(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギ入力としてＤＣ電力を受け取り、ＡＣ電力出力をＡＣ電力網へ送出するように設計され、ＡＣ電力出力に関する複数の所定の値を有する制御電流源のための制御システムであって、
ａ．前記制御電流源に接続可能であり、前記制御電流源を制御するために、入力として、前記ＡＣ電力網における少なくともリアルタイムの電圧特性を表す電圧フィードバック信号を供給する電圧信号デバイスと、
ｂ．前記制御電流源からの前記ＡＣ電力出力の特性の関数として制御用の電流信号を生成する電流調整器であって、前記制御用の電流信号は、前記ＡＣ電力出力の出力電圧における変化を制御するために用いる信号であり、前記電圧フィードバック信号および基準電圧信号を入力電圧信号として受信してそれらの入力電圧信号の差を求める又は比較を行う手段と、前記差を求める又は比較を行う手段の出力を受信し、その出力に対して利得を与えて、前記制御用の電流信号を生成する抵抗手段とを含む、電流調整器と
を備え、
前記抵抗手段の抵抗は、前記制御電流源の前記ＡＣ電力出力に関する前記複数の所定の値に基づいて計算されるものであり、前記複数の所定の値は、所定の出力電圧値および所定の電流値を含み、前記制御システムの動作は前記制御用の電流信号の関数として制御され、前記制御用の電流信号は前記電圧フィードバック信号の関数として制御される、
制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載の制御システムであって、前記制御電流源が、入力として前記電圧フィードバック信号を受け取るように前記電圧信号デバイスに接続される、制御システム。
【請求項３】
請求項２に記載の制御システムであって、前記制御電流源は電力コンバータである、制御システム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムであって、
ａ．実電流コマンド信号を提供する第１供給源と、
ｂ．無効電流コマンド信号を提供する第２供給源と、
ｃ．前記制御用の電流信号、前記実電流コマンド信号、及び前記無効電流コマンド信号を加算して、前記制御電流源の動作を制御するための合成した電流信号を生成する加算ユニットと
を更に含むシステム。
【請求項５】
ＡＣ電力網に接続され、ＡＣ電力出力を前記ＡＣ電力網へ提供するように設計され、ＡＣ電力出力に関する複数の所定の値を有する電力コンバータの動作を制御する方法であって、
ａ．前記電力コンバータからの出力電圧を表す基準ＡＣ電圧信号を提供するステップと、
ｂ．制御用の電流コマンド信号を生成するステップであって、前記制御用の電流コマンド信号は、前記ＡＣ電力出力の出力電圧における変化を制御するために使用される信号であり、前記基準ＡＣ電圧信号と前記ＡＣ電力網のリアルタイムの電圧特性を表すフィードバック信号との差と、抵抗とに基づいて生成されるものであり、前記抵抗の抵抗値は、前記ＡＣ電力出力に関する前記複数の所定の値に基づいて計算されるものであり、前記複数の所定の値は、所定の出力電圧値および所定の電流値を含むものである、ステップと、
ｃ．前記制御用の電流コマンド信号および前記基準ＡＣ電圧信号に基づいて前記電力コンバータの動作を制御する電圧コマンド信号を生成し、前記電力コンバータへ前記電圧コマンド信号を供給するステップと
を含む方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、
ａ．実電流コマンド信号を提供するステップと、
ｂ．無効電流コマンド信号を提供するステップと、
ｃ．前記実電流コマンド信号、前記無効電流コマンド信号、及び前記制御用の電流コマンド信号を合成して合成電流コマンド信号を生成するステップと、
ｄ．前記合成電流コマンド信号に基づいて前記電圧コマンド信号を生成するステップと
を更に含む方法。
【請求項７】
分散型発電ネットワークであって、
ａ．ＡＣ電力を供給するＡＣ電力網と、
ｂ．ＤＣ電力を供給するＤＣ電力源と、
ｃ．前記ＡＣ電力網及び前記ＤＣ電力源に接続され、前記ＤＣ電力を前記ＡＣ電力に変換する電力コンバータであって、定格出力電圧値および定格出力電流値を有する電力コンバータと、
ｄ．前記電力コンバータに接続され、前記電力コンバータの動作を制御する電圧コマンド信号を供給する制御システムであって、
（ｉ）前記ＤＣ電力源により供給される前記ＡＣ電力における電圧を表すものであり、前記ＡＣ電力網の少なくとも１つのリアルタイムの電圧特性を表すものである電圧フィードバック信号と、
（ｉｉ）前記電力コンバータへ供給される基準ＡＣ電圧信号と、前記電圧フィードバック信号と、抵抗との関数としての制御用の電流信号と
を生成するものであり、更に、前記電圧コマンド信号を、前記電圧フィードバック信号と、前記制御用の電流信号と、前記基準ＡＣ電圧信号とに基づいて生成するものであり、前記抵抗の抵抗値は、少なくとも前記定格出力電圧値および前記定格出力電流値に基づいて計算されるものである、制御システムと
を備えるネットワーク。
【請求項８】
請求項７に記載のネットワークであって、
ａ．前記基準ＡＣ電圧信号を提供する第１供給源と、
ｂ．実電流コマンド信号を提供する第２供給源と、
ｃ．無効電流コマンド信号を提供する第３供給源と
を更に含み、
ｄ．前記制御システムが、前記電圧コマンド信号を、前記基準ＡＣ電圧信号、前記実電流コマンド信号、及び前記無効電流コマンド信号の関数として生成する、
ネットワーク。
【請求項９】
無停電電源装置であって、
ａ．ＡＣ電力を供給するＡＣ電力網と、
ｂ．ＤＣ電力を供給するＤＣ電力源であって、前記ＤＣ電力を生成するのに燃料を直接には使用しないＤＣ電力源と、
ｃ．前記ＡＣ電力網及び前記ＤＣ電力源に接続され、前記ＤＣ電力を前記ＡＣ電力に変換する電力コンバータであって、定格出力電圧値および定格出力電流値を有する電力コンバータと、
ｄ．前記電力コンバータに接続され、前記電力コンバータの動作を制御する電圧コマンド信号を供給する制御システムであって、
（ｉ）前記ＤＣ電力源により供給される前記ＡＣ電力における電圧を表すものであり、前記ＡＣ電力網の少なくとも１つのリアルタイムの電圧特性を表すものである電圧フィードバック信号と、
（ｉｉ）前記電力コンバータへ供給される基準ＡＣ電圧信号と、前記電圧フィードバック信号と、抵抗との関数としての制御用の電流信号と
を生成するものであり、更に、前記電圧コマンド信号を、前記電圧フィードバック信号と、前記制御用の電流信号と、前記基準ＡＣ電圧信号とに基づいて生成するものであり、前記抵抗の抵抗値は、少なくとも前記定格出力電圧値および前記定格出力電流値に基づいて計算されるものである、制御システムと
を備える無停電電源装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の無停電電源装置であって、負荷が、前記無停電電源装置に接続されるものであり、前記ＡＣ電力網と前記負荷とを選択的に接続するスイッチと、前記スイッチの動作を制御するコントローラとを更に含む無停電電源装置。
【請求項１１】
分散型発電ネットワークであって、
ａ．主として誘導性である分散型発電ＡＣ電力ネットワークにおいて互いに接続された複数の電力源と、
ｂ．少なくともいくつかが並列に接続され、それぞれが前記複数の電力源の１又は複数のものに接続される複数の電力コンバータと、
ｃ．複数の制御システムであって、それぞれが、請求項１に記載の制御システムにより構成され、それぞれが、前記複数の電力コンバータの少なくとも１つに接続され、且つそれぞれが、前記ＡＣ電力ネットワークにおけるＡＣ電力の特性の関数として制御用の電流信号を生成する電流調整器を含む、複数の制御システムと
を備え、
ｄ．前記複数の制御システムのそれぞれが、それぞれの前記制御システムに接続される別の制御システムを必要とせずに、前記複数の電力コンバータの前記少なくとも１つを制御する、
ネットワーク。
【請求項１２】
無停電電源装置であって、
ａ．電力を供給する複数の制御電流源を有する分散型発電ＡＣ電力網であって、前記複数の制御電流源が並列に接続される、分散型発電ＡＣ電力網と、
ｂ．前記制御電流源の動作を制御する複数の制御システムであって、該複数の制御システムのそれぞれが、請求項１に記載の制御システムにより構成され、（ｉ）それぞれの前記制御システムへ接続される別の制御システムを必要とせずに、少なくとも１つの前記制御電流源を制御することができるものであり、（ｉｉ）前記ＡＣ電力網におけるＡＣ電力の特性の関数として制御用の電流信号を生成する電流調整器を含むものである、複数の制御システムと、
ｃ．前記分散型発電ＡＣ電力網を負荷に選択的に接続するスイッチと
を備える無停電電源装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の無停電電源装置であって、前記複数の制御電流源の少なくともいくつかが、前記電力の生成において燃料を直接に使用しない、無停電電源装置。
【請求項１４】
ＡＣ電力網であって、
ａ．ユーティリティーＡＣ電力グリッドと、
ｂ．前記ＡＣ電力グリッドに接続された分散型発電ＡＣ電力網であって、
ｉ．互いに並列に接続されるものであり、電力を供給するための複数の制御電流源と、
ｉｉ．前記制御電流源の動作を制御する複数の制御システムであって、該複数の制御システムのそれぞれが、請求項１に記載の制御システムにより構成され、（ｉ）少なくとも１つの前記制御電流源の動作を、それへ接続された別の制御システムを必要とせずに制御するものであり、且つ（ｉｉ）ＡＣ電力網におけるＡＣ電力の特性の関数として制御用の電流信号を生成する電流調整器を含むものである、複数の制御システムと
を含む分散型発電ＡＣ電力網と
を備えるＡＣ電力網。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
先の出願の情報
［０００１］  本出願は、３００１年７月２３日出願の仮出願番号第６０／３０７，６５８号の特典を主張する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
［０００２］  世界中で開発中の多くのタイプの新しい分散型発電（ＤＧ）及びエネルギ蓄積に関する製品がある。これらには、燃料電池、フライホイール、先端技術の電池、マイクロタービン、スターリング・エンジン、風力タービン、太陽電池、及び２重層コンデンサが含まれる。これらの機器はそれぞれ、その出力端に、有用な交流（ＡＣ）電力を作り出すための電子式電力インバータを必要とする。一般に、この電力は、５０又は６０Ｈｚの単相又は３相電力である。
【０００３】
