(57)【要約】  多端末電力システム（１０、１９）を形成および作動する方法は、電力システムのネットワークに複数の送電端末（１４）を接続することおよび、送電端末の出力電圧と出力電流の積を一定に維持する一方で、送電端末の出力電圧と出力電流の両方を外部回路の状態の変化に応じて同時に変動しうるような定電力電源（４８）として振る舞う各送電端末の局所制御とを含む。少なくとも１つの送電端末が含み得る容量性出力コンバータ（６５）は、２つの出力端子（６４）の間に接続されたキャパシタ（Ｃ）と、このキャパシタに並列に接続された制御電流源（６６）とを有するか、あるいは、１つの出力端子（６４）に接続されたインダクタ（Ｌ）を有する誘導性出力コンバータ（６７）と、このインダクタに直列に接続された制御電圧源（６８）とを有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多端末電力システム（１０、１９）を形成および作動する方法であって、
多数の送電端末（１４）を電力システムのネットワークに接続し、前記送電端末の出力電圧（ｖ）および出力電流（ｉ）の両方が、送電端末の出力電圧と出力電流の積を一定に維持する一方で、外部回路の変化に応じて同時に変動しうるように定電力源（４８）として振る舞う各送電端末（１４）の局所制御を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記外部回路の状態の変化には、前記ネットワークの電圧および電流が変動することまたは前記送電端末の電力レベルが変動すること、および、前記多数の送電端末が直列、並列またはマトリクス構成に接続されることのうち少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記多数の送電端末（１４）の少なくともいくつかは、ストリング（１５）を形成するように直列に接続され、前記ストリングは前記ネットワークのバス（１１）に並列に接続され、前記バスが電圧源として振る舞うことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ストリングは、配電ネットワークもしくは配電網（３０、３６）に直接接続するソーラーインバータ（２６）もしくはマイクロインバータ（３２）、または、陸の電力網にＤＣ送電するための洋上風車（１２）の直列接続を備えることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記多数の送電端末（１４）の少なくともいくつかは列（１７）を形成するように並列に接続され、前記列は前記ネットワークのバスと直列に接続され、前記バスは電流源として振る舞うことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
各送電端末（１４）は、再生可能エネルギー源（６０）および対応する電力調節回路（１６）を備え、前記局所制御は、前記電力調節回路の出力端子で定電力電源の挙動を生成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記再生可能エネルギー源は、発電機および整流回路を備える前記電力調節回路が設けられた風車を備えることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
出力電圧または出力電流のうち少なくとも１つが、前もって指定された水準を超えたとき、前記送電端末の電力出力を低減することにより前記送電端末（１４）の定電力電源の挙動を修正することをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記送電端末（１４）は、ＡＣ電源および基本サイクルにわたる平均電力を意味する前記定電力電源の電力を備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
２つの出力端子（６４）の間に接続されるキャパシタ（Ｃ）と、前記キャパシタと並列に接続される制御された電流源（６６）として働く電力調節回路の残りとを有する容量性出力コンバータ（６５）とを備える電力調節回路を含む少なくとも１つの送電端末（１４）を含み、
前記局所制御は、Ｐ／ｖを基準として追従する電流源の制御を備え、
前記Ｐは、前記コンバータの所望の出力電力であり、ｖは、出力キャパシタの両端電圧であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
出力端子（６４）に接続されたインダクタ（Ｌ）と、前記インダクタと直列に接続される制御された電圧源（６８）として働く電力調節回路の残りとを有する誘導性出力コンバータ（６７）とを備える電力調節回路を含む少なくとも１つの送電端末（１４）を含み、
前記局所制御は、Ｐ／ｉに追従する前記電圧源の制御を備え、前記Ｐは、前記コンバータの所望の主力電力であり、ｉは、前記インダクタを通る電流であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
バイパスダイオード（７６）を前記電力調節回路の前記出力端子（６４）に並列に接続し、障害分離をもたらすため前記出力端子と前記バイパスダイオードの間に断路器（７４）を直列に接続することをさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１３】
前記整流回路は、整流器およびＤＣ−ＤＣコンバータを含み、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、容量性出力コンバータまたは誘導性出力コンバータであることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１４】
前記局所制御は、発電機側の制御（７０）およびネットワーク側の制御（７２）を含み、
前記発電機側の制御が、整流器および前記風車から最大の総電力量が抽出されるように前記発電機を調整し、
前記ネットワーク側の制御が、定電力源の挙動を生成するために前記ＤＣ−ＤＣコンバータを調整することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記発電機側の制御（７０）は、前記ネットワークに送り込むために利用可能な総電力量を示す前記ネットワーク側の制御（７２）に電力信号を供給し、
前記ネットワーク側の制御が出力電力を制御するための指令として前記信号を使用し、
前記ネットワーク側の制御が、起動、停止、または前記出力電力を低減するかもしくは制限する必要があるときの電力削減の期間中、前記発電機側の制御に所望の電力レベルの水準を伝達する
ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１３年１１月１８日に出願した米国仮出願第６１／９０５，４２４号および米国仮出願第６１／９０５，４２８号の優先権を主張するものであり、それらの全体の内容が参照によってここで本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
電力は、通常は電圧源の形態で供給され、供給電圧が一定に維持される一方で、供給電流が負荷条件に応じて変動する。高い供給電圧をもたらすために、図１ａに示されるように、２つ以上の電圧源（ｖ１、ｖ２…ｖｎ）を直列に接続することができる。一方、電圧源の並列接続は、電圧のわずかな不一致が並列電源の間に大きな電流不平衡をもたらす可能性があるので困難である。
