(57)【要約】  本発明は、１つの燃料電池電源を含む複数の電源の並列動作方法及び装置に関する。この装置は、複数の電源に通信可能に接続され、かつ複数の電源用の負荷需要を測定するように構成されたドループマスタコントローラと、ドループマスタコントローラ及び第１の燃料電池電源に通信可能に接続され、かつ第１の燃料電池電源用の第１のドループプロファイルを計算するように構成された第１のドループスレーブコントローラと、ドループマスタコントローラ及び第２の電源に通信可能に接続された第２のドループスレーブコントローラと、第１の燃料電池電源に電気的に接続され、かつ第１のドループスレーブコントローラに通信可能に接続され、かつ第１のドループプロファイルに従って電力を出力するように構成された第１のインバータと、を含む。【選択図】  図４Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電源の並列動作方法であって、
ドループマスタコントローラによって、複数の電源用の負荷需要を測定するステップと、
第１のドループスレーブコントローラによって、前記ドループマスタコントローラから前記複数の電源用の前記負荷需要を受信するステップと、
前記第１のドループスレーブコントローラによって、前記複数の電源の第１の燃料電池電源の電力容量を決定するステップと、
前記第１のドループスレーブコントローラによって、前記複数の電源用の前記負荷需要と前記第１の燃料電池電源の前記電力容量とを用いて、前記第１の燃料電池電源用の第１のドループプロファイルのための第１の勾配及び第１の無負荷設定点のうちの少なくとも１つを計算するステップと、ここで、前記第１のドループプロファイルと、少なくとも第２の電源用の第２のドループプロファイルとが前記複数の電源用のすべての負荷需要のために提供され、さらに、
前記第１の燃料電池電源用の第１のインバータを、前記第１のドループプロファイルに従って電力を出力するように構成するステップと、を含む、方法。
【請求項２】
前記第２の電源は、第２の燃料電池電源を含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記方法は、さらに、
第２のドループスレーブコントローラによって、前記ドループマスタコントローラから前記複数の電源用の前記負荷需要を受信するステップと、
前記第２のドループスレーブコントローラによって、前記複数の電源の前記第２の燃料電池電源の電力容量を決定するステップと、
前記第２のドループスレーブコントローラによって、前記複数の電源用の前記負荷需要と前記第２の燃料電池電源の前記電力容量とを用いて、前記第２の燃料電池電源用の前記第２のドループプロファイルのための第２の勾配及び第２の無負荷設定点のうちの少なくとも１つを計算するステップと、さらに、
第２の燃料電池システム用の第２のインバータを、前記第２のドループプロファイルに従って電力を出力するように構成するステップと、を含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記第２の勾配及び前記第２の無負荷設定点のうちの少なくとも１つは、それぞれ前記第１の勾配及び前記第１の無負荷設定点とは異なり、
前記第１のドループプロファイル及び前記第２のドループプロファイルは、それぞれ前記第１のインバータ及び前記第２のインバータによって出力される電力に対するＡＣ周波数の関数である、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記方法は、さらに、前記第１の燃料電池電源が始動から定常状態動作温度まで加熱されるにつれて、前記第１のドループプロファイルの前記第１の勾配を減少させるステップを含む、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記第１の燃料電池電源は、前記第１のインバータを含んだ第１の無停電電源モジュールと、少なくとも１つの第１の燃料電池セグメントを含んだ少なくとも１つの第１の燃料電池システムとを含み、
前記第２の燃料電池電源は、前記第２のインバータを含んだ第２の無停電電源モジュールと、少なくとも１つの第２の燃料電池セグメントを含んだ少なくとも１つの第２の燃料電池システムとを含む、請求項４記載の方法。
【請求項７】
前記第２の電源は、分散型発電機を含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記方法は、さらに、
マイクログリッドコントローラによって、マイクログリッド用の負荷需要を測定するステップと、
前記ドループマスタコントローラによって、前記マイクログリッドコントローラから前記マイクログリッド用の前記負荷需要を受信するステップと、を含み、ここで、前記複数の電源用の前記負荷需要を測定する前記ステップは、前記マイクログリッド用の前記負荷需要の第１の部分として前記複数の電源用の前記負荷需要を測定するステップを含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記方法は、さらに、
コントローラによって、前記マイクログリッドコントローラから前記マイクログリッド用の前記負荷需要を受信するステップと、
前記コントローラによって、前記分散型発電機の電力容量を決定するステップと、
前記コントローラによって、前記マイクログリッド用の前記負荷需要の第２の部分として前記分散型発電機の前記負荷需要と前記分散型発電機の前記電力容量とを用いて、前記分散型発電機用の第２のドループプロファイルのための第２の勾配及び第２の無負荷設定点のうちの少なくとも１つを計算するステップと、を含み、ここで、前記第１のドループプロファイルと、少なくとも前記分散型発電機用の前記第２のドループプロファイルとが前記マイクログリッドのすべての負荷需要のために提供される、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記分散型発電機は、燃料電池システム、ディーゼル発電機、グリッド接続部、マイクロタービン、太陽光発電機、及び風力発電機のうちの少なくとも１つを含む、請求項８記載の方法。
【請求項１１】
複数の電源の並列動作のための装置であって、
前記装置は、
前記複数の電源に通信可能に接続され、かつ前記複数の電源用の負荷需要を測定するように構成されたドループマスタコントローラと、
前記ドループマスタコントローラ及び前記複数の電源の第１の燃料電池電源に通信可能に接続され、かつ前記第１の燃料電池電源用の第１のドループプロファイルを計算するように構成された第１のドループスレーブコントローラと、
前記ドループマスタコントローラ及び第２の電源に通信可能に接続された第２のドループスレーブコントローラと、
前記第１の燃料電池電源に電気的に接続され、かつ前記第１のドループスレーブコントローラに通信可能に接続され、かつ前記第１のドループプロファイルに従って電力を出力するように構成された第１のインバータと、を含む、装置。
【請求項１２】
前記第１のドループスレーブコントローラは、
前記ドループマスタコントローラから前記複数の電源用の前記負荷需要を受信し、
前記複数の電源の第１の燃料電池電源の電力容量を決定し、さらに
前記複数の電源用の前記負荷需要と前記第１の燃料電池電源の前記電力容量とを用いて、前記第１の燃料電池電源用の第１のドループプロファイルのための第１の勾配及び第１の無負荷設定点のうちの少なくとも１つを計算するように構成されており、ここで、前記第１のドループプロファイルと、少なくとも前記第２の電源用の第２のドループプロファイルとが前記複数の電源用のすべての負荷需要のために提供される、請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記第２の電源は、第２の燃料電池電源を含み、
前記第２のドループスレーブコントローラは、
前記ドループマスタコントローラから前記複数の電源用の前記負荷需要を受信し、
前記複数の電源の前記第２の燃料電池電源の電力容量を決定し、
前記複数の電源用の前記負荷需要と前記第２の燃料電池電源の前記電力容量とを用いて、前記第２の燃料電池電源用の前記第２のドループプロファイルのための第２の勾配及び第２の無負荷設定点のうちの少なくとも１つを計算するように構成されており、さらに、
第２の燃料電池システム用の第２のインバータは、前記第２のドループプロファイルに従って電力を出力するように構成されている、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
前記第２の勾配及び前記第２の無負荷設定点のうちの少なくとも１つは、それぞれ前記第１の勾配及び前記第１の無負荷設定点とは異なり、前記第１のドループプロファイル及び前記第２のドループプロファイルは、それぞれ前記第１のインバータ及び前記第２のインバータによって出力される電力に対するＡＣ周波数の関数である、請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
前記第１のドループスレーブコントローラは、さらに、前記第１の燃料電池電源が始動から定常状態動作温度まで加熱されるにつれて、前記第１のドループプロファイルの前記第１の勾配を減少させるように構成されている、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記第１の燃料電池電源は、前記第１のインバータを含んだ第１の無停電電源モジュールと、少なくとも１つの第１の燃料電池セグメントを含んだ少なくとも１つの第１の燃料電池システムとを含み、