［０００３］  これらの機器を互いにかつユーティリティ・グリッドに接続するための数多くの技術が特許及び文献に記載されている。これらすべての技術では、並列の電力コンバータの使用を含む。こうしたコンバータは２種類に分類される。即ち、コンバータの直流（ＤＣ）側で機器を並列にされるデバイス、またはコンバータのＡＣ側で並列にされるデバイスである。
【０００４】
［０００４］  ＤＣ側で機器を並列に接続する考え方では、１台の大型インバータを使用することができ、それによってインバータ（逆変換装置）のコストが下がる。今日では、ＤＣ側で機器を並列にする動機付けは以前ほど大きくない。なぜなら、複数のインバータ・システム用の制御装置のコストが大きく下がったからである。大きいシステムの場合、ＤＣ側の技術では、ＤＣ配電システムを使用する。この場合、それぞれの分散型発電機はＤＣ配電システムへＤＣ電力を供給し、それぞれの負荷はそれ自体のインバータを有する。このシステムでは、１つのインバータが故障すると、負荷の損失が生じることになる。
【０００５】
［０００５］  ＡＣ側で機器を並列にすると、負荷が交流なので、本来、信頼性がより高くなる。１つの機器が故障しても、いくらかの余分な能力がある限り、負荷へのＡＣ電力を落とす必要はない。
【０００６】
［０００６］  複数の電力用電子ユニットを並列に接続するのに用いる典型的な方法は、１つをマスタにし、残りをスレーブにすることである。電圧源がマスタであり、電流源がスレーブである。この方法は、負荷が線形的であり、急激なサージがなく、有電力のみを引き出す場合には、うまく機能する。これらすべての特徴が揃っていないと、問題が生じ得る。これらの問題は、並列に接続されたインバータ間で高帯域制御システムを使用することによって、ある程度は克服することができる。しかし、一般に、これらの制御システムは、大規模又は分散したシステムには適用可能ではない。更に、並列に接続されたインバータ間で高速の通信が必要とされるので、並列冗長電力システムでは一点故障問題が生じることになり、従って、マスタ・スレーブ方式の信頼性が低くなる。
【０００７】
［０００７］  ＡＣ電力システムにおいて並列接続インバータ間で、インバータに接続された制御回路を使用せずに、負荷を分担するための機器が開発されてきた。このようなシステムの例が、タシティノ・ジュニア（Ｔａｓｓｉｔｉｎｏ，Ｊｒ）他の米国特許第５，７４５，３５６号、及びワラース（Ｗａｌｌａｃｅ）他の第６，１１８，６８０号に記載されている。負荷の分担に必要な情報は、これらのシステムの各インバータの出力から得られる。各インバータの出力は、この情報に基づいて調整され、それによって、システムのすべてのインバータが等しく負荷を分担する。しかし残念ながら、これらのシステムでは、電流の高調波及び過渡状態が分担されるとは考えられず、また、明らかに無効電流も分担されない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明の概要
［０００８］  本発明の一態様は、エネルギ入力としてＤＣ電力を受け取り、ＡＣ電力網へ送出するためのＡＣ電力出力を提供する制御電流源のための制御システムであり、このＡＣ電力出力は出力電圧を有するものである。この制御システムは、制御電流源に接続可能な電圧信号デバイスを備え、電圧信号デバイスは、制御電流源を制御する入力としての、ＡＣ電力出力の電圧を表す電圧フィードバック信号を提供する。更に、この制御システムは、制御電流源からのＡＣ電力出力の特性の関数として制御用の電流信号を生成する電流調整器を備える。以下、この制御用の電流信号をインピーダンス電流信号といい、この電流調整器をインピーダンス電流調整器という。
【０００９】
［０００９］  本発明の別の態様は、ＡＣ電力網へＡＣ電力を供給するシステムである。このシステムは、基準ＡＣ電圧信号を提供する第１供給源と、実電流コマンド信号を提供する第２供給源と、無効電流コマンド信号を提供する第３供給源と共に使用するためのものである。このシステムは、ＤＣ電力源と、ＤＣ電力を、出力電圧を有するＡＣ電力に変換するコンバータとを有する制御電流源を含む。このシステムは、合成電流コマンド信号を生成する電流コマンド・ユニットも含む。この電流コマンド・ユニットは、制御電流源に接続され、第１及び第２供給源に接続可能である。この電流コマンド・ユニットは、インピーダンス電流信号を提供するインピーダンス電流調整器と、インピーダンス電流を、第２供給源からの実電流コマンド信号へ及び第３供給源からの無効電流コマンド信号へ加えて、合成電流コマンド信号を生成する加算ユニットとを含む。
【００１０】
［００１０］  本発明の別の態様は、ＡＣ電力網に接続され、ＡＣ電力出力を供給する電力コンバータの動作を制御する方法である。この方法は、１つのステップとして、電力コンバータからの出力電圧を表す基準ＡＣ電圧信号を提供することを含む。次いで、制御用の電流コマンド信号（以下、インピーダンス電流コマンド信号）が生成されるが、ここで、このインピーダンス電流コマンド信号は、基準ＡＣ電圧信号に基づいて生成されるものである。次に、このインピーダンス電流コマンド信号に基づいて電力コンバータの動作を制御する電圧コマンド信号が生成され、この電圧コマンド信号が電力コンバータへ供給される。
【００１１】
［００１１］  本発明の別の態様は、分散型の電力生成網である。この生成網は、ＡＣ電力を供給するＡＣ電力網と、ＤＣ電力を供給するＤＣ電力源とを備える。更に、この生成網は、ＤＣ電力をＡＣ電力に変換する電力コンバータを含む。この電力コンバータは、ＡＣ電力網及びＤＣ電力源に接続される。この生成網は、電力コンバータに接続された制御システムを更に含み、この制御システムは、電力コンバータの動作を制御する電圧コマンド信号を供給する。この制御システムは、（ｉ）前記ＤＣ電力源によって提供される前記ＡＣ電力の電圧を表す電圧フィードバック信号と、（ｉｉ）前記ＤＣ電力源によって提供されるＡＣ電力の関数としてのインピーダンス電流信号とを生成する。更に、この制御システムは、電圧フィードバック信号及びインピーダンス電流信号に基づいて電圧コマンド信号を生成する。
【００１２】
［００１２］  本発明を説明するために、現時点で好ましい本発明の形態を図面に示す。ただし、本発明は、図面に示すそのままの構成及び手段に限定されないことを理解されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
［００１３］  図１を参照すると、本発明は、電力変換装置（電力コンバータ）２２をＡＣ電力網２４に接続するため、およびこの電力コンバータを制御するために設計されたシステム２０である。本発明により、任意の数の電力コンバータ２２を、それら複数の電力コンバータ２２に接続される別個の制御システムを必要とせずに、同じＡＣ電力網２４へ並列に接続することが可能となる。ＡＣ電力網２４は、従来型のユーティリティ・グリッド又は分離した電力網とすることができる。システム２０は、単相及び３相システムの何れに対しても働く。
【００１４】
［００１４］  システム２０は、電池、フライホイール、光起電力パネル又は燃料電池などのＤＣ電力源３０とＡＣ電力網２４との間に接続される。具体的には、ＤＣ電力源３０は、それが生成する電力が電力コンバータ２２へ供給されるように、接続される。
【００１５】
［００１５］  電力コンバータ２２は、ＤＣ電力をＡＣ電力に変換する任意の従来型のコンバータ、例えば、参照により本明細書に援用する米国特許第２，８２１，６３９号及び５，１９１，５１９号に記載のタイプのコンバータを含み得る。電力コンバータ２２は、理想的な単位利得増幅器と考えることができる。実際、波形を追従することができる任意の装置が、本発明では、電力コンバータ２２として含まれる。
【００１６】
［００１６］  一実施形態では、電力コンバータ２２は、出力を線形化するための補償（図示せず）及びパルス幅変調（ＰＷＭ）制御（図示せず）を有するスイッチング電力コンバータ・ハーフ・ブリッジ（図示せず）とすることができる。一般に、この補償は不感時間補償であり、必要な場合にはＤＣ入力電圧フィード・フォワードである。不感時間補償は、各ＰＷＭ入力信号に対する少量の固定オフセットである。このオフセットは、出力電流の極性に応じて正か負の何れかとなる。このオフセットの振幅は、スイッチ不感時間とスイッチング期間との比に比例する。不感時間補償は、切替え（スイッチング）中の電圧制御の瞬時損失を補償するために提供される。ＤＣ電圧補償は、ＰＷＭへ行く信号を、それが不感時間補償へ行く前に、実際のＤＣ電圧を公称ＤＣ電圧で割った値で割ることによって行われる。こうすると、電力コンバータの利得がＤＣ電圧とは無関係になる。ＤＣ入力が良く制御されている場合には、この補償を行う必要がないこともある。
【００１７】
［００１７］  他の実施形態では、電力コンバータ２２をインバータとしてよい。適当なインバータには、単相及び多相のあらゆるタイプのＰＷＭ又は共振型のインバータが含まれる。実際、増幅器又は電動機駆動装置のように基準波形を追従することができる、ＡＣ電力生成用の任意の電力インバータが含まれる。
【００１８】
［００１８］  ＡＣ電力網２４を、ＡＣ電力網の線路インピーダンス３２、負荷インピーダンス３４、及び有効ＥＭＦ３６によって概略的に示す。負荷インピーダンス３４は、システム２０により与えられる負荷に関連するインピーダンスであり、線路インピーダンス３２は、ＡＣ電力網２４にそれ以外に存在するインピーダンスである。負荷インピーダンス３４は、極めて動的であり、しばしば非線形およびリアクタンス性である。線路インピーダンス３２は、動的の度合いがより低く、通常は極めて誘導性であり得る。一般に、有効ＥＭＦ３６は、基本周波数が５０又は６０Ｈｚで、予想される電圧の±１０％以内の正弦波であり、一般に、基本周波数の奇数調波において最大で数％の高調波歪みを有し得る。ＡＣ電力網２４は、システム２０が用いられる環境であり、これは本発明を最も広く定義したときの一部である。ＡＣ電力網２４は、ユーティリティ・グリッド又は分離した電力網であり得る。
【００１９】
［００１９］  システム２０は、電力コンバータ２２の出力とＡＣ電力網２４との間に接続されたフィルタ４０を含み得る。一実施形態では、フィルタ４０は、電力コンバータ２２と線路インピーダンス３２との間で互いに直列に接続されたインダクタ４２及び４４を含む減衰型のＬＣＬ  Ｔ形フィルタである。また、フィルタ４０は、互いに並列に接続され且つ負荷インピーダンス３４に並列に接続されたコンデンサ４６及び４８と、コンデンサ４６に直列に接続された抵抗５０とを含む。コンデンサ４６及び４８は、インダクタ４２と４４との間の、フィルタ４０のＴ点５２に接続される。
【００２０】
