(57)【要約】  単独のＤＣ／ＤＣコンバータを含む電力変換システムを動作させるためのシステムおよび方法が記載される。システムおよび方法は、電気エネルギー貯蔵装置および太陽電池アレイを含む電力システム内のＤＣ／ＤＣコンバータの総数を低減する。本システムおよび方法は、ＤＣバスおよびインバータを介して、太陽電池アレイおよび電気エネルギー貯蔵装置から交流定常電力グリッドに電荷を転送するためのものである。【選択図】図２
2021507657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下を含む電力変換システム：
直流（ＤＣ）バス；
前記ＤＣバスに直接電気的に結合されたＤＣ電源；
前記ＤＣバスに直接結合されたインバータ；
電気エネルギー貯蔵装置；および
前記ＤＣバスおよび前記電気エネルギー貯蔵装置に電気的に結合された単独のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項２】
前記ＤＣ電源が太陽電池アレイであり、前記電気エネルギー貯蔵装置が全鉄レドックスフローバッテリーである、請求項１に記載の電力変換システム。
【請求項３】
交流（ＡＣ）電力グリッドをさらに含み、前記インバータが前記ＡＣ電力グリッドに電気的に結合される、請求項２に記載の電力変換システム。
【請求項４】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータが双方向性である、請求項３に記載の電力変換システム。
【請求項５】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータがコントローラを含む、請求項４に記載の電力変換システム。
【請求項６】
電力を前記ＤＣバスから前記電気エネルギー貯蔵装置に輸送するために前記ＤＣ／ＤＣコンバータをバックモードで動作させる、前記コントローラの非一時的メモリに格納された実行可能な命令をさらに備える、請求項５に記載の電力変換システム。
【請求項７】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータが、前記ＤＣバスが前記ＤＣ電源に与える電気負荷に応答してバックモードで動作する、請求項６に記載の電力変換システム。
【請求項８】
前記電気負荷が、前記ＤＣ電源を実質的に最大電力追跡点で動作させる電気負荷よりも小さい、請求項７に記載の電力変換システム。
【請求項９】
電力を前記バッテリーから前記ＤＣバスに輸送するために前記ＤＣ／ＤＣコンバータをブーストモードで動作させる、前記コントローラの非一時的メモリに記憶された実行可能な命令をさらに含む、請求項５に記載の電力変換システム。
【請求項１０】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータが、前記ＤＣバスが前記ＤＣ電源に与える電気負荷に応答してブーストモードで動作する、請求項９に記載の電力変換システム。
【請求項１１】
前記電気負荷が、前記ＤＣ電源を実質的に最大電力追跡点で動作させる電気負荷よりも大きい、請求項１０に記載の電力変換システム。
【請求項１２】
以下を含む電力変換システム：
直流（ＤＣ）バス；
前記ＤＣバスに直接電気的に結合されたＤＣ電源；
前記ＤＣバスに直接結合されたインバータ；
バッテリー；
前記ＤＣバスおよび前記バッテリーに電気的に結合された単独のＤＣ／ＤＣコンバータ；およびコントローラ、
ここで、前記コントローラは、前記ＤＣ電源および前記バッテリーに電気的に結合され、前記コントローラは、前記ＤＣ電源の第１の動作条件に応答して前記単独のＤＣ／ＤＣコンバータをバックモードで動作させ、前記ＤＣ電源の第２の動作条件に応答して前記ＤＣ／ＤＣコンバータをブーストモードで動作させる、非一時的メモリに記憶された実行可能な命令を含む。
【請求項１３】
前記第１の条件は、前記ＤＣ電源に印加される電気負荷が、現在のＤＣ電源動作条件において最大電力出力を与える電気負荷よりも小さいことであり、前記第２の条件は、前記ＤＣ電源に印加される電気負荷が、現在のＤＣ電源動作条件において最大電力出力を与える電気負荷よりも大きいことである、請求項１２に記載の電力変換システム。
【請求項１４】
前記バッテリーが全鉄レドックスフローバッテリーであり、
前記単独のＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記ＤＣバスに与えられる電気負荷を、前記ＤＣ電源の出力電圧および電流に応答して調整するための追加命令をさらに含む請求項１２に記載の電力変換システム。
【請求項１５】
ＡＣグリッドに電力を提供する要求に応答してブーストモードで前記単独のＤＣ／ＤＣコンバータを動作させる追加命令をさらに含む、請求項１２に記載の電力変換システム。
【請求項１６】
前記バッテリーの充電率および前記ＤＣ電源の出力電流および電圧に応答してバックモードで前記単独のＤＣ／ＤＣコンバータを動作させる追加命令をさらに含む、請求項１５に記載の電力変換システム。
【請求項１７】
以下を含む電力変換方法：
太陽電池アレイの動作条件に応答して配電システムの単独のＤＣ／ＤＣコンバータをバックモードで動作させること、前記太陽電池アレイの動作条件に応答して前記配電システムの前記単独のＤＣ／ＤＣコンバータをブーストモードで動作させること、ここで、前記ＤＣ／ＤＣコンバータはＤＣバスに直接電気的に結合され、前記太陽電池アレイは前記ＤＣバスに直接結合され、前記ＤＣバスはインバータに直接電気的に結合される。
【請求項１８】
さらに、以下を含む、請求項１７に記載の方法：
前記太陽電池アレイの出力効率にさらに応答してバックモードまたはブーストモードで前記ＤＣ／ＤＣコンバータを動作させること；および
全鉄レドックスフローバッテリーの作動状態に応じてバックモードまたはブーストモードで前記ＤＣ／ＤＣコンバータを作動させること。
【請求項１９】
前記単独のＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記太陽電池アレイからバッテリーに電荷を輸送することをさらに含み、前記バッテリーは、１次コイルおよび２次コイルを含む変圧器を介して前記太陽電池アレイから電気的に絶縁される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
バッテリー充電率に応答して前記バックモードで前記ＤＣ／ＤＣコンバータを動作させることをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１７年１２月１５日に出願された「電力変換システム及び方法」という名称の米国仮出願第１５／８４４，２５０号の優先権を主張するものである。上記出願の全内容は、すべての目的のために、ここに引用して援用する。
【０００２】
（分野）
本説明は、電力変換および分配のためのシステムおよび方法に関する。本方法およびシステムは、太陽電池アレイおよび電気エネルギー貯蔵装置を含む電力システムに特に有用であり得る。
【０００３】
（背景と概要）
