(57)【要約】  電源（１１０）、エネルギストレージユニット（１４０）及びグリッド（１５０）に接続された電力システムは、電力インバータ（１２０）、エネルギストレージ電力コンバータ（１３０）及びコントローラを含む。電力インバータは、ＤＣバスを介して電源に電気的に結合されており、ＤＣバスからのＤＣ電力をＡＣ電力に変換してグリッドに出力する。電力コンバータは、ＤＣバス及びエネルギストレージユニット間に電気的に結合されており、エネルギストレージユニットに電力を貯蔵し、エネルギストレージユニットから電力を放電する。コントローラは、例えばクリッピング等、インバータの削減のためグリッドに出力できない、電源からの余剰電力を貯蔵するように電力コンバータを制御し、エネルギストレージユニットに貯蔵された電力をグリッドに出力するために電力インバータに放電するようにエネルギストレージ電力コンバータを制御する。【選択図】図１
2020520228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源、エネルギストレージユニット及びグリッドに接続された電力システムであって、
前記電源にＤＣバスを介して電気的に結合され、前記ＤＣバスからのＤＣ電力をＡＣ電力に変換して前記グリッドに出力する電力インバータと、
前記ＤＣバス及び前記エネルギストレージユニット間に電気的に結合され、前記エネルギストレージユニットに電力を貯蔵し、前記エネルギストレージユニットから電力を放電するエネルギストレージ電力コンバータと、
前記エネルギストレージ電力コンバータを制御するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記グリッドに出力できない前記電源からの余剰電力を前記エネルギストレージユニットに貯蔵するように前記エネルギストレージ電力コンバータを制御し、
前記エネルギストレージユニットに貯蔵された電力を、前記グリッド出力するために前記電力インバータに放電するように前記エネルギストレージ電力コンバータを制御する
ように構成されている
ことを特徴とする電力システム。
【請求項２】
前記電源からの余剰電力をキャプチャするように前記エネルギストレージ電力コンバータを制御するように構成された前記コントローラは、前記電力インバータが削減されたか否かを判定し、前記電力インバータが削減されたと判定された場合、余剰電力を前記エネルギストレージユニットに貯蔵するために、前記エネルギストレージ電力コンバータの充電コマンドを増やし、前記電力インバータが削減されていない場合、前記エネルギストレージ電力コンバータの充電コマンドを減らすように構成されたコントローラを有することを特徴とする請求項１に記載の電力システム。
【請求項３】
前記電源からの余剰電力をキャプチャするように前記エネルギストレージ電力コンバータを制御するように構成された前記コントローラは、前記電力インバータの出力電力が第１所定閾値を越えているか否かを判定し、前記電力インバータの前記出力電力が前記第１所定閾値を越えている場合、前記余剰電力を前記エネルギストレージユニットに貯蔵するために、前記エネルギストレージ電力コンバータの充電コマンドを増やし、前記電力インバータの前記出力電力が前記第１所定閾値を越えていない場合、前記電力インバータの前記出力電力が第２所定閾値未満であるか否かを判定して、前記出力電力が前記第２所定閾値未満である場合に、前記エネルギストレージ電力コンバータの前記充電コマンドを減らすように構成された制御システムを含むことを特徴とする請求項１に記載の電力システム。
【請求項４】
前記電源からの余剰電力をキャプチャするように前記エネルギストレージ電力コンバータを制御するように構成された前記制御システムは、前記電源の現在の出力電力が前記電源の過去の出力電力未満であるか否かを判定し、前記電源の最大電力点を追跡するために、前記電源の前記現在の出力電力が前記電源の前記過去の出力電力未満であるか否かの判定に応じて、前記ＤＣバス上の高電圧制限を調整するように構成された前記制御システムを含むことを特徴とする請求項１に記載の電力システム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記エネルギストレージ電力コンバータを制御するためのコンバータコントローラであり、前記ＰＶアレイからの余剰ＰＶ電力をキャプチャするように前記エネルギストレージ電力コンバータを制御するように構成された前記コントローラは、電力インバータコントローラからの入力なしに、前記電力インバータの削減を自主的に検出し、削減が検出された場合、最大電源電力点に到達するまで、前記余剰電力を前記エネルギストレージユニットに貯蔵するように前記エネルギストレージ電力コンバータを制御するように構成された前記コントローラを含むことを特徴とする請求項１に記載の電力システム。
【請求項６】
前記コントローラは、前記エネルギストレージ電力コンバータを制御するためのコンバータコントローラであり、前記ＰＶアレイからの余剰ＰＶ電力をキャプチャするように前記エネルギストレージ電力コンバータを制御するように構成された前記コントローラは、前記エネルギストレージ電力コンバータの出力電力の変化を判定し、前記ＤＣバスでの電圧の変化を判定し、前記エネルギストレージ電力コンバータの出力電力の変化及び前記ＤＣバスでの前記電圧の変化に応じて、前記ＤＣバス上の高電圧制限を調整するように構成された前記制御システムを有することを特徴とする請求項１に記載の電力システム。
【請求項７】
前記グリッドに出力するために、前記エネルギストレージユニットに貯蔵された電力を前記電力インバータに放電するように前記エネルギストレージ電力コンバータを制御するように構成された前記コントローラは、前記電源からの利用可能な電力を優先しながら、前記エネルギストレージユニットから電力を放電するように構成された前記コントローラを含むことを特徴とする請求項１に記載の電力システム。
【請求項８】
前記電源からの利用可能な電力を優先しながら、前記エネルギストレージユニットから電力を放電するように構成されたコントローラは、前記電力インバータが削減されていないか否かを判定し、前記電力インバータが削減されていないと判定された場合、前記電源の出力電力が減少したか否かを判定し、前記電源の前記出力電力が減少したか否かに応じて、前記エネルギストレージユニットから放電された電力を調整するために前記エネルギストレージ電力コンバータを制御するように構成された前記コントローラを含むことを特徴とする請求項７に記載の電力システム。
【請求項９】
前記電源からの前記出力電力が減少しているか否かに応じて、前記エネルギストレージユニットから放電された電力を調整するように構成された前記コントローラは、前記電源の前記出力電力が減少したか否かに応じて変化する電力放電調整値の符号により電力量を放電するために、前記エネルギストレージ電力コンバータの放電電量コマンドを調整するように構成された前記コントローラを含むことを特徴とする請求項７に記載の電力システム。
【請求項１０】
前記電源は、フォトボルタイク電源であり、前記グリッドに出力するために、前記エネルギストレージユニットに貯蔵されている電力を前記電力インバータに放電するように前記エネルギストレージ電力コンバータを制御するように構成されている前記コントローラは、前記フォトボルタイク電源の電力出力をエミュレートするように前記エネルギストレージ電力コンバータを制御するように構成されている前記コントローラを含むことを特徴とする請求項１に記載の電力システム。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記フォトボルタイク電源の電力−電圧特性をエミュレートするためにプログラムされたルックアップテーブルを介して、前記フォトボルタイク電源をエミュレートすることを特徴とする請求項１０に記載の電力システム。
【請求項１２】
前記コントローラは、ドループパラメータに基づいて前記エネルギストレージユニット電力コンバータの電力コマンドを制御することにより、前記フォトボルタイク電源をエミュレートすることを特徴とする請求項１０に記載の電力システム。
【請求項１３】
前記コントローラは、前記エネルギストレージユニットコンバータのコンバータコントローラであり、前記コンバータコントローラは、前記電力インバータの前記出力電力に係る情報を取得するために前記電力インバータのコントローラと通信することを特徴とする請求項１に記載の電力システム。
【請求項１４】
ＤＣバスを介して電源に結合された電力インバータ、前記ＤＣバス及びエネルギストレージユニット間に結合されたエネルギストレージ電力コンバータを備える電力システムにおいて、前記電源からの余剰電力をキャプチャする方法であって、
前記電力インバータが削減されたか否かを判定することと、
前記電力インバータが削減された場合、グリッドに出力できない前記電源からの余剰電力を、前記エネルギストレージユニットに貯蔵するように前記エネルギストレージ電力コンバータの充電コマンドを調整することと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記電力インバータが削減されたか否かを判定することは、ＰＶインバータの出力電力が第１所定閾値を越えているか否かを判定することを含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記電力インバータが削減されたか否かを判定すること、及び、前記グリッドに出力できない前記電源からの余剰電力を前記エネルギストレージユニットに貯蔵するように前記エネルギストレージ電力コンバータの充電コマンドを調整することは、
前記電力インバータの前記出力電力が前記第１所定閾値を越えている場合に、前記グリッドに出力できない前記電源からの余剰電力を貯蔵するための前記エネルギストレージ電力コンバータの前記充電コマンドを増やすことと、
前記出力電力が第２所定閾値未満である場合に、前記エネルギストレージ電力コンバータの前記充電ンコマンドを減らすことと、
を含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記グリッドに出力できない前記電源からの余剰電力を前記エネルギストレージユニットに貯蔵するための前記電力コンバータの充電コマンドを調整することは、
前記電源の現在の出力電力が前記電源の過去の出力電力未満であるか否かを判定することと、
前記電源の最大電力点を追跡するために、前記電源の前記現在の出力電力が前記電源の過去の出力電力未満であるか否かの判定に応じて、前記ＤＣバス上の高電圧制限を調整することと、
を含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記高電圧制限は電圧変化値により調整され、前記電圧変化値の前記符号は、前記電源の前記現在の出力電力が前記電源の前記過去の出力電力未満である場合に反転することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記電力インバータが削減されたか否かを判定すること、及び、前記電力インバータが削減された場合に、前記グリッドに出力できない前記電源からの余剰電力を前記エネルギストレージユニットに貯蔵するために前記電力コンバータの充電コマンドを調整することは、
前記エネルギストレージ電力コンバータの出力電力の変化を判定することと、
前記ＤＣバスでの電圧の変化を判定することと、
前記エネルギストレージ電力コンバータの前記出力電力の前記変化、及び、前記ＤＣバスでの前記電圧の前記変化に応じて、前記ＤＣバス上の高電圧制限を調整することと、
を含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記高電圧制限は、電圧変化値により調整され、
前記電圧変化値の符号は、前記エネルギストレージ電力コンバータの前記出力電力の前記変化がポジティブであり、前記ＤＣバスでの前記電圧の前記変化がゼロ又は小さいネガティブの値である場合に、反転し、
前記電圧変化値の符号は、前記エネルギストレージ電力コンバータの前記出力電力の前記変化がネガティブであり、前記ＤＣバスでの前記電力の前記変化がポジティブである場合に、反転する
ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
ＤＣバスを介して電源に結合された電力インバータ、並びに、前記ＤＣバス及びエネルギストレージユニット間に結合されたエネルギストレージ電力コンバータを備える電力システムにおいて、グリッドに出力するために前記エネルギストレージユニットに貯蔵された電力を放電する方法であって、
前記電力インバータが前記グリッドに電力を供給可能なように、前記エネルギストレージユニットから前記電力インバータに電力を放電することを含み、
前記エネルギストレージユニットから電力を放電しているときに、前記電源から利用可能な電力は、前記エネルギストレージユニットから利用可能な電力よりも優先される
ことを特徴とする方法。
【請求項２２】
前記電力インバータが前記グリッドに前記電力を供給可能なように、前記エネルギストレージユニットから前記電力インバータに電力を放電することは、
前記電力インバータが削減されていないか否かを判定することと、
前記電力インバータが削減されていない場合、前記電源の出力電力が減少しているか否かを判定することと、
前記電源の前記出力電力が減少しているか否かの判定に応じて、前記エネルギストレージユニットから放電された電力を調整することと、
を含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記エネルギストレージユニットから放電される前記電力は、前記電源の前記出力電力が減少しているか否かに応じて、その符号が変化する電力放電調整値により調整されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記電源は、フォトボルタイク電源であり、
前記電力インバータが前記グリッドに前記電力を供給可能なように前記エネルギストレージユニットから前記電力インバータに電力を放電することは、前記フォトボルタイク電源の電力−電圧特性をエミュレートするためにプログラムされたルックアップテーブルを介して前記フォトボルタイク電源をエミュレートすることを含む
ことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記電源は、フォトボルタイク電源であり、
前記電力インバータが前記グリッドに前記電力を供給可能なように、前記エネルギストレージユニットから前記電力インバータに電力を放電することは、ドループパラメータに基づいて前記エネルギストレージユニット電力コンバータの電力コマンドを制御することにより前記フォトボルタイク電源をエミュレートすることを含む
ことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
ＤＣバスを介して電源に結合された電力インバータ、並びに、前記ＤＣバス及びエネルギストレージユニット間に結合されたエネルギストレージ電力コンバータを備える電力システムにおいて、グリッドに出力するために、前記エネルギストレージユニットに貯蔵された電力を放電する方法であって、
ＤＣバスの電圧を取得することと、
前記ＤＣバスの前記電圧に応じて前記電源をエミュレートすることにより、前記電力インバータが、前記グリッドに電力を供給可能なように、前記エネルギストレージユニットから前記電力インバータに電力を放電することと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２７】
前記電力インバータが前記グリッドに前記電力を供給可能なように前記エネルギストレージユニットから前記電力インバータに電力を放電することは、前記ＤＣバスの電圧に基づいて、ルックアップテーブルから前記エネルギストレージ電力コンバータのための対応する出力電力を取得することを含み、ここで、前記ルックアップテーブルは、前記フォトボルタイク電源の前記電力−電圧特性をエミュレートするためにプログラムされていることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記電力インバータが前記グリッドに前記電力を供給可能なように前記エネルギストレージユニットから前記電力インバータに電力を放電することは、ドループパラメータに基づいて、前記エネルギストレージユニット電力コンバータの電力コマンドを制御することにより、前記フォトボルタイク電源をエミュレートすることを含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記フォトボルタイク電源をエミュレートすることは、式“Ｐｃｍｄ＝Ｐｓｅｔ−Ｖｄｒｏｏｐ＊（Ｖ＿ｐｖ−Ｖ＿ｓｅｔ）”に従って、電力を出力するために前記エネルギストレージコンバータを制御するための電力コマンドを計算することを含み、
ここで、“Ｐｃｍｄ”は、前記電力コマンドであり、
“Ｐｓｅｔ”は、所定の設定電力であり、
“Ｖｄｒｏｏｐ”は、前記フォトボルタイク電源の前記現在の電圧特性をエミュレートするための前記ドループパラメータであり、
“Ｖ＿ｐｖ”は、前記ＤＣバスの前記電圧であり、
“Ｖ＿ｓｅｔ”は、前記フォトボルタイク電源の前記現在の電圧特性をエミュレートするための所定の設定電圧である
ことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許文書は、参照により本明細書に組み込まれている、２０１７年５月１５日に出願された米国仮特許出願６２／５０６，３６３の米国特許法第１１９条（ｅ）に基づく出願日の利益を主張する。
【０００２】
本発明の実施形態は、一般的には電力システムに関し、より具体的には、相互接続された電力アセットを含む電力システムにおいて、エネルギストレージユニットに貯蔵するための余剰電力を抽出し、エネルギストレージユニットから電力を放電するための方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
電気的パワー変換デバイス及び関連する制御システムは、様々なエネルギ資源をインターフェースするために用いられてよい。例えば、電力システムは、様々な相互接続された分配されたエネルギ資源（例えば、電力発電機及びエネルギストレージユニット）及び負荷を含むことができる。電力システムは、ユーティリティグリッド又はマイクログリッドシステムに接続されてもよい。電力システムは、これらのエネルギ資源間で電力を変換するために（例えば、ＡＣ／ＤＣ、ＤＣ／ＤＣ、ＡＣ／ＡＣ及びＤＣ／ＡＣ）、電気的パワー変換を用いる。
【０００４】
電力システムは、電力グリッドの一以上の負荷に連続した電力を供給するという潜在的な目的を伴い、電力を供給し、電力を調節し、一の資源から他へ電力を転送するように設計されてよい。可能な限り最大効率な方法で電力を供給することが望ましく、それにより、最大限のエネルギ生成量が使用される。しかしながら、トポロジー制限及び設計要求は、最終的に使用されるエネルギ生成の制限になり得る。
【０００５】
電力システムは、例えばバッテリエネルギストレージやフライホイールエネルギストレージ等のエネルギストレージを伴い設計されてよい。エネルギストレージユニットは、例えばソーラアレイや風力タービン等の再生可能エネルギ資源からのエネルギを貯蔵するために利用されてよい。例えばユーティリティグリッドや他のマイクログリッド等のグリッドからのエネルギも、エネルギストレージユニットへの貯蔵に利用可能である。
【０００６】
エネルギストレージシステムの電源が、例えば風力エネルギやソーラエネルギ等の再生可能資源である場合、複数の電力コンバータがエネルギを供給するために使用され得る。複数の電力コンバータは、再生可能資源により供給された電力を、例えばＡＣグリッド及び／又はＡＣ負荷に電力を供給するために交流電流（ＡＣ）に変換するための複数の電力インバータ、及び、再生可能資源により、例えば、ＤＣ負荷、及び／又は、例えばバッテリやフライホイール等のエネルギストレージユニットに、供給される電力を変換するための複数のＤＣ／ＤＣコンバータを含んでよい。これらの電力コンバータは、再生可能電力資源から利用可能な全電力を抽出することができない制限がある場合がある。その場合、電力コンバータは、「削減」又は「クリップ」方式で動作すると呼ばれる。設計制限に起因して削減又はクリップされた余剰電力は失われる可能性があり、発電効率の低下を招く。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の実施形態は、エネルギストレージユニットを充電及び放電するシステム及び方法を含む。本発明の実施形態では、例えばフォトボルタイク電源などの電源により生成された余剰電力がキャプチャされ、エネルギストレージユニットに貯蔵されてよい。本発明の実施形態では、更に、エネルギストレージユニットに貯蔵された電力が、電源により生成された電力を優先しながら、放電されてよい。本発明の実施形態では、更に、電源は、電力の放電時に、エネルギストレージ電力コンバータコントローラによりエミュレート可能である。
【０００８】
一の態様では、電源、エネルギストレージユニット及びグリッドに接続された電力システムは、電力インバータ、エネルギストレージ電力コンバータ及びコントローラを含む。電力インバータは、ＤＣバスを介して、電源に電気的に結合しており、ＤＣバスからのＤＣ電力を、グリッドに出力されるＡＣ電源に変換する。エネルギストレージ電力コンバータは、ＤＣバス及びエネルギストレージユニット間に電気的に結合されており、エネルギストレージユニットに電力を貯蔵し、エネルギストレージユニットから電力を放電する。コントローラは、エネルギストレージ電力コンバータを制御し、グリッドに出力できない電源からの余剰電力をエネルギストレージユニットに貯蔵するように、エネルギストレージ電力コンバータを制御するとともに、エネルギストレージユニットに貯蔵された電力を、グリッドに出力するために、電力インバータに放電するようにエネルギストレージ電力コンバータを制御するように構成されている。
【０００９】
電源からの余剰電力をキャプチャするようにエネルギストレージ電力コンバータを制御するように構成されたコントローラは、電力インバータが削減されたか否かを判定し、電力インバータが削減された場合、余剰電力をエネルギストレージユニットに貯蔵するために電力コンバータの充電コマンドを増加し、電力インバータが削減されていない場合、電力コンバータの充電コマンドを減少するように構成されたコントローラを備えてよい。
【００１０】
電源からの余剰電力をキャプチャするためにエネルギストレージ電力コンバータを制御するように構成されたコントローラは、ＰＶインバータの出力電力が第１所定閾値を越えたか否かを判定し、ＰＶインバータの出力電力が第１閾値を越えた場合、エネルギストレージユニットに余剰電力を貯蔵するために、エネルギストレージ電力コンバータの充電コマンドを増加し、電力インバータの出力電力が第１閾値を越えてない場合、電力インバータの出力電力が第２所定閾値未満であるか否かを判定し、出力電力が第２所定閾値未満である場合、エネルギストレージ電力コンバータの充電コマンドを減少するように構成された制御システムを含んでよい。
【００１１】
電源からの余剰電力をキャプチャするためにエネルギストレージ電力コンバータを制御するように構成されたコントローラは、電源の現在の出力電力が、電源の過去の出力電力未満であるか否かを判定し、電源の最大電力点を追跡するために、電源の現在の出力電力が電源の過去の出力電力未満であるか否かの判定に従って、ＤＣバス上の高電圧制限を調整するように構成された制御システムを含んでよい。
【００１２】
コントローラは、電力インバータのコントローラからの入力の要求なしに、エネルギストレージ電力コンバータを制御するコンバータコントローラであってよい。ＰＶアレイからの余剰ＰＶ電力をキャプチャするためにエネルギストレージ電力コンバータを制御するように構成されたコントローラは、更に、電力インバータコントローラからの入力なしに、電力インバータの削減を自主的に検出し、削減が検出された場合に、最大電源電力点になるまで、エネルギストレージユニットに余剰電力を貯蔵するために、エネルギストレージ電力コンバータを制御するように構成された制御システムを備えてよい。
【００１３】
