(57)【要約】ＤＣ電力をＡＣ電力に変換するためのシステム、方法、および装置を開示する。システムは、配電システムの位相に連結し、同期信号を提供するマスタコントローラを含み、配電システムの位相は、相電圧を有する。システムはまた、複数の対応する可変ＡＣ電圧が複数の直列接続可能電力変換器によって生成され、集合的に、複数の対応する可変ＡＣ電圧が相電圧を合計するように、同期信号を受信して、複数の太陽光発電パネルのうちの対応する１つからの可変ＤＣ電圧を可変ＡＣ電圧に変換するために使用する、複数のＤＣ−ＡＣ直列接続可能電力変換器を含み、直列接続可能電力変換器の各々は、同期信号に応答して、複数の対応する可変ＡＣ電圧が同相であるように、可変ＡＣ電圧を制御する。
2013540417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＣ電力をＡＣ電力に変換するためのシステムであって、
該システムは、
配電システムの位相レグに連結し、同期信号および電力制御信号を提供するマスタコントローラであって、該配電システムの該位相レグは、相電圧を有する、マスタコントローラと、
１つの列に直列に配設された複数のＤＣ−ＡＣ直列接続可能電力変換器と
を備え、該ＤＣ−ＡＣ直列接続可能電力変換器の各々は、該同期信号および該電力信号を受信、および使用して、複数の太陽光発電モジュールのうちの対応する１つからの可変ＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換することにより、複数の対応するＡＣ電圧が該複数の直列接続可能電力変換器によって生成され、集合的に該複数の対応するＡＣ電圧が該相電圧を合計し、該直列接続可能電力変換器の各々は、該同期信号に応答して、該複数の対応する可変ＡＣ電圧が全て同相であるように、該ＡＣ電圧を制御する、システム。
【請求項２】
前記直列接続可能電力変換器の各々は、
ＤＣ入力側であって、該ＤＣ入力側は、前記複数の太陽光発電モジュールのうちの対応する１つによって印加されるＤＣ電圧に連結する端子を含む、ＤＣ入力側と、
ＡＣ出力側であって、該ＡＣ出力側は、該ＤＣ電圧のレベルに基づいているＡＣ電圧を印加する端子を含む、ＡＣ出力側と、
該同期信号および該電力信号を受信する受信機と、
電力変換構成要素であって、該電力変換構成要素は、該複数の太陽光発電モジュールのうちの該対応する１つによって印加されるＤＣ電位を該ＡＣ電圧に変換し、電圧を制御する、電力変換構成要素と、
コントローラであって、該コントローラは、該受信された同期信号および該電力信号に応答して、該電力変換構成要素を制御する、コントローラと
を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記列の長さは、前記ＡＣ電圧の公称個別電圧および全体的な相電圧の比によって決定される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記直列接続可能電力変換器の複数の列が組み合わされる、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記組み合わされた列は、前記位相レグに接続される、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記組み合わされた列は、単相・中立の印加電圧にわたって接続される、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記組み合わされた列は、分割単相の印加電圧にわたって接続される、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
複数組の組み合わされた列は、多相システムの中のそれぞれの位相に接続される、請求項４に記載のシステム。
【請求項９】
前記組み合わされた列は、前記多相システムのライン・中立相間電圧にわたって接続される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記組み合わされた列は、前記多相システムのライン間相電圧にわたって接続される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
ＤＣ−ＡＣ直列接続可能電力変換器であって、
該電力変換器は、
ＤＣ入力側であって、該ＤＣ入力側は、複数の太陽光発電モジュールのうちの対応する１つによって印加されるＤＣ電位に連結する端子を含む、ＤＣ入力側と、
ＡＣ電圧を印加する端子を含むＡＣ出力側と、
同期信号および電力信号を受信する受信機と、
電力変換構成要素であって、該電力変換構成要素は、複数の太陽光発電モジュールのうちの該対応する１つによって印加される該ＤＣ電位を該ＡＣ電圧に変換する、電力変換構成要素と、
コントローラと
を備え、該コントローラは、該受信された同期信号および該電力信号に応答して、該電力変換構成要素を制御することにより、該ＡＣ電圧の位相が該同期信号と同期化され、該ＤＣ−ＡＣ直列接続可能電力変換器から出力される電力レベルが該電力信号と一致する、電力変換器。
【請求項１２】
前記電力変換構成要素は、前記コントローラが前記受信機において受信される無効電力潮流信号を受信すると、該コントローラに応答して無効電力潮流を提供するように構成される、請求項１１に記載のＤＣ−ＡＣ直列接続可能電力変換器。
【請求項１３】
同期情報は、共通モード信号によって提供され、該共通モード信号は、監視コントローラによって伝送され、前記受信機によって受信される、請求項１１に記載のＤＣ−ＡＣ直列接続可能電力変換器。
【請求項１４】
ライン出力ＡＣバイパスコンデンサを含み、該ライン出力ＡＣバイパスコンデンサは、前記ＤＣ−ＡＣ直列接続可能電力変換器を通した前記同期信号の伝送を可能にする、請求項１３に記載のＤＣ−ＡＣ直列接続可能電力変換器。
【請求項１５】
前記受信機は、提供された信号用接地に関する前記共通モード信号を介して、前記同期情報を受信する、請求項１３に記載のＤＣ−ＡＣ直列接続可能電力変換器。
【請求項１６】
前記受信機は、位相情報を受信し、前記コントローラは、該位相情報に基づいて前記電力変換構成要素を制御することにより、有効および無効電力制御を提供する、請求項１１に記載のＤＣ−ＡＣ直列接続可能電力変換器。
【請求項１７】
前記電力変換構成要素は、電流源変換構成要素であり、該電流源変換構成要素は、正弦二乗出力関数の履歴変調を使用するリアルタイム電力調節ループを使用して、他のＤＣ−ＡＣ直列接続可能電力変換器と直列に配置されてもよく、該正弦二乗出力関数は、同期化合成電圧基準正弦、位相電流基準正弦、およびリアルタイム最大電力点追尾条件に基づく電力スケーリング係数の積である、請求項１１に記載のＤＣ−ＡＣ直列接続可能電力変換器。
【請求項１８】
前記電力変換構成要素は、電圧源変換器である、請求項１１に記載のＤＣ−ＡＣ直列接続可能電力変換器。
【請求項１９】
前記電圧源変換器は、静止基準枠内において動作する制御部分を含む、請求項１８に記載のＤＣ−ＡＣ直列接続可能電力変換器。
【請求項２０】
前記電圧源変換器は、同期基準枠内において動作する制御部分を含む、請求項１８に記載のＤＣ−ＡＣ直列接続可能電力変換器。
【請求項２１】
前記制御部分は、パルス幅変調を利用して、前記電圧源変換器を制御する、請求項２０に記載のＤＣ−ＡＣ直列接続可能電力変換器。