【０００３】
時には、供給電流を一定に維持する必要がある一方で、負荷条件に応じて供給電圧が変動し得る特定の負荷によって、電流源の挙動が必要とされること、または好まれることがある。より高い供給電流を供給するために、図１ｂに示されるように、２つ以上の電流源（ｉ１、ｉ２…、ｉｎ）を並列に接続することができるが、電流源の直列接続は、電流を正確に一致させることが必要なため困難である。
【０００４】
再生可能エネルギー（風力エネルギーおよびソーラーエネルギーなど）および他の分散された発電（ＤＧ）源は、通常は、未処理の電源出力の電力調節および制御をもたらすパワーエレクトロニクスインターフェースを介して電力網に組み込まれる。一般的なやり方では、インターフェースは、電源が生成可能な電力量または生成することを要求された電力量に応じて、電力網に特定の量の電流を注入する電流源のように振る舞うように制御される。この場合、電流源の挙動は、電圧源である電力網との競合が回避されるので望ましいものである。
【０００５】
実際には、電力網は、電線、変圧器、および発電機の直列インピーダンスのために、理想的な電圧源ではない。同様に、インターフェースは、定義によれば無限の出力インピーダンスを有する完全な電流源ではあり得ない。そのような非理想の効果が存在するので、ＤＧ網システムの安定性は、電力網のインピーダンスとインターフェースの出力インピーダンスの比がナイキスト基準を満たすことを必要とする。Ｊ．Ｓｕｎ、「Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ−ｂａｓｅｄ  ｓｔａｂｉｌｉｔｙ  ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ  ｆｏｒ  ｇｒｉｄ−ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ  ｉｎｖｅｒｔｅｒｓ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｐｏｗｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ｖｏｌ．２７、ｎｏ．１１、３０７５〜３０７８頁、２０１１年１１月を参照。
【０００６】
複数のソーラー電源または風力電源が、それ自体の電力網インターフェースを介して電力網に接続され得、電流源として互いに並列で効率よく動作する。電力調節インターフェースのコスト低減および効率向上のやり方として、そのような電源を直列で作動させることの必要性が増大している。そのような用途に関して、以下のようにいくつかの例がある。
１）洋上風のための多端末ＤＣ送電：ＤＣ送電は、海底の長いＡＣケーブルを通じて電力を運ぶことに関する困難のために、洋上風に関してＡＣ送電よりも好まれる。この用途については、図２ａに示されるように、各風車（１２）がＤＣ出力を生成するように制御され、複数のそのようなＤＣ端末（１４）が直列に接続されて陸の電力網に送電するための十分に高いＤＣ電圧を確立する直列ＤＣ構造（１０）は、図２ｂに示されるように、沖合のＡＣ収集バス（２４）を使用するときに必要となる余剰のＤＣ−ＡＣ変換段（１６）およびＡＣ−ＤＣ変換段（１８）が不要になるので有利である。
２）中間電圧の配電線に対するソーラーインバータの直接接続：商用の（大規模な）ソーラー設備は、通常は中間電圧（たとえば１５ｋＶまたは３３ｋＶ）の配電線に接続することによって電力網に組み込まれる。図３ａに示されるように、高電圧の電子装置が必要になるのを回避するために、各ソーラーインバータ（２６）の出力は低電圧レベル（たとえば４８０Ｖ）に保たれ、配電網すなわち配電ネットワーク（３０）に接続するために電圧を逓昇するのに中間電圧変圧器（２８）が使用される。図３ｂに示される代替構造は、大きな逓昇変圧器なしで中間電圧の配電ネットワーク（３０）に直接接続することができるように、複数のソーラーインバータ（２６）を直列に接続するものである。
３）モジュール式低電圧マイクロインバータ：図４ａに示されるように、マイクロインバータ（３２）は、単一ソーラーパネル（３４）のＤＣ出力から５０／６０ＨｚのＡＣを生成する。パネルの出力電圧は、通常は、たとえば住宅の建屋における１６０Ｖといった電力網（３６）のピーク電圧の小部分であるため、マイクロインバータは、電圧を逓昇するための変圧器を必要とするばかりでなく、電力網のピーク電圧に耐えることができる高電圧デバイスを使用する必要もある。変圧器および高電圧デバイスの使用は、各マイクロインバータを、パネルの出力電圧よりもより低い電圧を生成するように設計し、図４ｂに示されるように、複数のマイクロインバータ（３２）を単一電力網（３６）に接続するように直列で作動させることによって回避することができる。この方式は図３ｂに示されたものに類似しており、マイクロインバータのコストを低減するとともに効率を向上する。
【０００７】
これらの３つの例には、ａ）複数の電源（以下で送電端末と称される）がストリングを形成するように直列に接続されて、および、ｂ）ストリングは、電圧源と見なされ得るＤＣまたはＡＣの電力網に並列に接続されることが共通している。直列接続を容易にするために、個々の送電端末は電圧源として働くべきであり、一方、ストリングは、電圧源である電力網と並列に動作するために電流源のように振る舞うべきである。
【０００８】
個々の送電端末と全体のストリングの間のそのような混合された電圧源と電流源の挙動は、すべての送電端末がたとえば同一ハウジングの中に近接近で配置されているとき、中央制御装置によって達成され得るはずである。その場合、図５に示されるように、中央制御装置（４０）は、個々の送電端末（４２、４２’）の出力電圧を調節することによって全体のストリング電圧を制御することになり、ストリングと電力網の間の瞬時電圧差を吸収するためにインダクタ（Ｌ、Ｌ’）が直列に挿入され得、ストリングを、制御された電流源に効率よく変える。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｊ．Ｓｕｎ、「Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ−ｂａｓｅｄ  ｓｔａｂｉｌｉｔｙ  ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ  ｆｏｒ  ｇｒｉｄ−ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ  ｉｎｖｅｒｔｅｒｓ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｐｏｗｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ｖｏｌ．２７、ｎｏ．１１、３０７５〜３０７８頁、２０１１年１１月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この集中制御方式は、ＤＣネットワークとＡＣネットワークの両方において機能することができるが、コントローラと各送電端末の間に高速の通信リンクを必要とし、これは、上記で論じられた３つの例のように送電端末が分散されているとき、ストリングの物理的寸法が、屋上マイクロインバータに関する数メートルから洋上風車に関する数キロメートルの範囲であり得、実施するのが困難である。集中制御の速度は、それぞれの風車またはソーラーコンバータに使用される半導体デバイスのスイッチング周波数と同等でなければならず、制御信号が数ミリ秒失われただけでも、破壊的な損傷をもたらして全体のストリングを破壊する恐れがある。集中制御は、モジュール化するのが困難であり、維持するのも困難である。したがって、再生可能電源の、電力網へのそのような直列接続を可能にするためには別の手法が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明が提供する、多端末電力システムを形成および作動させる方法は、多数の送電端末を電力システムのネットワークに接続し、送電端末の出力電圧および出力電流の両方が、送電端末の出力電圧と出力電流の積を一定に維持する一方で、外部回路の状態に応じて同時に変動しうるように定電力電源として振る舞う各送電端末の局所制御を備える。