コントローラは、電力インバータのコントローラからの入力の要求なしに、エネルギストレージ電力コンバータを制御するコンバータコントローラであってよい。ＰＶアレイからの余剰ＰＶ電力をキャプチャするためにエネルギストレージ電力コンバータを制御するように構成されたコントローラは、更に、エネルギストレージ電力コンバータの出力電力の変化を判定し、ＤＣバスでの電圧の変化を判定し、エネルギストレージ電力コンバータの出力電力の変化及びＤＣバスでの電圧の変化に応じて、ＤＣバス上の高電圧制限を調整するように構成された制御システムを備えてよい。
【００１４】
エネルギストレージユニットに貯蔵された電力を、グリッドに出力するために、電力インバータに放電するようにエネルギストレージ電力コンバータを制御するように構成されたコントローラは、電源からの利用可能な電力を優先しながら、エネルギストレージユニットから電力を放電するように構成されたコントローラを含んでよい。
【００１５】
電源からの利用可能な電力を優先しながら、エネルギストレージユニットから電力を放電するように構成されたコントローラは、電力インバータが削減されていないか否かを判定し、電力インバータが削減されていないと判定された場合、電源の出力電力が減少したか否かを判定し、電源の前記出力電力が減少したか否かに応じて、エネルギストレージユニットから放電された電力を調整するためにエネルギストレージ電力コンバータを制御するように構成されたコントローラを含んでよい。
【００１６】
電源からの出力電力が減少しているか否かに応じて、エネルギストレージユニットから放電された電力を調整するように構成されたコントローラは、電源の出力電力が減少したか否かに応じて変化する電力放電調整値の符号により電力量を放電するために、エネルギストレージ電力コンバータの放電電量コマンドを調整するように構成されたコントローラを含んでよい。
【００１７】
電源は、フォトボルタイク電源であり、エネルギストレージユニットに貯蔵されている電力を、グリッドに出力するために、電力インバータに放電するようにエネルギストレージ電力コンバータを制御するように構成されたコントローラは、フォトボルタイク電源の電力出力をエミュレートするようにエネルギストレージ電力コンバータを制御するように構成されたコントローラを含んでよい。
【００１８】
コントローラは、フォトボルタイク電源の電力−電圧特性をエミュレートするためにプログラムされたルックアップテーブルを介して、フォトボルタイク電源をエミュレートしてよい。
【００１９】
前記コントローラは、ドループパラメータに基づいてエネルギストレージユニット電力コンバータの電力コマンドを制御することにより、フォトボルタイク電源をエミュレートしてもよい。
【００２０】
コントローラは、エネルギストレージユニットコンバータのコンバータコントローラであってよく、コンバータコントローラは、電力インバータの出力電力に係る情報を取得するために電力インバータのコントローラと通信してよい。
【００２１】
他の態様では、ＤＣバスを介して電源に結合された電力インバータ、ＤＣバス及びエネルギストレージユニット間に結合されたエネルギストレージ電力コンバータを備える電力システムにおいて、電源からの余剰電力をキャプチャする方法は、電力インバータが削減されたか否かを判定することと、電力インバータが削減された場合、グリッドに出力できない電源からの余剰電力を、エネルギストレージユニットに貯蔵するようにエネルギストレージ電力コンバータの充電コマンドを調整することと、を含む。
【００２２】
電力インバータが削減されたか否かを判定することは、ＰＶインバータの出力電力が第１所定閾値を越えているか否かを判定することを含んでよい。
【００２３】
電力インバータが削減されたか否かを判定すること、及び、グリッドに出力できない電源からの余剰電力をエネルギストレージユニットに貯蔵するようにエネルギストレージ電力コンバータの充電コマンドを調整することは、電力インバータの出力電力が第１所定閾値を越えている場合に、グリッドに出力できない電源からの余剰電力を貯蔵するためのエネルギストレージ電力コンバータの充電コマンドを増やすことと、出力電力が第２所定閾値未満である場合に、エネルギストレージ電力コンバータの充電ンコマンドを減らすことと、を含んでよい。
【００２４】
グリッドに出力できない電源からの余剰電力をエネルギストレージユニットに貯蔵するための電力コンバータの充電コマンドを調整することは、電源の現在の出力電力が電源の過去の出力電力未満であるか否かを判定することと、電源の最大電力点を追跡するために、電源の現在の出力電力が電源の過去の出力電力未満であるか否かの判定に応じて、ＤＣバス上の高電圧制限を調整することと、を含んでよい。
【００２５】
高電圧制限は電圧変化値により調整されてよく、電圧変化値の符号は、電源の現在の出力電力が電源の過去の出力電力未満である場合に反転する。
【００２６】
電力インバータが削減されたか否かを判定すること、及び、電力インバータが削減された場合に、グリッドに出力できない電源からの余剰電力をエネルギストレージユニットに貯蔵するために電力コンバータの充電コマンドを調整することは、エネルギストレージ電力コンバータの出力電力の変化を判定することと、ＤＣバスでの電圧の変化を判定することと、エネルギストレージ電力コンバータの出力電力の変化、及び、ＤＣバスでの電圧の変化に応じて、ＤＣバス上の高電圧制限を調整することと、を含んでよい。
【００２７】
高電圧制限は、電圧変化値により調整されてよく、電圧変化値の符号は、エネルギストレージ電力コンバータの出力電力の変化がポジティブであり、ＤＣバスでの電圧の変化がゼロ又は小さいネガティブの値である場合に、反転し、電圧変化値の符号は、エネルギストレージ電力コンバータの出力電力の変化がネガティブであり、ＤＣバスでの電力の変化がポジティブである場合に、反転する。
【００２８】
他の態様では、ＤＣバスを介して電源に結合された電力インバータ、並びに、ＤＣバス及びエネルギストレージユニット間に結合されたエネルギストレージ電力コンバータを備える電力システムにおいて、グリッドに出力するためにエネルギストレージユニットに貯蔵された電力を放電する方法は、電力インバータがグリッドに電力を供給可能なように、エネルギストレージユニットから電力インバータに電力を放電することを含み、エネルギストレージユニットから電力を放電しているときに、電源から利用可能な電力は、エネルギストレージユニットから利用可能な電力よりも優先される。
【００２９】
電力インバータがグリッドに電力を供給可能なように、エネルギストレージユニットから電力インバータに電力を放電することは、電力インバータが削減されていないか否かを判定することと、電力インバータが削減されていない場合、電源の出力電力が減少しているか否かを判定することと、電源の出力電力が減少しているか否かの判定に応じて、エネルギストレージユニットから放電された電力を調整することと、を含んでよい。
【００３０】
エネルギストレージユニットから放電される電力は、電源の出力電力が減少しているか否かに応じて、その符号が変化する電力放電調整値により調整されてよい。
【００３１】
電源は、フォトボルタイク電源であってよく、電力インバータがグリッドに電力を供給可能なようにエネルギストレージユニットから電力インバータに電力を放電することは、フォトボルタイク電源の電力−電圧特性をエミュレートするためにプログラムされたルックアップテーブルを介してフォトボルタイク電源をエミュレートすることを含んでよい。
【００３２】
電源は、フォトボルタイク電源であってよく、電力インバータがグリッドに電力を供給可能なように、エネルギストレージユニットから電力インバータに電力を放電することは、ドループパラメータに基づいてエネルギストレージユニット電力コンバータの電力コマンドを制御することによりフォトボルタイク電源をエミュレートすることを含んでよい。
【００３３】
他の態様では、ＤＣバスを介して電源に結合された電力インバータ、並びに、ＤＣバス及びエネルギストレージユニット間に結合されたエネルギストレージ電力コンバータを備える電力システムにおいて、グリッドに出力するために、エネルギストレージユニットに貯蔵された電力を放電する方法は、ＤＣバスの電圧を取得することと、ＤＣバスの電圧に応じて電源をエミュレートすることにより、電力インバータが、グリッドに電力を供給可能なように、エネルギストレージユニットから電力インバータに電力を放電することと、を含む。
【００３４】
電力インバータがグリッドに電力を供給可能なようにエネルギストレージユニットから電力インバータに電力を放電することは、ＤＣバスの電圧に基づいて、ルックアップテーブルからエネルギストレージ電力コンバータのための対応する出力電力を取得することを含んでよく、ここで、ルックアップテーブルは、フォトボルタイク電源の電力−電圧特性をエミュレートするためにプログラムされている。
【００３５】
電力インバータがグリッドに電力を供給可能なようにエネルギストレージユニットから電力インバータに電力を放電することは、ドループパラメータに基づいて、エネルギストレージユニット電力コンバータの電力コマンドを制御することにより、フォトボルタイク電源をエミュレートすることを含んでよい。
【００３６】
フォトボルタイク電源をエミュレートすることは、式“Ｐｃｍｄ＝Ｐｓｅｔ−Ｖｄｒｏｏｐ＊（Ｖ＿ｐｖ−Ｖ＿ｓｅｔ）”に従って、電力を出力するためにエネルギストレージコンバータを制御するための電力コマンドを計算することを含んでよく、
ここで、“Ｐｃｍｄ”は、電力コマンドであり、
“Ｐｓｅｔ”は、所定の設定電力であり、
“Ｖｄｒｏｏｐ”は、フォトボルタイク電源の現在の電圧特性をエミュレートするためのドループパラメータであり、
“Ｖ＿ｐｖ”は、ＤＣバスの電圧であり、
“Ｖ＿ｓｅｔ”は、フォトボルタイク電源の現在の電圧特性をエミュレートするための所定の設定電圧である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、互いに通信するＰＶインバータコントローラ及びエネルギストレージコンバータコントローラを含む制御システムの実施形態による電力システムを示す。
【図２】図２は、マスタコントローラを伴う、ＰＶインバータコントローラ及びエネルギストレージコンバータコントローラの他の実施形態による電力システムを示す。
【図３】図３は、本発明の実施形態による電源からの余剰電力の抽出方法を描くフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の実施形態による電源からの余剰電力の抽出方法を描くフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の実施形態による電源からの余剰電力の抽出方法を描くフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の実施形態による電源からの余剰電力の抽出方法を描くフローチャートである。
【図７】図７は、本発明の実施形態による電源からの利用可能な電力が優先されるときに、電力コンバータを用いてエネルギストレージユニットから電力を放電する方法を描くフローチャートである。
【図８】図８は、本発明の実施形態による電源からの利用可能な電力が優先されるときに、電力コンバータを用いてエネルギストレージユニットから電力を放電する方法を描くフローチャートである。
【図９】図９は、ＰＶアレイ電力−電圧特性を描くグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
本明細書の一部を形成し、具体的な実施例を図示する添付図面を参照する。しかしながら、本明細書に記載の原理は、多数の異なる形態で実施されてよい。図中の構成要素は必ずしも縮尺どおりではなく、代わりに本発明の原理を説明することに重点がおかれている。さらに、図面において、異なる視点を通じて対応する部品を指定するために、同様の参照番号が付されてよい。
【００３９】