前記第２の燃料電池電源は、前記第２のインバータを含んだ第２の無停電電源モジュールと、少なくとも１つの第２の燃料電池セグメントを含んだ少なくとも１つの第２の燃料電池システムとを含む、請求項１４記載の装置。
【請求項１７】
前記第２の電源は、分散型発電機を含む、請求項１１記載の装置。
【請求項１８】
前記分散型発電機は、燃料電池システム、ディーゼル発電機、グリッド接続部、マイクロタービン、太陽光発電機、及び風力発電機のうちの少なくとも１つを含む、請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
複数の電源の並列動作のための装置であって、前記装置は、
複数の電源用の負荷需要を測定するための第１の手段と、
前記第１の手段から前記複数の電源用の前記負荷需要を受信し、
前記複数の電源の第１の燃料電池電源の電力容量を決定し、
前記複数の電源用の前記負荷需要と前記第１の燃料電池電源の前記電力容量とを用いて、前記第１の燃料電池電源用の第１のドループプロファイルのための第１の勾配及び第１の無負荷設定点のうちの少なくとも１つを計算し、ここで、前記第１のドループプロファイルと、少なくとも第２の電源用の第２のドループプロファイルとを前記複数の電源用のすべての負荷需要のために提供する
ための第２の手段と、
前記第１の燃料電池電源から前記第１のドループプロファイルに従ってＡＣ電力を出力するための第３の手段と、
を含む、装置。
【請求項２０】
前記第２の電源は、第２の燃料電池電源又は分散型発電機を含む、請求項１９記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
燃料電池は、多くの場合「スタック」と称されるユニットに組み合わされており、このユニット内では燃料電池セルは電気的に直列に接続され、相互接続部として機能するガス分離プレートなどの導電性相互接続部によって分離されている。燃料電池セルスタックは、その端部に導電性端部プレートを含むことができる。燃料電池セルスタックを統合したものが、いわゆる燃料電池セグメント又はカラムであり、これらは直列に接続された（例えば、あるスタックの端部プレートが次のスタックの端部プレートに電気的に接続された）１つ以上の燃料電池スタックを含むことができる。燃料電池セグメント又はカラムは、セグメント又はカラムから電力調整システムに直流電流を出力する電気リードを含むことができる。燃料電池システムは、１つ以上の燃料電池カラムを含むことができ、各カラムは、固体酸化物燃料電池セルスタックなどの１つ以上の燃料電池セルスタックを含むことができる。燃料電池システムを構成する個々の燃料電池セルの数は、燃料電池システムが生成することを意図している電力量に基づくことができる。例示的な燃料システムは、“Ripple Cancellation”と題する特許文献１に記載されており、その開示内容の全体は参照に基づき本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電力調整システムとしても知られる燃料電池電力変換システムで変換される電力を生成する。電力変換システムは、電源によって生成される電力の特性を何らかの方法で変更するシステムである。ＤＣ（直流）電力を生成する燃料電池の場合、これは、異なる（例えばより高い）電圧及び／又は電流レベルへのＤＣ電力の変換、特定のＲＭＳ（二乗平均平方根）電圧でのＡＣ（交流）電力への変換、三相ＡＣ電力の生成、又は上記のすべてを意味し得る。典型的には、ＤＣ電源の電圧レベルの変更は、ＤＣ／ＤＣ（直流／直流）コンバータを用いて実施できるのに対して、ＤＣからＡＣへの変更は、ＤＣ／ＡＣ（直流／交流）コンバータ又はインバータを用いて実施される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７，７０５，４９０号明細書
【発明の概要】
【０００４】
一実施形態によれば、本発明は、複数の電源の並列動作方法であって、この方法は、ドループマスタコントローラによって、複数の電源用の負荷需要を測定するステップと、第１のドループスレーブコントローラによって、ドループマスタコントローラから複数の電源用の負荷需要を受信するステップと、第１のドループスレーブコントローラによって、複数の電源の第１の燃料電池電源の電力容量を決定するステップと、第１のドループスレーブコントローラによって、複数の電源用の負荷需要と第１の燃料電池電源の電力容量とを用いて、第１の燃料電池電源用の第１のドループプロファイルのための第１の勾配及び第１の無負荷設定点のうちの少なくとも１つを計算するステップと、ここで、第１のドループプロファイルと、少なくとも第２の電源用の第２のドループプロファイルとが複数の電源用のすべての負荷需要のために提供され、さらに、第１の燃料電池電源用の第１のインバータを、第１のドループプロファイルに従って電力を出力するように構成するステップと、を含む。
【０００５】
別の実施形態によれば、本発明は、複数の電源の並列動作のための装置であって、この装置は、複数の電源に通信可能に接続され、かつ複数の電源用の負荷需要を測定するように構成されたドループマスタコントローラと、ドループマスタコントローラ及び複数の電源の第１の燃料電池電源に通信可能に接続され、かつ第１の燃料電池電源用の第１のドループプロファイルを計算するように構成された第１のドループスレーブコントローラと、ドループマスタコントローラ及び第２の電源に通信可能に接続された第２のドループスレーブコントローラと、第１の燃料電池電源に電気的に接続され、かつ第１のドループスレーブコントローラに通信可能に接続され、かつ第１のドループプロファイルに従って電力を出力するように構成された第１のインバータと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】一実施形態による、燃料電池発電システムのための並列入力側及び並列出力側を有するコントローラのネットワークを示すブロック図
【図２】一実施形態による、並列入力側及び並列出力側を有する燃料電池電源の無停電電源モジュールとネットワーク化されたコントローラとを示すブロック図
【図３】一実施形態による、コントローラのネットワークによって管理される複数の電源に接続された負荷のためのマイクログリッドを示すブロック図
【図４Ａ】様々な実施形態による、複数の燃料電池電源のバランス調整のための例示的な周波数ドループプロファイルを示すグラフ図
【図４Ｂ】様々な実施形態による、燃料電池電源及び他の電源のバランス調整のための例示的な周波数ドループプロファイルを示すグラフ図
【図５Ａ】様々な実施形態による、複数の燃料電池電源のバランス調整のための例示的な電圧ドループプロファイルを示すグラフ図
【図５Ｂ】様々な実施形態による、燃料電池電源及び他の電源のバランス調整のための例示的な電圧ドループプロファイルを示すグラフ図
【図６】様々な実施形態による、周波数ドループプロファイルにおける変化の例を示すグラフ図
【図７】様々な実施形態による、制御された燃料電池電源の複数の無停電電源モジュールの並列動作を実施するための例示的な方法を示すプロセスフローチャート
【発明を実施するための形態】
【０００７】
無停電電源モジュール（ＵＰＭ）及び／又は複数の電源が使用される大規模システムでは、システム全体の電力のバランスは、電源用途の特定の目的を達成し、並列化された入力側と出力側とを有する無停電電源モジュール間の負荷のバランスを調整し、さらに機器状態の変化、負荷要件、及びその他の要因に応じてバランスを変更するために、無停電電源モジュール及び／又は複数の電源を制御することによって管理することができる。例示的な無停電電源モジュールは、２０１１年１１月１４日に出願された“Fuel Cell System with Grid Independent Operation and DC Microgrid Capability”と題する米国特許第９，１０６，０９８号明細書に記載されており、その全体は参照に基づき本明細書に援用される。
【０００８】
本開示の一部の実施形態では、複数の電源の各電源のために、付加的なドループスレーブコントローラを追加することができる。ドループマスタコントローラは、ドループスレーブコントローラを調整し制御する。一部の他の実施形態では、同じ負荷に電力を供給し、同じドループマスタコントローラを使用している異なる電源のためのドループプロファイル（例えばドループプロファイル勾配及び／又は無負荷設定点）が、複数の電源の各電源の状態に応じて異なる可能性がある。
【０００９】
図１を参照すると、コントローラのネットワークは、一実施形態によれば、燃料電池発電システムのための並列化された入力側と並列化された出力側とを有し得る。コントローラのネットワークは、マイクログリッドコントローラ１００、任意の数のドループマスタコントローラ１０２、任意の数のドループスレーブコントローラ１０４ａ，１０４ｂ、及び任意の数の無停電電源モジュールコントローラ１０６ａ，１０６ｂを含み得る。コントローラ１００，１０２，１０４ａ，１０４ｂ，１０６ａ，１０６ｂの各々は、並列化された入力側と並列化された出力側とを含み、高速又は低速通信用に構成可能な任意の数の有線又は無線通信接続（本明細書では「通信バス」又は「バス」と称する）１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ，１１０ｅを介して通信可能に接続されてもよい。