［００２０］  この実施形態のフィルタ４０により、電力コンバータ２２からのリップルのフィルタリングが行われ、電力コンバータの電流を制御するインピーダンスが得られる。また、この実施形態のフィルタ４０により、ＡＣ電力網２４の負荷がシステム２０の安定性に大きな影響を及ぼさないように、システム２０の他のエレメントに対するある程度の高周波分離も提供される。この実施形態では、これらのインダクタは、約５％インピーダンス（６０Ｈｚにおける定格電圧を定格電流で割ったものの５％）であり、フィルタ４０のコーナ周波数は約３ｋＨｚでありＱは約４である。場合によっては、システム２０からフィルタ４０を省略することが望ましいことがあり、本発明には、当業者に周知の他のフィルタも含まれる。何れにしても、Ｔ点５２におけるＡＣ電力の特性は、電力コンバータ２２の出力とＡＣ電力網２４との間にフィルタ４０が配置されるために、線路インピーダンス３２、負荷インピーダンス３４、及び有効ＥＭＦ３６の影響を受ける。
【００２１】
［００２１］  システム２０は、基準ＡＣ電圧コマンド信号の供給源６０、実電流コマンド信号の供給源６２、及び無効電流コマンド信号の供給源６４も含む。供給源６０から供給される基準ＡＣ電圧コマンド信号は電圧振幅である。供給源６２からの実電流コマンド信号は電流振幅であり、供給源６４からの無効電流コマンド信号も電流振幅である。以下に説明するように、供給源６０、６２及び６４からの電圧及び電流の振幅の信号が、単位正弦波及び単位余弦波に乗算される。これらの供給源からの出力は、それぞれ、乗算器７０、７２及び７４へ供給される。好ましくは、システム２０にＰＬＬ（位相ロック・ループ）８０が含まれる。ＰＬＬ８０は、線８２を介してＰＬＬへ入力として供給されるフィルタ４０のＴ点５２における電圧と正確に位相の揃った直接（正弦）波及び直角位相（余弦）波を生成する。これらの２つの波形は、入来する信号に正確に位相ロックした極めて純粋な正弦波であることが好ましい。当業者に周知の様々な位相ロック・ループの任意のものをＰＬＬ８０として使用することができる。
【００２２】
［００２２］  ＰＬＬ８０として使用することができる１つの位相ロック・ループを図２に示す。このＰＬＬの位相検出器は、ＸＯＲゲート８２である。また、この実施形態のＰＬＬ８０は、ループ・フィルタ８４、例えば、１０Ｈｚの１つのローパス・フィルタを含み、それによってＸＯＲゲート８２の出力がフィルタリングされる。フィルタ８４の出力は積分器８６へ供給され、０．１Ｈｚでゼロである。また、ＰＬＬ８０は、積分器８６の出力を入力として受け取るサンプル・ホールド回路８８を有する。ＰＬＬ８０は、サンプル・ホールド回路８８の出力を受け取るように接続された電圧制御発振器（ＶＣＯ）９０を更に含む。ＶＣＯ９０は、余弦波形及び正弦波形の２つの波形を出力として生成する。ＶＣＯ９０は、その周波数の第２高調波を更に生成し、サンプル・ホールド回路８８＾サンプル入力として供給する。サンプル・ホールド回路８８は、この第２高調波入力の関数として積分器８６の出力をサンプリングする。
【００２３】
［００２３］  ＶＣＯ９０からの余弦波はＸＯＲ回路８２へ入力されて、Ｔ点５２で取り込まれた入力電圧波形と比較される。更に、この余弦波形は、乗算器７０へ供給され、そこで、供給源６０から供給される基準電圧振幅信号と乗算される。ＰＬＬ８０からの正弦波形は乗算器７２へ入力され、そこで、供給源６２から供給される実電流振幅信号と乗算され、また、乗算器７４へも入力され、そこで、供給源６４から供給される無効電流振幅信号と乗算される。
【００２４】
［００２４］  ＶＣＯループ利得９０の利得は、約１Ｈｚで開ループ利得帯域幅積が１であるように選択する。こうすると、１Ｈｚの閉ループ帯域幅を有する２次ＰＬＬ及びトラッキング第２高調波ノッチ・フィルタが得られ、極めて純粋な出力波形が得られる。この２次の機能は、あらゆる周波数で位相誤差をゼロに強制するように用いられる。システム２０には２次ＰＬＬは必要なく、これは、単に、位相誤差を極めて低くするのに優れた方法である。
【００２５】
［００２５］  また、システム２０は、Ｔ点５２における電圧を表す電圧信号と、電圧源６０から供給される基準電圧信号とを入力として受け取るように接続された差分ユニット１０２を含む。図示しないＡ／Ｄコンバータ、スケーリング・デバイスその他の装置などの周知のエレメントを含む電圧信号デバイス１０３は、電力コンバータ２２から実際の出力電圧を受け取り、次いで、この実出力電圧に基づいて、差分ユニット１０２へ供給される電圧フィードバック信号を生成する。差分ユニット１０２は、基準ＡＣ電圧信号と電圧フィードバック信号との電圧差を求め、この差を電圧差信号として利得器１０４へ供給する。差分ユニット１０２と利得器１０４とが共になってインピーダンス電流調整器１０６を構成する。
【００２６】
［００２６］  利得器１０４は１／Ｒの利得を与える。ここで、Ｒは有効な実出力抵抗値である。Ｒは、電力コンバータ２２の定格出力電圧を電力コンバータの定格出力電流で割り、その結果に、０．０２〜０．２を、所望される性能、ＡＣ電力網２４の特性、及び当業者に知られた他の要因に応じて、掛けることによって、求められる。典型的なＡＣ電力網２４において良好な性能を得るには、通常、Ｒは、定格出力電圧を定格出力電流で割った値に約０．０５を掛けたものである。利得器１０４の出力はインピーダンス電流信号である。
【００２７】
［００２７］  システム２０は加算ユニット１１０を更に含む。加算ユニット１１０は、入力として、利得器１０４からのインピーダンス電流信号と、供給源６２からの実電流信号と、供給源６４からの無効電流信号とを受け取るように接続される。加算ユニット１１０は、これら３つの電流信号を加算して合成電流信号を生成する。場合によっては、加算ユニット１１０をインピーダンス電流調節器１０６の一部とみなすと有用なことがあるが、図面にはそのように示していない。
【００２８】
［００２８］  システム２０には補正電圧ユニット１１２が含まれる。ユニット１１２は、加算ユニット１１０から合成電流信号を受け取り、次いで、電力コンバータ２２を過電流状態から保護するために、出力として供給する電流に制限を加えるための電流制限器１１４を含む。補正電圧ユニット１１２は、また、電流制限器１１４から制限された電流信号を一方の入力として受け取る差分ユニット１１６を含む。差分ユニット１１６への他方の電流入力信号は、フィルタ４０の前の、電力コンバータ２２からの出力電流を表す出力電流信号である。この信号は、図には示さないＡ／Ｄコンバータ、スケーリング・デバイスその他の装置などの知られたエレメントを含む電流信号デバイス１１７によって生成される。差分ユニット１１６は、これらの電流信号の差を求め、次いで、電流差信号を利得器１１８へ供給する。利得器１１８からの出力は、電圧加算ユニット１２０へ供給される補正電圧信号である。この補正電圧と乗算器７０から供給されるフィード・フォワード電圧信号とが加算ユニット１２０で合成され、本明細書では電圧コマンド信号とも称する制御電圧入力信号として電力コンバータ２２へ供給される。図１では、電圧補正ユニット１１２が加算ユニット１２０を含まないように示しているが、場合によっては、この加算ユニットを電圧補正ユニットの一部として考慮すると有用である。
【００２９】
［００２９］  利得器１１８を使用して、差分ユニット１１６、利得器１１８、加算ユニット１２０、電力コンバータ２２、及びデバイス１１７からの電流フィードバック信号を差分ユニット１１６へ供給する線路１２２で構成される電流制御ループの帯域幅を制御する。この帯域幅を１〜２ｋＨｚに設定すると、システム２０の適切な性能が得られるが、当業者には理解されるように、ある種の応用例では他の周波数が望ましいこともある。利得器１１８によって与えられる具体的な利得Ｐは、Ｔ点５２からの電圧フィードバックの生成の責務を負う電圧感知回路（図示せず）のスケーリング・ファクタを含めて、所望の帯域幅Ｂ、フィルタ４０のインダクタンス、及び電力コンバータ２２の電圧利得Ｇに依存して決まる。一般に、利得Ｇの値は１に近い値である。即ち、この利得Ｇは、単に、電力コンバータ２２の入力からＴ点５２へ戻るまでの信号レベル利得である。従って、利得パラメータＰは、２*π*Ｂ*Ｌ*／Ｇであり、ここで、Ｂは所望される帯域幅であり、Ｌはフィルタ４０のインダクタンスである。
【００３０】
［００３０］  図３に示し、システム２０ａとして示すシステム２０の簡略化したバージョンは、本発明の重要なインピーダンス電流調整の態様を強調して示す。システム２０ａはシステム２０に類似しており、同じエレメントには同じ番号を有する。システム２０ａは、制御されたＡＣ電力を供給する制御電流源１２８を含む。電流源１２８は、電力コンバータ２２、ＤＣ電力源３０、補正電圧ユニット１１２、及び加算ユニット１２０の代わりに使用し、それらと同じ機能を行う。しかしながら、制御電流源１２８は、一般化した制御電流源を表すことを意図したものであり、そのため、様々な実施形態を含み、システム２０のエレメントの単なる組組み合わせだけに限定されないことを理解されたい。
【００３１】
［００３１］  加算ユニット１１０からの合成電流信号は、制御電流源１２８へ供給される。そこでは、電力コンバータ２２の電流出力を表す電流フィードバック信号に対する差を求め、この電流差に利得Ｐを適用した後に、補正電圧信号が生成される。上述のように、この補正電圧信号を基準ＡＣ電圧信号と合成して、制御電流源１２８において電力コンバータ２２用の電圧制御信号を生成する。制御電流源１２８からの出力は、フィルタ４０を介してＡＣ電力網２４へ供給される。
【００３２】
［００３２］  一般に、システム２０を構成する様々な要素は、電力コンバータ２２を除き、電力コンバータ及びＡＣ電力網２４に接続されたコントローラ内のソフトウェア又はファームウェアで実施される。このため、典型的な実施形態のシステム２０では、別個の回路要素やデバイスは使用しない。しかしながら、本発明は、ソフトウェア又はファームウェアだけ（電力コンバータ２２の出力から必要な電流及び電圧フィードバック信号を提供する関連の装置を伴う）で本発明を実施する形態に加えて、別個の回路エレメント及びデバイスとして実施する形態も含む。
【００３３】
［００３３］  次に、システム２０（図１）とシステム２０ａ（図３）とを参照して、
ＡＣエネルギが制御電流源１２８からフィルタ４０を介してＡＣ電力網２４へ供給される本発明の動作を論じる。インピーダンス電流調整器１０６は、ＡＣ電力網２４の、制御電流源１２８からの電流の変化を吸収する能力に基づいて、制御電流源１２８から供給される実電流及び無効電流に影響を及ぼす。これに関しては、調整器１０６から供給されるインピーダンス電流信号と、供給源６２及び６４からそれぞれ供給される実電流信号及び無効電流信号とが合成されて、制御電流源１２８から供給されるＡＣ電力の実電流及び無効電流が最終的に変更される。