【００１２】
外部回路の状態の変化は、多数の送電端末電力システムが接続されるネットワークの電圧および電流が変動することまたは送電端末の電力レベルが変動すること、および、複数の送電端末が、直列、並列、またはマトリクス構成に接続されることを含み得る。
【００１３】
本発明の一態様によれば、多数の送電端末のうち少なくともいくつかは、ストリングを形成するように直列に接続され、ストリングは、ネットワークのバスに並列に接続され、バスが電圧源として振る舞うものであってもよい。
【００１４】
ストリングは、有利には、配電ネットワークもしくは配電網に直接接続するソーラーインバータもしくはマイクロインバータ、または、陸の電力網にＤＣ送電するためのＤＣ出力を伴う洋上風車の直列接続を備え得る。
【００１５】
本発明の別の態様によれば、多数の送電端末の少なくともいくつかは列を形成するように並列に接続され、列は、ネットワークのバスと直列に接続され、バスは電流源として振る舞う。
【００１６】
各送電端末は、有利には、再生可能エネルギー源および対応する電力調節回路を備えてもよく、局所制御では、電力調節回路の出力端子で定電力電源の挙動が生成される。
【００１７】
この方法は、出力電圧または出力電流のうち少なくとも１つが、前もって指定された水準を超えたとき、送電端末の電力出力を低減することにより送電端末の定電力電源の挙動を修正することをさらに含み得る。
【００１８】
送電端末がＡＣ電源を備える場合、定電力電源の電力は、基本サイクルにわたる平均電力を意味する。
【００１９】
本発明の一態様では、少なくとも１つの送電端末は、２つの出力端子の間に接続されたキャパシタを有する容量性出力コンバータを備える電力調節回路を含むことができ、電力調節回路の残りの部分は、キャパシタに並列に接続されている制御された電流源として働き、局所制御は、Ｐ／ｖに基準として追従する電流源の制御を備えることができ、前記Ｐはコンバータの所望の出力電力であり、ｖは出力キャパシタの両端電圧である。
【００２０】
本発明の別の態様では、少なくとも１つの送電端末は、出力端子に接続されたインダクタを有する誘導性出力コンバータを備える電力調節回路を含むことができ、電力調節回路の残りの部分は、インダクタに直列に接続されている制御された電圧源として働き、局所制御は、Ｐ／ｉに追従する電圧源の制御を備えことができ、前記Ｐはコンバータの所望の出力電力であり、ｉはインダクタを通る電流である。
【００２１】
障害分離をもたらすために、電力調節回路の出力端子にバイパスダイオードが並列に接続されてもよく、出力端子とバイパスダイオードの間に断路器が直列に接続されてもよい。
【００２２】
本発明の一実施形態では、送電端末に給電する再生可能電源は発電機を駆動する風車を備えてもよく、対応する電力調節回路が発電機のＡＣ出力をＤＣに変換する。局所制御は、発電機側の制御およびネットワーク側の制御を含み、発電機側の制御が、最大の電力量が抽出されるように再生可能エネルギー電源を調節し、ネットワーク側の制御が、定電力電源の挙動を生成する役割を担っている。
【００２３】
発電機側の制御は、ネットワーク側の制御にネットワークに送り込むために利用可能な総電力量を示す電力信号を供給してもよく、ネットワーク側の制御が、この信号を、出力電力を制御するための指令として用いてもよく、ネットワーク側の制御は、起動、停止、または出力電力を低減するかもしくは制限する必要があるときの電力削減の期間中、発電機側の制御に所望の電力レベルを伝達してよい。
【００２４】
この実施形態の電力調節回路は、発電器出力をＤＣに変換する整流器を含む整流回路と、整流器の出力を高電圧へと逓昇し、高周波変圧器を使用したガルバニック絶縁ももたらすＤＣ−ＤＣコンバータとをさらに備え得る。ＤＣ−ＤＣコンバータは、容量性出力コンバータまたは誘導性出力コンバータであり得る。発電機側の制御が整流器を制御し、ネットワーク側の制御がＤＣ−ＤＣコンバータを制御する。
【００２５】
添付図面とともに理解される様々な実施形態の以下の詳細な説明から、本発明の特徴、利点および態様が容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（ａ）直列の複数の電圧源と、（ｂ）並列の複数の電流源とを示す図である。
【図２】（ａ）多端末直列ＤＣ機構を採用する陸の電力網へのＤＣ送電と、（ｂ）逓昇変圧器および中央の整流器ステーションを有するＡＣ収集バスと洋上風力発電地帯の構成を示す図である。
【図３】（ａ）中間電圧変圧器を使用して中間電圧配電線に接続された商用ソーラーシステムと、（ｂ）電力網に直接（変圧器なしで）接続するためのインバータの直列接続とを示す図である。
【図４】低電圧の電力系統に接続するための、マイクロインバータの（ａ）並列接続、および（ｂ）直列接続を示す図である。
【図５】直列インダクタを使用することによる、ストリング電圧の中央制御と、電流源の挙動の生成とを示す図である。
【図６】（ａ）定電力電源（ＣＰＳ）のｉ−ｖ特性、（ｂ）ＣＰＳの直列接続、および（ｃ）ＣＰＳの並列接続を示す図である。
【図７】直列の２つのＣＰＳの、（ａ）抵抗性負荷を有するスタンドアロンモードの動作、および（ｂ）電圧源に接続された動作を示す図である。
【図８】並列の２つのＣＰＳの、（ａ）抵抗性負荷を有するスタンドアロンモードの動作、および（ｂ）電圧源に接続された動作を示す図である。
【図９】直列接続された風車の、ＣＰＳとして制御されている動作を示す図である。
【図１０】（ａ）直列接続された列構造、および（ｂ）その等価マトリクス構成を示す図である。
【図１１】（ａ）電圧および電流を制限することにより、および（ｂ）電力を削減することにより、端末の電圧および電流の変動を低減するためのＣＰＳ特性の修正形態を示す図である。
【図１２】バス電圧が陸の発電所によって与えられると想定される状況で、（ａ）並列接続されたストリング、（ｂ）直列接続された列（マトリクス）、を採用する、洋上風の電力網統合のための多端末ＤＣ送電の構成を示す図である。
【図１３】（ａ）タービンの電気システム、（ｂ）容量性出力を有するコンバータ、および（ｃ）誘導性出力を有するコンバータを示す図である。
【図１４】発電機側とネットワーク側の制御の両方を含む、タービンの全体の局所制御を示す図である。
【図１５】（ａ）ｎ台の風車のストリング、（ｂ）各タービンがその容量性出力コンバータによって表されたストリングの等価回路、（ｃ）および（ｄ）２つの異なる条件下のストリング電圧を示す図である。
【図１６】電力の段階的変化に対する３つの端末のストリングの過渡応答を示す図である。
【図１７】差分キャパシタンスを伴う電力の段階的変化に対する３つの端末のストリングの過渡応答を示す図である。