本発明の以下の説明において、特定の用語は、参照のみを目的として用いられ、限定を意図するものではない。例えば、様々な要素を記述するために本明細書において、第１、第２等の用語が用いられるかもしれないが、これらの要素は、これらの用語により限定されるものではない。これらの用語は、一の要素を他から区別するためだけに用いられる。本発明の説明及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、単数形「a」、「an」及び「the」は、文脈がそうでないことを明確に示さない限り、複数形も含むことを意図している。本明細書で使用される「及び／又は」という用語は、関連する列挙された用語の１つ又は複数のありとあらゆる可能な組み合わせを指し、包含することも理解されるであろう。用語「comprises」及び／又は「comprising」は、本明細書で用いられる場合、述べられた特徴、整数、ステップ、操作、要素、及び／又は構成要素の存在を明記すると理解されるだろうが、一つ以上の他の機能、整数、ステップ操作、要素、コンポーネント、及び／又はそのグループの存在又は追加を排除しない。
【００４０】
本発明の実施形態は、電力コンバータの削減に起因して失われるだろう、電源により生成された余剰電力をキャプチャするシステム及び方法を含む。本発明の実施形態は、エネルギストレージユニットによりキャプチャされた電力を放電するシステム及び方法を含む。
【００４１】
図１及び２を参照して、本発明の実施形態による電力システム１００は、電源１１０、電力インバータ１２０、エネルギストレージユニット電力コンバータ１３０、及びエネルギストレージユニット１４０を含む。電源１１０は、ＤＣバスＡでインバータ１２０に電気的に結合されており、コンバータ１３０は、ＤＣバスＡ及びエネルギストレージユニット１４０間に電気的に結合されている。ＰＶインバータは、電源１１０及び／又はエネルギストレージユニット１４０により提供されてよいＤＣバスＡの電力を、グリッド１５０に出力する交流（ＡＣ）電力に変換する。
【００４２】
グリッド１５０は、例えば、一以上の負荷であってもよいし、マイクログリッド、ユーティリティグリッド等であってもよい。電源１１０は、例えば、ＰＶアレイなどのフォトボルタイク源であってよい。エネルギストレージユニットは、例えば、バッテリ、又は、複数の結合されたバッテリセルであってよい。電力インバータ１２０は、例えば、双方向特性を有してもよいし、有さなくてもよいが、フォトボルタイク（ＰＶ）インバータであってよい。コンバータ１３０は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであってよい。
【００４３】
設計制約及び／又は他の要素に起因して、電源１１０により出力された電力は、インバータ１２０がグリッド１５０に出力可能な最大電力を越えることがある。この場合、インバータ１２０は、削減される必要があり、削減された電力は、「余剰電力」として参照されてよい。削減は、例えば、これに限定されないが、電源１１０の最大電力出力がインバータ１２０の定格（例えば、最大定格電力出力）を越える場合、インバータ１２０の温度が、インバータ破壊を回避するために電力出力を減少する必要を示す所定値を超えている場合、又は、インバータ１２０が、例えば電源１１０により生成される電力量未満であるユーティリティからの電力コマンド（即ち、特定の電力量のためのコマンド）を受信した場合、に生じるインバータクリッピング等で生じてよい。図１に示す実施形態では、電力システム１００は、この余剰電力を、その後グリッド１５０に放電可能なエネルギストレージユニット１４０に貯蔵可能である。
【００４４】
図１及び２に示す実施形態では、電力コンバータコントローラ１３２は、ＰＶインバータのオペレーティングポイント（Ｐ＿Ｉｎｖ）（即ち、動作時の出力電力のレベル）についての情報を取得してよい。この情報は、ＰＶインバータの出力の電圧及び電流センサにより決定されてもよいし、様々な通信プロトコルを介した通信リンク上でデジタルに通信されてもよく、本発明は、どのような特定の通信プロトコルに限定されないと理解すべきである。
【００４５】
電力インバータ１２０の出力電力（Ｐ＿Ｉｎｖ）が、電力インバータ１２０の最大電力（Ｐ＿ＩｎｖＭａｘ）に近い場合、電力インバータ１２０を削減（例えばインバータクリッピング）可能である。それ故、電力インバータ１２０の出力電力（Ｐ＿Ｉｎｖ）が、電力インバータ１２０の最大電力（Ｐ＿ＩｎｖＭａｘ）の所定閾値（Ｐ＿ＩｎｖＭａｘ−Ｐｄｅｌｔａ）を越える場合、電力コンバータコントローラ１３２は、その出力がエネルギストレージユニット１４０電力（又は電流）コマンド（Ｐｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｄ）（即ち、エネルギストレージユニット１４０に特定の電力量を充電するための電力コンバータ１３０に対するコマンド）である制御ループを開始する。制御ループは、インバータ１２０の削減（例えばクリッピング）により、利用可能な余剰エネルギを貯蔵するために開始される。この制御ループは、インバータ１２０の出力電力（Ｐ＿Ｉｎｖ）を制御して、最大電力値（Ｐ＿ＩｎｖＭａｘ）に近づける（即ち、最大電力値の所定範囲内にする）。インバータの出力電力が、最大電力値（Ｐ＿ＩｎｖＭａｘ）の所定範囲を下回った場合、コンバータコントローラ１３２は、電源１１０からより多くのエネルギを抽出するようにコンバータ１３０を制御する。この場合、インバータを定格電力（Ｐ＿ＩｎｖＭａｘ）の所定範囲に戻すために、バッテリ充電電力（Ｐ＿Ｃｏｎｖ）は減少する（例えば、バッテリ充電電力は、コンバータ電力コマンド（Ｐ＿Ｃｏｎｖ）反復的に制御することにより又は、例えばＰＩコントローラ等の閉ループコントローラを介することにより、自動的に減少してよい）。更に、制御ループが、インバータの出力電力を最大電力（Ｐ＿ＩｎｖＭａｘ）の所定範囲内に維持するための放電を開始することを、エネルギストレージユニット１４０に要求する場合、利用可能な電源１１０電力は、インバータ１２０の最大電力（Ｐ＿ＩｎｖＭａｘ）の所定範囲を下回り、インバータ１２０削減（例えばクリッピング）はもはや生じないことを意味する。
【００４６】
インバータ１２０を削減するか否かの判定に所定範囲を用いることに代えて、コンバータコントローラ１３２は、調整可能なＤＣポートＡ高電圧制限Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔを実行してよい。ＤＣポート高電圧制限Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔは、インバータ１３０のオペレーションレンジの上限電圧制限と等しく又は近くに初期に設定されてよい調整可能な値である。コンバータコントローラ１３２は、電圧が、ＤＣポート高電圧制限Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔを越えた場合に、ＤＣバスＡで測定された電圧より低くなるようにコンバータ１３０の電力充電出力を調整するようにプログラムされている。コンバータコントローラ１３２はその後、インバータ１２０が削減された場合、電源１１０の最大電力点を追跡するために、ＤＣポート高電圧制限Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔを調整する。
【００４７】
図１に示す実施形態では、電力インバータ１２０と電力コンバータ１３０との間の通信は、電力インバータ１２０のコントローラ１２２と電力コンバータ１３０のコントローラ１３２との間の直接通信を介して達成される。図２に示す実施形態では異なり、通信は、マスタコントローラ２１０の助けを借りて達成される。インバータコントローラ１２２及びコンバータコントローラ１３２各々は、マスタコントローラ２１０と通信し、コンバータコントローラ１３２は、マスタコントローラ２１０からインバータ１２０の動作点（Ｐ＿Ｉｎｖ）についての情報を取得する。コントローラ１２２、１３２及び２１０は、例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）及び／又は、ローカル及び／又はリモートで更新可能なデジタル処理ベースのコントローラとして実現されてよい。しかしながら、コントローラ１２２、１３２及び２１０は、これらの特定のタイプのみに限定されず、任意のタイプのデジタルプロセッサ又はアナログ又は混合信号回路であってよいと理解されるべきである。
【００４８】
図１及び２は、インバータ１２０の動作点（Ｐ＿Ｉｎｖ）についての情報を得るために、インバータコントローラ１２２及びコンバータコントローラ１３２間の通信リンクを使う制御システムを用いて、電源１１０により生成された余剰電力をキャプチャ可能なシステムを示しているが、本発明はこれに限定されず、コンバータ１３０はインバータ１２０が削減されたときを自律的に検出することができてもよい。自律検出が用いられる実施形態では、図１のコントローラ１２２及び１３２間の直接通信、並びに、マスタコントローラ２１０を介した動作点（Ｐ＿Ｉｎｖ）の通信は必要とされない。これは、例えば、図１又は図２の通信リンクが破損している場合、又は、コントローラ１２２及び１３２間に通信リンクを設置する費用を避けたい場合に有利である。
【００４９】
実施形態では、インバータ１２０の電力出力（Ｐ＿ＰＶ）をインバータの最大出力電力（Ｐ＿ＩｎｖＭａｘ）の近くに維持するために、インバータ１２０が削減される場合（例えば、クリッピングのため）、自律制御は電源１１０の電圧ダイナミクスに依存する。一般に、インバータ１２０が削減されると、ＤＣバスＡにある電源１００電圧は上昇する。電源電圧自体の上昇は、必ずしもインバータの電力が削減されることを意味しないが、コンバータ１３０の出力電力Ｐ＿Ｃｏｎｖが電力コマンドＰ＿Ｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｎｄに従わず、ＤＣバスＡの電源電圧が上昇すると、インバータ電力（Ｐ＿Ｉｎｖ）は削減される。
【００５０】
自律的方法の実施形態では、コンバータコントローラ１３２は、ＰＶポート高電圧制限（ＶｐｖＨｉｇｈＬｍｔ）を実施し、それを、測定されたＰＶ電圧よりも高く設定する。コンバータコントローラ１３２が、コンバータの出力電力（Ｐ＿Ｃｏｎｖ）がコンバータのコマンド出力（Ｐｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｄ）と異なることを検出すると（これは、設定ＶｐｖＨｉｇｈＬｍｔを維持するために生じる）、コンバータコントローラ１３２は、インバータ電力Ｐ＿Ｉｎｖが削減されることを確認し、コンバータコントローラ１３２は、ＶｐｖＨｉｇｈＬｍｔを変化させて、それ自体の最大電力点追跡（ＭＰＰＴ）アルゴリズムの実施を開始する。
【００５１】
エネルギストレージユニット１４０の充電に加えて、インバータコントローラ１３２は、グリッド１５０で出力するためにバッテリからインバータ１２０に電力を放電するように構成されてよい。電源１１０の最大出力電力がＰＶインバータの最大値を越えたときに、コンバータ１３０により放電されるエネルギは、貯蔵された余剰エネルギであってよいが、双方向ＰＶインバータ１２０からエネルギストレージユニットに貯蔵されたグリッド１５０からの電力でもよい。
【００５２】
電力インバータ１２０に電力を放電する場合、コンバータコントローラ１３２は、電源１１０から利用可能な電力がエネルギストレージユニットに貯蔵された電力よりも優先されることを保証するように構成されてよい。そうするために、コンバータコントローラ１３２は、電源１１０による電力出力を監視して減少を検出し、減少がある場合、その放電コマンドを調整してバッテリによって放電される電力を低減するように構成されてよい。
【００５３】
充電
図３は、本発明の実施形態による電源から余剰電力を抽出する方法を示すフローチャートである。図３を参照して、ステップ３１０において、電力システム１００の制御システムは、電力インバータ１２０が削減されているか否かを判定する。これは、インバータコントローラ１２２と制御システムのコンバータコントローラ１３２との間に確立された通信リンクを介して（例えば図１及び２に示されるように）、又はコンバータコントローラ１３２による自律検出によって達成されてよい。ステップ３２０において、電力インバータ１２０が削減されていると判定された場合、制御システムは、電力コンバータ１３０の充電コマンドを調整し、削減により利用可能な余剰エネルギがエネルギストレージユニット１４０に貯蔵されるようにする。充電コマンドは、コンバータ１３０が特定の量の電力を充電するためのコマンドである。ステップ３３０において、電力インバータ１２０が削減されていない場合、制御システムは、充電コマンドを低減して、電力インバータが最大電力で動作していることを確認することができる。ステップ３３０において、充電コマンドを減少させる前に、例えばインバータ１２０の出力電力を、最大インバータ電力（Ｐ＿ＩｎｖＭａｘ）の所定範囲と比較することにより、エネルギストレージユニット１４０に余剰な電力が貯蔵されているか否かを判定することも可能であってよい。