【００３４】
［００３４］  インピーダンス電流調整器１０６から供給されるインピーダンス電流信号は、（ｉ）ＡＣ電力網２４の線路インピーダンス３２、負荷インピーダンス３４及び有効ＥＭＦ３６により、および（ｉｉ）制御電流源１２８からの出力電力の特性りより、影響を受ける。インピーダンス電力信号に対するこの影響は、フィルタ４０のＴ点５２からの電圧フィードバック信号が電流調整器１０６の差分ユニット１０２へ供給されることによって、および電力コンバータ２２の出力電力からの電流フィードバック信号がフィルタ４０の前に差分ユニット１１６へ供給されることによって、生じる。電圧フィードバック信号に関しては、加算ユニット１１０へ供給されるインピーダンス電流信号は、Ｔ点５２からの電圧フィードバック信号と、供給源６０（その正弦波はＰＬＬ８０の出力によって制御される）からの基準電圧信号との間の差に基づいており、電流調整器１０６内で生成される。即ち、最終的に制御電流源１２８の出力に影響を及ぼす、利得器１０４への電圧信号入力は、ＡＣ電力網２４上の優勢な電圧と、基準電圧振幅（供給源６０から）とに基づいており、その正弦波形は、ＰＬＬ８０によって、Ｔ点５２におけるＡＣ電力の正弦波形に対して制御されている。線１２２上の電流フィードバック信号に関しては、差分ユニット１１６で決まる、この信号と、加算ユニット１１０からの合成電流コマンド信号との間の差により、電力コンバータへ供給される電圧制御信号が、電力コンバータ２２からのＡＣ出力電力の電流によって部分的に影響を及ぼされるようにする。
【００３５】
［００３５］  インピーダンス電流補正の量は、利得ユニット１０４の利得（１／Ｒ）によって制御される。Ｒの値は、電力コンバータ２２の有効出力抵抗を表すので、この利得は１／Ｒで表される。即ち、この利得により、供給源６０からの基準電圧とＴ点５２からの電圧フィードバック信号との各電圧差ごとに電力コンバータ２２が供給するアンペア数が制御される。
【００３６】
［００３６］  上述のように、利得器１１８が提供する利得Ｐは、部分的には、電流制御ループの所望される帯域幅の関数として選択される。１〜２ｋＨｚの範囲の帯域幅が一般的であるが、本発明はこの範囲に限定されるものではない。システム２０の能力は、その後ろにあるＤＣ電力源３０によって制限される。多くの場合、ＤＣ電力源３０は正の電力のみを供給することができ、その電力のレベルはゆっくりと変化する。他の場合には、ＤＣ電力源３０は、限定された量のエネルギのみを蓄積する。このエネルギ蓄積の電力レベルは急激に変わることがあるが、使用後は再充電しなければならない。ＡＣ電力網２４へ、或いはそれから電力を供給する機能を実施するとき、システム２０は、単に、ＡＣシステムの要求を考慮に入れた双方向のＤＣ／ＡＣ電力コンバータである。
【００３７】
［００３７］  加算ユニット１１０から制御電流源１２８へ供給される合成電流信号は、供給源６２からの実電流信号の振幅と、ＰＬＬ８０によって与えられる正弦波形との関数として生成される。この実電流信号を用いて、ＡＣ電力網２４へ接続された他の機器に対しての或る特定のＤＣ電力源からの実電力の流れを制御する。この実電流信号は、正または負の何れかとすることができる。エネルギ蓄積能力を用いて供給源を再充電すには負の値を用いる。
【００３８】
［００３８］  加算ユニット１１０から制御電流源１２８へ供給される無効電流信号は、供給源６４からの無効電流信号の振幅とＰＬＬ８０によって与えられる余弦波形との関数として生成される。この無効電流信号を用いて、ＡＣ電力網２４へ接続された他の機器に対しての無効電力の流れを制御する。この無効電流コマンド信号を用いて、電力コンバータ２２からの出力電流の力率を制御して負荷に対する補償を行うか、或いは、ＡＣ電力網２４へ無効電力を供給することができる。無効電流信号の余弦波形は、実電流コマンド供給源６２から生成される正弦波形から９０度位相がずれており、正または負の何れかとすることができる。
【００３９】
［００３９］  供給源６０、６２又は６４からシステム２０へのこの３つの入力パラメータは、システム２０内で制御することができ、また、外部コマンドに基づくものとすることもできる。システム２０により提供される制御は、電力コンバータ２２がこれら３つの供給源からのコマンド信号を厳密に追跡することを許容しないことに留意されたい。なぜなら、ＡＣ電力網２４のローカルの電圧及びインピーダンスにも応答しなければならないからである。システム２０のこの特性は、上述のように、インピーダンス電流調整器１０６からのインピーダンス電流を使用するので生じるものである。システム２０は、Ｔ点５２からの出力電圧信号を用いて、電流コマンド、具体的にはインピーダンス電流信号を変更して、出力電圧が範囲外に大きく外れないようにする。障害時に、インピーダンス調整が高速実時間ルーチンで実施されるので、障害が解消されると、大きくオーバーシュートすることなく電圧は正常値に迅速に回復する。同様に、電圧サージへの対処がなされ、他の機器に支障をきたすことはない。
【００４０】
［００４０］  図３及び図４を参照すると、システム２０及び２０ａでは、電流制御ループが電圧制御ループの内部にあり、特定の利得１／Ｒを有する。図４においてシステム２０ｂに関して示すように、本発明は、別の実施形態として、これらの制御ループを裏返しにすることを含む。システム２０ｂとシステム２０ａとが同じ箇所では、共通のエレメントに同じ番号が付けられている。しかしながら、重要な差異は、制御電流源１２８の代わりに制御電圧源１４０が用いられていることである。制御電圧源１４０は、入力制御信号が電流信号ではなく電圧信号である点を除き、制御電流源１２８と同様である。
【００４１】
［００４１］  システム２０ａとシステム２０ｂの別の差異は、インピーダンス電流調整器１０６も加算ユニット１１０も含まれていないことである。供給源６２及び６４からの実電流コマンド信号及び無効電流コマンド信号は、それぞれに、加算ユニット１４２で合成され、加算電流信号としてインピーダンス電流調整器１４４へ供給される。インピーダンス電流調整器１４４は差分ユニット１４６を含み、この差分ユニット１４６は、加算ユニット１４２からの加算電流信号と、制御電圧源１４０内の電力コンバータ２２（図示せず）のＡＣ電力出力の出力電流を表すデバイス１１７からの電流フィードバック信号との間の差を表す差分信号を生成する。このフィードバック電流は、制御電圧源１４０を制御するのに用いるインピーダンス電流と考慮することができる。また、インピーダンス電流調整器１４４は、差分ユニット１４６からの差分信号に利得Ｒを適用する利得ユニット１４８を含む。利得器１４８への入力は電圧ではなく電流であるので、利得器１４８では、利得１／Ｒではなく利得Ｒを用いる。Ｒの値は、システム２０の説明に関連して上述している。図には示していないが、加算ユニット１４２からの加算電流を制限するために、電流制限器１１２に類似の電流制限器をシステム２０ｂに含めることが好ましい。
【００４２】
［００４２］  動作において、システム２０ｂによって提供される制御方法は、上述したようにシステム２０ａのものとかなり似ている。注目すべき差異は、（１）電流制限機能を付加する簡単な場所がないことと、（２）電流ループの内部に電圧ループがあるので、電圧過渡応答が電流応答よりも速くなることとのみである。
【００４３】
［００４３］  次に、図５−１及び５−２に移ると、システム２０ｃとして示す本発明の別の実施形態では、システム２０のインピーダンス電流調整器１０６の代わりに、インピーダンス電流調整器１０６’が用いられている。その他の点では、システム２０ｃはシステム２０と同じである。
【００４４】
［００４４］  インピーダンス電流調整器１０６’は、フィルタ４０のＴ点５２から電圧フィードバック信号を受け取るように接続されたＲＭＳユニット１６０と、乗算器７０からフィード・フォワード基準ＡＣ電圧を受け取るように接続されたＲＭＳユニット１６２とを含む。ＲＭＳユニット１６０及び１６２は、それらが受け取る電圧信号の自乗平均値を決定し、出力としてＲＭＳ電圧信号を供給する。
【００４５】
［００４５］  インピーダンス電流調整器１０６’は、また、入力として供給されるＲＭＳ電圧信号間の差を求める差分ユニット１６４を含む。差分ユニット１６４は、このＲＭＳ電圧信号の差を表す差分信号を生成し、それをＡＢＳユニット１６６へ供給する。ＡＢＳユニット１６６は、この差分信号の絶対値をとり、その結果をロー・パス・フィルタ１６８へ供給する。ロー・パス・フィルタ１６８は、この差分をフィルタリングして、ＲＭＳ差分信号に対する所望される応答時間を提供する。次いで、このフィルタリングされた電圧差分信号は、利得ユニット１７０へ供給され、そこで、フィルタ１６８からのフィルタリングされた差分信号に利得関数が適用される。一実施形態では、利得ユニット１７０は、加算ユニット１７２と、この加算ユニットへ１／Ｒ1の利得信号を提供する利得器１７４を含む。利得ユニット１７０は、フィルタ１６８からのフィルタリングされた電圧差分信号に対して１／Ｒ2の利得を強要する利得器１７６を更に含み、その結果を加算ユニット１７２へ供給する。加算ユニット１７２は、１／Ｒ1信号と１／Ｒ2利得の電圧差分信号を合成して、乗算器１７８へ供給されるインピーダンス電流信号を生成する。
【００４６】
［００４６］  乗算器１７８で、このインピーダンス電流信号は、差分ユニット１０２からの電圧差分信号と合成され、加算ユニット１１０へ供給される。システム２０と関連して上述したように、加算ユニット１１０から供給される合成電流信号は、電圧補正ユニット１１４の電流制限器１１４へ供給される。
【００４７】
［００４７］  上記では、利得ユニット１７０は特定の機能を実現するために特定の組のエレメントを含むものとして説明した。利得ユニット１７０は他の機能も実施することができ、本発明は、上述の利得ユニットの実施形態によって実現される特定の機能及びこのような実施形態に含まれる特定のエレメントに限定されるものではない。
【００４８】