【請求項２２】
ＤＣ電力をＡＣ電力に変換するための方法であって、
該方法は、
複数のＤＣ−ＡＣ電力変換器の各々のＡＣ出力を、該ＤＣ−ＡＣ電力変換器のうちの他のものと直列に配設することと、
該ＤＣ−ＡＣ電力変換器の各々において、同期信号を受信することと、
該同期信号を使用して、該ＤＣ−ＡＣ電力変換器の各々を用いてＤＣ電力をＡＣ電力に変換することであって、その結果、該ＤＣ−ＡＣ電力変換器によって出力されるＡＣ電圧が同相である、ことと、
該ＡＣ電力を配電システムの位相レグに印加することであって、該配電システムの該位相レグに印加される全電圧は、該ＤＣ−ＡＣ電力変換器によって出力される該ＡＣ電圧の合計に等しい、ことと
を含む、方法。
【請求項２３】
前記配電システムの位相における感知された電圧のゼロ交差に応答して、前記同期信号を生成することと、
該同期信号を前記ＤＣ−ＡＣ電力変換器に伝送することと
を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記ＤＣ−ＡＣ電力変換器の各々によって受けられる前記印加された対地電圧は、単に、直列接続された列の中におけるその位置および印加された相電圧だけの関数である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
電気絶縁変圧器を使用することなく、複数のＤＣ−ＡＣ電力変換器の各々の前記ＡＣ出力を、該ＤＣ−ＡＣ電力変換器のうちの他のものと直列に配設することを含む、請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（優先権）
本願は、米国仮特許出願第６１／３９３，９８７号（名称「ＳＹＳＴＥＭ，ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＡＣ  ＧＲＩＤ  ＣＯＮＮＥＣＴＩＯＮ  ＯＦ  ＳＥＲＩＥＳ−ＣＯＮＮＥＣＴＥＤ  ＰＨＯＴＯＶＯＬＴＡＩＣ  ＩＮＶＥＲＴＥＲＳ」、２０１０年１０月１８日出願）の優先権を主張する。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、概して、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換するための装置および方法に関し、より具体的には、電気エネルギーへのより効率的および／または効果的な太陽エネルギーの変換のための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
（発明の背景）
太陽光発電（ＰＶ）システムを使用した電気エネルギーへの光エネルギーの転換は、長年知られており、これらの太陽光発電システムは、住宅、商業、および産業用途において、ますます実装されつつある。過去数年にわたって、これらの太陽光発電システムに対して、それらの有効性および効率を向上させるために、開発および改良が行われてきたが、太陽光発電システムをより経済的に実行可能にするために、太陽光発電システムの有効性および効率の継続的改良が模索されている。
【０００４】
太陽光発電システムは、一般的には、いくつかある構成要素の中でも、太陽光発電モジュールおよび電力変換器を含む。太陽光発電システムがＡＣ配電網に接続される場合において、電力変換器は、ＤＣからＡＣへ電力を反転させる。これらのデバイスまたはインバータは、単一の太陽光発電モジュールに接続するのに十分小さいものから、数千ものモジュールからの電力を処理することが可能なものに及ぶ、広範囲のサイズで利用可能である。太陽光発電システムの特定の特性に最適である、インバータのサイズが選択されてもよい。
【０００５】
既存の太陽光発電インバータは、サイズにかかわらず、他の配電網に接続されたデバイスで行われるように、並列または分路接続でＡＣ配電網に接続する。並列配電網接続は、一定の電圧を接続されたデバイスに提供し、接続されたデバイス間でほぼ完全な独立を提供する。
【０００６】
太陽光発電システム設計は、システム費用を削減しようと努力して、継続的に進化している。この理由により、太陽光発電の電力伝達および変換動作の現在の設計および方法に対する代替案が模索されている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のいくつかの側面は、ＤＣ電力をＡＣ電力に変換するためのシステムとして特徴付けられてもよい。システムは、配電システムの位相レグに連結し、同期信号および電力制御信号を提供する、マスタコントローラを含んでもよく、配電システムの位相レグは、相電圧を有する。加えて、システムは、一列に直列で配設された複数のＤＣ−ＡＣ直列接続可能電力変換器を含み、ＤＣ−ＡＣ直列接続可能電力変換器の各々は、複数の対応するＡＣ電圧が複数の直列接続可能電力変換器によって生成され、集合的に、複数の対応するＡＣ電圧が相電圧を合計するように、同期信号および電力信号を受信し、複数の太陽光発電モジュールのうちの対応する１つからの可変ＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換するために使用し、直列接続可能電力変換器の各々は、同期信号に応答して、複数の対応する可変ＡＣ電圧が全て同相であるように、可変ＡＣ電圧を制御する。
【０００８】
他の実施形態では、本発明は、複数の太陽光発電モジュールのうちの対応する１つによって印加されるＤＣ電圧に連結する端子を含む、ＤＣ入力側と、ＡＣ電圧を印加する端子を含む、ＡＣ出力側と、同期信号および電力信号を受信する受信機とを含む、ＤＣ−ＡＣ直列接続可能電力変換器として特徴付けられてもよい。ＤＣ−ＡＣ直列接続可能電力変換器はまた、複数の太陽光発電モジュールのうちの対応する１つによって印加されるＤＣ電位をＡＣ電圧に変換する、電力変換構成要素と、ＡＣ電圧の位相が同期信号と同期化され、ＤＣ−ＡＣ直列接続可能電力変換器から出力される電力レベルが電力信号と一致するように、受信した同期信号および電力信号に応答して、電力変換構成要素を制御するコントローラとを含む。
【０００９】
いくつかの実施形態と一致して、本発明は、ＤＣ電力をＡＣ電力に変換するための方法として特徴付けられてもよい。方法は、複数のＤＣ−ＡＣ電力変換器の各々のＡＣ出力を、ＤＣ−ＡＣ電力変換器のうちの他のものと直列に配設するステップと、ＤＣ−ＡＣ電力変換器の各々において、同期信号を受信するステップと、ＤＣ−ＡＣ電力変換器の各々を用いて、ＤＣ−ＡＣ電力変換器によって出力されるＡＣ電圧が同相であるように、同期信号を使用して、ＤＣ電力をＡＣ電力に変換するステップと、ＡＣ電力を配電システムの位相レグに印加するステップとを含み、配電システムの位相レグに印加される全電圧は、ＤＣ−ＡＣ電力変換器によって出力されるＡＣ電圧の合計に等しい。
【００１０】
本発明の種々の目的および利点ならびにより完全な理解は、類似または同様の要素が、いくつかの図の全体を通して同一の参照数字で指定される、添付図面と併せて解釈された時に、以下の発明を実施するための形態および添付の請求項を参照することによって、明白であり、より容易に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、従来技術で公知であるように、それぞれのＤＣ出力において接続される、直列接続された太陽光発電モジュールを図示する概略図である。
