JP6636708B2 - 再生可能エネルギー発電所向けのハイブリッド電力変換器 - Google Patents
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Description
[0008] 再生可能電源によって供給される直流バスから交流電力を作り出すことが可能な電力ブリッジと、
[0009] エネルギー蓄積要素と、
[00010] 電力ブリッジを交流電力バスから分離するスイッチと、
[00011] 電力ブリッジをエネルギー蓄積要素から分離するスイッチと、
[00012] 再生可能資源から利用可能な電力量に従ってスイッチの優先順位づけを行うコントローラとを備える。
[00022] 1つまたは複数の光起電力(PV)モジュールなどの直流電源と、
[00023] 直流バスと、
[00024] 直流電力を交流電力に変換する3相電力変換器とを備え、この電力変換器が、直流電源および直流バスを備える第1の電力バスと動作可能に接続され、
[00025] 電力変換器が、第1のスイッチS1によって、変圧器を備える第2の電力バスと動作可能に接続され、第2のスイッチS2によって、エネルギー蓄積デバイスを備える第3の電力バスと動作可能に接続され、ただし、使用中、スイッチS1またはS2のうちの1つ以下が開いており、
[00026] その結果、使用中、スイッチS1が開き、スイッチS2が閉じているとき、電力は、直流電源から変圧器へ送達することが可能であり、スイッチS2が開き、スイッチS1が閉じているとき、電力は、直流電源からエネルギー蓄積デバイスへ送達することが可能である。
[00033] 直流バスと動作可能に接続された1つまたは複数の光起電力モジュールを備える第1の電力バスと、
[00034] それぞれ直流電力を交流電力に変換するように構成され、第1の電力バスと並列に動作可能に接続された第1の3相電力変換器および第2の3相電力変換器と、
[00035] 1つまたは複数の変圧器を有し、それぞれスイッチによって第1の3相電力変換器および第2の3相電力変換器に動作可能に接続された第2の電力バスと、
[00036] 1つまたは複数のエネルギー蓄積デバイスを有し、それぞれスイッチによって第1の3相電力変換器および第2の3相電力変換器に動作可能に接続された第3の電力バスとを備え、
[00037] ただし、使用中、第1の電力変換器と第2の電力バスまたは第3の電力バスとの間の1つ以下のスイッチが開き、第2の電力変換器と第2の電力バスまたは第3の電力バスとの間の1つ以下のスイッチが開いており、
[00038] その結果、使用中、第2の電力バスと第1の電力変換器または第2の電力変換器との間のスイッチが開いているとき、電力は、光起電力モジュールから第2の電力バスを通って交流負荷へ送達することができ、第3の電力バスと第1の電力変換器または第2の電力変換器との間のスイッチが開いているとき、電力は、エネルギー蓄積デバイスから第3の電力バスを通って交流負荷へ送達することが可能であり、それによって光起電力モジュールからの電力を補足し、または光起電力モジュールからの電力に取って代わる。
[00042] 第1の電力変換器および第2の電力変換器と並列に第1の電力バスに動作可能に接続された1つまたは複数の追加の電力変換器をさらに備え、
[00043] 1つまたは複数の追加の電力変換器のそれぞれが、スイッチによって第2の電力バスに動作可能に接続され、スイッチによって第3の電力バスに動作可能に接続され、
[00044] ただし、使用中、追加の電力変換器と第2の電力バスまたは第3の電力バスとの間の1つ以下(1つのみまたはゼロを意味する)のスイッチが開き、追加の電力変換器と第2の電力バスまたは第3の電力バスとの間の1つ以下(1つのみまたはゼロを意味する)のスイッチが開いており、
[00045] 使用中、電力は、
[00046] 第1の電力変換器、第2の電力変換器、もしくは追加の電力変換器と変圧器との間のスイッチが開いているときは、光起電力モジュールから、第2の電力バスおよび第1の電力変換器、第2の電力変換器、もしくは追加の電力変換器のうちのいずれか1つもしくは複数を通って、交流負荷へ送達することが可能であり、かつ/または
[00047] 第1の電力変換器、第2の電力変換器、もしくは追加の電力変換器とエネルギー蓄積デバイスとの間のスイッチが開いているときは、エネルギー蓄積デバイスから、第3の電力バスおよび第1の電力変換器、第2の電力変換器、もしくは追加の電力変換器のうちのいずれか1つもしくは複数を通って、交流負荷へ送達することが可能である。
