(57)【要約】      （修正有）【課題】相互接続点遮断器を介してバルクグリッドに動作可能に結合されるように構成可能である少なくとも１つのマイクログリッド内の複数の発電ユニットをバルクグリッドに動作可能に結合する方法を提供する。【解決手段】少なくとも１つのマイクログリッドおよびバルクグリッドに動作可能に結合される制御ユニットを用いて、１つまたは複数のバルクグリッド側パラメータおよび１つまたは複数のマイクログリッド側パラメータを決定するステップと、１つまたは複数のマイクログリッド側パラメータのうちの１つまたは複数を対応する１つまたは複数のバルクグリッド側パラメータと比較するステップと、比較に基づいて少なくとも１つのマイクログリッド内の複数の発電ユニットの各々をバルクグリッドと同期させるステップとを含む。さらに、同期に基づき、相互接続点遮断器を用いて複数の発電ユニットの各々をバルクグリッドに同時に接続するステップを含む。【選択図】図２
2018033295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互接続点遮断器を介して相互接続点（１０３）でバルクグリッド（１０２）に動作可能に結合されるように構成可能である少なくとも１つのマイクログリッド（１０６）内の複数の発電ユニット（１１０）を前記バルクグリッド（１０２）に動作可能に結合する方法であって、
制御ユニット（１０８）を用いて、１つまたは複数のバルクグリッド（１０２）側パラメータ、および１つまたは複数のマイクログリッド（１０６）側パラメータを決定するステップであって、前記制御ユニット（１０８）は、前記少なくとも１つのマイクログリッド（１０６）および前記バルクグリッド（１０２）に動作可能に結合される、決定するステップと、
前記制御ユニット（１０８）を用いて、前記１つまたは複数のマイクログリッド（１０６）側パラメータのうちの１つまたは複数を対応する１つまたは複数のバルクグリッド（１０２）側パラメータと比較するステップと、
前記制御ユニット（１０８）を用いて、前記比較に基づいて、前記少なくとも１つのマイクログリッド（１０６）内の前記複数の発電ユニット（１１０）の各々を前記バルクグリッド（１０２）と同期させるステップと、
前記同期に基づいて、前記相互接続点遮断器（１０４）を用いて、前記複数の発電ユニット（１１０）の各々を前記バルクグリッド（１０２）に同時に接続するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記１つまたは複数のバルクグリッド（１０２）側パラメータおよび前記１つまたは複数のマイクログリッド（１０６）側パラメータは、電圧、周波数、および位相角のうちの少なくとも１つを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記複数の発電ユニット（１１０）の各々を前記バルクグリッド（１０２）に同時に接続するステップは、前記複数の発電ユニット（１１０）を前記バルクグリッド（１０２）に動作可能に結合するために、前記相互接続点遮断器（１０４）を第１の状態から前記第１の状態とは異なる第２の状態へ移行するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記相互接続点遮断器（１０４）の前記第１の状態は開状態を含み、前記相互接続点遮断器（１０４）の前記第２の状態は、閉状態を含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記１つまたは複数のマイクログリッド（１０６）側パラメータを前記１つまたは複数のバルクグリッド（１０２）側パラメータと比較するステップは、前記１つまたは複数のバルクグリッド（１０２）側パラメータの対応する１つまたは複数からの前記１つまたは複数のマイクログリッド（１０６）側パラメータのうちの１つまたは複数の偏差の発生を特定するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記特定された偏差に基づいて前記複数の発電ユニット（１１０）に対応する１つまたは複数の入力パラメータを修正する値を決定するステップをさらに含む、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記１つまたは複数の入力パラメータは、機械的速度、場、トルク、励弧電流、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記複数の発電ユニット（１１０）の各々を前記バルクグリッド（１０２）と同期させるステップは、前記１つまたは複数のマイクログリッド（１０６）側パラメータのうちの１つまたは複数と前記１つまたは複数のバルクグリッド（１０２）側パラメータのうちの前記対応する１つまたは複数との間の前記偏差を最適値に減少させるステップを含む、請求項６記載の方法。
【請求項９】
前記最適値は、ゼロの値を含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記複数の発電ユニット（１１０）の各々を前記バルクグリッド（１０２）に同時に接続するステップは、リアルタイムで前記複数の発電ユニット（１１０）の各々を前記バルクグリッド（１０２）に結合するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも１つのマイクログリッド（１０６）内の複数の発電ユニット（１１０）をバルクグリッド（１０２）に動作可能に結合するシステム（１００）であって、
前記バルクグリッド（１０２）と前記少なくとも１つのマイクログリッド（１０６）の間に配設された相互接続点遮断器（１０４）であって、相互接続点（１０３）で前記少なくとも１つのマイクログリッド（１０６）を前記バルクグリッド（１０２）に動作可能に結合するように構成されている相互接続点遮断器（１０４）と、
前記バルクグリッド（１０２）および前記少なくとも１つのマイクログリッド（１０６）に動作可能に結合される制御ユニット（１０８）であって、
