(57)【要約】【課題】実質的に無停電電力を負荷に与えるための方法、コンピュータプログラム製品、及び装置、及び、制御システム並びに方法の提供。【解決手段】装置（２２０、２２１）は、電力貯蔵サブシステム（１０００）及び発電機（１０３０）に結合された制御システム（２２１）を含む。制御システムは、静的補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ）モード、無停電電源装置（ＵＰＳ）モード、及び発電機モードを少なくとも含む複数の作動モードを与え、該複数のモードの各々の間の移行を制御するように構成される。静的補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ）モード、無停電電源装置（ＵＰＳ）モード、及び発電機モードのいずれにおいても、静的補償が達成される。【選択図】図５
2008237018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を供給するための装置であって、
静的補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ）と、
前記ＳＴＡＴＣＯＭを介して負荷に結合される無停電電源装置（ＵＰＳ）と、
前記ＳＴＡＴＣＯＭを介して負荷に結合される発電機と、
前記ＳＴＡＴＣＯＭ、前記ＵＰＳ及び前記発電機に結合された多モード制御システムとを備え、
前記多モード制御システムが、前記ＳＴＡＴＣＯＭ、前記ＵＰＳ及び前記発電機の作動を制御して、電気グリッドの障害又は停電の前、その間、及び／又は、その後のあらゆる組み合わせにおいて、無効電力（静的補償）及び／又は有効電力を同時に供給するために該ＳＴＡＴＣＯＭ、該ＵＰＳ及び前記発電機を連携させて、有効及び無効電力を供給するように構成されたことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記制御システムが、少なくとも、
前記ＳＴＡＴＣＯＭ及び前記ＵＰＳに結合され、該ＳＴＡＴＣＯＭ及び該ＵＰＳに対する制御を与えるように構成された電流制御システムと、
少なくとも前記ＵＰＳに結合され、該ＵＰＳに対する制御を与えるように構成された電圧制御システムと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記制御システムが、前記電流制御システム及び前記電圧制御システムに結合され、該電流制御システム及び該電圧制御システムに信号を送って、該電流制御システム及び該電圧制御システムを起動及び停止させるように構成された検知及びモード選択ユニットを含むことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記ＳＴＡＴＣＯＭが、エネルギー貯蔵ユニットに結合された電源コンバータ（ＶＳＣ）を少なくとも含み、前記ＶＳＣが少なくとも静的補償（無効電力の投入／吸収）を与えるものであることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記ＵＰＳがエネルギー貯蔵ユニットを少なくとも含むが、電力調整器は含まず、該ＵＰＳが前記ＳＴＡＴＣＯＭを通して前記エネルギー貯蔵ユニットから電力を供給することを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記エネルギー貯蔵ユニットが、バッテリ、フライホイール、ＳＭＥＳ、電気化学コンデンサ、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする請求項４に記載の電源システム。
【請求項７】
少なくとも１つの負荷と結合し、代替電力を前記少なくとも１つの負荷に供給するように構成可能な代替電源システムであって、
スタンバイモード、エネルギー貯蔵装置放電モード、及び発電機モードを少なくとも含む複数の作動モードを連携させるように構成された多モード制御システム、を備え、
前記多モード制御システムが，
電流制御システムと、
電圧制御システムと、を備え、
前記電流制御システムが、発電機モード及びスタンバイモードを少なくとも制御するように構成され、
前記電圧制御システムが、前記発電機モードが作動していないときに、エネルギー貯蔵装置放電モードを少なくとも制御するように構成され、
前記電流制御システムが、前記発電機モードが作動しているときに、少なくともエネルギー貯蔵装置放電モードに対する制御を与え、
前記スタンバイモード、前記エネルギー貯蔵装置放電モード、及び前記発電機モードで作動している間は静的補償を与えることを特徴とする代替電源システム。
【請求項８】
前記多モード制御システムが、さらに、エネルギー貯蔵装置充電モードを与えるように構成され、前記充電モードが、他の多数の作動モードの少なくとも１つの間に作動可能あることを特徴とする請求項７に記載の代替電源システム。
【請求項９】
代替電力を負荷に供給する方法であって、
静的補償（ＳＴＡＴＣＯＭ）モード、無停電電源装置（ＵＰＳ）モード、及び発電機モードを含む複数の作動モードの少なくとも１つを通して電力を供給し、
前記複数のモードを連携させ、該複数の作動モード間で移行するように、制御システムから該複数のモードを制御する、ステップを含み、
前記制御するステップが、前記複数の作動モードの少なくとも２つを同時に作動させることを含み、
前記同時に作動させることが、前記発電機モードを増加させ、前記発電機モードを増加させるにつれて、同時に、前記ＵＰＳモードを減少させることを含み、
前記静的補償（ＳＴＡＴＣＯＭ）モード、前記ＵＰＳモード、及び前記発電機モードで作動している間は静的補償を与えることを含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記同時に作動させることが、前記ＳＴＡＴＣＯＭモード及び発電機モードを同時に作動させることを含むことを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
電力を負荷に与える方法であって、
電力を負荷に与えるための装置を、
スタンバイモードと、
無停電電力装置（ＵＰＳ）モードと、
発電機モードと、を含むモードを作動させ、
実質的に無停電電力を負荷に与える際に連携するように、前記スタンバイモード及び前記UPSモードを制御するステップを含み、
前記制御することが、実質的に無停電電力を負荷に与える際に、前記スタンバイモード及び前記ＵＰＳモードと連携することに前記発電機モードを制御することをさらに含み、
前記制御することが、
前記発電機モードを開始して、該発電機モードを通して供給される電力を増加させ、
前記発電機モードを通して供給される電力を増加するにつれて、前記ＵＰＳモードを通して供給される電力を減少させ、
前記スタンバイモード、前記ＵＰＳモード、及び前記発電機モードで作動している間は静的補償を与えることを含む、ことを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記スタンバイモードで作動することが、電力を前記負荷に供給するグリッドを監視することを含み、
前記制御することが、前記グリッドに故障が検知された場合には前記負荷を該グリッドから切断し、前記ＵＰＳが電力を該負荷に供給するようにすることを含む、
ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記発電機モードで作動することが、前記負荷を監視することを含み、
前記制御することが、前記負荷に故障が検知された場合に、該負荷への前記発電機の接続を再構成してａｃからｄｃへの接続にすることを含む、
ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ＵＰＳモード中に、静的補償を与えることをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記制御することが、
前記発電機モードで作動している間は前記グリッドを監視し続け、
前記グリッドの故障が検知されなくなった場合には、前記発電機モードを通して供給される電力を同期させ、
前記グリッドを前記負荷に接続し、
電力が前記発電機モードを通して前記負荷に供給されなくなるように、該発電機モードを停止させる、
ことを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記制御することが、
前記ＵＰＳモードで作動している間は前記グリッドを監視し続け、
前記グリッドの故障が検知されなくなった場合には、前記ＵＰＳモードを通して供給される電力を同期させ、
前記グリッドを前記負荷に接続し、
電力が前記ＵＰＳモードを通して前記負荷に供給されなくなるように、該ＵＰＳモードを停止させる、
ことを含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記制御するステップが、前記スタンバイモード及び前記発電機モードで作動している間はエネルギー貯蔵システムを充電することを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
プロセッサ及び前記プロセッサに結合されたメモリを有するコンピュータシステムと併せて用いるためのコンピュータプログラム製品であって、前記コンピュータプログラム製品が、コンピュータ読み取り可能記憶媒体と、その中に組み込まれたコンピュータプログラム機構とを含み、前記コンピュータプログラム機構が、代替電力（電圧及び／又は電流）を、静的補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ）を介して、負荷に供給するように電力システムに命令するプログラムモジュールを備え、前記プログラムモジュールが、
静的補償（ＳＴＡＴＣＯＭ）モード、無停電電源装置（ＵＰＳ）モード、及び発電機モードを含む複数の作動モードの少なくとも１つを通して電力を供給し、
前記複数のモードを連携させ、前記複数の作動モード間で移行するように、閉ループ制御システムから該複数のモードを制御する、
ための命令を含むことを特徴とするコンピュータプログラム製品。
【請求項１９】
プロセッサ及び前記プロセッサに結合されたメモリを有するコンピュータシステムと併せて用いるためのコンピュータプログラム製品であって、前記コンピュータプログラム製品が、コンピュータ読み取り可能記憶媒体と、その中に組み込まれたコンピュータプログラム機構とを含み、前記コンピュータプログラム機構が、代替電力（電圧及び／又は電流）を、静的補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ）を介して、負荷に供給するように電力システムに命令するプログラムモジュールを備え、前記プログラムモジュールが、
電力を負荷に与えるための装置を、スタンバイモードと無停電電源装置（ＵＰＳ）モードと発電機モードとを含むモードで作動させ、
実質的に無停電電力を負荷に与える際に連携するように、前記スタンバイモード、前記ＵＰＳモード、及び発電機モードを閉ループ制御する、
ための命令を含むことを特徴とするコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、合衆国法典第３５巻第１１９条（ｅ）の下で、引用によりここに組み入れられる「Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｌｏｓｅｄ Ｌｏｏｐ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｅｔｈｏｄ Ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｆｏｒ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ａｎｄ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ Ｓｙｓｔｅｍ」という表題の２００２年１２月６日に出願された仮出願連続番号第６０／４３１，４６４号に基づく優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、一般に、制御システムに関し、より詳細には、電力調整システムにおいてモジュールのプラグ・アンド・プレイ統合を可能にする制御システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
高感度負荷に供給されるグリッド又はユーティリティ配線電力の電力品質及び信頼性を向上させるための様々な装置が当該技術分野において周知である。これらのうちの３つとして、静的補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ）、オンライン無停電電源装置（ＵＰＳ）、及びオフラインＵＰＳが挙げられる。長期の停電の間、発電機又は発電機セットと連携してＵＰＳを作動させることもできる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１Ａは、電源コンバータ（ＶＳＣ）１０２が、シャント接続された変圧器１０７を通して負荷１０６を与えるＡＣ系統１０４に接続された、典型的なＳＴＡＴＣＯＭ１００を示す。コンデンサ１０９は、ＶＳＣ１０２のＤＣ端子１０８に接続され、通常は、ＶＳＣ１０２の一体部分である。ＶＳＣ１０２は、無効電力を投入又は吸収することによって、線間電圧を制御する。ＳＴＡＴＣＯＭは、負荷の過渡現象に起因する負荷電圧の変動を制御するか、又は、無効電力要件を変化させるのに役立つ。ＳＴＡＴＣＯＭは、作動コストが比較的低いが、有効電力を提供するものでなく、したがって、短絡条件の下で、或いは、有効電力の供給が必要とされるか又は望まれる他の条件の下で作動することはできない。さらに、ＳＴＡＴＣＯＭは、グリッドの故障又は切り換え事象による電圧変動を修正する能力が制限されている。