太陽電池のアレイは、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。太陽電池のアレイによって供給される電気エネルギーは、直列に配置される太陽電池の数に依存する電圧で供給される直流（ＤＣ）の形態であってもよい。太陽電池によって供給されるＤＣ電力は、インバータを介して交流（ＡＣ）に変換することができる。しかしながら、太陽電池の出力は、環境条件および太陽電池の条件によって変化し得るので、バッテリーセルが、太陽電池を含む電気システムに含まれてもよい。バッテリーセルは、ＡＣ需要が低く、太陽電池の電力出力容量が高い場合に、太陽電池からの電荷を貯蔵することができる。さらに、太陽電池の出力容量が低く、ＡＣ電気負荷が高い場合、バッテリーセルはＡＣ電気負荷に電力を供給することができる。太陽電池からの電力が、第１のＤＣ／ＤＣコンバータによってバッテリー電圧付近にレベルシフト（例：より高い電圧からより低い電圧に調整される）され、ＤＣバスを介して分配された後、バッテリーセルは、太陽電池から電力を受け取ることができる。ＤＣバスからの電力は、第２のＤＣ／ＤＣコンバータによってＡＣグリッドライン電圧付近にレベルシフトされ（例：より低い電圧からより高い電圧に調整される）、次いでインバータを介してＡＣグリッドに供給される。しかしながら、この配電方式は２つのＤＣ／ＤＣコンバータを使用し、システムコストを増加させ、システム効率を低下させる可能性がある。したがって、効率を高め、システムコストを低減することができる電力を分配する方法を提供することが望ましい場合がある。
【０００４】
本発明者は、上記課題を認識し、ＤＣ（ｄｉｒｅｃｔ  ｃｕｒｒｅｎｔ）バス；前記ＤＣバスに直接電気的に結合されたＤＣ電源；前記ＤＣバスに直接結合されたインバータ；電気エネルギー貯蔵装置；前記ＤＣバスおよび前記電気エネルギー貯蔵装置に電気的に結合された単独のＤＣ／ＤＣコンバータを備えた電力変換システムを開発した。
【０００５】
ＤＣ電源をＤＣバスに直接電気的に結合し、単独のＤＣ／ＤＣコンバータをＤＣバスに電気的に結合することによって、電力変換システムのコストを低減し、電力変換システムの効率を高めることができる。特に、ＤＣ電源はＤＣバスに直接電気的に結合されてもよく、インバータはＤＣバスに直接電気的に結合されてもよく、その結果、ＤＣ電源からの出力は、２つのＤＣ／ＤＣコンバータを通過するＤＣ電源によって生成される電力を伴わずに、定常交流（ＡＣ）電力グリッドに輸送されてもよい。その結果、電力輸送をより効率的にすることができる。また、ＤＣ電源をインバータに接続するためのＤＣ／ＤＣコンバータを使用しないので、システムコストを低減することができる。
【０００６】
この説明は、いくつかの利点を提供し得る。特に、このアプローチは、電力変換システムのコストを低減することができる。さらに、このアプローチは、電力変換システムの効率を高めることができる。さらに、このアプローチは、ＤＣ電源の効率を改善するために、電気エネルギー貯蔵装置を選択的に充電および放電することができる。
【０００７】
上記の利点および他の利点、ならびに本説明の特徴は、単独で、または添付図面と関連して、以下の詳細な説明から容易に明らかになるであろう。
【０００８】
上記の要約は、詳細な説明においてさらに説明される概念の選択物を簡略化した形で導入するために提供されることを理解されたい。これは、クレームされている保護対象の主要又は本質的特徴を特定することを意図するものではなく、その範囲は、詳細な説明に続くクレームによって一意的に定義される。さらに、特許請求の範囲に記載された主題は、上記または本開示の任意の部分に記載された任意の欠点を解決する実装に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本明細書に記載される利点は、単独で、または図面を参照して、本明細書において詳細な説明と呼ばれる実施形態の例を読むことによって、より完全に理解される。
【図１】図１は、従来技術にかかる電力変換システムの概略図である。
【図２】図２は、単独のＤＣ／ＤＣコンバータを利用する電力変換システムの概略図である。
【図３】図３は、図２の電力変換システムの詳細な概略図を示す。
【図４Ａ】図４Ａは、図２の電力変換システムの動作モードの例を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図２の電力変換システムの動作モードの例を示す。
【図４Ｃ】図４Ｃは、図２の電力変換システムの動作モードの例を示す。
【図４Ｄ】図４Ｄは、図２の電力変換システムの動作モードの例を示す。
【図５】図５は、図２の電力変換システムを動作させる方法のフローチャートを示す。
【図６】図６は、図２の電力変換システムに含まれ得る例示的な電気エネルギー貯蔵装置の概略図を示す。
【００１０】
（詳細な説明）
本説明は、ＤＣ電源を介して電力を生成し、ＤＣ電源から定常ＡＣ電力グリッドおよび電気エネルギー貯蔵装置に電力を分配することに関する。２つのＤＣ／ＤＣコンバータを利用してＤＣ電源から定常ＡＣ電力グリッドに電力を輸送する従来技術にかかる電力変換システムが、開示されている。ＤＣ電源からの電力を定常ＡＣ電力グリッドに分配する電力変換システムと、ＤＣ電源からの電力を電気エネルギー貯蔵装置に分配するか、または電気エネルギー貯蔵装置からの電力を定常ＡＣ電力グリッドに分配する単独のＤＣ／ＤＣコンバータとを図２に示す。図２の電力変換システムの詳細な概略図を図３に示す。図２のシステムの種々の動作モードを図４Ａ−４Ｄに示し、図２のシステムを動作させる方法を図５に示す。本方法は、電源と電力需要家との間で電力を分配する。最後に、電力変換システムから電力を受け取ることができる例示的な電気エネルギー貯蔵装置を図６に示す。
【００１１】
図１を参照すると、電力変換システム１００は、２つのＤＣ／ＤＣコンバータを利用して電力をＤＣ電源１０１から定常ＡＣ電力グリッド１１４に輸送する従来技術にかかる電力変換システムである。この例では、ＤＣ電源１０１は、複数の太陽電池１０２からなる太陽電池アレイである。太陽電池１０２は、太陽電池１０２を介して受け取った太陽エネルギーに応答して電荷を出力することができる。太陽電池アレイ１０１による電圧出力は、直列電気接続方式で配置される太陽電池１０２の実際の総数を増加させることによって増加させることができる。太陽電池アレイ１０１による電流出力は、並列接続方式で太陽電池１０２を組み合わせることによって増加させることができる。太陽電池アレイ１０１を介して出力される電力は、電気エネルギー貯蔵装置１０５（例：１つ以上のバッテリーまたはキャパシタ）を第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１０４を介して充電するのに適したより低い電圧まで低減され得る。第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１０４は、バックモードで動作して、太陽電池アレイ１０１から供給される電圧を、電気エネルギー貯蔵装置１０５を充電するのに適した電圧に下げることができる。例えば、太陽電池アレイ出力電圧は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１０４を介して、高電圧（３００−１０００ＶＤＣ）から低電圧（２０−１００ＶＤＣ）に低減されてもよい。ＤＣバス１０８は、電荷を電気エネルギー貯蔵装置１０５および第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１１０に輸送することができる。第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１０４は、太陽電池アレイ１０１を電気エネルギー貯蔵装置１０５から電気的に絶縁することができる。このように、太陽電池アレイ１０１は、第１の接地１０３に電気的に結合されて示され、電気エネルギー貯蔵装置は、第２の接地１０７に電気的に結合されて示されており、第１の接地１０３は、第２の接地１０７とは異なる。
