(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の電力バスを有する電力供給網に関連付けられている複数のエネルギ蓄積ユニットを有するハイブリッドエネルギ蓄積システムを制御する制御装置であって、
前記複数のエネルギ蓄積ユニットのうちの少なくとも２つの前記エネルギ蓄積ユニットは、異なるエネルギ蓄積特性を有しており、前記制御装置は、
各エネルギ蓄積ユニットに対応する電力共用コントローラであって、それぞれ、個別の電力共用コマンド信号を形成するように構成された電力共用コントローラと、
各エネルギ蓄積ユニットに対応する充電状態コントローラであって、それぞれ、対応する前記電力共用コントローラによって形成された前記電力共用コマンド信号に応じ、関連付けられているローカルコンバータユニットを介して、対応する前記エネルギ蓄積ユニットの充放電を制御するように構成された充電状態コントローラと、
を有しており、
各電力共用コントローラは、
対応する前記エネルギ蓄積ユニットの前記複数のエネルギ蓄積特性に適応されているフィルタ応答にしたがって、前記電力共用コントローラへの入力信号をフィルタングすることによって、フィルタリングされた前記入力信号を取得するように構成されたフィルタ回路を有しており、ただし前記入力信号は、前記電力供給網における複数の負荷変動を反映する信号であり、
前記各電力共用コントローラは、対応する前記エネルギ蓄積ユニットのフィルタリングされた前記入力信号と、目標安定状態条件を表す安定状態コマンド信号と、を結合したものとして、前記電力共用コマンド信号を形成するように構成されている制御回路をさらに有する、
制御装置。
【請求項２】
前記複数の電力共用コントローラのうちの少なくとも１つの電力共用コントローラに供給される前記入力信号は、前記電力共用コントローラに関連する通信遅延を有しており、少なくとも１つの前記電力共用コントローラのそれぞれには遅延補償回路がさらに含まれており、前記遅延補償回路は、対応する前記エネルギ蓄積ユニットに対して取得した複数の低遅延ローカル供給網測定値に依存した、前記入力信号の複数の予想値に基づいて前記通信遅延を補償するように構成されている、
請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記遅延補償回路は、前記入力信号によって示される前記複数の低遅延ローカル供給網測定値の複数の推定値と、前記複数の低遅延ローカル供給網測定値の対応する複数の実際値と、の間の複数の差分を追跡することに基づいて、前記入力信号の予想を適合するように構成されている、
請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記複数のエネルギ蓄積ユニットには、第１および第２エネルギ蓄積ユニットが含まれており、
前記制御装置には、前記第１エネルギ蓄積ユニットに対応する第１電力共用コントローラおよび第１充電状態コントローラと、前記第２エネルギ蓄積ユニットに対応する第２電力共用コントローラおよび第２充電状態コントローラと、が含まれており、
前記第１および第２電力共用コントローラは、直列配置構成で接続されており、これによって前記第２電力共用コントローラへの前記入力信号は、前記第１電力共用コントローラからの出力信号として供給され、
前記第１電力共用コントローラは、前記第１電力共用コントローラへの前記入力信号と、前記第１電力共用コントローラによって形成される前記電力共用コマンド信号と、の間の差分として前記出力信号を形成するように構成されている、
請求項１に記載の制御装置。
【請求項５】
各前記電力共用コントローラは、別の１つ以上の前記電力共用コントローラに対して、自律的に動作するように構成されており、
各前記電力共用コントローラは、別の１つ以上の前記電力共用コントローラと共通に、または、対応する前記エネルギ蓄積ユニットに固有の複数のローカル供給網測定値から、前記入力信号を受信するように構成されている、
請求項１に記載の制御装置。
【請求項６】
前記複数の電力共用コントローラのうちの少なくとも１つの電力共用コントローラの前記フィルタ回路は、適応型フィルタ回路であり、
各適応型フィルタ回路は、そのフィルタ応答を、
命令された周波数応答の変更、
命令された利得の変更、
前記エネルギ蓄積ユニットの測定した安定状態または充電レベル条件から導出した調整信号、および、
対応する最大または最小の安定状態または充電レベル設定、
のうちの少なくとも１つに依存して適合させるように構成されている、
請求項１に記載の制御装置。
【請求項７】
各前記電力共用コントローラへの前記入力信号には、バス電圧測定値信号と、通常電圧設定と、の間の差分を表す差分信号が含まれている、
請求項１に記載の制御装置。
【請求項８】
各前記電力共用コントローラにおける前記制御回路は、フィルタリングされた前記入力信号と、対応する前記エネルギ蓄積ユニットに対する目標安定状態充電もしくは放電電力、安定状態充電もしくは放電電流、または安定状態充電レベルを表す安定状態コマンド信号と、の結合によって結合信号を取得することに基づき、さらに前記結合信号を、リミッタを通過させることに基づいて、前記電力共用コマンド信号を形成するように構成されている、
請求項１に記載の制御装置。
【請求項９】
前記制御装置の第１電力共用コントローラは、対応する前記エネルギ蓄積ユニットとしてのスーパキャパシタに使用されるように構成されており、
前記制御装置の第２電力共用コントローラは、対応する前記エネルギ蓄積ユニットとしてのバッテリに使用されるように構成されており、
さらに、前記第１電力共用コントローラの前記フィルタ回路は、前記第２電力共用コントローラの前記フィルタ回路よりも高い周波数応答を有するように構成されている、
請求項１に記載の制御装置。
【請求項１０】
１つ以上の電力バスを有する電力供給網に関連付けられている、ハイブリッドエネルギ蓄積システムの複数のエネルギ蓄積ユニットを制御する方法であって、
前記複数のエネルギ蓄積ユニットのうちの少なくとも２つの前記エネルギ蓄積ユニットは、異なるエネルギ蓄積特性を有しており、前記方法は、
各エネルギ蓄積ユニットに対して個別に電力共用コマンド信号を以下に基づいて形成するステップ、すなわち、
前記電力供給網における負荷変動を反映する、各エネルギ蓄積ユニットに対する入力信号を取得することと、
フィルタリングされた入力信号を取得するため、前記エネルギ蓄積ユニットの前記複数のエネルギ蓄積特性に適応されたフィルタ応答を有するフィルタ回路を介し、各エネルギ蓄積ユニットに対する前記入力信号をフィルタリングすることと、
各エネルギ蓄積ユニットに対する、フィルタリングされた前記入力信号と、前記エネルギ蓄積ユニットに対する安定状態コマンド信号と、を結合し、これによって前記エネルギ蓄積ユニットに対する前記電力共用コマンド信号を取得することと、
に基づいて形成するステップを有しており、ただし前記安定状態コマンド信号は、前記エネルギ蓄積ユニットの目標安定状態条件を表しており、
前記方法はさらに、
前記エネルギ蓄積ユニットに対して個別に形成した前記電力共用コマンド信号に応じ、前記エネルギ蓄積ユニットに関連付けられたローカルコンバータユニットを制御するように構成された充電状態コントローラを介して、各エネルギ蓄積ユニットの放電および充電を制御するステップを有する、
方法。
【請求項１１】
前記複数のエネルギ蓄積ユニットのうちの少なくとも１つの前記エネルギ蓄積ユニットに対して取得される前記入力信号は、前記エネルギ蓄積ユニットに付随する通信遅延を有しており、
前記方法は、前記入力信号の複数の予想値に基づき、前記エネルギ蓄積ユニットに対して取得した複数の低遅延ローカル供給網測定値に依存し、各入力信号に対して前記通信遅延を補償するステップを有する、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記入力信号によって示される前記複数の低遅延ローカル供給網測定値の複数の推定値と、前記複数の低遅延ローカル供給網測定値の対応する複数の実際値と、の間の複数の差分を追跡することに基づき、各前記入力信号の予想を適応させるステップをさらに有する、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記複数のエネルギ蓄積ユニットには、複数の第１および第２エネルギ蓄積ユニットが含まれており、