【００１０】
様々な実施形態では、マイクログリッドコントローラ１００は、第１の通信バス１１０ａを介してドループマスタコントローラ１０２に通信可能に接続されてもよい。マイクログリッドコントローラ１００は、負荷電力要件（負荷需要とも称される）及びマイクログリッド（図３に関連して本明細書でさらに説明するマイクログリッドなど）の電源応答を監視及び制御するように構成することができる。電源応答の監視及び制御には、マイクログリッドの任意の数の負荷の集合ユニットとして、複数の分散型電源の電源応答の監視及び制御を含めることができる。これらの分散型電源には、任意の数の燃料電池システム、ディーゼル発電機、グリッド接続、マイクロタービン、太陽光発電機、風力発電機などの任意の組み合わせを含めることができる。負荷需要を満たすための監視、受信、計算された基準、及び／又は予め定められた基準に基づいて、マイクログリッドコントローラ１００は、負荷需要に対する電源応答のための電力、電圧、周波数、及び／又は位相角要件に対する設定点を決定することができる。マイクログリッドコントローラ１００は、電力コマンド、電圧コマンド（電圧コマンド１）、周波数コマンド（周波数コマンド１）、及び／又は位相角コマンド（位相角コマンド１）を含む、負荷需要に対する電源応答のための電力、電圧、周波数、及び／又は位相角に対する設定点を示すコマンド信号を生成することができる。マイクログリッドコントローラ１００は、第１の通信バス１１０ａを介してドループマスタコントローラ１０２にコマンド信号を送信することができる。様々な実施形態では、マイクログリッドコントローラ１００は、少なくとも１つの他のコマンド信号と並行して、コマンド信号をドループマスタコントローラ１０２に送信することができる。
【００１１】
様々な実施形態では、ドループマスタコントローラ１０２は、第２の通信バス１１０ｂを介して第１のドループスレーブコントローラ（ドループスレーブコントローラ１）１０４ａに通信可能に接続されてもよく、さらに第３の通信バス１１０ｃを介して第２のドループスレーブコントローラ（ドループスレーブコントローラＮ）１０４ｂに通信可能に接続されてもよい。ドループマスタコントローラ１０２は、マイクログリッドの各電源の電源応答を監視及び制御するように構成されてもよい。電源応答の監視と制御には、複数の分散型電源間での電源応答のバランス調整を含ませることができる。ドループマスタコントローラ１０２は、通信バス１１０ａを介してマイクログリッドコントローラ１００からコマンド信号を受信することができる。様々な実施形態では、ドループマスタコントローラ１０２は、少なくとも１つの他のコマンド信号と並行して、マイクログリッドコントローラ１００からコマンド信号を受信することができる。
【００１２】
ドループマスタコントローラ１０２は、マイクログリッドの分散型電源から供給される有効電力、無効電力、及び／又は高調波電力を測定するように構成されてもよい。ドループマスタコントローラ１０２は、測定された有効電力、無効電力、及び／又は高調波電力を使用して、マイクログリッドコントローラ１００及び負荷需要のコマンド信号を満たすために、様々な電源の電圧、周波数、及び／又は位相角に対する設定点を計算するように構成されてもよい。様々な実施形態では、ドループマスタコントローラ１０２は、第２又は第３の通信バス１１０ｂ，１１０ｃを介して、ドループスレーブコントローラ１０４ａ，１０４ｂから有効電力、無効電力、及び／又は高調波電力測定値を受信し、受信した測定値を内部に組み込むことができ、及び／又は、受信した測定値を、マイクログリッドの分散型電源から供給されるドループマスタコントローラの測定された有効電力、無効電力、及び／又は高調波電力として使用することができる。
【００１３】
ドループマスタコントローラの測定された有効電力、無効電力、及び／又は高調波電力を使用して、ドループマスタコントローラ１０２は、本明細書でさらに説明されるように、電圧コマンド、周波数コマンド、及び／又は位相角コマンドを含む、負荷需要に対する電源応答のための電圧、周波数、及び／又は位相角に対する設定点を示すコマンド信号を生成することができる。ドループマスタコントローラ１０２は、第２及び／又は第３の通信バス１１０ｂ，１１０ｃを介して、燃料電池電源の複数の無停電電源モジュールのために、コマンド信号を、様々な分散型電源用のコントローラに、及び／又は、直接様々な分散型電源に、及び／又は、ドループスレーブコントローラ１０４ａ，１０４ｂに送信することができる。例えば、ドループマスタコントローラ１０２は、電圧コマンド（電圧コマンド２）、周波数コマンド（周波数コマンド２）、及び／又は位相角コマンド（位相角コマンド２）を生成し、第１のドループスレーブコントローラ１０４ａに送信することができ、さらに電圧コマンド（電圧コマンド３）、周波数コマンド（周波数コマンド３）、及び／又は位相角コマンド（位相角コマンド３）を生成し、第２のドループスレーブコントローラ１０４ｂに送信することができる。様々な実施形態では、ドループマスタコントローラ１０２は、少なくとも１つの他のコマンド信号と並行して、コマンド信号を、様々な分散型電源用のコントローラに、及び／又は、直接様々な分散型電源に、及び／又は、ドループスレーブコントローラ１０４ａ，１０４ｂに送信することができる。様々な実施形態では、ドループマスタコントローラ１０２は、マイクログリッドの分散型電源から供給される測定された有効電力、無効電力、及び／又は高調波電力を、送信及び／又は受信した少なくとも１つのコマンド信号と並行して、第１の通信バス１１０ａを介してマイクログリッドコントローラ１００に送信することができる。
【００１４】
様々な実施形態では、ドループスレーブコントローラ１０４ａ，１０４ｂは、通信バス１１０ｄ，１１０ｅを介して、無停電電源モジュールコントローラ１０６ａ，１０６ｂに通信可能に接続されてもよい。例えば、第１のドループスレーブコントローラ１０４ａは、第４の通信バス１１０ｄを介して第１の無停電電源モジュールコントローラ（ＵＰＭコントローラ１）１０６ａに通信可能に接続されてもよく、第２のドループスレーブコントローラ１０４ｂは、第５の通信バス１１０ｅを介して第２の無停電電源モジュールコントローラ（ＵＰＭコントローラＮ）１０６ｂに通信可能に接続されてもよい。これらのドループスレーブコントローラ１０４ａ，１０４ｂは、１つ以上の燃料電池システムを含む任意の数の燃料電池電源など、マイクログリッドの各電源に対する電源応答を監視及び制御するように構成されてもよい。電源応答の監視と制御には、複数の各電源間での電源応答のバランス調整を含ませることができる。ドループスレーブコントローラ１０４ａ，１０４ｂは、第２及び／又は第３の通信バス１１０ｂ，１１０ｃを介してドループマスタコントローラ１０２からコマンド信号を受信することができる。様々な実施形態では、ドループスレーブコントローラ１０４ａ，１０４ｂは、少なくとも１つの他のコマンド信号と並行して、ドループマスタコントローラ１０２からコマンド信号を受信することができる。
【００１５】
ドループスレーブコントローラ１０４ａ，１０４ｂは、マイクログリッドの各電源から供給される有効電力、無効電力、及び／又は高調波電力を測定するように構成されてもよい。ドループスレーブコントローラ１０４ａ，１０４ｂは、測定された有効電力、無効電力、及び／又は高調波電力を使用して、ドループマスタコントローラ１０２及び負荷需要のコマンド信号を満たすために、それらの各電源の電圧、周波数、及び／又は位相角に対する設定点を計算するように構成されてもよい。様々な実施形態では、ドループスレーブコントローラ１０４ａ，１０４ｂは、第４又は第５の通信バス１１０ｄ，１１０ｅを介して、無停電電源モジュールコントローラ１０６ａ，１０６ｂから有効電力、無効電力、及び／又は高調波電力の測定値を受信し、受信した測定値を内部に組み込むことができ、及び／又は、受信した測定値を、マイクログリッドの分散型電源から供給されるドループスレーブコントローラの測定された有効電力、無効電力、及び／又は高調波電力として使用することができる。
【００１６】
ドループスレーブコントローラの測定された有効電力、無効電力、及び／又は高調波電力を使用して、ドループスレーブコントローラ１０４ａ，１０４ｂは、本明細書でさらに説明するように、負荷需要に対するそれらの各電源応答の電圧、周波数、及び／又は位相角に対する設定点を示すコマンド信号を生成することができる。例えば、第１のドループスレーブコントローラ１０４ａは、電圧コマンド（電圧コマンド４）、周波数コマンド（周波数コマンド４）、及び／又は位相角コマンド（位相角コマンド４）を含む、第１の無停電電源モジュールコントローラ１０６ａ用のコマンド信号を生成し、送信することができ、第２のドループスレーブコントローラ１０４ｂは、電圧コマンド（電圧コマンドＮ）、周波数コマンド（周波数コマンドＮ）、及び／又は位相角コマンド（位相角コマンドＮ）を含む、第２の無停電電源モジュールコントローラ１０６ｂ用のコマンド信号を生成し、送信することができる。これらのドループスレーブコントローラ１０４ａ，１０４ｂは、第４及び／又は第５の通信バス１１０ｄ，１１０ｅを介して、燃料電池電源の複数の無停電電源モジュール１０８ａ，１０８ｂのために、コマンド信号を各無停電電源モジュールコントローラ１０６ａ，１０６ｂに送信することができる。様々な実施形態では、ドループマスタコントローラ１０２は、少なくとも１つの他のコマンド信号と並行して、コマンド信号を、様々な分散型電源用のコントローラに、及び／又は、直接分散型電源に、及び／又は、ドループスレーブコントローラ１０４ａ，１０４ｂに送信することができる。様々な実施形態では、ドループスレーブコントローラ１０４ａ，１０４ｂは、燃料電池電源から供給される測定された有効電力、無効電力、及び／又は高調波電力を、送信及び／又は受信した少なくとも１つのコマンド信号と並行して、第２及び／又は第３の通信バス１１０ｂ，１１０ｃを介してドループマスタコントローラ１０２に送信することができる。