【００１２】
一例では、電気エネルギー貯蔵装置１０５は、複数のバッテリーセル１０６から構成することができる。別の例では、電気エネルギー貯蔵装置は、図６に示されるような全鉄レドックスフローバッテリーであってもよい。バッテリーセル１０６は、電気エネルギー貯蔵装置１０５の電圧を増加させるために直列電気接続方式で配列されてもよい。バッテリーセル１０６はまた、電気エネルギー貯蔵装置１０５からの電流出力を増加させるために並列電気接続方式で配列されてもよい。太陽電池アレイ１０１からの電荷は、電気エネルギー貯蔵装置１０５を充電してもよく、または電気エネルギー貯蔵装置１０５からの電荷は、ＤＣバス１０８、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１１０、およびインバータ１１２を介して、定常ＡＣ電力グリッド１１４に供給されてもよい。定常ＡＣ電力グリッドは、広い地理的領域にわたって電力を分配することができ、１つ以上の定常ＡＣ電源を含むことができる。
【００１３】
第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０にＤＣバス１０８を介して供給される電圧が増加するブーストモードで動作することができる。例えば、ＤＣバス１０８を介してＤＣ／ＤＣコンバータ１１０により輸送される電気エネルギーは、低電圧（２０−１００ＶＤＣ）から高電圧（３００−１０００ＶＤＣ）まで、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１１０を介して増加され得る。第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１１０から出力された電力は、インバータ１１２を介してＡＣ電力に変換される。インバータ１１２は、ＡＣ電力を定常ＡＣ電力グリッド１１４に輸送する。
【００１４】
したがって、図１のシステムは、第１および第２のＤＣ／ＤＣコンバータを用いて、電力をＤＣ電源１０３からＡＣ定常電力グリッド１１４に輸送する。さらに、輸送される電力の電圧は、定常ＡＣ電力グリッド１１４を介してＡＣ電力として利用される前に、２回変更され得る。
【００１５】
ここで図２を参照すると、単独のＤＣ／ＤＣコンバータを含み用いる電力システムの概略構成図が示されている。電力変換システム２００は、ＤＣバス２０３に直接電気的に結合されたＤＣ電源２０１を含む。ＤＣバス２０３は、一つ以上の導電体（例：銅バスバー）を含むことができる。ＤＣ電源２０１は、電気的直列構成に配列された複数の太陽電池１０２からなる太陽電池アレイであってもよい。さらに、太陽電池アレイ２０１は、電気的並列構成に配置された太陽電池１０２を含むことができる。ＤＣ電源２０１は、任意に、ＤＣ電源２０１からＤＣバス２０３への電流の流れを可能にするが、ＤＣバス２０３からＤＣ電源２０１への電流の流れを制限または防止する一つ以上のブロッキング・ダイオード２１２を含むことができる。ＤＣ電源２０１はＤＣ／ＤＣコンバータを含まず、ＤＣ電源２０１はＤＣ／ＤＣコンバータを介してＤＣバス２０３に電気的に結合されない。
【００１６】
電力変換システム２００はまた、双方向性である単独のＤＣ／ＤＣコンバータ２０２を含み、その結果、電力をＤＣバス２０３から電気エネルギー貯蔵装置２０５に輸送することができ、あるいは、単独のＤＣ／ＤＣコンバータ２０２が電気エネルギーを電気エネルギー貯蔵装置２０５からＤＣバス２０３に輸送することができる。単独のＤＣ／ＤＣコンバータ２０２は、図３に記載されたタイプのものであってもよく、または同様の機能性を提供する代替構成のものであってもよい。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０２の特定の構成は制限されないことを理解されたい。単独のＤＣ／ＤＣコンバータ２０２は、ＤＣバス２０３に直接電気的に結合される。
【００１７】
インバータ１１２は、ＤＣバス２０３に直接電気的に結合されて示されている。インバータ１１２は、ＤＣ電気エネルギーをＡＣ電力に変換する単相、二相、または三相インバータとすることができる。インバータ１１２はＤＣ／ＤＣコンバータを含まず、インバータ１１２はＤＣ／ＤＣコンバータを介してＤＣバス２０３に電気的に結合されない。インバータ１１２は、定常ＡＣ電力グリッド１１４に電気的に結合される。
【００１８】
ＤＣバス２０３の最大電圧は、太陽電池アレイ２０１の開放電圧の＋１０％以内とすることができる。さらに、ＤＣバス２０３の電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０２内に含まれるコントローラを介して制御することができる。一例では、ＤＣバス２０３の電圧は、昇圧（例：増加）されずにインバータ１１２の入力に一致するようにスイッチングされたときに、３００−１０００ＶＤＣを供給することができる電圧に制御される。電気エネルギー貯蔵装置２０５の出力電圧は、ＤＣバス２０３の電圧よりも小さくても、大きくても、または等しくてもよい。電気エネルギー貯蔵装置２０５の出力電圧がＤＣバス２０３の電圧よりも低い例では、単一のＤＣ／ＤＣコンバータをブーストモードで動作させて、電力を電気エネルギー貯蔵装置２０５からＤＣバス２０３に輸送することができる。ＤＣ／ＤＣコンバータは、ＤＣバス２０３を介して太陽電池アレイ２０１に与えられる電気負荷インピーダンスを増加または減少させて、太陽電池アレイ２０１の効率を増加させるように動作することができる。ＤＣ／ＤＣコンバータに含まれるＭＯＳＦＥＴ（例：２１０−２１３、２４０、および２４１）または他のトランジスタのスイッチングを調整することによって、ＤＣバス２０３によって太陽電池アレイ２０１に示される有効インピーダンスを調整することができる。例えば、ＡＣグリッドを介してＤＣバス２０３に与えられる電気負荷（例：ｐｏｗｅｒ＝Ｉ（電流）＊Ｖ（電圧））が一定であり、電気エネルギー貯蔵装置２０５に貯蔵される電荷量が少なく、太陽電池アレイ２０１から引き出される電力が太陽電池アレイ２０１から利用可能なピーク電力よりも小さい場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０２のスイッチング（例：トランジスタ２１０−２１３、２４０、２４１に供給される制御信号のデューティサイクルを変化させる）は、ＤＣバス２０３の有効インピーダンスを減少させるように調整され、それによって、電気エネルギー貯蔵装置２０５への電流の流れを増加させることができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０２のスイッチングは、電気エネルギー貯蔵装置２０５への電流の流れを増加させて太陽電池アレイ２０１の出力電力を減少させるまで、電気エネルギー貯蔵装置２０５への電流の流れを増加させるように調整されてもよい。したがって、より詳細に説明されるように、単独のＤＣ／ＤＣコンバータ２０２のスイッチングは、太陽電池アレイ２０１がその最大電力点で動作するように調整されてもよい。