【０００５】
図１Ｂは、例示的なオンラインＵＰＳシステム１１０の主要な構成要素のブロック図を示す。このＵＰＳシステム１１０は、通常作動中はオンラインであり、オンライン作動には、グリッド又はユーティリティ１１２からのエネルギーを、整流器１１４によってＡＣからＤＣに変換すること、バッテリ１１６をフル充電の状態に維持すること、及びインバータ１２０によって該エネルギーをＡＣ系統に変換して二重変換をもたらすことが含まれる。静電バイパススイッチ１２３及び機械的バイパススイッチ１２４は、通常は開いている。ＵＰＳシステム１１０は、典型的には、バイパス源１２６又はグリッド１１２と同期されるように作動する。化学バッテリ１１６は、停電を切り抜けるためのエネルギー貯蔵装置として用いられる。システム１１０の故障の場合には、機械的スイッチ１２４は、グリッド１１２又はバイパス供給１２６を負荷１３０に直接接続することによって作動を可能にする。負荷アセンブリの故障の場合には、静電バイパススイッチ１２３を閉じて、ヒューズ調整のための短絡能力を高める。グリッドの故障の場合には、整流器１１４が遮断され、負荷１３０に障害を与えることなく、エネルギーがバッテリ１１６から取り出される。
【０００６】
オンラインＵＰＳ１１０は、比較的低い効率と高い作動コストとをもたらす二重変換を必要とする。さらに、グリッド１１２は、負荷から分離されるので、グリッド障害の下で負荷電圧に関する過渡事象がない。静電バイパススイッチ１２３を閉じることによって、短絡能力が与えられる。
【０００７】
図１Ｃは、典型的なオフラインＵＰＳ１４０の主要な構成要素のブロック図を示す。オフラインＵＰＳ１４０は、通常作動中はオフラインであり、オフライン作動では、ソリッドステート・ブレーカー（ＳＳＢ）１２２が閉じられ、機械的バイパススイッチ１２４が開いており、静止コンバータ１４２がバッテリ１１６をフル充電状態に維持する。化学バッテリ１１６は、典型的には、停電を切り抜けるためのエネルギー貯蔵装置として用いられる。負荷又は負荷アセンブリ１３０を保護するために、グリッドにおける停電及び瞬時性電圧降下状態を迅速に検知し、補償しなければならない。負荷アセンブリ１３０の故障の場合には、ヒューズ調整のためのグリッド短絡能力を利用するように、ＳＳＢ１２２は閉じられたままの状態である。オフラインＵＰＳシステム１４０の故障の場合には、機械的バイパススイッチ１２４は、グリッド１１２を負荷１３０に直接接続することによって作動を可能にする。グリッドの故障の場合には、ＳＳＢ１２２は開かれ、コンバータ１４２が負荷を与えることになる。オフラインＵＰＳ１４０は、比較的低い作動コストで作動する。グリッド１１２は、負荷１３０に結合されるため、ＳＳＢが開くまで、該グリッドの障害は、スタンバイ状態（通常作動）の下で負荷１３０に伝達される。
【０００８】
図２は、長期の停電の間、発電機又は発電機セット１５２と連携するオフラインＵＰＳ１５０を有するＵＰＳシステム１４８のブロック図を示す。オフラインＵＰＳ１５０は、コンバータ１５４と、例えば化学バッテリ、化学バッテリのアレイ、又は他の貯蔵装置又はシステムのようなエネルギー貯蔵装置１１６とから構成される。コンバータ１５４は、迅速な動的挙動を与える。しかしながら、一般的にコンバータに用いられる１つ又は複数のコンバータ出力半導体は、過負荷能力がないか又は実質的にない。付随するＵＰＳ制御システム（図示せず）により、停電又は瞬時性電圧降下の場合のスイッチ１５６の作動、及びバッテリの適当な充電が行われる。
【０００９】
長期の停電の間、独立した発電機セット１５２は、ＡＣ系統の負荷側に直接接続される。発電機セット１５２は、（例えば、天然ガス、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、又は他のエンジンのような）電源、及び機械から電気への変換装置（すなわち発電機）から構成される。付随する発電機セット制御システム（図示せず）が、有効電力を生成するシャフトのトルク及び速度を制御する。独立した発電機セットをもつ従来のオフラインＵＰＳにおいては、発電機セット制御システムは、ＵＰＳ制御システムと連携しない。シャフト速度（例えば、１秒当たりの回転数）は、通常、電気系統の周波数（例えば、１秒当たりのサイクル又はヘルツ）に対応する。典型的には、発電機セットは、動的電圧（又は電流）の変化に対する長い応答時間と、大きな過負荷能力とを有する。長い応答時間は、電気・機械プロセス、及び回転質量又は運動量を伴う発電プロセスの結果である。数ヘルツの領域における系統共振周波数は普通である。
【００１０】
発電機セット１５２及びＵＰＳ１５０の各々は、典型的には、それぞれの独立した閉ループ制御ユニット（図示せず）を有する。ＵＰＳシステム１４８の作動原理は、以下の方法で、２つの独立した発電機セット１５２及びＵＰＳ１５０装置を作動させる。
１．スタンバイモード：発電機セット１５２は作動していず、ＵＰＳ１５０はスタンバイモードであるが、電力を負荷とやりとりしていない（貯蔵装置を充電状態に維持することはできる）。システム１４８の制御システム（図示せず）は、グリッド電圧を監視している。スイッチ１５６は閉じられている。
２．グリッド側の障害：システム１４８はスイッチ１５６を開けさせ、負荷１３０はＵＰＳ１５０によって引き継がれ（アイランドモード）、貯蔵装置１１６のエネルギー量に応じて、発電機セット１５２の運転が開始される。
３．停電が短期間だけである場合：システム１４８は、スイッチ１５６を閉じさせ、負荷１３０はグリッド１１２に引き渡され、貯蔵装置１１６は充電され、元のスタンバイモードに移行し、発電機セット１５２が作動しなくなる。
４．停電が長期である場合：システム１４８は、ＵＰＳ１５０から発電機セット１５２に移行し、ＵＰＳシステム１５０はスタンバイモードのままであり、スイッチ１５６は開いている。
５．長期の停電が終了した場合：システム１４８は、スイッチ１５６を閉じさせ、負荷１３０はグリッド１１２に伝達される。
【００１１】
長期作動の場合、発電機セット１５２は、有効電力を負荷に与える。このＵＰＳシステム１４８の作動により、発電機セット１５６又はＵＰＳ１５０のいずれか一方が、いつでも作動できるようになる。共通の制御若しくは調整、又は同時作動は行われず、各々の連続的な作動を伴う発電機セット及びＵＰＳの分離した個別制御のみが行われる。この作動原理の欠点は、利用可能な共通の制御ユニットがないために、特に発電機の作動中に、ＵＰＳの良好な動的挙動（すなわち、負荷における無効電力又は有効電力の変化に対する迅速な応答及び周波数の安定化）を用いること又は達成することができないことである。
【００１２】
スタンバイ状態の発電機セットは、急速始動／稼動タイプの（例えば、１８００ｒｐｍで稼動するタイプの）ディーゼル発電機セット（ＤＧＳ）であるとしても、起動の際の動的挙動が制限され、潤滑システムの加熱を伴う。これらのシステムにおいて、始動段階は、典型的には、公称速度（無負荷）に達するまで５秒から８秒間続くことがあり、この後に、負荷要素に切り換えることができる。
【００１３】
ＤＧＳ負荷の接続又は切り換え、及び遮断により、速度偏差及び周波数偏差が発生し、周波数偏差が（例えば、制御不動作時間、燃料噴射時定数、及び整定時間からなる）定常値に達するまで、少なくとも２秒から５秒を必要とする。始動の場合は、上述のように公称速度を得るために必要な５秒から８秒にこの期間を加えて、始動及び安定化のための合計時間が少なくとも７秒から１３秒まで又はそれ以上になるようにしなければならない。図３は、負荷切り換えの際の典型的な周波数１６０の挙動を示す。スタンバイ状態のディーゼル発電機セットの負荷変化（切り換え及び遮断）によって、速度偏差に起因する典型的な周波数偏差が生じた。いわゆる動的偏差は、以下のものによって決まる。
・慣性（エンジンの回転質量）：小さい慣性→大きい偏位
・ターボチャージ：チャージの程度が高いほど→偏差が大きくなる
・切り換えを受ける負荷の大きさ：負荷が大きいほど→偏差が大きくなる
【００１４】
数秒間続く周波数偏差（典型的には、定格周波数のおよそ１０％、又は６０Ｈｚでの作動の場合は±約６Ｈｚ、若しくは５０Ｈｚでの作動の場合は±約５Ｈｚ）は、コンピュータ・スクリーン、ＴＶセットその他のそのような装置のような周波数依存負荷に対してトラブル或いは損傷さえも発生させることがある。通常の公称グリッド接続電力系統においては、定常状態の周波数偏差は、±０．１Ｈｚ以内に維持されること、及び系統周波数（６０Ｈｚ）の５８．５Ｈｚを下回る周波数において（すなわち、１．５Ｈｚの低下において）、負荷制限が生じることに注意されたい。
【００１５】
上述のように、ディーゼル及び発電機セットの制限された規模のために（経済的な理由によって、装置は、通常は、負荷と比べてあまり大きくない規模にされる）、並びに大幅な速度偏差（よって、大幅な周波数偏差）のために、負荷の引き継ぎは、通常は、段階的に（例えば、３つの段階で）行われる。
【００１６】
上述の周波数偏差及び負荷引継ぎの制約を回避するために、システム設計者は、経済性を犠牲にして、負荷より５倍ほども大きい発電機セットの規模を指定することがある。
【００１７】
電源コンバータ（ＶＳＣ）がコンバータ１５４に用いられる場合には、ＳＴＡＴＣＯＭの作動が可能になり、無効電力を交換し、有効電力を吸収して損失をカバーする。しかしながら、通常のＵＰＳに発電機セットを加えたシステムにおいては、個々のＵＰＳ及び発電機セットの制御が連携されていないために、該発電機セットへの移行及びそれに続く該発電機セットの作動の際に４象限電源コンバータ（ＶＳＣ）を用いることに関する全機能的利点は、少なくとも認識されていない。ＶＳＣの全能力は利用可能な通常の制御システム技術によって保証されていないため、従来の制御システムは、設計者に、コンバータ（図２を参照されたい）のためにＶＳＣを選択するだけの動機又は融通性をあまり与えていない。
【００１８】
【特許文献１】特開平１０−１２６９８０
【特許文献２】特開平０９−２６６６３１
【特許文献３】特開２００１−３２７０８３
【特許文献４】特開平１１−２８９６６８
【特許文献５】特開平０５−２１１７３２
【特許文献６】特開２００１−１６１０９８
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、電源コンバータ（ＶＳＣ）、貯蔵エネルギー源、及び／又は、統合された連携制御システムと併せた発電機を使用して、無停電電源装置（ＵＰＳ）能力又は作動モードを与える装置及び方法を提供する。本発明は、通常の無停電電源装置（ＵＰＳ）に比べて、優れた性能特性を与え、限界負荷、又は、電気の伝達及びグリッドの分配において、重要な構成要素を安定させるための両方に対して用いることができる。方法及び装置の性能の改善及び最適化又は最適に近いものは、無停電電源装置を与えるシステムのハードウェアその他の構成要素の選択及び作動の両方により達成される。特に、本発明は、電源コンバータ（ＶＳＣ）を通常のＵＰＳのコンバータ構成要素に対して十分に使用して、通常のＵＰＳシステムのハードウェア及び制御装置のすべてを必要とすることなく、ＵＰＳ作動モードを与えることを可能にする。さらに、ＶＳＣを配置することにより、本発明の制御方法及び装置は、ＵＰＳが、有効電力及び無効電力の両方を個々に投入又は吸収することにより、負荷電力を供給している間に、同時に負荷電圧を制御することを可能にする。さらに、ＶＳＣ機能は、１つの作動モードから別の作動モードへの移行中、及び任意的に接続された発電機セットの作動中に保持される。
【００２０】
一実施形態においては、長期の停電の場合には、発電機セットのような発電モジュールが、電力を負荷に供給する。この期間においては、本発明のＵＰＳは、スタンバイモードで作動するが、能動的に無効電力及び有効電力を交換し、並びに、必要に応じて貯蔵装置を再充電する。スタンバイ又は充電モードにおいては、ＵＰＳは、無効電力を投入し吸収し続ける。すなわち、ＵＰＳ並びに発電機セットの両方のシステムが作動中である。一実施形態においては、すべての作動モードにおいて、装置全体を単一の連携する閉ループ制御装置として、ＵＰＳ及び発電機セットを同時に、かつ、組み合わせて制御するための制御システム及び方法を与えることにより、該装置全体が最適化される。
【００２１】
したがって、本発明の方法及び装置は、短期であれ長期であれ、事象の持続時間全体にわたり、負荷の無効電力要求に応答するために、ＵＰＳを静的補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ）として作動することにより、通常のシステム及び方法に比べて、優れた性能をもたらす。新規な方法及び装置の実施形態は、さらに、無効電力を与え又は吸収し、アイランド条件（負荷が電力グリッドから隔離され、短期間にわたり急激に変化することがある）の下で動的挙動を改善し、通常は最適化し、ＵＰＳによる負荷のピックアップ、ＵＰＳと発電機セットとの間の切り換え、及びグリッドに対する再同期を含む移行における挙動を最適化し、又は最適に近いものにすることにより、動的負荷平準化を行う。本発明の方法は、コンピュータ指示を実行するためのプロセッサと、データ、指示、及び命令を格納するための結合メモリとを有する汎用コンピュータ又は特殊用途コンピュータ上で又は該コンピュータにおいて実行されるコンピュータプログラム及びコンピュータプログラム製品として有利に実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