［００４８］  動作においては、システム２０ｃにより、差分ユニット１０２の出力に印加される利得１／Ｒが、ＲＭＳユニット１６０と１６２それぞれからの電圧フィード・フォワード信号と電圧フィードバック信号とのＲＭＳ値の差に比例して、増加する。システム２０ｃの制御方法は応答をもたらし、その応答では、Ｔ点５２におけるＡＣ電圧が公称ＡＣ電圧から外れると、それに比例して低いインピーダンス（より大きな復元電流）が与えられることになる。１／Ｒの有効値は、１／Ｒ1＋［ｒｍｓ（Ｖff）−ｒｍｓ（Ｖfb）］／Ｒ2である。ここで、Ｖffは、乗算器７０からの電圧フィード・フォワード信号であり、Ｖfbは、Ｔ点５２からの電圧フィードバック信号である。フィルタリングすると、短時間（ライン・サイクル内）、この期間は制御回路が大きく応答せずに、電圧フィードバックが外れる。しかしながら、電圧がより長い時間にわたって変化する場合、システム２０ｃは、より大きな復元電流を供給することになる。こうすると、基本的電圧差に対しては比較的大きな補正を与えながら、高調波に対する補正は少なくすることができるようになる。これは、高調波補正の必要がない大きな高調波負荷を有するシステムでは有用である。
【００４９】
［００４９］  Ｒ2＋Ｒ1の値は、Ｒ2がＲ1にほぼ等しい状態で、電力コンバータ２２の定格出力電圧をその定格出力電流で割ったものの３％〜１０％程度、典型的には約５％とすべきである。ある種の応用例では、正反対の応答が望ましいことがある。この場合、Ｒ2の値は負となろう。こうすると、高調波に対する補正は大きくなり、基本電圧に対する補正はより小さくなろう。これは、エネルギの蓄積がほとんど或いは全くない高調波フィルタの応用例では有用となろう。この場合のＲ2値はＲ1よりも小さく、その符号は負である。
【００５０】
［００５０］  場合によっては、インピーダンス電流調整器１０６が、選択した周波数、例えば基本周波数（５０又は６０Ｈｚ）に対してのみ低いインピーダンス（高い補正電流）を与えると望ましいことがある。図１及び６を参照すると、これを、システム２０のインピーダンス電流調整器１０６（図１）の代わりに、システム２０ｄにおいてインピーダンス電流調整器１０６’’（図６）を含めることによって、実現することができる。インピーダンス電流調整器１０６’’は、インピーダンス電流調整器１０６と同様に、差分ユニット１０２及び１／Ｒ利得器１０４を含む。更に、インピーダンス電流調整器１０６’’は、ＰＬＬ８０からの正弦波形及び差分ユニット１０２からの電圧差分信号を入力として受け取るように接続される乗算器１９２を含む。乗算器１９２は、この正弦波形に電圧差分信号を乗算する。この正弦波形は、Ｔ点５２における出力電圧と正確に同相であるので、正弦波形に電圧差分信号を掛けると、ＤＣへ行く選択した周波数、典型的には基本周波数となる。
【００５１】
［００５１］  このＤＣ電圧差分信号は、場合によっては関連する高調波であっても、ローパス・フィルタ１９４へ供給される。このフィルタにより、ＤＣ電圧差分信号に存在する高調波が取り除かれ、その出力は、差分ユニット１０２で決定された電圧差の振幅になる。この振幅に、利得器１９６で利得１／Ｒ2を乗算する。利得１／Ｒ2は、特に対象とする入力の大きさの増加を伴いながら１／Ｒ2の値を増加させる非線形関数を含めて、任意の関数とすることができる（本発明には線形関数も含まれる）。実際には、Ｒ2の値は、１／Ｒ2の逆数が、電力コンバータ２２の定格出力電圧をその定格出力電流で割ったものの２％〜１０％となるように選択することができる。利得器１９６の出力は、選択されたインピーダンス電流信号である。
【００５２】
［００５２］  インピーダンス電流調整器１０６’’は、また、供給源６４からの無効電流コマンド信号に、利得器１９６からの選択されたインピーダンス電流信号を加算する加算ユニット１９８を含む。この加算の結果は、加算ユニット１９８から乗算器７２へ供給される。
【００５３】
［００５３］  動作において、システム２０ｄにインピーダンス電流調整器１０６’’を含めることにより、選択した周波数、例えば５０又は６０Ｈｚにおいてのみインピーダンス電流信号の振幅が増加する。これは、基本電圧を調整するために、基本周波数における補正電流が高いことが望まれるときに、望ましい。一例は、出力レベルを迅速に変更することができない分離型またはソフト・グリッドにおける電力の主供給源である。
【００５４】
［００５４］  次に、図１及び図７を参照すると、システム２０ｅ（図７）に示すように、場合によっては、加算ユニット１２０（図１）へ供給され、電圧フィード・フォワード信号と合成されて電力コンバータ２２へ供給される電圧フィード・フォワード信号を除くことが望ましいことがある。このため、システム２０ｅでは、乗算器７０から電圧フィード・フォワード信号が供給されず、加算ユニット１２０が取り除かれる。
【００５５】
［００５５］  システム２０ｅの動作で電圧フィード・フォワード信号を使用しないことによって生じる影響は、電流ループにおける利得Ｐをより高くする必要があることである。一般に、電圧フィード・フォワードが望まれるが、システム２０の帯域幅が極めて高い場合、電圧フィード・フォワード信号を除くことができる。
【００５６】
［００５６］  図８のシステム２０ｆで示すシステム２０ｅの代替形態では、Ｔ点５２からの電圧フィードバック信号を電圧フィード・フォワード信号として用いることができる。即ち、Ｔ点５２からの電圧フィードバック信号は、差分ユニット１０２及び加算ユニット１２０の両方へ供給される。動作においては、本明細書で論じたシステム２０の他のバージョンと同様の性能が得られる。
【００５７】
［００５７］  最終的に電力コンバータ２２へ供給される電圧フィード・フォワード信号を生成する別の方法を、システム２０ｇに関して図９に示す。この実施形態では、システム２０ｆの場合と同様に、乗算器７０からフィード・フォワード電圧が受信されない。その代わりに、Ｔ点５２からの電圧フィードバック信号がＲＭＳユニット２１０へ供給され、そこで、この電圧フィードバック信号の自乗平均値が求められる。次いで、このＲＭＳ電圧信号が乗算器２１２へ供給され、そこで、このＲＭＳ電圧信号に、ＰＬＬ８０から正弦波形が加えられる。次に、乗算器２１２から出力信号が加算ユニット１２０へ供給され、そこで、利得器１１８からの補正電圧信号と合成され、次いで、電力コンバータ２２へ供給される。
【００５８】
［００５８］  システム２０ｇの動作は、加算ユニット１２０から電力コンバータ２２へ供給される電圧信号が、予想電圧（図１に示すシステム２０の場合はそうである）ではなく、Ｔ点５２における出力電圧の実際の振幅の関数である、ということの影響を受ける。こうすると、予想電圧と実際の電圧のＲＭＳ値とが整合するので、本発明はＲＭＳ電圧を制御する試みを過分に行わないことになる。本発明のこのバージョンは、電圧源として動作し且つＲＭＳ電圧が比較的大きく変動する中央システムと並列にシステム２０ｇを配置することになる状況には理想的である。
【００５９】
［００５９］  次に、図１並びに図１０−１、１０−２及び１０−３に移ると、システム２０ｈに関して図１０−１、１０−２及び１０−３に示すように、上記のシステム２０及び２０ａ〜ｇ或いは本発明の範囲に含まれる他の代替形態の任意のものを、３相４線型の環境で実施することができる。重複を最小限に抑えるために、システム２０ｈでは、システム２０から電圧フィードバック及びフィード・フォワードの信号方式のみを示す。しかしながら、本発明は、システム２０ｈにおいて、システム２０及び２０ａ〜２０ｇ、或いは本発明の範囲に含まれる他の任意の制御方式を使用することが含まれる。即ち、システム２０ｈの検討に関連して、並びに図１１−１、１１−２、１１−３及び１２〜１６に示す本発明のシステム２０の他の実施形態の検討において、システム２０（及びこのシステムを示す関連の図１）を参照することは、図１に示す特定のシステム２０、システム２０ａ〜２０ｇ、並びに本発明の範囲に含まれるこれらのシステムの他のすべての変形形態が包含されることを意図するものである。従って、本発明の以下の説明において、システム２０及びこのシステムを示す図１を参照することは、本発明の制御システムのすべての変形形態を示すのに単に好都合な方法であり、図１に示す特定のシステムだけに本発明を限定するものではない。、図１並びに図１０−１、１０−２及び１０−３では、図１０−１、１０−２及び１０−３において場合によってプライムを表記して同じ要素の複数の具体例を区別していることを除き、同じ要素は同じ参照番号で示す。
【００６０】
［００６０］  システム２０ｈは、３つの単相システムを備え、これら３つの相のそれぞれの制御のために１つのシステムがある。システム２０ｈは電力コンバータ２２’を含み、この電力コンバータ２２’は、出力ノードＡ、Ｂ及びＣで各相ごとにＡＣ出力電力を供給するように設計され、かつ接地への出力ノードＮを含む点を除き、電力コンバータ２２と類似である。電力コンバータ２２’は、入力制御信号を受け取る入力ノードＡ、Ｂ及びＣを含む。電力コンバータ２２’として、６スイッチ型ブリッジを有する電力コンバータを満足のいくように用いることができるが、電力コンバータ２２に関して上述したように、広い範囲の電力コンバータ及びインバータを電力コンバータ２２’として用いることができる。ノードＡ、Ｂ及びＣ又は電力コンバータ２２’からＡＣ電力出力をそれぞれ受け取るように、３つのフィルタ４０’、４０’’及び４０’’’が設けられる。
【００６１】
［００６１］  システム２０ｈは、また、実電流コマンド信号の供給源６２及び無効電流コマンド信号の供給源６４を含む。供給源６２からの実電流コマンド信号は、乗算器７２’、７２’’及び７２’’’へ供給され、無効電流コマンド信号は、供給源６４から乗算器７４’、７４’’及び７４’’’へ供給される。これら３つのすべての相に対して共通のＡＣ実電流源及びＡＣ無効電流源を用いるが、所望される場合には別々の供給源を用いることができる。システム２０ｈは、基準ＡＣ電圧を供給する３つの供給源６０’、６０’’及び６０’’’を含む。供給源６０’からの電圧信号は振幅Ａを、供給源６０’’からの電圧信号は振幅Ｂを、供給源６０’’’からの電圧信号は振幅Ｃを有する。典型的には、振幅Ａ、Ｂ及びＣはすべて同じであるが、一般には、これらの振幅のいくつか又はすべてを異なるものとすることができる。システム２０ｈは、セクション２３０、２３２及び２３４を有する３相ＰＬＬ８０’を含み、各セクションは、他のセクションの位相とは異なる位相を有する正弦波形信号及び余弦波形信号を生成する。
【００６２】
［００６２］  ＰＬＬ８０に関して上述のように、本発明の範囲には、当業者に知られたタイプの広範囲のＰＬＬが含まれる。セクション２３０は、その入力としてフィルタ４０’のＴ点５２’から信号を受け取り、セクション２３２は、その入力としてフィルタ４０’’のＴ点５２’’から信号を受け取り、セクション２３４は、その入力としてフィルタ４０’’’のＴ点５２’’’から信号を受け取る。セクション２３０からの正弦波形信号は、乗算器７０’及び乗算器７２’へ供給され、セクション２３０からの余弦波形信号は、乗算器７４’へ供給される。同様に、セクション２３２からの正弦波形信号は、乗算器７０’’及び乗算器７２’’へ供給され、セクション２３２からの余弦波形信号は、乗算器７４’’へ供給される。また、セクション２３４からの正弦波形信号は、乗算器７０’’’及び乗算器７２’’’へ供給され、セクション２３４からの余弦波形信号は、乗算器７４’’’へ供給される。セクション２３０、２３２及び２３４のそれぞれにおけるＰＬＬは同期して、オン／オフ制御を簡略化する助けとなるが、これは本発明の必須の態様ではない。