前記第２エネルギ蓄積ユニットに対する前記入力信号を取得するステップには、
前記第１エネルギ蓄積ユニットへの前記入力信号と、前記第１エネルギ蓄積ユニットに対して形成した前記電力共用コマンド信号と、の間の差分として出力信号を形成するステップと、
前記第２エネルギ蓄積ユニットに対する入力信号として前記出力信号を使用するステップと、
が含まれている、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
各エネルギ蓄積ユニットに対して前記入力信号を取得するステップには、
前記複数のエネルギ蓄積ユニットのうちの別の１つのエネルギ蓄積ユニットの入力信号から導出した入力信号を受信するステップ、または、
前記エネルギ蓄積ユニットに対して形成した複数のローカル供給網測定値から前記入力信号を形成するステップ、
が含まれている、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記複数のエネルギ蓄積ユニットのうちの少なくとも１つの各前記エネルギ蓄積ユニットに対し、前記エネルギ蓄積ユニットに対するフィルタリングされた前記入力信号を取得するために使用される前記フィルタ回路のフィルタ応答を、
命令された周波数応答の変更、
命令された利得の変更、
前記エネルギ蓄積ユニットの測定した安定状態または充電レベル条件から導出した調整信号、および、
対応する最大または最小の安定状態または充電レベル設定、
のうちの少なくとも１つに依存して適合させるステップをさらに有する、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
各エネルギ蓄積ユニットに対して取得した前記入力信号には、バス電圧測定値信号と、通常電圧設定と、の間の差分を表す差分信号が含まれている、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
各エネルギ蓄積ユニットに対して前記電力共用コマンド信号を形成するステップは、
前記エネルギ蓄積ユニットに対するフィルリングされた前記入力信号と、前記エネルギ蓄積ユニットに対する目標安定状態充電もしくは放電電力、安定状態充電もしくは放電電流、または安定状態充電レベルを表す１つの安定状態コマンド信号と、を結合することを介して結合信号を取得するステップに基づき、
さらに前記結合信号をリミッタを通して通過させるステップに基づき、
行われる、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
複数のエネルギ蓄積ユニットのうちの第１エネルギ蓄積ユニットは、スーパキャパシタであり、
複数のエネルギ蓄積ユニットのうちの第２エネルギ蓄積ユニットは、バッテリであり、
前記方法には、前記第２エネルギ蓄積ユニットの前記入力信号をフィルタリングするために使用される前記フィルタ回路よりも高い周波数応答を有するフィルタ回路により、前記第１エネルギ蓄積ユニットに対する前記入力信号をフィルタリングするステップが含まれている、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
前記少なくとも２つのエネルギ蓄積ユニットには、第１および第２エネルギ蓄積ユニットが含まれており、
前記制御装置には、前記第１エネルギ蓄積ユニットに対応する第１電力共用コントローラおよび第１充電状態コントローラと、前記第２エネルギ蓄積ユニットに対応する第２電力共用コントローラおよび第２充電状態コントローラと、が含まれており、
前記第１および第２電力共用コントローラは、直列配置構成で接続されており、これによって前記第２電力共用コントローラへの前記入力信号は、前記第１電力共用コントローラからの出力信号として供給される、
請求項２に記載の制御装置。
【請求項２０】
前記少なくとも２つのエネルギ蓄積ユニットには、第１および第２エネルギ蓄積ユニットが含まれており、
前記第１および第２エネルギ蓄積ユニットに対応する第１および第２電力共用コントローラは、直列配置構成で接続されており、これによって前記第２電力共用コントローラへの前記入力信号は、前記第１電力共用コントローラからの出力信号として供給される、
請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にはエネルギ蓄積システムに関しており、特に２つ以上のタイプのエネルギ蓄積ユニットを含むハイブリッドエネルギ蓄積システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
海洋輸送手段に使用される局所的な船上電力供給網を含むさまざまなハイブリッド電力供給網は、とりわけこれらの電力供給網が、より高い効率を有し得ることによって温室効果ガスの排出を大きく削減できるため、ますます関心が持たれておりかつ迅速に開発が進む分野になっている。本発明において、「ハイブリッド」電力供給網には、１つ以上の発電源および１つ以上のエネルギ蓄積システムが含まれる。この（これらの）エネルギ蓄積システムによって提供されるのは、１つ以上の発電源によって形成されたエネルギおよび／または１つ以上の再生処理によって得られたエネルギの一部を蓄積し、蓄積したこのエネルギの一部またはすべてを電力供給網に供給し、例えばピーク負荷のさまざまな要求に対処するようにし、および／または、１つ以上の発電源に課せられるさまざまな要求の変化をならすようにするメカニズムである。
【０００３】
１つのハイブリッド電力供給網に、１つよりも多くのタイプのエネルギ蓄積ユニット、例えばバッテリベースのエネルギ蓄積ユニットと、キャパシタベースのエネルギ蓄積ユニットとが含まれる場合、これらの異なるタイプのエネルギ蓄積ユニットによって表されるこのエネルギ蓄積システムをハイブリッドエネルギ蓄積システムと称することができる。１つのハイブリッドエネルギ蓄積システムにおいて異なる複数のタイプのエネルギ蓄積ユニットを使用することにより、より高いシステム効率または少なくともより大きな運用上のフレキシビリティが見込まれるが、これらの恩恵は、複雑さが増すという犠牲を払って得られる。要するに上記の見込まれる恩恵は、ハイブリッドエネルギ蓄積システムをインテリジェントに制御しないことには得られないのである。さらにハイブリッドエネルギ蓄積システムを制御するための複雑さおよび／または経費の増大が、これらのシステムの上記のような潜在的な恩恵に勝ってしまうという実際のリスクも存在する。
【０００４】
例えば、ハイブリッドエネルギ蓄積システム用の電力共用制御に対する公知のアプローチは、異なる２つのタイプのエネルギ蓄積ユニットを含めた複数のケースに適用される。この慣用の状況における制御は、負荷電力測定値または負荷電流測定値のいずれかに依拠しており、これらの測定値は、分散された複数の負荷がこのハイブリッド電力供給網に含まれる場合には取得するのが困難であることが多い。このような欠点にもかかわらず公知の複数のアプローチには、測定信号をフィルタリングして第１のタイプのエネルギ蓄積ユニットを制御するために、フィルタリングされた信号成分を得ることと、第２のタイプのエネルギ蓄積ユニットを制御するために残りの信号成分を得ることとが含まれている。
【０００５】
上記のアプローチは、これが適用されている限られた状況においては有効であるが、複数のタイプのエネルギ蓄積ユニットを含むハイブリッドエネルギ蓄積システムには直ちに適用することができない。さらに上記の慣用のアプローチは、場合によっては異なる複数のバス上に分散された複数の負荷を含み、かつ、複数のローカルバス測定値が種々異なるエネルギ蓄積ユニットの最適な動作にとってクリティカルになり得るハイブリッドエネルギ蓄積システムには不適切である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によって教示される複数のもののうちの一様相において、制御装置および対応する制御方法は、複数の電力共用コントローラにおいてユニット毎にフィルタリングを使用し、これによって１つのハイブリッドエネルギ蓄積システムにおける異なる複数のエネルギ蓄積ユニットのうちのそれぞれ１つのエネルギ蓄積ユニットに対し、電力共用コマンド信号を取得する。このハイブリッドエネルギ蓄積システムには、ハイブリッド電力供給網の部分を形成しており、かつ、２つ以上のタイプのエネルギ蓄積ユニットが含まれている。各エネルギ蓄積ユニットに対する上記の電力共用コマンド信号は、エネルギ蓄積ユニットのエネルギ蓄積特性に適応させたフィルタ応答を有するフィルタを使用して、入力信号をフィルタリングすることによって得られる。この入力信号は、電力供給網負荷変動を反映しており、ローカルに形成するかまたは別のノードによって供給することができる。各エネルギ蓄積ユニットに使用される複数の電力共用制御ループは有利には、アーキテクチャおよび実現の仕方について同じとすることができるが、その一方では各ループにより、適応された専用のフィルタリングと、場合によっては１つ以上の別の制御パラメタの個別化された複数の値とが使用されるため、各エネルギ蓄積ユニットは、その複数のエネルギ蓄積特性が補われるように動作する。