【００５４】
図４は、本発明の実施形態による電源からの余剰電力を抽出する方法を示すフローチャートである。図４は、コンバータコントローラ１３２が例えばインバータコントローラ１２２とコンバータコントローラ１３２との間に実現された通信リンクを介して、インバータ１２０の電力出力Ｐ＿Ｉｎｖにアクセスする実施形態において、電力インバータ１２０が削減された場合に判定する方法であり、電力インバータが削減された場合に、エネルギストレージユニット１４０に余剰エネルギを貯蔵するために電力コンバータ１３０の充電コマンドを増加し、電力インバータ１２０が削減されていない場合、電力コンバータ１３０の充電コマンドを減少する。
【００５５】
図４を参照して、ステップ４１０において、コンバータコントローラ１３２は、出力電力Ｐ＿Ｉｎｖを、インバータ１２０の最大出力電力（Ｐ＿ＩｎｖＭａｘ）の第１閾値（Ｐ＿ＩｎｖＭａｘ−Ｐｄｅｌｔａ）と比較する。インバータ１２０が、インバータ１２０が削減され得る、その最大電力出力Ｐ＿ＩｎｖＭａｘの近くで動作しているか否かを判定するために、この比較は行われる。閾値は、最大出力Ｐ＿ＩｎｖＭａｘからＰｄｅｌｔａの差になるように設定されてよい。Ｐｄｅｌｔａの値は比較的小さく、例えばインバータ１２０の電力定格に基づいて設定されてよい。例えばＰｄｅｌｔａは、インバータの出力電力測定精度に応じて、インバータ１２０の定格の半分から１パーセントの間で設定することができる。しかしながら、本発明は、これらの特定のＰｄｅｌｔａの値に限定されないと理解すべきである。
【００５６】
ステップ４２０において、インバータが最大電力出力Ｐ＿ＩｎｖＭａｘ近くで動作していると判定された場合、コンバータコントローラ１３２はインバータ１２０が削減されていると判定し、コンバータコントローラ１３２は電力コンバータ１３０の充電コマンド（Ｐｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｄ）を増加させる。このようして、電源１１０からの余剰電力は、コンバータ１３０によって抽出され、エネルギストレージユニット１４０に貯蔵される。充電コマンド（Ｐｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｄ）を増加させる場合、充電コマンド（Ｐｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｄ）は、所定の電力量（Ｐ＿ｓｔｅｐ）だけ増やされてよい。充電（Ｐｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｄ）を増やしたのち、コンバータコントローラ１３２は、ステップ４１０に戻る。
【００５７】
インバータが最大電力出力Ｐ＿ＩｎｖＭａｘの近くで動作していないと判定された場合、コンバータコントローラ１３２は、インバータ１２０が削減されていないと判定する。次に、ステップ４３０において、コンバータコントローラ１３２は、コンバータによって抽出されている電力が多すぎるか否かを判定する。コンバータコントローラ１３２は、インバータ１２０の出力電力（Ｐ＿Ｉｎｖ）を、インバータ１２０の最大出力電力（Ｐ＿ＩｎｖＭａｘ）の第２閾値（Ｐ＿ＩｎｖＭａｘ−Ｐｄｅｌｔａ−Ｐｄｅｌａｔ２）と比較することにより、この判定を行ってよい。第２閾値は、最大電力出力Ｐ＿ＩｎｖＭａｘからＰｄｅｌｔａ及びＰｄｅｌｔａ２だけ異なるように設定されてよい。Ｐｄｅｌｔａ２の値は、例えば、Ｐｄｅｌｔａ１の値と同じに設定されてよい。しかしながら、Ｐｄｅｌｔａ２は、この特定の値に限定されないと理解すべきである。
【００５８】
コンバータコントローラ１３２が、コンバータ１３０により抽出される電力が多すぎると判定した場合、ステップ４４０において、コンバータコントローラ１３２は、電力こんばーたの充電コマンドＰｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｄをＰ＿ｓｔｅｐだけ減少する。充電コマンドＰｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｄを低減することにより、コンバータコントローラ１３２は、電力インバータ１２０が、その最大電力出力の近くで動作していることを保証する。充電コマンドＰｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｄを減少した後、コンバータコントローラ１３２はステップ４１０に戻る。ステップ４３０において、コンバータコントローラ１３２が、コンバータ１３０がそれほど多くの電力を抽出していないと判定した場合、コンバータコントローラ１３２はステップ４１０に戻る。
【００５９】
以下の制御ロジックは、電力システムの制御システムが電力コマンドモードでコンバータ１３０を制御し、コンバータコントローラ１３２が、インバータの最大電力コマンドレベルＰ＿ＩｎｖＭａｘ及びインバータの動作電力点（Ｐ＿Ｉｎｖ）についての情報を有する実施形態を示す。図４の方法を実施するために、コンバータコントローラ１３２によって次の制御ループを実行することができる。
While(1):
P_PV=P_Conv+P_Inv
If((P_Inv > P_InvMax-Pdelta)):
Pcharge_cmd=Pcharge_cmd+P_step
Else If(P_Inv < P_InvMax-Pdelta-Pdelta2)
Pcharge_cmd=Pcharge_cmd-P_step
endIf
0 < Pcharge_cmd < Conv_MaxChargeCommand
End while
上記制御ループにおいて、Ｐ＿ＰＶ＝Ｐ＿Ｃｏｎｖ＋Ｐ＿Ｉｎｖは、電源１１０の電力出力の計算である。電源１１０の電力出力は、電力コンバータ１３０及び電力インバータ１２０の出力電力Ｐ＿Ｃｏｎｖ＋Ｐ＿Ｉｎｖを合計することにより計算される。Ｉｆ（（Ｐ＿Ｉｎｖ＞Ｐ＿ＩｎｖＭａｘ−Ｐｄｅｌｔａ））は、インバータの出力電力（Ｐ＿Ｉｎｖ）が特定の閾値を越えるか否か（即ち、インバータがその最大電力近くで動作するか否か）を判定し、インバータ１２０が削減されたことを通知する。Ｐｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｄ＝Ｐｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｄ＋Ｐ＿ｓｔｅｐは、インバータ１２０の出力電力（Ｐ＿Ｉｎｖ）が閾値を越えて余剰電力をエネルギストレージユニット１４０に貯蔵するときに、Ｐ＿ｓｔｅｐだけコンバータ１３０の充電コマンドＰｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｄを増加する。Ｅｌｓｅ  Ｉｆ（Ｐ＿Ｉｎｖ＜Ｐ＿ＩｎｖＭａｘ−Ｐｄｅｌｔａ−Ｐｄｅｌｔａ２）は、出力電力（Ｐ＿Ｉｎｖ）が、コンバータ１３０によって抽出される電力が多すぎることを示す第２閾値より小さいか否かを判定する。Ｐｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｄ＝Ｐｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｄ−Ｐ＿ｓｔｅｐは、電力インバータ１２０がその最大電力出力の近くで動作するように、充電コマンドを減少させる。０＜Ｐｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｄ＜Ｃｏｎｖ＿ＭａｘＣｈａｒｇｅＣｏｍｍａｎｄは、コンバータ１３０の充電コマンド（Ｐｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｄ）が最大充電コマンド又は電力定格を越えないようにする。
【００６０】
図５は、本発明の実施形態による電源１１０から余剰電力を抽出する方法を示すフローチャートである。図４と同様に、図５は、コンバータコントローラ１３２が、例えばインバータコントローラ１２２とコンバータコントローラ１３２との間に確立された通信リンクを介して、インバータ１２０の電力出力Ｐ＿Ｉｎｖにアクセスする実施形態において、電力インバータ１２０が削減されているか否かを判定し、電力インバータ１２０が削減された場合に電力コンバータ１３０の充電コマンドを増やしてエネルギストレージユニット１４０に余剰エネルギを貯蔵し、電力インバータが削減されていない場合、電力コンバータ１３０の充電コマンドを減少する方法である。しかしながら、図４に示す実施形態とは異なり、図５の実施形態は、ＤＣポート高電圧制限（Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔ）を実施して、余剰な電源１１０電力を抽出する。
【００６１】
図５に示す余剰電力を抽出する方法では、ＰＶポートＡのＤＣポート高電圧制限Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔは、余剰な電源１１０電力の可能性がある場合に、電源１１０の最大電力点を追跡するように調整される。ＤＣポート高電圧制限Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔは、コンバータコントローラ１３２にプログラムされた調整可能な値である。コンバータコントローラ１３２はまた、Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔ＿ｍａｘとして参照される最大ＤＣポート高電圧制限Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔと、ｄｅｌｔａＶとして参照されるＶｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔの値を調整するための電圧変化値とを有する。最大ＤＣポート高電圧制限Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔ＿ｍａｘは、変化しない静的な値であり、ＤＣポート高電圧制限Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔの最大取り得る値である。最大ＤＣ高電圧制限Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔ＿ｍａｘは、例えば、インバータ１２０の上限電圧を同じか、又はそれに近くてよい。電圧変化値ｄｅｌｔａＶは、所定値であり、比較的小さな値に設定されてもよく、設計上の選択として選択されてよい。
【００６２】
図５に示された方法を実行するとき、ＤＣバスＡで測定された電圧がＤＣバス高電圧制限Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔを越えないように、コンバータコントローラ１３２もプログラムされる。ＤＣバスの電圧がＶｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔを越えた場合、電源１１０からの電力を抽出するように――ＤＣバス電圧をＤＣポート高電圧制限Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔ未満に低下させるはずである――ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０を制御するために、コンバータコントローラ１３２の電力コマンドＰｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｄを増加する。逆に、ＤＣバスＡｎｏ電圧がＶｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔより小さい場合、コンバータコントローラ１３２は、電源１１０から抽出される電力を減少するように電力コンバータ１３０を制御するために、Ｐｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｄを低減してよい。コンバータ１３０の電力コマンド（Ｐｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｄ）は、図４に示した方法と同様の方法で調整することができるので、簡潔にするためにその説明は省略する。