【００１７】
ドループマスタコントローラ１０２及びドループスレーブコントローラ１０４ａ，１０４ｂは、本明細書で論じられるように、それらに関連する電源の有効電力、無効電力、及び／又は高調波電力を測定し、それらに関連する電源用の電圧、周波数及び／又は位相角に対する設定点を計算し、負荷需要に対する関連する各電源からの電源応答をバランス調整するように構成されてもよい。ドループマスタコントローラ１０２及びドループスレーブコントローラ１０４ａ，１０４ｂの各々は、それらに関連する電源用の設定点を計算するための関数を実装することができる。周波数設定点は、ｆ（ｔ）＝Ｆ（Ｆ０，Ｐｒｅｆ，Ｐｍｅａｓ）の関数として計算されてもよく、ここで、ｔは時間、Ｆ０は基準周波数値、Ｐｒｅｆは基準有効電力値、Ｐｍｅａｓは測定された有効電力である。電圧設定点は、ｖ（ｔ）＝Ｆ（Ｖ０，Ｑｒｅｆ，Ｑｍｅａｓ）の関数として計算されてもよく、ここで、ｔは時間、Ｖ０は基準電圧値、Ｑｒｅｆは基準無効電力値、Ｑｍｅａｓは測定された無効電力である。位相角設定点は、ａ（ｔ）＝Ｆ（Ａ０，Ｐｒｅｆ，Ｐｍｅａｓ）の関数として計算されてもよく、ここで、ｔは時間、Ａ０は基準位相角値、Ｐｒｅｆは基準電力値、Ｐｍｅａｓは測定された有効電力である。様々な実施形態において、様々な設定点の計算は、無負荷設定点用であってもよい。様々な実施形態では、有効電力及び／又は無効電力の基準は、計算コントローラ１０２，１０４ａ，１０４ｂによって測定される総負荷であってもよいし、あるいは、ドループマスタコントローラ１０２及び／又はドループスレーブコントローラ１０４ａ，１０４ｂに対するマイクログリッドコントローラ１００など又はドループスレーブコントローラ１０４ａ，１０４ｂに対するドループマスタコントローラ１０２などのようなより高いレベルのコントローラによって提供される総負荷であってもよい。
【００１８】
様々な実施形態において、無停電電源モジュールコントローラ１０６ａ，１０６ｂは、通信バス１１０ｆ，１１０ｇを介して、任意の数の無停電電源モジュール１０８ａ，１０８ｂに通信可能に接続されてもよい。例えば、第１の無停電電源モジュールコントローラ１０６ａは、第６の通信バス１１０ｆを介して第１の無停電電源モジュール（ＵＰＭ１）１０８ａに通信可能に接続されてもよく、第２の無停電電源モジュールコントローラ１０６ｂは、第７の通信バス１１０ｇを介して第２の無停電電源モジュール（ＵＰＭ２）１０８ｂに通信可能に接続されてもよい。これらの無停電電源モジュールコントローラ１０６ａ，１０６ｂは、電源状態を監視し、各燃料電池システム又は燃料電池電源のために、ドループスレーブコントローラ１０４ａ，１０４ｂから受信したコマンド信号命令を実施するように構成されてもよい。燃料電池電源の監視条件には、関連する燃料電池電源のための有効電力、無効電力、及び／又は高調波電力の測定及び／又は計算を含ませることができる。様々な実施形態では、無停電電源モジュールコントローラ１０６ａ，１０６ｂは、第４及び／又は第５の通信バス１１０ｄ，１１０ｅを介して、関連する燃料電池電源のための有効電力、無効電力、及び／又は高調波電力をドループスレーブコントローラ１０４ａ，１０４ｂに送信することができる。燃料電池電源のためのコマンド信号命令を実施することには、無停電電源モジュール１０８ａ，１０８ｂにコマンド信号に従って命令を実行させるような、関連する無停電電源モジュール１０８ａ，１０８ｂのコンポーネントの操作構成を含ませることができる。様々な実施形態では、無停電電源モジュールコントローラ１０６ａ，１０６ｂは、第６及び／又は第７の通信バス１１０ｆ，１００ｇを介して、関連する無停電電源モジュール１０８ａ，１０８ｂに、本明細書でさらに論じられるようなコマンド信号及び周波数及び／又は電圧ドループプロファイルに従って命令を実行するように構成を変更する命令と共に、無停電電源モジュール制御信号を送信することができる。様々な実施形態では、無停電電源モジュールコントローラ１０６ａ，１０６ｂは、有効電力、無効電力、及び／又は高調波電力をドループスレーブコントローラ１０４ａ，１０４ｂに送信する、及び／又は、少なくとも１つの制御信号を無停電電源モジュール１０８ａ，１０８ｂに送信する少なくとも１つの他のコマンド信号と並行して、ドループスレーブコントローラ１０４ａ，１０４ｂからコマンド信号を受信することができる。
【００１９】
図１に示し、本明細書において説明している例は、コントローラのネットワークのコンポーネントの数又は配置に関して限定されない。コントローラのネットワークのコンポーネントのいずれかは、別個のコンポーネントであってもよいし、及び／又は、複数の機能用に構成された組み合わせ型のコンポーネントであってもよい。様々な実施形態では、コントローラ１００，１０２，１０４ａ，１０４ｂ，１０６ａ，１０６ｂ，１０８ａ，１０８ｂは、汎用又は特定のコンピュータ又は専用の制御デバイス又は回路であってもよい。様々な実施形態では、通信バス１１０ａ〜１１０ｇは、有線及び／又は無線通信手段であってもよい。本明細書において示し、説明している例は、説明及び理解を容易にするためにそのように開示されている。
【００２０】
図２を参照すると、無停電電源モジュールコントローラ１０６ａは、一実施形態によれば、並列化された入力側と並列化された出力側とを有する燃料電池電源２００の無停電電源モジュール１０８ａ，１０８ｃとネットワーク化することができる。各燃料電池電源２００は、上記のように少なくとも１つの燃料電池セグメントを含む。例えば、第１の無停電電源モジュールコントローラ１０６ａは、任意の数の通信バス１１０ｆを介して、第１の無停電電源モジュール１０８ａ及び第３の無停電電源モジュール（ＵＰＭ Ｍ）１０８ｃなどの任意の数の無停電電源モジュールに通信可能に接続することができる。これらの無停電電源モジュール１０８ａ，１０８ｃは、それぞれ、ＤＣ側で受信されたＤＣ電力を任意の数の燃料電池セグメント２０６ａ，２０６ｂ，２０６ｃ，２０６ｄ，２０６ｅ，２０６ｆ，２０６ｇ，２０６ｈ，２０６ｉ，２０６ｊ，２０６ｋ，２０６ｌからＡＣ側のＡＣ電力出力に変換するように構成された、任意の数の直流（ＤＣ）／交流（ＡＣ）インバータ２０４ａ，２０４ｂを含むことができる。
【００２１】
例えば、各燃料電池電源２００は、１つ以上の無停電電源モジュール１０８ａ，１０８ｃ及び／又は１つ以上の燃料電池システム２０５ａ，２０５ｂを含むことができる（燃料電池システムがＵＰＭ１０８ａ，１０８ｃ内に配置されていない場合）。各無停電電源モジュール１０８ａ，１０８ｃは、１つ以上の燃料電池システム２０５ａ，２０５ｂと、１つ以上のＤＣ／ＡＣインバータ２０４ａ，２０４ｂとを含むことができる。各燃料電池システム２０５ａ，２０５ｂは、一つ以上の燃料電池セグメント２０６ａ〜ｆ及び２０６ｇ〜ｌ、並びにブロワー、ポンプ、バルブ、熱交換器、蒸発器、燃料改質器などの関連するプラントコンポーネントのバランス調整部を含むことができる。例えば、燃料電池システム２０５ａ，２０５ｂは、１個から２０個の燃料電池セグメント、例えば４個から６個の燃料電池セグメントを含むホットボックスを含むことができる。例えば、燃料電池セグメント２０６ａ〜ｆは、第１の燃料電池システム２０５ａの第１のホットボックスに配置されてもよく、燃料電池セグメント２０６ｇ〜ｌは、第２の燃料電池システム２０５ｂの第２のホットボックスに配置されてもよい。無停電電源モジュールコントローラ１０６ａは、単一のＤＣ／ＡＣインバータアセンブリとしてネットワーク化されたＤＣ／ＡＣインバータ２０４ａ，２０４ｂのセットを制御するように構成されてもよい。無停電電源モジュールコントローラ１０６ａは、無停電電源モジュール制御信号を無停電電源モジュール１０８ａ，１０８ｃに送信することによって、各ＤＣ／ＡＣインバータ２０４ａ，２０４ｂへのローディングを確立するように構成することができる。無停電電源モジュール１０８ａ，１０８ｃは、無停電電源モジュールコントローラ１０６ａによって受信されたコマンド信号に従って命令を実行するように無停電電源モジュール制御信号によって特定されるＤＣ／ＡＣインバータ２０４ａ，２０４ｂの構成を実施するように構成されてもよい。例示的な無停電電源モジュールコントローラ１０６ａは、２０１１年１０月２４日に出願された“Input-parallel/Output-parallel Inverter Assembry Control Device and Method”と題する米国特許第９，３６２，８１５号明細書におけるインバータマスタコントローラに関連して記載されており、その全体は参照に基づき本明細書に援用される。さらに、例示的な無停電電源モジュール１０８ａ，１０８ｃ及びＤＣ／ＡＣインバータ２０４ａ，２０４ｂも、米国特許第９，３６２，８１５号明細書におけるインバータに関連して記載されている。