【０００７】
例示的な一実施形態において、制御装置は、１つ以上の電力バスを備えた１つの電力供給網に関連付けられた２つ以上のエネルギ蓄積ユニットを含む１つのハイブリッドエネルギ蓄積システムを制御するように構成されている。複数のエネルギ蓄積ユニットのうちの少なくとも２つのエネルギ蓄積ユニットは、異なるエネルギ蓄積特性を有しており、かつ、これらのエネルギ蓄積ユニットのそれぞれ１つのエネルギ蓄積ユニットは、この電力供給網の同じ電力バスに関連付けるかまたはこの供給網の異なる電力バスに関連付けることができる。考察している制御装置には、各エネルギ蓄積ユニットに対応する１つの電力共用コントローラと、各エネルギ蓄積ユニットに対応する１つの充電状態コントローラとが含まれている。各充電状態コントローラは、対応する電力共用コントローラによって形成される電力共用コマンド信号に応じ、関連付けられたローカルコンバータユニットを介して、対応するエネルギ蓄積ユニットの充放電を制御するように構成されている。
【０００８】
各エネルギ蓄積ユニットの充電状態コントローラ用に形成される電力共用コマンド信号は有利には、フィルタリングされた入力信号を取得するために構成されたフィルタ回路を含む対応する電力共用コントローラに基づき、かつ、対応するエネルギ蓄積ユニットのエネルギ蓄積特性に適応させたフィルタ応答にしたがった、電力共用コントローラへの入力信号のフィルタリングに基づいて、エネルギ蓄積ユニットの特性に適応される。上記の入力信号は、電力供給網における負荷変動を反映し、したがって電力共用コントローラが動的に応答する１つの制御入力として捉えることができる。各電力共用コントローラには、フィルタリングされた入力信号と、対応するエネルギ蓄積ユニットの目標安定状態条件を表す安定状態コマンド信号との結合信号として電力共用コマンド信号を形成するように構成された制御回路がさらに含まれている。
【０００９】
別の実施形態には、異なる複数のエネルギ蓄積特性を有する２つ以上のエネルギ蓄積ユニットを制御する方法が示されている。この方法には、エネルギ蓄積ユニットに対して個別に形成された電力共用電力コマンド信号に応じ、エネルギ蓄積ユニットに対応するコンバータを制御するように構成された充電状態コントローラを介して、各エネルギ蓄積ユニットの充放電を制御するステップが含まれている。ここでは、各エネルギ蓄積ユニットに対して個別に電力共用電力コマンド信号を形成するステップに、電力供給網における負荷変動を反映する、各エネルギ蓄積ユニットに対する入力信号を取得することと、フィルタリングされた入力を取得するため、エネルギ蓄積ユニットのエネルギ蓄積特性に適応されたフィルタ応答を有するフィルタ回路を介し、各エネルギ蓄積ユニット対する入力信号をフィルタリングすることと、各エネルギ蓄積ユニットに対する、フィルタリングした入力信号と、エネルギ蓄積ユニットに対する安定状態コマンド信号とを結合することとが含まれており、ここでこの安定状態コマンド信号は、エネルギ蓄積ユニットの目標安定状態条件を表す。
【００１０】
当然のことながら、本発明は上記の特徴および利点に限定されるものではない。以下の詳細な説明を読み、添付の図面を見れば、当業者には付加的な複数の特徴および利点が認識されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ハイブリッドエネルギ蓄積システムを制御する制御装置の一実施形態のブロック図である。
【図２Ａ】例示的な配置構成による制御装置のブロック図である。
【図２Ｂ】例示的な配置構成による別の制御装置のブロック図である。
【図２Ｃ】例示的な配置構成によるさらに別の制御装置のブロック図である。
【図３】ハイブリッドエネルギ蓄積システムを制御する制御装置の１つ以上の実施形態に使用される遅延補償回路のブロック図である。
【図４】本発明の制御装置に使用される調整フィルタに対する、例示的なフィルタ特性のプロットを示す線図である。
【図５】本発明の処理にしたがってハイブリッドエネルギ蓄積システムを制御する方法の一実施形態の論理的な流れ図である。
【図６】複数のエネルギ蓄積ユニット用の電力共用コントローラおよび充電状態コントローラの配置構成の一実施形態を示すブロック図である。
【図７】複数のエネルギ蓄積ユニット用の、電力共用コントローラおよび充電状態コントローラの配置構成の別の一実施形態のブロック図である。
【図８】一つのハイブリッドエネルギ蓄積システムにおける異なる２つのタイプのエネルギ蓄積ユニットとしてのスーパキャパシタおよびバッテリに対する、電力共用コントローラおよび充電状態コントローラの配置構成の一実施形態を示すブロック図である。
【図９】ハイブリッドエネルギ蓄積システムを制御する本発明の制御装置によって提供される制御を最適化するために構成されたコンピュータシステムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１にはハイブリッド電力供給網またはシステム１０が示されており、このシステムには、１つ以上の電力バス１２、例えばＤＣバス１２−１，１２−２が含まれている。ハイブリッド電力供給網１０には、１つ以上の発電源１４と、それぞれの電力バス１２にこれらの発電源１４を接続するための対応する複数の接続回路１６と、がさらに含まれており、例えば発電源１４−１は、接続回路１６−１を介してバス１２−１に接続されており、発電源１４−２は、接続回路１６−２を介してバス１２−２に接続されている。特定の電力バス１２がＤＣバスである例示的なケースでは、１つ以上の接続回路１６はそれぞれＡＣ／ＤＣコンバータを有する。これらの接続回路１６は、回路遮断器１７を介して、それぞれの電力バス１２に接続することが可能である。
【００１３】
明示のために添え字が必要でない場合、１つまたは複数の参照に対し、参照符号１２，１４および１６は添え字なしに使用されることがあることに注意されたい。以下の残りの考察では、本発明の所定の他の参照符号についても同じアプローチをとるものとする。
【００１４】
ハイブリッド電力供給網１０は、電力を１つ以上の負荷１８に供給する。ここで特に関心が持たれるのは、ハイブリッド電力供給網１０にハイブリッドエネルギ蓄積システム２０が含まれており、このハイブリッドエネルギ蓄積システム２０には、２つ以上のエネルギ蓄積ユニット２２が含まれており、各エネルギ蓄積ユニット２２が、ローカルコンバータユニット２４を介して、それぞれの電力バス１２に接続されていることである。制限的でない例として、この図にはいくつかのエネルギ蓄積ユニット２２−１〜２２−ｎと、対応する個数のそれぞれのローカルコンバータユニット２４−１〜２４−ｎが示されている。ここで「ｎ」は、２以上の値を有する整数である。
【００１５】
複数のエネルギ蓄積ユニット２２の１つずつは、電力供給網１０内の同じ電力バス１２または異なる電力バス１２に接続可能である。したがって各エネルギ蓄積ユニット２２は、この特定のエネルギ蓄積ユニット２２が接続されている、電力供給網１０内の「対応する」１つの電力バス１２を有していることが理解されよう。したがって異なる複数のエネルギ蓄積ユニット２２は、対応する同じ電力バス１２を有するか、または対応する別の複数の電力バス１２を有し得るのであり、このことは、これらが電力供給網１０内の同じ電力バス１２に接続されているか、または別の複数の電力バス１２に接続されているかに依存する。
【００１６】