１つまたは複数のバルクグリッド（１０２）側パラメータ、および１つまたは複数のマイクログリッド（１０６）側パラメータを決定し、
前記１つまたは複数のマイクログリッド（１０６）側パラメータを対応する１つまたは複数のバルクグリッド（１０２）側パラメータと比較し、
前記比較に基づいて前記複数の発電ユニット（１１０）の各々を前記バルクグリッド（１０２）と同期し、
前記同期に基づいて前記複数の発電ユニット（１１０）の各々を前記バルクグリッド（１０２）に同時に接続するように構成されている制御ユニット（１０８）と
を備えるシステム（１００）。
【請求項１２】
前記複数の発電ユニット（１１０）は、非同期発電機、同期発電機、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１１記載のシステム（１００）。
【請求項１３】
前記相互接続点遮断器（１０４）は、第１の状態、および第２の状態を有し、前記第２の状態は、前記第１の状態とは異なる、請求項１１記載のシステム（１００）。
【請求項１４】
前記制御ユニット（１０８）は、前記少なくとも１つのマイクログリッド（１０６）の前記複数の発電ユニット（１１０）を前記バルクグリッド（１０２）に動作可能に結合するために前記第１の状態から前記第２の状態へ前記相互接続点遮断器（１０４）を移行するようにさらに構成されている、請求項１３記載のシステム（１００）。
【請求項１５】
前記制御ユニット（１０８）は、前記１つまたは複数のバルクグリッド（１０２）側パラメータのうちの対応する１つまたは複数からの前記１つまたは複数のマイクログリッド（１０６）側パラメータのうちの１つまたは複数の偏差の発生を特定するようにさらに構成されている、請求項１３記載のシステム（１００）。
【請求項１６】
前記制御ユニット（１０８）は、前記特定された偏差を減少させるように前記特定された偏差に基づいて前記複数の発電ユニット（１１０）に対応する１つまたは複数の入力パラメータを修正する値を決定するようにさらに構成されている、請求項１５記載のシステム（１００）。
【請求項１７】
前記１つまたは複数の入力パラメータは、機械的速度、場、トルク、励弧電流、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、請求項１６記載のシステム（１００）。
【請求項１８】
前記制御ユニット（１０８）は、アナログコントローラ、デジタルコントローラ、またはその組み合わせを含む、請求項１１記載のシステム（１００）。
【請求項１９】
前記１つまたは複数のバルクグリッド（１０２）側パラメータおよび前記１つまたは複数のマイクログリッド（１０６）側パラメータは、電圧、周波数、および位相角のうちの少なくとも１つを含む、請求項１１記載のシステム（１００）。
【請求項２０】
１つまたは複数の有形媒体を含むコンピュータ可読非一時的媒体であって、前記１つまたは複数の有形媒体が、
１つまたは複数のバルクグリッド（１０２）側パラメータおよび１つまたは複数のマイクログリッド（１０６）側パラメータを決定するステップであって、制御ユニット（１０８）は、少なくとも１つのマイクログリッド（１０６）およびバルクグリッド（１０２）に動作可能に結合される、決定するステップと、
前記１つまたは複数のマイクログリッド（１０６）側パラメータのうちの１つまたは複数を対応する１つまたは複数のバルクグリッド（１０２）側パラメータと比較するステップと、
前記比較に基づいて、前記少なくとも１つのマイクログリッド（１０６）内の複数の発電ユニット（１１０）の各々を前記バルクグリッド（１０２）と同期させるステップと、
前記同期に基づいて、前記複数の発電ユニット（１１０）の各々を前記バルクグリッド（１０２）に同時に接続するステップと
をコンピュータに実行させるコードを含むコンピュータ可読非一時的媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書の実施形態は、一般に、２つのグリッドを相互接続するシステムおよび方法に関し、より具体的には、マイクログリッドをバルクグリッドに同期し接続するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクログリッドは、よく定められた境界を有する電気ネットワークであり、典型的には、小型の分散発電機、局所負荷、インバータベースの分散型発電、および他の電力系統設備などの発電資産を含む。さらに、マイクログリッドは、一般に、１つまたは複数の相互接続点（ＰＯＩ：Ｐｏｉｎｔｓ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）を通じて、バルクグリッド（例えば、エリア電力系統システム（ＡＥＰＳ：Ａｒｅａ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ））に結合される。電気擾乱、バルクグリッドの停電、ＡＥＰＳオペレータからの要求等などの状況から生じるいくらかのシナリオでは、マイクログリッドは、バルクグリッドへのそのリンクを切り離すことによってアイランドとして動作することができる。この運転のアイランドモードでは、マイクログリッド内の周波数および電圧は、一般に、マイクログリッド自体の運転状態によって決定される。
【０００３】