【図２】図２は、従来技術で公知であるように、並列に配設された太陽光発電モジュールを図示する概略図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明のいくつかの実施形態に従って動作する直列接続可能ＤＣ−ＡＣ変換器を含む、例示的なシステムを図示する概略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、直列接続可能ＤＣ−ＡＣ変換器の例示的実施形態を図示するブロック図である。
【図４】図４は、図３Ａおよび３Ｂを参照して説明されるＤＣ−ＡＣ変換器を実装するために利用され得る、直列接続可能ＤＣ−ＡＣ変換器の例示的実施形態の概略図である。
【図５】図５は、図３Ａおよび３Ｂを参照して説明されるＤＣ−ＡＣ変換器を実装するために利用され得る、直列接続可能ＤＣ−ＡＣ変換器の別の例示的実施形態の概略図である。
【図６】図６は、図３、４、および５を参照して説明される制御構成要素を実現するために利用され得る、例示的な制御構成要素を図示するブロック図である。
【図７】図７は、図３Ａおよび３Ｂを参照して説明されるＤＣ−ＡＣ変換器を実装するために利用され得る、直列接続可能ＤＣ−ＡＣ変換器のさらに別の例示的実施形態の概略図である。
【図８】図８は、図７で図示される制御部分の例示的実施形態を図示するブロック図である。
【図９】図９は、図７で図示される制御部分のさらに別の例示的実施形態を図示するブロック図である。
【図１０】図１０は、図７で図示される制御部分のさらに別の例示的実施形態を図示するブロック図である。
【図１１】図１１Ａおよび１１Ｂは、それぞれ、図３Ａを参照して説明される監視伝送機の一部として実装され得る、伝送機部分の構成要素を図示するブロック図、および伝送機部分によって生成され得る同期パルスである。
【図１２】図１２Ａおよび１２Ｂは、それぞれ、例示的な同期受信機の構成要素を図示するブロック図、および同期受信機を用いて受信されて復号され得る同期パルスである。
【図１３】図１３は、監視伝送機をＡＣ配電システムに連結するための例示的な配設を図示するブロック図である。
【図１４】図１４Ａおよび１４Ｂは、それぞれ、単相実装のフェーザ図および例示的な構成である。
【図１５】図１５Ａおよび１５Ｂは、それぞれ、分割単相実装のフェーザ図および例示的な構成である。
【図１６】図１６Ａおよび１６Ｂは、それぞれ、３相ワイ実装のフェーザ図および例示的な構成である。
【図１７】図１７Ａおよび１７Ｂは、それぞれ、３相デルタ実装のフェーザ図および例示的な構成である。
【図１８】図１８は、本明細書で開示される実施形態と関連して検討され得る、例示的な方法を図示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
配電網に接続される発電容量は、同期機、誘導機、およびインバータ等の電力工学ベースのデバイスを含む、種々のデバイスタイプを含む。これらのそれぞれのデバイスタイプは、多種多様な特性を含有する。例えば、原動機に接続された同期機は、理想的な電圧源と非常に類似の挙動をする一方で、電流源と特徴が同様である。しかしながら、１つの特性においてそれらは同一であり、それは、全てが配電網に並列に接続されるということである。
【００１３】
並列接続は、同期機またはインバータを操作するために必要な関連組み込む同期情報とともに、電圧の恒常性を提供する。この並列接続配設は、蒸気タービンおよびガスタービンから風力および太陽光発電までの全ての発電源に使用される。
【００１４】
太陽光発電システムは、製造業者によってパネルと呼ばれることもあるモジュールにパッケージ化された太陽電池を含む。次いで、モジュールは、現場で設置される。ＡＣ配電網発電並列接続の前述の方法と違って、図１に示されるように、直列に太陽光発電モジュールのＤＣ出力を接続することが最も経済的である。この直列接続は、モジュールの比較的低い出力電圧が、インバータによって必要とされる、より使用可能な電圧に積層されることを可能にする。直列接続はまた、全てのワイヤが同じ電流を搬送せざるを得ないため、一列で使用されるワイヤの最適な使用も可能にする。さらに、ワイヤ口径が、この電流のために適切にサイズ決定されることが想定される。
【００１５】
パネルを列に積層することなく、または列によって生成されるより高いＤＣ電圧を伴わずに、１つ以上の並列太陽光発電モジュールおよびインバータ電力をＡＣ配電網に搬送することが可能である太陽光発電変換機器の種類が存在している。そのようなデバイスは、図２に示されるように、モジュールのＡＣ配電網接続を並列に配置する。これらのデバイスは、モジュールレベルまでの高度に精密なデータ報告、ならびに陰および他の放射照度非対称源がアレイに提示されるような要求の厳しい用途に適切である個別化された最大電力点追尾等の種々の利益を得る。この並列接続された配設の欠点は、低い値のＤＣ電圧をはるかに高いＡＣ配電網電圧に効率的に変換することの困難を含む。加えて、並列の列から電力を収集するために使用されるＡＣワイヤは、一様に負荷を受けない。導体の最適化された使用を可能にするために、並列の列の長さにわたって収集ワイヤの口径を段階的に変えることが可能であるが、これはしばしば実用的ではないか、または規制基準によって許可されない。
【００１６】
したがって、出願人らは、高電圧比のＤＣ−ＡＣ電力および利用不足の導体という欠点を回避しながら、個別化されたデータ報告および個別化されたモジュール最大電力点操作の利益を提供することが可能であるデバイスを作成することが望ましいことを見出した。
【００１７】
出願人らは、出力のＡＣ側でＡＣ発電源を直列に接続することに関連した種々の困難があることを見出した。第１に、直列接続されたＡＣ発電源の動作は、印加された配電網相電圧をデバイス自体から遮蔽する傾向がある。これは、任意のＡＣ配電網に接続された発電源が要求するものが、印加された相電圧と同一の逆電圧を生成する能力であるので、特に問題となる。この状態で動作する発電機は、いずれの電流も送達せず、拡大解釈すれば、実電力または無効電力を送達しない。回転機械であろうとインバータ等の電力工学デバイスであろうと、発電機が、この整合した逆電圧状態から逸脱するときに、結果として、電流および電力流がもたらされる。発電機がＡＣ実用電圧またはその組み込み情報の少なくとも一部分を受けることを妨げられた場合には、逆電圧の生成が可能ではない。このことから、いくつかの課題が生じる。第１に、全ての直列接続された発電源への必要な配電網相電圧情報の配布、第２に、必要な逆電圧ならびに関連する所望の実電力および無効電力のリアルタイム生成に適切であるデバイストポロジーおよび制御の適用である。
【００１８】
回転機械であろうとインバータであろうと、並列接続された発電機は、規模および位相という位相パラメータのほぼ分断化を伴って動作する。より単純には、生成された逆電圧の規模が、送達された無効電力と強く関連付けられる一方で、生成された逆電圧の位相は、印加された配電網電圧に対して、送達された実電力と強く関連付けられる。
【００１９】
直列接続された発電デバイスの列を用いると、集団列は同様に動作するが、個々のＡＣ発電源はそうではない。個別に、ＡＣ発電源の各々は、単独で全体的な印加された相電圧を決定することができない。出力電圧を上昇させることによって、直列接続されたインバータの出力電力を増加させ得る可能性が当然ながらあるが、そのような一連の措置は、列の集団逆電圧および無効電力潮流の規模を変化させるという意図しない結果を伴う。
