(57)【要約】  電力変換システムは、記憶装置を有し、かつ、少なくとも１つの直流電源に各々が直列接続された複数のモジュールを有する。各モジュール内の電圧制御回路は、最大及び最小のモジュール電圧間において、記憶装置に接続し、段階的近似の主電源信号を生成する。補償部は、電源により充電される記憶装置を有するモジュールと直列に、設けられる。制御部は、補償部の入力及び出力間において、電圧を増加または減少させて、所望の交流信号を追従するために、使用される。制御部が、モジュールを動作させて、供給電圧を、０から、最大若しくは最小の値の何れか一方へ、またはその逆方向へ変化させる時、制御部は、補償部により供給される電圧における、対応するが反対方向への変化を、補償部電圧制御回路を介して適用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が入力及び出力を有し、何れかのモジュールの出力が後続のモジュールの入力に接続される様に直列接続された複数のモジュールであり、該モジュールの少なくとも１つが、前記モジュールに電力を供給する少なくとも１つの直流電源に接続された複数のモジュール；
電源が記憶装置を充電する様に、直流電源に接続された１つ以上の記憶装置；
最大モジュール電圧及び最小モジュール電圧を供給するために、前記入力及び前記出力間において前記記憶装置を切り替える様に機能する、各モジュール内の電圧制御回路；
前記モジュールと直列に入力及び出力を有する補償部であって、システム内の直列回路により充電された記憶装置を有し、かつ、前記補償部の入力及び出力間において供給される電圧を変化させるための補償部電圧制御回路を有する補償部；
前記モジュールの各々及び前記補償部の電圧制御回路と通信して、該電圧制御回路の入力及び出力間の電圧を制御する制御部；を有し：
前記制御部が、モジュールの前記電圧制御回路を動作させて、前記モジュールにより供給される電圧を変化させる際に、前記制御部は、前記補償部により供給される電圧における、対応するが反対方向への前記変化間における変更を、前記補償部電圧制御回路を介して適用し、前記制御部は、前記補償部の入力及び出力間の電圧を、増加または減少させて、所望の信号を出力する、電力変換システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記システムの直列回路が、前記補償部の記憶装置への充電を維持する様に、前記モジュールの各々の電圧制御回路を制御する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記電圧制御回路は、第１極性において、前記入力及び出力間の電圧を提供するか、または、第２極性において若しくは迂回されて、前記入力及び出力間の電圧を提供するために、前記電源が切替え可能な様に接続された切替え装置を有する、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記制御部は、前記記憶装置の各々への充電を決定することができ、その結果、各モジュールの内部または外部を切り替えることにより、最大及び最小の電圧が、前記システムに伝達されて利用可能となる様に、前記モジュールの各々から情報を受信する、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記制御部は、何れのモジュールが前記直列回路に常時直列に接続されているかに関する情報に基づき、時間をかけて各モジュール内に格納されたエネルギーを決定することができる様に、前記モジュール内の記憶装置の容量、及び充電率に関する情報を、監視及び格納する、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記制御部は、一定間隔で格納された電荷に関する情報を、前記モジュールの各々から受信して、時間をかけて格納された電荷を算出する際に生じるエラーを訂正する、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記補償部により供給される電圧の増加または減少は、パルス幅変調方式を使用する、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記制御部は、前記切替え装置の動作を制御するために、前記モジュールの各々に対して情報を伝達する制御線に接続される、請求項１〜７の内、何れか一項に記載のシステム。
【請求項９】
無線通信は、前記制御部への情報、及び／または、前記制御部からの情報を、中継するために使用される、請求項１〜８の内、何れか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
１つ以上の前記モジュールは、前記出力が、最大及び最小の供給電圧間において変化する際に、前記モジュールの出力を変動させる様に提供されるスルーレート制御回路を備える、請求項１〜９の内、何れか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記スルーレート制御回路は、モジュールの直列接続の内部及び外部において、前記記憶装置をある速度で切り替えることに起因する電圧変化を変動させて、より高速な切替えからの前記電磁両立性、及びより低速な切替えに関する前記エネルギー損失を最適化する様に提供される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記スルーレート制御回路は、前記モジュールにより供給される電圧を、１０μｓ及び１００ｎｓの間の時間内に、最大及び最小の値の間において、変化させる、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記スルーレート制御回路は、前記モジュールにより供給される電圧を、約１μｓの時間をかけて、最大及び最小の値の間において、変化させる、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記モジュールは各々、モジュールの切替え中に生成される信号リンギングを低減するために設けられた直列インダクタ及び並列レジスタを有する、請求項１〜１３の内、何れか一項に記載のシステム。
【請求項１５】
更なる直列インダクタ及び並列レジスタは、直列接続されたモジュールの各端部に設けられ、電磁両立性に関する問題を更に低減させる、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記直列接続されたモジュールの端部に設けられた前記直列インダクタ及び並列レジスタは、前記モジュール内に設けられた前記インダクタ及びレジスタのインダクタンス値及び／または抵抗値の少なくとも３倍のインダクタンス値及び／または抵抗値を有する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
各々が入力及び出力を有し、何れかのモジュールの出力が後続のモジュールの入力に接続される様に直列接続された複数のモジュールであり、該モジュールの少なくとも１つが、前記モジュールに電力を供給する少なくとも１つの直流電源に接続された複数のモジュール；
電源が記憶装置を充電する様に、各モジュールの電源に接続された１つ以上の記憶装置；
最大モジュール電圧及び最小モジュール電圧を供給するために、前記入力及び前記出力間において前記記憶装置を切り替える様に機能する、各モジュール内の電圧制御回路；
前記モジュールの各々の電圧制御回路と通信して、該電圧制御回路の入力及び出力間の電圧を制御する制御部；
電子切替え器と並列接続された放熱装置を有する１つ以上の放熱回路；
過電流または過電圧を検出するための１つ以上のセンサ；を有し：
前記放熱回路内の電子切替え器は、前記センサにより過電流または過電圧が検出されると、開状態となり、前記放熱装置内のエネルギーを放散する、電力変換システムが提供される、電力変換システム。
【請求項１８】