さらに、マイクログリッドをバルクグリッドに再接続することが望ましい場合がある。現在、マイクログリッドをバルクグリッドに再接続する間、マイクログリッドの複数の発電資産の各々は、バルクグリッドへ個々に接続が戻される。不都合なことに、マイクログリッドの各発電資産をバルクグリッドに個々に接続することは、バルクグリッドと再同期するために必要とされる時間およびそのための中間ステップの個数がより大きいので、手のかかる作業である。典型的には、発電資産を再同期し最終的に再接続することは、同期継電器などの装備を使用することを必要とする。代替として、発電資産は、再同期および再接続を実行する改良された制御を装備する必要がある。加えて、マイクログリッドをバルクグリッドに再接続する間に、ＰＯＩ遮断器を閉じることによってマイクログリッドをバルクグリッドに再接続することがマイクログリッド資産に悪影響を与えないことを確実にする予防策をとることが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７７０１０８７号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本明細書の各態様によれば、相互接続点遮断器を介して相互接続点でバルクグリッドに動作可能に結合されるように構成可能である少なくとも１つのマイクログリッド内の複数の発電ユニットをバルクグリッドに動作可能に結合する方法が提示される。この方法は、制御ユニットを用いて、１つまたは複数のバルクグリッド側パラメータ、および１つまたは複数のマイクログリッド側パラメータを決定するステップであって、制御ユニットは、少なくとも１つのマイクログリッドおよびバルクグリッドに動作可能に結合されるステップを含む。さらに、この方法は、制御ユニットを用いて、１つまたは複数のマイクログリッド側パラメータのうちの１つまたは複数を対応する１つまたは複数のバルクグリッド側パラメータと比較するステップを含む。この方法は、制御ユニットを用いて、比較に基づいて、少なくとも１つのマイクログリッド内の複数の発電ユニットの各々をバルクグリッドと同期させるステップも含む。また、この方法は、同期に基づいて、相互接続点遮断器を用いて、複数の発電ユニットの各々をバルクグリッドに同時に接続するステップを含む。１つまたは複数の有形媒体を含む非一時的なコンピュータ可読媒体であって、１つまたは複数の有形媒体が、少なくとも１つのマイクログリッド内の複数の発電ユニットをバルクグリッドに動作可能に結合する方法を実行するようになされたコードを含み、少なくとも１つのマイクログリッドは、相互接続点遮断器を介して相互接続点でバルクグリッドに動作可能に結合されるように構成可能である、非一時的なコンピュータ可読媒体が提示されている。
【０００６】
本明細書の別の態様によれば、少なくとも１つのマイクログリッド内の複数の発電ユニットをバルクグリッドに動作可能に結合するシステムが提示される。このシステムは、バルクグリッドと少なくとも１つのマイクログリッドとの間に配設された相互接続点遮断器であって、相互接続点で少なくとも１つのマイクログリッドをバルクグリッドに動作可能に結合するように構成されている相互接続点遮断器を備える。さらに、このシステムは、バルクグリッドおよび少なくとも１つのマイクログリッドに動作可能に結合される制御ユニットであって、１つまたは複数のバルクグリッド側パラメータ、および１つまたは複数のマイクログリッド側パラメータを決定し、１つまたは複数のマイクログリッド側パラメータを対応する１つまたは複数のバルクグリッド側パラメータと比較し、比較に基づいて複数の発電ユニットの各々をバルクグリッドと同期し、同期に基づいて複数の発電ユニットの各々をバルクグリッドに同時に接続するように構成されている制御ユニットを備える。
【０００７】
本開示のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むときにより良く理解されよう。この添付図面では、図面全体を通じて、同じ特徴は同じ部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本明細書の態様によるマイクログリッドをバルクグリッドに同期し再接続するシステムの概略図である。
【図２】本明細書の態様によるマイクログリッドをバルクグリッドに同期し接続する例示的な方法を表す流れ図である。
【図３】本明細書の態様による図１のシステムに使用するための制御ユニットである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
別段の定めがない限り、本明細書中に使用される科学技術用語は、本明細書が属する当業界の当業者により通常理解されるものと同じ意味を有する。本明細書に使用されるとき、用語「第１の」、「第２の」などは、何らかの順序、量、または重要性を示さず、むしろある要素を別の要素から区別するために使用される。また、用語「一つの（ａ）」および「一つの（ａｎ）」は、量の限定を示すものではなく、むしろ言及された項目が少なくとも１つ存在することを示す。用語「または（ｏｒ）」は、包括的であることが意味され、挙げた項目の１つ、いくつか、または全部を意味する。「含む、備える（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、および本明細書中のそれらの変形例を使用することは、その後に挙げられる項目、それらの同等物、および追加の項目を包含することが意図されている。用語「接続される」および「結合される」は、物理的または機械的な接続または結合に限定されず、直接または間接のいずれかで電気的な接続または結合を含むことができる。さらに、用語「回路」および「回路構成」ならびに「制御用ユニット」は、能動的および／または受動的のいずれかであるとともに記載の機能を与えるように接続されるまたはその他の方法で共に結合される単一のコンポーネントまたは複数のコンポーネントのいずれかを含むことができる。また、本明細書中に使用されるとき、動作可能に結合されるといった用語は、有線結合、ワイヤレス結合、電気的結合、磁気的結合、無線通信、ソフトウェアベースの通信、またがそれらの組み合わせを含む。
【００１０】
以下詳細に説明されるように、より小さいグリッドをバルクグリッドに接続する例示的な方法およびシステムの様々な実施形態が提示される。具体的には、より小さいグリッドをバルクグリッドに同期し接続するシステムおよび方法が提示される。より小さいグリッドは、例えば、マイクログリッド、または電気擾乱によりバルクグリッドから分断されてしまったバルクグリッドの一部であり得る。以下に提示されるシステムおよび方法を使用することは、マイクログリッドの発電資産をバルクグリッドに再接続する間、マイクログリッドおよび／またはより小さいグリッドの発電資産に何らかの悪影響を与えるのを防ぐのを助ける。
【００１１】