【図１８】障害分離能力をもたらすための断路器およびバイパスダイオードを含むところを示す図である。
【図１９】（ａ）電流源バスに直列接続された誘導性出力端子の列、および（ｂ）その等価回路を示す図である。
【図２０】電力の段階的変化に対する３つの端末の列の過渡応答を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
ストリングにおける個々の送電端末の電圧源の挙動と、全体のストリング電流源の挙動との、相反する要求を解消するために本発明によって提供される解決策は、各送電端末を定電力電源（ＣＰＳ）として振る舞わせることである。供給電流または供給電圧のみが外部条件に伴って変動する電圧源または電流源と異なり、ＣＰＳの出力電圧と出力電流の両方が外部条件に応じて変動する一方で出力電圧と出力電流の積は一定のままである。これは、数学的にはｐ＝ｖ・ｉ＝一定、と記述され得、前記ｖとｉはそれぞれ出力電圧および出力電流である。この表記法はＤＣ電源に関して適切である。
【００２８】
ＡＣ電源については、電力は、基本サイクルにわたる平均電力として理解されたい。さらに、定電力電源の出力電力は、利用可能な電力量または必要とされる電力量のいずれかにおける変化のために、時間とともに変動する可能性があることに留意されたい。図６ａは、そのような定電力電源のｉ−ｖ特性を示す。
【００２９】
定電力電源は、互いに、図６ｂおよび図６ｃにそれぞれ示されるように互いに並列または直列で動作することができ、図ではＣＰＳ（４８）を表すために新規のシンボルが導入されている。どちらの構成でも、各ＣＰＳの出力電圧と出力電流の両方が外部回路に依存する。ＣＰＳが、その出力電圧および出力電流を、外部回路の条件に調整する様子を説明するために、出力電力がそれぞれｐ１およびｐ２である２つのＤＣのＣＰＳの直列接続を考える。図７は、各ＣＰＳのｉ−ｖ特性ならびにそれらの組合せを示す。
【００３０】
以下の２つの場合を考える。
１）抵抗性負荷を伴うスタンドアロン動作（図７ａ）：負荷のｉ−ｖ特性は、原点から始まる直線（ｖ＝Ｒｉ）によって表される。このラインの、組み合わされた電力一定のグラフ（ｖｉ＝ｐ１＋ｐ２）に対する交点Ａは、２つのＣＰＳの組み合わされた出力電圧（Ｖ）と、負荷を通る電流（Ｉ）とを定義する。ポイントＡを通過する水平ラインは、各ＣＰＳのｉ−ｖグラフと交差し、交点（Ａ１およびＡ２）は、対応するＣＰＳの動作点を表す。
２）電圧源を伴う並列運転（図７ｂ）：並列の電圧源のｉ−ｖ特性は、垂直ラインｖ＝Ｖによって表される。このラインが、組み合わされた電力一定のグラフ（ｖｉ＝ｐ１＋ｐ２）に交差し、交点Ｂは、各ＣＰＳによって供給される電流（Ｉ）を定義する。ポイントＢを通過する水平ラインは、各ＣＰＳのｉ−ｖグラフと交差し、交点（Ｂ１およびＢ２）は、対応するＣＰＳの動作点を表す。
【００３１】
上記の解析は特定のＣＰＳおよび負荷条件に関するものであったが、直列接続されたＣＰＳは、変動する負荷条件ならびに各ＣＰＳの電力レベルに応じて適合し得ることが明白であろう。同じ解析が、並列のＣＰＳに実施され得る。一例として、２つの異なるタイプの負荷と並列の２つのＣＰＳを考える。
１）抵抗性負荷を伴うスタンドアロン動作（図８ａ）：負荷のｉ−ｖ特性は、これも、原点から始まる直線（ｖ＝Ｒｉ）によって表される。このラインの、組み合わされた電力一定のグラフ（ｖｉ＝ｐ１＋ｐ２）に対する交点Ａは、両方のＣＰＳの出力電圧（Ｖ）と、それらの組み合わされた出力電流（Ｉ）とを定義する。ポイントＡを通過する垂直ラインは、各ＣＰＳのｉ−ｖグラフと交差し、交点（Ａ１およびＡ２）は、対応するＣＰＳの出力電流（Ｉ１およびＩ２）を定義する。
２）電圧源を伴う並列運転（図８ｂ）：並列の電圧源のｉ−ｖ特性は、これも、垂直ラインｖ＝Ｖによって表される。このラインが、組み合わされた電力一定のグラフ（ｖｉ＝ｐ１＋ｐ２）に交差し、交点Ｂは、両方のＣＰＳの出力電圧（Ｖ）を定義する。同じ垂直ラインが各ＣＰＳのｉ−ｖグラフと交差し、交点（Ｂ１およびＢ２）は、対応するＣＰＳの出力電流（Ｉ１およびＩ２）を定義する。
【００３２】
上記の解析は、直列もしくは並列または両方の組合せに接続されたＣＰＳの任意数に拡張され得る。
【００３３】
ここで、図２ａに示されるような、洋上風の多端末ＤＣ送電における本発明の適用を特に考える。各タービン発電機の出力が、ＤＣ出力端子においてＣＰＳと同様に振る舞うように調節された整流器によって調節されると想定する。すべての機械的電力損失および電気的電力損失を無視すれば、ＤＣ出力電力は、タービン翼が風から抽出する電力に等しい。
【００３４】
風車によって抽出される電力が所与の風況の下で一定であるという事実と、電力調節回路の、その出力端子において測定される定電力電源の挙動とを混同しないようにされたい。電圧源または電流源によっても一定量の電力が伝達され得る。ここで定義されたＣＰＳの挙動は、その端子電圧と端子電流の両方が負荷に応じて同時に変動し得るという事実を意味するものである。外部回路の状態に応じて出力電圧と出力電流の両方を同時に調整する一方で、送電端末の出力電圧と出力電流の積を一定に維持するこの特有の能力が、定電力電源を電圧源または電流源から区別する。
【００３５】
一般性を失うことなく、図９ａに示されるように、ストリング（５０）を形成して２０ｋＶのＤＣバス（５２）に接続された５つの風車（１２）を考える。タービンの出力電力が（上から）それぞれ２ＭＷ、２．５ＭＷ、１ＭＷ、２．２ＭＷ、および１．５ＭＷであって、各タービンの出力がＣＰＳ（４８）のように振る舞うように調節されていると想定する。各ＣＰＳの出力電力が、対応するタービン出力に等しくなるように、すべての電力損失を無視する。この場合、ストリング電流は次式で計算され得る。
【００３６】
【数１】
2016538822.tif 000003
【００３７】
各タービンの出力電力の下での各端末の電圧が図９ａに示されている。
【００３８】
ここで、上から３番目のタービンの状態が変化して、出力電力が１．８ＭＷまで増加すると想定する。すると、以下のことが直ちに起こるはずである。
１）第３のＣＰＳの出力電圧は、その出力電力が１．８ＭＷに向かって増加するように増加する。
２）他のＣＰＳの出力電圧は、全体のストリング電圧を、ＤＣバスによって与えられている２０ｋＶに保つように低下する。
３）ストリング電流は、他のＣＰＳの電圧低下を補うように増加する。
【００３９】
最終結果が図９ｂに示されており、ストリング電流が５００Ａまで増加し、各ＣＰＳの出力電圧が、ＣＰＳならびに全体のストリング電圧の制約の両方を満たす新規の水準に調整されている。理想的なＣＰＳおよびＤＣバス電圧（インピーダンスがない）では、これらの調整が同時かつ即座に生じるはずであることに留意されたい。複数のストリングが、ＤＣバスに同時に接続され得、（接続ケーブルを伴う）ＤＣバスが（インピーダンスがない）理想的な電圧源と考えられ得る限り、互いから独立して動作するはずであることも明らかであろう。バスおよびケーブルのインピーダンスがあるので、並列の各ストリングの動作は、わずかに結合されることになる。
【００４０】
一例として、図９ｃは、並列に接続された２つのストリングを示す。各ストリングを接続しているケーブルは、Ｒ＝０．１Ωの抵抗を有すると想定される。比較のために、図９ａ）および図９ｂ）で使用されているものと同一のタービン出力の電力レベルを想定する。２つのストリング電流はＩ１およびＩ２で示され（図９ｃを参照）、次の式から解くことができる。