【００２２】
図３を参照すると、マイクログリッド３００は、一実施形態によれば、コントローラ１００，１０２，１０４ａ，１０４ｂ，１０６ａ，１０６ｂのネットワークによって管理される、任意の数の燃料電池電源２００及び／又は任意の数の分散型電源３０４などの複数の電源に負荷３０６を接続することができる。マイクログリッドコントローラ１００は、マイクログリッドコントローラをドループマスタコントローラ１０２に接続する通信バス１１０ａを介して少なくとも１つの燃料電池電源２００に通信可能に接続されてもよい。ドループマスタコントローラ１０２、任意の数のドループスレーブコントローラ１０４ａ，１０４ｂ、任意の数の無停電電源モジュールコントローラ１０６ａ、任意の数の無停電電源モジュール１０８ａ，１０８ｂ、及び任意の数の燃料電池セグメント２０６ａ〜２０６ｌは、図１及び図２に関連して本明細書に記載されるように通信可能に接続されてもよい。
【００２３】
マイクログリッドコントローラ１００は、通信バスを介して任意の数の分散型電源コントローラ３０２に通信可能に接続されてもよく、さらに各分散型電源コントローラ３０２は、任意の数の分散型電源３０４に通信可能に接続されてもよい。分散型電源３０４は、任意の数の燃料電池システム、ディーゼル発電機、グリッド接続部、マイクロタービン、太陽光発電機、風力発電機などの任意の組み合わせを含むことができる。様々な実施形態では、分散型電源コントローラ３０２は、１つ以上の各分散型電源３０４のためのドループマスタコントローラ又はドループスレーブコントローラであってもよい。
【００２４】
さらに、燃料電池電源２００、特に、燃料電池電源２００の無停電電源モジュール１０８ａ，１０８ｂのＤＣ／ＡＣインバータ２０４ａ，２０４ｂのＡＣ側は、導電路３０８を介して負荷３０６に電気的に接続されてもよい。分散型電源３０４も、導電路３０８を介して負荷３０６に電気的に接続されてもよい。
【００２５】
本明細書で論じられるように、様々なコントローラ１００，１０２，１０４ａ，１０４ｂ，１０６ａ，１０６ｂ，３０２は、これらのコントローラ１００，１０２，１０４ａ，１０４ｂ，１０６ａ，１０６ｂ，３０２が監視するように構成されている様々な電源２００，３０４及び負荷３０６のためのマイクログリッドのセクションなど、マイクログリッド３００の様々なセクションについての有効電力、無効電力、及び／又は高調波電力を測定するように構成されてもよい。コントローラ１００，１０２，１０４ａ，１０４ｂ，１０６ａ，１０６ｂ，３０２は、これらのコントローラ１００，１０２，１０４ａ，１０４ｂ，１０６ａ，１０６ｂ，３０２及び負荷３０６の各電源２００，３０４間の導電路３０８上の電力流を監視することができる。
【００２６】
図４Ａ，図４Ｂ，図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、周波数ドループプロファイル４００，４１０及び電圧ドループプロファイル５００，５１０は、様々な実施形態によれば、複数の燃料電池電源２００のバランス調整のために、そして燃料電池電源２００と他の分散型電源３０４とのバランス調整のために提供されてもよい。周波数ドループプロファイル４００，４１０は、周波数ドループプロファイル４００，４１０の各電源２００，３０４についての周波数と、有効電力又は高調波電力などの電力との間の関係に基づいて提供されてもよい。電圧ドループプロファイル５００，５１０は、電圧ドループプロファイル５００，５１０の各電源２００，３０４についての電圧と、無効電力又は高調波電力などの電力との間の関係に基づいて提供されてもよい。例示的な周波数ドループプロファイル４００，４１０及び電圧ドループプロファイル５００，５１０は、様々な電源２００，３０４からのバランス調整されていない電力流を提供するポテンシャルを示す。周波数ドループプロファイル４００及び電圧ドループプロファイル５００は、各燃料電池システム自体が無停電電源モジュール１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃを備えた燃料電池電源の複数の燃料電池システムからのバランス調整されていない電力流についての例を提示する。周波数ドループプロファイル４１０及び電圧ドループプロファイル５１０は、燃料電池電源２００と別の分散型電源３０４との組み合わせを含めた複数の電源からのバランス調整されていない電力流についての例を提示する。様々な実施形態では、複数の電源２００，３０４についての周波数ドループプロファイル４００，４１０及び電圧ドループプロファイル５００，５１０は、マイクログリッドコントローラ１００、ドループマスタコントローラ１０２、及び／又はドループスレーブコントローラ１０４ａ，１０４ｂなどの複数の電源と通信するコントローラによって決定されてもよい。
【００２７】
電源２００，３０４は、一次電源及び二次電源として指定されてもよい。一次電源は、バランス調整された電源２００，３０４のうち、負荷に電力の大半を提供する電源２００，３０４であってもよい。換言すれば、一次電源は、負荷３０６に電力を提供するマイクログリッド３００のすべての電源２００，３０４のうち、必ずしも負荷に電力の大半を供給する必要はないが、電源２００，３０４のうち、周波数ドループプロファイル４００，４１０及び電圧ドループプロファイル５００，５１０について、電力の大半を提供する電源２００，３０４であってもよい。例えば、燃料電池電源１は、一次電源であってもよく、燃料電池電源２は、周波数ドループプロファイル４００及び電圧ドループプロファイル５００についての二次電源であってもよい。この場合、周波数ドループプロファイル４１０及び電圧ドループプロファイル５１０について、燃料電池電源１及び燃料電池電源２の両方を含む燃料電池電源は、一次電源であってよく、燃料電池電源２自体が周波数ドループプロファイル４００及び電圧ドループプロファイル５００の二次電源であっても、発電機などの分散型電源３０４が二次電源であってよい。様々な実施形態では、どの電源２００，３０４が一次電源及び二次電源であるかを決定するために、電力ポテンシャル、優先度、効率、経年状態、動作時間、環境、状態、距離などの様々な基準、又はこれらの基準の組み合わせが使用されてもよい。
【００２８】
例示的な周波数ドループプロファイル４００，４１０及び例示的な電圧ドループプロファイル５００，５１０のように、複数の電源２００，３０４間の電力の不均等なバランスを決定するために、二次電源用にドループマスタコントローラ又はドループスレーブコントローラ１０２，１０４ａ，１０４ｂに提供される基準電力は、二次電源からの使用可能なエネルギに基づいて変更することができる。
【００２９】
図４Ａを参照すると、例示の周波数ドループプロファイル４００は、一方（又は一方のセット）が、他方（又は他方のセット）よりも大きな電力ポテンシャルを有する複数の燃料電池電源２００又は燃料電池システム（例えば２０５ａ，２０５ｂ）用であってもよい。例えば、燃料電池電源１は、機器上及び／又は環境上の理由（例えば燃料電池電源１は、燃料電池電源２よりも新しい燃料電池システムを有し得るなど）を含んだ様々な理由のために、燃料電池電源２よりも大きな電力ポテンシャルを有し得る。燃料電池電源２は、燃料電池電源１よりも低い電力ポテンシャルを有しているため、燃料電池電源１の無負荷設定点４０２ａは、燃料電池電源２の無負荷設定点４０２ｂよりも高い周波数に設定されている。結果として、ドループ制御負荷分割のバランス調整では、燃料電池電源１に過半の負荷をかけることができ（例えば６０％）、燃料電池電源２にはより少ない負荷をかけることができる（例えば４０％）。負荷需要が増加するにつれて、燃料電池電源１及び燃料電池電源２の両方の周波数は、互いに比例して、複数の周波数ドループプロファイル、詳細には燃料電池電源１用の周波数ドループプロファイル４０４ａ及び燃料電池２用の周波数ドループプロファイル４０４ｂに沿って減少させることができ、ポイント４０６ａ，４０６ｂなどの様々なポイントで、燃料電池電源１及び燃料電池電源２は、最初に設定されたのと同じ比率でより多くの電力量を出力することができる。したがって、この実施形態では、周波数ドループプロファイル４０４ａ及び４０４ｂの両方は、同じ勾配を有するが、異なる無負荷設定点４０２ａ，４０２ｂを有する線を含む。しかしながら、複数の燃料電池電源２００又は燃料電池システムが並列していることにより、１つの燃料電池電源２００又は燃料電池システムが故障すると、ドループ制御は、残りの燃料電池電源２００又は燃料電池システムへの負荷のシフトを自動的にもたらす可能性がある。これは、燃料電池電源２００又は燃料電池システムについての所望の周波数よりも低い結果となる可能性がある。この場合、ドループマスタコントローラ又はドループスレーブコントローラ１０２，１０４ａ，１０４ｂは、意図された周波数の回復のために、燃料電池電源２００又は燃料電池システムの無負荷設定点をより長い時間スケールで調整することができる。
【００３０】