【００２０】
次に、図３Ａを参照すると、本発明のいくつかの実施形態に従って動作する例示的なシステム３００が示されている。示されるように、この実装では、いくつかの直列接続可能ＤＣ−ＡＣ変換器３０２（本明細書では直列接続可能インバータ３０２とも呼ばれる）は、それらの出力３０７のＡＣ側で直列に接続され、かつ列３０４に配設され、いくつかの列３０４の各々は、監視コントローラ３１４およびＡＣ本線に連結される出力３１０、３１２を提供するように列３０４のうちの他のものと並列に配設される。この実施形態でのＤＣ−ＡＣ変換器３０２の各々は、太陽光発電モジュール３０３（１つ以上のパネルを含んでもよい）に連結され、集合的に、ＤＣ−ＡＣ変換器３０２および対応する太陽光発電モジュール３０３は、ＡＣ発電源３０５を形成し、したがって、各列３０４は、いくつかの直列接続されたＡＣ発電源３０５を含む。太陽光発電モジュール３０３は、例えば、２４Ｖパネルを含んでもよいが、他のパネル電圧が当然ながら利用されてもよい。この実施形態でのＡＣ発電源３０５の合計は、ＡＣ配電システム（例えば、ＡＣ配電網）上の電圧である。そして本明細書でさらに論議されるように、代替的な３相構成では、列３０４は、デルタおよびワイ構成で配設されてもよい。
【００２１】
次に図３Ｂを参照すると、図３Ａで図示されるＤＣ−ＡＣ変換器３０２を実現するために使用され得る直列接続可能ＤＣ−ＡＣ変換器３０２（本明細書では直列接続可能インバータとも呼ばれる）の例示的実施形態を図示するブロック図が示されている。図示されるように、電力変換構成要素３１７は、同期受信機構成要素３１９に連結される、コントローラ３２１に連結される。電力変換構成要素３１７は、概して、その入力におけるＤＣ電力をその出力におけるＡＣ電力に変換するように構成され、コントローラ３２１からの制御信号に応答して、電力変換構成要素３１７は、他のＤＣ−ＡＣ変換器から出力されるＡＣ電圧と同相であるＡＣ電圧で、その出力における電力を印加するように適合される。加えて、電力変換構成要素３１７の多くの実施形態はまた、規模が異なってもよいＡＣ電圧を印加し、最大電力点追尾技法を使用して電力を印加するように構成される。電力変換構成要素３１７の例示的実施形態の種々の詳細は、図４、５、および７を参照して説明される。
【００２２】
コントローラ３２１は、概して、同期受信機３１９において受信される同期情報に応答して、電力変換構成要素３１７のＡＣ出力が他のＤＣ−ＡＣ変換器のＡＣ出力と直列に連結されてもよいように、電力変換構成要素３１７の動作を制御する。コントローラ３２１の例示的実施形態は、図６および８、９、および１０を参照して説明され、同期受信機３１９の例示的実施形態は、図１２Ａを参照して論議される。
【００２３】
（例えば、監視コントローラ３１４から）同期受信機３１９に提供される同期信号は、いくつかの復号可能な情報を含んでもよい。例えば、動作停止情報が、孤立事象（例えば、直列接続可能ＤＣ−ＡＣ変換器３０２に接続される公共施設が故障を被る）中に、または直列接続可能ＤＣ−ＡＣ変換器３０２が単純にオフにされたときに、同期受信機３１９に送信されてもよい。加えて、（例えば、無効電力を提供する）電力、タイミング、および位相情報もまた、同期信号とともに受信されてもよい。電力情報は、（例えば、電力削減の場合に）直列接続可能ＤＣ−ＡＣインバータ３０２から出力される電力を削減するために使用され得る最大電力信号であってもよい。多くの実装でのタイミング情報は、（監視コントローラ３１４が連結される位相接続上の）ＡＣ配電システム上のゼロ交差を示し、位相情報は、直列接続可能ＤＣ−ＡＣインバータ３０２のＡＣ出力における電流と電圧との間の所望の位相を含んでもよい（例えば、変換器３０２のいくつかの実施形態は、位相情報に応答して無効電力を制御することができる）。当業者であれば理解するように、同期信号のための媒体は、有線通信、ＲＦリンク、電力線搬送技術、および光学リンクを含んでもよい。
【００２４】
図３Ａにおいて図示されていないが、直列接続可能変換器３０２はまた、対応するパネル３０３またはその内部構成要素の健全性を監視伝送機３１４に折り返し報告する報告機構を含んでもよい。
【００２５】
次に図４を参照すると、それは、図３Ａおよび３Ｂを参照して説明される直列接続可能変換器３０２を実装するために利用され得る直列接続可能変換器４０２の例示的実施形態の概略図である。図示されるように、直列接続可能変換器４０２は、水平同期化電流源Ｈブリッジ４２２に給電する、リアルタイム電力制御モードで操作される調節されたバックコンバータ４２０を含む。この実施形態では、図３Ｂで図示される電力変換構成要素３１７は、電流源Ｈブリッジ４２２と接続したバックコンバータ４２０によって実現される。また、制御構成要素４２１が電力についてバックコンバータ４２０を調節することを可能にするように、バックレギュレータ４２０の出力において得られる、ＤＣ電圧（Ｖｄｃ）および電流（Ｉｄｃ）測定も図示されている。そして、（Ｈブリッジ４２２の出力における）ＡＣ電圧（Ｖａｃ）および電流（Ｉａｃ）測定は、同期受信機４１９において受信される同期情報に関連して、制御構成要素４２１が、Ｈブリッジ４２２の切替を制御して、ＶａｃをＡＣ配電システムおよび他の直列接続可能変換器４０２の出力を同期させることを可能にする。
【００２６】
出願人らは、リアルタイム逆電圧を産生することが、真の電流源に挙動が非常に近いものであることを見出した。電流源は、印加されるものと同一の逆電圧を自然に産生する。この制約の困難性は、電流源デバイスが直列に接続されることを「好まない」ことである。そして出願人らが図４で図示される実施形態で克服したいくつかある障害の中でも、出願人らは、直列に接続することができ、集団または列３０４の配設で動作する電流源挙動を呈する、電流源デバイスに辿り着いた。
【００２７】
この実施形態では、バックコンバータ４２０の負荷サイクルが、Ｈブリッジ４２２に提供される、その出力における電力を調節するように（制御部分４２１によって）制御される。そしてＨブリッジ４２２は、制御部分４２１に応答して、バックコンバータ４２０から出力される電力をＡＣ電力に変換する。明確にするために、制御構成要素４２１とバックコンバータ４２０との間の接続、制御部分４２１とＨブリッジ４２２との間の接続、ならびに電圧および電流測定（Ｖｄｃ、Ｉｄｃ、Ｖａｃ、Ｉａｃ）と制御部分４２１との間の接続は省略されている。
【００２８】
次に図５を参照すると、それは、電力調節段階を通して双方向電力潮流を提供することが可能である直列接続可能変換器５０２の別の実施形態の概略図である。直列接続可能変換器５０２の双方向側面は、実電力に加えて、消費または生成無効電力の送達を可能にする。この例示的な直列接続可能変換器５０２は、周期的な同期信号、ならびにＡＣ配電システムの位相接続にわたって接続する監視コントローラ３１４から伝送される有効および無効制御情報（符号化されてもよい）を利用する。
【００２９】
