独立に制御されるので、システムは本質的にスケーラブルである（すなわち、システムは、任意数の太陽光起電モジュール、エネルギー貯蔵装置、またはインバータを備え得る）。
【0086】
１つ以上の処理デバイスは、少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置への電力の転送を選択的に制御するためにＤＣ／ＤＣコンバータを選択的に制御することに加え、更に、ＤＣバスとＡＣ電源との間に電力潮流を選択的に引き起こさせてＡＣ電源の動作パラメータを制御するために、インバータを制御するために使用され得る。
【0087】
次に図５を参照すると、配電ネットワークにおいて電力を管理するための方法の第２の例が示されている。この方法は、ＡＣ電源の１つ以上の動作パラメータを制御しようとするものである。ステップ５００において、１つ以上の電子処理デバイスは、ＡＣ電源の１つ以上の動作パラメータのパラメータ値を求める。例えば、ＡＣ電源が配電ネットワークの幹線電力グリッドである場合、１つ以上の動作パラメータは、ＡＣ電源電圧、ＡＣ電源周波数、位相負荷（三相システムの場合）、および負荷力率を含み得る。負荷力率は、有効電力（ｋＷ）対皮相電力（ｋＶＡ）（有効電力と無効電力の組み合わせ（ｋＶＡＲ））の比である。無効電力を消費または生成する負荷は、負荷に給電するために実際に働く、転送される所与の有効電力量のために、ＡＣ電源からより多くの電流を引き込む。したがって、負荷力率が低い負荷は、ＡＣ電源からより多くの電流を引き込むので、非効率的である。
【0088】
１つ以上の動作パラメータの１つ以上のパラメータ値は、適した測定から求められ得る。１つの例において、ＡＣ電圧の大きさ、ＡＣ電流の大きさ、およびＡＣ電流位相角の測定は、ＡＣ電源メータにおいて行われ、ＡＣ電圧の大きさ、ＡＣ電流の大きさ、およびＡＣ電流位相角の測定は、インバータのＡＣ出力において行われる。１つ以上の処理デバイスは、これらの測定からＡＣ電源の全ての動作パラメータを決定できる。ＡＣ電圧の測定は、何れか適した電圧センサを使用して行われ得る。適した電圧センサとして、例えば、電圧計、マルチメータ、真空管電圧計（ＶＴＶＭ）、電界効果トランジスタ電圧計（ＦＥＴ－ＶＭ）、またはこれらに類するものが挙げられる。ＡＣ電流の測定は、何れか適した電流センサを使用して行われ得る。適した電流センサとして、マルチメータ、電流計、ピコアンメータ、またはこれらに類するものが挙げられる。
【0089】
ステップ５０２において、１つ以上の動作パラメータの目標パラメータ値が１つ以上の処理デバイスによって求められる。例えば、１つ以上の処理デバイスは、目標パラメータ値を示すデータをユーティリティグリッドから受信し得る。あるいは、目標値はデータベースから取り出され得る。ステップ５０４において、１つ以上の処理デバイスは、１つ以上の動作パラメータの実際のパラメータ値と目標パラメータ値との間の差を求める。ステップ５０６において、１つ以上の処理デバイスは、エネルギー貯蔵装置とＡＣ電源との間の電力転送のためにインバータを制御するために、求められた差に少なくとも部分的に基づき、制御信号を生成する。その結果としての、インバータへの、またはインバータからの、電力潮流は、パラメータ値を目標パラメータ値に向かわせる。これにより、エネルギー貯蔵装置は、配電ネットワークの効率および電力品質を向上させるための電力ソースまたは電力シンクとして使用され得る。
【0090】
配電ネットワークにおいて電力を管理する方法の具体的な一例が図６に示されている。この例では、ステップ６００において、１つ以上の処理デバイスは、ＡＣ電源のＡＣ電圧レベルを求める。例えば、ＡＣ電圧は、ＡＣ電源メータに位置する電圧センサによって適切に測定され得る。ＡＣ電源メータは、ＡＣ電源電圧を示す信号を１つ以上の処理デバイスに送信する。ステップ６０２において、ＡＣ電源の目標電圧レベルが求められる（目標電圧レベルは、上限と下限とを有する許容範囲でもよい）。ＡＣ電源が幹線ユーティリティグリッドである場合、ユーティリティ運用者が目標電圧レベルを設定する。ステップ６０４において、ＡＣ電源の電圧レベルと目標電圧レベルとの間の差が１つ以上の処理デバイスによって求められる。
【0091】
ステップ６０６および６０８において、１つ以上の処理デバイスは、ＡＣ電源電圧が目標電圧より高いか低いかをそれぞれ判定する。換言すると、本システムは、過電圧問題または不足電圧問題がネットワークに存在するかどうかを判定する。過電圧への応答として、ステップ６１０において、１つ以上の処理デバイスは、インバータに無効電力をＡＣ電源からエネルギー貯蔵装置に吸い込ませてＡＣ電源電圧を下げるための制御信号を生成する。不足電圧への応答として、ステップ６１２において、１つ以上の処理デバイスは、インバータに無効電力をエネルギー貯蔵装置からＡＣ電源に吐き出させてＡＣ電源電圧を上げるための制御信号を生成する。
【0092】
別の例において、負荷力率が低いシステムの場合（例えば、無効電力を消費する１つ以上の誘導性ＡＣ負荷が存在するとき）、負荷力率を許容レベルに上げるために、無効電力をグリッドに注入するために、または無効電力を負荷に直接供給するために、インバータを使用できる。