次に図面を見ると、図１の例として、本明細書の態様によるマイクログリッドをバルクグリッドに接続するシステムの概略図１００が提示されている。現在考えられる構成では、システム１００は、バルクグリッド１０２と、相互接続点（ＰＯＩ）遮断器１０４と、マイクログリッド１０６と、制御ユニット１０８とを備える。一実施形態では、参照符号１０３は、相互接続点（ＰＯＩ）を表し得る。ＰＯＩ１０３は、マイクログリッド１０６がバルクグリッド１０２に動作可能に結合される点を全体的に表す。ＰＯＩ遮断器１０４は、ＰＯＩ１０３にまたはＰＯＩ１０３のまわりに配設することができる。一実施形態では、バルクグリッド１０２は、複数のより小さいグリッドを含むエリア主電気グリッドであり得る。図１の例は、バルクグリッドに結合された単一のマイクログリッドを表すが、バルクグリッドに結合された複数のマイクログリッドを有するシステムも予期される。
【００１２】
用語『マイクログリッド』は、本明細書に使用されるとき、独立してまたはバルクグリッド１０２と共に動作することができるそれ自体のパワーリソース、発電機、負荷、および定めることができる境界を有する小規模電力グリッドを指すために使用される。いくらかの状況では、マイクログリッド１０６をバルクグリッド１０２から切断することが望ましい場合があり得る。そのような状況のいくつかの例は、バルクグリッド１０２内の電気擾乱、バルクグリッド１０２の停電などを含む。
【００１３】
さらに、マイクログリッド１０６は、複数の発電ユニット１１０を備えることができる。発電ユニット１１０は、電気エネルギーを発生させるように構成された複数の発電器を備えることができる。さらに、発電ユニット１１０は、複数の負荷に結合される。一例では、発電ユニット１１０は、同期発電機と、非同期発電機とを含む。また、各複数の発電ユニット１１０は、対応するスイッチ１１２を有する。全てのスイッチ１１２が閉状態にあるとき、複数の発電ユニット１１０は、単一のユニットとして振る舞う。さらに、全てのスイッチ１１２が閉状態にあるとき、複数の発電ユニット１１０は、マイクログリッド１０６を形成する。
【００１４】
マイクログリッド１０６は、時間ｔ1で、バルクグリッド１０２に結合することができ、またはバルクグリッド１０２から切断することができることに留意することができる。時間ｔ1で、マイクログリッド１０６がバルクグリッド１０２に結合される例では、時間ｔ1＋Δｔで、ある種の電気擾乱の発生により、マイクログリッド１０６をバルクグリッド１０２から切断することが望ましいものであり得る。そのようなシナリオでは、ｔ2＞ｔ1＋Δｔとした場合に、時間ｔ2で、マイクログリッド１０６をバルクグリッド１０２に再接続することが望ましい場合がある。本明細書の各態様によれば、システム１００は、マイクログリッド１０６の複数の発電ユニット１１０の各々をバルクグリッド１０２に再同期し同時に再接続するのを助ける。
【００１５】
一実施形態では、マイクログリッド１０６は、リアルタイムでバルクグリッド１０２に再接続することができる。特に、マイクログリッド１０６の発電ユニット１１０が運転中であり負荷に電力を与えるときに、マイクログリッド１０６は、バルクグリッド１０２に再接続することができる。本明細書中に上述されたようなシステム１００を実施することは、バルクグリッド１０２および／またはバルクグリッド１０２に結合された任意の他のマイクログリッドをシャットダウンすることを必要とせずに、マイクログリッド１０６がバルクグリッド１０２に再接続されることを有利に可能にする。
【００１６】
マイクログリッド１０６がバルクグリッド１０２から切断される状況では、マイクログリッド１０６は、バルクグリッド１０２から独立して運転するように構成されている。このシナリオでは、マイクログリッド１０６に対応する周波数、位相、および電圧などのマイクログリッド側パラメータは、マイクログリッド１０６の運転状態に基づいて決定される。さらに、バルクグリッド１０２に対応する周波数、位相、および電圧などのバルクグリッド側パラメータが決定され得る。いくらかのシナリオでは、バルクグリッド１０２およびマイクログリッド１０６に対応するパラメータは、マイクログリッド１０６およびバルクグリッド１０２が互いに接続されるときに決定することもできることに留意することができる。
【００１７】
一例では、ｔ2＞ｔ3＞ｔ1＋Δｔとした場合に、時間ｔ3の所与の段階でマイクログリッド１０６がバルクグリッド１０２から結合解除されるとき、バルクグリッド側パラメータのうちの１つまたは複数は、１つまたは複数のマイクログリッド側パラメータとは異なる。特に、マイクログリッド１０６に対応する電圧値、位相値、および／または周波数値は、バルクグリッド１０２に対応するそれらのものとは異なる。
【００１８】
一例では、時間段階ｔ3で、マイクログリッド１０６の周波数はｆ1であり、一方、バルクグリッド１０２に対応する周波数はｆ2であり、ただし、ｆ1はｆ2とは異なる。しかしながら、例えば時間ｔ2で、マイクログリッド１０６をバルクグリッド１０２に再接続する間に、マイクログリッド１０６に対応する周波数ｆ1がバルクグリッド１０２に対応する周波数ｆ2にほぼ等しいことを確実にすることが望ましい。より詳細には、差が最適値であるようにマイクログリッド１０６およびバルクグリッド１０２にそれぞれ対応する周波数ｆ1と周波数ｆ2の間の差を最小にすることが望ましい。一例では、マイクログリッド１０６の周波数とバルクグリッド１０２の周波数の間の差の最適値は、約０．０１Ｈｚであり得る。同様に、マイクログリッド１０６をバルクグリッド１０２に再接続する間に、マイクログリッド１０６およびバルクグリッド１０２に対応する電圧値および／または位相値の差の最適値を実現することも望ましい。マイクログリッド側パラメータが対応するバルクグリッド側パラメータにほぼ等しいシナリオは、バルクグリッド１０２に対するマイクログリッド１０６の同期された状態を表す。
【００１９】