さらに少なくとも２つの電気蓄積ユニット２２はタイプが異なる、すなわち少なくとも２つの電気蓄積ユニット２２は、異なるエネルギ蓄積技術を使用しており、したがって実質的に異なるエネルギ蓄積特性を有する。上記の制限により、ｎ個のエネルギ蓄積ユニットは、ｎ個までの異なるエネルギ蓄積技術タイプになり得る。本発明において、エネルギ蓄積システム２０に適用される「ハイブリッド」という呼称は、１つ以上のタイプのエネルギ蓄積技術を使用することを示しており、電力供給網１０に適用される「ハイブリッド」という呼称は、エネルギ生成に関連してこのエネルギ蓄積器を使用することを示している。
【００１７】
本発明によれば、電力供給網１０には有利には制御装置３０が含まれているかそうでなければ制御装置３０に関連付けられており、この制御装置３０は、各エネルギ蓄積ユニット２２を制御するように構成されており、ここでこの制御は、各エネルギ蓄積ユニット２２について、専用の制御信号フィルタリングを使用することによって、このエネルギ蓄積ユニット２２が、特定のエネルギ蓄積特性に適応されているように行われる。以下からわかるように制御装置３０により、ロバストな分散型制御が提供され、複数の電力共用コントローラ３２および複数の充電状態コントローラ３４からなる「直列」または「並列」の複数の配置構成が得られ、これらが制御装置３０を構成する。このフレキシビリティにより、対応する電力共用コントローラ３２が制御的な意味で相互接続されているか否かとは関係せず、また、複数の電力共用コントローラ３２を動作させるために共通のまたはローカルの制御入力信号が使用されているか否かとは関係せずに、各エネルギ蓄積ユニット２２のロバストかつ適応された制御が維持される。
【００１８】
ｎ個のエネルギ蓄積ユニット２２に対し、少なくとも機能的には、複数のエネルギ蓄積ユニット２２のそれぞれ１つに対応する、電力共用コントローラ３２および充電状態コントローラ３４からなる対応するペアを有するｎ個の電力共用コントローラ３２およびｎ個の充電状態コントローラ３４が設けられている。さらに電力共用コントローラ３２および充電状態コントローラ３４の関連において使用される「コントローラ」という用語は、必要な任意の通信またはシグナリングインタフェースを加えた固定の回路またはプログラムされた回路を示しており、この通信またはシグナリングインタフェースは、例えば入力信号または測定値を受信するため、電力共用コントローラ３２と、その対応する充電状態コントローラ３４との間のコントローラ間でシグナリングを行うため、または、複数の充電状態コントローラ３４のうちの所定の１つからそれぞれのエネルギ蓄積ユニット２２／ローカルコンバータユニット２４にコマンド／コントロールシグナリングを行うためのインタフェースである。
【００１９】
少なくとも１つの実施形態において、各電力共用コントローラ３２および対応するその充電状態コントローラ３４を含む上記の回路は、１つ以上のマイクロプロセッサ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣまたは別のデジタル処理回路によってプログラムで実現される。この回路は、少なくとも部分的には、コントローラ３２および３４を含むデータ処理回路に含まれるかまたはこれにアクセス可能でありかつコンピュータ読み出し可能媒体内に一時的でない形で記憶されるコンピュータプログラムを含むプログラム命令を実行することによって構成される。
【００２０】
想定されている制限的でない実現についての上記の詳細によれば、考察している制御装置３０は、２つ以上のエネルギ蓄積ユニット２２を含むハイブリッドエネルギ蓄積システム２０を制御するように構成されている。各エネルギ蓄積ユニットは、ハイブリッド電気内の対応する電力バス１２に関連付けられており、かつ、異なる複数のエネルギ蓄積特性を有する。制御装置３０には、各エネルギ蓄積ユニット２２に対応する電力共用コントローラ３２が含まれている。各電力共用コントローラ３２は、電力共用コマンド信号を形成するように構成されている。この制御装置３０には、各エネルギ蓄積ユニット２２に対応する充電状態コントローラ３４がさらに含まれている。各充電状態コントローラ３４は、対応する電力共用コントローラ３２によって形成される電力共用コマンド信号に応じ、関連付けられているローカルコンバータユニット２４を介して、対応するエネルギ蓄積ユニット２２の充放電を制御するように構成されている。
【００２１】
制限的でない実施例として、ｎが２に等しく、かつ、ハイブリッドエネルギ蓄積システム２０に２２−１および２２−２と記される２つのエネルギ蓄積ユニット２２が含まれるものとする。これに相応して制御装置３０には、第１電力共用コントローラ３２−１と、対応する第１充電状態コントローラ３４−１と、が含まれ、これらは２つとも第１エネルギ蓄積ユニット２２−１に対応する。同様にこの例の制御装置３０には、第２電力共用コントローラ３２−２と、対応する第２充電状態コントローラ３４−２と、が含まれ、これらは２つとも第２エネルギ蓄積ユニット２２−２に対応するものとする。
【００２２】
図２Ａには特定の電力共用コントローラ３２およびその対応する充電状態コントローラ３４についての実施例の詳細が示されており、これらは共に、対応するエネルギ蓄積ユニット２２および関連付けられたローカルコンバータユニット２４（ＰＥＣ２４として記されており、ここでＰＥＣは「電力電子コンバータ」を表す）を備えている状況において示されている。図示した実施形態は、電流モードの実現であり、特にこの構成は、電力共用コマンド信号が、充電状態コントローラ３４への入力のために、電流モードコマンド信号として形成されることを示している。
【００２３】
この例示的な電力共用コントローラ３２には、フィルタ回路４０が含まれており、このフィルタ回路４０は、フィルタリングされた入力信号４２を得るために構成されており、これは、電力共用コントローラ３２への入力信号４４をフィルタリングすることによって行われる。このフィルタリングは、対応するエネルギ蓄積ユニット２２のエネルギ蓄積特性に適応されているフィルタ応答にしたがって行われ、また入力信号４４は電力供給網１０における負荷変動を反映している。ここで説明するように、各電力共用コントローラ３２への入力信号４４は、ローカル供給網測定値にしたがい、電力共用コントローラ３２によって導出することができるか、または別の電力共用コントローラ３２によって供給されるか、または別の任意のリモートノードによって、例えば全体システム負荷のようなシステム規模のグローバル測定値から供給することができる。
【００２４】
いずれの場合も制御装置３０内に実現されている各電力共用コントローラ３２には有利には、対応するエネルギ蓄積ユニットタイプのエネルギ蓄積特性に適応されたフィルタ応答を有する専用のフィルタ回路４０が含まれている。例えば、第１エネルギ蓄積ユニット２２−１が、スーパキャパシタベースのエネルギ蓄積ユニットであり、第２エネルギ蓄積ユニット２２−２がバッテリベースのエネルギ蓄積ユニットである装置を考察する。この場合、スーパキャパシタベースのエネルギ蓄積ユニットに対応する電力共用コントローラ３２のフィルタ回路４０は、バッテリベースのエネルギ蓄積ユニットに対応する電力共用コントローラ３２のフィルタ回路４０よりも高い周波数応答を有するように構成される。
【００２５】
入力信号４４は、電力供給網１０に対する動的な電力、電流または電圧測定値を表しており、これらの測定値は、電力共用コントローラ３２においてローカルに作成することが可能であるかまたは別の電力共用コントローラ３２もしくは別のノードもしくはこれらの両方によって供給可能である。またフィルタリングされた入力信号４２は、上記の動的な電力、電流または電圧測定値をフィルタリングしたものであり、これは、対応するエネルギ蓄積ユニット２２の、それぞれのエネルギ蓄積特性に適応されている。
【００２６】
一実施形態において、各電力共用コントローラ３２への入力信号４４には、電力供給網１０の測定したバス電圧と、通常電圧設定と、の間の電圧差分信号を表す差分信号が含まれている。例えば、電力共用コントローラ３２に関連付けられているエネルギ蓄積ユニット２２に対応する電力バス１２に対して取得したバス電圧測定値信号と、通常バス電圧設定と、の間の差分として、この差分信号を形成することができる。これとは補足的な仕方で、電力共用コントローラ３２内の制御回路４６は、以下では参照符号「４８」で識別される上記の電力共用コマンド信号を形成するように構成されており、ここでこの電力共用コマンド信号は、フィルタリングされた入力信号４２と、対応するエネルギ蓄積ユニット２２の目標安定状態条件を表す安定状態コマンド信号５０と、を結合した信号である。