【0093】
別の例において、インバータはＡＣ電源と同期化されているので、例えば、ＡＣ電源が失われているとき、または負荷のために十分な電力を供給できないとき、システムは、１つ以上のＡＣ負荷のために無停電電源（ＵＰＳ：ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ）機能を提供できる。この例において、エネルギー貯蔵部が十分な容量を有すると想定すると、システムは、１つ以上のＡＣ負荷に給電するために、電力をエネルギー貯蔵装置から吐き出すことができる。
【0094】
別の例において、本システムは、三相ネットワークにおける電圧不平衡を動的な負荷平衡化によって低減するために使用され得る。各相の電圧レベルは、適した電圧センサを使用して測定され得る。１つ以上の電子処理デバイスは、次に、これら測定値に基づき電圧レベルを判定し、過負荷相から軽負荷相に電力を転送させるための制御信号をインバータに送信する。
あるいは、インバータは、エネルギー貯蔵装置から１つ以上の軽負荷相への電力潮流（例えば無効電力補償）に過負荷相を平衡化させ得る。
あるいは、インバータは、エネルギー貯蔵装置から１つ以上の軽負荷相への電力潮流（例えば無効電力補償）に過負荷相を平衡化させ得る。
【0095】
上記の各例において、ＡＣ電源の動作パラメータは、二層形態の制御階層において、エネルギー貯蔵装置の充電より優先的に制御され得る。例えば、インバータの制御は、エネルギー貯蔵装置に充電するＤＣ／ＤＣコンバータの制御より優先される。そのため、インバータは、ＡＣ電源の申し分ない動作パラメータを維持するために、ＤＣバスとＡＣ電源との間で電力を適宜吸い込み／吐き出す。このようにして、インバータは、インバータを通して電力が吐き出されるか、吸い込まれるかに応じて、ＤＣバス電圧を制御する。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータはＡＣ電源パラメータの制御に役立つので、例えば、インバータがＤＣバスから電力を引き込んでいる場合、ＤＣ／ＤＣコンバータはＭＰＰＴモードで単に動作し続けることによって、太陽光起電モジュールの出力を最大化し、ＤＣバス電圧を維持する。インバータがＤＣバスから電力を引き込んでいない場合、ＤＣ／ＤＣコンバータは、（例えば上記のように）最大電圧限界に達するまで、電池を充電し、ＭＰＰＴモードで動作し、その後、電池の最大充電電圧を超えないように、それぞれの出力を調節する。
【0096】
次に図７を参照すると、配電ネットワークにおいて電力を管理するためのシステムの別の例が示されている。このシステムは、複数のエネルギー貯蔵装置７４０（例えば高電圧電池）を備える。各エネルギー貯蔵装置７４０は、それぞれの高電圧ＤＣバスを介して、それぞれのＤＣ／ＡＣインバータに電気的に結合されている。各ＤＣ／ＡＣインバータ７６０の出力７６２は、ＡＣ電源７５０に電気的に結合されている。例えば、各インバータ７６０は、配電グリッドの給電線に結合され得る。ここで、ＡＣ電源は、配電フィーダを表す。複数の負荷７８０がグリッドに結合されている。１つの例において、エネルギー貯蔵装置７４０およびＤＣ／ＡＣインバータ７６０の少なくとも一方を備えた各モジュール７００は、給電線に沿った、配電ネットワークを支援するために最善に利用可能な、複数の選択的な位置にユーティリティ運用者によって設置され得る。別の例において、各モジュール７００は、住宅に設置されたシステムを表し得る。
【0097】
図７に示されている配置において、各モジュール７００は、ネットワークを支援するために、およびＡＣ電源電圧、ＡＣ電源周波数、位相負荷（三相システムの場合）、および負荷力率などの動作パラメータを向上させるために、使用され得る。加えて、各モジュール７００は、互いに通信し得るので、例えば、ネットワークの一部における負荷が低い（および電池が十分に充電されている）場合、電池は、充電レベルが低い別の電池に、または負荷が高いネットワークの一部に、電力を供給するために使用され得る。
【0098】
本願明細書および添付の特許請求の範囲の全体にわたって、文脈が別様に要求していない限り、用語「を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」およびその変化形「を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」または「を備えた（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などは、記載の物（ｉｎｔｅｇｅｒ）または物のグループまたはステップ群を含むことを示唆し、何れか他の物または物のグループの排除を示唆していないことを理解されたい。
【0099】
当業者は、多数の変形および修正が明らかになることを理解されるであろう。当業者に明らかになるこのような変形および修正の全ては、上記の本発明の広く明らかな精神および範囲に含まれると見做されるべきである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【国際調査報告】