前記放熱装置は金属酸化物バリスタを有し、前記電子切替え器は１つ以上のＦＥＴを有する、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記金属酸化物バリスタは、該金属酸化物バリスタを通した電圧降下が、前記ＦＥＴが定格である最大電圧未満となる様に、選択される、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
放熱回路及びセンサは、前記各モジュール内に設けられる、請求項１７〜１９の内、何れか一項に記載のシステム。
【請求項２１】
前記センサは、複数のレベルを検出すると共に、検出されたレベルに基づき、直ちにまたは遅れて前記放熱回路を作動させるために設けられ、前記各モジュールのセンサは、第１レベル及び第２レベルの検出後所定の遅延時間で前記放熱回路が作動される第１レベルを検出する様に、構成され、前記第２レベルは、前記放熱回路が遅延無く作動されるべき第１過電流レベルよりも大きい、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
モジュールの記憶装置が直列回路に切り替えられて、最大モジュール電圧及び最小モジュール電圧を提供する様に、そのモジュールの少なくとも幾つかは、直流電源、及び電源により充電される記憶装置を有する、直列接続された複数のモジュールの動作を制御すること；
前記モジュールと直列に接続された補償部内の記憶装置を充電すること；
制御部が、モジュールの電圧制御回路を動作させて、前記モジュールにより供給される電圧を変化させる際に、対応するが反対方向への前記電圧における変更を、前記補償部を介して適用すること；
前記変化の間に、前記補償部の入力及び出力間の電圧を、増加または減少させて、所望の信号を出力することを含む：電力変換方法。
【請求項２３】
前記制御部は、システムの直列回路が、前記補償部の記憶装置への充電を維持する様に、前記モジュールの各々の電圧制御回路を制御する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記モジュール内の電源は、第１極性において、前記入力及び出力間の電圧を提供するか、または、第２極性において若しくは迂回されて、前記入力及び出力間の電圧を提供するために、切り替えられる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記制御部は、前記記憶装置の各々への充電に関する情報を、前記モジュールの各々から受信し、その結果、各モジュールの内部または外部を切り替えることにより、前記システムに伝達されて利用可能となる最大及び最小の電圧を決定する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記制御部は、何れのモジュールが前記直列回路に常時直列に接続されているかに関する情報に基づき、時間をかけて各モジュール内に格納されたエネルギーを決定することができる様に、前記モジュール内の記憶装置の容量、及び充電率に関する情報を、監視及び格納する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記制御部は、一定間隔で格納された電荷に関する情報を、前記モジュールの各々から受信して、時間をかけて格納された電荷を算出する際に生じるエラーを訂正する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記補償部により供給される電圧の増加または減少は、パルス幅変調方式を介する、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記制御部は、前記切替え装置の動作を制御するために、前記モジュールの各々に対して、制御線経由で、情報を伝達する、請求項２２〜２８の内、何れか一項に記載の方法。
【請求項３０】
無線通信は、前記制御部への情報、及び／または、前記制御部からの情報を、中継するために使用される、請求項２２〜２９の内、何れか一項に記載の方法。
【請求項３１】
１つ以上の前記モジュールは、前記出力が、最大及び最小の供給電圧間において変化する際に、前記モジュールの出力を変動させる、請求項２２〜３０の内、何れか一項に記載の方法。
【請求項３２】
前記直列接続の内部及び外部において前記記憶装置を切り替えることに起因する電圧変化は、ある速度で変動されて、より高速な切替えからの電磁両立性、及びより低速な切替えに関する前記エネルギー損失を最適化する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記モジュールにより供給される電圧は、１０μｓ及び１００ｎｓの間の時間内に、最大及び最小の値の間において、変化する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記モジュールにより供給される電圧は、約１μｓの時間をかけて、最大及び最小の値の間において、変化する、請求項３３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、直流電力及び交流電力間において電力を変換するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電力及び交流電力間の変換を必要とする出願が多数存在する。国際公開第２０１２／０１６２８５号及び国際公開第２０１３／０２３２４８号の番号により公開された出願人の先の国際特許には、上記変換を実行する改良された方法を有するシステムが記載されている。
【０００３】
上記システムは、電力供給に適した交流信号の生成、または、直流電源に各々接続された一連のモジュールから成る直流電源から主電源への投入を行うことが記載されている。上記モジュールは、交流信号の段階的近似を形成するために、上記一連のモジュールから外へ切り替えられ、更なる出力変動（ランピング）が実行されて、上記信号を、平坦な交流信号に更に近似させることを可能とする。
【０００４】
国際公開第２０１２／０１６２８５号及び国際公開第２０１３／０２３２４８号には、上記システムが、各モジュールにおいて調整器を切り替える用途が、記載されている。ＰＷＭ信号を用いると、調整器の切替えにより、電圧を最大電圧まで急増させる、または、電圧を最大電圧から急減させて、出力信号を、所望の交流信号に更に近似させることが可能となる。上記システムについては、調整の切替えが生じていない間は、エネルギー損失を低減させるための迂回（バイパス）装置が記載されている。
【０００５】
この様なシステムにおける１つの問題は、記載された形態のモジュールまたは電圧補正器の各々において調整器を切り替える結果として、切替え配置が複雑となり、信頼性が低下し、高コストとなることである。
【０００６】
本願発明の一側面によれば、システムは、上述した複雑性、ひいては、信頼性及びコストの問題を低減することを目的とした構成を有するものとして記載される。
【０００７】
その様なシステムにおける別の問題は、例えばパネル等の電源が切り替えられる際の、システムの電磁両立性（ＥＭＣ）に関する。各モジュール内における調整器切替えの使用を低減させることにより、より低い電磁両立性が可能となる。一般的な電圧補正器に入れ込む、より長い一連の切替えパネルの使用により、より低い電磁両立性が、問題のあるレベルに達する可能性がある。
【０００８】
その様なシステムにおいて生じ得る別の問題は、主電源から急上昇または急増する電圧を取り扱うことである。一般的に、２４０Ｖacは、２９０Ｖacに達する可能性のある急増を伴う通常の電圧よりも２０％高い不定の最大電圧定格を有する。この種のシステムにおける記憶装置には、２９０Ｖacまで急増可能な電圧を超える切替え異常からの電流が容易に吸収される様に、該電圧を有する波形を生成することへの対処が求められることが合理的である。しかしながら、主電源の低インピーダンス、及び直列の切り替えられた記憶装置の極度の低インピーダンスに起因して、より高い電圧急増により、記憶装置内への高い電流が、記憶装置を損傷してしまう可能性がある。