本明細書の各態様によれば、マイクログリッド１０６およびバルクグリッド１０２に対応する周波数間の差は、マイクログリッド１０６をバルクグリッド１０２に再接続する前に、マイクログリッド１０６をバルクグリッド１０２と同期または再同期するように、マイクログリッド１０６の発電ユニット１１０に対応する１つまたは複数の入力パラメータを修正／変更することによって減少させることができる。図１の例では、制御ユニット１０８は、発電ユニット１１０に対応する１つまたは複数の入力パラメータを修正するように構成することができる。入力パラメータのいくつかの例は、発電ユニット１１０が発電器であるときに、機械的速度、場、トルク、および励弧電流を含むことができる。
【００２０】
一実施形態では、制御ユニット１０８は、アナログコントローラ、またはデジタルコントローラであり得る。別の実施形態では、制御ユニット１０８は、比例積分（ＰＩ）コントローラであり得る。さらに別の実施形態では、制御ユニット１０８は、１つまたは複数の処理ユニットと、少なくとも１つの制御アルゴリズムを実行するように構成された関連したメモリ装置とを含むことができる。本明細書に使用されるとき、用語「処理ユニット」は、当業界でコンピュータ内に備えられると呼ばれる集積回路だけを指すのではなく、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラム可能な論理コントローラ（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路、特定用途向けプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラム可能なゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、および／または任意の他のプログラム可能回路も指す。さらに、メモリ装置は、一般に、限定するものではないがコンピュータ可読媒体（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））、コンピュータ可読不揮発性媒体（例えば、フラッシュメモリ）、１つまたは複数のハードディスクドライブ、フロッピーディスク、コンパクトディスクリードオンリメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、コンパクトディスク読み／書き（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）ドライブ、光磁気ディスク（ＭＯＤ）、デジタル多目的ディスク（ＤＶＤ）、フラッシュドライブ、光学ドライブ、ソリッドステート記憶装置、および／または他の適切なメモリ素子を含むメモリ素子を備えることができる。制御ユニット１０８によって実施できる制御ステップは、図２を参照してより詳細に説明される。
【００２１】
本明細書中に上述されたようにシステム１００を実施することによって、マイクログリッド１０６をバルクグリッド１０２に再接続する前に、マイクログリッド１０６をバルクグリッド１０２と同期するのを助ける。特に、本明細書中に上述されたように、システム１００を実施することによって、マイクログリッド１０６の発電ユニット１１０がバルクグリッド１０２に同時に接続されることを可能にする。マイクログリッド１０６をバルクグリッド１０２と同期し接続する例示的な方法は、図２を参照してより詳細に説明される。
【００２２】
図２は、本明細書の態様によるマイクログリッドをバルクグリッドに同期し接続する例示的な方法を表す流れ図２００である。図２の例では、マイクログリッドをバルクグリッドに再同期し再接続する方法が提示される。図２の方法は、図１の要素に関連して説明される。
【００２３】
前述したように、いくらかのシナリオは、マイクログリッドが独立モードで運転する時間中に、マイクログリッドがバルクグリッドから切断されることを必要とする。その次に、マイクログリッドをバルクグリッドに再接続することが望ましい可能性があり、したがってマイクログリッドをバルクグリッドと再同期することが望ましい可能性がある。再同期という用語は、マイクログリッドをバルクグリッドに結合する前に、マイクログリッド１０６をバルクグリッドと同期することを指すように使用される。
【００２４】
この方法は、ブロック２０２から開始し、ただし、１つまたは複数のバルクグリッド側パラメータ、および１つまたは複数のマイクログリッド側パラメータが決定される。ステップ２０２で、マイクログリッド１０６がバルクグリッド１０２から結合解除されるときに、バルクグリッド側パラメータおよびマイクログリッド側パラメータが決定されることに留意することができる。バルクグリッド側パラメータおよびマイクログリッド側パラメータは、電圧、周波数、位相角、またはそれらの組み合わせを含む。用語『バルクグリッド側』は、本明細書に使用されるとき、バルクグリッド１０２とＰＯＩ遮断器１０４の間の点を指す。同様に、用語「マイクログリッド側」は、本明細書に使用されるとき、マイクログリッド１０６とＰＯＩ遮断器１０４の間の点を指す。一例では、バルクグリッド側パラメータおよびマイクログリッド側パラメータは、同じ時間段階で決定される。特に、バルクグリッド側パラメータおよびマイクログリッド側パラメータは、同時に決定される。
【００２５】
また、いくつかの実施形態では、バルクグリッド側パラメータおよびマイクログリッド側パラメータは、制御ユニット１０８を用いて決定される。別の実施形態では、バルクグリッド側パラメータおよびマイクログリッド側パラメータは、電圧検出装置、周波数決定装置、位相角決定装置、またはそれらの組み合わせを用いて決定される。いくらかの例では、１つまたは複数のバルクグリッド側パラメータおよび１つまたは複数のマイクログリッド側パラメータは、マイクログリッド１０６がバルクグリッド１０２に結合されるときに決定することもできることを留意することができる。
【００２６】