【００２７】
図示した制限的でない実施例において、電力共用コマンド信号４８は、ＩＥＳ＿ｒｅｆと名付けられており、これによってこの信号が、充電状態コントローラ３４への入力に対する電流モード制御基準値であることを示しており、この充電状態コントローラ３４は、この図において、ローカルコンバータユニット２４のローレベル制御を行うように記されており、対応するエネルギ蓄積ユニット２２の充放電を制御するために使用される。さらに詳しくいうと、制御回路４６内の結合回路５２は、安定状態コマンド信号５０と、フィルタリングされた入力信号４２と、を結合し、これによって４８’と記される電力共用コマンド信号４８が得られる。
【００２８】
図示した実施例において、信号４８’は制御回路４６内のリミッタ５４を通過し、これによってリミッタ５４によって加えられた複数の制限を受けた電力共用コマンド信号４８が得られる。したがって１つ以上の実施形態において、電力共用コマンド信号４８は、フィルタリングされた入力信号４２と、対応するエネルギ蓄積ユニット２２に対する目標安定状態充電もしくは放電電力、安定状態充電もしくは放電電流または安定状態充電レベルを表す安定状態コマンド信号５０と、を結合し、さらに結合信号４８’を、リミッタ５４を通過させることによって得られる。
【００２９】
安定状態コマンド信号５０は、１つ以上の実施形態においてプログラムで実現可能なスイッチング回路５６からの出力とすることが可能である。例えば、スイッチング回路５６には、ソース信号を選択して、安定状態コマンド信号５０として結合回路５２に出力するコンピュータロジックが含まれる。この例において、スイッチング回路５６は、第１入力コマンド信号５８または導出された入力コマンド信号６０のいずれかとして安定状態コマンド信号５０を出力する。
【００３０】
この第１入力コマンド信号５８はここでは、ＩＥＳ＊と記される安定状態電流コマンド信号である。「＊」は、当該信号が、電力共用コントローラ３２への外部コマンド入力であることを示し、この表記は、本明細書の残りの部分を通して使用される。図示した実施例の第１入力コマンド信号５８は、例えばイーサネットリンクまたは別の通信リンクによって電力共用コントローラ３２に通信接続されている燃料コスト最適化コンピュータまたは別のノード６２から到来する。以下では、ノード６２をコスト最適化ノード６２と称する。
【００３１】
上記の導出された入力コマンド信号６０は、第２入力コマンド信号６６に基づいてレギュレータ回路６４によって導出され、この第２入力コマンド信号６６はここでは、ＳＯＣ＊と記される安定状態充電レベル（ＳＯＣ）コマンド信号と、ＳＯＣと記される測定したまたは推定した充電レベル信号６８とからなる。この記し方によれば、ＳＯＣ＊は、電力共用コントローラ３２に対応するエネルギ蓄積ユニット２２に対する目標または所望の充電レベルを示し、ＳＯＣは、対応するエネルギ蓄積ユニット２２に対する実際の（測定したまたはそうでなければ推定した）充電レベルを示す。
【００３２】
１つ以上の実施形態において、これらの測定値または推定値および別の複数の測定値または推定値に対し、電力共用コントローラ３２および充電状態コントローラ３４には、測定ユニット７０が含まれるかまたはこの測定ユニット７０に関連付けられている。測定ユニット７０には、例えば、対応する電力バス１２についての電力、電流および／または電圧を検知するため、および／または、エネルギ蓄積ユニット２２についての電力、電流、電圧および／または充電レベルを検知するための１つ以上のセンサまたは測定回路が含まれている。当業者には公知のように、このような回路には、電流、電圧、充電などに対応するアナログの測定値を表すデジタル値を得るためのデジタル回路を備えた信号サンプリングインタフェースが含まれ得る。一般的に少なくともいくつかのローカル供給網測定値（例えば電力、電流、電圧、充電レベルなどのうちの任意の１つ以上）は、取得されて、充電状態コントローラ３４によって実現されるローレベル制御ループと、電力共用コントローラ３２によって実現される電力共用制御ループと、の両方に供給される。
【００３３】
さらに、図示の詳細にはフィルタ適合化回路７２が含まれており、このフィルタ適合化回路７２は、考察している電力共用コントローラ３２の１つ以上の実施形態において実現されている。このフィルタ適合化回路７２により、フィルタ回路４０のフィルタ応答を、最適化もしくは制御目標の変更にしたがって再調整する、および／または、電力共用コントローラ３２が関連付けられている個別のエネルギ蓄積ユニット２２の特定のエネルギ蓄積特性に個別に適応させることができる。
【００３４】
例示的なフィルタ適合化回路７２には、フィルタ回路４０のフィルタ利得Ｋおよび時定数Ｔへの調整を表す調整信号７６（ΔＫ）および７８（ΔＴ）を形成する調整回路７４が含まれている。これらの調整は、例えば、複数の入力信号に基づいて行われ、これらの複数の信号には、（１）上記の測定したまたは推定した充電レベルＳＯＣ信号６８と、（２）エネルギ蓄積ユニット２２からのフィードバック信号８０と、１つ以上の構成された最大または最小値と、が含まれている。電流モードの実現形態においてフィードバック信号８０は、ＩＥＳ＿ｍと記され、対応するエネルギ蓄積ユニット２２からの（またはこのエネルギ蓄積ユニットへの）実際ＩＥＳの推定値を表す。上記の最大および／または最小パラメタには、エネルギ蓄積ユニット２２に対する最大および／または最小許容充電レベルを表すＳＯＣｍａｘ／ｍｉｎが含まれ、この電流モードの実現形態においてＩｍａｘ／ｍｉｎ値は、エネルギ蓄積ユニット電流ＩＥＳに対する大きさの上限および／または下限を表す。
【００３５】
上記の調整信号７６および７８（ΔＫおよびΔＴ）は、結合回路８２において、ここではＫ＊およびＴ＊と記されるＫおよびＴに対するコマンド値と結合されて、フィルタ回路４０によって使用されるＫおよびＴの操作値が形成される。エネルギ蓄積制御最適化器８４により、例えばコマンド値Ｋ＊およびＴ＊が得られる。エネルギ蓄積制御最適化器８４は、電力共用コントローラ３２に通信接続されているコンピュータまたは別のネットワークノードを含むことができ、また前述したコスト最適化ノード６２内に、またはこれに関連して実現することが可能である。以下ではエネルギ蓄積制御最適化器８４を制御最適化ノード８４と称する。
【００３６】
したがっていくつかの実施形態においてフィルタ回路４０は、少なくとも１つの電力共用コントローラ３２において適応型フィルタ回路である。各適応型フィルタ回路は、命令された周波数応答の変更、命令された利得の変更、エネルギ蓄積ユニットの測定した安定状態または充電レベル条件から導出される調整信号、および対応する最大または最小の安定状態または充電レベル設定のうちの少なくとも１つに依存してそのフィルタ応答を適合させるように構成されている。
【００３７】
さらに、図示の詳細には、レギュレータ回路８８を介してコンバータ制御信号８６を形成する充電状態コントローラ３４が含まれている。ここでレギュレータ回路８８は、その入力信号として電流モード電力共用コマンド信号４８およびフィードバック信号８０を受信する。この電流モードの実施形態においてこのレギュレータは、ＩＥＳ＿ｒｅｆである電力共用コマンド信号４８およびＩＥＳ＿ｍであるフィードバック信号８０に応答する。図２Ｂには択一的に、電流モード制御および測定ではなく、電力モード制御および測定に基づく別の構成が示されている。
【００３８】
図２Ｂではすべての標記「ＩＥＳ」が標記「ＰＥＳ」に置き換えられており、これによって関係する信号値が、電流モードではなく電力モードであることが示されている。例えば、第１入力コマンド信号５８は、ＰＥＳ＊で記される命令された安定状態電力信号であり、電力共用コマンド信号４８は、ＰＥＳ＿ｒｅｆと記される等々である。ここでは各充電状態コントローラ３４は、エネルギ蓄積ユニット２２から供給されるまたはこのエネルギ蓄積ユニット２２に流れ込む電流を調整するために、ローカルコンバータユニット２４にスイッチング信号を送信するローレベルコントローラとして動作する。充電状態コントローラ３４によるローカルコンバータユニット２４のレギュレーションは、対応する電力共用コントローラ３２の電力共用制御ループにおいて形成されるように電力共用コマンド信号４８に追従して行われる。
【００３９】