【０００９】
また、ヒューズ切れにつながる外部主電源の短絡（ショート）、及びその後の高圧電流の急上昇に対し、損傷無く対処することのできる、費用対効果の高い効率的なシステムを有することが望まれる。
【００１０】
更に、その様なシステムにおいては、直流電源は、モジュールからモジュールへの特性が、異なることが多いであろう。例えば、直流電源を形成する太陽電池（ソーラー）パネルの場合、出力は、遮光、パネル種別、方向、年数、及び他の要素による影響を受ける可能性がある。モジュールが直列接続により提供される際には、各モジュールの出力電流は、必ず等しくなるが、個別の電圧は、かなりばらつくことがある。
【００１１】
本願発明は、少なくとも部分的には、上述した問題に対処することを目的として、直流電力を交流電力に変換するための、改良されたシステム及び方法に関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０１６２８５号
【特許文献２】国際公開第２０１３／０２３２４８号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願発明の一側面によれば、各々が入力及び出力を有し、何れかのモジュールの出力が後続のモジュールの入力に接続される様に直列接続された複数のモジュールであり、該モジュールの少なくとも１つが、モジュールに電力を供給する少なくとも１つの直流電源に接続された複数のモジュール；電源が記憶装置を充電する様に、直流電源に接続された１つ以上の記憶装置；最大モジュール電圧及び最小モジュール電圧を供給するために、入力及び出力間において記憶装置を切り替える様に機能する、各モジュール内の電圧制御回路；モジュールと直列に入力及び出力を有する補償部であって、システム内の直列回路により充電された記憶装置を有し、かつ、補償部の入力及び出力間において供給される電圧を変化させるための補償部電圧制御回路を有する補償部；モジュールの各々及び補償部の電圧制御回路と通信して、該電圧制御回路の入力及び出力間の電圧を制御する制御部；を有し：制御部が、モジュールの電圧制御回路を動作させて、モジュールにより供給される電圧を変化させる際に、制御部は、補償部により供給される電圧における、対応するが反対方向への変化間における変更を、補償部電圧制御回路を介して適用し、制御部は、補償部の入力及び出力間の電圧を、増加または減少させて、所望の信号を出力する、電力変換システムが提供される。
【００１４】
好適には、制御部は、システムの直列回路が、補償部の記憶装置への充電を維持する様に、モジュールの各々の電圧制御回路を制御する。
【００１５】
好適には、電圧制御回路は、第１極性において、入力及び出力間の電圧を提供するか、または、第２極性において若しくは迂回されて、入力及び出力間の電圧を提供するために、電源が切替え可能な様に接続された切替え装置を有する。
【００１６】
好適には、制御部は、記憶装置の各々への充電を決定することができ、その結果、各モジュールの内部または外部を切り替えることにより、最大及び最小の電圧が、システムに伝達されて利用可能となる様に、モジュールの各々から情報を受信する。
【００１７】
好適な実施形態においては、制御部は、何れのモジュールが直列回路に常時直列に接続されているかに関する情報に基づき、時間をかけて各モジュール内に格納されたエネルギーを決定することができる様に、モジュール内の記憶装置の容量、及び充電率に関する情報を、監視及び格納する。
【００１８】
好適には、制御部は、一定間隔で格納された電荷に関する情報を、モジュールの各々から受信して、時間をかけて格納された電荷を算出する際に生じるエラー（誤り）を訂正する。
【００１９】
好適な実施形態においては、補償部により供給される電圧の増加または減少は、パルス幅変調方式を使用する。
【００２０】
１つの実施形態においては、制御部は、切替え装置の動作を制御するために、モジュールの各々に対して情報を伝達する制御線に接続される。
【００２１】
更なる実施形態においては、無線通信は、制御部への情報、及び／または、制御部からの情報を、中継するために使用される。
【００２２】
好適には、１つ以上のモジュールは、出力が、最大及び最小の供給電圧間において変化する際に、モジュールの出力を変動させる様に提供されるスルーレート制御回路を備える。
【００２３】
好適には、スルーレート制御回路は、モジュールの直列接続の内部及び外部において、記憶装置をある速度で切り替えることに起因する電圧変化を変動させて、より高速な切替えからの電磁両立性、及びより低速な切替えに関するエネルギー損失を最適化する様に提供される。
【００２４】
好適な実施形態においては、スルーレート制御回路は、モジュールにより供給される電圧を、１０μｓ（マイクロ秒）及び１００ｎｓ（ナノ秒）の間の時間内に、最大及び最小の値の間において、変化させる。
【００２５】
好適な実施形態においては、スルーレート制御回路は、モジュールにより供給される電圧を、約１μｓの時間をかけて、最大及び最小の値の間において、変化させる。
【００２６】
好適な実施形態においては、モジュールは各々、モジュールの切替え中に生成される信号リンギング（波形歪み）を低減するために設けられた直列インダクタ（誘導子）及び並列レジスタ（抵抗器）を有する。
【００２７】
好適には、更なる直列インダクタ及び並列レジスタは、直列接続されたモジュールの各端部に設けられ、電磁両立性に関する問題を更に低減させる。
【００２８】
好適には、直列接続されたモジュールの端部に設けられた直列インダクタ及び並列レジスタは、モジュール内に設けられたインダクタ及びレジスタのインダクタンス値及び／または抵抗値の少なくとも３倍のインダクタンス値及び／または抵抗値を有する。
【００２９】
本願発明の第２の側面によれば、各々が入力及び出力を有し、何れかのモジュールの出力が後続のモジュールの入力に接続される様に直列接続された複数のモジュールであり、該モジュールの少なくとも１つが、モジュールに電力を供給する少なくとも１つの直流電源に接続された複数のモジュール；電源が記憶装置を充電する様に、各モジュールの電源に接続された１つ以上の記憶装置；最大モジュール電圧及び最小モジュール電圧を供給するために、入力及び出力間において記憶装置を切り替える様に機能する、各モジュール内の電圧制御回路；モジュールの各々の電圧制御回路と通信して、該電圧制御回路の入力及び出力間の電圧を制御する制御部；電子切替え器と並列接続された放熱装置を有する１つ以上の放熱回路；過電流または過電圧を検出するための１つ以上のセンサ；を有し：放熱回路内の電子切替え器は、センサにより過電流または過電圧が検出されると、開状態となり、放熱装置内のエネルギーを放散する、電力変換システムが提供される。
【００３０】
１つの実施形態においては、放熱装置は金属酸化物バリスタを有し、電子切替え器は１つ以上のＦＥＴを有する。
【００３１】
好適には、金属酸化物バリスタは、該金属酸化物バリスタを通した電圧降下が、ＦＥＴが定格である最大電圧未満となる様に、選択される。
【００３２】
１つの実施形態においては、放熱回路及びセンサは、各モジュール内に設けられる。
【００３３】
好適には、センサは、複数のレベルを検出すると共に、検出されたレベルに基づき、直ちにまたは遅れて放熱回路を作動させるために設けられる。各モジュールのセンサは、第１レベル及び第２レベルの検出後所定の遅延時間で放熱回路が作動される第１レベルを検出する様に、構成される。第２レベルは、放熱回路が遅延無く作動されるべき第１過電流レベルよりも大きい。
【００３４】