示されるように、変換器５２０は、直列接続可能変換器５０２が双方向電力を提供することを可能にするように制御される４つのスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、およびＳ４を含む。例示的実施形態では、直列接続可能変換器５０２が実電力を提供しているときに、Ｓ４は常にオンであり、Ｓ１の切替は、反転ブリッジ５２２への第１の入力５３０が正であり、反転ブリッジ５２２への第２の入力５３２が負であるように変調される。そして対照的に、無効電力を提供するときに、Ｓ２は常にオンであり、Ｓ３の切替は、少なくとも部分的にコンデンサＣ１によって貯蔵される電力潮流を反転させるために、反転ブリッジ５２２への第１の入力５３０が負であり、反転ブリッジ５２２への第２の入力５３２が正であるように変調される。
【００３０】
動作中に、制御部分５２１は、（例えば、電力率調整を提供するように）無効電力を印加することが望ましいときに開始されてもよい（例えば、監視コントローラ３１４からの）通信に応答して、電力潮流の方向を変化させるように、（例えば、同期受信機５１９を介して）信号を受信する。コンデンサＣ１は、二重層コンデンサによって実現されてもよく、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、および反転ブリッジ５２２の中のスイッチは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）デバイスによって実現されてもよい。しかしながら、図５の図示した構成要素は一般的性質で図示されていることが認識されるべきであり、当業者であれば、本開示を考慮して、構成要素（例えば、スイッチ）が種々の異なる技術（例えば、サイリスタ、窒化ガリウムデバイス、シリコン制御整流器（ＳＣＲ）、およびＩＧＢＴを含む）によって実装されてもよいことを認識するであろう。そして図示されていないが、当業者であれば、接地基準が基準電位として使用されてもよく、かつ安全の目的で使用されてもよいことも理解するであろう。
【００３１】
同期受信機５１９に提供される同期信号は、いくつかの復号可能な情報を含んでもよい。例えば、動作停止情報が、孤立事象（例えば、直列接続されたインバータが連結される公共施設が故障を被る）中に、または直列接続可能インバータ５０２が単純にオフにされたときに、同期受信機５１９に送信されてもよい。加えて、タイミングおよび位相情報も受信されてもよい。タイミング情報は、ＡＣ配電システム上のゼロ交差を示してもよく、位相情報は、電流と電圧との間の所望の位相を含んでもよい。同期信号のための媒体は、有線通信、ＲＦリンク、電力線搬送技術、および光学リンクを含んでもよい。
【００３２】
次に図６を参照すると、それは、図３、４、および５を参照して説明される制御構成要素３２１、４２１、５２１を実現するために利用され得る、例示的な制御構成要素６２１を図示するブロック図である。図示されるように、（例えば、本来は監視コントローラ３１４から導出される）同期情報を伝え、位相ロックループ（ＰＬＬ）６３２（配電網の周波数（例えば、６０Ｈｚ）に固定し、正弦および余弦関数の角度を提供する）と接続した同期パルス６３０が、（例えば、同期受信機３１９、４１９、５１９から）受信され、ＡＣ配電電圧を表す正規化基準電圧正弦信号６３４が生成され、ＡＣ配電電流を表す正規化基準電流信号６４０が生成される。
【００３３】
図示した実施形態では、位相制御情報６３６（例えば、暗号化された位相制御情報）もまた、同期受信機から（例えば、同期受信機３１９、４１９、５１９から）受信され、ＰＩ構成要素６３８は、無効電力計算構成要素６６０からのフィードバックとともに、位相オフセットを提供して、電圧基準に対して位相を合わせられても合わせられなくてもよい電流を表す第２の正弦基準６４０を生成する。２つの基準信号は、正規化リアルタイム電力送達信号を表す正弦二乗関数を生成するように乗算器６４２によって乗算される。次いで、乗算器６４４は、正弦二乗関数を、最大電力点制御６４６構成要素から出力される電力レベル係数で乗算し、それは種々の既知の（例えば、「摂動および観察」）技法およびまだ開発されていない技法によって実現されてもよい。次いで、結果として生じる電力制御機能は、電力調節構成要素（例えば、構成要素４２０、５２０）を操作するヒステリシスコントローラ６５２に伝えられる前に、ｕｐ／ｄｎシフトレジスタ６５０によって処理される。反転ブリッジ４２２、５２２の切替構成要素の切替は、第２の正弦基準６４０からの制御信号６４１（位相電流の流れを示す）を使用して、（ＡＣ配電システムの）位相電流の流れに同期され、電力は、直列に接続された任意の数の他の直列接続可能変換器と連携して反転させられる。
【００３４】
次に図７を参照すると、それは、電圧源変換器を利用する直列接続可能変換器７０２の別の実施形態の概略図である。図７を参照しながら、図７で図示される制御部分７２１の実施形態を図示するブロック図である、図８、９、および１０も参照する。当業者であれば、図８、９、１０で図示される構成要素は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組み合わせによって実現され得ることを理解するであろう。そして図示されていないが、当業者であれば、図７において図示される直列接続可能変換器は、当業者に公知である種々の最大電力点レギュレータのうちのいずれか１つによって実現され得る最大電力点追尾（ＭＰＰＴ）構成要素を、その入力において含んでもよいことを容易に理解するであろう。したがって、ＭＰＰＴの付加的な詳細は、明確にするために本明細書では提供されていない。
【００３５】
図８を参照すると、コントローラ８２１が電流を表す単一の基準正弦信号を生成するために利用されてもよい、同期パルス８３０および所望のライン電流位相情報Ｑ＊を監視伝送機（例えば、監視伝送機３１４）から受信する。より具体的には、同期パルス８３０は、ゼロから２ｐｉまでの反復平滑傾斜を生成して、正規化正弦基準信号８４０を生成するために同期パルス８３０を利用する位相ロックループ（ＰＬＬ）８３２によって受信される。しかし、正規化正弦基準信号８４０は、（図７に示される）電流（Ｉａｃ）および電圧（Ｖａｃ）の測定に基づいて無効電力計算構成要素８６０によって計算される、所望の電流位相情報Ｑ＊と計算された電流位相情報Ｑとの間の差に基づいて、比例積分器８３８からの位相オフセットを伴って付与される。したがって、計算された電流位相情報Ｑは、出力電圧（Ｖａｃ）に対する出力電流（Ｉａｃ）の実際の位相を示す。
【００３６】
示されるように、次いで、正規化正弦基準信号８４０は、最大電力点（ＭＰＰ）論理８４６から出力される出力係数で、乗算器８４４によって乗算される。次いで、乗算器８４４によって出力される、結果として生じる電力制御機能は、ヒステリシスコントローラ８５２に伝えられる前にｕｐ／ｄｎシフトレジスタ８５０によって処理される。示されるように、ヒステリシスコントローラ８５２は、送達された電力を表す信号８５９を受信し、信号８５９は、高速フィードバック電流（Ｉａｃ）に、低域通過フィルタ８５６と接続した絶対値構成要素８５４によって生成されるＡＣ端子電圧（Ｖａｃ）の局所振幅平均を掛けることによって、生成される。次いで、この信号８５９は、ヒステリシス電流制御への高速フィードバックとして使用される。
【００３７】