さらに、ブロック２０４では、マイクログリッド側パラメータのうちの１つまたは複数は、バルクグリッド側の対応するパラメータからのマイクログリッド側に対応する１つまたは複数のパラメータの偏差の発生を特定するために、バルクグリッド側パラメータのうちの対応する１つまたは複数と比較される。一例では、マイクログリッド側に対応する電圧は、バルクグリッド側に対応する電圧と比較される。同様に、マイクログリッド側に対応する位相角は、バルクグリッド側に対応する位相角と比較される。同様にして、マイクログリッド側に対応する周波数は、バルクグリッド側に対応する周波数と比較される。
【００２７】
いくらかのシナリオでは、ブロック２０４における比較に基づいて、マイクログリッド側パラメータとバルクグリッド側パラメータの間の偏差を特定することができない。このシナリオでは、マイクログリッド１０６は、バルクグリッド１０２に対して同期された状態または再同期された状態にある。特に、マイクログリッド側の電圧、周波数、および位相角が、バルクグリッド側の電圧、周波数、および位相角にほぼ等しいときに、マイクログリッド１０６は、再同期された状態にあり、またはバルクグリッド１０２と再同期させられる。そのような状況では、制御は、ブロック２１４へ渡すことができ、そこでマイクログリッド１０６は、バルクグリッド１０２に直ぐに再接続される。より詳細には、マイクログリッド１０６の複数の発電ユニット１１０の各々は、バルクグリッド１０２に同時に再接続される。
【００２８】
しかしながら、いくらかの他のシナリオでは、ブロック２０４の比較に基づいて、バルクグリッド側パラメータのうちの対応する１つまたは複数からのマイクログリッド側パラメータのうちの１つまたは複数の偏差の発生は、ブロック２０６によって示されるように、特定することができる。特に、１つまたは複数のマイクログリッド側パラメータの値が、対応する１つまたは複数のバルクグリッド側パラメータとは異なる場合、偏差が特定される。この状況では、マイクログリッド１０６の発電ユニット１１０をバルクグリッド１０２に再接続する前に、対応するバルクグリッド側パラメータからのマイクログリッド側パラメータの任意の偏差を減少させる／最小化することが望ましい。
【００２９】
本明細書の各態様によれば、ずれているマイクログリッドパラメータは、マイクログリッド１０６の発電ユニット１１０をバルクグリッド１０２に再接続する前に、対応するバルクグリッド側パラメータと再同期させられる。一実施形態では、ずれているマイクログリッドパラメータは、マイクログリッド１０６の１つまたは複数の発電ユニット１１０に対応する１つまたは複数の入力パラメータの値を修正することによって対応するバルクグリッド側パラメータと再同期させることができる。前述したように、入力パラメータのいくつかの例は、機械的速度、場、トルク、励弧電流、無効電力、および有効電力を含む。
【００３０】
したがって、ブロック２０８において、マイクログリッド１０６の複数の発電ユニット１１０に対応する１つまたは複数の入力パラメータを修正するための所望の値は、ブロック２０６で決定された偏差に基づいて決定することができる。特に、ずれているマイクログリッド側パラメータを対応するバルクグリッド側パラメータに再同期するためにマイクログリッド１０６の発電ユニット１１０に対応する１つまたは複数の入力パラメータを修正するための値は、ブロック２０８で決定することができる。
【００３１】
一実施形態では、制御ユニット１０８は、マイクログリッド１０６をバルクグリッド１０２に再接続する前に、マイクログリッド１０６とバルクグリッド１０２の再同期を助けるために、発電ユニット１１０の入力パラメータを修正する値を決定するために用いられる。したがって、ブロック２０６で決定される偏差は、制御ユニット１０８への入力として与えられ得る。制御ユニット１０８は、決定された偏差に基づいて入力パラメータを修正する値を決定するように構成されている。例によれば、発電ユニット１１０が発電器またはオルタネータである場合、機械的速度、場、トルク、および／または励弧電流などの入力パラメータを修正する値を決定することができる。
【００３２】
発電ユニット１１０に対応する１つまたは複数の入力パラメータを修正する値の決定に続いて、制御ユニット１０８は、ブロック２１０によって示されるように、１つまたは複数のマイクログリッド側パラメータと対応する１つまたは複数のバルクグリッド側パラメータとの間の決定された偏差を最適値に減少／最小化させるように構成され得る。いくつかの実施形態では、最適値は、ゼロであり得る。ブロック２０８の決定された偏差に基づいて入力パラメータを修正する値の計算、およびブロック２１０の決定された値に基づく入力パラメータの続く修正は、図３を参照して説明される。
【００３３】
次に図３を参照すると、本明細書の態様による図１のシステムに使用するための制御ユニット３００の一例が提示されている。図３は、図１〜図２のコンポーネントを参照して説明される。
【００３４】
図３の例では、制御ユニット３００は、比例積分（ＰＩ）コントローラである。また、制御ユニット３００は、比例サブユニット３０２、３０４と、加算サブユニット３０６とを備える。比例サブユニット３０２、３０４は、入力に一定値を乗じることによって比例サブユニット３０２、３０４へ送られる任意の入力を修正するように構成することができる。一例では、この入力は、バルクグリッド側の値と、同時測定から取得されるマイクログリッド側パラメータとを含む。加算サブユニット３０６は、比例サブユニット３０２、３０４から加算サブユニット３０６への入力として与えられる少なくとも２つの値を加えるように構成することができる。加えて、制御ユニット３００は、積分サブユニット３０８を備える。積分サブユニット３０８は、ある期間にわたって入力量を積分することによって積分サブユニット３０８へ与えられる任意の入力量の整数値を生成するように構成されている。
【００３５】
前述したように、制御ユニット３００は、対応するバルクグリッド側パラメータからのマイクログリッド側パラメータの偏差に基づいて、マイクログリッド１０６をバルクグリッドと再同期するために、発電ユニット１１０に対応する入力パラメータを修正する値を決定するように構成されている。また、マイクログリッド側パラメータおよびバルクグリッド側パラメータは、周波数、電圧、および／または位相角を含む。
【００３６】