本願発明の更なる側面によれば、モジュールの記憶装置が直列回路に切り替えられて、最大モジュール電圧及び最小モジュール電圧を提供する様に、そのモジュールの少なくとも幾つかは、直流電源、及び電源により充電される記憶装置を有する、直列接続された複数のモジュールの動作を制御すること；モジュールと直列に接続された補償部内の記憶装置を充電すること；制御部が、モジュールの電圧制御回路を動作させて、モジュールにより供給される電圧を変化させる際に、対応するが反対方向への電圧における変更を、補償部を介して適用すること；変化の間に、補償部の入力及び出力間の電圧を、増加または減少させて、所望の信号を出力することを含む：電力変換方法が提供される。
【００３５】
好適には、制御部は、システムの直列回路が、補償部の記憶装置への充電を維持する様に、モジュールの各々の電圧制御回路を制御する。
【００３６】
好適には、モジュール内の電源は、第１極性において、入力及び出力間の電圧を提供するか、または、第２極性において若しくは迂回されて、入力及び出力間の電圧を提供するために、切り替えられる。
【００３７】
好適には、制御部は、記憶装置の各々への充電に関する情報を、モジュールの各々から受信し、その結果、各モジュールの内部または外部を切り替えることにより、システムに伝達されて利用可能となる最大及び最小の電圧を決定する。
【００３８】
好適な実施形態においては、制御部は、何れのモジュールが直列回路に常時直列に接続されているかに関する情報に基づき、時間をかけて各モジュール内に格納されたエネルギーを決定することができる様に、モジュール内の記憶装置の容量、及び充電率に関する情報を、監視及び格納する。
【００３９】
好適には、制御部は、一定間隔で格納された電荷に関する情報を、モジュールの各々から受信して、時間をかけて格納された電荷を算出する際に生じるエラーを訂正する。
【００４０】
好適には、補償部により供給される電圧の増加または減少は、パルス幅変調方式を介する。
【００４１】
１つの実施形態においては、制御部は、切替え装置の動作を制御するために、モジュールの各々に対して、制御線経由で、情報を伝達する。
【００４２】
更なる実施形態においては、無線通信は、制御部への情報、及び／または、制御部からの情報を、中継するために使用される。
【００４３】
好適な実施形態においては、１つ以上のモジュールは、出力が、最大及び最小の供給電圧間において変化する際に、モジュールの出力を変動させる。
【００４４】
好適には、直列接続の内部及び外部において記憶装置を切り替えることに起因する電圧変化は、ある速度で変動されて、より高速な切替えからの電磁両立性、及びより低速な切替えに関するエネルギー損失を最適化する。
【００４５】
好適には、モジュールにより供給される電圧は、１０μｓ及び１００ｎｓの間の時間内に、最大及び最小の値の間において、変化する。
【００４６】
好適には、モジュールにより供給される電圧は、約１μｓの時間をかけて、最大及び最小の値の間において、変化する。
【００４７】
ここで、本願発明について、以下の図面を参照しながら、実施例を用いて説明する：
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、本願発明に係る電力変換システムの一部を示すブロック図である；
【図２】図２は、本願発明に係る補償部及びモジュールの切替えを示すグラフである；
【図３】図３は、本願発明に係る補償部の回路の一実施形態を示す図である；
【図４ａ】図４ａは、回路の機能的側面を示すスルーレート回路の概略図である；
【図４ｂ】図４ｂは、システムのモジュールの１つのためのスルーレート回路の一実施形態を示す図である；
【図５】図５は、本願発明に係る保護回路の一実施形態を示す図である；
【図６】図６は、本願発明に係る補償部の回路の第２実施形態を示す図である；
【図７】図７は、本願発明に係る補償部の回路の第３実施形態を示す図である；
【図８ａ】図８ａは、本願発明に係る補償部の回路の第４実施形態を示す図である；
【図８ｂ】図８ｂは、本願発明に係る補償部の回路の第５実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
電力変換システム１０は、概して、出願人の先の国際特許出願である国際公開第２０１２／０１６２８５号及び国際公開第２０１３／０２３２４８号に記載されたタイプである。図１は、システム１０の一般的な構成要素を示すブロック図である
【００５０】
電力変換システム１０は、各々が少なくとも１つの電源に関する複数のモジュール１４を有する。電源は、例えば、太陽電池パネルまたはバッテリであってもよい。
【００５１】
また、モジュール１４の各々も、記憶装置１８を備え、電源の端子に接続されている。記憶装置１８は、電流のパルスを効率的かつ確実に供給するタイプの電解コンデンサまたはバッテリを有するものとしてもよい。モジュール１４が迂回される時に、電源により生成された電力が、使用のために記憶装置１８内に格納され続ける様に、記憶装置１８は、電源からの電荷を格納する。記憶装置１８は、電源から分離していてもよいし、または、電源の一部であってもよい。
【００５２】
これらモジュール１４の各々は、入力及び出力を有する。ＤＣ電圧は、入力及び出力を横断して記憶装置１８から供給可能であり、各モジュール１４の出力が後続のモジュール１４の入力に接続される様に、モジュール１４は、直列に接続されるべきである。従って、電力変換システム１０は、モジュール１４の各々を横断して直列電圧を供給するシステム入力及びシステム出力を有する。該直列電圧は、全てのモジュール１４の入力及び出力を横断して供給される電圧の合計である。
【００５３】
モジュール１４の各々は、電圧制御回路を備え、モジュール１４の入力及び出力を横断して供給される電圧を変化させる。入力及び出力を横断して供給されるモジュール電圧は、電圧制御回路により、最大モジュール電圧及び最小モジュール電圧間において変化するものとしてもよい。電圧制御回路は、上述した様な出願人の先の特許出願に記載される様な切替え装置を有するものとしてもよい。切替え装置は、第１極性において入力及び出力間の電圧を供給するか、または、第２極性において若しくは迂回されて、入力及び出力間の電圧を供給するかのために、切替え可能な記憶装置１８に、接続される。従って、本実施形態においては、最大モジュール電圧は、記憶装置の電圧であり、最小モジュール電圧は、逆極性の記憶装置の電圧である。
【００５４】
概して、主電源信号電圧が、その周期の正の部分において増加する時、モジュール１４は、迂回構成から、記憶装置１８が第１（正の）極性に接続されてシステムの出力電圧を上げて主電源信号を追従する構成へ、切り替えられる。主電源電圧が、周期の正の部分内に落ちる時、モジュール１４は、迂回モードに切り替えられて、合計電圧を下げて主電源信号を追従する。同一のことは、電圧が第２（負の）極性内に供給されて主電源信号を追従する様に、切り替えられるモジュール１４により、主電源周期の負の部分の間にも起きる。出願人の上述した先の特許にも記載されている様に、モジュール１４は、整流された交流信号を、代替的に生成するものとしてもよい。
【００５５】
電力変換システム１０は、切替え装置の動作を制御するための制御部（不図示）を備える。制御部は、切替え装置の動作を制御するために、モジュール１４の各々に対して情報を伝達する制御線に接続される。無線通信方法は、制御部への情報、及び／または、制御部からの情報を、中継するために使用されるものとしてもよい。
【００５６】
制御部は、主電源と通信して、主電源信号の相電圧及び電流に関する情報を受信し、生成された交流信号電圧が主電源と同位相となり、かつ、電流が、主電源システムへの給電に適合する様に制御される様に、モジュールを制御する。
【００５７】
また、システム１０は、モジュール１４と直列に備えられた補償部２０も有する。補償部２０もまた、記憶装置１８及び補償部電圧制御回路２１を有する。記憶装置１８は、システム１０の電源により充電され、制御部により制御される補償部電圧制御回路２１を介して、モジュール１４と直列に、電圧を供給する。
【００５８】