【００１９】
インバータ１１２は、ＤＣバス２０３によって直接供給される電圧をスイッチングして、ＡＣ定常電力グリッド１１４に送られるＡＣ電力を供給する。インバータ１１２のスイッチングは、定常ＡＣ電力グリッド動作条件、太陽電池アレイ２０１の動作条件（例：太陽電池アレイ２０１の出力電流および電圧）、および電気エネルギー貯蔵装置の動作条件（例：バッテリー充電状態）に応答してもよい。
【００２０】
ここで図３を参照すると、単独のＤＣ／ＤＣコンバータ２０２の内部構成要素を含む詳細な概略図が示されている。図１および図２の構成要素と同じ数字ラベルを有する図３の構成要素は、図１および図２で説明したものと同じ構成要素である。また、図１および図２の構成要素と同じ数字ラベルを有する構成要素は、図１および図２の構成要素と同じ動作をする。したがって、簡潔にするために、これらの構成要素の説明は繰り返さない。
【００２１】
単独のＤＣ／ＤＣコンバータ２０２は、１次コイル２０６と２次コイル２０７とを含む第１の変圧器２０５を含む。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０２に流入または流出する電流は、第１の変圧器２０５を介して感知されてもよく、感知された電流値は、コントローラ２６０に与えられてもよい。第１の変圧器２０５は、ＤＣバス２０３及び金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）２１０−２１３を含むフルブリッジに電気的に結合されるが、フルブリッジを生成するために他のタイプのトランジスタを適用することもできる。図３に示されるＭＯＳＦＥＴのドレインは、個々のＭＯＳＦＥＴの近くの文字Ｄによって示される。図３におけるＭＯＳＦＥＴのソースは、個々のＭＯＳＦＥＴの近くの文字Ｓによって示される。図３に示されるＭＯＳＦＥＴのゲートは、個々のＭＯＳＦＥＴの近くの文字Ｇによって示される。フルブリッジの左脚部２１５は、インダクタ２２０の左側に電気的に結合される。フルブリッジの右脚部２１６は、絶縁トランス２２５の１次コイル２２５ａに電気的に結合される。インダクタ２２０の右側は、キャパシタ２１７の左側に電気的に結合され、キャパシタ２１７の右側は、１次コイル２２５ａの、フルブリッジの右脚部２１６に電気的に結合される１次コイル２２５ａの一方とは反対側に電気的に結合される。ＭＯＳＦＥＴ２１０および２１２のドレインは、第１の変圧器２０５に電気的に結合される。ＭＯＳＦＥＴ２１１および２１３のソースは、接地電位２９８に電気的に結合される。ＭＯＳＦＥＴ２１０−２１３のゲートは、ドライバ回路２６２に電気的に結合され、ドライバ回路は、コントローラ２６０の入出力部２８０を介して動作する。ＭＯＳＦＥＴ２１０−２１３は、それぞれのＭＯＳＦＥＴに電流を流すために、活性化（例：スイッチオン）されてもよい。ＭＯＳＦＥＴ２１０−２１３は、それぞれのＭＯＳＦＥＴを通る電流の流れを防止するために非活性化（例：スイッチオフ）されてもよい。
【００２２】
絶縁トランス２２５は、センタータップ２２５ｄと共に、第１の２次コイル２２５ｂと、第２の２次コイル２２５ｃとを含む。第１の２次コイル２２５ｂは、第２の２次コイル２２５ｃにセンタータップ２２５ｄで電気的に結合される。さらに、インダクタ２３０の左側は、センタータップ２２５ｄに電気的に結合される。第１の２次コイル２２５ｂは、また、ＭＯＳＦＥＴ２４０のドレインに電気的に結合される。第２の２次コイル２２５ｃは、ＭＯＳＦＥＴ２４１のドレインに電気的に結合される。ＭＯＳＦＥＴ２４０および２４１は、第１および第２の２次コイル２２５ｂおよび２２５ｃの出力をＤＣに整流することができる。ＭＯＳＦＥＴ２４０および２４１のゲートは、整流器駆動回路２６１に電気的に結合され、整流器駆動回路は、コントローラ２６０の入出力部２８０を介して動作する。入出力部２８０は、デジタル入出力、アナログ入出力、および通信ポートを含むことができる。ＭＯＳＦＥＴ２４０および２４１のソースは、接地電位２９９に電気的に結合される。接地電位２９８は、接地電位２９９とは異なる。インダクタ２３０の右側は、フィルタコンデンサ２３２および電気エネルギー貯蔵装置２０５に電気的に結合される。低電圧負荷電流は、電流センサ２６３を介して検知され、コントローラ２６０に入力される。
【００２３】
コントローラ２６０は、入出力部２８０と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）２８１と、（非一時的な）ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）２８２と、（一時的な）ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）２８３とを含む。コントローラ２６０は、太陽電池アレイ２０１の電圧出力および太陽電池アレイ２０１の電流出力を、電流センサ２３５を介して感知することができる。コントローラ２６０は、オプションのリモートコントローラ２６５と、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）２７５または他の既知のタイプの通信リンクを介して通信することができる。リモートコントローラ２６５はまた、ＣＰＵ２６６、（非一時的）ＲＯＭ２６７、および（一時的）ＲＡＭ２６８を含む。リモートコントローラ２６５は、定常ＡＣグリッド動作状態をコントローラ２６０に伝達することができる。さらに、リモートコントローラ２６５は、ステータス情報（例：劣化状態、電力要求、電力供給停止要求等）をコントローラ２６０との間で送受信することができる。
【００２４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２０２は、ＭＯＳＦＥＴ２１０−２１３のオンおよびオフを切り替えることにより、インダクタ２２０および１次巻線２２５ａを流れる電流の方向を変えることによってバックモードで動作することができる。動作のバックモードでは、電力は、ＤＣバス２０３から電気エネルギー貯蔵装置２０５に輸送され得る。コントローラ２６０は、ＭＯＳＦＥＴ２１０−２１３を選択的に活性化し、ＭＯＳＦＥＴ２１０−２１３を選択的に非活性化して、インダクタ２２０および１次巻線２２５ａを流れる電流の方向を変える。ＭＯＳＦＥＴ２４０および２４１は、２次コイル２２５ｂの出力を整流するために選択的に活性化および非活性化され得る。より高いＤＣ電圧（例：３００−１０００ＶＤＣ）でのＤＣバス２０３からの電力は、ＤＣバス２０３より低い電圧（例：２０−１００ＶＤＣ）で低電圧のＤＣバス２３８に供給される電力に変換される。