１つの有利な適用例において、本発明の新規な方法及び装置は、電力を、通常の電気負荷に、より特定的には、電圧障害及びグリッド側の停電の状態にあっても、半導体製造工場、データセンター、インターネット、又はデータサーバファームその他の高感度負荷のような高感度負荷に提供する。
【００２３】
静的補償装置すなわちＳＴＡＴＣＯＭの電源コンバータ（ＶＳＣ）２４０は、該ＶＳＣ２４０の直流すなわちＤＣ端子２０８において、エネルギー貯蔵装置１０００に接続することができる。ＶＳＣ２４０は、エネルギー貯蔵装置１０００から有効電力を引き出し、これを交流すなわちＡＣ電力に送給して、一時的なシステム・サポートを提供することができる。ＶＳＣ２４０はまた、無効電力を投入又は吸収することによって、線間電圧を制御することもできる。ＶＳＣはまた、ＡＣ系統からのエネルギー吸収を制御して、エネルギー貯蔵装置を充電された状態に保持することができる。
【００２４】
図４Ｂは、電力システム２２０が複数のモジュールを含む、本発明による電力システム２２０の一実施形態のブロック図を示す。電力システムは、例えば、ＡＣ相互接続モジュール１０２０、電力調整モジュール１０１０、少なくとも本実施形態においては、一組の統合された連携システム制御装置であるシステム制御装置２２１、及びエネルギー貯蔵モジュール１０００を含む。統合された連携システム制御装置の組は、汎用コンピュータ又は特殊用途のコンピュータ上のコンピュータプログラムとして有利に実施することができる。付加的な実施及び統合された連携システム制御装置の実施形態は、図８ないし図９及び本明細書のその他の場所に関して示され、述べられている。電力システム２２０は、ユーティリティ２２４の短期停電中に、負荷２２２に対して有効電力及び無効電力を与えるように設計される。電力システム２２０は、オフラインで作動する。電圧障害がグリッド又はユーティリティ２２４において感知された場合には、システム２２０は、グリッド又はユーティリティ２２４から完全に切断され、エネルギー貯蔵モジュール１０００を介して、バックアップ電力を負荷２２２に提供する。電力システム２２０は、連携して作動する静的補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ）及び通常のオフライン無停電電源装置（ＵＰＳ）の両方の性能特性を提供する。
【００２５】
作動及び制御並びに個々のモジュールの全体のシステム及び方法は、独立した技術であることが好ましい、すなわち制限なく種々の技術に適用される。エネルギー貯蔵モジュール１０００は、例えば、バッテリ、燃料電池、超伝導磁石（ＳＭＥＳ）、電気化学コンデンサ、フライホイール、他のエネルギー貯蔵機構、システム、又は当該技術分野において周知の方法、或いはこれらのエネルギー貯蔵機構、システム、又は方法の何らかの組み合わせにより実施することができる。電力調整モジュール１０１０及びＡＣ接続モジュール１０２０内の母線リアクトルをもつ静電隔離スイッチ１０４０は、ソリッドステート技術及び物理的装置を用いて実装することが有利であるが、当業者であれば、他の技術を使用して、これらの機能を実装し、所望の作動及び機能を達成できることを理解するであろう。
【００２６】
図４Ｃは、より長期の停電の間、電力を提供するための発電モジュール１０３０をさらに含む電力システム２２０の代替的な実施形態を示す。ここでも、電圧障害がグリッド又はユーティリティ２２４において感知された場合には、システム２２０は、グリッド又はユーティリティ２２４から完全に切断され、負荷２２２に対してバックアップ発電源を完全に起動させる。システムは、連携して作動する静的補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ）及び通常のオフライン無停電電源装置（ＵＰＳ）、並びに代替発電源の性能特性を提供する。例えば、本発明の制御方法及び装置は、発電モード及び他の作動モードへの移行中も、該発電モード及び他の作動モードでの作動中も、ＳＴＡＴＣＯＭ性能特性を達成する。上述のように、有利なことに、全体のシステム及び方法、並びに個々のモジュール及びモジュールの方法は、独立した技術タイプである。
【００２７】
発電モジュール１０３０は、例えば、燃焼タービン、マイクロタービン、ディーゼル発電機セット（ＡＣ又はＤＣ接続された）、内燃（ＩＣ）エンジン、燃料電池、及び当該技術分野において周知の他の発電機構、或いはこれらの技術の何らかの組み合わせによって実施することができる。ここで用いられ、当該技術分野において周知のディーゼル発電機セットは、例えば、ディーゼルエンジン（又は他の原動機）及び電気同期発電機（又は他の運動エネルギーから電気エネルギーへのコンバータ）の組み合わせである。発電モジュール１０３０は任意的のものであり、システムが、長期の停電中に、電力を専用の燃料供給装置（どんなタイプのものでも）から提供するのを可能にすることを理解すべきである。発電モジュールがない場合には、電力システム２２０は、依然として、短期の停電の間に有効電力及び無効電力を提供することができる。
【００２８】
パワー・エレクトロニクス、エネルギー貯蔵装置、及び別の発電機を備える、図５に示される電力システム２２０のような電力システムからなる、１つの、多くの場合、複数のモジュールを作動させ、調整するために、電力システムのための制御モジュールが設けられる。図５に示される電力システム２２０においては、例えば、制御モジュール２２１は、エネルギー貯蔵モジュール１０００、電力調整モジュール１０１０、ＡＣ相互接続モジュール１０２０、及び任意の発電モジュール１０３０（図５の実施形態においては、任意のＤＣ接続された発電機１０３２として示される）を含む複数の電力システムモジュールと相互作用する。制御モジュール２２１を有する電力システム２２０は、オフラインで作動し、有利に、５ＭＷから４０ＭＷまでの範囲内のいずれかの範囲の電力レベルに適合し、変電レベルで作動することができる。しかしながら、以下の説明を考慮に入れると、本発明の実施形態は、５ＭＷより下及び４０ＭＷより上の範囲、並びに５ＭＷから４０ＭＷまでの間の範囲内を含む様々な電力レベルに適用できることを理解すべきである。
【００２９】
電力システム２２０は、さらに、電気システムの復旧型サポート（すなわちＶＡＲサポート）を提供することもできる。ＶＡＲサポートを提供するために、例えば、図６の実施形態に示されるように、電源コンバータ（ＶＳＣ）を使用するＳＴＡＴＣＯＭすなわち静的同期発電機を設けることができる。図６は、ソリッドステート・ブレーカー（ＳＳＢ）２６２と直列のＶＳＣ２４０及び制御システム２２１を使用するＳＴＡＴＣＯＭを備えた例示的な電力システム２２０を示す。エネルギー貯蔵モジュール１０００が、ＶＳＣ２４０に接続される。発電・遮断及び/又は負荷・遮断のようなシステム移行の際に、ＶＳＣ２４０の能力が、コンバータの特定の能力内の負荷アセンブリをサポートするように用いられる。さらに、図６は、発電モジュール１０３０の２つの実施形態、すなわちＡＣ接続された発電機セット１０３１及びＤＣ接続された発電機セット１０３２を示す。ＤＣ接続された発電機セットの使用には、付加的な制御された整流器１０８０が必要とされる。ＡＣ接続された発電機と比べたＤＣ接続された発電機の主な利点には、負荷の引き継ぎ前に発電機セットの同期がないこと（迅速な負荷のピックアップ）、負荷の急な変化時の残りの負荷への影響の減少、及び貯蔵システムと原動機との間のより簡単な調整が挙げられる。
【００３０】
上述の異なるモジュールの種々の特定の実施形態は、異なる特定の制御変数及び制御システムを有する。一実施形態においては、例えば、制御モジュール２２１は、ベースシステム制御モジュールと、例えば、エネルギー貯蔵モジュール１０００、電力調整モジュール１０１０、ＡＣ相互接続モジュール１０２０、及び発電モジュール１０３０のような個々の電力調整モジュールの１つ又はそれ以上に別個に又はまとめて対応する１つ又はそれ以上の装置特有のモジュールとを含む。したがって、技術非依存型モジュールを用いることを可能にするシステム２２０に加えて、制御システムは、システム２２０の特定のモジュール又は装置を制御するように設計された独立制御モジュールを含む。エネルギー貯蔵モジュール１０００がバッテリエネルギー貯蔵装置（ＢＥＳ）を含む場合には、ＢＥＳを制御するように特別に設計された個々の制御モジュールを、制御システム２２１のベースシステム制御モジュールと併せて用いることができる。しかしながら、エネルギー貯蔵モジュール１０００が超伝導磁石エネルギーシステム（ＳＭＥＳ）を含む場合には、制御システムは、ＳＭＥＳなどを制御するように設計された異なるモジュールを含む。
【００３１】
一実施形態においては、例えば、制御モジュール２２１のモジュールを含むシステム２２０の個々のモジュールは、任意的ではあるが有利に、制御モジュールの「プラグ・アンド・プレイ」交換を可能にするように設計されている。この実施形態においては、制御モジュール２２１は、種々の代替的な制御モジュールをベースシステム制御モジュールに「プラグ接続」し、モジュール特有の変数及び／又はパラメータ又は制御値及び規則を設定することによって、異なるシステムアプリケーションを実施することを可能にする。本発明の目的のための「プラグ接続」は、ベースシステム制御装置に物理的にプラグ接続し、或いは該ベースシステム制御装置に別の方法で作動的に接続し、或いは該ベースシステム制御装置と連結することができる特別に設計されたハードウェア及び／又はソフトウェアを含むことができ、或いはベースシステム制御モジュールは、再プログラミングできるか又はシステムの特定のモジュール又は装置についてメニューの選択肢から選択することができる標準的なハードウェア及び／又はソフトウェアを含むことができる。したがって、プラグ・アンド・プレイのベースシステム制御モジュールは、システム２２０の主な構成により要求される制御モジュールの想定される拡張、減少、又は交換を可能にする。プラグ・アンド・プレイのベースシステム制御モジュールはまた、動作の中断又は休止時間がほとんどないか又は全くない保守を可能にする。
【００３２】
鉛酸蓄電池１０６０をエネルギー貯蔵モジュール１０００として使用し、ＤＣ接続された発電機セットを発電モジュール１０３０として使用する、電力システム２２０の１つの特に有利な実施形態が、図７Ａに示される。制御モジュール２２１は、モード選択ユニット１０８０、ベースシステム制御モジュール１０９０、エネルギー貯蔵制御モジュール２０００、及び代替電源制御モジュール２０１０を有利に組み込む。ＤＣ接続された発電機を示す代替的な実施形態が、図７Ｂに示される。
【００３３】
本実施形態においては、示されるように、エネルギー貯蔵制御モジュール２０００は、バッテリエネルギー貯蔵（ＢＥＳ）制御モジュールであり、代替電源制御モジュール２０１０は、ＤＣ接続された発電機セット１０３２の制御に適している。上述のように、個々の制御モジュール２０００及び２０１０は、必要に応じて交換できる任意のプラグ・アンド・プレイ・モジュールである。したがって、システム内のバッテリ１０６０がＳＭＥＳ装置のような別の異なるエネルギー貯蔵装置と置き換えられる場合には、バッテリエネルギー貯蔵制御モジュールは、該ＳＭＥＳ装置を制御するように特別に設計された代替エネルギー貯蔵制御モジュールと置き換えることができる（新しいハードウェア及びソフトウェア制御モジュールを用いて、或いは制御モジュールを再プログラミングすることによって）。同様に、ナトリウム硫黄電池のような異なる種類のバッテリが用いられる場合には、バッテリエネルギー貯蔵制御モジュールを置き換えるか又は再プログラミングして、該ナトリウム硫黄電池が必要とする特有の充電及び放電制御を与えることができる。制御モジュールは、代替的にユニバーサル式のものにし、本用途に適合するように、プログラム又はモード間で切り換えることができる。図７Ａは、さらに別の特定の説明のために本発明のシステムの一実施形態を示すものであり、本発明の概念、システム、及び方法は、種々の特定の実施形態に適用可能であることを理解すべきである。
【００３４】
バッテリエネルギー貯蔵制御モジュール２０００は、化学バッテリ供給業者により提供されるバッテリ監視システム及びバッテリ管理システムを含むことができる。これらの特徴は、使用を有利にし、耐用年数を長くするために、バッテリ形式及びバッテリーセル特有の知識を組み込むことが望ましい。特定の充電及び放電処理の形態のバッテリ調整は、有利であるが任意的に、制御システムの充電制御及び放電制御機能において実施される。充電及び放電制御機能パラメータは、例えば、バッテリモデル、充電及び放電特性、又はバッテリの制御に必要であり、当該技術分野において周知のような他の特性の形態で利用可能である。
【００３５】
開始／停止制御、燃料噴射システム、及び発電機励起制御を反映する制御パッケージを有する、発電機セット１０３２のようなディーゼル発電機セットが、当該技術分野において周知である。インターフェース及び信号の交換は、存在する構成要素及び動作制御に照らして定義される。このようなディーゼル発電機セットのＤＣ接続は、整流器１０８１のような整流器を必要とし、このために制御システム２２１は、必要とされる定常状態及び移行性能をもたらす制御手段を組み込む。