【００６３】
［００６３］  システム２０ｈの各相のセクションは、上述のように、システム２０と同様に機能する。即ち、例えば、乗算器７０’、７２’及び７４’から入力信号を受け取る相セクションは、これらの信号を用いて、最終的に加算ユニット１２０から電力コンバータ２２’の入力ノードＡへ制御電圧入力信号を供給する。同様の制御電圧入力信号が、他の２つの相用の加算ユニット１２０から電力コンバータ２２’の入力ノードＢ及びＣへ供給される。次いで、電力コンバータ２２’は、入力ノードＡ、Ｂ及びＣで受け取ったこれらの制御電圧入力信号に従って、ＤＣ電力源から供給されたＤＣ電力をＡＣ電力に変換し、フィルタ４０’、４０’’及び４０’’’を介してＡＣ電力網（図示せず）へ３相出力電圧を供給する。電動機駆動及びコンバータ制御の技術者には理解されるように、上記４線型の制御に加えて、中性コントローラを備えた３線型コントローラに基づく他の構成があり、これは、以下に示すものと同様な方法でコントローラを再構成することによって４線型の制御に用いることができる。
【００６４】
［００６４］  本発明の電力コンバータ制御システムは、システム２０ｉに関して図１１−１、１１−２及び１１−３に示すように、３相３線型電力システムにも適用することができる。システム２０ｈの場合のように３つの電流制御ループを含む代わりに、システム２０ｉは２つの電流制御ループのみを含むが、それは、２つの電流のみを制御するからである。即ち、電力コントローラ２２ａは、出力ノードＡ、Ｂ及びＣのみを含み、ノードＮを含まない点を除き、電力コントローラ２２’（図１０−１及び１０−２）と同様である。第１電流制御ループは、その入力として、乗算器７０ａからの基準電圧信号、乗算器７２ａからの実電流コマンド信号、及び乗算器７４ａからの無効電流コマンド信号を含む。第２電流制御ループは、その入力として、乗算器７０ｂからの基準電圧信号、乗算器７２ｂからの実電流コマンド信号、及び乗算器７４ｂからの無効電流コマンド信号を含む。
【００６５】
［００６５］  システム２０ｉは、Ｔ点５２’、５２’’及び５２’’’からの電圧フィードバック信号がクラーク・トランスフォーマ２４０へ供給されるという点で、システム２０ｈと更に異なる。このトランスフォーマは、電力コンバータ２２ａからの３相入力信号を、ＰＬＬ８０ａへ供給される直接（Ｄ）電圧フィードバック信号及び直角位相（Ｑ）電圧フィードバック信号に変換する。このＰＬＬは、直接（Ｄ）電圧フィードバック信号と同相の直接（ｄ）出力正弦波形、及び直角位相（Ｑ）電圧フィードバック信号と同相の直角位相（ｑ）出力正弦波形を生成する。この直接（ｄ）出力正弦波形は直接に乗算器７０ａ及び７２ａへ供給され、直角位相（ｑ）出力正弦波形は直接に乗算器７４ａ、７０ｂ及び７２ｂへ供給される。ＰＬＬ８０ａからの直接（ｄ）出力正弦波形は反転利得器２４２へも供給され、そこで、正弦波形の符号が変更（位相を１８０度シフト）され、次いで、得られた正弦波形を乗算器７４ｂへ供給する。
【００６６】
［００６６］  ＰＬＬ８０ａは、また、３線型電力コンバータが最小ＤＣ入力電圧で動作するのに必要なことがあるＡＣ中性点とＤＣ中性点の間の差分の制御に用いる中性点フィード・フォワード信号（ＮＰＦＦ）を生成する。典型的には、このＮＰＦＦ信号は、電力コンバータ２２のフルスケール電圧の約１４％を表す第３高調波信号である。このＮＰＦＦ信号は、電力コンバータ２２ａによりＮＰＦＦノードを介して加算ユニット２５０及び２５２へ供給される。加算ユニット２５０は、このＮＰＦＦ信号に、システム２０ｉの上部の電流制御ループにある加算ユニット１２０’からの電圧信号を加算し、加算ユニット２５２は、このＮＰＦＦ信号に、システム２０ｉの下部の電流制御ループにある加算ユニット１２０’’からの電圧信号を加算する。ＰＬＬ８０ａへ供給される前に、直接（Ｄ）フィードバック信号は直接に上部の電流制御ループの差分ユニット１０２’へも供給され、直角位相（Ｑ）電圧フィードバック信号は直接に下部の電流制御ループの差分ユニット１０２’’へも供給される。
【００６７】
［００６７］  システム２０ｉは、また、入力ノードＡ及びＢで電力コンバータ２２ａの出力ノードＢ及びＣからそれぞれ電流フィードバック信号を受け取るように接続されたクラーク・トランスフォーマ２５４を含む。クラーク・トランスフォーマ２５４の入力Ｃは、電力コンバータ２２ａの出力ノードＢ及びＣからの電流フィードバック信号が加算され反転された値を受け取る。これは、これらの電流フィードバック信号を加算ユニット２５６へ供給し、次いで、この加算された電流信号を反転利得器２５８へ供給することによって実現される。次いで、反転利得器２５８からの反転電流信号出力は、クラーク・トランスフォーマ２５４の入力ノードＣへ供給される。クラーク・トランスフォーマ２４０と同様に、クラーク・トランスフォーマ２５４は、その３つの電流信号入力を、直接（Ｄ）電流フィードバック信号及び直角位相（Ｑ）電流フィードバック信号の２つの電流信号出力に変換する。この直接（Ｄ）電流フィードバック信号は、図１１−１のシステム２０ｉの上部の電流制御ループの差分ユニット１１６’へ供給され、直角位相（Ｑ）電流フィードバック信号は、図１１−２のシステム２０ｉの下部の電流制御ループの差分ユニット１１６’’へ供給される。
【００６８】
［００６８］  電力コンバータ２２ａには、各相ごとに１つの、３つの入力制御信号が必要なので、逆クラーク・トランスフォーマ２６０が設けられる。加算ユニット１２０’及び１２０’’からの電圧制御信号は、それぞれ、ＰＬＬ８０ａからのＮＰＦＦ信号と合成され、次いで、逆クラーク・トランスフォーマ２６０の入力ノードＤ及びＱへ供給される。次いで、逆クラーク・トランスフォーマ２６０は、ノードＡ、Ｂ及びＣ上に、電力コンバータ２２ａへ供給される出力制御信号を生成する。電力コンバータ２２ａは、これらの制御信号に基づいて、ＤＣ電力源３０からのＤＣ電力をＡＣ電力に変換し、それぞれ出力ノードＡ、Ｂ及びＣを介してフィルタ４０’、４０’’及び４０’’’へ、次いで、ＡＣ電力網（図示せず）へ供給する。
【００６９】
［００６９］  システム２０ｉは、別々の制御セクションを用いるという点でシステム２０ｈと同様に機能する。しかしながら、システム２０ｉは、２つの制御セクションまみを含み、クラーク・トランスフォーマ２４０及び２５４並びに逆クラーク・トランスフォーマ２６０を使用するので、３相３線型電力システムで使用することができる。なぜなら、ｉa＋ｉb＋ｉc＝０とした場合に、制御するのは実際には２つのみの独特の電流であるからである。
【００７０】
［００７０］  次に、図１及び１２に移ると、本発明の制御システムがモデル３００で表されている。乗算器７２及び７４からの信号の加算から与えられる電流コマンド信号は、従属電流源（ＩＡＣ）３０２を制御するものと考慮することができ、乗算器７０の出力から供給される電圧コマンド信号は、従属電圧源（ＶＡＣ）３０４を制御するものと考慮することができる。これらの供給源は、互いにかつＡＣ電力網２４に並列に接続され、出力電圧に同期すると考慮されなければならない。有効抵抗値（Ｒeff）３０６は、ＶＡＣ源３０４とＩＡＣ源３０２との間に接続される。Ｒeff３０６は、本発明の制御システムによって提供されるインピーダンス制御を表す。Ｒeffの値は、上述のインピーダンス電流調整器１０６の利得器１０４のＲと同じである。Ｒeffは、実際の抵抗ではなく、電力損失がなく、単に、電力コンバータ２２の模する抵抗値を表すものであることに留意されたい。
【００７１】
［００７１］  モデル３００は、抵抗３１４に直列に接続されたコンデンサ３１２を有するフィルタ３１０を含む。このコンデンサ／抵抗の組み合わせは、ＩＡＣ３０２及びＶＡＣ３０４に並列に接続される。第２コンデンサ３１６が、フィルタ３０２に設けられ、コンデンサ３１２及び抵抗３１４に並列に接続される。フィルタ３１０は、コンデンサ３１６とＡＣ電力網２４との間にインダクタ３１８を更に含む。フィルタ３０２は、フィルタ４０（図１）のインダクタ４４のような第１インダクタを含まない。なぜなら、電流制御ループの内部へそれを包含することに起因してのこの実モデルの性能への影響がないからである。
【００７２】
［００７２］  モデル３００を用いて、本発明の制御システムの動作を理解することができる。供給源６２及び６４からの電流コマンド信号がゼロであり、供給源６０からの電圧コマンド信号が、Ｔ点５２における電力コンバータの出力電圧と等しい場合、電力コンバータから電流が出ないことになる。出力電圧の乱れがある場合、電流がＶＡＣ３０４からＡＣ電力網２４へ流れ、その電圧を元の値に戻す助けとなる。この乱れは、電圧の上昇または下降、高調波電圧またはスイッチング過渡、或いはその電圧を所望される電圧においての純粋な正弦波から逸脱させる他のものであり得る。
【００７３】
［００７３］  上記のようにＴ点５２と乗算器７０とからの電圧が合致し、電流コマンドが加えられる場合を考える。ＡＣ電力網２４が剛直な低インピーダンス網であり、電力コンバータ２２がこの低インピーダンス網電力の小部分であるとき、電流コマンドは、Ｔ点５２における電圧変化をほとんど伴わずにＡＣ電力網へ送られることになる。このため、インピーダンス電流調整器１０６は、加算ユニット１１０の出力で供給される電流コマンド信号を大きく変更しないことになる。しかし、電力コンバータ２２がＡＣ電力網２４の大きな因子であり、この電流が網上に与えられると電圧が大きく変化する場合は、調整器１０６を含むインピーダンス電流制御ループがその電流を大きな割合で引き戻し、それによって、電力網の電圧を許容差内に保つことになる。
【００７４】
［００７４］  システム２０及び上記で論じたその変形形態及びその他の本発明に含まれる形態を個々に用いることができるが、複数のシステム２０を、単一又は複数の負荷と並列に接続すると、望ましい結果が得られる。次に、図１、１２及び１３を参照し、システム２０を示す簡便な方法としてモデル３００を用いると、システム２０ｊに関して示すように（図１３）、システム２０’、２０’’及び２０’’’として識別する複数のシステム２０を、ＡＣ電力網２４に並列に接続することができる。図１３に、３つのシステム２０を並列接続で示すが、２つ又は４つ以上、いくつかの応用例では実質的に３つよりも多くの数を、並列構成で使用することができることを理解されたい。