制御部は、モジュール１４の各々及び補償部２０と通信する。制御部は、記憶装置１８の各々への充電を決定することができ、その結果、各モジュール１４の内部または外部を切り替えることにより、最大及び最小の電圧が、システム１０に伝達されて利用可能となる様に、モジュール１４の各々から情報を受信する。制御部は、モジュール１４、２０内の記憶装置の容量、及び充電率に関する情報を、監視及び格納する。制御部は、何れのモジュール１４が直列回路に常時直列に接続されているかに関する情報を有すると共に、直列回路も監視するので、時間をかけて各モジュール内に格納されたエネルギーを決定することができる。更に、制御部は、一定間隔で格納された電荷に関する情報を、モジュール１４、２０の各々から受信して、時間をかけて格納された電荷を算出する際に生じるエラーも訂正する。
【００５９】
制御部は、各モジュール１４の電圧制御回路を動作させて、交流信号の段階的近似を生成するために、最大電圧、最小電圧、及び０電圧の間で、モジュールを切り替える。平滑化交流信号は、補償部２０の動作により生成される。各モジュール１４が、最大電圧、最小電圧、または０電圧を供給する間、補償部電圧制御回路２１は、補償部２０により供給される電圧を増加または減少させる様に、動作する。出力変動の生じる速度は、所望の交流信号の変更速度に追従するためのものである。補償部２０により供給される電圧の増加または減少は、出願人の先の特許出願に記載された様に、ＰＷＭ経由であってもよい。
【００６０】
各モジュール１４が、直列回路にまたは直列回路から切り替えられる時に、制御部は、補償部２０の動作を制御する。具体的には、各モジュール１４が、０電圧から最大若しくは最小の電圧へ、またはその逆方向へ切り替えられる時に、補償部２０の補償部電圧制御回路２１は、補償部２０により供給される電圧レベルにおける、対応するが反対方向への変更を、適用する。例えば、モジュール１４が４０Ｖを供給する様に、制御部が、モジュール１４を、０から直列接続へ切り替える場合には、その後、直列出力が比較的一定値を維持する様に、補償部２０により供給される電圧は、−４０Ｖにより相殺される様に変更される。その後、補償部２０は、従前の通り、増加を継続させる。
【００６１】
図２は、直列接続に切り替えられる２つのモジュール１４の実施例を示す。最初に、補償部２０は、主電源信号に合致する様に上方に変動されるシステムへ電圧‘Ｖc’を供給する。時間Ｔ１において、第１モジュール１４は、電圧Ｖm1’を合計電圧に供給するモジュールの直列接続に切り替えられる。同時に、補償部Ｖc’’により供給される電圧は、供給電圧Ｖm1’と同一の値になるまで低減される。その後、補償部２０により供給される電圧は、再び主電源信号に合致する様に、上方への出力変動を継続する。時間Ｔ２において、更なるモジュール１４が、直列接続に切り替えられ、補償部２０は再び、供給電圧‘Ｖc’を、対応量だけ減少させる。
【００６２】
主電源信号が減少すると、逆のプロセスが発生する。モジュール１４は、直列接続から外へ切り替えられ、モジュール１４により供給される合計電圧を低減させる。補償部２０は、電圧‘Ｖc’を増加させて、その供給により、合計供給電圧が、減少する主電源信号に追従することを可能とする。
【００６３】
図３は、本願発明に係る補償部の回路の実施例を示す。補償部２０は、制御部により制御され、前進または変動する様に命令される。制御部は、補償部２０の一部であってもよい。制御部は、直列接続されたモジュールがどの様に何時切り替えられるか、及び、段階的な方法により主電源の波形に追従する間にモジュールが何れの方向に切り替えられるかを検知する。補償部２０は、命令されて、主電源信号、及び直列接続されたモジュール１４の電圧間における差分を補正する。すなわち、モジュール１４が所定時間に前方へ切り替えられると、その後、補償部は、同時に逆順に切り替えられる様に命令される。主電源電圧の増加が求められると、その後、補償部は、増加する様に命令される。これにより、モジュール１４の直列接続された電圧が、主電源電圧と同一の量だけ、補償部２０に加えられた状態が、維持される。
【００６４】
グリッド噴射のために、主電源電圧は、同様に直列である補償部２０を有する直列接続されたモジュール１４と真向かいに接続される。独立（スタンドアロン）運転のためには、主電源電圧ＡＣの正弦波が望ましい。補償部２０は、直列接続されたモジュール１４の切替えにより生成される階段状の信号、及び所望の正弦波形間における電圧の差分を提供する。
【００６５】
図３を参照すると、電解コンデンサＣ１は、補償部２０の記憶装置を形成する。切替え装置Ｑ１及びＱ２は、記憶装置が回路に切り替えられるレベルを制御する。切替え装置Ｑ７及びＱ８は、パルス幅変調方式（ＰＷＭ）の機能を提供し、モジュール１４の切替えの間にシステム１０に提供される電圧を、増加または減少させる。切替え装置Ｑ３及びＱ４もまた、ＰＷＭを提供してＢでのレベルを制御し、電圧が一段階で増減する量を制御すると共に、切替え装置Ｑ５及びＱ６は、直列接続の内部または外部においてモジュール１４を切り替える時、段階的に機能を提供して補償部２０内の逓増または逓減を制御し、電圧変化を補償する。
【００６６】
図３を参照すると、前進は、点Ｃにおける電圧を逓増すること、または、点Ａにおける電圧を逓減すること、あるいは、その両方を同時に行うことを意味する。後進のためには、点Ｃにおける電圧が逓減されるか、または、点Ａにおける電圧が逓増されるか、あるいは、その両方が同時に行われる。電圧の測定は、Ｃ１の負極上の電圧に対して行われる。
【００６７】
補償部２０は、制御部により制御され、多数の機能を提供する。第１に、補償部２０は、モジュール１４が内部及び外部において切り替えられる時、段階的な電圧変化を補償する。補償部２０は、主電源電圧の形状、及び直列接続されたモジュールの波形形状間における差分を追従する。また、直列回路が、記憶装置１８を充電または放電し、かつ、モジュール１４内の記憶装置１８が、電源により充電される時、補償部２０は、記憶装置１８からの直列に接続された電圧の変化も補償する。また、補償部２０は、段階的な前進の結果として生じる電流変化も、早急に補正すると共に、補償部２０の直列電圧を局所的に調整して、システム１０を介して電流を制御する。
【００６８】
これらの機能の幾つかは、モジュール１４が切り替わる時に、制御部が、コンデンサの電圧が時間をかけて低下すること、及びモジュール１４に関する充電時の出力変動を検知すると共に、システム１０を介した電流が、モジュール１４の記憶装置１８に記憶された電荷を変化させる、という点において、先行的である。補償部の電圧は、時々刻々と、直列接続されたモジュール１４の合計における変化と比較して反対方向に、事前に調整される。
【００６９】
主電源信号に追従するための出力変動の機能は、主電源信号を接続する中継が閉ざされる前に、独立運転または出力強化のために、実行される。
【００７０】
補償部２０は、最初は外部から電源供給されるが、電流が一旦システム内を流れると、前方または逆方向への回路の切替えにより、ループによる電源供給となる。独立運転の間は、ループによる電源供給が維持されることが望まれる。直列接続を横断して備えられる主電源定格コンデンサＣ５、Ｃ６により、補償部においてループによる電源供給を行うための十分な電流が、供給される。負荷条件が無い場合、補償部が、主電源定格コンデンサの無効電流により充電される様に、制御部は、モジュールを配置し、供給されている電圧とは位相を異にして、補償部へ電力を供給する。
【００７１】
他の機能は反応性が高い。切替えステップが生じて、（Ｑ７／Ｑ８のＰＷＭを調整することにより）Ｃに電圧を加えて、切替えに関するエラーを迅速に訂正した直後に、補償部２０は、Ｌ１を横断して増加する電圧を、継続的であるが個別的に監視する（切替えモジュール及び補償部間におけるタイミング及び刻み幅（ステップサイズ）の差分は、上記切替えに関するエラーに繋がり得るものの例である）。また、補償部２０は、抵抗性電流または磁流のセンサ（不図示）を用いて、システムを介して、電流を監視すると共に、（Ｑ７／Ｑ８のＰＷＭを調整することにより）Ｃに対する電圧を増加または減少させて、システム経由の電流を変化させる。