【００３６】
図７Ｂは、接続された負荷２２２における障害除去装置を作動させるために付加的な障害除去電流が必要な場合に、制御されたソリッドステート・ブレーカー１０３５を使用して、整流器１０８０、貯蔵モジュール１０６０、及びコンバータ２４０をバイパスする、発電モジュールのＤＣ接続の別の有利な実施形態を示す。ソリッドステート・ブレーカー１０３５は、制御システム２２１によって制御され、負荷側に障害があった場合には、発電機セット１０３２に一時的なＡＣ接続を提供するために閉じられる。障害が除去された後、ブレーカー１０３５が再び開けられ、システムは通常の作動に戻る。
【００３７】
図８Ａは、制御システム２２１によって多モードの制御及び動作が容易にされる電力システム２２０の一実施形態のブロック図を示し、この電力システム２２０は、エネルギー貯蔵モジュール１０００のようなバッテリ１０６０と、発電モジュール１０３０のような、関連するパッケージされた発電機制御装置１０３３を有するＡＣ接続された発電機セット１０３１とを含む。図示される制御構造の一部は、図７Ａに示される個々の制御モジュールに対応する。エネルギー貯蔵制御モジュール２０００は、ＤＣリンク電圧制御装置２４１及び貯蔵制御ユニット２４７を含む。図８Ｂにおいて、電気化学バッテリ制御ユニット２４７が、有利に、バッテリ電圧制御ユニット２４４、スイッチ２４６、バッテリ電流制御装置２４５、及びバッテリ管理システム２４３を含むことができる。ＳＴＡＴＣＯＭ（ＶＳＣ）制御モジュール１０９０は、負荷共有制御装置２８１、基準値生成装置２４８、Ｑ制御装置２４２、ＶＳＣ電流制御装置２３０を含む電流制御システム２３３、ＶＳＣ電圧制御装置を含む電圧制御システム２２５、及びパルスパターン生成ユニット２５２などの幾つかの制御装置を含む。本実施形態の一実施における代替電源制御モジュール２０１０は、同期ユニット２８５、発電機励起制御装置２８２、ディーゼル制御システム５５２、ディーゼル開始／停止ユニット５５０、及び燃料噴射システム５５４を含むＡＣ接続された発電機セット１０３１と関連した制御装置１０３３を含む。代替電源制御モジュール２０１０を含む制御ユニットは、典型的には、用いられる電源の種類によって定められ、当該技術分野において周知のものである。制御システム２２１は、代替電源制御モジュール２０１０と有利に接続することができる。エネルギー貯蔵制御モジュール２０００、ＳＴＡＴＣＯＭ制御モジュール１０９０、瞬時性電圧降下・停電検知モジュール１０８０、及び代替電源制御モジュール２０１０は、有利に、制御システム２２１との制御モジュールの「プラグ・アンド・プレイ」交換を可能にするか、又は特定の制御モジュール内の再構成を可能にし、システムモジュールのいずれかがシステム２２０に付加されるか又は該システム２２０から除去された場合に、該制御システム２２１を容易に修正することができるようにさらに設計される。
【００３８】
図８Ｂは、ＤＣ接続された発電機セットが発電モジュール１０３０として働く場合の制御構造の別の実施形態を示す。この制御構造は、図８Ａに関して図示され、述べられたものに類似しており、さらに、整流器制御装置３０３０と、付加的な整流器１０８０と関連した整流器パルスパターン生成ユニット３０３１とを含む代替電源制御モジュール２０１０を含む。電気化学バッテリを有するＡＣ接続された発電機セットの実施形態については、エネルギー貯蔵制御モジュール２０００が、バッテリ電圧制御ユニット２４４、スイッチ２４６、バッテリ電流制御装置２４５、及びバッテリ管理システム２４３を含む。さらに、図８ＢにおけるようなＤＣ接続された発電機セットの場合には、図８Ａに示される同期ユニット２８５及び負荷共有制御装置は不要である。エネルギー貯蔵制御モジュール２０００、ＳＴＡＴＣＯＭ制御モジュール１０９０、瞬時性電圧降下・停電検知モジュール１０８０、及び代替電源制御モジュール２０１０は、有利に、制御システム２２１との制御モジュールの「プラグ・アンド・プレイ」交換を可能にするか、又は特定の制御モジュール内の再構成を可能にし、システムモジュールのいずれかがシステム２２０に付加されるか又は該システム２２０から除去された場合に、該制御システム２２１を容易に修正することができるようにさらに設計される。
【００３９】
電源システム２２０は、電圧障害又は停電が発生したときに、電力を１つ又はそれ以上の負荷２２２に提供することによって、電力グリッド又はユーティリティ・ライン２２４における電圧障害及び停電を補償するように構成される。この装置は、電源システム２２０が複数の作動モードと連携し、複数の作動モードを制御することを可能にする多モードの制御システム２２１を採用する。一実施形態においては、システム２２０は、無効電力を投入又は吸収することができ、したがって、実際には、通常の静的補償装置すなわちＳＴＡＴＣＯＭの構造又は構成要素をもたずに、静的補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭモード）として又は実質的に該静的補償装置として作動する。さらに、システム２２０及び関連した方法は、短時間の電圧障害及び停電を少なくとも補償し、事実上、無停電電源装置（ＵＰＳ）として作動することができ、さらに、このシステム及び方法は、エンジンによって駆動される発電機（発電機セット）のような発電機により、長期間電力を負荷に供給することができる。システム２２０が複数の作動モードのいずれか１つ又はそれらの組み合わせで作動し、作動モード間の移行を制御する機能及び制御を提供する電源システム２２０内に、有利に、制御システム２２１及び方法を含ませることができる。制御システムは、２つ又はそれ以上のモードが同時に作動し、より安定した電力を負荷に提供することを可能にする。作動モード間の制御された移行により、負荷が受け取る電力の信頼性が大きく改善される。さらに、高感度負荷の作動の継続性が保証される。したがって、電源システム２２０は、半導体製造施設、他の製造施設、データサービスセンタ、サーバファーム、病院、救急センターといった電力高感度負荷又は他の高感度負荷を、電力が停電しないように維持する。
【００４０】
制御システム２２１は、統合された連携制御スキームによって連続的な無停電源装置及び／又は発電を提供する。制御システム２２１は、貯蔵されたエネルギー源（貯蔵モジュール１０００）及び代替的な発電システム１０３０と同時に電源コンバータ（ＶＳＣ）２４０を作動させることを可能にし、全ての作動モードの間に、有効電力及び無効電力の両方を投入又は吸収することによって、負荷電圧（周波数及び振幅）を制御する。有効電力又は無効電力の投入又は吸収は、負荷２２２の必要性、並びに、例えば、利用可能な貯蔵モジュール１０００の容量のような、サブシステムの何らかの適用可能な性能の制限によって決定される。
【００４１】
多モードの制御システム又は統合された閉ループ制御装置２２１により、ＳＴＡＴＣＯＭ、ＵＰＳ、及び発電機セットの作動モードの制御が提供される。一実施形態においては、電流制御装置２２３又は電圧制御装置２２５のいずれかが、同時に作動されるので、システム２２０が発電機セットと共にスタンバイモード、充電モード、及び放電モードで作動するときに、電流制御装置２２３が作動される。電圧制御装置２２５は、発電機セットなしに放電モードで使用できる。制御システム２２１は、同時に２つ又はそれ以上のモードを含む複数の作動を調整することによって、最適電力（又は最適電力に近い）を負荷に提供する。
【００４２】
制御システム２２１は、３つのモード、すなわちスタンバイモード、放電モード、又は充電モードのうちの１つにおける電力システム２２０の作動、並びにこれらのモードのいずれかの間の及びこれらの中の破壊的な移行を最小にする。制御システム２２１は、電力システム２２０が、電流源又は電圧源のいずれかとして働くことを可能にする。例えば、電流源として働く場合には、制御システム２２１は、例えば、発電機セット１０３１又は１０３２のような発電機モジュール１０３０、及びバッテリ１０６０のような貯蔵モジュール１０００といった多数のエネルギー源の中で負荷２２２を同時に共有することが可能になる。
【００４３】
図９Ａは、本発明の一実施形態による制御モードの簡単化されたフロー図７００、モード間及びモードの中の移行、及び該モードに関連したパラメータを示す。具体的には、図９Ａは、図８Ａに示される実施形態のようなＡＣ接続された発電機セットを含む、電源システム２２０の実施形態内の制御システム２２１によってサポートされるモードを示す。
【００４４】
制御システムは、一般に、以下のように作動する。グリッド又はユーティリティ２２４の通常の作動時に、電力システム２２０は、モードＡのスタンバイモード（ブロック７１）で作動し、ＳＴＡＴＣＯＭとして働き、電圧サポートは、ＶＳＣ２４０によって与えられる。
【００４５】
相互接続されたユーティリティ・グリッドが適当な電力（電圧、電流、又は電圧及び電流の組み合わせ）を供給できない場合には、制御システムは、モードＣの放電モード（ブロック７１４）で作動し、貯蔵ユニット１０００及び／又は一実施形態におけるＡＣ接続された発電機セット１０３１のような代替発電機から、電力を負荷に与える。このモードにおいては、制御システムは、完全な代替電源を与えるように作動する。
【００４６】
より詳細には、グリッド２２４の故障の場合、すなわち、グリッドが適当な電圧、電流、又は所要電力を供給できない場合には、電力システム２２０は、モードＢ、すなわちスタンバイモードと放電モードとの間の移行モードに入る（ブロック７１２）。この移行モードにおいては、図８Ａを参照すると、瞬時性電圧降下・停電検知モジュール１０８０を経由するＳＳＢ２６２は、負荷２２２を供給バスから切断し、これを特定の時間枠内でバッテリ１０６０のようなエネルギー貯蔵モジュール１０００から供給するように命令される。放電モード（ブロック７１４）においては、貯蔵モジュール１０００は、或る期間だけ負荷２２２をサポートし、その後、モードＤ（ブロック７１６）中、すなわち放電モードと代替電源発電モードとの間の移行（ブロック２０）中に、該負荷２２２が代替電源に移行される。次いで、ブロック７２０において、発電モジュールが電源システム２２０内に含まれる場合には、負荷２２２への電力が、発電機セット１０３１のような発電モジュール１０３０によって供給される。電力システム２２０の変圧器は、有利に、常に通電されたままであり、迅速な応答を達成し、ＶＳＣ２４０を用いてエネルギー貯蔵モジュール１０００を再充電する。貯蔵モジュール１０００を再充電するためのエネルギーは、例えばユーティリティ２２４又は発電機セット１０３１のような発電モジュール１０３０における代替電源からといった、主電源から得ることができる。発電モジュール１０３０が電力システム２２０内に含まれない場合には、制御システム２２１は、放電モードでしばらくたってから負荷を切断するように一組の命令を出す。発電モジュール１０３０への電力移送が不要である場合には、制御モジュール２２１は、負荷１３０を回復したユーティリティ１１２と再同期させる（グリッドブロック７２２に戻って参照されたい）。
【００４７】
さらに明確にするために、図９Ｂは、制御システム２２１の別の実施形態、具体的には、図８ＢにおけるようなＤＣ接続された発電機セットを含む実施形態の作動モード及び移行を示す。これらのモードは、実質的には図９Ａと同じであるが、モードＨのブロック３０００が付加されている。この付加的なＨモードは、負荷側の故障の場合に、発電機セット１０３２に対して図７Ｂの一時的なＡＣ接続をサポートするために、有利に設けられるものである。
【００４８】
以下は、図９Ａ及び図９Ｂに示される作動の種々のモードのより詳細な説明である。本発明の種々の側面についての情報は、段落全体にわたって、この説明の他の場所に見出すことができるので、段落の見出しは、読み手のための案内として意図されるに過ぎず、本発明の概念を多少なりとも制限するものとして理解すべきではない。
【００４９】
スタンバイモード（ＳＴＡＴＣＯＭモード）
例えば、図９Ａに示されるスタンバイモードのステップＡ（７１０）は、電源システム２２０に対する主要な作動モードであり、この間、該システムはＳＴＡＴＣＯＭとして作用して、負荷電圧を狭帯域内に保持する。例えば、電源システム２２０は、負荷電圧を、定常状態の負荷電圧の±１５％内に維持することができ、好ましくは定常状態の負荷電圧の±１０％内、より好ましくは定常状態の負荷電圧の±５％内に維持することができる。システム２２０は、さらに、少量の有効電力を供給して、貯蔵ユニット１０００が受けた損失を相殺し、バッテリ１０６０のような貯蔵ユニット１０００を適切なエネルギー、例えば、充電レベルに保持することができる。スタンバイモードにおいては、システム２２０は、電流制御の下にあり（「Ｉ」の文字が電流を示し、「Ｃ」の文字が制御を示す「ＩＣ」により、図９Ａに示される）、相互接続されたユーティリティ・グリッドは負荷に供給し、該システム２２０は電流源として作用する。
【００５０】
スタンバイ作動モードにおいては、エネルギー貯蔵モジュールは、所望の充電状態で維持される。ＶＳＣ２４０は、要求に応じて、有効及び／又は無効電力をシステムに与え、又は穏やかな電圧変動を補償する。ＶＳＣは、無効電力の生成又は吸収、及び取り付けられたエネルギー貯蔵システムの損失を補償するための少量の有効電力により、最適なレベルで電圧を維持することが有利である。