【００２５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２０２はまた、ＭＯＳＦＥＴ２４０および２４１を活性化および非活性化することによりインダクタ２３０を選択的に充放電することによって、ブーストモードで動作してもよい。特に、ＭＯＳＦＥＴ２４０および２４１は、インダクタ２３０を充電するために同時にまたは同時期に活性化（例：ＭＯＳＦＥＴに電流が流れるようにする）されてもよく、その後、ＭＯＳＦＥＴ２４０および２４１は、異なる時間に非活性化（例：ＭＯＳＦＥＴを通る電流の流れを止める）されて、インダクタ２３０を放電し、電気エネルギー貯蔵装置２０５によって供給された電力を１次コイル２２５ａに輸送してもよい。次に、ＭＯＳＦＥＴ２１０−２１３をスイッチング（例：活性化および非活性化）して、１次コイル２２５ａおよびインダクタ２２０の出力を整流することができる。インジェクタ２３０を通る電流の流れの方向の急速な変化は、コイル２２５ｂに印加される電圧および１次コイル２２５ａおよびインダクタ２２０の出力電圧を増加させる。このように、バッテリー電圧（例：４８ボルト）は、より高い電圧（例：ＤＣバス電圧またはそれよりわずかに大きい電圧）に増加され、電力が電気エネルギー貯蔵装置２０５からＤＣバス２０３に輸送され得るようになる。さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータがＤＣバス２０３に提示する電気インピーダンスは、トランジスタ２１０−２１３、２４０、および２４１に印加される信号のデューティサイクルを調整することによって増加または減少させることができる。ＤＣバス２０３に供給された電力は、定常ＡＣ電力グリッド１１４に輸送され得る。
【００２６】
このようにして、電力は、バックモードで動作するＤＣ／ＤＣコンバータを介して、ＤＣバス２０３から電気エネルギー貯蔵装置２０５に輸送され得る。さらに、電力は、ブーストモードで動作するＤＣ／ＤＣコンバータを介して、電気エネルギー貯蔵装置２０５からＤＣバス２０３に輸送されて、定常ＡＣ電力グリッド１１４に分配され得る。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０２は、ＤＣ出力消費者（例：ＤＣバス２０３または電気エネルギー貯蔵装置２０５）に与えられるＤＣ電源２０１の電圧レベルを調整して、ＤＣ電源２０１の効率を高めることができる。なお、ＤＣ電源２０１の効率は、ＤＣ電源２０１の出力電圧および出力電流の関数とすることができる。
【００２７】
次に、図４Ａ−図４Ｄを参照すると、図２の電力変換システムの動作モードおよび動作モードにおける電力の流れの例が示されている。図１および図２の構成要素と同じ数字ラベルを有する図４Ａ−図４Ｄの構成要素は、図１および図２で説明したものと同じ構成要素である。また、図１及び図２の構成要素と同じ数字ラベルを有する図４Ａ−図４Ｄの構成要素は、図１及び図２の構成要素と同じ動作をする。したがって、簡潔にするために、これらの構成要素の説明は繰り返さない。
【００２８】
図４Ａは、単独のＤＣ／ＤＣコンバータ２０２がブーストモードで動作して電力を電気エネルギー貯蔵装置２０５からＤＣバス２０３に矢印４０３で示す方向に輸送する第１の動作モードである。さらに、太陽電池アレイ２０１は、ＤＣバス２０３に矢印４０１で示す方向に電力を供給する。インバータ１１２は、電力をＤＣバス２０３から定常ＡＣ電力グリッド１１４に矢印４０２で示す方向に輸送する。したがって、電気エネルギー貯蔵装置２０５および太陽電池アレイ２０１は、定常ＡＣ電力グリッド１１４にインバータ１１２を介して電力を供給する。
【００２９】
電力変換システム２００は、定常ＡＣ電力グリッドが太陽電池アレイ２０１のみによって生成され得る電力量よりも大きい電力量を要求しているか、または受け入れる場合に、図４Ａに示すように電力を輸送することができる。また、電力変換システム２００は、電気エネルギー貯蔵装置２０５の充電率が閾値充電率よりも大きい場合に、図４Ａに示すように電力を輸送してもよい。
【００３０】
図４Ｂは、単独のＤＣ／ＤＣコンバータ２０２がブーストモードで動作して電力を電気エネルギー貯蔵装置２０５からＤＣバス２０３に矢印４０７で示す方向に輸送する第２の動作モードを示す。太陽電池アレイ２０１は、ＤＣバス２０３に電力を供給しておらず、インバータ１１２は、ＤＣバス２０３からの電力を定常ＡＣ電力グリッド１１４に矢印４３０で示す方向に輸送する。したがって、電気エネルギー貯蔵装置２０５は、単独で、インバータ１１２を介して、定常ＡＣ電力グリッド１１４に電力を供給する。
【００３１】
電力変換システム２００は、定常ＡＣ電力グリッドが電力を要求しているか、または電力を受け取ると推測される状態であり、かつ、太陽電池アレイ２０１が電力を出力していない（例：夜間）場合に、図４Ｂに示すように電力を輸送することができる。電力変換システム２００は、電気エネルギー貯蔵装置２０５の充電率が閾値充電率よりも大きい場合に、図４Ｂに示すように電力を輸送することができる。
【００３２】
図４Ｃは、単独のＤＣ／ＤＣコンバータ２０２がバックモードで動作し、ＤＣバス２０３から電力を電気エネルギー貯蔵装置２０５に矢印４２４で示す方向に輸送する第３のモードである。さらに、太陽電池アレイ２０１は、ＤＣバス２０３に矢印４２０で示す方向に電力を供給する。インバータ１１２は、電力をＤＣバス２０３から定常ＡＣ電力グリッド１１４に矢印４２２で示す方向に輸送する。このように、太陽電池アレイ２０１は、定常ＡＣ電力グリッド１１４にインバータ１１２を介して電力を供給し、電気エネルギー貯蔵装置２０５に単独のＤＣ／ＤＣコンバータ２０２を介して電力を供給する。
【００３３】
電力変換システム２００は、定常ＡＣ電力グリッドが少量の電力を要求しているか受け入れる場合、電気エネルギー変換装置２０１の充電率が低い場合、および太陽電池アレイ２０１の電力出力が、定常ＡＣ電力グリッド１１４が要求し得るか受け入れ得る電力量より大きい場合に、図４Ｃに示すように電力を輸送してもよい。
【００３４】
図４Ｄは、単独のＤＣ／ＤＣコンバータ２０２がバックモードで動作して、電力をＤＣバス２０３から電気エネルギー貯蔵装置２０５に輸送する第４のモードである。電力は、定常ＡＣ電力グリッド１１４に供給されておらず、太陽電池アレイ２０１は、ＤＣバス２０３に電力を供給している。インバータ１１２は、トランジスタの内部スイッチングがインバータ１１２内で発生しないように、このモードにおいて非活性化されてもよい。
【００３５】
電力変換システム２００は、定常ＡＣ電力グリッドが電力の要求または受け取りを行っていないとき、および電気エネルギー貯蔵装置２０５の充電率が低いときに、図４Ｄに示すように電力を輸送することができる。さらに、このモードで動作するために、太陽電池アレイ２０１は、ＤＣバス２０３に電力を供給する能力を有することができる。
【００３６】