【００７２】
補償部２０は、Ｃ１に対する電圧を０倍から２倍に変化させることのできる刻み幅を有するものとしてもよい。Ｃ１に対する電圧は、Ｃ１に対するほぼ負の電圧から、Ｃ１に対するほぼ正の電圧へ、変動するものとしてもよい。先端部においては、スルーレートは、０％または１００％に達するＰＷＭにより、制限される。補償部は、ＰＷＭの＋／−２００％程度の範囲において、滑らかに変動させることもできる。補償部は、Ａに対する電圧が高い（Ｑ１がオン）時には、０％から１００％への出力変動により、２００％まで変動させ、その後、Ａに対する電圧を低く設定する（Ｑ１をオフにしてＱ２をオンにする）と、０％へ段階的に戻し、更に、１００％まで増加させる。０％へ段階的に戻すには、最初に準備しなければならず、これにより、段階的な戻りの工程が実行される。Ｑ５、Ｑ６の接点に対する電圧は、制御装置により検知される。上記工程を準備するために、Ａが高い時、かつ、ＰＷＭが１００％に達する前に、ステップ（歩幅）電圧Ｂは、Ｑ５、Ｑ６の接点、及びＱ５において、上記電圧まで変動し、Ｃ４をＢに固定するためにオン状態に切り替えられる。ＰＷＭが１００％に達すると、ＰＷＭは、０％まで段階的に低下され、Ｃ４の左側の電圧は、Ｑ５をオフとしてＱ６をオンとすることにより、段階的に低下される。ＰＷＭが２００％まで減少すると、これとは逆の動作が起きる。
【００７３】
補償部２０が段階的変化を補正すると、補償部２０のインダクタＬ１は、電流の変化を抑止する。Ｒ１は、代表的な直列接続されたシステムの特性インピーダンスと等しくなる様に選択されるため、システムは、電圧の瞬間的な変化に起因するエネルギーを最適に吸収する。補償部２０は、パネルの切替え時間を正確に制御することにより、パネル切替えの間の電流変化を事前に防止する。６０ＶのステップかつＬ１＝１０ｕＨの場合における１００ｎｓ早いか遅い切替えタイミングにおいては、瞬間的な電流変化の調整は、＋／−６００ｍＡ程度となる。
【００７４】
補償部２０は、電圧ステップの結果として起きる電流変化を、３つの方法により、反応的に補正する。第一に、補償部２０は、切替えの前後に電圧Ｃ、Ｄを監視すると共に、Ｃを加えて、発生する切替えエラーを迅速に訂正する。重要なこととして、切替えエラーの訂正は、Ｃ及びＤ間の電圧の差分を取り消すために必要な量よりも大きい電圧を事前に瞬間的に加えることも含む。更に、瞬間的に電圧を加えることは、切替えエラーの作用を低減させるのにも役立つ。第二に、補償部２０は、電流変化を監視すると共に、Ｃへの電圧を調整して電流変化を弱めることにより、予期せぬ電流変化に対して、迅速に反応する。第三に、補償部２０は、生じた事前の電流変化の記録を保持すると共に、その後続の（切替え装置に関する）切替え時間を調整して、結果として起きる段階的な電流変化を最小化する。
【００７５】
コンデンサＣ５は、瞬間的な電圧変化に対する耐性を有し、エラーの影響が、コモンモードチョークＴ１を介して主電源に伝達する前に、補償部２０が、切替えエラーを訂正することを可能とする。コモンモードチョークＴ１は、回路内に設けられ、受容し難い一般的なモード切替えのステップインパルスが、主電源に入ることを防止する。コモンモードチョークＴ１並びにコンデンサＣ５及びＣ６は、受容し難い差動電圧が、主電源に入ることを防止するのに役立つ。
【００７６】
Ｂにおける電圧を制御してステップ電圧を設定する場合には、考慮すべき多数の要因が存在する。第一に、点Ｂを変動させて、最小限の量のエネルギーを用いて、補償部２０により段階的な電圧を加える準備をすることが望ましい。アイドリング状態の間に、Ｑ３がハイかつＱ４がローであるＦＥＴを無効にすることにより、効率は、向上する。また、開始時及び終了時の電圧パルスは、不要なＰＷＭ周期を除去することにより、効率を向上する。
【００７７】
また、ステップ電圧が、後続ステップの準備を迅速に行わなければならない時、出力変動は、所定期間、例えば、主電源のスルーレートが高い間は、比較的速い必要がある。急速な変動は、一方の電圧を、二乗コサイン（余弦）曲線（二乗コサインは、ＦＦＴウィンドウから判る）に追従する他方の電圧へ移動させて、共鳴（リンギング）を回避することにより、達成される。二乗コサインに代替可能な好適なものは、電圧パルスをインダクタへ導くことにより、最初に電流を流し始めることである。パルスの合計期間は、通常、ＰＷＭの期間を超える。パルス期間は、電圧、並びにＣ２、Ｃ３及びＬ２の値を用いて、所望のスルーレートから算出される。初期パルスの後、ＰＷＭは、極めて直線的に変動し、レートを変動に適合させて、最終的には、逆極性のパルスが、電流を停止するために実行される。逆極性のパルスは、上記変動を確保する期間が、最小可能時間内に終了する前、かつ、逆転しない内に、僅かに不活性化する。制御部は、変動が終了した後に、電圧を読み込むと共に、後続する更に小さなステップを実行して、Ｂに対する電圧を、更に正確なもの、または到来するステップに更に適したものとするものとしてもよい。更に、Ｂの変動に起因する電圧は、Ｑ５がオン状態にある間、Ｃに対して電圧を生じさせる。補償部は、より低い速度で変動させること、及び／または、Ｑ７及びＱ８上のＰＷＭを訂正することにより、上述の効果を低減させる。
【００７８】
補償部２０が（電流と共に）直列に前方へ切り替えられる時には、補償部の記憶装置Ｃ１は放電され、補償部２０が（電流に反して）逆方向に切り替えられる時には、補償部の記憶装置Ｃ１は充電される。
【００７９】
システムの直列回路が、補償部２０の記憶装置１８への充電を維持することができる様に、制御部は、モジュール１４の各々の電圧制御回路を制御する。制御部は、通常、補償部２０に、より早く直列に逆側への切替えを行わせると共に、より長く直列の状態を維持させて、その電荷を増加させる一方、逆の場合も同様に、電荷のレベルを減少させる。制御部は、切替え対象のモジュールに主電源信号への追従を行わせるＡＣターゲット電圧で動作し、補償部が逆側に切り替えられて、制御部が上記ＡＣターゲット電圧を増加させる平均時間を増加させる。
【００８０】
制御部は、補償部２０の記憶装置１８がヘッドルームレベルを維持する様に、システムを制御する。ヘッドルームレベルは、モジュール１４がシステム内へ切替え可能な最大電圧レベルよりも高い電圧レベルを有する。ヘッドルームレベルは、主電源上での増加が補償部２０により補償可能となる様に、主電源上での急上昇または急増を許容する様に、提供される。補償部がヘッドルームから切れる時、制御部は、別のモジュールを追加するのではなく、より高い電圧モジュールと交換（スワッピング）することを選択するものとしてもよい。パネルを交換するために、補償部は、第一に、小さなステップ（２つのパネル電圧間の差分である刻み幅）を実行する構成を採り、その後、双方のモジュールは、補償部が小さなステップを実行すると同時に、取り換えられる。
【００８１】
補償部２０は、Ｑ５からＱ６への完全な前進を同時に行うことにより、Ｑ２を有する０％の中点を経由して、Ｑ１を有する１００％まで、Ｑ７、Ｑ８のＰＷＭを、滑らかに減少させる。刻み幅は、１００％まで滑らかに変動させるために、１００％に設定されなければならない。刻み幅が１００％未満である場合とは、例えば、補償部２０が、切替え中のモジュール１４を補償している時である。その後、制御部は、補償部２０のステップが、その中点辺りに定着しないまたはその中点辺りから開始しないことを、確実にする。このことは、モジュール切替えのために要求されるステップから１００％までの、及びその逆の場合のステップ電圧を再設定するのに要求される有限時間のために、要求される。
【００８２】