【００５１】
典型的には、スタンバイ作動においては、システム２２０は、図８Ａの一実施形態においてはバッテリ１０６０からなるエネルギー貯蔵モジュール１０００を実質的にフル充電の状態に維持する。しかし、別の実施形態においては、貯蔵モジュール１０００は、例えば、フル充電の１０％から２０％だけ少ない状態（又は、他のいずれかの所定の又は動的に定められた充電状態）に維持されて、グリッド１１２に対する振動減衰のような特別な作動モードを受け入れる。代替的に又は付加的に、制御システム２２１は、一定の負荷電力係数、電圧スパイク保護、及び調和したキャンセルを可能にする。
【００５２】
例えば図９Ａに示されるスタンバイモード（ブロック７１０）においては、瞬時性電圧降下・停電検知ユニット１０８０は、システム障害を検知するためのウォッチドッグとして作用する。このことは、線路接地ＡＣ系統電圧を感知することにより行うことができる。このような場合には、評価されるべき信号は、絶対値、正相順成分、逆相順成分、及び／又は、ＡＣ系統電圧を示す実質的にあらゆる他の測定基準を含み、ユニットは、迅速に、供給電圧の低下／増加、逆相順成分の突然の増加、及び位相角における段階又は変化を検知できるようになる。これらの状況から、瞬時性電圧降下・停電検知モジュール１０８０は、システム（グリッド）故障が存在することを判断し、さらに別の作動を開始することができる。制御システムは、負荷側の故障とシステム側の故障とを区別して、適切な作動を開始させる。
【００５３】
一実施形態においては、エネルギー貯蔵モジュール１０００は、１つ又はそれ以上のエネルギー貯蔵部品又は装置、又は化学蓄電池、コンデンサ、電気化学コンデンサ、超伝導磁石エネルギー貯蔵装置（ＳＭＥＳ）、フライホイール、圧縮空気エネルギー貯蔵装置（ＣＡＥＳ）及び／又は、当該技術分野に知られる実質的に、あらゆる他の貯蔵部品の組み合わせを含む。バッテリ１０６０のような貯蔵装置は、エネルギー貯蔵システム１００の一部である。一実施形態においては、貯蔵システム１０００は、さらに、内部ＤＣリンクその他のリンクにより、例えばバッテリ１０６０のような貯蔵装置と結合された電源コンバータ（ＶＳＣ）２４０を含む。ＶＳＣ２４０は、さらに、ソリッドステート・ブレーカーユニット（ＳＳＢ）２６２により、グリッド２２４と結合する。ＶＳＣ２４０は、電流制御装置により指示されて、電力をグリッド２２４（又はここ及び以下のいずれかの場所で述べられる発電機源）から引き出して、バッテリ１０６０のような貯蔵装置を充電し、並びに、該貯蔵装置から負荷２２２に対して電力を供給することができる。ＶＳＣ２４０は、さらに、取り付けられたエネルギー貯蔵装置１０００の損失を補償するために有効電力を吸収することにより、貯蔵ユニット２３６の電圧を、最適な又は最適に近いレベルに維持することができる。一実施形態においては、貯蔵制御ユニット２４７及び任意的なＤＣリンク電圧制御装置、図８Ａ、を使用して、貯蔵ユニット１０６０の端末特性（電圧、電流、及び／又は周波数）を、典型的には、実施される貯蔵装置の電気挙動に依存するＶＳＣのＤＣリンクの要求と適合させる。
【００５４】
ＳＴＡＴＣＯＭの作動は、部分的には、ＶＳＣ２４０に与えられる／該ＶＳＣから与えられる無効電力の制御を助けるＱコントローラ２４２により、スタンバイモードで利用可能である。Ｑコントローラ２４２は、振幅基準負荷電圧ＶL,abs＊を供給する基準値発電機２４８と結合し、下付き文字「Ｌ，ａｂｓ」は、負荷電圧の振幅を示す。ここに与えられる説明においては、アスタリスク「＊」は、基準又は設定点電圧又は電流を示し、アスタリスク「＊」なしの電圧又は電流は、関連する実際の又は感知された電圧又は電流を示す。Ｑコントローラ２４２は、さらに、コンバータ電流コントローラ２３０と結合される。基準振幅負荷電圧ＶL,abs＊と負荷電圧ＶL,absの振幅のフィードバックとの間の比較に基づいて、Ｑコントローラは、基準コンバータの無効電流ＩB＊を生成し、これが電流コントローラ２３０に供給される。実際の無効コンバータ電流ＩBは、コンバータ電流コントローラ２３０に戻るように送給され、一実施形態においては、無効コンバータ電流ＩBはＶＳＣ２４０により補償されたコンバータ無効電力と比例する。
【００５５】
一実施形態においては、コンバータ電流コントローラ２３０の出力は、パルスパターン生成装置２５２に接続される。パルスパターン生成ユニット２５２は、ＶＳＣ２４０のゲート駆動ユニット（ＧＤＵ）２５３に接続されており、ここでパルスパターンがＶＳＣ２４０のゲート駆動信号に変換される。パルスパターン生成ユニット２５２は、ＧＤＵを通して、ＶＳＣ２４０における電力半導体のオン及びオフを切り換える又はトリガする。ＶＳＣにおける各電力半導体が伝導する時間を制御することにより、結果としてもたらされるＶＳＣのＡＣ出力電圧の大きさ及び位相角の両方が制御される。このことは、有効電力及び無効電力の両方に対して独立した制御を与える。本発明の実施形態は、パルス幅変調技術（ＰＷＭ方法）、修正されたＰＷＭ方法、最適化されたパルスパターン技術（ＯＰＰ方法）、又は、当該技術分野に知られる実質的にあらゆる他のパルス変調技術、このような技術の発展形態、又は将来開発される新規な技術によってパルスを生成するパルスパターン生成ユニット２５２を与えるといった異なる制御又は制御の組み合わせを与える。パルス変調又はパルスパターン技術の選択は、典型的には、ＶＳＣに用いられる半導体の種類、切り換え周波数、及び高調波ひずみ（ＴＨＤ）などの要因の調和した排除及び減少目的、又はこれらの組み合わせにより決定される。
【００５６】
一実施形態においては、パルスパターン生成ユニットはＶＳＣ２４０を制御して、交換された実際のコンバータ無効電流ＩB（すなわち、投入された又は吸収された電流）が、基準コンバータ無効電流ＩB＊により設定された値に従うようにする。無効電流の投入又は吸収は、負荷電圧の振幅ＶL,absの振幅を所望の設定点の値ＶL,abs＊に制御するように作用する。無効電力の流れは、負荷（又はシステム）のＡＣ電圧ＶL,absの大きさに対して、ＶＳＣのＡＣ（基本）電圧の大きさにより制御される。ＶＳＣ電圧が負荷電圧より少ない場合には、コンバータは、無効電力を吸収する。対照的に、ＶＳＣ電圧が負荷電圧より高い場合には、ＶＳＣは無効電力を投入する。
【００５７】
ＳＴＡＴＣＯＭとしてのＶＳＣ２４０の使用、並びに、ＶＳＣのＤＣリンクに接続されたエネルギー貯蔵システムの追加は、ほとんどの場合において、ＤＣリンクの電圧コントローラを要求する（例えば、図８Ａ、図１３Ａ、及び図１３Ｂを参照されたい）。ＤＣリンク電圧コントローラは、ＤＣリンク電圧定数を保持し、内部損失を補償するように作動することが有利である。
【００５８】
ＳＭＥＳがエネルギー貯蔵モジュール１０００として使用される図１３Ａの一実施形態においては、ＤＣリンクの電圧コントローラ４０３０は、ＤＣチョッパ（ＤＣＣ）を介して、磁石の放電又は充電により、ＤＣリンク電圧を維持するように作動することが有利である。本実施形態の１つの実施においては、ＤＣリンク電圧コントローラ４０３０は、ＤＣＣのパルスパターン生成ユニット４０４０の入力ＩDC＊を調整して、ＤＣＣが磁石を放電又は充電して、ＤＣリンク電圧を回復させる。
【００５９】
フライホイールがエネルギー貯蔵モジュール１０００として使用される図１３Ｂの別の実施形態においては、ＤＣリンク電圧コントローラは、電圧ＶDCを基準電圧ＶDC＊と比較することによって基準管電流ＩW＊を生成することにより、ＶＳＣのＤＣリンク電圧を制御するように作動することが有利である。フライホイール速度は、さらに、フライホイール充電制御装置５０６１によって、スタンバイ状態中に、一定に保持される。
【００６０】
一実施形態においては、貯蔵モジュール１０００が化学バッテリ１０６０を含む場合には、ＤＣリンク電圧コントローラの要求に対する例外を実現することができる。本実施形態の１つの実施においては、ＤＣリンク電圧は、バッテリの電圧及び電流（Ｖ／Ｉ）特性により定義される。ＤＣリンク電圧は、基準ＤＣリンク電圧ＶDC＊をバッテリ電圧制御ユニット２４４に与えるバッテリ管理システム２４３に印加される。バッテリ電圧制御ユニットは、さらに、ＤＣリンク電圧ＶDCを受け取り、該ＤＣリンク電圧ＶDCを基準ＤＣリンク電圧ＶDC＊と比較する。バッテリ管理システム２４３は、バッテリ電流制御ユニット２４５と結合しており、基準ＤＣリンク電流ＩDCを該バッテリ電流制御ユニット２４５に供給する。バッテリ電流制御ユニット２４５は、さらに、ＤＣリンク電流を受け取り、基準ＤＣリンク電流ＩDC＊とＤＣリンク電流ＩDCとの間の比較に基づく設定点の基準有効電流ＩWを発生させる。バッテリ電圧制御ユニット２４４及びバッテリ電流制御ユニット２４５の両方は、少なくとも基準有効電流ＩW＊をＶＳＣ電流制御装置２３０に与える作動モードに応じて、バッテリ管理システム２４３により制御されるスイッチ２４６と結合する。
【００６１】
ＶＳＣ２４０を通してシステムと交換された有効電力と比例する有効電流ＩWと、システムと交換された無効電流と比例する無効電流ＩBが、さらに、コンバータ電流コントローラ２３０に戻るように送給される。基準無効コンバータ電流ＩB＊と無効コンバータ電流ＩB＊との間、並びに、基準有効電流ＩW＊と有効電流ＩWとの間の比較に基づいて、電流コントローラ２３０は、ＶＳＣ２４０を制御して、有効電力を貯蔵ユニット２３６と交換し、その充電を維持し、及び／又は、貯蔵ユニットと無効電力を交換する（ＳＴＡＴＣＯＭ作動）。
【００６２】
コンバータ電流コントローラ２３０の出力は、パルスパターン生成ユニット２５２と結合される。パルスパターン生成ユニット２５２は、一実施形態においては、上述のように、コンバータの電流コントローラの出力により決定されるＶＳＣ２４０の電力半導体の駆動回路をトリガする。
【００６３】
図１０は、コンバータの電流コントローラ２３０の一実施形態の簡略化されたブロック図を示す。別の実施形態においては、電流コントローラは、当該技術分野に知られるように、標準的な閉ループコントローラである。一実施形態においては、ＶＳＣ電流コントローラ２３０は、電流の有効成分ＹWを計算する第１制御回路５１６、及び、電流の無効成分ＹBを計算する第２制御回路５１８という２つの比例積分（ＰＩ）形式のフィードバック制御回路で構成される。一実施形態においては、空間ベクトル理論を用いて、有効及び無効電流成分を引き出す。当該技術分野に知られる空間ベクトル理論は、正規直交座標システムにおいて表わされる２つの一次独立量だけを用いることにより、伝統的なフェーザー表現の一般的な形態において３つの電圧又は３つの電流のような３つの一次独立量を述べることを可能にする。ＶＳＣ変圧器の電圧降下は、予制御装置により計算される。ＶＳＣ電流コントローラは、放電モードにおいて５１９で不作動となる。
【００６４】
一実施形態においては、要求されるコンバータの電流ベクトル（コンバータの電流コントローラから出力される）は、ＰＷＭ（パルス幅変調）トリガセットその他の最適化されたパルスパターン（ＯＰＰ）トリガセットを含むトリガセットを用いて、パルスパターン生成装置により、パルスパターンに変換される。
【００６５】
トリガセットは、電力半導体の個々のトリガ信号を生成するための手段である。一実施形態においては、パルス長が個々のスイッチの予想される伝導期間と等価である永久パルスが用いられる。電位位置減結合は、光結合素子及び光ファイバその他の隔離手段を適用することにより取得することができる。一実施形態においては、個々のスイッチのインターロックが使用される（最小の「オン」時間及び最小の「オフ」時間を考慮し、短絡されたＤＣリンクコンデンサを阻止するために）。
【００６６】
放電モード（アイランドモード、貯蔵装置の調整）
電源システム２２０の作動中、瞬時性電圧降下・停電検知及びモード選択ユニット１０８０は、瞬時性電圧降下、中断、停電その他の故障といった電力故障に対してグリッド２２４を監視する。停電検知及びモード選択ユニット１０８０は、さらに、故障がどこに位置するかを求める（すなわち、グリッド側にあるか又は負荷側にあるか）。検知及びモード選択ユニット１０８０は、グリッドＳＳＢ又はスイッチ２６２と結合する。検知及びモード選択ユニット１０８０がグリッドに故障を検知した場合には、検知及びモード選択ユニットは、グリッドＳＳＢ２６２を開いて、該グリッドを負荷から切断する。制御システム２２１は、ステップＢ（７１２）において、瞬時性電圧降下又は停電が検知され、障害のあるグリッド１１２が切断された後、すなわちＳＳＢ２６２が開かれた後、電源システム２２０を放電モードに移行させる。システム２２０は、直列リアクトルを、ＶＳＣ２４０と負荷バスとの間、又は二重リアクトルといった当該技術分野に知られる他の構成において使用して、故障の開始とＳＳＢ２６２の開口との間の期間における電流の投入を可能にする。さらに、検知及びモード選択ユニット１０８０は、グリッド２２４において故障が検知された場合に、コンバータ電圧コントローラ２３２と結合し、これを起動させる。検知及びモード選択ユニット１０８０は、さらに、コンバータ電流コントローラ２３０に信号を送って、これを停止させる。コンバータ電圧コントローラ２３２は、ＶＳＣ２４０及びバッテリ１０６０のような貯蔵ユニットを起動させるパルスパターン生成ユニット２５２に信号を送って、完全な電力を引き継ぎ、負荷に供給するようにする。ＳＳＢが開かれた（負荷をグリッドから隔離した）後、システム２２０は、電圧源として作動し始める。移行期間７１２において、制御システム２２１は、電流制御（ＩＣ）から電圧制御（ＶＣ）のこの移行を可能にする。