【００４１】
【数２】
2016538822.tif 000004
【００４２】
これらの式は、２組の複素数の解と２組の実数の解とを有する。実際の解がＩ１＝４６３．３ＡおよびＩ２＝５０２．４Ａであることを確認するのは容易であり、これらの解は、抵抗がないときのものよりもわずかに大きい。対応するタービン電圧が図９ｃに示されている。
【００４３】
図９ｃに示される並列ストリングの構成に加えて、ひとつには、風車の端末（４８）と、一般的にＣＰＳ送電端末を並列に接続して列（５４）を最初に形成し、次いで、図１０ａに示されるように複数の列を直列に接続することも可能である。相互接続ケーブルのインピーダンスが無視されるとき、そのような直列の列の構成（５６）は、図１０ｂに示される網目状の（マトリクス）構成（５８）と等価である。
【００４４】
図９の例によって示されるように、並列ストリング構造では、１つの送電端末における電力変動が、すべての送電端末の出力電圧に大きな変動をもたらす可能性がある。一方、ストリング電流は、ストリング全体の電力および電圧によって駆動されるので、個々の送電端末の電力変動にそれほど敏感ではなない。それと対照的に、直列の列構造における列電圧は、列の個々の送電端末の電力出力にそれほど敏感ではないが、列の内部の各送電端末の電流は、他の送電端末の電力が変化するときにかなり変化する可能性がある。
【００４５】
送電端末の電圧および電流の変動は、適切な構造を選択することに加えて、送電端末の電圧および電流が特定の水準を超えたときに電力出力が低下するようにＣＰＳ特性を変更することによっても低減され得る。これは、以下のことを含む別の方法で実施され得る。
１）電圧および電流の制限（図１１ａ）。電圧と電流の両方が最大値（ＶｍａｘおよびＩｍａｘ）によって制限され、送電端末は、これらの限界を過ぎると定電圧（Ｖｍａｘ）または定電流（Ｉｍａｘ）の電源として効率よく動作する。
２）電力の削減（図１１ｂ）。送電端末の出力電力は、送電端末の出力電圧または出力電流が、前もって指定された水準（ＶｓまたはＩｓ）を超えるにつれて徐々に低減される。これは別の方法で実施され得、それらのうちのいくつかが図１１ｂの破線によって示されている。
【００４６】
これらの特徴は、個々のＣＰＳ送電端末の制御へとプログラムされ得、入力電力と出力電力の間で電力バランスを維持するために、主要な電源（風車）の制御と連携して働くべきである。性能をさらに改善するために、１つの送電端末のｉ−ｖ特性の他の送電端末に対する依存性も導入されてよい。そのような互いに依存する送電端末の特性は、他の送電端末の予測された動作状態に基づいて、または送電端末間の通信によって、各送電端末の内部で自発的に実施され得る。そのような通信を実施するために必要とされる帯域幅は、変動が遅い電力信号を伝えるだけでよいので低く、システムは通信障害に耐性があるものとされ得る。
【００４７】
これまでに提示された解析は、理想的なＣＰＳおよびＤＣバス挙動を想定するものである。これらの条件下では（しかもケーブルの抵抗のみが考えられるとき）、システムは、あらゆる変化に瞬時に応答するはずであり、すなわち、システムがそれ自体を調整して、新規の動作ポイントへと即座に整定することになる。実際には、ケーブルは、抵抗に加えてキャパシタンスおよびインダクタンスを有する。離岸風風力基地のＤＣバスは、通常は陸のインバータステーションによって確立され、それ自体のダイナミクスを有する。各ＣＰＳも、その物理（タービン、発電機、およびパワーエレクトロニクス）設計ならびに制御設計に依存するダイナミクスを有する。
【００４８】
これらのダイナミクスのために、システム動作の１つのポイントから別のポイントへの瞬時の移行は不可能であり、代わりに、ＣＰＳの電力および他のパラメータのそれぞれの変化は、システムのすべての電圧および電流に影響を及ぼす過渡現象を誘起することになる。そのような過渡現象中のシステムの挙動、ならびにシステムが新規の動作点に整定する能力（安定性）は、システムの動的モデルによって解析され得る。そのような動的モデルは、過渡現象中の安定的および十分な応答を保証するようにＣＰＳ制御を設計するのにも用いられ得る。これらの目的を達成するためのＣＰＳの設計および動的制御が以下で説明される。
【００４９】
定電力電源（ＣＰＳ）を使用して多端末電力システムを形成する方法が上記で説明されてきた。ＣＰＳは、その出力電圧と出力電流の両方を外部回路の状態に応じて変動させることができ、したがって、他のＣＰＳと直列または並列で接続され得る。網目状の（マトリクス）構成も可能である。それと対照的に、従来型の電圧源は直列にしか接続することができず、電流源は並列にしか接続することができない。より重要なのは、ＣＰＳの（直列接続された）ストリングまたは（並列接続された）列は、別の電圧源または電流源と並列または直列で動作可能なことである。
【００５０】
電圧源に並列に動作することができる能力は、再生可能エネルギーの電力網への統合において特に有用である。可能な用途には、上記で論じられたように、洋上風力発電地帯のための多端末ＤＣ送電と、中間電圧配電線に対する低電圧ソーラーインバータの直接接続と、モジュール式低電圧マイクロインバータとが含まれる。
【００５１】
次に、そのようなＣＰＳ挙動を実現するために再生可能電源を制御する方法が提示される。この方法を説明するために、洋上風のための多端末ＤＣ送電を一例として用いる。
【００５２】
図１２ａに示される、そのような用途向けにありうる構造（１０）では、各風車（１２）がＤＣ送電端末（１４）として働き、複数の端末が直列に接続されて中間電圧または高電圧のＤＣバスを構築する。直列接続されたタービンの各組がストリング（１５）と称されることになり、電流容量を増加させるために複数のストリングが並列で動作することができる。あるいは、複数のタービン（１２）が、電流を増加させるために列（１７）を形成するように、まず並列に接続され得、次いで複数の列が電圧を増加させるために直列に接続される。後者は、図１２ｂに示されるマトリクス構造（１９）と等価であって、より多くのケーブルを必要とする可能性があるが、各端末の電圧変動を低減させるのに役立ち得る。
【００５３】
制御方法は、最初に並列ストリング構造向けに開発され、次いで直列の列（マトリクス）構造へと拡張されることになる。すべての場合において、ＤＣバス電圧ｖｄｃは、陸のインバータステーションによって確立され、かつ制御されるものと想定される。
【００５４】
多端末ネットワークにおける送電端末として働く各タービンの電気システムは、図１３ａに示されるように、同期発電機（６０）と、パワーエレクトロニクスコンバータ（１６）（本明細書では電力調節回路と称されることもある）とから成るものと想定される。コンバータは、発電機の可変周波数ＡＣ出力からＤＣ出力を生成する。この機能を実施するために異なったパワーエレクトロニクス回路が使用され得る。ここでの開発は特定のコンバータ回路を想定するのではなく、回路のＤＣ出力部の、一般的な以下の２つの電気的デュアル構成に基づくものになる。
１）容量性出力コンバータ（６５）：ＤＣ出力から見えるコンバータへの最初の要素は、図１３ｂに示されるように、２つの出力端子（６４）の間に接続されたキャパシタ（Ｃ）である。コンバータの他の部分は、（バックコンバータまたはバック由来コンバータが使用される場合などの）連続的であり得る並列の電流源（６６）、または（バックブースト型コンバータまたはブースト型コンバータが使用される場合などの）パルス幅変調された電流源（６６）として扱われることになる。いずれの場合も、図１３ｂで定義される電流ｉは、出力キャパシタを充電するように送られる電流の、コンバータのスイッチング周期にわたる平均値を表す。