図２−図４Ｄのシステムは、直流（ＤＣ）バス；ＤＣバスに直接電気的に結合されたＤＣ電源；ＤＣバスに直接結合されたインバータ；電気エネルギー貯蔵装置；ＤＣバスおよび電気エネルギー貯蔵装置に電気的に結合された単独のＤＣ／ＤＣコンバータを備える電力変換システムを提供することができる。電力変換システムは、ＤＣ電源が太陽電池アレイであり、電気エネルギー貯蔵装置がバッテリーである場合を含む。電力変換システムは、交流（ＡＣ）電力グリッドをさらに含み、インバータはＡＣ電力グリッドに電気的に結合される。電力変換システムは、ＤＣ／ＤＣコンバータが双方向性である場合を含む。電力変換システムは、ＤＣ／ＤＣコンバータがコントローラを含む場合を含む。電力変換システムは、ＤＣ／ＤＣコンバータをバックモードで動作させてＤＣバスから電気エネルギー貯蔵装置に電力を輸送する、コントローラの非一時メモリに格納された実行可能命令をさらに含む。電力変換システムは、ＤＣバスがＤＣ電源に与える電気負荷に応答してＤＣ／ＤＣコンバータがバックモードで動作することを含む。電力変換システムは、電気負荷が、ＤＣ電源を実質的に最大電力追跡点で動作させる電気負荷よりも小さい場合を含む。電力変換システムは、バッテリーからＤＣバスに電力を輸送するためにブーストモードでＤＣ／ＤＣコンバータを動作させる、コントローラの非一時的メモリに記憶された実行可能命令をさらに含む。電力変換システムは、ＤＣ／ＤＣコンバータが、ＤＣバスがＤＣ電源に与える電気負荷に応答してブーストモードで動作することを含む。電力変換システムは、電気負荷が、ＤＣ電源を実質的に最大電力追跡点で動作させる電気負荷よりも大きい場合を含む。
【００３７】
図２−図４Ｄのシステムは、直流（ＤＣ）バス；ＤＣバスに直接電気的に結合されたＤＣ電源；ＤＣバスに直接結合されたインバータ；バッテリー；ＤＣバスおよびバッテリーに電気的に結合された単独のＤＣ／ＤＣコンバータ；コントローラを備え、ここでコントローラはＤＣ電源およびバッテリーに電気的に結合され、コントローラは、ＤＣ電源の第１の動作条件に応答して単独のＤＣ／ＤＣコンバータをバックモードで動作させ、ＤＣ電源の第２の動作条件に応答してＤＣ／ＤＣコンバータをブーストモードで動作させる、非一時的メモリに記憶された実行可能命令を含む、電力変換システムも提供する。電力変換システムは、第１の条件が、現在のＤＣ電源動作条件に対して最大電力出力を提供する電気負荷よりも小さい電気負荷がＤＣ電源に印加されることであり、第２の条件が、現在のＤＣ電源動作条件に対して最大電力出力を提供する電気負荷よりも大きい電気負荷がＤＣ電源に印加されることである場合を含む。電力変換システムは、単独のＤＣ／ＤＣコンバータを介してＤＣバスに与えられる負荷を、ＤＣ電源の出力電圧および電流に応答して調整する追加命令をさらに含む。電力変換システムはさらに、ＡＣグリッドに電力を供給する要求に応答してブーストモードで単独のＤＣ／ＤＣコンバータを動作させる追加命令を含む。電力変換システムは、バッテリーの充電率およびＤＣ電源の出力電流および電圧に応答してバックモードで単独のＤＣ／ＤＣコンバータを動作させる追加命令をさらに含む。電気デバイス間に示される実線（例：２０３）は、図１−４Ｄにおける電気デバイスを電気的に結合する導体を表す。
【００３８】
次に図５を参照すると、電力変換システム２００を動作させる方法が示されている。図５の方法は、図２−図４Ｄのシステムの非一時的メモリに記憶された実行可能命令として含まれてもよい。さらに、図５の方法は、図２−図４Ｄのシステムと協働して、データを受信し、アクチュエータを調整して、図２−図４Ｄのシステムを物理的または実世界で制御してもよい。
【００３９】
ステップ５０２において、方法５００は、定常ＡＣ電力グリッド電力要求量を決定する。定常ＡＣ電力グリッドは、リモートコントローラを介して、ＡＣ電力グリッドに電力を輸送する許可をブロードキャストすることができる。さらに、ＡＣ電力グリッドは、ＣＡＮまたは他の既知の通信リンクを介して受信された、リモートコントローラからの要求をブロードキャストすることによって、ＡＣ電力グリッドに電力を供給する要求を発行することができる。代替的に、方法５００は、定常ＡＣ電力グリッドが電力変換システム２００の総電気出力容量までの電気出力を受け入れることができ、電力変換システムの総最大出力容量がコントローラメモリに記憶されることができると仮定することができる。方法５００は５０４に進む。
【００４０】
５０４において、方法５００は、太陽電池アレイ（ＰＶ）２０１の電力出力容量を推定する。一実施例では、方法５００は、太陽電池アレイによる電圧出力、時刻、局所太陽光条件、太陽電池アレイの特性（例：アレイ内の太陽電池の総数、太陽電池の直列接続及び並列接続等）、及び太陽電池アレイの他の動作条件に応答して、太陽電池アレイの電力出力容量を推定することができる。方法５００は、太陽電池アレイの動作条件を介して参照される一つ以上の関数および／または表を介して、太陽電池アレイ２０１の電気出力容量を推定することができる。関数および／または表は、太陽電池アレイ２０１の電気出力を推定するために経験的に決定された値を含み得る。方法５００は５０６に進む。
【００４１】
５０６において、方法５００は、定常ＡＣ電力グリッド１１４を介して要求される電力が太陽電池アレイ２１０の出力電力容量より大きいかどうかを判断する。方法５００が、定常ＡＣ電力グリッド１１４によって要求される電力が太陽電池アレイ２０１の電力出力容量より大きいと判断した場合、答えはイエスであり、方法５００は５０８に進む。そうでなければ、答えはノーであり、方法５００は５２０に進む。
【００４２】
ステップ５０８において、方法５００は、電気エネルギー貯蔵装置２０５の充電率（ＳＯＣ）が第２の閾値充電率よりも大きいかどうかを判定する。方法５００は、電気エネルギー貯蔵装置２０５の電圧およびクーロンカウンティングを介して、または他の既知の方法を介して、電気エネルギー貯蔵装置のＳＯＣを推定することができる。電気エネルギー貯蔵装置が鉄フローバッテリーである場合、方法５００は、鉄フローバッテリー電圧が０ボルトまたは接地電位になるまで、鉄フローバッテリーから電荷を引き込むことができる。方法５００が、電気エネルギー貯蔵装置２０５の充電率（ＳＯＣ）が第２の閾値充電率よりも大きいと判断した場合、答えはイエスであり、方法５００は５１０に進む。そうでなければ、答えはノーであり、方法５００は５１４に進む。
【００４３】
さらに、いくつかの実施例では、インバータ１１２が、太陽電池アレイ２０１に適用される、ＤＣバス２０３における低インピーダンスレベルを提示し、太陽電池アレイ２０１の電圧出力を低下させ、その結果、太陽電池アレイが太陽電池アレイの最大電力点（例：太陽電池アレイ２０１の電力出力を最大にする電圧および電流）で動作しないようにする場合、方法５００は５１０に進み、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０２をブーストモードで動作させることができる。
【００４４】