次に図９を参照すると、それは、図７で図示される制御部分７２１を実装するために使用され得る、制御部分９２１の別の例示的実施形態を図示するブロック図である。この実施形態で示されるように、ＡＣ配電システムと同期される、同期パルス９３０が、ゼロから２ｐｉまでの平滑傾斜を生成し、次いで、（例えば、鋸歯状に）リセットする、ＰＬＬ９３２によって受信される。加えて、無効設定点情報Ｑ＊９３６が受信され、任意の電力制限コマンド９４７も（例えば、監視コントローラ３１４から）受信される。動作中に、ＭＰＰコントローラ９４６は、太陽光発電モジュールからの電流および電圧情報９４３を使用して、太陽光発電モジュールから抽出することができる電力の最大量を決定し、最大電力または電力制限コマンド９４７に対応する電力レベルのうちの小さいほうに対応する、電力設定点信号Ｐ＊を送信する。通常、電力制限は、デフォルトで、高いレベルに設定される。例えば、電力を直列接続可能ＤＣ−ＡＣ変換器７０２に印加するパネルが２８０ワットパネルである場合、制限コマンド９４７は、３００ワットであってもよいが、公共施設または所有者／運営者が何らかの理由で削減を求める場合、監視コントローラ３１４は、ＭＰＰ構成要素９４６によって受信される電力制限コマンド９４７（例えば、全ての直列接続可能ＤＣ−ＡＣ変換器７０２が５０ワットを出力するべきであると示す）を送信し、ＭＰＰ構成要素９４６は、削減された設定点（例えば、５０ワット）に対応する電力設定点信号Ｐ＊を提供する。
【００３８】
ＰＬＬ９３２は、正弦および余弦波を含む、種々の三角関数を使用する能力を提供する。示されるように、正弦二乗関数９４０を生成するように、２つの正弦波が乗算され、正弦余弦関数９４１を生成するように、正弦および余弦波が乗算される。正弦二乗関数９４０は、実電力潮流を表し、それは、実電力潮流の拡張表現を得るように電力設定点信号Ｐ＊を乗じられる９４４。そして、正弦余弦関数９４１は、無効電力を表し、それは、無効設定点情報Ｑ＊９３６と計算された無効電力Ｑ９６０（実際の無効電力を示す）との間の差９３７を受信する比例積分器（ＰＩ）９３８から得られる、位相オフセットを乗じられる９４５。示されるように、出力ｐ（ｔ）関数（リアルタイム関数）は、実電力潮流の拡張表現９４８を無効電力の表現９４９と加算する９４７ことによって得られる。結果として、ｐ＊（ｔ）関数は、実電力および無効電力成分を含み、無効および実表現はそれぞれ、変化してもよく、完全実電力、完全無効電力、またはそれぞれの非ゼロ割合を提供するように、ゼロになってもよい。示されるように、ヒステリシス制御構成要素９５２は、ｕｐ／ｄｎシフト構成要素９５０による処理後に、ｐ（ｔ）関数を受信し、乗算器９５８から得られた実際の電力の計算に基づいて制御信号９５３を生成する。示されるように、制御信号９５３は、電圧源制御（ＶＳＣ）電力レギュレータ（例えば、図７に示されるＶＳＣ電力レギュレータ）を制御する。
【００３９】
図９の図示した構成要素は、電力調節制御動作モードで動作する。（直列接続可能変換器７０２が電力を印加しているときの）ゼロではない順方向電力の電力調節制御は、当然ながらささいなことではないが、印加される電力がゼロになる、または反転させられるときに、変換器７０２の制御は、他の制御スキームでは必要とされないという考慮を必要とする。例えば、電力調節制御スキームでは、電流がリアルタイムで測定され、ゼロ電流が有効で容易に制御された値であるが、電力調節制御モードでは、電力は、ゼロ電圧値、ゼロ電流値、またはゼロ電圧およびゼロ電流値の両方のうちのいずれかを伴って、ゼロになることができ、結果として、電力調節制御ループが未定義になり得る。
【００４０】
加えて、無効電力潮流モード（例えば、逆電力モード）では、Ｈブリッジの切替を管理する法則が変化し、可変になる。順方向電力潮流では、例えば、図７で図示されるスイッチＳ１およびＳ４は、より多くの電流を提供するように、より長くトリガされ、より少ない電力を提供するように、少なくトリガされ、したがって、図７の左から右へバック変換が起こる。
【００４１】
しかし電流がＡＣ側からＤＣ側へ（右から左へ）流れるときに、ブースト条件が存在し、ブーストデバイスは、電力変換構成要素の中のインダクタンスに多くのエネルギーを入れる傾向があり、正味の影響はＡＣ側からＤＣ側へ移動する電力であるが、エネルギーがＡＣ側のインダクタンスの中に（左から右へ）進入する期間がある。図７で図示されるブリッジを参照して、例えば、逆電力潮流モードで（ＡＣ側からＤＣ側へ）瞬時に電力を流すためには、インダクタＬ１の中で電流を蓄積するために、スイッチＳ３およびＳ４をともに短絡させる必要があり、次いで、インダクタＬ１がコンデンサＣ１への整流を介してそのエネルギーを送るように、スイッチが開かれる。しかし問題を起こすような方法で、スイッチＳ３、Ｓ４がともに短絡させられたときに、エネルギーが左から右へ進む。結果として、この問題に対処するために、いくつかの実施形態では、無効電力モードで動作するときに、電力調節の代わりに、電圧調節も利用される。
【００４２】
次に図１０を参照すると、例えば、図７で図示される制御部分７２１のさらに別の例示的実施形態である、制御部分１０２１が示されている。示されるように、この実施形態では、ＡＣ配電システムと同期される、同期パルス１０３０が、（各同期パルスについて）ゼロから２ｐｉまでの平滑傾斜を生成し、次いで、（例えば、鋸歯状に）リセットする、ＰＬＬ１０３２によって受信される。そして加えて、無効設定点情報Ｑ＊１０３６および電力設定点信号Ｐ＊１０３７が受信される（例えば、ＭＰＰコントローラ９４６等のＭＰＰコントローラから受信されてもよい）。示されるように、ＰＬＬ１０３２の出力は、正弦二乗関数１０４０（１という正規化振幅を伴う）および正弦余弦関数１０４１（１という正規化関数を伴う）を生成するために使用される。正弦二乗関数１０４０は、実電力潮流を表し、それは、実電力潮流の拡張表現を得るように電力設定点信号Ｐ＊を乗じられる１０４４。そして、正弦余弦関数１０４１は、無効電力を表し、それは、無効設定点情報１０３６の中の位相オフセットによって乗じられる１０４５。示されるように、出力ｐ＊（ｔ）関数（リアルタイム関数）は、実電力潮流の拡張表現１０４６を無効電力の表現１０４７と加算する１０５２ことによって得られる。図示されるように、１２０Ｈｚ正弦波である、リアルタイム出力関数ｐ＊（ｔ）は、最終段階加算器１０７２に送給される。
【００４３】
示されるように、最終段階加算器１０７２はまた、電力フィードバックループからの出力１０６９、および無効電力フィードバックループからの出力１０７１も受信する。図示されるように、電力フィードバックループは、変換器７０２の出力において測定される電圧ｖ（ｔ）および電流ｉ（ｔ）のフィルタにかけられた積を提供する、電力計算構成要素１０５６を含む。そしてフィルタにかけられた積は、直交設定点１０５９を、６０Ｈｚ信号１０６９を生成する同期・静止基準枠変換器１０６８に提供する、比例積分器１０５８に送給される差１０５５を得るように、電力設定点信号Ｐ＊１０３７と比較される１０５４。
【００４４】
無効電力フィードバックループは、無効電力設定点Ｑ＊１０３６と比較される１０６０前に線形増幅器１０６４に送給される、フィルタにかけられた無効電力積ｑ（ｔ）１０６６を含む。無効設定点Ｑ＊と無効電力の表現Ｑとの間の差１０６１は、直接設定点信号１０６３を、６０Ｈｚ信号１０７１を提供する同期・静止基準枠変換器１０７０に提供する、比例積分器１０６２に送給される。