さらに詳しく言うと、ここで扱っている電力共用制御ループには、単一のフィルタまたは複数のフィルタからなる集合とすることが可能な上述のフィルタ回路４０が含まれる。フィルタ回路４０により、ここでは負荷電力測定値とすることが可能な入力信号４４の異なる複数の周波数帯域に対し、異なる複数の利得が設定される。（ここでは安定状態電力信号である）安定状態コマンド信号５０は、フィルタリングされた入力信号４２と結合されて、充電状態コントローラ３４を駆動する電力制御基準信号としての電力共用コマンド信号４８が得られる。したがって各エネルギ蓄積ユニット２２は、異なる複数の周波数の複数の負荷変動に対して別々に応答し、これによって各エネルギ蓄積ユニット２２は、その放電特性に最も適合する１つ以上の周波数帯内で最大に寄与する。
【００４０】
図２Ｃには、１つ以上の電力共用コントローラ３２が、別の電力共用コントローラ３２から形成された出力信号９０を、その入力信号４４として受け取る複数の実施形態において使用される、さらに別の変化形態が示されている。したがって図示した電力共用コントローラ３２には、その入力信号４４（この入力信号それ自体は、論理的な「先行する」電力共用コントローラ３２からの出力信号９０であってよい）と、信号４８と、の差分として出力信号９０を形成する結合回路９２が含まれており、この出力信号９０が論理的に「後続する」電力共用コントローラ３２に入力信号４４として供給される。しかしながらここでも注意したいのは、各電力共用コントローラ３２への入力信号４４は有利には専用のフィルタリング機能によってフィルタリングされることであり、この専用のフィルタリング機能では、フィルタ応答は、対応するエネルギ蓄積ユニット２２のエネルギ蓄積特性に適応される。
【００４１】
したがってここに示した少なくとも１つの実施形態に対し、ハイブリッドエネルギ蓄積システム２０には第１および第２エネルギ蓄積ユニット２２−１および２２−２が含まれている。これに対応して制御装置３０には、第１エネルギ蓄積ユニット２２−１に対応する第１電力共用コントローラ３２−１および第１充電状態コントローラ３４−１と、第２エネルギ蓄積ユニット２２−２に対応する第２電力共用コントローラ３２−２および第２充電状態コントローラ３４−２と、が含まれている。さらに第１および第２電力共用コントローラ３２−１および３２−２は、直列配置で接続されているため、第２電力共用コントローラ３２−２への入力信号４４は、第１電力共用コントローラ３２−１からの出力信号９０として供給される。この配置構成における第１電力共用コントローラ３２−１は、この第１電力共用コントローラ３２−１への入力信号４４と、この第１電力共用コントローラ３２−１によって形成される電力共用コマンド信号４８と、の間の差分として出力信号９０を形成するように構成されている。
【００４２】
上記の実施例では、第２電力共用コントローラ３２−２への入力信号４４は、第１電力共用コントローラ３２−１から供給され、したがってこれに付随した通信遅延があるはずである。このような配置構成の結果、第２電力共用コントローラ３２−２への入力信号４４は、１つ以上の電力バス１２に対するリモートの複数の測定値または推定値になり、これらは、第２電力共用コントローラ３２−２によって被った複数の瞬時のローカルな状況について、上記の通信遅延に対応する（既知の値になり得る）量だけ遅延しているかまたはオフセットしている。
【００４３】
この遅延問題を扱うため、この例では第２電力共用コントローラ３２−２に実現され得る遅延補償回路９４は、上記の通信遅延を補償するように構成される。この補償は、電力共用コントローラ３２に対応するエネルギ蓄積ユニット２２−２について得た低遅延ローカル供給網測定値に依存して、入力信号４４の値を予想することに基づく。これらのローカル供給網測定値は、上記の測定ユニット７０から得ることができる。例えば、これらのローカル供給網測定値には、エネルギ蓄積ユニット２２に対応する電力バス１２に対して形成した電力、電流、電圧、負荷または別の複数の測定値が含まれる。
【００４４】
１つの例示的な構成において、遅延補償回路９４は、入力信号４４によって示される複数のローカル供給網測定値の複数の推定値と、これらのローカル供給網測定値の対応する複数の実際値と、の間の複数の差分を追跡することに基づいて、対象としているこの入力信号４４の予想を適合するように構成されている。ここで対象としているこれらのローカル供給網測定値は、入力信号４４によって表される任意のタイプ（電流、電力など）になり得ることは了解されよう。さらに遅延補償回路９４は、入力信号４４が受けた通信遅延のオフセットまたは遅延に対応する複数のサンプル時間から得られる複数のローカル供給網測定値を使用できることが理解されよう。
【００４５】
図４には上記の配置構成において、またここで考察している直列でない配置構成に対しても、エネルギ蓄積ユニット毎の専用のフィルタリングを使用することにより、他の複数の利点の中でもとりわけ、制御最適化についてのフレキシビリティがどのように得られるかの一例が示されている。任意の特定の電力共用コントローラ３２に使用されるフィルタ回路４０は、異なる複数の周波数帯域において異なる複数の利得を使用することができ、これにより、対応するエネルギ蓄積ユニット２２の複数のエネルギ蓄積特性にフィルタ回路４０を適応させるための調整について大きなフレキシビリティが得られることが理解されよう。
【００４６】
この線図において、複数のエネルギ蓄積ユニット２２のうちの特定の１つが「ＥＳＵ１」と記されており、部分的に重なり合っている４つの周波数帯域に対し、Ｋ１〜Ｋ４として示された４つのフィルタ利得パラメタＫが示されていることが理解されよう。ハイブリッドエネルギ蓄積システム２０内の別の複数のエネルギ蓄積ユニット２２に使用されるフィルタリングは、そのタイプに応じて、より複雑であることもそうでないこともあり得る。当然のことながら、同じタイプのすべてのエネルギ蓄積ユニット２２に対し、すなわち、同じ複数のエネルギ蓄積特性を有するすべてのエネルギ蓄積ユニット２２に対し、少なくともはじめのうち、同じフィルタパラメタを使用できることは理解されよう。例示的なエネルギ蓄積特性には、最大／最小許容電力レベル、最大／最小許容電流（シンクまたはソース）、または最適充電レベルなどのような別の充電特性が含まれるが、これには限定されない。
【００４７】
各電力共用コントローラ３２において専用のフィルタリングが使用されることは、各電力共用コントローラ３２が、制御装置３０における別の複数の電力共用コントローラ３２に対して、自律的に動作するように構成されている、という有利な事実の１つの側面である。この自律性は、電力共用コントローラ３２に対する１つ以上の入力信号４４が、「先行する」電力共用コントローラ３２の出力信号９０であるか、または、入力信号４４が、各電力共用コントローラ３２に対して独立して得られるかとは無関係に有効である。
【００４８】
当然のことながら、種々異なるエネルギ蓄積ユニット２２に対し、安定状態目標値などを設定する集中型のコンピュータまたは最適化コントローラのような別のコントロールノードを設けることができる。さらに、各電力共用コントローラ３２へのそれぞれの入力信号４４をすべての電力共用コントローラ３２への１つの共通の信号入力として得ることができるか、または、各電力共用コントローラ３２は、各電力共用コントローラ３２において形成された複数のローカル供給網測定値に基づいてその入力信号４４を得ることができる。さらにまた、任意のある特定の電力共用コントローラ３２への入力信号４４は、ある特定の別の電力共用コントローラ３２からの出力信号９０として供給することができる。
【００４９】
図５には、例えば、ハイブリッドエネルギ蓄積システム２０において各エネルギ蓄積ユニット２２および関連付けられたローカルコンバータユニット２４を備えた、電力共用コントローラ３２および充電状態コントローラ３４のペアにおいて実現可能な方法５００が示されている。方法５００には、異なる複数のエネルギ蓄積特性を備えた２つ以上のエネルギ蓄積ユニット２２を制御するステップが含まれている。各エネルギ蓄積ユニット２２は、ハイブリッドエネルギ蓄積システム２０を含む関連した電力供給網１０内に、対応する電力バス１２を有する。これらのエネルギ蓄積ユニット２２は、同じ電力バス１２に接続可能であり、または、これらのうちの少なくとも２つは、電力供給網１０の異なる複数の電力バス１２に接続可能である。