５１０において、方法５００は、電力を電気エネルギー貯蔵装置からＤＣ／ＤＣコンバータのＤＣバスに輸送するために、単独のＤＣ／ＤＣコンバータをブーストモードで動作させる。太陽電池アレイが十分な電気エネルギー出力容量を有する場合には、太陽電池アレイを介してＤＣバスにも電力が供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチングは、太陽電池アレイを最大電力点（例：太陽電池アレイの他の電圧および電流出力よりも高い、又は最大の電力出力を提供する太陽電池アレイからの電圧および電流出力）で動作させるように調整されてもよい。一例では、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチングが、電気エネルギー貯蔵装置からＤＣバスに供給される電力を増加させるように調整され、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチングの調整の結果として、ＤＣバスによって太陽電池アレイに提示される実効インピーダンスの変化のために、太陽電池アレイからの電力出力が増加する場合、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチングをさらに調整して、太陽電池アレイからの電力出力をさらに増加させることを試みることができる。
【００４５】
太陽電池アレイからの最大電力出力は、太陽電池アレイからの電圧および電流出力の関数とすることができる。その結果、太陽電池アレイ出力電流および電圧に応答して、ＤＣバスおよびＤＣバスに電気的に結合されるデバイス（例：ＤＣ／ＤＣコンバータとインバータ）により太陽電池アレイに提示される実効インピーダンス（例：電気負荷）を調整することによって、太陽電池アレイの電気出力を最大化することができる。したがって、ブーストモードでＤＣ／ＤＣコンバータ出力を制御するスイッチ（例：ＭＯＳＦＥＴ２４０および２４１）を動作させるデューティサイクル期間の増加に応答して太陽光発電アレイの電力出力が増加する場合、太陽光発電アレイの電力出力が低下し始めて太陽電池アレイ２０１の効率を最大にするまでデューティサイクルを増加させることができる。逆に、ブーストモードでＤＣ／ＤＣコンバータ出力を制御するスイッチを動作させるデューティサイクル期間の減少に応答して太陽電池アレイの電力出力が増加する場合、太陽電池アレイの電力出力が減少し始めるまでデューティサイクルを減少させて、太陽電池アレイ２０１の効率を最大にすることができる。方法５００は５１２に進む。
【００４６】
５１２において、方法５００は、ＤＣバス２０３からのＤＣ電力をＡＣ電力に変換することによって、インバータ１１２を介してＡＣ電力を定常ＡＣ電力グリッド１１４に供給する。そして、太陽電池アレイ２０１及び電気エネルギー貯蔵装置２０５は、ＤＣバス２０３に電力を供給しているので、太陽電池アレイ２０１及び電気エネルギー貯蔵装置２０５は、定常ＡＣ電力グリッド１１４に電力を供給している。方法５００はＥｘｉｔに進む。
【００４７】
５１４において、方法５００は、電力を節約するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０２を、ＭＯＳＦＥＴ２１０−２１３、２４０、および２４１のスイッチングを停止することによって非活性化する。さらに、太陽電池アレイ２０１は、電力をＤＣバス２０３に供給し、ＤＣバス２０３からのＤＣ電力は、インバータ１１２を介してＡＣ電力に変換され、定常ＡＣ電力グリッド１１４に供給される。このようにして、太陽電池アレイは、ＤＣ／ＤＣコンバータを通過することなく、定常ＡＣ電力グリッドに電力を供給する。方法５００はＥｘｉｔに進む。
【００４８】
ステップ５２０において、方法５００は、電気エネルギー貯蔵装置２０５の充電率（ＳＯＣ）が第１の閾値充電率未満であるかどうかを判定する。方法５００が、電気エネルギー貯蔵装置２０５の充電率（ＳＯＣ）が第１の閾値充電率未満であると判定した場合、答えはイエスであり、方法５００は５２２に進む。そうでなければ、答えはノーであり、方法５００は５３０に進む。
【００４９】
さらに、いくつかの実施例では、方法５００は５２２に進み、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０２をバックモードで動作させることができるが、これは、インバータ１１２が、太陽電池アレイの最大電力点（例：太陽電池アレイ２０１の電力出力を最大にする電圧および電流）で動作しないように、太陽電池アレイ２０１に適用されるＤＣバス２０３で、太陽電池アレイ２０１の電流出力を低減するような高インピーダンス（例：電気負荷）レベルを与えている場合である。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０２は、太陽電池アレイ２０１の出力電流および電圧に応答してバックモードで動作することができる。バックモードでＤＣ／ＤＣコンバータを動作させることによって、太陽電池アレイ２０１から引き出される電流を増加させて、太陽電池アレイ２０１の効率を高めることができる。
【００５０】
５２２において、方法５００は、単独のＤＣ／ＤＣコンバータ２０２をバックモードで動作させて、電力をＤＣ／ＤＣコンバータ２０２のＤＣバス２０３から電気エネルギー貯蔵装置２０５に輸送する。ＤＣバス２０３には、太陽電池アレイ２０１を介して電力が供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング（例：電力を輸送するためのＤＣ／ＤＣコンバータ内のＭＯＳＦＥＴまたは他のトランジスタの活性化および非活性化）は、太陽電池アレイを最大電力点（例：太陽電池アレイの他の電圧および電流出力よりも高い又は最大の電力出力を提供する太陽電池アレイからの電圧および電流出力）で動作させるように調整され得る。一例では、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチングが、太陽電池アレイを介して供給される、ＤＣバスから受け取られる電力を増加させるように調整され、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチングの調整の結果として、太陽電池アレイにＤＣバスによって提示される実効インピーダンスの変化により、太陽電池アレイからの電力出力が増加する場合、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチングをさらに調整して、太陽電池アレイからの電力出力をさらに増加させることを試みることができる。
【００５１】
従って、バックモードでＤＣ／ＤＣコンバータ出力を制御するスイッチ（例：ＭＯＳＦＥＴ２１０−２１３）を動作させるデューティサイクル期間の増加に応答して太陽電池アレイの電力出力が増加する場合、太陽電池アレイの電力出力が減少し始めるまで、スイッチを動作させる信号のデューティサイクルを増加させることができる。逆に、バックモードでＤＣ／ＤＣコンバータ出力を制御するスイッチを動作させるデューティサイクル期間の減少に応答して太陽電池アレイの電力出力が増加する場合、スイッチを動作させる信号のデューティサイクルは、太陽電池アレイの電力出力が減少し始めるまで減少され得る。方法５００は５２４に進む。