【００４５】
加えて、Ｅ正規化順送り関数１０８０は、直列接続可能変換器７０２が直列接続可能変換器の列（例えば、列３０４）に寄与する６０Ｈｚ電圧振幅（または５０Ｈｚ電圧）を表す、出力１０８１を最終段階加算器１０７２に提供する。例えば、変換器７０２がＮ個の直列接続可能変換器から成る列の中にあり、直列接続可能変換器の列にわたる電圧が、例えば、２７７ボルトである場合、出力１０８１は、２７７／Ｎボルトを表す。図示されるように、Ｅ正規化順送り関数１０８０の出力１０８１の寄与は、最終段階加算器１０７２において相加的である。Ｅ正規化順送り関数１０８０は、同期（同期信号）、位相（Ｑ＊）、および電力（Ｐ＊）情報とともに監視コントローラ３１４によって提供される付加的な情報であってもよい。出力１０８１によって表される電圧は、集合的に、直列接続可能変換器の列が、配電システムの位相レグに電流を送信しない、またはそこから電流を引き出さない、電圧を配電システムの位相レグに印加するように、直列接続可能変換器の各々が印加する必要がある「ベース電圧」を表してもよい。
【００４６】
そして加えて、電力計算構成要素１０８２は、直列接続可能変換器７０２の出力における測定された電力を示す１２０Ｈｚ信号である、フィルタにかけられた電力信号１０８３を、最終段階加算器１０７２に提供する。そして示されるように、最終段階加算器１０７２は、集合的に、直列接続可能変換器の列が、所望の電圧レベルおよび位相を配電システムの位相レグに印加するように、直列接続可能変換器７０２のブリッジを制御して、その出力をパルス幅変調し、直列接続可能変換器７０２の出力における電力および電圧を提供する、制御出力をパルス幅変調（ＰＷＭ）構成要素１０７４に提供する。
【００４７】
機能的に、電力フィードバックループの構成要素１０５６、１０５４、１０５８、および無効電力フィードバックループの構成要素１０６６、１０６４、１０６０、１０６２は、同期基準枠コントローラとして動作し、構成要素１０３０、１０３２、１０４０、１０４１、１０４４、１０４５、１０５２は、リアルタイム出力関数コントローラとして機能する。集合的に、この実施形態でのコントローラ１０２１は、利得が補償されたＥ正規化順送り制御として動作する。
【００４８】
例示的実施形態では、変換器７０２が無効電力モードで動作しているときに、コントローラ１０２１は、電力調節モードで動作しなくなり、電圧調節モードに変化してもよい。より具体的には、無効電力モードで動作しているときに、最終段階加算器１０７２への１２０Ｈｚ電力入力１０５３、１０８３のフィードバックが一時停止され、コントローラは、電力調節モードを使用して、パルス幅変調１０７４を制御するために６０Ｈｚ入力１０６９、１０７１、１０８１を利用する。そして多くの実装では、直列接続可能変換器７０２の出力電圧ｖ（ｔ）がゼロに近づくときに、最終段階加算器１０７２への１２０Ｈｚ電力入力１０５３、１０８３のフィードバックが一時停止され、コントローラは、パルス幅変調１０７４を制御するために６０Ｈｚ入力１０６９、１０７１、１０８１を利用する。
【００４９】
次に図１１Ａおよび１１Ｂを参照すると、それぞれ、伝送機の構成要素を図示するブロック図、および伝送機部分によって生成される同期パルスが示されている。図１１Ａで図示される伝送機は、監視コントローラ３１４で実装されてもよく、図示されるように、動作中、ＡＣ配電システムにおけるゼロ交差は、ゼロ交差検出器によって検出され、直列接続可能変換器３０２に連結されるＡＣライン上に（例えば、ＦＳＫ変調器によって）符号化される。この実施形態では、同期情報を直列接続可能変換器３０２に伝送するために、電力線搬送アプローチが使用されるが、これは必ず必要とされるわけではなく、種々の他の通信アプローチ（例えば、有線および無線）および符号化技法が同期情報を伝送するために使用されてもよい。周波数偏移キーイング（ＦＳＫ）変調器は図１１Ａに示されていないが、当業者であれば、とりわけ、振幅変調および位相偏移キーイング技法等の代替的な変調技法が利用されてもよいことを認識するであろう。
【００５０】
代替的な実装では、ＡＣラインがゼロを上回るときに搬送波をオンにし、ゼロを下回るときにオフにすることによって、ゼロ交差同期が、直列接続可能変換器に伝送されてもよい。この信号は、規則的なＰＬＣコマンドから別個のチャネル上で伝送されてもよく、最大電力、無効電力（位相またはＶＡＲ設定点とも呼ばれる）、およびオン／オフ信号を直列接続可能変換器に提供する信号を制御してもよい。各直列接続可能変換器の健全性および電力出力に関するデータ報告もまた、このＰＬＣチャネルを介して監視コントローラに返信されてもよい。
【００５１】
次に図１２Ａおよび１２Ｂを参照すると、例示的な同期受信機の構成要素（本明細書で説明される同期受信機３１９、４１９、５１９、６１９、７１９を実現するために使用されてもよい）を図示するブロック図、ならびに図６、８、９、および１０を参照して本明細書で説明されるコントローラによって利用されてもよい復号された同期パルスが示されている。示されるように、同期情報は、位相ロックループ（例えば、ＰＬＬ７３２、８３２、９３２、１０３２）のための同期パルス（例えば、同期パルス６３０、８３０、９３０、１０３０）を生成するように復号され、ライン電流位相制御情報Ｑ＊（例えば、位相制御情報６３６、８３６、９３６、１０３６）は、制御構成要素（例えば、制御構成要素３２１、４２１、５２１、６２１、７２１、８２１、９２１、１０２１）に送給される。
【００５２】
次に図１３を参照すると、（例えば、ゼロ交差を検出するように）監視伝送機１３１４をＡＣ配電システムに連結し、（分離フィルタを使用して）同期情報がＡＣ配電システムに伝播することを防止しながら、（電力線搬送を介して）同期情報を直列接続されたインバータ３０２に提供するための例示的な配設を図示するブロック図が示されている。当業者が理解するように、例えば、ＡＣ側の対地直列トラップ、および周波数を分離して対地短絡を防止する（太陽光発電側の）並列トラップを使用して、分離フィルタが設計されてもよい。
【００５３】
単一の太陽光発電モジュールへの接続に適切なデバイスを用いて、できるだけ小さくなることが極めて望ましい。これは、極めて高い可能性として、太陽光発電モジュール自体の一部として、デバイスの効果的な載置を可能にする。低いＤＣ電圧が比較的高いＡＣ電圧に反転させられなければならない、以前の並列接続されたデバイスの前述の特性は、必要とされる複数のＤＣ−ＡＣ電力処理段階および比率変化変圧器により、物理的コンパクト性を困難にする。本明細書で説明される直列接続可能変換器３０２のいくつかの実施形態は、複数のＤＣ−ＡＣ段階を含有せず、また変圧器も必要としない。これは、モジュール参照という直列接続可能デバイスの独特の特性につながる。
【００５４】
太陽光発電据付業者および規制者にとっての大きな関心は、接地に対して、モジュールおよび任意の他の機器に印加される電圧である。これらの電圧は、前述の従来技術の並列接続されたモジュールレベルインバータの場合、インバータの中の絶縁変圧器の存在により最小であるが、図１で図示される従来の架線アプローチについては、印加電圧が大きな関心である。従来的に構築されたアレイを接地参照する、いくつかの容認された方法があるが、システム内の任意の点での印加された対地電圧は、接地基準電気的位置、架線システム内の観察された点の位置、およびアレイの動作条件の関数である。例えば、ホットレグ、または接地基準から最も遠い収集導体上の印加された対地電圧は、暑い日に高負荷を受けている間に見られる低電圧状態と、寒い日中の開回路状態との間で大いに異なる。この対地電圧の動作依存性が、太陽光発電システム設計および調節の大部分を制約する。