【００６７】
例えば、故障を検知した後、ＳＳＢは、およそ４ミリ秒その他の好適な期間だけ開かれ、この時点で、制御は、電流から電圧の制御にシフトする。ＳＳＢが開かれたことに続き、システム２２０により供給された電力は、この期間（およそ４ミリ秒）の中で安定したレベルまで増加される。４ミリ秒の時間は、電力システム２２０の有利な実施を与えるが、その他のあらゆるタイミング値を使用してもよい。例えば、１ミリ秒又はそれ以下、及び約２０ミリ秒の期間が多くの場合に用いられるが、４ミリ秒から８ミリ秒の間の時間、並びに、その他のタイミング値がより一般的である。（図１４は、６ミリ秒の期間についてのデータを述べる）
【００６８】
放電モードは、ステップＣ（ブロック７１４）で始まり、放電モードにおける実際の負荷が、貯蔵源１０６０から引き出されるべき電力量を定める。放電の持続時間は、貯蔵ユニット１０６０のエネルギー内容によって決まる。貯蔵ユニットが使い果たされる前に、制御システム２２１は、負荷を代替電源（与えられる場合は）に移行するか、又は、負荷を停止させる。放電モードＣ（ブロック７１４）においては、システムは、グリッドが安定したかどうか及び故障が存在し続けているかどうかを判断する。故障がなくなっており、所定の条件が満たされている場合（すなわち、グリッドが所定の期間だけ安定している）には、システムは、通常の作動条件、通常の作動モードＡに戻るように移行する（ブロック７１０）。故障が継続している場合には、代替電源モードＤへの切り換えに入り（ブロック７１６）、ここで、システム２２０は、代替発電源（発電機セット）モードへの移行を始める。検知及びモード選択ユニット１０８０は、貯蔵関連係数（例えば、残りの貯蔵時間）、発電機の起動時間、及び／又は、他のパラメータに基づいて代替電源を起動させることができる。制御システムは、測定された又は特性（固定）データのいずれかから好適な移行パラメータを計算することを可能にする。システム２２０は、バッテリ１０６０のような貯蔵ユニット１０００が安全ではない方法で作動することを防ぐ（例えば、その作動エンベロープの外で）。
【００６９】
放電モードＢにおいては、制御方策は、電流又は電力制御モードから、コンバータ電圧コントローラ２３２により決定される電圧制御モードに変化する。アイランド放電状態（すなわち、グリッドから隔離された負荷）の下では、負荷２２２は、無効電力及び有効電力を定める。無効電力及び有効電力の両方は、ＶＳＣ２４０及び貯蔵ユニット、バッテリ１０６０により供給される。コンバータ電圧コントローラ２３２は、基準負荷有効電圧ＶLW＊を受け取り、少なくとも負荷有効電圧ＶLW及び無効電圧ＶLBが該コンバータ電圧コントローラ２３２に戻るように送給される。コンバータ電圧コントローラは、パルスパターン生成ユニット２５２を通して、負荷の有効及び無効電圧に基づいて、ＶＳＣ及び貯蔵ユニットを制御する。ＶＳＣを通して無効及び有効電力を適用する１つの利点は、ＶＳＣが、負荷の切り換えによる周波数の変動を大幅に減少させることである。
【００７０】
図１１は、コンバータ電圧コントローラ２３２の一実施形態の１つの実施を示す簡略化されたブロック図を示す。一実施形態においては、コンバータ電圧制御装置２３２は、当該技術分野に知られる標準的な閉ループコントローラである。一実施形態においては、コンバータ電圧制御装置２３２は、２つのＰＩ型フィードバック制御回路、電圧の有効成分ＥWを計算する第１制御回路５０８、及び電圧の無効成分ＥBを第２制御回路５１０で構成される。ここでも、空間ベクトル理論を用いて、有効及び無効電圧成分を引き出すことができる。予制御装置により、ＶＳＣ変圧器の電圧降下が計算される。コンバータ電圧コントローラ２３２は、スタンバイ及び充電モードにおいて不作動にされる５１２。これらのモードにおいては、負荷電圧ＶLは単純に、直接、出力に切り換えられて、電流コントローラの出力に加えられ、スタンバイモード及び充電モードにおける予制御装置として用いられる。放電モードにおいては、負荷電圧ＶLはその基準値に制御されて、ＶＳＣ変圧器における電圧降下を補償する。再同期モードにおいては、電圧コントローラの基準値は、グリッド電圧ＶNである。
【００７１】
図１２は、グリッド状態を検知し、作動モードを判断する検知及びモード選択ユニット２６０の一実施形態の１つの実施のブロック図を示す。検知及びモード選択ユニットは、グリッドの故障及び電圧の傾斜（単相、並びに、二相又は三相の傾斜状態）を検知する。異常なグリッド条件の検知後、検知及びモード選択ユニットはＳＳＢ２６２を起動させて、故障のある源を負荷から切断する（ソリッドステート・ブレーカーのトリガ信号）６０８。検知及びモード選択ユニット２６０は、さらに、一実施形態においてはバッテリ１０６０であるエネルギー貯蔵ユニットに信号を送って、（電圧コントローラ２３２による）ＶＳＣ能力を使用することにより負荷電圧を増加させて、有効電力を負荷に伝達する。
【００７２】
検知及びモード選択装置２６０は、さらに、グリッドが通常のレベルに戻った場合にはスタンバイモードを再起動させ６１０、さらに、システム状態から望ましい場合には、再同期の信号を送る６１２。
【００７３】
検知回路６２０は、システム電圧、電圧（ＶN,abs）の振幅を使用する。一実施形態においては、振幅は、空間ベクトル理論の適用によりもたらされる２つの一次独立成分から取得される。一実施形態においては、検知及びモード選択ユニットは、コンピュータ事務機器製造業者協会（ＣＢＥＭＡ）又は情報技術産業協議会（ＩＴＩ）曲線による勾配付きの反応時間をもつ３つのレベルを有する。添付の表１は、ＣＢＥＭＡ（ＩＴＩ）曲線により要求される値の幾つかを示す。例えば、供給電圧の大きさが１．２サイクル又はそれより長い間、公称の７０％まで下がった場合には、検知ユニットは、ＳＳＢ２６２が起動されてグリッドを負荷及び一実施形態においてはバッテリ１０６０であるエネルギー貯蔵ユニットから切断して、電圧の通常のレベルに回復させる事象を開始する。制御方策において他の値、規則又は施策を実施してもよい。
表１  ＣＢＥＭＡ（ＩＴＩ）により要求される時間
2008237018.tif 000003
【００７４】
充電モード
充電モードは、アイランドモードにおいては貯蔵ユニット、又は、負荷がグリッドに接続されている場合には貯蔵調整装置を再充電することを指す。さらに図９Ａ及び図９Ｂを参照すると、ステップＧ（ブロック７２４）において、制御システム２２１は、システム２２０を充電モードに移行して、放電事象の公称上の完了後に、例えばバッテリ１０６０のようなエネルギー貯蔵システムの再充電を行う。貯蔵ユニットの供給業者は、典型的には、充電アルゴリズムを指定する。充電アルゴリズムは、通常は、特定のエネルギー貯蔵モジュール１０００特有のものであり、当該技術分野に知られている。
【００７５】
再充電は、図９Ａ及び図９Ｂのブロック７２４に示されるように、代替的な発電機セットが源であるアイランド作動中であるか、又は通常のグリッド作動に戻った後、又はこれらの両方において行うことができる。制御システム２２１のハードウェア及びソフトウェア及び方法は、一般には、異なる充電例を実施するために融通性がある。例えば、代替的な源１０３０が負荷２２２と比較して十分な大きさにされている場合には、予めプログラムされた一組の規則又は施策に基づいて、アイランド作動中（図９Ａ及び図９Ｂのブロック７２０）に、部分的に又は完全に貯蔵システム１０００を充電することが望ましいとすることができる。この場合には、制御システム２２１は、既存の負荷２２２、発電機１０３０能力、及び充電の貯蔵状態１０００を監視して、代替電源１０３０の余分な電力をいつ使用するかを決定する。エネルギー貯蔵システム１０００は、負荷の安定に有益であり、アイランド作動中に動的に充電又は放電することができることが注目される。
【００７６】
システム２２０が充電モードで作動している場合には、エネルギー貯蔵ユニット１０００は再充電され、制御システムは、自動的にスタンバイモードに切り換えられる。ＶＳＣ２４０は、グリッド２２４又は発電機２５６から貯蔵ユニット１０００内に貯蔵されるべき電力を引き出す。制御システム２２１の実施は、異なる貯蔵ユニットの特定の属性によって異なり、添付の表２に例が示されている。以下では、貯蔵モジュール１０００が、（ｉ）化学バッテリ、（ｉｉ）ＳＭＥＳ、及び（ｉｉｉ）フライホイールからなる場合の３つの状況について、制御システム２２１の特定の例示的な実施形態が述べられる。与えられる説明を考慮して、当業者は、同様の実施形態を、以下に限定されるものではないが、電気化学コンデンサ及び圧縮空気エネルギー貯蔵装置（ＣＡＥＳ）を含む他の貯蔵技術に対して実施することができ、本発明の概念、システム、及び方法は、これらの特定の貯蔵技術、並びに、現在存在する又は開発されるべき様々な他のエネルギー貯蔵技術に適用可能であることを理解されたい。
表２  貯蔵用途に対して作動される制御システムモジュール
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【００７７】
最初に、貯蔵モジュール１０００が、バッテリ１０６０のような電気化学その他の化学的貯蔵装置からなる場合を考える。本実施形態は、図８Ａ及び図８Ｂに示されており、ＡＣ接続された又はＤＣ接続された発電機セットがそれぞれ発電モジュール１０３０を表わす。手短に言えば、バッテリモジュールの基本的な構成要素は電気化学セルである。単一のモジュールは、直列の、並列の、又は直列／並列の組み合わせの１つ又はそれ以上のセルを有することができる。バッテリのストリング又はアレイは、幾つかのバッテリモジュールの直列接続であり、電力変換システムに適した必要なバッテリ電圧を取得することができる。ストリングは、所望のエネルギー又はエネルギー容量を得るために並列にしてもよい。最も一般に用いられるバッテリ形式は、鉛酸（Ｐｂ酸）形式のものである。ナトリウム硫黄、多硫化ナトリウム、バナジウムレドックス、又は、亜鉛臭素のような他の技術がエネルギー貯蔵用途のために出現しており、バッテリ１０６０として使用することができる。Ｐｂ酸セルの電圧は、典型的には、放電が進行すると減少する。製造業者は、典型的には、放電（ＥＯＤ）電圧又はカットオフ電圧の終了を指定する。したがって、一定の電力の放電のためには、電流は、放電の最後で最高になる。
【００７８】
ＤＣリンク電圧は、バッテリの電圧及び電流（Ｖ／Ｉ）特性により定められる。バッテリ管理システム２４３は、バッテリの再充電を制御するために有利に加えることができる。バッテリの充電は、２つ又はそれ以上の定電流又は定電圧ステップで行われると仮定される。このプロセスは、逐次的なものであり、次のステップへの切り換えは、指定された電流又は電圧に到達したときに生じる。バッテリの充電状態に応じて、バッテリの電流又は電圧、したがってＤＣリンクの電圧が制御される。バッテリ電圧コントローラ２４４、又は、バッテリ電流コントローラ２４５の出力は、入力ＩW＊をＶＳＣ電流コントローラ２３０に与えるように切り換えられ、該コントローラがＶＳＣの有効電力の出力を設定する。充電及び放電の両方において、ＶＳＣの有効電力は、電圧・電流特性により、バッテリ電流及びバッテリ電圧を確立する。放電モードにおいては、バッテリ管理システム２４３及びＶＳＣ電流コントローラ２３０が不作動にされ、ＩWが負荷により求められる。
【００７９】
すなわち、貯蔵モジュール１０００が図８Ａ及び図８Ｂにおけるバッテリ１０６０のような化学バッテリからなる場合には、バッテリ管理システム２４３はバッテリ電圧制御装置２４４と連携して、貯蔵システムの電圧レベルが所定のしきい値より下に下がったと判断する。バッテリ電圧制御装置２４４は、コンバータ電流コントローラ２３０に信号を送って、貯蔵装置１０００、バッテリ１０６０を充電するようにする。電流コントローラ２３０は、パルスパターン発電機ユニット２５２に信号を送って、これは次いで、ＶＳＣを起動して、グリッド又は発電機から電力を引き出し、貯蔵ユニット１０００、バッテリ１０６０を充電する。
【００８０】
ＳＭＥＳがエネルギー貯蔵装置として使用される図１３Ａにおける別の実施形態が図１３Ａに示される。単純にするために、発電システム１０３０及び関連する制御装置は図１３Ａには示されていない。ＡＣ又はＤＣ接続された発電機セットのような発電モジュールは、ＳＭＥＳからなる貯蔵モジュール１０００と併せて使用できることを理解されたい。ＳＭＥＳに貯蔵されたエネルギー（Ｅ）は、コイル電流（Ｉ）の二乗で乗算されたコイルインダクタンス（Ｌ）に比例し、すなわちＥ＝１／２ＬＩ2であり、比例定数は１／２である。
【００８１】
手短に言えば、磁気エネルギー貯蔵システムとしてのＳＭＥＳは、電流源として処理することができ、これは、そのＤＣ電流を裁断して（ＤＣチョッパのような付加的な装置を用いて）、受け入れ可能なＤＣリンク電圧リップルを考慮して、そのＤＣリンクコンデンサを充電及び放電することにより電圧源に移行させることができる。超伝導材料のコイルにおける直流の流れにより生成された磁場は、電気エネルギーを貯蔵する。エネルギーがＳＭＥＳから除去されると、コイル電流が減少する。コイルを超伝導状態に維持するためには、該コイルは、真空絶縁クライオスタット内に含有された液体ヘリウムに浸漬される。典型的には、冷却剤は、４．２Ｋ（４．２ケルビン）の液体ヘリウム又は１．８Ｋ（１．８ケルビン）の超流動体ヘリウムである。数分間の貯蔵時間をもつ１０ＭＷを越える大きなＳＭＥＳシステムが開発中であり、使用することができる。これらの設計は、例えば、ニオブチタンのような低温超伝導体（ＬＴＳ）に基づくものである。このようなシステムは、有利に、貯蔵モジュール１０００において使用することができる。ＳＭＥＳシステムは、依然として開発段階にあるが、商業的に入手可能になりつつある。