【００７５】
［００７５］  次に、図１及び１２〜１４に移ると、システム２０ｋに関して図１４に示すように、単一の負荷３４をサポートする代わりに、システム２０’、２０’’、２０’’’をそれぞれ、別々の負荷インピーダンス３４’、３４’’、３４’’’へ接続することができる。システム２０ｋでは、変圧器３３０’、３３０’’及び３３０’’’は、負荷インピーダンス３４’、３４’’及び３４’’’へ、負荷インピーダンスと単一線路インピーダンス３２及びＥＭＦ３６との間で、それぞれ並列に接続される。システム２０が互いに近接している場合には、変圧器３３０’、３３０’’及び３３０’’’は必要ない。図１４では３つのシステム２０を並列接続で示すが、この場合も、２つ又は４つ以上、いくつかの応用例では実質的に３つより多くの数を、並列構成で使用することができることを理解されたい。
【００７６】
［００７６］  並列にされたシステム２０ｋ及び２０ｊによって、様々な利益が得られる。電流にサージがある場合、システム２０’、２０’’、２０’’’のすべてがこの状況に対処するために共同して働く。なぜなら、各システムの動作は、ＡＣ電力網２４の電力特性（Ｔ点５２からの信号の情報に基づく）によって部分的に影響を受けるからである。
【００７７】
［００７７］  システム２０’、２０’’、２０’’’を並列に接続することによって、関連するＤＣ電力コンバータ２２から大量の電流を供給して、電流障害を取り除くことができる。サージの場合には、電圧をサポートして、ＡＣ電力網２４に接続された機器を過電流状態から保護する。これは、システム２０’、２０’’及び２０’’’のそれぞれが共になって働き、サージがなくなるまで、関連するＤＣ電力供給源３０によって電圧及び電流が最適に供給および／または吸収されるからである。システム２０ｊにより、共同して働く多数の小型システムから構成される信頼性の高い電力システムが得られる。
【００７８】
［００７８］  本発明により、複数の小型で安価な電力コンバータ２２を使用することもできる。それらの電力コンバータを合わせても、ＡＣ電力網２４の全負荷に対する要件に適した単一の電力コンバータよりもコストが低い。大規模な網（例えば、５つ以上のシステム２０）では、個々の電力コンバータ２２の最大電力定格は、各ユニットがそれ自体の最大電力を供給しなければならない場合よりも低くなり得る。例えば、独立型燃料電池の住居用仕様では、平均電力７ｋＷ及び最大（ピーク）定格２０ｋＷが必要なことがある。システム２０ｋでは、ＡＣ電力網２４で１０個のシステム２０を接続すると、連続的電力定格７ｋＷ及び最大１０ｋＷが得られるはずである。この場合、システム負荷合計に応じて、一度に２つ以上の負荷が最大（ピーク）となり得る。別の考え方をすると、システム２０ｋ全体では、比較的小型で安価な電力コンバータ２２を組み込んだシステムによって、連続電力定格７０ｋＷ、最大１００ｋＷの負荷を動作させることができる。
【００７９】
［００７９］  システム２０ｋの別の動作を考えると、各電力コンバータ２２に関連するＤＣ電力源３０を使用して、広範囲に分散した配電システムで、複数の負荷をサポートすることができる。この網は、３相工業用網又は単相住居用網とすることができる。このタイプの応用例では、システム２０’、２０’’及び２０’’’のすべてが、負荷インピーダンス３４’、３４’’及び３４’’’で示す基本負荷、線路インピーダンス３２で示す線路負荷、ＥＭＦ３６、及び関連する最大値、過渡状態及び高調波を、分担する。
【００８０】
［００８０］  典型的な実施形態では、システム２０ｊ及び２０ｋは、重要な冗長性の恩恵を享受している。システム２０’、２０’’及び２０’’’のそれぞれが、双方向エネルギ源、例えば、過渡用の電池を備えた燃料電池などによってサポートされていると仮定する（ここでは、任意の数のシステム２０を備えることができ、実際に、その数が多いほどシステムは良好に働く）。また、任意の３つのエネルギ源の合計容量が負荷をサポートできると仮定する。ここでは、４つの供給源、３つのＤＣ電力源３０、及びＡＣ電力網２４がある。システム２０ｊ及び２０ｋは、動作を保つのには３つの供給源のみを必要とすることから、冗長性を内包している。この冗長性を簡単に理解するには、システム２０’、２０’’及び２０’’’がすべて等しいサイズであると仮定する（任意のサイズであり得るとしても）。
【００８１】
［００８１］  次に、図１及び図１５を参照すると、分散型発電（ＤＧ）電力網４００においてシステム２０を有利に使用することができる。図１５に示すＤＧ網４００は、住居用網である。しかしながら、システム２０を使用し得るＤＧ網４００は、住居用、商業用及び工業用の電力消費体（および、場合によっては電力供体）の任意の組合せを含むことを理解されたい。
【００８２】
［００８２］  ＤＧ網４００は、ＡＣ電力網２４、例えばユーティリティ・グリッド、に接続可能である。ＡＣ電力網２４とＤＧ網４００とを選択的に接続および接続解除するためにユーティリティ・スイッチ４０４を設けることができるが、このスイッチは必須ではない。ＤＧ網４００は、例えば、フライホイール蓄積システム４０６、光起電力システム４０８、及び燃料電池４１０などのＤＣ電力源を１つ又は複数含む。フライホイール蓄積システム４０６は、フライホイール４１２、アクティブ型整流器４１４、及びシステム２０を含む。光起電力システム４０８は、光起電力アレイ４１６及びシステム２０を含む。各住居は、燃料電池４１０及びそれに関連するシステム２０を含む。
【００８３】
［００８３］  例示のＤＧ網４００では、システム２０の説明に関連して上述したように、光起電力アレイ４０６、燃料電池４１０、フライホイール４１２、及び電池４１４のすべてがＤＣ電力源３０を構成する。図には示していないが、ＤＧ網４００は、任意の燃料から電力を生成するＤＣ電力源３０を含み得る。実際、ＤＧ網４００は、任意の電力源を含み得る。更に、ＡＣ電力網２４はユーティリティ・グリッドに限定されない。網２４によって任意のＡＣ電力源を提供することができる。
【００８４】
［００８４］  各住居４３０は、変圧器４３４を適切に介在させ、配電線路４３２を介して直接にＡＣ電力網２４へ接続される。フライホイール蓄積システム４１２も、システム２０を介して、配電線路４３２へ接続される。光起電力システム４０８もシステム２０を介して同様に接続される。各住居４３０に付随する燃料電池４１０も、関連するシステム２０を介して、住居に接続される。
【００８５】
［００８５］  動作において、ＤＧ網４００により、住居４３０の集合体を独立した電力網として動作させることができる。例えば、燃料電池４１０などのような独立した電力網内の供給源から、ＡＣ電力網２４からよりも安価に電力を供給することができるときには、このような独立動作が望ましいことがある。また、ＡＣ電力網２４からの電力品質が所望の基準を満たさない場合、或いは、網が一時的に電力を供給できない場合、独立動作が望ましいことがある。ＤＧ網４００内でシステム２０を使用する別の利点は、上述したように、システム２０によって、ＡＣ電力網２４からの電流障害及びサージ、並びに過渡及び高調波を補償できることである。
【００８６】
［００８６］  システム２０の大きな特徴は、ＤＧ網において様々なＤＣ電力源３０を互いに接続する独立した制御システムを使用せずに、ＤＧ網４００の制御を実現できることである。一般に、知られている電力制御システムでは、このような別の制御システムが必要であり、それによって、システム２０によって得られる「プラグ・アンド・プレイ」動作が利用できなくなる。このように、システム２０により、比較的簡単かつ安価にＤＧ網４００が構築される。また、システム２０を使用することによって、ＤＧ網４００内の例えばフライホイール４１２などのＤＣ電力源からのエネルギの送出は、グリッド内の短期的な電圧を安定化させる傾向にあり、他方、各供給源から供給される相対的な実電力及び無効電力に外部コマンドが影響を及ぼすことを可能にする。
【００８７】
［００８７］  次に、図１及び図１６に移ると、システム２０を無停電電源装置（ＵＰＳ）５００で有利に使用することができる。ＵＰＳシステム５００では、ＡＣ電力網２４は、制御部５０４によって制御されるスイッチ５０２に接続され、配電線路５０６を介して複数の負荷５０８へ接続される。これらの負荷は、例えば、住居、工場又は特定の機器を含み得る。ＵＰＳシステム５００は、また、システム２０及び配電線路５１０を介して負荷５０８へ接続される１又は複数のＤＣエネルギ源３０も含む。ＵＰＳシステム５００は、そのＤＣエネルギ源３０が、ガスや石炭などの燃料以外のエネルギ源によってエネルギを生成し蓄積することができるという点で、システム４００と区別可能である。フライホイールや光起電力アレイは、ＵＰＳシステム５００用の適当なＤＣエネルギ源３０の例である。
【００８８】
［００８８］  スイッチ５０２が閉じられると、システム２０は、システム２０の電力コンバータ２２が負荷５０８へ送出される前にＡＣ電力へ変換するものである、供給源３０からのＤＣ電力を用いる上述の様式で、電流障害及びサージ並びに過渡及び高調波に対処することができる。網２４からのＡＣ電力が所定の許容範囲から落ちつつあることを制御部５０４が感知すると、制御部５０４はスイッチ５０２を開き、ＤＣ電力源３０が、負荷５０８に対する唯一の電力源として機能することができる。ＵＰＳシステム５００は、制御部５０４とシステム２０との間に別の制御システムを必要とせずに、また、複数のＤＣエネルギ源３０を用いる際には複数のシステム２０間に別の制御システムを必要とせずに、これらの機能を実現する。
【００８９】
［００８９］  図１５及び図１６に示す電力システムの基本構成は、スイッチ４０４及び５０２に関しては同じである。これらのスイッチの一側にはＡＣ電力網２４、例えばユーティリティがあり、これらのスイッチのその他側には負荷サポート用の供給源がある。これに関して、これらの電力システムは同じである。実際、システム２０により、単一システムにおいてＤＧタイプ及びＵＰＳタイプの機能をともに提供することが可能である。
【００９０】
［００９０］  以上の本発明の説明では、ＤＣ電力源３０へ接続された電力コンバータ２２を説明してきた。本発明の範囲には、ＤＣ電力源３０の代わりにＡＣ電力源、例えばマイクロタービンなどの使用も含まれる。
【００９１】
［００９１］  上述の本発明の制御システムの利点及び利益に加えて、システム２０及び本発明に含まれるすべての変形形態によって、本明細書で具体的に述べているかどうかに関わらず、以下のような他の利益も得られる。
【００９２】