図６は、中点切替え制限を克服する補償部２０の代替的な実施形態を示す。本実施形態においては、左側における切替えは無く、その代わりに、より高い全体の電圧が使用され、点Ａは、Ｃ１ａ、Ｃ１ｂの共通点を動作させる。この配置は、Ｑ５、Ｑ６に追加された変動制御を有する。本実施形態における電磁両立性を改良するために、Ｑ５、Ｑ６の出力変動は、通常、モジュール１４の出力変動と等しくかつ逆方向に生じる。個別の切替え調整器（不図示）は、Ｃ１ａ及びＣ１ｂ間の電荷を移動させるために使用可能である。本実施形態においては、切替え調整器Ｑ３、Ｑ４、Ｌ２を再使用することにより、電荷が、Ｃ１ａ及びＣ１ｂ間を移動する。切替え調整器Ｑ３、Ｑ４、Ｌ２は、Ｑ９ａ、Ｑ９ｂを切り替えることにより再使用され、切替え調整器をＡに接続する。ステッピングのためにステップ電圧Ｂが要求されない場合には、Ｂに対する電圧は、Ａに対する電圧に適合する様に設定される。その後、Ｑ９ａ及びＱ９ｂが切り替えられて、電流が流れ出し、その結果、電荷が、Ｃ１ａ及びＣ１ｂ間を移動可能となる。Ｃ１ａ、Ｃ１ｂの全体の電荷は、ＣがＡと異なる電圧を有する間に受電するために、回路内の補償部２０を切り替える制御部により増加される。制御部は、回路内の補償部２０を平均ＤＣバイアスにより維持することにより、補償部２０を充電すると共に、上述した様なＱ９ａ、Ｑ９ｂを作動させる工程により、Ｃ１ａ及びＣ１ｂ間の電荷を移動させる。
【００８３】
図６のＣ２０を有するＱ２０〜Ｑ２３は、可逆性ステップ発生器を示す。可逆性ステップ発生器は、何れかの実施形態に係る補償部２０と直列に使用することにより、要求される変動及び切替えの電圧を、半分に低減することができる。可逆性ステップ発生器は、Ｑ２１、Ｑ２３の切替えにより、迂回される。可逆性ステップ発生器は、使用時に、補償部２０の生成するステップの数を倍増させるが、補償部２０の動作電圧を、半分強の値まで低減させることにより、効率性を著しく向上させる。制御部は、Ｃ２０に対する電圧を制御する。電圧は、回路内のＣ２０を逆側に切り替えることにより増加し、他の方向に切り替えることにより減少する。制御部は、モジュール１４の最大の刻み幅の約２５％である電圧まで、Ｃ２０を充電する。高電圧モジュールの切替えを補償する際に大きなステップを実行するために、制御部は、補償部２０がＱ５、Ｑ６を交換することによりそのステップを実行するのと同時にＱ２０〜Ｑ２３を交換することにより、Ｃ２０の極性を反転させる。補償部２０は、次の大きなステップに備えて変動すると共に、可逆性ステップ発生器がその最後のステップも‘逆転させる’間中、上記変動とは反対方向に、ステップ発生器と同一サイズのステップを実行する。その後、補償部２０は、出力変動を継続する。
【００８４】
図７は、図３の中点変動制限を克服するための２つの方法を提供する補償部２０の他の代替的な配置を示す。第１の代替手段は、Ｑ１０ａ、Ｑ１０ｂを追加して、制御部のための代替的なステップの選択肢を提供する。０％（または１００％）のＰＷＭへの前進を回避するために、制御部は、Ｃ１ａ、Ｃ１ｂの中点への切替え、後続ステップの設定中における更なる変動、及び、その後における残りの道のりへの通常同一方向へのステップにより、部分的なステップを補償部２０に実行させる。電磁両立性を改良して、補償部の電圧をモジュール１４に、より正確に適合させるために、通常は、より小さな中間ステップを、使用することもできる。Ｑ９は、Ｑ１０ａ、Ｑ１０ｂの使用に対する、代替または追加として、使用される。補償部２０は、点Ｂに対する電圧を、第１出力変動後の所望のステップにとって最適となる様に調整し、Ｑ５ａ及びＱ５ｂが、Ｃ４をＢに接続することを可能とするＱ９、Ｑ６の接点に対する電圧へ、Ｂを適合させる。上記ステップを実行する時が来ると、制御部は、Ｑ９をオンにして正のステップを選択するか、または、Ｑ６をオンにして負のステップを選択する。この配置により、補償部２０は、後続する１００％のステップの選択肢を有することにより、正または負の何れの方向へも、出力変動と共に、中点ステップを早急に追従することができる。Ｑ１及びＱ２を同時に交換する一方で、Ｑ９及びＱ６間のステッピングを行うことにより、１００％のステップが実行される。
【００８５】
図８ａは、調整可能な電圧可逆性ステップ発生器から形成される補償部を示す。Ｌ３０及びＣ３０を有するＱ３４、Ｑ３５は、切替え調整器を形成する。切替え調整器は、Ｑ３０及びＱ３２のドレインに対する電圧を制御し、０％から１００％へまたはその逆方向へ、変動されるものとしてもよい。ステップ及び電荷は、図６の可逆性ステップ発生器と同様に、動作を制御する。この様な補償部の配置は、同一の変動及びステップの特徴を有するが、低コストで容易に作成可能であり、図３〜図７の補償部よりも高効率である。
【００８６】
以下、実施例を参照して、動作について説明する。最初に、Ｑ３１、Ｑ３２をオン状態とし、切替え調整器Ｑ３４、Ｑ３５をｐ％に設定して開始することを想定する。Ｃへの電圧は、Ａへの電圧よりも、Ｃ３１の電圧×ｐ％／１００だけ、高い。もし、ｐ％から０％を経由してｑ％まで、反対方向に変動させる必要がある場合、かかる変動は、Ｑ３４、Ｑ３５を０％まで減少させる出力変動、Ｑ３１、Ｑ３２をＱ３０、Ｑ３３へ交換すること、及び、その後に再びｑ％まで増加させる出力変動を含む。ｑ％に達すると、Ｑ３０、Ｑ３３は、ステップを実行するＱ３１、Ｑ３２まで、交換により戻される。上記ステップが実行されると、全周期が完了したこととなる。動作中に、制御部は、ｑ％を選択するため、Ａ２への電圧は、切替え対象のモジュールの電圧の半分であり、かつ、出力変動レート（ランプレート）は、波形に適合する様に選択される。本実施形態においては、システム内のＡからＣへの電流もまた、インダクタＬ３０を通って流れ、Ｑ３０、Ｑ３３がＱ３１、Ｑ３２へ交換されると、逆方向の流れとなる。この電流方向の逆転は、Ｃ３０に対する受容し難い電圧パルス、及び電圧Ａ２の共鳴を生じさせる可能性がある。図８ｂは、この様な問題を克服するための配置を示す。
【００８７】
図８ｂは、調整可能な電圧可逆性ステップ発生器から形成される補償部２０を示す。Ｑ３４〜Ｑ３９は、二極スイッチとして機能し、制御部は、Ｑ３０〜Ｑ３３が交換されると同時に、インダクタの極性を交換する。これにより、電圧パルス、及びこれに関連するＣ３０上での共鳴が防止される。補償部２０として用いられる時の外部電源の対称的な切替え特性が、補償部２０におけるループによる電源供給を妨げるため、図８ｂの回路は、外部電源により電力供給される。
【００８８】
図８ｂに示すタイプの２つの直列接続された補償部２０は、１０００Ｖacの高いｄＶ／ｄｔを有する一連の太陽光発電所に適している。２つの補償部２０を有することにより、ＡＣ電圧が０Ｖを通って変動する時の高いｄＶ／ｄｔは、同時に変動する双方の補償部で共有される。双方の補償部は、動作中に、互いに密な通信を行い、各補償部は、上記一連のモジュールを半分ずつ制御する。高いスルーレートの間、各補償部は、制御対象の一連のモジュールと連携して、主電源ＡＣ波形の内、自補償部に対応する部分を生成する。２つの補償部は、小さなステップを実行する準備として、他方が減少する間に一方が増加することにより、協働して、２つのパネル交換を訂正するための小さなステップを実行する。２つの補償部は、充電または放電を順次交換することにより、電力レベルの調整を交代で行う。補償部２０は、協働して、補償部２０の電力レベルを調整する。補償部２０は、上記ｄＶ／ｄｔが低い間、波形の上部及び下部へ向けて、補償部２０の電力レベルを制御する。
【００８９】
上述したシステムを使用することにより、各モジュール１４内の切替え調整器を使用する場合と比較して、複雑さが低減される。しかしながら、モジュール１４を切り替えるステップにより、電磁両立性が減少する可能性が新たに生じ得る。
【００９０】
切替えに関する電磁両立性の低減を防止するために、各モジュール１４は、スルーレート制御回路を備える。スルーレート制御回路は、モジュール１４の出力が、最大及び最小の供給電圧の間において変化する時に、上記出力を変動させるために、設けられる。
【００９１】