【００６３】
一般に、ＰＶアレイ等の電源１１０では、ＤＣバスＡの電圧が比較的高い場合、インバータ１２０は多くの電力を消費しない。さらに、インバータ１２０が削減されると、利用可能な全電力が電源１１０から引き出されないため、ＤＣバスＡの電圧が上昇する。従って、コンバータコントローラ１３２がコンバータ１３０を制御して、電源１１０から余剰電力を抽出する場合、ＤＣバスＡの電圧は低下する。図５に示す実施形態では、Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔは、インバータ１２０の削減により余剰なＰＶ電力が存在する可能性がある場合に、電源１１０（例えばＰＶアレイ）上の最大電力点を追跡するように調整される。従って、例えばインバータ１２０が１２００ＶのＤＣバスＡ電圧で動作しており、インバータ１２０が削減されていない場合、インバータが削減されると、ＤＣバスＡ電圧は１２５０Ｖまで上昇する。コンバータコントローラ２４０は、削減が開始されたと判定し、そのＤＣポート高電圧制限Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔの使用を開始し、エネルギストレージユニット１４０に貯蔵するための電力（Ｐ＿Ｃｏｎｖ）を抽出する。その後、ＤＣバスＡ電圧は低下するだろう。
【００６４】
図５を参照して方法を説明する。ステップ５１０において、コンバータコントローラ１３２は、インバータ１２０が削減されていないか否かを判定する。そうすることで、コンバータコントローラは、インバータ１２０が削減されていないか否かを判定するために、その出力電力が、インバータの最大出力電力（Ｐ＿ＩｎｖＭａｘ）――ここで、最大出力電力は、インバータの定格電力に設定されている――より小さいこと、さらにまた、高温又はプラントオペレータ又はユーティリティからの最大電力コマンドに起因してインバータ１２０は削減されてないこと、の両方をチェックしてよい。インバータ１２０が削減されておらず、インバータ１２０の電力出力（Ｐ＿Ｉｎｖ）がインバータ最大電力（Ｐ＿ＩｎｖＭａｘ）未満である場合、ステップ５２０において、コンバータコントローラ１３２は、ＤＣポート高電圧制限（Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔ）を最大ＤＣポート高電圧制限Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔ＿ｍａｘに設定する。この場合、電力コンバータは電源１１０から電力を抽出しない。
【００６５】
インバータ１２０が削減された又はインバータ出力電力Ｐ＿Ｉｎｖが最大出力電力Ｐ＿ＩｎｖＭａｘを越える場合、コンバータコントローラ１３２は、電源１１０の最大電力点を追跡するためにそのＶｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔの調整を開始する。ステップ５３０において、コンバータコントローラ１３２は、先ず、インバータの電力出力（Ｐ＿Ｉｎｖ）とコンバータの電力出力（Ｐ＿Ｃｏｎｖ）とを合計することにより計算される計算された電源電力（Ｐ＿ＰＶ）が、過去のループで計算された過去に計算された出力電力（Ｐ＿ｏｌｄ）を越えるか否かを判定する。言い換えれば、コンバータコントローラ１３２は、電源電力（Ｐ＿ＰＶ）が減少するか増加するかを判定する。
【００６６】
次に、ステップ５４０において、コンバータコントローラ１３２は、電源電力Ｐ＿ＰＶが増加したか減少したかに従って、ＤＣポート高電圧制限Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔを調整する。ＤＣポート高電圧制限Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔは、次の式を用いて調整されてよい。
Vdc_HiLimit=Vdc_measured+deltaV
ここで、
Ｖｄｃ＿ｍｅａｓｒｕｅｄは、ＤＣバスＡで測定された電圧である；
deltaV=-deltaV  Ｐ＿ＰＶが減少しているとき；
deltaV=deltaV  Ｐ＿ＰＶが増加しているとき。
この式で、ｄｅｌｔａＶは、所定の電圧変化値であり、その符号は、Ｐ＿ＰＶが減少すると反転する。Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔを調整した後、方法は、ステップ５１０に戻ってループを繰り返す。従って、インバータ１２０の削減中にＶｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔを調整する場合、Ｐ＿ＰＶが増加し続ける限り、Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔは、測定されたＤＣバスＡ電圧にｄｅｌｔａＶを追加することによって調整される。Ｐ＿ＰＶが減少すると、ｄｅｌｔａＶの符号が反転し、Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔは、反転したｄｅｌｔａＶによって調整される。
【００６７】
図５のＤＣポート高電圧制限（Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔ）を使用して余剰電力を抽出する方法では、ＤＣポート高電圧制限（Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔ）が低減されると、コンバータコントローラ１３２は、その電力コマンド（Ｐｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｄ）を増加させる。電力コマンド（Ｐｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｄ）が増加すると、コンバータ１３０からエネルギストレージユニット１４０へ出力されるでんりょく（Ｐ＿ＰＶ）が増加する。しかしながら、コンバータ１３０により抽出される電力が大きすぎる場合、インバータ１２０の出力電力（Ｐ＿Ｉｎｖ）は減少し、それはＰ＿ＰＶを減少させる。この場合、ｄｅｌｔａＶの符号が判定し、それにより、Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔが増加し、コンバータ電力コマンド（Ｐｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｄ）は減少する。
【００６８】
以下の制御ロジックは、電力システムの制御システムが電力コマンドモードでコンバータ１３０を制御し、コンバータコントローラ１３２が、インバータの最大電力コマンドレベルＰ＿ＩｎｖＭａｘ及びインバータの動作時電力点（Ｐ＿Ｉｎｖ）についての情報を有し、コントローラ１３２がＤＣポート高電圧制限（Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔ）の調整を行う実施形態を示している。図５の方法を実施するために、コンバータコントローラ１３２により次の制御ループを実行することができる。
While(1):
P_PV=P_Conv+P_Inv
If((P_Inv < P_InvMax) & INV is not curtailed):
Vdc_HiLimit=Vdc_HiLimit_max
else:
If(P_PV < P_PV_old):
deltaV=-deltaV
end if
Vdc_HiLimit=Vdc_measured+deltaV
End if-else
0 < Pcharge_cmd < Conv_MaxChargeCommand
End while
上述の制御ループにおいて、Ｐ＿ＰＶ＝Ｐ＿Ｃｏｎｖ＋Ｐ＿Ｉｎｖは、電源１１０の電力出力の計算である。電源１１０の電力出力は、電力コンバータ１３０及び電力インバータ１２０の出力電力Ｐ＿Ｃｏｎｖ＋Ｐ＿Ｉｎｖを合計することにより計算される。Ｉｆ（（Ｐ＿Ｉｎｖ＜Ｐ＿ＩｎｖＭａｘ）  ＆  ＩＮＶ  ｉｓ  ｎｏｔ  ｃｕｒｔａｉｌｅｄ）は、インバータ１２０の出力電力（Ｐ＿Ｉｎｖ）が、インバータ１２０の最大出力電力（Ｐ＿ＩｎｖＭａｘ）未満であるか否かの判定である。ここで、Ｐ＿ＩｎｖＭａｘは、例えばインバータ１２０の定格電力に設定されており、例えば温度等の他の理由やユーティリティのコマンドによりインバータ１２０が削減されていないことを確認する。Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔ＝Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔ＿ｍａｘは、インバータ出力電力Ｐ＿Ｉｎｖが最大インバータ出力電力（Ｐ＿ＩｎｖＭａｘ）未満である場合に、ＤＣポート高電圧制限（Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔ）を最大ＤＣポート高電圧制限（Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔ＿ｍａｘ）に設定する。Ｉｆ（Ｐ＿ＰＶ＜Ｐ＿ＰＶ＿ｏｌｄ）は、電源１１０（例えばＰＶアレイ）電力（Ｐ＿ＰＶ）が、過去のループの過去の電源電力（Ｐ＿ＰＶ＿ｏｌｄ）未満であるか否かを判定する。Ｐ＿ＰＶ＜Ｐ＿ＰＶ＿ｏｌｄの場合、ｄｅｌｔａＶ＝−ｄｅｌｔａＶはｄｅｌｔａＶの符号を反転する。Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔ＝Ｖｄｃ＿ｍｅａｓｕｒｅｄ＋ｄｅｌｔａＶは、電源電力（Ｐ＿ＰＶ）が増加するか減少するかに応じて、ＤＣポート高電圧制限を調整するための式である。０＜Ｐｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｄ＜Ｃｏｎｖ＿ＭａｘＣｈａｒｇｅＣｏｍｍａｎｄは、コンバータ１３０の充電コマンド（Ｐｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｄ）が、最大充電コマンドを越えないことを保証する。
【００６９】
図６は、本発明の実施形態による電源１１０から余剰電力を抽出する方法を示すフローチャートである。図４及び５と同様に、図６は、電力インバータが削減されたか否かを判定し、電力インバータが削減された場合にエネルギストレージユニットに余剰エネルギを貯蔵するために電力コンバータの充電コマンドを増加し、電力インバータが削減されていない場合電力コンバータの充電コマンドを減少する。しかしながら、図４及び５に示す実施形態とは異なり、図６の実施形態は、インバータコントローラ１２２とコンバータコントローラ１３２との間の通信リンクを必要とすることなく、余剰な電源１１０電力（Ｐ＿ＰＶ）を自律的にキャプチャする。
【００７０】
図５に示す実施形態と同様に、余剰電力を自律的に抽出する方法は、コンバータコントローラ１３２にプログラムされた調整可能なＤＣポート高電圧制限（Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔ）を利用し、コンバータコントローラ１３２は、ＤＣバスＡで測定された電圧がＤＣポート高電圧制限Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔを越えないようにプログラムされている。しかしながら、図６に示す方法では、コンバータコントローラ１３２は、インバータ１２０の削減を自動的に検出し、最大電源１１０電力点までの電源１１０（例えばＰＶアレイ）電力のキャプチャを開始する。コンバータコントローラ１３２は、自律的に削減を検出するため、コンバータコントローラ１３２とインバータコントローラ１２２との間の通信リンクは不要であり、コンバータコントローラ１３２は、インバータの出力電力（Ｐ＿Ｉｎｖ）又は最大出力電力（Ｐ＿ＩｎｖＭａｘ）を必要としない。従って、この実施形態では、コンバータコントローラ１３２は、インバータの削減を自律的に検出し、インバータコントローラ１２２からの要求を必要とせずに、最大電源１１０電力点まで、余剰電力をエネルギストレージユニットに貯蔵するために、エネルギストレージ電力コンバータを制御する。