図４Ｂを参照すると、例示的な周波数ドループプロファイル４１０は、任意の数の燃料電池電源２００又は燃料電池システム並びに任意の数の発電機などの分散型電源３０４用であってもよい。様々な実施形態では、周波数ドループプロファイルは、２つの単一の電源２００，３０４、単一の電源２００，３０４と、それらが単一の電源２００，３０４を含むかのように一緒にグループ化された複数の電源２００，３０４、又は、単一の電源２００，３０４と、それらが２つの単一の電源２００，３０４を含むかのようにそれぞれ一緒にグループ化された複数の電源２００，３０４の２つのグループの任意の組み合わせ用であってもよい。電源２００，３０４のグループには、１つのタイプの電源２００，３０４しか含められないわけではない。
【００３１】
燃料電池電源２００及び他の分散型電源３０４用の周波数ドループプロファイルを提供する例では、ドループマスタコントローラ１０２は、燃料電池電源２００用の無負荷設定点を決定することができ、マイクログリッドコントローラ１００は、分散型電源３０４用の負荷設定点を決定することができる。無負荷設定点の決定では、マイクログリッドコントローラ１００及びドループマスタコントローラ１０２は、電源２００，３０４の使用可能な電力を共有するため、並びに、電圧コマンド、周波数コマンド、及び／又は位相角コマンドを含めた無負荷設定点のコマンドを共有するために通信することができる。したがって、各燃料電池電源２００は、特定の電源２００の制御を担う別個のドループスレーブコントローラを有し、それに対して、ドループマスタコントローラは、様々なドループスレーブコントローラを制御する。
【００３２】
一例では、周波数ドループプロファイル４１０は、単一の燃料電池電源２００と単一の発電機、燃料電池電源２００のグループと単一の発電機、単一の燃料電池電源２００と発電機のグループ、又は、燃料電池電源２００のグループと発電機のグループとを含むことができる。単一及び／又は複数の電源２００，３０４の任意の組み合わせについて、一方の単一又はグループの電源２００，３０４は、他方よりも大きな電力ポテンシャルを有し得る。例えば、燃料電池電源は、機器上及び／又は環境上の理由を含んだ様々な理由のために、周波数ドループプロファイル４１０の発電機よりも大きな電力ポテンシャルを有し得る。発電機は、燃料電池電源よりも低い電力ポテンシャルを有しているため、燃料電池電源の無負荷設定点４１２は、発電機の無負荷設定点４１８よりも高い周波数に設定されている。結果として、ドループ制御負荷分割のバランス調整では、燃料電池電源に負荷の大半をかけることができ（例えば８０％）、発電機にはより少ない負荷をかけることができる（例えば２０％）。負荷需要が増加するにつれて、燃料電池電源と発電機の両方の周波数は、互いに比例して、複数の周波数ドループプロファイル、詳細には燃料電池電源用の周波数ドループプロファイル４１４及び発電機用の周波数ドループプロファイル４２０に沿って減少させることができ、ポイント４１６，４２２などの様々なポイントで、燃料電池電源及び発電機は、最初に設定されたのと同じ比率でより多くの電力量を出力することができる。しかしながら、複数の電源２００，３０４が並列していることにより、電源は、低減された容量を通知する可能性がある。例えば、燃料電池電源２００が故障する可能性があり、別の燃料電池電源２００は故障した燃料電池電源２００の負荷を引き受ける可能性があると、結果的に、燃料電池周波数設定点は、ドループマスタコントローラ１０２によってより低く調整される必要がある。その結果、ドループ制御は、発電機に対し負荷のシフトを自動的にもたらす可能性がある。マイクログリッドコントローラ１００とドループマスタコントローラ１０２との間の通信に基づいて、負荷へのシフトを維持するか又はシフトさせることができる。例えば、燃料電池電源に、故障した燃料電池電源なしで指定された負荷量をサポートする能力があり、燃料レベルが発電機にとって低い場合、燃料電池電源の無負荷設定点は、燃料電池電源に負荷を戻すためにより高くシフトさせることができる。あるいは、燃料電池電源に、故障した燃料電池電源なしで指定された負荷量をサポートする能力がなく、発電機が十分な燃料を有している場合、燃料電池電源の負荷設定点は維持するかより低くすることができる。
【００３３】
図５Ａを参照すると、例示的な電圧ドループプロファイル５００は、一方が他方よりも大きな電力ポテンシャルを有する複数の燃料電池電源２００又は燃料電池システム用であってもよい。例えば、燃料電池電源１は、機器上及び／又は環境上の理由を含んだ様々な理由のために、燃料電池電源２よりも大きな電力ポテンシャルを有し得る。燃料電池電源２は、燃料電池電源１よりも低い電力ポテンシャルを有しているため、燃料電池電源１の無負荷設定点５０２ａは、燃料電池電源２の無負荷設定点５０２ｂよりも高い電圧に設定されている。結果として、ドループ制御負荷分割のバランス調整では、燃料電池電源１に過半の負荷をかけることができ（例えば６０％）、燃料電池電源２にはより少ない負荷をかけることができる（例えば４０％）。負荷需要が増加するにつれて、燃料電池電源１及び燃料電池電源２の両方の電圧は、互いに比例して、複数の電圧ドループプロファイル、詳細には燃料電池電源１用の電圧ドループプロファイル５０４ａ及び燃料電池電源２用の電圧ドループプロファイル５０４ｂに沿って減少させることができ、ポイント５０６ａ，５０６ｂなどの様々なポイントで、燃料電池電源１及び燃料電池電源２は、最初に設定されたのと同じ比率でより多くの電力量を出力することができる。しかしながら、複数の燃料電池電源２００又は燃料電池システムが並列していることにより、１つの燃料電池電源２００又は燃料電池システムが故障すると、ドループ制御は、残りの燃料電池電源２００又は燃料電池システムへの負荷のシフトを自動的にもたらす可能性がある。これは、燃料電池電源２００又は燃料電池システムについての所望の電圧よりも低い結果となる可能性がある。次いで、ドループマスタコントローラ又はドループスレーブコントローラ１０２，１０４ａ，１０４ｂは、意図された電圧の回復のために、燃料電池電源２００又は燃料電池システムの無負荷設定点をより長い時間スケールで調整することができる。
【００３４】
図５Ｂを参照すると、例示的な電圧ドループプロファイル５１０は、任意の数の燃料電源２００又は燃料電池システム並びに任意の数の発電機などの分散型電源３０４用であってもよい。様々な実施形態では、電圧ドループプロファイルは、２つの単一の電源２００，３０４、単一の電源２００，３０４と、それらが単一の電源２００，３０４を含むかのように一緒にグループ化された複数の電源２００，３０４、又は、単一の電源２００，３０４と、それらが２つの単一の電源２００，３０４を含むかのようにそれぞれ一緒にグループ化された複数の電源２００，３０４の２つのグループの任意の組み合わせ用であってもよい。電源２００，３０４のグループには、１つのタイプの電源２００，３０４しか含められないわけではない。したがって、この実施形態では、電圧ドループプロファイル５０４ａ及び５０４ｂの両方は、同じ勾配を有するが、異なる無負荷設定点５０２ａ，５０２ｂを有する線を含む。
【００３５】
燃料電池電源２００及び他の分散型電源３０４用の電圧ドループプロファイルを提供する例では、ドループマスタコントローラ１０２は、燃料電池電源２００用の無負荷設定点を決定することができ、マイクログリッドコントローラ１００は、分散型電源３０４用の負荷設定点を決定することができる。無負荷設定点の決定では、マイクログリッドコントローラ１００及びドループマスタコントローラ１０２は、電源２００，３０４の使用可能な電力を共有するため、並びに、電圧コマンド、周波数コマンド、及び／又は位相角コマンドを含めた無負荷設定点のコマンドを共有するために通信することができる。
【００３６】
一例では、電圧ドループプロファイル５１０は、単一の燃料電池電源２００と単一の発電機、燃料電池電源２００のグループと単一の発電機、単一の燃料電池電源２００と発電機のグループ、又は燃料電池電源２００のグループと発電機のグループとを含むことができる。単一及び／又は複数の電源２００，３０４の任意の組み合わせについて、一方の単一又はグループの電源２００，３０４は、他方よりも大きな電力ポテンシャルを有し得る。例えば、燃料電池電源は、機器及び／又は環境上の理由を含んだ様々な理由のために、電圧ドループプロファイル５１０の発電機よりも大きな電力ポテンシャルを有し得る。発電機は、燃料電池電源よりも低い電力ポテンシャルを有しているため、燃料電池電源の無負荷設定点５１２は、発電機の無負荷設定点５１８よりも高い電圧に設定されている。結果として、ドループ制御負荷分割のバランス調整では、燃料電池電源に負荷の大半をかけることができ（例えば８０％）、発電機にはより少ない負荷をかけることができる（例えば２０％）。負荷需要が増加するにつれて、燃料電池電源と発電機の両方の電圧は、互いに比例して、複数の電圧ドループプロファイル、詳細には燃料電池電源用の電圧ドループプロファイル５１４及び発電機用の電圧ドループプロファイル５２０に沿って減少させることができ、ポイント５１６，５２２などの様々なポイントで、燃料電池電源及び発電機は、最初に設定されたのと同じ比率でより多くの電力量を出力することができる。しかしながら、複数の電源２００，３０４が並列していることにより、電源は、低減された容量を通知する可能性がある。例えば、燃料電池電源２００が故障する可能性があり、別の燃料電池電源２００が故障した燃料電池電源２００の負荷を引き受ける可能性があると、結果的に、燃料電池電源電圧設定点は、ドループマスタコントローラ１０２によってより低く調整される必要がある。その結果、ドループ制御は、発電機に対し負荷のシフトを自動的にもたらす可能性がある。マイクログリッドコントローラ１００とドループマスタコントローラ１０２との間の通信に基づいて、負荷へのシフトは維持されるか又はシフトされる可能性がある。例えば、燃料電池電源に、故障した燃料電池電源なしで指定された負荷量をサポートする能力があり、燃料レベルが発電機にとって低い場合、燃料電池電源の無負荷設定点は、燃料電池電源に負荷を戻すためにより高くシフトさせることができる。あるいは、燃料電池電源に、故障した燃料電池電源なしで指定された負荷量をサポートする能力がなく、発電機が十分な燃料を有している場合、燃料電池電源の負荷設定点を維持するかより低くすることができる。