【００８２】
図１３Ａを参照すると、ＳＭＥＳの充電及び放電は、ＤＣチョッパ４０００（ＤＣＣ）が超伝導磁石４０１０とＶＳＣのＤＣリンク回路との間に接続されることを要求している。図１３Ａに示すように、エネルギー貯蔵制御モジュール２０００は、ＳＭＥＳ充電制御装置４０２０、ＤＣリンク電圧制御装置４０３０、及びパルスパターン生成ユニット４０４０を含む。
【００８３】
充電モード（図９Ａのブロック７２４）及びスタンバイモード（図９Ａのブロック７１０）においては、磁気電流ＩMagがエネルギー貯蔵制御モジュール２０００により制御される。ＳＭＥＳ充電コントローラ４０２０、Ｑコントローラ２４２、及びＶＳＣ電流コントローラ２３０は、放電モードにおいて不作動になる（ブロック７１４）。ＤＣリンク電圧ＶDCは、すべての制御モードにおいて、ＤＣリンク電圧コントローラ４０３０により制御される。このモード、すなわち瞬時性電圧降下又は停電を緩和するためのＶＳＣ２４０の作動中では、エネルギーはＤＣリンクコンデンサから引き出されて、ＤＣリンク電圧を降下させる。しかし、ＤＣリンク電圧コントローラ４０３０は、ＤＣＣのパルスパターン生成ユニット４０４０の入力ＩDC＊を調整することによりＤＣリンク電圧を維持することを試みて、該ＤＣＣが磁石を放電してＤＣリンク電圧を回復するようにする。
【００８４】
磁石の充電は、上述のプロセスと逆のものである。ＤＣリンク電圧コントローラ４０３０の出力が、ＤＣＣのパルスパターン生成ユニット４０４０の入力ＩDC＊に接続される。変調係数が磁石からＤＣリンクへの電力の流れを定め、逆もまた同様である。充電モードにおいては、基準値ＩW（要求された磁石充電力に比例する）は、ＳＭＥＳ充電コントローラにより実施されるＳＭＥＳ特性によって決まる。スタンバイモードにおいては、基準値ＩW＊は理論的にはゼロであるが、実際には、スタンバイ損失のために、典型的には、ある程度の継続的な低レベルの充電がある。
【００８５】
図１３Ｂに示されるさらに別の実施形態においては、フライホイールがエネルギー貯蔵装置として使用される。単純にするために、図１３Ａにおけるように、発電システム１０３０及び関連する制御装置は図１３Ｂに示されていない。ＡＣ又はＤＣ接続された発電機セットのような発電モジュールは、フライホイールからなる貯蔵モジュールと併せて使用できることを理解されたい。手短に言えば、運動エネルギー貯蔵システムとしての回転するフライホイールは、発電機のための原動機として作用することができる。したがって、エネルギー貯蔵装置として使用されるフライホイールは、さらに、発電モジュール１０３０の一部として働くことができる。フライホイールに貯蔵されたエネルギー（Ｅ）は、角速度（Ｗ）の二乗により乗算された慣性（Ｊ）のフライホイールのモーメントに比例し、すなわちＥ＝１／２ＪＷ2であり、ここでは、比例定数は１／２である。自乗依存性（ＳＭＥＳのように）及び高い引張り強さをもつ新規な複合材料の出現のために、高速であることは、大量のエネルギーを貯蔵するのに魅力的である。最近の開発は、１分当たり、数万から１００，０００回転までの到達可能な角速度を報告している。ＳＭＥＳと同様に、エネルギーが除去されると、速度は減少する。フライホイールのエネルギー貯蔵システムは、依然として開発段階であるが、商業的に入手可能になりつつある。数万メガジュール範囲（１ＭＪ＝１ ＭＷ秒）のフライホイールは、低速の鋼形式ホイール、並びに、高速で作動する、より新規なガラス繊維複合ホイールの両方において可能である。
【００８６】
運動エネルギーを電気エネルギーに変換するには、発電機（貯蔵装置の放電）が必要である。典型的には、ＡＣ発電機５０１０が適用され、フライホイールの（減少する）速度によって変化する出力周波数を生成する。電気エネルギーを運動エネルギーに変換するには、貯蔵充電能力を助長するために電気モータ５０２０が必要になる。
【００８７】
フライホイールの充電及び放電のためには、当該技術分野に知られるように、モータ／発電機ユニット又は別々のポニーモータをもつ発電機が用いられる。付加的な整流器５０３０をＶＳＣ２４０ＤＣリンク回路と発電機ユニットとの間で使用することにより、フライホイールの出力の速度（周波数）依存を切り離すことができ、一般に従来の背面配列と呼ぶことができる。
【００８８】
ＳＭＥＳ及びバッテリとは対照的に、システムの放電及び充電の制御は、典型的には、別々のシステムにより実施することができる。図１３Ｂに示すように、フライホイールエネルギー貯蔵制御モジュール２０００は、少なくとも、ＤＣリンク電圧制御装置、電流制御装置、及び整流器パルスパターン生成ユニット５０５０を含む。制御システム２２１及び方法は、作動速度のようなフライホイールのステータス信号の入力を与える。フライホイールにおいては、発電機励起制御装置５０４０及びモータ制御サブシステム５０６０（フライホイール充電制御装置５０６１及びモータ制御ユニット５０６２で構成される）が、さらに必要であると考えられ、フライホイールに供給してもよいし、しなくてもよい。すなわち、任意的には、貯蔵制御モジュール２０００は、さらに、フライホイールの製造業者により実施される制御装置の程度に応じて、図１３Ｂに示すフライホイールのモータ／発電機制御パッケージ５０７０の１つ又はそれ以上の装置を含むことができる。放電モードにおいては、フライホイールの発電機は、制御された整流器５０３０によりＤＣリンクに接続される。制御された整流器のブリッジは、ＤＣリンクコンデンサの電圧を維持しながら、整流された発電機の電流がＤＣリンクの中に流れるように整流器制御装置５０５０のトリガセットによりゲートされる。フライホイール５０００を充電するためには、ポニーモータ５０２０を用いて、該フライホイールの速度をその公称値まで回復させる（貯蔵されたエネルギーは二乗された角速度に比例する）。このことは、モータ制御ユニット５０６２を通して、フライホイール充電制御装置５０６１を用いて達成される。充電コントローラ５０６１の出力は、ポニーモータのトルクの基準値を表わす。スタンバイモードにおいては、フライホイールの速度は、さらに、フライホイールの充電制御装置５０６１により、一定に又は何らかの指定された速度に維持されて、風損、摩擦、及び回転する機械における他のスタンバイ損失を克服する。
【００８９】
上述のように、ＳＭＥＳ特有のコントローラ及びフライホイール特有のコントローラは、任意的には、必要に応じて、交換する又は適応させることができるプラグ・アンド・プレイモジュールである。すなわち、システムのバッテリ１０６０がＳＭＥＳ装置のような別のエネルギー貯蔵装置で置き換えられた場合には、バッテリエネルギー貯蔵制御モジュールを、ＳＭＥＳ特有のコントローラを含む代替的エネルギー貯蔵制御モジュールと置き換えることができる（新規なハードウェア及びソフトウェア制御モジュールで、又は、制御モジュールを再プログラミングすることにより）。
【００９０】
発電機セットの始動
一般的な説明に戻り、特に、図８Ａ及び図８Ｂに示される電源システム２２０の例示的な実施形態、並びに、図９Ａ及び図９Ｂに示される種々のモードの実施形態を参照し、グリッドの故障が検知され、これが継続する場合には、ステップＤ（ブロック７１６）に入り、ここで該システム２２０は、代替発電モードに移行し始める。
【００９１】
制御システム２２１及び方法は、安定した公称作動速度の達成のような発電機のステータス信号の入力を与える。この情報を受け取った後、発電機セットの電圧が増加されることになる（負荷を引き継ぐために）。ＤＣリンク電圧の増加のために、バッテリ１０６０から引き出されたエネルギーは、発電機セット１０３１又は１０３２が増加すると減少する。この移行期間において、制御システム２２１は、滑らかな移行を得るために、多数のエネルギー源の間で負荷の共有を与える（例えば、電圧及び周波数振動の持続時間及び大きさを最小にすることにより）。
【００９２】
ステップＥ（ブロック７２０）において、システム２２０は、発電機セットモードに移行し、制御システム２２１は、グリッド２２４が戻るか又は代替電源が電力を供給できなくなるまで（例えば、発電機の燃料が使い果たされる場合のような）、代替電源１０３０の連続的な作動を可能にする。代替電源の作動中は、システム２２０は、多数のエネルギー源の間で負荷の共有を与えて、少なくとも負荷の周波数及び電圧を受け入れ可能な帯域内に維持する。
【００９３】
一実施形態においては、システム２２０は、貯蔵の最後まで到達した、燃料が使い果たされた、又は高感度負荷２２２を危険にさらす他の状況のために、又は、他の懸念又は基準に応答して、保護された負荷（又はプロセス）の安全なシャットダウンが必要であることを示す好適な警告を与える。
【００９４】
ＤＣ接続された発電機セット１０３２をもつ電力システム２２０の実施においては、負荷側の短絡のために、発電機セットのＤＣ接続からＡＣ接続への移行を必要とする特別な場合が存在し、図９Ｂのブロック３０００として表わされる。この効果は、「（負荷側における不十分な短絡電力）」として知られており、付加的なＳＳＢ１０３５（図７Ｂ）により発電機セットの接続を一時的に再構成して（ＤＣからＡＣへ）、負荷側のブレーカー及び／又はヒューズにおける故障除去寄与を可能にすることにより緩和することができる。制御システム２０００は、瞬時性電圧降下・停電検知モジュール１０８０を通して、負荷側の電圧及び電流パラメータを監視して、発電機の再構成を必要とする負荷側の故障の事象を判断し、ＤＣ接続からＡＣ接続への切り換えを作動させるのに要求される信号を与え、状態が補償されたときにＤＣ接続に戻ることが有利である。
【００９５】
グリッド（電圧及び周波数）が通常の範囲又はレベルに戻った場合には、ステップＦ（ブロック７２２）に入り、システム２２０は、負荷を代替源からグリッドに移行させる。一実施形態においては、制御システムは、任意的ではあるが、発電機１０３０が、機械システムが安定した作動温度に到達することを可能にするように開始した後に、最小の時間だけ作動することを確実にすることが有利である。この時間枠の間、エネルギー貯蔵ユニット１０００を、再充電することができる。
【００９６】
図８Ａ及び図８Ｂに戻って参照すると、一実施形態においては、グリッド２２４における電力故障の検知に続いて、検知及びモード選択ユニット１０８０は、さらに、発電機セット１０３１又は１０３２を起動させて、上述のように、該発電機セット１０３１又は１０３２がより長い期間だけ電力を負荷に与えるようにする。発電モジュール１０３０は、より一般的には、発電プロセスと組み合わせて、モータ又はエンジン、及び、当該技術分野に知られる実質的にはあらゆる他の発電源又はその組み合わせのような、実質的にはあらゆる発電源を表わす。一実施形態においては、発電機セット１０３１又は１０３２は、貯蔵ユニット１０００のエネルギー内容が所定のしきい値の下である場合に起動される。一実施形態においては、発電機セット１０３１又は１０３２は、所定の期間において、グリッド上で故障が検知されるまでは起動されない。検知及びモード選択ユニット１０８０は、発電機セットを開始させる発電制御ユニット２０１０に信号を送る。ＶＳＣ２４０及び貯蔵ユニット１０００が電力を負荷に供給し続けている間、発電機セットの速度ｎが増加する。発電機の速度ｎは、発電制御ユニット２０１０により制御され続ける。一実施形態においては、発電機セットは、該発電機セットのトルクを求める燃料噴射システム５５４を含む。発電機の出力電圧の振幅ＶGen,absは、発電機励起制御ユニット２８２により制御される。
【００９７】
図８Ａに戻って参照すると、一実施形態においては、電源システム２２０は、負荷に接続されたディーゼル発電機セットのような発電機を含む。図８Ａに示されるブロック図の構造は、エネルギー貯蔵装置をもつ発電機制御トポロジ構造を含む。
【００９８】
グリッド故障事象において、検知及びモード選択ユニット１０８０がＳＳＢ２６２を開かせた後、発電制御ユニット２０１０のディーゼル開始／停止ユニット５５０は、発電機を開始させて、発電機の速度ｎが増加し、バッテリ１０６０からなる貯蔵装置１０００は負荷を供給する。ＶＳＣ電流コントローラは不作動になる。発電機の速度ｎは、発電制御装置２０１０の一部である発電機制御システム５５２により制御される。燃料噴射システム５５４は、発電機のトルクを求める。発電機の出力電圧ＶGen,absは発電機励起制御装置２８２により制御される。
【００９９】
発電機セット１０３１が起動され、発電機セットの出力が十分なレベルに到達すると、発電機出力電圧ＶGenはＶＳＣ２４０及び貯蔵ユニット１０００により供給される負荷電圧ＶLと同期される。同期においては、同期ユニット２８４が負荷電圧ＶL及び発電機の電圧ＶGenを受け取り、該同期装置２８４は、検知及びモード選択ユニット１０８０に信号を送って、発電機セット１０３１を負荷２２に接続して電力を該負荷に供給するようにする。発電機出力電圧ＶGenが負荷電圧ＶLと同期された場合には、発電機のスイッチ２８６が発電制御ユニット２０１０により、閉じるように起動されて、発電機セットを負荷と接続させる。一実施形態においては、発電機なしで、放電モードから主要な電源を形成する発電機セットに対して最適な引き継ぎ（滑らかな及び／又は隆起のない）を得るためには、制御システム２２１は負荷の共有を与え、これにより、発電機セット１０３１からの出力が増加すると、ＶＳＣ２４０及び貯蔵ユニット１０６０の有効電力の出力が減少するようになる。発電機セットにより供給された電力が増加すると、コンバータ電流コントローラ２３０は、パルスパターン生成ユニット２５２に信号を送って、ＶＳＣ２４０及び図８Ａにおいてはバッテリ１０６０からなる供給システム１０００により供給された電力を減少させるようにする。