【００７１】
図６を参照して方法を説明する。インバータ１２０の削減があるか否かを判定するために、ステップ６１０及び６２０において、コンバータコントローラ１３２は、電力コンバータ１３０の出力電力（Ｐ＿Ｃｏｎｖ）における変化（ｄｅｌｔａＰ＿Ｃｏｎｖ）（ステップ６１０）と、ＤＣバスＡ電圧（Ｖ＿ＰＶ）における変化（ｄｅｌｔａＶ＿ＰＶ）（ステップ６２０）とを検出する。この実施形態では、出力電力（Ｐ＿Ｃｏｎｖ）は、電荷を示す絶対的に正の値である。従って、正である、電力コンバータ１３０の出力電力（Ｐ＿Ｃｏｎｖ）における変化（ｄｅｌｔａＰ＿Ｃｏｎｖ）は、システムが、高電力レートで充電していることを示している。
【００７２】
次に、ステップ６３０において、コンバータコントローラ１３２は、電力コンバータ１３０の出力電力（Ｐ＿Ｃｏｎｖ）における変化（ｄｅｌｔａＰ＿Ｃｏｎｖ）と、ＤＣバスＡ電圧（Ｖ＿ＰＶ）における変化（ｄｅｌａｔａＶ＿ＰＶ）とに従って、インバータ１２０の削減があるか否かを判定する。インバータの削減があると判定した場合、インバータ１２０が削減を開始するとき又は削減の開始直前に、ＤＣバスＡ電圧近くに上限が設定されてよい。インバータ１２０が削減を開始した場合、ＤＣバスＡ電圧は上昇する傾向がある。従って、ＤＣバスＡ電圧は、上限Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔを越えることになり、コンバータコントローラ１３２は、エネルギストレージユニット１４０を充電するためにコンバータ１３０を制御するだろう。コンバータコントローラ１３２は削減がないと判定すると、方法はステップ６１０に戻る。
【００７３】
いったんコンバータコントローラ１３２が、インバータ１２０が削減していると判定すると、ステップ６４０において、コンバータコントローラ１３２は、電源１１０の最大電力の出力を開始する。従って、この方法では、インバータが削減されて一定の電力を出力している間、コントローラ１３２はＤＣ／ＤＣコンバータ１３０を制御して、電源上の最大電力点を追跡する。従って、通常の動作モードでは、インバータは削減されず、独自の最大電力点追跡（ＭＰＰＴ）を実行し、ＤＣバスの電圧を制御する。しかし、インバータが削減すると、インバータはＤＣバスの電圧を制御しなくなり、代わりに定電力モードになる。そのため、ＤＣ／ＤＣコンバータは、電源１１０上でＭＰＰＴを行うためにＤＣ上限Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔの調整を開始する（つまり、電源１１０からの最大電力を抽出する）。
【００７４】
以下の制御ロジックは、電力システムの制御システムが、コンバータコントローラ１３２が自律的にインバータ１２０の削減を検出し、インバータコントローラ１２２からの入力を必要とせずに、余剰電源電力をキャプチャすることを開始する自律モードで、コンバータ１３０を制御する実施形態を示している。図６の方法を実施するために、コンバータコントローラ１３２により次の制御ループが実行されてよい。
While(1):
deltaP_Conv=P_Conv-P_Conv_old
deltaV_PV=V_pv-V_pv_old
If((deltaP_Conv is positive) && (deltaV_PV is 0 or small negative))
OR((deltaP_Conv is negative) && (deltaV_PV is positive)):
deltaV=-deltaV
end if
Vdc_HiLimit=V_pv+deltaV
P_Conv_old=P_Conv
V_pv_old=V_pv
Wait(wait timer)
End while
上述の制御ループにおいて、ｄｅｌｔａＰ＿Ｃｏｎｖ＝Ｐ＿Ｃｏｎｖ−Ｐ＿Ｃｏｎｖ＿ｏｌｄは、コンバータ１３０の出力電力における変化を決定するための計算である。ｄｅｌｔａＶ＿ＰＶ＝Ｖ＿ｐｖ−Ｖ＿ｐｖ＿ｏｌｄは、ＤＣバスＡでの電圧における変化を決定するための計算である。Ｉｆ（（ｄｅｌｔａＰ＿Ｃｏｎｖ  ｉｓ  ｐｏｓｉｔｉｖｅ）＆＆（ｄｅｌｔａＶ＿ＰＶ  ｉｓ  ０  ｏｒ  ｓｍａｌｌ  ｎｅｇａｔｉｖｅ））ＯＲ（（ｄｅｌｔａＰ＿Ｃｏｎｖ  ｉｓ  ｎｅｇａｔｉｖｅ）＆＆（ｄｅｌｔａＶ＿ＰＶ  ｉｓ  ｐｏｓｉｔｉｖｅ））は、インバータ１２０の削減があるか否か、電圧調整値ｄｅｌｔａＶの符号を反転することにより、上限電圧Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔを調整すべきか否か、を決定する。コンバータ１３０の充電出力電力における変化（ｄｅｌｔａＰ＿Ｃｏｎｖ）が負であり、ＤＣバスＡでの電圧における変化が正である場合、これは、潜在的な削減を示し、削減を妨げるために上限Ｖｄｃ＿ＨｉＬｉｍｉｔの調整が必要であることを示している。このＩＦ状態も、コンバータコントローラ１３２及びインバータコントローラ１２２の両方が最大電力点追跡（ＭＰＰＴ）の実行を望む場合において、コンバータ１３０がインバータ１２０と干渉しないことを保証する。例えば、利用可能なＰＶ電力が、インバータ１２０及びコンバータ１３０の両方がそれらの電力定格で動作するようなものである場合、両方がＭＰＰＴを実行することを望むだろう。１ＭＷインバータ１２０と２５０ｋＷコンバータ１３０とを考える。電源１１０から１．２５ＭＷが利用可能である場合、インバータ１２０及びコンバータ１３０の両方がＭＰＰＴを実行しようと試みる。この時点で、ＤＣバスＡ電圧（Ｖ＿ｐｖ）の変化は、Ｖ＿ｐｖ曲線がそのポイントでピークになるため、非常に小さくなる（即ち、小さな負の値）。コンバータ１３０がインバータ１２０と干渉しないことを確認するために、ＩＦ状態Ｉｆ（（ｄｅｌｔａＰ＿Ｃｏｎｖ  ｉｓ  ｐｏｓｉｔｉｖｅ）＆＆（ｄｅｌｔａＶ＿ＰＶ  ｉｓ  ０  ｏｒ  ｓｍａｌｌ  ｎｅｇａｔｉｖｅ））により、それはＭＰＰＴから少し右に移動される。ｄｅｌｔａＶ＝−ｄｅｌｔａＶは、電圧変化値ｄｅｌｔａＶの反転である。
【００７５】
放電
インバータ１２０による最大電力出力を達成するために、エネルギストレージユニットからの電力で電源１１０によって生成された電力を補うことが必要な場合がある。ＰＶアレイ１１０及びエネルギストレージユニット１４０の両方が電力を供給している場合、電源１１０からの電力は、エネルギストレージユニットに貯蔵された電力よりも優先されることが好ましい。さもなければ、電源１１０によって生成された電力が失われる可能性がある。エネルギストレージユニット１４０から放電される電力は、インバータ１２０が削減されたときにエネルギストレージユニット１４０に過去に貯蔵された電源１１０からの余剰電力であってよい。例えばＰＶアレイの場合、ＰＶアレイ１１０の最大電力出力が、インバータ１２０の定格電力を越えるため、ＰＶアレイ１１０が最大電力出力で動作し、インバータ１２０が削減された時点で余剰電力が生成されてよい。この余剰電力は、例えば図２−６に描かれたいずれかの方法に従って、エネルギストレージユニットに貯蔵されてよい。後の時点で、雲の覆い、日光の減少等のために、ＰＶアレイに入射する太陽が減少する場合があり、その時点でエネルギストレージユニット１４０からの電力を使用してＰＶアレイの電力を補うことができる。エネルギストレージユニットによって提供される電力は、予め貯蔵された余剰電力であってよいが、本発明はこの方法に限定されないと理解すべきである。例えば、エネルギストレージユニット１４０に貯蔵された電力は、グリッド１５０等の他の源からくる場合がある。
【００７６】
図７は、本発明の実施形態による電源１１０（例えばＰＶアレイ）から利用可能な電力を優先しつつ、電力コンバータ１３０を使用してエネルギストレージユニット１４０から電力を放電する方法を示すフローチャートである。図７を参照して、ステップ７１０において、コンバータコントローラ１３２は、インバータ１２０が削減されていないか否かを判定する。そうすることで、コンバータコントローラ１３２は、インバータ１２０の出力電力（Ｐ＿Ｉｎｖ）がその最大出力電力（Ｐ＿ＩｎｖＭａｘ）未満であるので、インバータ１２０が削減されていないか否かを判定してよい。更に、コンバータコントローラは、インバータ１２０の温度が高いために、又は、プラントオペレータ若しくはユーティリティからの最大電力コマンドのために、インバータ１２０が削減されないことも保証してよい。インバータ１２０が削減された場合、コンバータコントローラは、電源１１０からの余剰電力が利用可能な場合に、電力を放電しない又は余剰電力を用いて充電するために、電力コンバータを制御してよい。インバータが削減されないと判定された場合、ステップ７２０において、コンバータコントローラ１３２は、電源１１０の出力電力（Ｐ＿ＰＶ）が減少したか否かを判定する。次に、ステップ７３０において、コンバータコントローラ１３２は、電源１１０の出力電力（Ｐ＿ＰＶ）が減少したか否かに従って、エネルギストレージユニット１４０から放電される電力量を調整する。例えば、エネルギストレージユニット１４０の放電が増加した場合に電源１１０の出力電力（Ｐ＿ＰＶ）が減少した場合、コンバータコントローラ１３２は、より少ない電力を放電するようにコンバータ１３０を制御する。逆に、エネルギストレージユニットの放電が増加したときに電源１１０の出力電力（Ｐ＿ＰＶ）が同じままであった場合、コンバータコントローラは、より多くの電力を放電するようにコンバータ１３０を制御してよい。
【００７７】
図８は、本発明の実施形態による電源１１０（例えばＰＶアレイ）から利用可能な電力を優先しながら、電力コンバータ１３０を使用してエネルギストレージユニット１４０から電力を放電する方法を示すフローチャートである。図７と同様に、図８は、インバータが削減されたか否かを判定する；電源１１０の出力電力（Ｐ＿ＰＶ）が減少したか否かを判定する；そして、電源１１０の出力電力（Ｐ＿ＰＶ）が減少したか否かに応じてエネルギストレージユニット１４０から放電される電力量を調整する方法である。図８では、電力放電調整値Ｐ＿ｓｔｅｐ――その符号は、電源１１０の出力電力（Ｐ＿ＰＶ）が減少したか否かに応じて変化する――による電力量を放電するために、コンバータ１３０についての放電電力コマンド（Ｐｄｉｓｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｄ）を調整することにより、エネルギストレージユニットの放電が制御される（言い換えれば、エネルギストレージユニットから放電される電力は、電力放電調整値Ｐ＿ｓｔｅｐを用いて調整される）。
【００７８】
図８を参照して、ステップ８１０において、コンバータコントローラ１３２は、インバータ１２０が削減されていないか否かを判定する。そうすることで、コンバータコントローラ１３２は、インバータ１２０が削減されていないか否かを判定してよい。なぜなら、インバータ１２０の出力電力（Ｐ＿Ｉｎｖ）は、その最大出力電力（Ｐ＿ＩｎｖＭａｘ）未満であり、ここで、最大出力電力は、インバータ１２０の定格電力に設定されているからである。更に、コンバータコントローラは、高いインバータ１２０温度のために、又は、プラントオペレータ若しくはユーティリティからの最大電力コマンドのために、インバータ１２０が削減されないことも保証してよい。実施形態では、インバータの出力電力（Ｐ＿Ｉｎｖ）は、インバータコントローラ１２２との直接通信リンク又はマスタコントローラ２１０と確立された通信リンクを介して、コンバータコントローラ１３２に提供されてよい。インバータ１２０が削減された場合、又は、インバータ１２０の出力電力Ｐ＿Ｉｎｖがその最大出力電力を越える場合、コンバータコントローラは、電力を放電しないように電力コンバータを制御してよい。