【００３７】
図４Ａから図５Ｂに関連して上記で説明したように、異なる電源に対して異なる無負荷設定点及び同じドループプロファイル勾配を用いるのではなく、別の実施形態では、図６に示すように、異なる電源に対してドループプロファイル勾配が異なっている。この実施形態では、無負荷設定点は、異なる電源に対して同じであっても異なっていてもよい。
【００３８】
周波数プロファイル６００は、異なる周波数及び／又は電圧ドループプロファイル勾配を有する例示的な実施形態を示す。例えば、より大きな容量の発電機などの分散型電源３０４は、緩慢なドループ（例えば１００ｋＷあたり０．１Ｈｚ）を伴う周波数ドループプロファイル６０４ａによって設定された１ＭＷの容量を有することができ、これに対して、より小さな容量の分散型電源は、より急峻なドループ（例えば１００ｋＷあたり０．５Ｈｚなどのより急峻な勾配）を伴う周波数ドループプロファイル４０４ｂによって設定された４００ｋＷの容量を有することができる。この例では、無負荷設定点６０２は、両方の発電機で同じである。
【００３９】
燃料電池電源２００についての例では、より新しい燃料電池電源２００は、より高い過負荷容量を有することができ、緩慢なドループ（例えば１００ｋＷあたり０．１Ｈｚ）を伴う周波数ドループプロファイル６０４ａで設定されてもよい。これに対して、より古くて交換時期に近づいている燃料電池電源２００は、より急峻なドループ（例えば１００ｋＷあたり０．５Ｈｚなどのより高い勾配）を伴う周波数ドループプロファイル６０４ｂで設定される可能性がある。
【００４０】
周波数又は電圧のドループプロファイルのドループをより急峻に又はより緩慢にするようにゲイン又はドループ係数を調整することにより、マイクログリッドコントローラ１００又はドループマスタコントローラ１０２が電源２００，３０４間で負荷をシフトさせる能力が影響を受けず、まだ負荷の完全な管理が可能である場合がある。しかしながら、より急峻なゲイン又はドループ係数設定は、急な過渡的劣化が発生した場合に、アンロードがより早まる結果となり得る。
【００４１】
したがって、上記のように、第２のドループプロファイル６０４ｂの第２の勾配及び第２の電源用第２のドループプロファイル４０４ｂの第２の無負荷設定点４０２ｂの少なくとも１つは、第１のドループプロファイル６０４ａのそれぞれ第１の傾斜及び第１の燃料電池電源用の第１のドループプロファイル４０４ａの第１の無負荷設定点４０２ａとは異なっている。第１及び第２のドループプロファイルは、それぞれ各電源のそれぞれ第１及び第２のインバータによって出力される電力に対するＡＣ周波数（又は電圧）の関数である。
【００４２】
様々な実施形態において、マイクログリッドコントローラ１００及びドループマスタコントローラ１０２は、燃料電池電源２００用の周波数及び／又は電圧ドループプロファイルに対してさらに調整を行うように構成されてもよい。周波数及び／又は電圧ドループプロファイルのドループ係数は、電源２００，３０４が定常状態の動作温度まで加熱されている間は低減されてもよい（例えばより低い無負荷設定点及び／又はより急峻な勾配など）。ドループ係数は、燃料電池電源２００が定常状態の動作温度（例えば７００℃を超える、７２５℃〜９５０℃など）に達した場合、増大する可能性がある（例えばより高い無負荷設定点及び／又はより緩い勾配など）。したがって、第１のドループプロファイルの勾配は、燃料電池電源２００が始動から定常状態の動作温度まで加熱されるにつれて減少する（例えばより水平になる）可能性がある。
【００４３】
別の実施形態では、周波数及び／又は電圧のドループプロファイルは非線形であってもよく、それによって、より低い負荷では、ドループ係数をより大きくすることができ、その結果、より高い負荷よりもドループプロファイルの勾配がより急峻になるか又はより緩慢となる。非線形の周波数及び／又は電圧のドループプロファイルは、追加的負荷を担うための電源２００，３０４の能力又は不具合の支援を実施するのに役立つ可能性がある。非線形の周波数及び／又は電圧ドループプロファイルは、異なる動作点での負荷から電源２００，３０４を保護することができる。
【００４４】
図７を参照すると、様々な実施形態に従って制御された燃料電池電源の複数の無停電電源モジュールの並列動作を実施するための例示的な方法７００が提供されている。様々な実施形態では、方法７００は、汎用ハードウェア（中央処理装置（ＣＰＵ）など）、特定のハードウェア（アプリケーション固有のコントローラなど）、ソフトウェア、ファームウェア、及び／又は、方法７００を実施するための命令によって構成された汎用及び／又は特定のハードウェアの任意の１つ又は組み合わせによって実施されてもよい。説明及び理解を容易にするために、「処理装置」という用語は、本明細書では、方法７００を実施するための任意の手段と区別なく使用される。
【００４５】
ステップ７０２では、処理装置（例えばマイクログリッドコントローラ１００）は、マイクログリッドに接続された電源２００，３０４用の負荷需要を決定することができる。処理装置は、マイクログリッド３００の電源２００，３０４上の負荷３０６の消費電力を測定及び／又は計算するように構成されてもよい。様々な実施形態では、処理装置は、処理装置（例えばドループマスタコントローラ及び／又はドループスレーブコントローラ１０２，１０４ａ，１０４ｂ）から、電源２００，３０４上の負荷３０６の消費電力の測定値及び／又は計算値を受信することができ、さらに受信した測定値を、マイクログリッドに接続された電源２００，３０４用の負荷需要を決定するのに使用することができる。
【００４６】
ステップ７０４では、処理装置（例えばマイクログリッドコントローラ１００）は、コマンド信号を送信することができ、処理装置（例えばドループマスタコントローラ１０２）は、コマンド信号を受信することができる。本明細書で論じられるように、これらのコマンド信号は、電力コマンド、電圧コマンド、周波数コマンド、及び／又は位相角コマンドを含み得る。これらのコマンド信号は、マイクログリッドに接続された電源２００，３０４間の負荷需要のバランス調整のために電源２００，３０４を構成するための設定点を決定するために使用されてもよい。
【００４７】
ステップ７０６では、処理装置（例えばドループマスタコントローラ１０２）は、処理装置に関連する複合電源２００用の負荷需要を決定することができる。複合電源２００は、各燃料電池システムがさらに処理装置（例えばドループスレーブコントローラ１０４ａ，１０４ｂ、及び／又は無停電電源モジュール１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ）に関連付けられていてもよい複数の燃料電池システムを有する燃料電池電源であってもよい。これらの処理装置は、複合電源２００での負荷３０６の消費電力を測定及び／又は計算するように構成されてもよい。
【００４８】
ステップ７０８では、処理装置（例えばドループマスタコントローラ１０２）は、複合電源２００用の電力バランスを計算することができる。様々な実施形態では、電力バランスを計算することは、複合電源２００用の周波数及び／又は電圧プロファイルを決定するための複合電源２００の電力容量の測定値及び／又は計算値と組み合わせて、処理装置に関連する電源２００，３０４用の負荷需要を表し得る受信したコマンド信号を使用することを含み得る。様々な実施形態では、処理装置は、処理装置（例えばマイクログリッドコントローラ１００及び／又はドループスレーブコントローラ１０４ａ，１０４ｂ）からの、マイクログリッド電源２００，３０４での負荷３０６の消費電力の測定値及び／又は計算値を受信することができ、さらに受信した測定値を、複合電源２００用の負荷需要の決定に使用することができる。
【００４９】
ステップ７１０では、処理装置（例えばドループマスタコントローラ１０２）は、コマンド信号を送信することができ、処理装置（例えばドループスレーブコントローラ１０４ａ，１０４ｂ）は、コマンド信号を受信することができる。本明細書で論じられるように、これらのコマンド信号は、電圧コマンド、周波数コマンド、及び／又は位相角コマンドを含み得る。これらのコマンド信号は、マイクログリッドに接続された電源２００，３０４間の負荷需要のバランス調整のために複合電源２００を構成するための設定点を決定するために使用されてもよい。
【００５０】