図３の例では、周波数の偏差Δｆ、および位相角の偏差Δθは、比例サブユニット３０２、３０４への入力として与えられる。これらの入力は、マイクログリッド１０６の複数の発電ユニットに対応する速度などの入力パラメータを修正する値を決定するために用いられる。したがって、一実施形態では、マイクログリッド側とバルクグリッド側の間の位相角の偏差Δθは、ブロック２０６で特定される場合、この偏差Δθは、比例サブユニット３０２への入力として与えられる。同様に、マイクログリッド側とバルクグリッド側の間の周波数の偏差Δｆが、ブロック２０６で特定される場合、周波数のこの偏差Δｆは、比例サブユニット３０４への入力として与えられる。
【００３７】
図３の例では、Ｋpθは、位相角偏差に対応する比例ゲイン定数項である。特に、Ｋpθは、比例サブユニット３０２に関連している比例ゲイン定数である。さらに、比例サブユニット３０２への入力である位相角の偏差Δθは、比例ゲインＫpθによって乗じられ得る。したがって、サブユニット３０２は、位相角の偏差Δθに比例する出力値を生成する。Ｋpθの値は、マイクログリッド１０６内の発電ユニット１１０の個数などのマイクログリッド１０６の構成と共に変わることができる。
【００３８】
同様に、Ｋfは、周波数偏差に対応する比例ゲイン定数である。特に、Ｋfは、比例サブユニット３０４に関連している比例ゲイン定数である。比例サブユニット３０４への入力として与えられる位相角の偏差Δｆは、比例ゲイン定数Ｋfによって乗じられる。比例サブユニット３０４は、周波数の偏差Δｆに比例する出力値を生成する。さらに、比例サブユニット３０２、３０４からの出力値は、加算サブユニット３０６を用いて加算される。
【００３９】
また、加算サブユニット３０６からの出力は、積分サブユニット３０８へ与えられる。加算サブユニット３０６から与えられる出力は、誤差信号を表す。Ｋfθは積分サブユニット３０８に対応する積分ゲインであることに留意することができる。積分ゲインＫfθは、機械慣性Ｈiによって反転して重みがかけられ、ただし、ｉ＝１からｎであり、発電ユニット１１０の個数を表す。積分サブユニット３０８において、加算ユニット３０６からの出力は、速度変動ΔＳｐｅｅｄiを得るために処理され、ただし、ｉ＝１からｎである、ｎは発電ユニット１１０の個数を表す。
【００４０】
さらに、図３の例では、速度を修正する対応する値ΔＳｐｅｅｄiは、複数の発電ユニット１１０の各々に与えることができる。速度を修正する決定された値を受け入れると、各発電ユニット１１０は、それに応じて速度を変化させることができる。各発電ユニット１１０によるこの速度の変化／修正は、マイクログリッド１０６とバルクグリッド１０２の間の電圧、周波数、および／または位相角の偏差を最小化する／減少させるのを助ける。
【００４１】
特に、速度などの各発電ユニット１１０の入力パラメータを修正することによって、発電ユニット１１０によって生成される電気信号の電圧、周波数、および／または位相角の変化という結果になる。個々の発電ユニット１１０によって生成された電気信号の電圧、周波数、および位相角のこの変化は、マイクログリッド１０６の電圧、周波数、および位相角などのマイクログリッド側パラメータ全体の値の変化という結果になる。さらに、マイクログリッド側パラメータ全体のこの変化は、ゼロなどの最適値へ減少するようにマイクログリッド側パラメータとバルクグリッド側パラメータの間の偏差を引き起こす。また、電圧、周波数、および／または位相角の偏差のこの減少は、マイクログリッド１０６とバルクグリッド１０２の再同期を容易にする。
【００４２】
図３の例は、複数の発電ユニット１１０に対応する速度を変化せる値を決定するように構成されている制御ユニット３００を提示する。同様のやり方で、制御ユニット３００は、電圧などの１つまたは複数のマイクログリッド側パラメータの他の偏差を最小にするために、発電ユニット１１０に対応する他の入力パラメータを修正する値を決定するように構成されている。一例では、入力パラメータは、界磁巻線の励弧電流を含むことができる。したがって、各発電ユニット１１０の界磁巻線の励弧電流を修正する値は、制御ユニット３００によって決定される。その次に、発電ユニット１１０の界磁巻線の励弧電流は、マイクログリッド１０６とバルクグリッド１０２の間の電圧の値内の偏差を最小にするように修正され、マイクログリッド１０６をバルクグリッド１０２と再同期することができる。
【００４３】
さらに、制御ユニット３００は、オーバーシュートを最小にすること、定常偏差を最小にすること、同期のための時間を減少させること等などの目標の組み合わせを実現するように構成され得る。オーバーシュートを最小にすることは、発電ユニット１１０のシャフト内で任意の過剰なトルク応力を減少させるのを助ける。さらに、定常偏差を最小にすることは、再接続の前に複数の発電ユニット１１０を有するマイクログリッド１０６とバルクグリッド１０２の強化された同期を助ける。したがって、マイクログリッド１０６がバルクグリッド１０２と再接続されるときに発生する電気的な過渡状態が低減される。また、目標の組み合わせを実現するために、制御ユニット３００は、オンラインで調整されてもよい。それに応じて、制御ユニット３００のオンライン調整は、比例サブユニット３０２、３０４、および積分サブユニット３０８にそれぞれ対応する定数Ｋpθ、Ｋf、およびＫfθの値の変化を引き起こし得る。さらに、制御ユニット３００は、マイクログリッド１０６内の発電ユニット１１０の構成の任意の変更に適合するように構成されている。制御ユニット３００は発電ユニットの個数の変化などの発電ユニット１１０の構成の任意の変化に適合するように構成されているので、制御ユニット３００を用いた有効な制御動作のための任意の手動的介入がかなり低減される。
【００４４】
図２に戻って参照すると、１つまたは複数のマイクログリッド側パラメータと対応する１つまたは複数のバルクグリッド側パラメータとの間の偏差は、ブロック２１０によって示されるように、最適値に最小化される。ブロック２０８において決定された値に基づいてブロック２１０で発電ユニット１１０の入力パラメータを修正することは、１つまたは複数のマイクログリッド側パラメータと対応する１つまたは複数のバルクグリッド側パラメータとの間の偏差を減少させるのを助ける。