【００５５】
本明細書で説明される直列接続可能（例えば、変圧器がない）インバータの多くの実施形態について、接地に対するＤＣ−ＡＣ変換モジュールの電圧は、（大型およびモジュールレベルの両方の従来のインバータの場合のように）ＤＣ電圧ではなく、ＡＣ電圧である。接地に対する電圧の規模は、列の中の直列接続可能ＤＣ−ＡＣインバータの位置の関数であるが、いくつかの実施形態では、モジュールまたはアレイの動作条件に全く依存しない。図１４Ａは、単相配電網接続への列として動作する、８個の直列接続された変換器のフェーザ図を示す。中立または接地参照した収集導体に最も近いパネルは、小規模の対地交流電圧を受ける。中立から最も遠いパネルは、対地相電圧に非常に近い相電圧交流電圧を受ける。これらの印加電圧は、配電網が接続されている限り一貫しており、配列演算の関数として変化しない。直列接続されたデバイスが、相電圧よりも大幅に小さい、小さい差動電圧のみを受ける一方で、その対地電圧公差は、印加された位相対接地電圧に適切でなければならない。この条件で、累積差動デバイス出力の合計は、恣意的に高くなるように積層されてもよい。
【００５６】
図１４〜１７に示されるように、デバイスおよびそれぞれの監視コントローラ／伝送機は、多種多様な配電網構成で接続されてもよい。これらは、単相、分割単相、３相ワイおよびデルタ、ならびにそれぞれの全ての接地参照変形例を含む。図１４Ａは、８個の直列接続された変換器および対応するモジュールの単一の列を図示するが、図１４Ｂに示されるように、図１４Ａで図示される単一の列は、いくつかの並列の列によって実現されてもよく、並列の列の各々は、直列接続可能変換器を含んでもよい。
【００５７】
図１５Ａおよび１５Ｂを参照すると、それぞれ、分割単相配電網接続への列として動作する、直列接続された変換器のフェーザ図、および分割単一構成の例示的な実装が示されている。図１６Ａは、３相ワイ配電網接続への列として動作する、直列接続された変換器のフェーザ図を図示し、図１６Ｂは、３相ワイ構成の例示的な実装を図示する。そして図１７Ａは、３相デルタ配電網接続への列として動作する、直列接続された変換器のフェーザ図を図示し、図１７Ｂは、３相デルタ構成の例示的な実装を図示する。
【００５８】
ここで図１８を参照すると、それは、本明細書で開示される実施形態と関連して検討され得る、方法を図示するフローチャートである。示されるように、この方法では、複数のＤＣ−ＡＣ電力変換器（例えば、ＤＣ−ＡＣ電力変換器３０２）の各々のＡＣ出力は、ＤＣ−ＡＣ電力変換器のうちの他のものと直列に配設される（ブロック１８０２）。加えて、配電システムの位相で感知される電圧のゼロ交差に応じて、同期信号が（例えば、監視コントローラ３１４によって）生成され（ブロック１８０４）、同期信号は、ＤＣ−ＡＣ電力変換器に伝送される（ブロック１８０６）。示されるように、同期信号は、ＤＣ−ＡＣ電力変換器の各々において受信され（ブロック１８０８）、ＤＣ−ＡＣ電力変換器の各々を用いて、ＤＣ−ＡＣ電力変換器によって出力されるＡＣ電圧が同相であるように、同期信号を使用してＤＣ電力がＡＣ電力に変換される（ブロック１８１０）。次いで、ＡＣ電力は、配電システムの位相に印加され、配電システムの位相に印加される全電圧は、ＤＣ−ＡＣ電力変換器によって出力されるＡＣ電圧の合計に等しい（ブロック１８１２）。
【００５９】
１つ以上の例示的実施形態では、説明される機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組み合わせで実装されてもよい。ソフトウェアで実装された場合、機能は、非一過性のコンピュータ可読媒体上の１つ以上の命令またはコードとして記憶または伝送されてもよい。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体、および１つの場所から別の場所へのコンピュータプログラムの転送を促進する任意の媒体を含む通信媒体の両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスすることができる、任意の利用可能な媒体であってもよい。限定ではなく一例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、フラッシュメモリ（例えば、ＮＡＮＤメモリ）ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、または他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置、または他の磁気記憶デバイス、または命令あるいはデータ構造の形態で記憶されたプログラムコードを担持または記憶することができ、プロセッサによってアクセスすることができる任意の他の媒体を備えることができる。また、任意の接続が、コンピュータ可読媒体と適正に称されてもよい。例えば、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、デジタル加入者回線（ＤＳＬ）、または赤外線、無線、およびマイクロ波等の無線技術を使用して、ソフトウェアが、ウェブサイト、サーバ、または他の遠隔源から伝送される場合には、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、ＤＳＬ、または赤外線、無線、およびマイクロ波等の無線技術が、媒体の定義に含まれる。本明細書で使用されるようなディスクは、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザディスク、光ディスク、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、フロッピー（登録商標）ディスク、およびブルーレイディスクを含み、ディスクは通常、データを磁気的に再生する一方で、ディスクはレーザを用いてデータを光学的に再生する。上記の組み合わせも、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。
【００６０】
結論として、本発明は、とりわけ、直列接続された太陽光発電変換器のＡＣ配電網接続のためのシステムおよび方法を提供する。当業者であれば、本明細書で説明される実施形態によって達成されるものと実質的に同じ結果を達成するために、多数の変化例および置換が、本発明、その用途、およびその構成に行われてもよいことを容易に認識できる。故に、本発明を開示された例示的形態に限定する意図は全くない。多くの変化例、修正、および代替構造は、請求項で明示されるような開示された発明の範囲および精神内にある。
【図１】
2013540417.tif 000003
【図２】
2013540417.tif 000004
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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