【００５０】
方法５００には、エネルギ蓄積ユニット２２毎に入力信号４４を取得するステップ（ブロック５０２）が含まれている。ここで「取得する」とは、例えば複数のローカル供給網測定値に基づいて入力信号４４を形成するか、または別の電力共用コントローラ３２もしくは別の何らかのノードから入力信号４４を受信することを意味し得る。いずれにせよ、入力信号４４は、電力供給網１０における複数の負荷変動を反映する。方法５００には、エネルギ蓄積ユニット２２毎に入力信号４４をフィルタリングし、これによって、フィルタリングされた入力信号４２を取得するステップ（ブロック５０４）がさらに含まれている。このフィルタリングは、エネルギ蓄積ユニット２２毎に、エネルギ蓄積ユニット２２の複数のエネルギ蓄積特性に適応させられる。
【００５１】
方法５００には、エネルギ蓄積ユニット２２毎の上記のフィルタリングされた入力信号４２と、エネルギ蓄積ユニット２２に対する安定状態コマンド信号５０とを結合するステップ（ブロック５０６）がさらに含まれている。この安定状態コマンド信号５０は、エネルギ蓄積ユニット２２の目標安定状態条件を表す。また方法５００には、対応する充電状態コントローラ３４を介して各エネルギ蓄積ユニット２２の充放電を制御するステップ（ブロック５０８）がさらに含まれており、ここでこの充電状態コントローラは、エネルギ蓄積ユニット２２に対して個別に形成された電力共用コマンド信号４８に応じて、対応するエネルギ蓄積ユニット２２に関連付けられているローカルコンバータユニット２４を制御するように構成されている。
【００５２】
したがって船上ＤＣ電力システムまたは別の複数の応用に使用されるかにはかかわらず、制御装置３０および方法５００により、エネルギ蓄積ユニット毎に専用の入力信号フィルタリングが使用されるようになり、これにより、図３に示したような各エネルギ蓄積ユニット２２に使用される電力共用制御ループにおいて、異なる複数の周波数帯域で複数の利得を使用することができる。燃料効率を改善するために可変の速度でディーゼル発電機が動作するＤＣ海上電力システムに使用される場合、ディーゼル動作点をずらすおよび／または負荷変動をならすことによって燃料効率を改善するためにハイブリッドエネルギ蓄積システム２０を使用することができ、またこのハイブリッドエネルギ蓄積システム２０に、例えばフライホイール、スーパキャパシタ、およびバッテリ、または異なる複数のバッテリタイプの中でも鉛蓄電池、リチウムイオン電池などのような２つ以上のタイプのエネルギ蓄積ユニット２２が含まれる場合、制御装置３０により、より良好に最適化された制御が得られる。
【００５３】
さらなる利点として、適応させたフィルタリングを介して得られる異なる周波数応答を除き、場合によっては適用可能な複数の制御パラメタが異なる複数の値を有するとしても、複数の電力共用コントローラ３２はすべて同じ複数の制御ループを実現することができる。これらの制御パラメタは、例えば複数の電力共用コントローラ３２に通信接続された最適化ノードによってオンラインでまたはオフラインで最適化可能である。さらに、上述のように、電力共用コントローラ３２は、直列接続することができ、または相互接続していなくてもよい。
【００５４】
いくつかの実施形態において、同じタイプの複数のエネルギ蓄積ユニット２２を制御する、および／または、同じ電力バス１２に関連付けられている複数の電力共用コントローラ３２は、直列に相互接続することが可能である。相互接続される場合、これらの電力共用コントローラ３２は、イーサネットネットワークまたは別のデータ相互接続のような１つの共通の通信バスを使用して一緒に通信接続することが可能である。これらの同じまたは別の複数のデータリンクは、以下のうちの任意の１つ以上を行うために使用可能である。すなわち、上記の複数の電力共用コントローラ３２のうちの個々の電力共用コントローラに複数の安定状態目標値を供給する、それぞれの電力共用コントローラ３２に複数の入力信号４４を供給する、例えばフィルタ回路適合化のように複数の制御パラメタを再構成する、例えば誤動作するエネルギ蓄積ユニット２２または誤動作するローカルコンバータユニット２４に関連付けられている電力共用コントローラ３２の動作を停止させるなどのように動作をメンテナンスする、ために使用可能である。
【００５５】
図６には、この図においてＥＳユニット１〜ＥＳユニットｎとして示されているｎ個のエネルギ蓄積ユニット２２用に制御装置３０が構成されている実施形態が示されている。各エネルギ蓄積ユニット２２は、関連付けられたローカルコンバータユニット２４を有する。各ローカルコンバータユニット２４は、複数の充電状態コントローラ３４−１〜３４−ｎのうちの対応する１つの充電状態コントローラによって制御されることに注意されたい。また各充電状態コントローラ３４は、複数の電力共用コントローラ３２−１〜３２−ｎのうちの対応する１つ電力共用コントローラによって制御される。
【００５６】
図示した実施形態において、電力共用コントローラ３２−１〜３２−ｎは、対応するエネルギ蓄積ユニット２２−１〜２２−ｎの（例えば複数のエネルギ対電力比で表される）複数の放電時間に対応する順序で、直列に相互接続されている。この特別な実施例において、第１エネルギ蓄積ユニット２２−１は、最速の放電時間を有しており、その対応する電力共用コントローラ３２−１は、この直列の配置構成において「１番目」になる。このようにして第１電力共用コントローラ３２−１は、出力信号９０−１を形成し、この出力信号９０−１が、２番目に速いエネルギ蓄積ユニット２２−２に関連付けられている第２電力共用コントローラ３２−２に対する入力信号４４−２として使用される。つぎに第２電力共用コントローラ３２−２は、出力信号９０−２を形成し、この出力信号９０−２が、この直列接続におけるつぎの電力共用コントローラ３２に対する入力信号４４−３として使用される等々である。
【００５７】
この配置構成により、最短の放電時間を有するエネルギ蓄積ユニット２２（例えば最も多くの電力を使用するユニット）に対応する電力共用コントローラ３２が最初に配置され、最長の放電時間を有するエネルギ蓄積ユニット２２（例えば最も電力を使用しないユニット）に対応する電力共用コントローラ３２が最後に、「制御列」の終わりに配置される。この例のコスト最適化ノード６２は、複数のエネルギ蓄積ユニット２２の安定状態スケジュールを表す複数の制御パラメタを出力するように構成されている。これらの制御パラメタは、複数の長期負荷予想に基づいており、ここでは電力共用コントローラ３２に対する目標安定状態電力値ＰＥＳ＊を有する。これらのような値は図２Ｂにおいて、各電力共用コントローラ３２に供給され得る第１入力コマンド信号５８の一例として示されている。
【００５８】
別の複数の実施形態では、２つ以上の制御列が使用され、すなわち、複数の電力共用コントローラ３２からなる２つ以上の部分集合が一緒に一続きになり、この制御列内の最後の電力共用コントローラ３２を除いた各電力共用コントローラ３２が出力信号９０を供給して、この出力信号がこの制御列内のつぎの電力共用コントローラ３２への入力信号４４として使用されることに注意されたい。例えば、同じタイプの複数のエネルギ蓄積ユニット２２からなる部分集合毎に１つの制御列が存在し、および／または、同じ電力バス１２上の複数のエネルギ蓄積ユニット２２からなる部分集合毎に１つの制御列が存在する。
【００５９】
さらに図６では、制御最適化ノード８４により、短期負荷変動予想に基づいて複数の所定の電力共用制御パラメタを決定する最適化プロセスが実行される。ここで、この短期制御パラメタは、命令された利得および時定数値Ｋ＊およびＴ＊であり、これらは、各電力共用コントローラ３２の専用のフィルタ回路４０に使用される。
【００６０】
図７には、複数の電力共用コントローラ３２および対応する充電状態コントローラ３４からなる直列でない配置構成が示されている。電力共用コントローラ／充電状態コントローラの各ペアは、ｎ個のエネルギ蓄積ユニット２２のうちの１つおよびそれに関連付けられたローカルコンバータユニット２４に対応している。図６に示した直列の制御列とは異なり、図７に示した各電力共用コントローラ３２への入力信号４４は、例えば図２Ａで述べた測定ユニット７０によって供給された複数のローカル供給網測定値から電力共用コントローラ３２によって形成されるか、または、リモート制御および／または測定システムから電力共用コントローラ３２に供給されるかのいずれかである。