【００４５】
さらに、ブロック２１２では、マイクログリッド１０６の複数の発電ユニット１１０の各々は、１つまたは複数のマイクログリッド側パラメータと対応する１つまたは複数のバルクグリッド側パラメータとの間の偏差の減少に基づいてバルクグリッド１０２と再同期させられる。上述したように、この偏差は、差の最適値が実現されるように減少させられ得る。１つまたは複数のマイクログリッド側パラメータとゼロの値を有する対応する１つまたは複数のバルクグリッド側パラメータの間の偏差は、バルクグリッド１０２に対してマイクログリッド１０６の再同期された状態を表す。
【００４６】
マイクログリッド１０６がバルクグリッド１０２と同期／再同期させられると、ブロック２１４によって示されるように、複数の発電ユニット１１０の各々は、バルクグリッド１０２に同時に再接続される。一例では、各発電ユニット１１０の同時再接続は、対応するスイッチ１１２およびＰＯＩ遮断器１０４の同時閉鎖を含み得る。ＰＯＩ遮断器１０４は、第１の状態、および第２の状態を有し、第２の状態は第１の状態とは異なることに留意することができる。一例では、ＰＯＩ遮断器１０４の第１の状態は開状態であり、ＰＯＩ遮断器１０４の第２の状態は閉状態である。マイクログリッド１０６とバルクグリッド１０２の再接続を達成するために、制御ユニット１０８は、マイクログリッド１０６の複数の発電ユニット１１０をバルクグリッド１０２へ動作可能に結合するために、第１の状態から第２の状態へＰＯＩ遮断器１０４を移行するように構成されている。
【００４７】
一例では、複数の発電ユニット１１０の各々は、リアルタイムでバルクグリッド１０２に同時に再接続される。特に、複数の発電ユニット１１０の各々は、バルクグリッド１０２またはバルクグリッド１０２に接続された任意の他のマイクログリッド１０６をシャットダウンする必要なく、バルクグリッド１０２に同時に再接続される。発電ユニット１１０とバルクグリッド１０２の同時再接続の結果、マイクログリッド１０６は、バルクグリッド１０２に再接続される。方法２００は、単一のマイクログリッドとバルクグリッドの再同期および再接続に関して説明されるが、複数のマイクログリッドをバルクグリッドに再同期および再接続する方法も予見される。
【００４８】
さらに、システムによって実行され得るものなどの前述の例、デモンストレーション、およびプロセスステップは、汎用コンピュータまたは専用コンピュータなどのプロセッサベースのシステム上で適切なコードによって実施することができる。本教示の異なる実施は、異なる順序でまたはほぼ同時に、すなわち並列に、本明細書中に記載されたステップの一部または全部を実行することができることも留意されたい。さらに、機能は、限定されるものではないがＣ＋＋またはＪａｖａ（登録商標）を含む様々なプログラミング言語で実施することができる。そのようなコードは、記憶されたコードを実行するために、プロセッサベースのシステムによってアクセスできるデータ貯蔵チップ、ローカルまたはリモートハードディスク、光ディスク（すなわち、ＣＤまたはＤＶＤ）、メモリまたは他の媒体上などの１つまたは複数の有形の機械可読媒体上で記憶され得るまたは記憶するのに適合され得る。有形媒体は、命令が上に印刷されている紙または別の適切な媒体を含み得ることに留意されたい。例えば、命令は、紙または他の媒体の光学スキャンニングによって電子的に取得されてもよく、そして必要に応じて、コンパイル、解釈、または任意の適切なやり方でその他の方法で処理されてもよく、そして、データ保管庫またはメモリに記憶されてもよい。
【００４９】
２つのグリッドを相互接続するシステムおよび方法の様々な実施形態、より詳細には、マイクログリッドをバルクグリッドに再同期し再接続するシステムおよび方法が提示されている。特に、本明細書中に提示されたシステムおよび方法は、マイクログリッドに対応する複数の発電ユニットがバルクグリッドに同時に再接続されることを可能にする。マイクログリッドをバルクグリッドと再同期させることは、マイクログリッド内の発電ユニットに悪影響を与えるのを防ぐのを助ける。さらに、同時に、マイクログリッドの複数の発電ユニットをバルクグリッドに再接続することは、マイクログリッドをバルクグリッドに再接続するプロセスを簡潔にする。また、複数の発電ユニットを同時に再接続することは、マイクログリッドをバルクグリッドに再同期し再接続するための中間ステップの時間量および個数を減少させるのに役立つ。マイクログリッドをバルクグリッドに再同期し再接続するこの方法およびシステムは、任意のより小さいグリッドをバルクグリッドへ再同期し再接続する用途を見つけることもできる。
【００５０】
本発明は例示的な実施形態を参照して説明されてきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更がなされてもよく、同等物をその要素に置き換えてもよいことを当業者は理解されよう。加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく特定の状況または材料を本発明の教示に適合させるように多くの修正がなされてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１００  システム
１０２  バルクグリッド
１０３  相互接続点（ＰＯＩ）、
１０４  相互接続点（ＰＯＩ）遮断器、ＰＯＩ遮断器
１０６  マイクログリッド
１０８  制御ユニット
１１０  発電ユニット
１１２  スイッチ
３００  制御ユニット
３０２  比例サブユニット
３０４  比例サブユニット
３０６  加算サブユニット
３０８  積分サブユニット
【図１】
2018033295.tif 000003
【図２】
2018033295.tif 000004
【図３】
2018033295.tif 000005
【外国語明細書】
2018033295000001.pdf