ステップ７１２では、処理装置（例えばドループスレーブコントローラ１０４ａ，１０４ｂ）は、処理装置に関連する予備複合電源２００用の負荷需要を決定することができる。予備複合電源２００は、燃料電池システムがさらに処理装置（例えばドループスレーブコントローラ１０４ａ，１０４ｂ、及び／又は無停電電源モジュール１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ）に関連付けられていてもよい燃料電池電源などの複合電源２００の燃料電池システムであってもよい。これらの処理装置は、複合電源２００での負荷３０６の消費電力を測定及び／又は計算するように構成されてもよい。
【００５１】
ステップ７１４では、処理装置（例えばドループスレーブコントローラ１０４ａ，１０４ｂ）は、予備複合電源２００のための電力バランスを計算することができる。様々な実施形態では、電力バランスを計算することは、予備複合電源２００用の周波数及び／又は電圧プロファイルを決定するための予備複合電源２００の電力容量の測定値及び／又は計算値と組み合わせて、処理装置に関連する電源２００，３０４用の負荷需要を表し得る受信したコマンド信号を使用することを含み得る。様々な実施形態では、処理装置は、処理装置（例えばマイクログリッドコントローラ１００及び／又はドループマスタコントローラ１０２）からの、マイクログリッド電源２００，３０４上の負荷３０６の消費電力の測定値及び／又は計算値を受信することができ、さらに受信した測定値を、予備複合電源２００用の負荷需要の決定に使用することができる。
【００５２】
ステップ７１６では、処理装置（例えばドループスレーブコントローラ１０４ａ，１０４ｂ）は、制御信号を送信することができ、処理装置（例えば無停電電源モジュール１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ）は、制御信号を受信することができる。本明細書で論じられるように、これらの制御信号は、コマンド信号並びに周波数及び／又は電圧ドループプロファイルに従って実行するような構成を変更するための命令を含み得る。これらの制御信号は、マイクログリッドに接続された電源２００，３０４間の負荷需要のバランス調整のために、ＤＣ／ＡＣインバータ２０４ａ，２０４ｂを含む無停電電源モジュール１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃを構成するための設定点を特定するために使用されてもよい。
【００５３】
ステップ７１８では、処理装置（例えばドループスレーブコントローラ１０４ａ，１０４ｂ）は、受信したコマンド信号、及び／又は、周波数及び／又は電圧ドループプロファイルに従った負荷需要の管理のために、ＤＣ／ＡＣインバータ２０４ａ，２０４ｂを含む無停電電源モジュール１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃの構成を変更することができる。
【００５４】
様々な実施形態では、ステップ７０２〜７１８の各々は、任意の他のステップ７０２〜７１８の実施と共に及び／又は独立して、反復的及び／又は連続的に実施されてもよい。このようにして、方法７００は、無停電電源モジュール１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃの構成の初期設定及び無停電電源モジュール１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃの構成の更新のために、定期的に、継続的に、及び／又はマイクログリッド３００の変更に応じて実施されてもよい。
【００５５】
多くの実施形態を上記で説明したが、任意の実施形態の各特徴又はステップは、任意の適切な組み合わせにおける１つ以上の他の実施形態の１つ以上の特徴又はステップと組み合わせて使用されてもよい。
【００５６】
前述の方法の説明及びプロセスフローチャートは、単なる例示的な例として提供されており、様々な実施形態のステップが提示された順序で実行されなければならないことを要求又は示唆することを意図したものではない。当業者であればわかるように、前述の実施形態におけるステップの順序は、任意の順序で実行可能である。さらに、「その後」、「次いで」、「次へ」などの単語は、ステップの順序の限定を意図したものではなく、これらの単語は、単に方法の説明を通じて読み手をガイドするのに用いられている。
【００５７】
例示的な実施形態の説明のために、１つ以上のステップ／フローチャートを使用した。これらのステップ／フローチャートの使用は、実行される動作の順序に関する限定を意味するものではない。例示的な実施形態の前述の説明は、例示及び説明の目的で提示されている。これらは開示された正確な形態に関して網羅的又は限定的であるべきことを意図したものではなく、変更及び変形は、上記の教示に照らして可能であるか、又は開示された実施形態の実践から取得可能である。本発明の範囲は、本明細書に添付された特許請求の範囲及びその均等物によって定義されることが意図されている。本発明の範囲は、本明細書に添付された特許請求の範囲及びその均等物によって定められることが意図されている。
【００５８】
制御要素は、特定の機能を実行するための命令でプログラミングされたプロセッサ、メモリ、及び他のコンポーネントを含むコンピューティングデバイス（コンピュータなど）を用いて実施されるか、又は、特定の機能を実行するように設計されたプロセッサで実施されてもよい。プロセッサは、本明細書に記載の様々な実施形態の機能を含めた様々な機能を実行するようにソフトウェア命令（アプリケーション）によって構成されてもよい任意にプログラミング可能なマイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ又は複数のプロセッサチップ又は複数のチップであってもよい。一部のコンピューティングデバイスでは、複数のプロセッサが提供されてもよい。典型的には、ソフトウェアアプリケーションは、これらがアクセスされてプロセッサにロードされる前に、内部メモリに記憶されてもよい。一部のコンピューティングデバイスでは、プロセッサは、アプリケーションソフトウェア命令を記憶するのに十分な内部メモリを含み得る。
【００５９】
本明細書に開示される実施形態に関連して説明される様々な実例的な論理ブロック、モジュール、回路、及びアルゴリズムステップは、電子的ハードウェア、コンピュータソフトウェア、又は両者の組み合わせとして実施されてもよい。ハードウェアとソフトウェアとのこの互換性を明確に説明するために、様々な実例的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、及びステップを、上記では一般的にそれらの機能的観点から説明した。そのような機能がハードウェアとして実施されるかソフトウェアとして実施されるかは、システム全体に課せられる特定のアプリケーションと設計上の制約とに依存する。当業者は、特定のアプリケーションごとに様々な方法で説明された機能を実施することができるが、そのような実施の決定は、本発明の範囲からの逸脱を生じさせると解釈されるべきではない。
【００６０】
本明細書に開示される態様に関連して説明される様々な実例的なロジック、論理ブロック、モジュール、及び回路の実施のために使用されるハードウェアは、汎用プロセッサ、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マブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）又は他のプログラマブルロジックデバイス、ディスクリートゲート又はトランジスタロジック、ディスクリートハードウェアコンポーネント、又は本明細書に記載の機能を実行するように設計されたこれらの任意の組み合わせによって実施又は実行されてもよい。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであってもよいが、代替的に、このプロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、又はステートマシンであってもよい。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組み合わせ、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサとの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアとつながった１つ以上のマイクロプロセッサ、又は任意の別のそのような構成として実施されてもよい。代替的に、一部のステップ又は方法は、所与の機能に特定した回路によって実行されてもよい。
【００６１】
開示された実施形態の前述の説明は、任意の当業者に、説明された実施形態の製作又は使用を可能にさせるために提供されている。これらの実施形態に対する様々な変更は、当業者には容易に明らかであり、本明細書で定義される一般的な原理は、本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態に適用することもできる。したがって、本発明は、本明細書で示された実施形態への限定を意図するものではないが、以下の特許請求の範囲及び本明細書に開示される原理及び新規の特徴との整合性がとれる最も広い範囲で認められるべきである。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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