【００５２】
５２４において、方法５００は、ＤＣバス２０３からのＤＣ電力をＡＣ電力に変換することによって、インバータ１１２を介してＡＣ電力を定常ＡＣ電力グリッドに供給する。さらに、太陽電池アレイは、定常ＡＣグリッドに供給する容量を有し、電気エネルギー貯蔵装置のＳＯＣが低いため、電気エネルギー貯蔵装置に電力を供給する。電気エネルギー貯蔵装置が鉄フローバッテリーである場合、鉄フローバッテリーを０ボルト又は接地電位のレベルから充電することができ、その結果、最初に鉄フローバッテリーを充電するときに、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を低電圧（例：０．５ボルト未満、１ボルト未満、または２ボルト未満）に制御して電流を減少させることができる。方法５００はＥｘｉｔに進む。
【００５３】
５３０において、方法５００は、電力を節約するためにＭＯＳＦＥＴ２１０−２１３、２４０、および２４１のスイッチングを停止することによってＤＣ／ＤＣコンバータを非活性化する。さらに、太陽電池アレイ２０１は、電力をＤＣバス２０３に供給し、ＤＣバス２０３からのＤＣ電力は、インバータ１１２を介してＡＣ電力に変換され、要求に応じて、定常ＡＣ電力グリッド１１４に供給される。このようにして、太陽電池アレイは、ＤＣ／ＤＣコンバータを通過することなく、定常ＡＣ電力グリッドに電力を供給する。方法５００はＥｘｉｔに進む。
【００５４】
図５の方法は、太陽電池アレイの動作条件に応答してバックモードで配電システムの単独のＤＣ／ＤＣコンバータを動作させ、太陽電池アレイの動作条件に応答してブーストモードで配電システムの単独のＤＣ／ＤＣコンバータを動作させ、ＤＣ／ＤＣコンバータをＤＣバスに直接電気的に結合させ、太陽電池アレイをＤＣバスに直接結合させ、ＤＣバスをインバータに直接電気的に結合させることを含む電力変換方法を提供する。この方法は、さらに、太陽電池アレイの出力効率に応答して、バックモードまたはブーストモードでＤＣ／ＤＣコンバータを動作させることを含む。この方法はさらに、１次コイルおよび２次コイルを含む変圧器を介して太陽電池アレイから電気的に絶縁された単独のＤＣ／ＤＣコンバータを介して、太陽電池アレイからバッテリーに電荷を輸送することを含む。この方法は、バッテリー充電率に応答してバックモードでＤＣ／ＤＣコンバータを動作させるステップをさらに含む。
【００５５】
次に図６を参照すると、全鉄レドックスフローバッテリー（ＩＦＢ）の例示的な実施形態が示されている。ＩＦＢは、要素２０５として図２のシステムに含まれ得る電気エネルギー貯蔵装置である。ＩＦＢは、めっき電解液タンク６００に貯蔵されるめっき電解質を含むことができる。ＩＦＢはまた、レドックス電解質タンク６０１に貯蔵されるレドックス電解質を含むことができる。めっき電解質およびレドックス電解質は、ＦｅＣｌ２またはＦｅＣｌ３のような、水に溶解した適切な塩であってもよい。めっき電解質とレドックス電解質の両方は、異なるモル濃度で同じ塩を使用することができ、このようなＩＦＢの特徴は、異なる反応性化合物を有するバッテリーでは利用できない。両タンクは、ＩＦＢの正反応器６２４及び負反応器６２２と流体連通していてもよい。負反応器及び正反応器及びそれらのそれぞれの電解質を分離するのが障壁６２０である。障壁は、電解質のクロスオーバーを防止し、イオン伝導性を提供するために、めっき電解質とレドックス電解質との間に配置される、イオン交換膜または微孔性膜などの膜バリアとして具体化されてもよい。センサ６０２および６０４は、ｐＨを含む電解質の化学的特性を決定するために使用することができ、光学センサとして具現化することができる。プローブ６２６および６２８は、電解質の化学的特性（後述する）を決定するために追加的または代替的に使用されてもよい。他の実施形態は、めっき電解質プローブ、めっき電解質センサ、レドックス電解質プローブ、レドックス電解質センサ、またはこれらのいくつかの組み合わせを有することができる。プローブはまた、負反応器６２２および正反応器６２４内のＩＦＢの反応部分の内部に配置されてもよい。酸添加剤は、追加のタンク６０６および６０８内にあってもよい。これらは異なる添加剤を含み、異なるルーチンによって制御され得る。他の実施形態では、ＩＦＢはまた、正の側の添加剤または負の側の添加剤のいずれかを有してもよく、両方を有していなくてもよい。正の側の添加剤は、正の添加剤ポンプ６１２によって正反応器６２２内に加速されてもよく、負の添加剤は、負の添加剤ポンプ６１０によって負反応器６２４内に加速されてもよい。あるいは、電解質添加剤をタンク６００および６０１内にポンプで注入してもよい。ポンプ６１０および６１２は、ポンプに通信可能に連結された制御システムを介して作動されてもよい。制御システムは、プローブ６２６、プローブ６２８、センサ６０２、センサ６０４、またはこれらの任意の組み合わせに応答することができる。電解質は、ポンプ６３０によって反応器から汲み出される。ＩＦＢは、負極６１４と正極６１６とを含む。
【００５６】
本明細書に含まれる例示的な制御および推定ルーチンは、様々な電力変換システム構成で使用することができることに留意されたい。本明細書に開示される制御方法及びルーチンは、実行可能な命令として非一時的メモリに格納することができ、種々のセンサ、アクチュエータ及び他のシステムハードウェアと組み合わせてコントローラを含む制御システムによって実行することができる。本明細書に記載される特定のルーチンは、イベント駆動、割り込み駆動、マルチタスク、マルチスレッドなどの任意の数の処理戦略のうちの１つ以上を表すことができる。このように、図示された種々の動作、操作、および／または機能は、図示されたシーケンスで、並列に、または場合によっては省略されてもよい。同様に、処理の順序は、本明細書に記載される例示的な実施形態の特徴および利点を達成するために必ずしも必要ではなく、説明および描写を容易にするために提供される。図示された動作、操作および／または機能のうちの１つ以上は、使用される特定の戦略に応じて繰り返し実行され得る。さらに、記載された動作、操作および／または機能の少なくとも一部は、制御システム内のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体の非一時的メモリにプログラムされるコードをグラフィカルに表し得る。記述された動作が、１つまたは複数のコントローラと組み合わせて、様々な記述されたハードウェアコンポーネントを含むシステム内における命令を実行することによって実行されるとき、制御動作はまた、物理的世界における１つまたは複数のセンサまたはアクチュエータの動作状態を変換してもよい。
【００５７】
これで説明を終える。当業者がそれを読むことにより、説明の趣旨および範囲から逸脱することなく、多くの変更および修正が想起され得る。例えば、異なるＤＣ／ＤＣコンバータを適用して、本説明を有利に用いることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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