２）誘導性出力コンバータ（６７）：ＤＣ出力から見えるコンバータへの最初の要素は、ＤＣ出力（６４）のプラス端子またはマイナス端子に接続されたインダクタ（Ｌ）である。図１３ｃはインダクタがプラス端子にある場合を示しており、この回路は、インダクタがマイナス端子に配置されている場合も機能的に同等である。コンバータの他の部分は、インダクタ（Ｌ）の直列の電圧源（６８）として扱われることになる。そのような誘導性出力を実現するには、（ａ）出力キャパシタなしでバックコンバータもしくはバック由来コンバータを使用すること、または（ｂ）容量性出力コンバータの直列にインダクタを追加すること、の２つの異なるやり方がある。電圧源は、（ａ）の場合はパルス幅変調されるものであり、（ｂ）の場合は連続的なものである。いずれの場合も、ｖは、出力の方へ電流ｉを駆動する電圧の平均値を表す。
【００５５】
以下で説明される制御方法は、各タイプのコンバータにｖ・ｉを一定化しようとするものになる。これは、基本的に、それぞれの場合における制御された電源の電力出力であって、コンバータの実際の出力電力とは異なるものであり、容量性出力コンバータについては、
【００５６】
【数３】
2016538822.tif 000005
によって表され得、誘導性出力コンバータについては
【００５７】
【数４】
2016538822.tif 000006
によって表され得る。式（２）および（３）の第２項は、それぞれ出力キャパシタおよび出力インダクタに蓄積されるエネルギーの変化率を表す。この項が比較的小さく、存在するのは過渡現象の期間中のみであるため、内部電源がＣＰＳとして制御されているとき、それぞれのコンバータは、その出力端子において依然として定電力電源と見なされ得る。
【００５８】
図１４はタービンの全体の制御方式を示し、発電機側の制御（７０）と、（ＤＣ）ネットワーク側の制御（７２）とからなるものである。発電機側の制御の主要な機能は、最大の電力量が抽出されるようにタービン速度を調整することである。発電機側の制御（７０）の他の機能には、発電機の効率を最大化し、より安定した電圧を維持するように、発電機の出力電流の波形および力率を調整することが含まれ得る。これらの要件を満たすために、別の既存の制御方法が適用され得る。
【００５９】
本発明の中心は、所望の定電力電源の挙動を生成する役割を担うネットワーク側の制御（７２）である。いくつかある信号の中で特に、電力信号（ｐ）が、制御の２つの部分の間でやりとりされることになる。発電機側の制御（７０）が、ネットワークに送り込むために利用可能な総電力量を示すために、測定または推定のいずれかに基づいてこの信号を供給し、ネットワーク側の制御（７２）が、その出力電力を制御するための指令として、この信号を用いることになる。反対に、ネットワーク側の制御（７２）は、起動、停止、またはタービンの出力電力を低減するかもしくは制限する必要があるときの電力削減の期間中、発電機側の制御（７０）に所望の電力レベルの水準を伝達することになる。
【００６０】
容量性出力コンバータの制御
前述のように、容量性出力コンバータ（６２）のネットワーク側の制御（７２）の目的は、ｖｉ＝Ｐとなるように電流ｉを調整することであり（図１３ｂを参照）、前記Ｐは、タービンから利用可能な総電力量に基づいて発電機側の制御によって、あるいはネットワークの動作状態と、コンバータの電圧許容値および／または電流許容値とに基づいてネットワーク側の制御（７２）によって、決定された所望の出力電力である。これは、Ｐ／ｖを基準として用い、図１３ｂに示される等価な制御された電流源をこの基準に追従するように調整する電流コントローラによって達成され得る。
【００６１】
この電流制御機能を実施するために、多くの既存の電流制御方法が用いられ得る。動作の安全性のために、電流の基準レベルおよびそのスルーレートを制限するように、追加の制御機能が含まれ得る。実電流は、基準の形態ならびにコンバータおよび制御のダイナミクスに応じて、基準に正確に、かつ即座に追従するわけではない可能性がある。そのような非線形かつ動的な挙動を解析するために、詳細な回路および制御のモデルが用いられ得る。制御方法の原理について説明するために、以下では、別段の定めがない限り、電流基準がＰ／ｖに等しく、実際の制御された電流ｉがこの基準に完全に追従すると想定される。さらに、ＤＣバスが理想的な電圧源のように振る舞うと想定される。
【００６２】
ストリングの始動
並列のストリングは、ケーブルインピーダンスによるいくらかの小さい結合を除けば独立して動作するので、最初に単一ストリングの動作を検討する。ｎ台のタービン（１２）のストリング（１５）が、以下のステップで多端末ＤＣネットワークに接続され得る。
１）陸の電力（インバータ）ステーションを使用することによってＤＣバス電圧を確立して安定化する。
２）図１５ａに示されるように、タービンのＤＣ出力を、電力出力なしで、ＤＣバスに接続することなく直列に接続する。
３）ストリングの回路遮断器（１３）を閉じてストリング（１５）をＤＣバス（１１）に接続する一方で、それぞれのタービンの出力電力をゼロに保つ。図１５ｂに示されるようにＤＣバスの電圧ｖｄｃがストリングに印加されて、コンバータ（１６）の出力キャパシタ（Ｃ１、Ｃ２…Ｃｎ）の間で分割される。それぞれのコンバータの出力キャパシタがｖｄｃ／ｎに充電されるように、コンバータ（１６）は、理想的にはすべて同一であるべきである。実際的な容量値の不一致および電流漏れにより、わずかに不均衡な電圧がもたらされることがあるが、通常、そのような不平衡は小さく、原理解析において無視され得る。
４）各タービンコンバータ（１６）のネットワーク側の制御（７２）が、出力キャパシタの安定した電圧を検知して、その電流出力が立ち上がり始める。この立ち上がりは、動作の安全性を保証するために、十分に遅い速度で制御されるべきである。理想的な条件下では、すべてのタービンの電力出力は、同一の割合で同一の値に立ち上がる出力電流に等しい。この場合、電流が立ち上がる間、すべてのキャパシタ電圧は、プレチャージレベル（ｖｄｃ／ｎ）で一定に保たれる。異なるタービンからの不均等な電力出力により、キャパシタ電圧の変動を引き起こし、これは以下の解析に基づいて理解され得る。
【００６３】
いずれの場合においても、始動の最終結果（定常状態）は、ａ）すべてのタービン出力電流が（各キャパシタの正味の充電電流がゼロになるように）全体のストリング電流ｉｓに等しく、また、ｂ）各タービンの出力キャパシタ電圧がＰｋ／ｉｓに整定することになり、前記Ｐｋはタービンの出力電力である。図１５ｃおよび図１５ｄは、３つのタービンストリングについての２つのケースを示す。ＤＣバス電圧は３０ｋＶに想定される。図１５ｃの場合、各タービンは、バス電圧が３つの端末間で均等に分割されるように２ＭＷの電力を出力する。図１５ｄの場合、タービン出力は、上から下へそれぞれ１ＭＷ、１．５ＭＷ、および０．５ＭＷであり、電圧が不均等になる。いずれの場合（一般的に1つのストリングにｎ台のタービンがあるとき）も、定常状態のストリング電流は次式で定義され得、
【００６４】
【数５】
2016538822.tif 000007
また、各タービンコンバータのＤＣ出力電圧は次のように定義され得る。
【００６５】
【数６】
2016538822.tif 000008