・  各システム２０の個々の電力レベルを制御することができる。選択された電流源６２及び６４にハイ・レベルとするようにコマンドを与え、それによって、これらの電流源に接続されたシステム２０に対するＡＣ電力網２４へ電力を送り出すことができ、また、これらの電流源をゼロとするようにコマンドを与えて、関連のシステムが、待機状態で動作し、必要に応じて電圧をサポートすることができる。何れか１つのＤＣ電力源３０にコマンドを与えてＡＣ電力網２４へ電流を供給し、そして、他の電力源３０は、待機状態で動作するか、おそらくは蓄積ユニットに電力を吸収する。
【００９３】
・  ＤＣ電力源３０をグリッド上動作から分離動作へ、およびその逆に移行させる制御が本発明によって実現され、それによって、極めて良好なオフライン無停電電源装置（ＵＰＳ）に似た動作が得られる。
【００９４】
・  ＡＣ電力網２４を含めての、システム２０’、２０’’及び２０’’’（及び追加のシステム２０）の何れかをオフライン状態にすることができる。一例として、システム全体、例えば、システム２０ｊ及び２０ｋが、ほぼ２つの電力コンバータ２２の電力定格に等しい安定した平衡負荷とともに動作しており、各電力コンバータの１／Ｒが、電力コンバータの電圧定格をその電流定格で割った値の５％の逆数であると仮定する。また、各電力コンバータ２２の電流コマンド信号の各振幅が電力コンバータの定格の２５％に設定され、ＡＣ電圧がその公称定格値であり、それにより、各電力コンバータ２２が、負荷電流の約１２．５％を作り出しており、ＡＣ電力網２４が電流の残りの６２．５％を供給していると仮定する。これは、ＡＣ電力網の出力インピーダンスが、単一の電力コンバータの定格の約２０％である場合、即ち、電力の約５倍を供給し且つ５％出力インピーダンスを有するように定格設定されている場合がそうであろう。次いで、ＡＣ電力網２４がドロップ・アウトした（開いた）場合、システム２０’、２０’’及び２０’’’は、その電圧降下を感知し、それぞれがより多くの電流を供給することになる。それらは、総負荷の約３３％またはそれらの定格それぞれの６７％にはね上がるであろう。この電流の増加は、約６７％−１２．５％＊５％または２．７２５％のみの電圧の降下を伴う。この補正は極めて迅速であり、システム電圧は１ミリ秒未満で回復するであろう。
【００９５】
・  本発明の制御方式は電力の過渡状態に対応し、それにより、モード間のスイッチングが滑らかである。この滑らかなスイッチングには、ユーティリティ・グリッドを含めた、並列に接続された様々なＡＣ電力源の間でのスイッチングが含まれる。
【００９６】
・  本発明のインピーダンス電流調整は、負荷電流高調波に対処するのに効果的な方法である。このインピーダンス電流制御は極めて迅速に行われる。Ｔ点５２からの実際の電圧が、乗算器７０からの理想的な電圧波形と比較され、電圧補正ユニット１１２から供給される電圧補正信号が変更されて、電圧を理想的な電圧に近づけるように押す。このようにして、本発明は、システム２０間の高調波の負荷を分担することができる。トランスフォーマ及びケーブルのインピーダンスのため、システム高調波電流により、それらの発生源において最大の電圧の摂動が生じる。即ち、高調波源に最も近いシステム２０から、最大の量の補正がもたらされる。他の近くのシステム２０からもたらされる補正量はより少なくなる。高調波問題をこのように解決すると、中央集中型高調波補正源よりも配電機器へのストレスが少なくなり、効率が高くなる。
【００９７】
・  分散したシステム２０を有する網（ネットワーク）の電力の品質は高くなる。これは、電力システムにおける高調波による乱れが、その発生源の近くで補正されることによるものである。その結果、この乱れの影響を受ける機器の数がより少なくなり、かつその程度がより少なくなる。
【００９８】
・  システム２０の網を適正な保護機器とともに用いて、極めて信頼性の高い電力システムを構築することができる。システム２０は迅速な移行を提供し、従来型の保護機器とともに用いると、電力システムが障害から分離される。電力網に冗長の電力源を接続して、システムの信頼性を高めることができる。
【００９９】
・  システム２０を含む電力システムは、典型的なユーティリティ・システムよりも安定性が高くなる傾向がある。なぜなら、各システム２０が抵抗性インピーダンスをＡＣ電力網に与え、これが過渡状態を安定化させ、リアクタンス性エネルギを吸収する傾向があるるからである。任意の数の異なるサイズの電力コンバータ２２を並列に接続し、コンバータ間の高速通信を必要とせずに、すべての電流負荷を分担させることができる。すべての負荷電流には、実、無効、高調波及び過渡の電流が含まれる。実電流コマンド源６２及び基準電流コマンド源６４を調整することにより、電力コンバータ２２の出力電流のバランスをとり、それによって、システムの最適化及び様々な応答時間を有する様々なタイプのエネルギ源の統合を行うことができる。このようにして、各電力コンバータ２２が、ＡＣ電力網２４を支持するために、その電力コンバータに可能などんな電流でも供給するが、実電力の相対的な分担を変更するように増減をコマンドされることができる。更に、システム２０は「プラグ・アンド・プレイ」型である。即ち、各電力コンバータ２２は、本来、任意のある時点で何れの他の供給源が接続されているかを知る必要なしに、他のコンバータと共に働く。
【０１００】
［００９２］  様々な実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明はこれらの実施形態だけに限定されるものではないことを理解されたい。それとは対照的に、上記及び添付の特許請求の範囲で定義される本発明の趣旨及び範囲に含まれ得るすべての代替形他、変更形態及び均等形態が含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】図１は、本発明の電力コンバータ用制御システムの概略回路図である。
【図２】図２は、図１のシステムで使用できる位相ロック・ループの概略回路図である。
【図３】図３は、図１に示す制御システムをより一般化したバージョンを示す概略図である。
【図４】図４は、電圧フィードバック・ループが電流フィードバック・ループに配される点を除き、図３に示すものと類似の制御システムの概略図である。
【図５−１】図５−１は、インピーダンス電流調整器に変更が加えられている点を除き、図１に示すものと類似の制御システムを、図５−２と共になって示す概略図である。
【図５−２】図５−２は、インピーダンス電流調整器に改変が加えられている点を除き、図１に示すものに類似の制御システムを、図５−１と共になって示す概略図である。
【図６】図６は、基本インピーダンス電流補正を含む点を除き、図１に示すものと類似の制御システムの概略図である。
【図７】図７は、電力コンバータへの電圧フィード・フォワードが省略されている点を除き、図１に示すものと類似の制御システムの概略図である。
【図８】図８は、電力コンバータへの電圧フィード・フォワードが、基準ＡＣ電圧源からではなく、電力コンバータの出力からのものである点を除き、図１に示すものと類似の制御システムの概略図である。
【図９】図９は、電力コンバータへの電圧フィード・フォワードが、基準ＡＣ電圧源の出力の関数としてではなく、電力コンバータの出力電圧及び電流の関数として生成される点を除き、図１に示すものと類似の制御システムの概略図である。
【図１０−１】図１０−１は、図１０−２及び図１０−３と共になって、図１に示す電力コンバータの３相４線型バージョンを示す概略図である。
【図１０−２】図１０−２は、図１０−１及び図１０−３と共になって、図１に示す電力コンバータの３相４線型バージョンを示す概略図である。
【図１０−３】図１０−３は、図１０−１及び図１０−２と共になって、図１に示す電力コンバータの３相４線型バージョンを示す概略図である。
【図１１−１】図１１−１は、３相３線型の電力コンバータとともに使用するためのものである点を除き、図１０−１、１０−２及び１０−３に示すものに類似の制御システムを、図１１−２及び図１１−３と共になって示す概略図である。
【図１１−２】図１１−２は、３相３線型の電力コンバータとともに使用するためのものである点を除き、図１０−１、１０−２及び１０−３に示すものに類似の制御システムを、図１１−１及び図１１−３と共になって示す概略図である。
【図１１−３】図１１−３は、３相３線型の電力コンバータとともに使用するためのものである点を除き、図１０−１、１０−２及び１０−３に示すものに類似の制御システムを、図１１−１及び図１１−２と共になって示す概略図である。
【図１２】図１２は、本発明の制御システムの実効モデルを示す。
【図１３】図１３は、単一の負荷に並列に接続された図１に示すタイプの３つの制御システムを示す概略図である。
【図１４】図１４は、すべての制御システムが単一の負荷に接続されるのではなく、それぞれの制御システムがそれぞれの負荷に接続される点を除き、図１３に示すものと類似の制御システムを示す概略図である。
【図１５】図１５は、本発明の制御システムの複数の設置を含む分散型の電力生成網を示す概略図である。
【図１６】図１６は、本発明の電力コンバータ制御システムを含む無停電電力網を示す概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５−１】
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【図５−２】
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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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【図１０−１】
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【図１０−２】
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【図１０−３】
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【図１１−１】
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【図１１−２】
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【図１１−３】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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