【００６１】
図８には、ここではそれぞれのローカルコンバータユニット２４−１および２４−２を介して同じ電力バス１２に接続されている第１および第２エネルギ蓄積ユニット２２−１および２２−２を含む例示的な実施形態が示されている。当然のことながら、より一般的には、異なる複数のエネルギ蓄積ユニット２２を同じ電力バスまたは異なる複数の電力バス１２に接続することができ、したがって同じまたは異なる１つ以上の負荷１８、および／または、異なる複数の「ローカルな」バス条件に関連付けることができる。
【００６２】
この例示的な配置構成において、第１エネルギ蓄積ユニット２２−１はスーパキャパシタであり、第２エネルギ蓄積ユニット２２−２はバッテリ、例えば鉛蓄電池またはリチウムイオン電池である。特に、対応する電力共用コントローラ３２に含まれているそれぞれのフィルタ回路４０−１および４０−２が固有に適応されることが了解されよう。例えばフィルタ回路４０−１は、ゼロから１／Ｔ１（ただしＴ１は第１周波数の周期である）になる第１帯域に対して実質的に利得ゼロ（Ｋ０＝０）を有し、より高い第２周波数帯域に対して比較的低い利得Ｋ１を有し、最も高い周波数帯域に対して比較的高い利得Ｋ２を有する。これらの利得は、スーパキャパシタの複数の充電／放電特性を補い、バッテリベースの電気蓄積ユニット２２−２に対して示した例示的な複数の利得値に対してよい対照をなす。
【００６３】
図９には、コンピュータ、またはＣＰＵもしくは別の処理回路１０２を備えた別の処理ノードとすることが可能な制御ノード１００が示されており、この制御ノードは、例えば、コンピュータプログラム１０６に対して非一時的な記憶機能を提供する何らかのタイプのコンピュータ読み出し可能媒体である記憶装置１０４を含んでいるかまたはこれに関連付けられている。処理回路１０２によってランタイム環境１０８が提供され、このランタイム環境では処理回路１０２により、例えばコンピュータプログラム１０６からのプログラム命令の実行に基づいて、図示した複数の機能処理要素が実現される。これらの機能処理要素は、上記のコスト最適化ノード６２および制御最適化ノード８４の機能を実現するものと理解することができる。したがって制御ノード１００には、制御装置３０と通信するための１つ以上の通信インタフェース（例えばコンピュータネットワークインタフェース）がさらに含まれている。
【００６４】
機能要素１１４、１１６および１１８は、コスト最適化ノード６２の機能を表している。これらの処理ブロックには、いくつかの入力を考慮することに基づいて、電力共用コントローラ３２に対する安定状態コマンド値を出力する燃料コスト最適化器１１８が含まれている。これらの入力には、電力フローモデルと、ハイブリッドエネルギ蓄積システム２０に実現されている異なるタイプの複数のエネルギ蓄積ユニット２２に対する複数のエネルギ蓄積ユニットモデルと、電力供給網１０に実現されている複数の発電機１４に対する複数の発電機モデルと、燃料コストモデルとが含まれている。これらの入力は、１つ以上の通信インタフェース１１０を介して取得することができ、この通信インタフェースは例えば、燃料コスト情報の変更などを提供するためのインターネットまたは別の外部ネットワークへのアクセスを含むことができ、またこの通信インタフェースは、例えば、関連するモデリング情報を含むローカルまたはリモートデータベースにアクセスするための１つ以上のファイル入力／出力インタフェースを含むことができる。
【００６５】
機能要素１２０、１２２および１２４は、制御最適化ノード８４の機能を表す。これらの処理ブロックには、ＥＳ制御最適化器１２４が含まれており、このＥＳ制御最適化器は、いくつかの入力を考慮することに基づいて、電力共用コントローラ３２に対する複数の電力共用制御パラメタ（例えば複数のフィルタパラメタ）を出力する。これらの入力には、動的バスモデルと、複数のエネルギ蓄積ユニットモデルと、（１つ以上の）発電機モデルと、例えば複数の電力共用コントローラ３２および／または充電状態コントローラ３４に対する複数のコントローラモデルとが含まれる。
【００６６】
例示的なケースとして船舶を考察する。船舶の選択した動作モードに対し、長期安定状態負荷予想および短期負荷変動予想がまず取得される。複数の安定状態負荷予想に基づき、システム電力フローモデルと、複数のエネルギ蓄積ユニットモデルと、複数のディーゼル動作特性と、複数の燃料コストおよび効率曲線とを使用して、複数のエネルギ蓄積ユニット２２に対する複数の最適安定状態スケジュールが取得される。さらに、複数の短期負荷変動に基づき、最適電力共用制御パラメタの集合（例えば複数のフィルタパラメタ）が、複数のＤＣバス動特性と、複数のエネルギ蓄積ユニットモデルと、複数のディーゼル発電機モデルと、複数のコントローラモデルとを使用して取得される。
【００６７】
より一般的には、制御ノード１００または別のノードは、上位レベルの電力およびエネルギ管理システムすなわちＰＥＭＳ（Power and Energy Management System）として動作することが可能である。このＰＥＭＳは、例えば、目標安定状態値に対する最適化されたコマンド信号、および／または最適化されたフィルタ設定などを各電力共用コントローラ３２に供給するために、考察している制御装置３０への通信リンクを有し得る。当然のことながら、別の実施形態では、複数の電力共用コントローラ３２により、事前設定した制御および／またはフィルタ設定が使用される。しかしながらこのような実施形態では、これらの電力共用コントローラ３２は、進行中の動作の間に、これらのような制御およびフィルタ値を適応するかまたはそうでなければ調整することができる。
【００６８】
いずれの場合も制御装置３０により、１つのハイブリッドエネルギ蓄積システム２０内のすべてのエネルギ蓄積ユニット２２に実質的におなじ電力共用制御ループを使用することが可能となり、その一方で、例えば、異なる複数の電力共用コントローラ３２において、異なる複数の安定状態値もしくは別の目標値および／または異なる複数のフィルタ設定が使用されることにより、異なる複数のタイプのエネルギ蓄積ユニット２２に対し、異なる複数の制御ストラテジもさらに提供される。
【００６９】
複数の電力共用コントローラ３２からなる考察している直列配置構成において、最も電力を使用する複数の電気蓄積ユニット２２は、つねに高い周波数負荷変動に最初に反応し、これによってエネルギを比較的多く使用する（例えば充放電時間が緩慢であるがより多くのエネルギを蓄積する）複数の電気蓄積ユニット２２のサイクリングが低減され、寿命が長くなる。この配置構成において、エネルギを多く使用する複数のエネルギ蓄積ユニット２２は、電力の変動を埋め合わせるためのバックアップとして機能し、複数の低い周波数変動に対して最大の負荷エネルギを供給する。
【００７０】
当然のことながら、上記の直列型制御列アプローチは１つの例に過ぎない。より一般的には、上記の複数の電力共用コントローラ３２は、いくつかのエネルギ蓄積ユニット２２を制御するための分散型制御アプローチを提供するものであると理解することができ、ここでは２つ以上のこれらのエネルギ蓄積ユニット２２は、タイプが異なりかつ異なる複数のエネルギ蓄積特性を有する。この分散型ストラテジにより、個々のユニットのさまざまな欠陥のリスクが低減されることを含めたいくつかの利点が得られる。
【００７１】
特に上の説明および添付の図に示した本発明の複数の教示の恩恵を受ければ、当業者にはここで開示した１つ以上の発明の複数の変更および別の実施形態が思い浮かぶことであろう。例えば、本発明で教示したことは、複数のＤＣ電力供給網およびＡＣ電力供給網を含めた複数の応用範囲に適用可能であることは理解できよう。したがって上記の１つ以上の発明が、開示した特定の実施形態には限定されず、また複数の変更および別の複数の実施形態が、本発明の範囲内に含まれていることは明らかである。本発明では複数の特定の用語が使用されていた可能性があるが、これらの用語は、一般的かつ説明的な意味で使用されていただけであり、限定を目的としたものではない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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