【００７９】
ステップ８２０において、インバータが削減されていないと判定された場合、コンバータコントローラ１３２は、電源１１０の出力電力（Ｐ＿ＰＶ）が減少しているか否かを判定する。この判定を行う際に、コンバータコントローラ１３２は、電源１１０の現在の出力電力（Ｐ＿ＰＶ）と、過去の出力電力（Ｐ＿ＰＶ＿ｏｌｄ）（例えばＰ＿ＰＶ＿ｏｌｄは、過去の制御ループの出力電力であってよい）とを比較してよい。現在の出力電力（Ｐ＿ＰＶ）は、例えば、出力電力（Ｐ＿Ｃｏｎｖ）と出力電力（Ｐ＿Ｉｎｖ）とを加算することにより計算されてもよいし、ＤＣバスＡでの測定値であってもよい。
【００８０】
ステップ８３０において、コンバータコントローラ１３２は、ステップ８２０における判定に応じて、特定の電力量を放電するようにコンバータ１３０を制御するための放電コマンド（Ｐｄｉｓｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｄ）を調整する。放電コマンド（Ｐｄｉｓｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｄ）は、次の式に従って調整されてよい。
Pdischarge_cmd=Pdischarge_cmd+P_step
ここで、
Pdischarge_cmdは、エネルギストレージユニットから電力量を放電するためのコンバータ１３０に対するコマンドであり；
P_step=-P_step_old  Ｐ＿ＰＶが減少している場合；
P_step=P_step_old  Ｐ＿ＰＶが増加又は同じままである場合
この式において、Ｐ＿ｓｔｅｐは、電源１１０の出力電力Ｐ＿ＰＶが減少した場合に符号が判定する所定の放電変化値である。図８に示すように、ステップ８３０の後、方法はステップ８１０に戻って制御ループを繰り返す。従って、例えば、エネルギストレージユニットの放電がＰ＿ｓｔｅｐだけ増加したときに電源１１０の出力電力（Ｐ＿ＰＶ）が減少した場合、コンバータコントローラ１３２は、Ｐ＿ｓｔｅｐだけ放電コマンドを減らすようにコンバータ１３０を制御する。逆に、エネルギストレージユニットの放電がＰ＿ｓｔｅｐだけ増加したときに電源１１０の出力電力（Ｐ＿ＰＶ）が同じままであるか増加した場合、コンバータコントローラは、Ｐ＿ｓｔｅｐだけ再び増加するようにコンバータ１３０を制御してよい。
【００８１】
以下の制御ループは、電力システム１００の制御システムが、電力コマンドモードでコンバータ１３０を制御し、コンバータコントローラ１３２が、インバータの最大電力コマンドレベルＰ＿ＩｎｖＭａｘ及びインバータの動作時電力点（Ｐ＿Ｉｎｖ）についての情報を有しており、そして、コントローラ１３２が所定の電力放電変化値Ｐ＿ｓｔｅｐを実施する実施形態を示している。図８の方法を実施するために、次の制御ループが、コンバータコントローラ１３２による実行されてよい。
While(1):
P_PV=P_Conv+P_Inv
If((P_Inv < P_InvMax) & INV is not curtailed):
If(P_PV < P_PV_old):
P_step=-P_step_old
End if
Pdischarge_cmd=Pdischarge_cmd+P_step
else:
Pdischarge_comd=0
End if-else
0 < Pdischage_cmd < Conv_MaxDschargeCommand
P_PV_old=P_PV
P_step_old=P_step
End while
上述の制御ループにおいて、電力コマンド（Ｐｄｉｓｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｄ）は、エネルギストレージユニット１４０から電力量を放電するようにコンバータ１３０に命令するためのコマンドであり、Ｐ＿Ｃｏｎｖは、放電を示す絶対的に正の値である。Ｐ＿ＰＶ＝Ｐ＿Ｃｏｎｖ＋Ｐ＿Ｉｎｖは、電源１１０の電力出力の計算である。電源１１０の電力出力は、電力コンバータ１３０及び電力インバータ１２０の出力電力の和をとることによりＰ＿Ｃｏｎｖ＋Ｐ＿Ｉｎｖ計算される。Ｉｆ（（Ｐ＿Ｉｎｖ＜Ｐ＿ＩｎｖＭａｘ）＆ＩＮＶ  ｉｓ  ｎｏｔ  ｃｕｒｔａｉｌｅｄ）は、インバータ１２０の出力電力（Ｐ＿Ｉｎｖ）がインバータ１２０の最大出力電力（Ｐ＿ＩｎｖＭａｘ）未満であるか否かの判定――ここで、Ｐ＿ＩｎｖＭａｘは、インバータ１２０の定格電力に設定されている――と、インバータ１２０が他の理由のために削減されたか否かの判定である。Ｉｆ（Ｐ＿ＰＶ＜Ｐ＿ＰＶ＿ｏｌｄ）は、電源１１０（例えばＰＶアレイ）電力（Ｐ＿ＰＶ）が、過去のループの過去の電源電力（Ｐ＿ＰＶ＿ｏｌｄ）未満であるか否かを判定する。Ｐ＿ｓｔｅｐ＝−Ｐ＿ｓｔｅｐ＿ｏｌｄは、電源１１０電力（Ｐ＿ＰＶ）が過去の電源１１０電力（Ｐ＿ＰＶ＿ｏｌｄ）未満である場合に、Ｐ＿ｓｔｅｐの符号を反転する。Ｐｄｉｓｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｄ＝Ｐｄｉｓｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｄ＋Ｐ＿ｓｔｅｐは、コンバータ１３０の電力コマンド（Ｐｄｉｓｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｄ）を調整するためである。Ｐｄｉｓｃｈａｒｇｅ＿ｃｏｍｄ＝０は、インバータ１２０電力（Ｐ＿ＰＶ）がその最大（Ｐ＿ＩｎｖＭａｘ）より大きいとき又はインバータ１２０が削減されたときに、電力コマンド（Ｐｄｉｓｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｄ）をゼロに設定する。０＜Ｐｄｉｓｃｈａｇｅ＿ｃｍｄ＜Ｃｏｎｖ＿ＭａｘＤｓｃｈａｒｇｅＣｏｍｍａｎｄは、コンバータ１３０の放電コマンド（Ｐｄｉｓｃｈａｒｇｅ＿ｃｍｄ）が、その最大放電を越えないことを保証する。Ｐ＿ＰＶ＿ｏｌｄ＝Ｐ＿ＰＶは、現在の電源１１０電力出力（Ｐ＿ＰＶ）を、過去の電源１１０電力ｓｙ出力（Ｐ＿ＰＶ＿ｏｌｄ）として設定し、Ｐ＿ｓｔｅｐ＿ｏｌｄ＝Ｐ＿ｓｔｅｐは、現在の電力放電変化値を過去の電力放電値として設定する。
【００８２】
電源の出力電力を補うために電力を放電することに加えて、実施形態では、コンバータコントローラ１３２は、エネルギストレージユニット１４０に貯蔵された電力を使用してＰＶアレイ等の電源１１０をエミュレートするように構成されてよい。例えば図１及び２に示すようなシステムでは、ＰＶアレイ電源が、例えば、重い雲に覆われている又は夜間であるために存在しない可能性がある。コンバータコントローラ１３２は、コンバータ１３０を制御して、その出力でＰＶアレイ電源１１０をエミュレートするように構成されており、そのため、インバータには、ＰＶアレイ電源１１０が動作しているように見える。電力コンバータは、電源１１０のＭＰＰＴアルゴリズムをエミュレートしてよく、ＰＶアレイの最大電力点をシミュレートするために放電する必要がある電力を決定してよい。このエミュレーションは、例えば、インバータ１３２が定電力動作モードを有さず、代わりにＭＰＰＴ動作モードのみを有する場合等の状況で望ましいことがある。
【００８３】
実施形態では、コンバータコントローラ１３２は、ＰＶアレイ電源１１０の電力−電圧特性をエミュレートするようにプログラムされたルックアップテーブルを格納することにより、ＰＶアレイ電源エミュレーションを達成してよい。例示的なＰＶアレイ電力−電圧特性は図１１に示される。ルックアップテーブルは、電圧の配列と対応する電力の配列とを含むＤＣ／ＤＣコンバータにプログラムされている。コンバータコントローラ１３２は、ＤＣバスＡ上の電圧（これは、例えば、測定電圧であってよい）を受け取り、ルックアップテーブルで電圧を調べ、対応する出力電力を取得する。次に、コンバータコントローラ１３２は、ルックアップテーブルから得られた電力をＤＣバスＡに出力するために、コンバータ１３０を制御する。
【００８４】
ルックアップテーブルの使用を介して、コンバータコントローラ１３２は、ルックアップテーブルに基づいて知られた定電力点でインバータに電力を出力するように、エネルギストレージユニット１４０を放電するためにコンバータ１３０を制御可能である。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力は、ＰＶアレイの出力をエミュレートするために制御される。この実施形態では、インバータコントローラ１２２は、そのＭＰＰＴを用いてインバータ１２０を制御してよく、インバータ１２０がＤＣバスＡの電圧を変化させると、コンバータコントローラ１３２は、ルックアップテーブルのＤＣバスＡ電圧に対応する電力を供給するように、ＤＣバスＡの電圧に対応する電流を出力するために、コンバータ１３０を制御する。従って、コンバータコントローラ１３２の電力コマンド（Ｐｃｍｄ）は、測定されたＰＶバス電圧の関数であり、次のように与えられる。即ち、
Pcmd=f(v_pv)
ここで、
v_pvは測定されたＤＣバス電圧Ａである；
Pcmdはルックアップテーブルに基づくv_pvの関数としての電力量を放電するためのコンバータ１３０に対するコマンドである。
【００８５】
ルックアップテーブルの使用によるエミュレーションに加えて、本発明の別の実施形態では、コンバータコントローラ１３２は、ドループパラメータに基づいてＰＶアレイの電力出力をエミュレートしてよい。ドループ法ではルックアップテーブルは使用しないが、数式を使用してＰＶアレイの電圧−電力特性を近似する。これは、ほぼＰＶアレイをエミュレートし、インバータの制御システムがＭＰＰＴモードで実行されている間に、インバータの制御システムを「だまして」、所望の設定電力量を出力するために行われる。以下の制御ロジックは、コンバータコントローラ１３２が、ドループパラメータにも同いてその電力コマンドＰｃｍｄを計算する実施形態を示している。
While(1)
If(V_pv > V_set):
Pcmd=Pset-Vdroop*(V_pv-V_set)
End if
End While
上述の制御ループにおいて、Ｖ＿ｐｖは、ＤＣバスＡ電圧である。Ｐｃｍｄは特定の電力量を放電するためのコンバータ１３０に対するコマンドである。Ｖ＿ｓｅｔは、設定値電圧であり、ＰＶインバータの動作レンジに基づいて決定されてよい。Ｐｓｅｔは、ＰＶインバータの所望電力出力である。設定電圧（Ｖ＿ｓｅｔ）及びドループパラメータＶｄｒｏｏｐは、ＰＶアレイ電源１１０の電流電圧特性をエミュレートするために選択される。例えば、インバータ動作レンジが８００−１１００Ｖｄｃである場合、Ｖｓｅｔは９００Ｖに設定されてよい。
【００８６】
本発明の実施形態は、エネルギストレージユニットへ／から電力を充電及び放電するためのシステム及び方法を含む。本発明の実施形態では、電力コンバータの削減に起因して失われる可能性のある電源により生成された余剰電力がキャプチャされ、エネルギストレージユニットに貯蔵され、それにより、この電力の損失が防止され、発電効率を向上する。更に、本発明の実施形態では、エネルギストレージユニットに貯蔵されている電力は、電源により生成された電力を優先しながら、電源により生成された電力の損失を防ぐために放電されてよく、それにより、発電効率が向上する。更に、本発明の実施形態では、エネルギストレージユニットから電力を放電するために、電力コンバータコントローラにより、電源がエミュレート可能である。
【００８７】
本開示の範囲から逸脱することなく、開示された電力システムに様々な修正及び変更を行うことができることは、当業者には明らかであろう。本開示の他の実施形態は、本開示の明細書及び実施の考慮から当業者には明らかであろう。本明細書及び実施例は例示としてのみ考慮されることが意図されており、本開示の真の範囲は以下の特許請求の範囲及びそれらの均等物によって示される。
【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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【国際調査報告】
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