スルーレート制御回路は、モジュール１４の直列接続の内部及び外部において、記憶装置１８を切り替えることに起因して電圧が増減する時に、上記出力を変動させるために、設けられる。スルーレートは、より高速な切替えをした際に生じる電磁両立性の悪化、及びより低速な切替えをした際に生じるエネルギー損失の間において、最適化される様に選択される。スルーレート制御回路は、モジュール１４の供給する電圧を、１００ｎｓ〜１０ｓ間の時間における最大及び最小の値の間において、変更させる。上記時間は、約１ｓが好ましい。
【００９２】
図４は、スルーレート制御回路４０を有するモジュール１４の１つの中に有る回路の実施例を示す。スルーレート制御回路４０は、スルーレートを制限するコンデンサＣ１内に電流を供給することにより、上記変動を生成する。電流は、制御可能であり、Ｑ１の切替えにより、コンデンサを充電するまたはコンデンサから放電する様に、制御される。電流の充電により、カレントミラーＱ２による高速な変動が可能となり、変動電流は、Ｑ３に蓄積されて、大容量のＦＥＴであるＱ４を高速に駆動させる。ローカル制御装置は、変動が、進行中であり、かつ、ＦＥＴのＱ４を完全にオン（またはオフ）状態とするのに十分な長さを有する間、コンデンサの変動を、常時高い電流において生じさせる。ＦＥＴのＱ４が完全にオン（またはオフ）状態にされた後、ローカル制御装置は、変動回路にパルスを発して、保持コンデンサＣ１を、充電または放電状態に維持するが、低く十分なＰＷＭにより、著しく、熱を低減させると共に効率性を向上する。
【００９３】
図４ａを参照すると、‘Ｌｏ減少変動’上の正のパルスにより追従される‘Ｈｉ減少変動’上に正電極を保持することにより、高速ＦＥＴの下方への変動が、実現される。これとは反対の上方への変動は、‘Ｈｉ増加変動’上の正のパルスにより追従される‘Ｌｏ増加変動’上に正電極を保持することにより、実現される。
【００９４】
変動電流は、スルーレートを変化させる様に調整されると共に、変動から変動への移行を丸めることにより電磁両立性を更に改良する様に、上記移行中に調整されるものとしてもよい。変動電流ひいてはスルーレートは、ステップからステップへジッター（わずかな変動）されるため、より高い周波数における電磁両立性は、複数の周波数を横断して拡散する。また、制御部は、定期的にモジュールの切替えを回避して、低周波における電磁両立性を改良する。
【００９５】
電磁両立性を更に改良するために、各モジュール１４は、モジュール１４の切替え中に生成される可能性のある信号リンギングを低減させるために設けられた直列インダクタ及び並列レジスタを有する。更なる直列インダクタ及び並列レジスタは、直列接続されたモジュールの端部の一方または双方に設けられ、電磁両立性を更に改良する。直列接続されたモジュール１４の端部に設けられた直列インダクタ及び並列レジスタは、モジュール内に設けられたインダクタ及びレジスタのインダクタンス値及び抵抗値の少なくとも３倍のインダクタンス値及び抵抗値を有する。
【００９６】
１つの実施形態においては、例えば、各モジュール１４用の直列インダクタ及び並列レジスタは、４７０ｎＨ及び１８Ωの値を有し、直列接続されたモジュール１４の端部に設けられた直列インダクタ及び並列レジスタは、１０μΗ及び１００ Ωの値を有し、かつ、Ｌ１及びＲ１として補償部内に組み込まれると共に、エンドコネクタ（不図示）内に組み込まれる。
【００９７】
本願発明に係るシステム１０により解決されるべき更なる問題は、システム内において高電流を生成する可能性のある主電圧の急増または急上昇に関する。図５を参照すると、システム１０は、モジュール電流と直列に動作し得る、少なくとも１つの放熱回路３０を有する。放熱回路３０は、１つ以上の電子切替え器と並列接続された放熱装置を有する。例示する実施形態においては、電子切替え器は、一般的なソースを備えた連続したＦＥＴ３２を有し、放熱装置は、金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）３４を有する。過電圧または過電流の何れかが、システム１０内に設けられたセンサにより検出されると、放熱回路３０は、電圧の急増を防止する。上記切替え器は、主電源と直列接続されると共に、電圧ＢをＡ〜０ｖに設定することにより、オフ状態に切り替えられ、損傷からシステムを保護する。
【００９８】
システムが急増または急上昇を検出すると、電気スイッチ３２は、電流がＭＯＶ３４を通って流れる様に、開かれる。ＭＯＶ３４は、全ての電流がＭＯＶ３４に行き渡る電圧降下が、スイッチ３２が定格化される最大電圧よりも低くなる様に、選択される。これにより、スイッチ３２は、ＭＯＶ３４により損傷から保護され、ＭＯＶ３４は、急増または急上昇中に、エネルギーを放散する。
【００９９】
この様なタイプの放熱回路は、保護回路が、システム内の装置を保護するための他の手段を有する、各モジュール１４内において、保護回路の一部として設けられるものとしてもよい。また、保護回路は、ＦＥＴ３５をオフ状態にするための変動制御レート制御回路４０を作動させるための手段も有する。主電源から、急増または急上昇により生じる直列回路の電流が、記憶装置１８により吸収される様に、ＦＥＴ３５は、（最大変動において）迅速にオフ状態とされる。ローカル制御装置は、記憶装置１８に対する電圧を監視し、下方の装置３５を、過電圧による損傷が生じる前に迂回モードを作動させる０Ｖへ切り替えることにより、過電圧からモジュールへの損傷を防止する。ローカル制御装置が、電流が、損傷を引き起こさないレベルまで低下したことを判定可能となるまで、または、主電源の周期が終了するまで、迂回モードは、継続する。この様な方法により、少なく充電された方のモジュールは、エネルギーの吸収を継続し、通常は十分な数のモジュールが、迂回モード以外に残り、急増する電圧に抵抗する。ダイオード３７は、保護装置３０、及び補償部の電力供給レール間に追加されて、関連する切替え回路を保護する。
【０１００】
モジュール１４は、保護回路の動作を制御するために設けられた電流センサを有する。センサは、複数のレベルを検出すると共に、検出されたレベルに基づき、直ちにまたは遅れて、保護回路を作動させるために設けられる。各モジュール１４のセンサは、第１レベルの検出後所定の遅延時間で保護回路が作動される第１レベルを検出する様に、構成される。また、センサは、第２レベルも検出する様に構成され、第２レベルは、保護回路が遅延無く作動されるべき第１レベルよりも大きい。
【０１０１】
この様な配置は、保護回路がオン状態にある時に、モジュールの１つが、第１過電流レベルにより作動されることを確実とするが、他のモジュール１４の各々の過電流センサが、過電流を検出し、これらの保護回路を作動させることもまた、確実にするための時間は、許容される。しかしながら、過電流が、モジュール１４の構成要素に対して損傷が引き起こされるであろうレベルにより近いレベルである第２過電流レベルを超えると、その後、保護回路は、早急に作動される。時間周期は、過電流のレベルに応じて、調整可能である。残りの時間は、全てのモジュールが過電流を検出することを確実とするのに十分長く、かつ、損傷から保護するのに十分短い時間である。これにより、過電流の結果として生じるエネルギーは、システム１０の至る所において均等に、吸収及び／または放散されることが可能となる。第２過電流レベルの感知に伴う保護回路の作動は、好適には、ローカル制御装置または制御部による制御下というよりも、モジュール１４内のハードウェアにおいて、実行される。
【０１０２】
関連技術の当業者にとって、本願発明の基本的な発明概念から逸脱することなく、上述した実施形態に対し、既に記載した修正及び改良に加えて、様々な修正及び改良を施すことが可能であることは、容易に明らかであろう。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【国際調査報告】
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