【００６６】
これらの定常電圧がタービンの電力出力によって定義され、コンバータの出力キャパシタンスとは独立していることに留意されたい。言い換えれば、コンバータ出力キャパシタンスにおける不一致は、タービンの初期電圧に影響を及ぼし得るが、タービンが一旦動作すれば定常電圧には影響がない。
【００６７】
電圧のリバランスおよび過渡現象
個々のセルの出力電圧を自動的に調整し、またはタービンの出力電力が不均衡になるかもしくは変化するときに電圧を再調整する提案された制御の能力を理解するために、図１５ｃから図１５ｄへの遷移を考える。このために、ストリングが、当初は図１５ｃによって示された条件の下で動作していると仮定する。ｔ＝０において、送電端末の出力電力が、Ｐ１＝Ｐ２＝Ｐ３＝２ＭＷからＰ１＝１ＭＷ、Ｐ２＝１．５ＭＷ、およびＰ３＝０．５ＭＷへと変化する。各送電端末の出力キャパシタンスは、１００μＦであると想定される。上記の想定の下で、各送電端末の出力電圧の応答は以下の式から解くことができる。
【００６８】
【数７】
2016538822.tif 000009
【００６９】
【数８】
2016538822.tif 000010
【００７０】
【数９】
2016538822.tif 000011
【００７１】
【数１０】
2016538822.tif 000012
【００７２】
３つの微分方程式は、必要次第で２つのみであることに留意されたい。図１６は、過渡現象中のセルの電圧および電流の再現された応答を示すものである。
【００７３】
見てのとおりすべての電圧および電流は、それらの目標値に向かって滑らかに整定する。ｔ＝０において、図１６の電流の各々が段階的に変化していることに留意されたい。これは、電力の段階的変化と、解析において仮定された理想的な電流制御特性との結果である。
【００７４】
前述したように、送電端末が一旦活動状態になると、送電端末の出力キャパシタンスは電圧分布に影響を及ぼさない。これは図１７に示されたシミュレーションから理解され得、その条件は、送電端末のキャパシタンスがＣ１＝Ｃ２＝Ｃ３＝１００μＦからＣ１＝１５０μＦ、Ｃ２＝２．５μＦ、およびＣ３＝２μＦへと変更されていることを除けば、図１６においてシミュレーションに用いられたものと同一である。見てのとおりすべての電圧および電流は、図１６および図１５ｄのものと同一の定常値へと整定するが、キャパシタンスの増加のため、過渡現象により長くかかかる。
【００７５】
一般に、ｎ台のタービンのストリングの過渡応答は、以下の式を用いて再現され得る。
【００７６】
【数１１】
2016538822.tif 000013
【００７７】
【数１２】
2016538822.tif 000014
【００７８】
【数１３】
2016538822.tif 000015
【００７９】
式（１０）の各電流を各コンバータ送電端末の実電流によって置換する一方で式（１１）を電流コントローラの基準として扱うことにより、コンバータおよび制御のダイナミクスを組み込まれ得る。ケーブル抵抗を含むＤＣバスおよびケーブルのダイナミクスも、式（１２）を変形することによって組み込まれ得る。
【００８０】
保護、動作不良、および停止
式（５）は次のように並べ変えることができ、前記Ｐａｖはタービン出力電力の平均値である。
【００８１】
【数１４】
2016538822.tif 000016
【００８２】
これに基づいて、送電端末の出力電力がストリングにおけるすべてのタービンの平均出力電力よりも大きければ、送電端末の定常出力電圧がＤＣバス電圧の１／ｎを超えることになる。したがって、送電端末の電力が他の送電端末よりも著しく大きければ、送電端末にわたって過電圧が増加する可能性がある。送電端末の電圧を制限することによって、ありうる損傷を避けるために、送電端末の出力電圧が特定の水準に到達したとき、その出力電力が低減され得、または削減され得る。
【００８３】
そのような削減の制御は、上記で論じられた方法を用いて実施され得る。電力削減が発動されたとき、入出力の電力不均衡のためにコンバータの内部で高電圧が増加することのないように発電機の出力電力を低減するために、ネットワーク側の制御（７２）は、発電機側の制御（７０）にも信号を送信することになる。
【００８４】
式（４）に基づいてストリングの全体の電力によって定義されるストリング電流は、並列ストリング構造では、保護に関してあまり問題にならない。それにもかかわらず、（すべてのタービンの）電力削減は、必要とされるときにストリング電流を低減するために用いられ得る。
【００８５】
図１８に示されるように、断路器（７４）およびバイパスダイオード（７６）が、障害分離能力をもたらすために各送電端末の出力に追加され得る。コンバータ送電端末が故障した場合には、断路器が開かれ得、ストリング電流によってバイパスダイオードが強制的に導通させられることになる。同じ断路器（７４）が、正常状態の下でストリングから送電端末を接続したり切り離したりするのに使用され得る。
【００８６】
バイパスダイオード（７６）のために、１つの送電端末が取り除かれたときのストリングの動作は、その送電端末の出力電力がゼロに設定されたのと等価であり、このことは、他のすべての送電端末の電圧が、失われた送電端末を補うために増加しなければならないことを意味する。したがって、送電端末上に残る電圧が過大になってストリングを運転停止しなければならなくなる前に、故障した送電端末の数に関する限界値がある。
【００８７】
ストリングを運転停止するには、以下の２つのやり方がある。
１）制御された停止：この場合、すべての送電端末の出力電力は、徐々にゼロへと低減される（一定割合の減少）。一旦、ストリング電流がゼロになると、ストリングの遮断器（１３）は、ＤＣバスからストリングを取り除くために開かれ得る。これは、たとえば一定数の送電端末が故障して、残りの送電端末が、与えられたバス電圧で安全に動作することができないときに発動され得る。
２）非常停止：ストリングの内部またはＤＣバスの上の障害のためにストリングの遮断器（１３）が突然開く一方で、個々の送電端末が依然として「生きている」、すなわち依然として電流を出力している場合、生きている送電端末の電圧が上昇して、送電端末の出力電流の減少を起動することになり、出力電流は、送電端末の電圧が上昇し続けるにつれて、最終的にはゼロに到達するはずである。一旦、電流がゼロになると、図１８に示された断路器（７４）は、ストリングから送電端末を取り除かれるために開かれ得る。
【００８８】
直列の列およびマトリクス構成の動作
容量性出力送電端末は、並列にも動作することができる。実際、ｍ台の並列の送電端末を、次式で表される出力電力を有する単一のＣＰＳと等価であると見なすのは容易なことであり、
【００８９】
【数１５】
2016538822.tif 000017
前記Ｐｋは列のｋ番目の送電端末の出力電力である。したがって、上記で概説された動作および解析方法は、各列を、列におけるすべての送電端末の全体として組み合わされた電力およびキャパシタンスを有する単一の容量性出力セルとして扱うことにより、直列の列およびマトリクスのネットワークにも適用され得る。
【００９０】
誘導性出力コンバータの制御