【０１００】
発電機出力電圧が、同期装置２８４を通して、負荷電圧ＶLと同期された場合には、発電機のスイッチ２８６が閉じられ、作動モードはスタンバイモードに切り換えられる。ＶＳＣ電流コントローラ２３０及びＱ制御装置２４２が作動可能になる。ＶＳＣ電圧コントローラ２３２が不作動になる。ＶＳＣ電流コントローラ２３０は、発電機セット１０３１が増加して負荷を引き継いだときに、ＶＳＣの有効電力を減少させる。
【０１０１】
ＶＳＣのＳＴＡＴＣＯＭ作動は、負荷電圧の安定性を向上させる。発電機セット１０３１が負荷に供給している間、ＶＳＣ制御装置の少なくとも２つの異なる方法が動的な例に可能である。一実施形態においては、ＶＳＣ２４０は、どのようなときにも有効電力を引き継ぐことがない。代替的な実施形態においては、ＶＳＣは、有効電力の一部を引き継ぐ。後者の例は、例えばバッテリ１０６０からなる貯蔵ユニット１０００において十分な貯蔵容量がある場合に可能である。
【０１０２】
バッテリの充電は、発電機作動中に可能である。さらに、このことは、ディーゼルエンジンは、シャットダウンされる前に公称作動温度に到達するまで作動されるべきであるため（少なくとも、エンジン寿命の観点から）発電機がディーゼルエンジンにより実施される場合に有益である。
【０１０３】
検知及びモード選択ユニット１０８０は、発電機セットモード、ＵＰＳモード、及びＳＴＡＴＣＯＭモードを含む各々の作動モードにおいて、グリッドを監視し続ける。グリッド電圧ＶNが通常の作動範囲に戻った後、発電機セット１０３１は、グリッド電圧ＶNと同期される。負荷電圧ＶLがグリッド電圧ＶNに同期された場合には、検出及びモード選択ユニット１０８０は、ＳＳＢ２６２を閉じる。グリッド２２４は、負荷を引き継ぎ、発電機の開始／停止装置５５０は、発電機の燃料噴射を減少させ、発電機のスイッチ２８６が開かれる。一実施形態においては、静的補償を与え続けるようにＳＴＡＴＣＯＭモードに入る。
【０１０４】
並列作動の発電機セット及びＵＰＳ
発電機のスイッチ２８６が閉じられた場合には、コンバータ電流コントローラ２３０及びＱコントローラ２４２もまた起動され、コンバータ電圧コントローラ２３２は停止される。すなわち、制御は、電圧制御から電流又は電力制御にシフトする。負荷電圧ＶLは、ＶＳＣ２４０及び例えばバッテリ１０６０からなる貯蔵ユニット１０００からの能動的な支援をもって、発電機１０３１によって求められる。ＶＳＣ２４０の有効及び無効電力ＰW、ＱWは、コンバータ電流コントローラ２３０により制御される。バッテリ管理システム２４３、バッテリ電圧制御装置２４４及びバッテリ電流制御装置２４５は、動的（移行）条件の下で、ＵＰＳと発電機セットとの間で共有している負荷を制御することを助け、このようにして負荷の安定性を高める。
【０１０５】
コンバータ電流コントローラ２３０は、発電機セット１０３１が負荷２２を引き継ぐときに、貯蔵システム１００により供給されたコンバータの有効電力ＰWをゆっくり減少させる。一実施形態においては、定常状態の条件の下では、ＵＰＳ（典型的には、ＶＳＣ２４０、バッテリ１０６０、バッテリ管理システム２４３、及びコントローラ２３０、２４２、２４４、２４５、２５２、及び２６０を含むがこれらに限られるものではない、又はこれらを要求するものではない）は、有効電力を与えない。ＶＳＣ２４０は、必要に応じて、無効電力ＱBを負荷２２２に与え、このようにして、ＳＴＡＴＣＯＭ機能を与え続ける。ＳＴＡＴＣＯＭ機能及び制御により、負荷電圧ＶLの作動安定性が高められる。
【０１０６】
定常状態の条件の下では、発電機セットは、有効電力を負荷２２２に与える。一実施形態においては、動的条件の下では、発電プロセスと組み合わせて、電気機械システムの比較的低速の制御のために、システムの速度は幅広い範囲で異なることがある。したがって、動的周波数の変動が生じることになる。ＶＳＣ２４０及び貯蔵ユニット１０００を含むＵＰＳは、その短い応答時間において、有効電力を投入又は吸収することにより、周波数の変動を最小にする又は最小にすることを試みる。一実施形態においては、貯蔵ユニット１０００の制限された貯蔵のために、ＵＰＳは、有効電力の平均的な量を制御して実質的にゼロにする。
【０１０７】
グリッドへの移行
負荷をＵＰＳ又は発電機セットを通して供給する作動において、検知及びモード選択ユニット１０８０は、グリッド２２４を監視し続けて、グリッド電圧ＶNが実質的に通常のレベルに戻ったかどうかを判断する。一実施形態においては、グリッドへの移行は、通常のレベルが検知された後に行われる。グリッドにおける電力の故障がなくなり、グリッド電圧ＶNが通常のレベルに戻ると、発電機セットの電圧ＶGen及び負荷電圧ＶLがグリッド電圧ＶNに同期される。同期ユニット２８４は、発電機セット出力ＶGen、負荷電圧ＶL、及びグリッド電圧ＶNを受け取る。同期ユニットは、検知及びモード選択ユニット１０８０に信号を送り、制御信号を電流及び／又は電圧コントローラ２３０、２３２に与えて発電機セット及び／又はＶＳＣを調整して、これによって負荷電圧ＶLがグリッド電圧ＶNと同期するようにする。負荷電圧ＶLがグリッド電圧ＶNに同期されると、検知及びモード選択ユニットはグリッドのスイッチ２６２を閉じて、再びグリッドを負荷と結合させる。検知及びモード選択ユニット１０８０は、基準値発電機２４８と組み合わされて、ＶＳＣ２４０及び／又は燃料噴射装置２８０、すなわち発電機セット１０３１を、発電機励起コントローラ２８２により減少させる。負荷の共有は、電源を、発電機セット１０３１及び／又はＶＳＣ２４０からグリッド２２４に移行させ、ここで該グリッドが負荷２２２を引き継ぎ、発電機のスイッチ２８６が開かれる。システム２２０は、次いで、上述のように、スタンバイ又は充電モードに戻る。
【０１０８】
図１４Ａないし図１４Ｅは、ＶＳＣ２４０及び貯蔵ユニット１０００が、時間ｔ＝５０ミリ秒において、グリッド２２４における瞬時性電圧降下を補償するように起動されたシステム２２０の或る実施形態の作動のグラフを示す。図１４Ａは、三相グリッド電圧Ｖan−Ｖcnのグラフを示し、瞬時性電圧降下は、ｔ＝５０ミリ秒で生じている。図１４Ｂは、瞬時性電圧降下中の三相負荷電圧Ｖal−Ｖclのグラフを示す。負荷電圧における瞬時性電圧降下は、ＶＳＣ２４０及び貯蔵ユニット１０００により、およそ６ミリ秒内で補償される。図１４Ｃは、グリッド電圧Ｖabsn及び負荷電圧Ｖabslの振幅のグラフであり、システム２２０が迅速に瞬時性電圧降下に応答している状態を示す。図１４Ｄは、三相負荷電流Ｉla−Ｉacのグラフを示し、図１４Ｅは、ＶＳＣ２４０及び貯蔵供給装置１０００により負荷２２２に供給された三相補償電流のグラフを示す。
【０１０９】
図１５Ａないし図１５Ｅは、ＵＰＳモードから発電機セットモードにシフトしているシステム２４０のグラフであり、発電機セットが瞬時性電圧降下条件において、ｔ＝１００ミリ秒で負荷２２２を引き継いでいる状態を示す。図１５Ａは、負荷に供給された電圧がＶＳＣ２４０から発電機セットに移行するときの負荷電圧Ｖcl−Ｉclをグラフで示す。図１５Ｂは、発電機セットが電力を引き継ぎ、これを負荷２２２に供給するときのグリッド電圧Ｖabsn及び負荷電圧Ｖabslの振幅をグラフで示す。図１５Ｃは、発電機セットが引き継ぐときの三相負荷電流Ｉla−Ｉlcをグラフで示す。図１５Ｄは、負荷の共有がＶＳＣ２４０を減少させたときの三相ＶＳＣ電流Ｉa−Ｉcをグラフで示し、図１５Ｅは、負荷を安定した状態に維持するために、負荷の共有が、負荷に供給された発電機セットの電流を増加させたときの三相発電機電流ＩaG−ＩcGをグラフで示す。図１５Ａに見られるように、負荷電圧は、およそ８５％まで減少し、発電機励起コントローラ２８２は、およそ１５ミリ秒かけて負荷電圧を上昇させる。一実施形態においては、ＶＳＣ２４０のＳＴＡＴＣＯＭ機能は、この電圧の低下を緩和させるように起動される。（明示目的のために、ＳＴＡＴＣＯＭ機能は、図１５Ａないし図１５Ｅの発電においては起動されなかった）。
【０１１０】
本発明の特定の実施形態の上記の説明は、図示及び説明目的のために提示される。これらは、網羅的なものではないし、本発明を、開示される精密な形態に制限することを意図するものでもなく、明らかに、上述の教示を考慮して、多数の修正及び変形が可能である。実施形態は、本発明の原理及びその実際の適用例を最良に説明するために選択されて、述べられるものであり、これにより、当業者が、本発明及び種々の実施形態を、想定される特定の用途に適するような種々の修正と併せて最良に用いることを可能にする。最良のモードを述べたが、本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等物により定義されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１Ａ】従来の静的補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ）の主要な構成要素のブロック図である。
【図１Ｂ】従来のオンライン無停電電源装置（ＵＰＳ）の主要な構成要素のブロック図である。
【図１Ｃ】従来のオフラインＵＰＳの主要な構成要素のブロック図である。
【図２】長期の停電のために発電機又は発電機セットと連携するオフラインＵＰＳを有する従来のＵＰＳシステムのブロック図である。
【図３】負荷切り換えの間の典型的な周波数挙動を示す図である。
【図４Ａ】本発明の電源装置又はシステムの例示的な実施形態の簡略化されたブロック図である。
【図４Ｂ】本発明の電源装置又はシステムの別の実施形態の簡略化されたブロック図である。
【図４Ｃ】本発明の電源装置又はシステムの別の実施形態の簡略化されたブロック図である。
【図５】本発明の電源装置又はシステムの別の一般的な実施形態の簡略化されたブロック図である。
【図６】統合された電圧源コントローラを伴う本発明の電源装置又はシステムの別の実施形態の簡略化されたブロック図である。
【図７Ａ】多モード制御及び作動を伴う本発明の電源装置又はシステムの別の実施形態の簡略化されたブロック図である。
【図７Ｂ】本発明の電源装置又はシステムの別の実施形態の簡略化されたブロック図である。
【図８Ａ】多モード制御及び作動を伴う本発明の電源装置又はシステムの一実施形態の１つの実施の簡略化されたブロック図である。
【図８Ｂ】多モード制御及び作動を伴う本発明の電源装置又はシステムの一実施形態の１つの実施の簡略化されたブロック図である。
【図９Ａ】制御モード、モード間の移行、及びモードに関連するパラメータの一実施形態の簡略化された流れ図である。
【図９Ｂ】制御モード、モード間の移行、及びそれらに関連するパラメータの別の実施形態の簡略化された流れ図である。
【図１０】コンバータ電流コントローラの一実施形態の１つの実施を示す簡略化されたブロック図である。
【図１１】コンバータ電圧コントローラの一実施形態の１つの実施を示す簡略化されたブロック図である。
【図１２】検知及びモード選択ユニットの一実施形態の１つの実施を示すブロック図である。
【図１３Ａ】ＳＭＥＳエネルギー源を伴う本発明の電源装置又はシステムの一実施形態の１つの実施の簡略化されたブロック図である。
【図１３Ｂ】フライホイールエネルギー源を伴う本発明の電源装置又はシステムの一実施形態の１つの実施の簡略化されたブロック図である。
【図１４Ａ】瞬時性電圧降下を伴う三相グリッド電圧のグラフ表示を示す図である。
【図１４Ｂ】瞬時性電圧降下の間の三相負荷電圧のグラフ表示を示す図である。
【図１４Ｃ】瞬時性電圧降下に対するシステムの迅速な応答を示す、グリッド電圧と負荷電圧の振幅のグラフ表示を示す図である。
【図１４Ｄ】三相負荷電流のグラフ表示を示す図である。
【図１４Ｅ】ＶＳＣ及び貯蔵供給装置によって負荷に供給された三相補償電流のグラフ表示を示す図である。
【図１５Ａ】負荷に供給された電圧がＶＳＣから発電機セットに移行する際の負荷電圧を図示する。
【図１５Ｂ】発電機セットが電力を引き継ぎ、負荷に供給する際のグリッド電圧と負荷電圧の振幅を図示する。
【図１５Ｃ】発電機セットが引き継ぐ際の三相負荷電流を図示する。
【図１５Ｄ】負荷の共有がＶＳＣを減少させる際の三相ＶＳＣ電流を図示する。
【図１５Ｅ】負荷の共有が負荷に供給される発電機セット電流を増加させる際の三相発電機電流を図示する。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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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５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１４Ｅ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１５Ｅ】
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