誘導性出力送電端末は、図１９ａに示されるように並列に接続して、次いで電流源バス（８０）に直列に接続され得る。このトポロジおよびその等価回路（図１９ｂ）は、電圧源バス（図１５ａおよび図１５ｂ）に並列の送電端末のストリングとデュアルである。したがって、システムを作動させるために、各送電端末にデュアル制御方法を適用することができる。具体的には、インダクタ（Ｌ）の背後の電圧源（ｖｋ）は、ｖｋｉｋが、ｋ番目のセルの所望の電力出力Ｐｋと等しくなるように制御される。この電圧制御が理想的であるという想定の下では、電流源ｉｄｃ（８０）に直列のｎ台の並列の誘導性出力送電端末の動作を支配する式は、式（９）〜（１１）に双対原理を適用することによって次のように展開させることができる。
【００９１】
【数１６】
2016538822.tif 000018
【００９２】
【数１７】
2016538822.tif 000019
【００９３】
【数１８】
2016538822.tif 000020
【００９４】
直列接続された容量性出力送電端末に関して以前に論じられた動作原理および手順は、この構成にも同様に適用され得る。たとえば、システムを始動するために、ｎ台の送電端末は、電力出力なしで、最初は並列に接続されることになる。次いで、バスの電流源（８０）に並列の回路遮断器（８２）が開かれる。次いで、電力を徐々に増加するために、各送電端末の出力電圧が一定割合で上昇される。送電端末の出力電力の変化に応答して電流のリバランスおよび過渡現象も、式（１４）〜（１６）を解くことによって再現され得る。
【００９５】
一例として、図２０は、３ｋＡのバスに接続された３台の端末の列の過渡応答を示す。送電端末の出力インダクタンスはＬ１＝Ｌ２＝Ｌ３＝５ｍＨである。最初は、送電端末の出力電力は、Ｐ１＝Ｐ２＝Ｐ３＝２ＭＷである。対応するバス電圧は２ｋＶである。ｔ＝０において、送電端末の出力電力が、Ｐ１＝１ＭＷ、Ｐ２＝１．５ＭＷ、およびＰ３＝０．５ＭＷ変更される。図２０は、バス電圧が新規の水準１ｋＶに整定して、送電端末の電流が、各送電端末の新規の電力出力と整合するように自動的に適応することを示す。過渡現象の挙動は、図１６に示されたものに類似している。
【００９６】
誘導性出力送電端末の電流源に対する直列接続は、容量性出力送電端末の電圧源に対する並列接続とデュアルであることに留意されたい。それぞれのそのような構成における個々の送電端末の動作は、他の送電端末と（ネットワークインピーダンスによる小さな結合を除けば）独立している。したがって、それぞれの送電端末は、従来型の電圧および電流制御方法を用いて制御され得る。容量性出力送電端末の出力キャパシタおよび誘導性出力セルのインダクタも、これらの構成では、機能に影響を及ぼすことなく取り除かれ得る。しかしながら、それらは、通常はスイッチングのリップルをフィルタリングするために維持される。これまでに論じられた各々の構成において高周波リップルをさらに減衰させるために、送電端末の出力にフィルタリング素子（インダクタおよびキャパシタ）が追加され得る。これらの素子は、通常、定常状態運転に影響を及ぼすことがなく、それらの折点周波数が制御帯域幅の外にあれば、動的挙動に対するそれらの影響は無視され得る。
【００９７】
要約すると、それぞれの端末を定電力電源として振る舞うように制御することによって（直列、並列、および網目状の）多端末電力システムを形成する方法が、本発明によって提供される。この文脈における定電力電源は、外部回路の状態が変化するのに応答してその出力電圧と出力電流を同時に調整する一方で、出力電圧と出力電流の積を一定に維持する電源の能力を意味する。本発明により、以下のことが促進される。
・従来型の電圧源または電流源の代わりにＣＰＳを使用して多端末電力ネットワークを形成する。
・ＣＰＳ挙動によって、直列、並列、並列のストリング、直列の列、およびマトリクスといった別のシステム構成が可能になる。
・システムの動作状態が変化するとき、個々のＣＰＳ送電端末の電圧および電流の変動を低減するためにＣＰＳのｉ−ｖ特性を変更する。
・多端末ＤＣ送電において、中間電圧配電線と直接接続するための、低電圧ソーラーインバータの直列接続と、モジュール式低電圧マイクロインバータとを適用する。
【００９８】
現在の方法は、本質的に、より効率的であってそれほど高価でなくより高信頼の新規のモジュール式システム構造を可能にすることにより、別の用途の中で特に、再生可能エネルギーの電力網への統合に役立つだろう。
【００９９】
さらに、再生可能電源を多端末ＤＣネットワークに統合するように制御する方法は２つの異なるタイプのコンバータ回路に提供される。
・容量性出力コンバータは、その出力におけるキャパシタと、その他のコンバータを表す、その背後の並列電流源とを有する。キャパシタの両端電圧はシステムの動作によって決定されたままになり、一方、電流源は送電端末によって局所的に制御される。
・容量性出力コンバータの電流源制御は、ｉ＝ｐ／ｖを基準として用いることによって局所的に実施され、前記ｐはコンバータの所望の出力電力であり、ｖは出力キャパシタの両端電圧である。
・誘導性出力コンバータは、その出力におけるインダクタと、その他のコンバータを表す、その背後の直列電圧源とを有する。インダクタを通る電流はシステムの動作によって決定されたままになり、一方、電圧源は送電端末によって局所的に制御される。
・誘導性出力コンバータの電圧源制御は、ｖ＝ｐ／ｉを基準として用いることによって局所的に実施され、前記ｐはコンバータの所望の出力電力であり、ｉは出力インダクタを通る電流である。
・容量性出力コンバータの送電端末は、多端末コンバータのネットワークを形成するために、直列、並列、または直列接続と並列接続の両方を用いて網目状（マトリクス）の形態に接続され得る。
・容量性出力セルの多端末ネットワークは、外部電圧源と並列に動作するとき、各送電端末の所望の出力電力を達成する一方でネットワーク動作の制約を満たすために、個々の送電端末の出力電圧および出力電流を自動的に調整することができる。
・誘導性出力コンバータの送電端末も、多端末コンバータのネットワークを形成するために、直列、並列、または直列接続と並列接続の両方を用いて網目状（マトリクス）の形態に接続され得る。
・誘導性出力送電端末の多端末ネットワークは、外部電流源と直列に動作するとき、各送電端末の所望の出力電力を達成する一方でネットワーク動作の制約を満たすために、個々の送電端末の出力電圧および出力電流を自動的に調整することができる。
・開示された制御方法は、各送電端末に局所的に実施され、ネットワークにおける他の送電端末との通信を必要とせず、それにもかかわらず、定常状態運転ならびに過渡的安定性の点から、所望の全体のネットワーク挙動を達成することができる。
・始動、保護、障害条件下の動作、およびシステムの運転停止方法も、それぞれのシステム構成に提供される。
【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】
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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】
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【図１１】
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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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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