[00050] 第1の3相電力変換器および第2の3相電力変換器ならびに2つの追加の電力変換器、合計4つの電力変換器を備え、
[00051] 4つの電力変換器のそれぞれが、互いと並列に第1の電力バスに動作可能に接続され、
[00052] 電力変換器がそれぞれ、同一の定格電力(PU)を有し、
[00053] その結果、使用中、システムは、次のような最小交流出力、最大交流出力、およびエネルギー蓄積電力を有することが可能であり、
[00054] a)各電力変換器のスイッチが第2の電力バスに対して開き、電力変換器のいずれかと第3の電力バスとの間のどのスイッチも開いていない状態で、システムは、最小交流出力0PU、最大交流出力4PU、およびエネルギー蓄積電力0PUを有することが可能であり、
[00055] b)3つの電力変換器のスイッチが第2の電力バスに対して開き、1つの電力変換器のスイッチが第3の電力バスに対して開いている状態で、システムは、最小交流出力1PU、最大交流出力3PU、およびエネルギー蓄積電力±1PUを有することが可能であり、
[00056] c)2つの電力変換器のスイッチが第2の電力バスに対して開き、2つの電力変換器のスイッチが第3の電力バスに対して開いている状態で、システムは、最小交流出力2PU、最大交流出力2PU、およびエネルギー蓄積電力±2PUを有することが可能であり、
[00057] d)1つの電力変換器のスイッチが第2の電力バスに対して開き、3つの電力変換器のスイッチが第3の電力バスに対して開いている状態で、システムは、最小交流出力1PU、最大交流出力1PU、およびエネルギー蓄積電力−3PU〜+1PUを有することが可能であり、
[00058] e)電力変換器のいずれかと第2の電力バスとの間のどのスイッチも開いておらず、各電力変換器のスイッチが第3の電力バスに対して開いている状態で、システムは、最小交流出力0PU、最大交流出力0PU、およびエネルギー蓄積電力−4PU〜0PUを有することが可能である、態様7〜11のいずれかのシステムである。
[00062] 第1の電力バスと接続された直流電源から利用可能な電力量を監視して、電力出力の変化または潜在的な変化を識別する工程と、
[00063] 直流電源からの電力量の低減を識別したことに応答して、第1の電力バスと接続された電力変換器と、変圧器を備える第2の電力バスとの間のスイッチを閉じ、その電力変換器と、1つまたは複数のエネルギー蓄積デバイスを備える第3の電力バスとの間のスイッチを開く工程と、
[00064] エネルギー蓄積デバイスから交流負荷へ電力が流れることを可能にする工程とを含む。
[00066] 直流電源と、
[00067] 直流バスと、
[00068] 直流電力を交流電力に変換する3相電力変換器とをさらに備え、
[00069] この電力変換器が、直流電源および直流バスを備える第1の電力バスと動作可能に接続され、
[00070] 電力変換器が、第1のスイッチS1によって、変圧器を備える第2の電力バスと動作可能に接続され、第2のスイッチS2によって、エネルギー蓄積デバイスを備える第3の電力バスと動作可能に接続され、ただし、使用中、スイッチS1またはS2のうちの1つ以下が開いており、
[00071] その結果、使用中、スイッチS1が開き、スイッチS2が閉じているとき、電力は、直流電源から変圧器へ送達することが可能であり、スイッチS2が開き、スイッチS1が閉じているとき、電力は、直流電源からエネルギー蓄積デバイスへ送達することが可能である、態様15の方法である。
[00073] それぞれ直流電力を交流電力に変換するように構成され、第1の電力バスと並列に動作可能に接続された第1の3相電力変換器および第2の3相電力変換器と、
[00074] 1つまたは複数の変圧器を備え、それぞれスイッチによって第1の3相電力変換器および第2の3相電力変換器に動作可能に接続された第2の電力バスと、
[00075] 1つまたは複数のエネルギー蓄積デバイスを有し、それぞれスイッチによって第1の3相電力変換器および第2の3相電力変換器に動作可能に接続された第3の電力バスとをさらに備え、
[00076] ただし、使用中、第1の電力変換器と第2の電力バスまたは第3の電力バスとの間の1つ以下のスイッチが開き、第2の電力変換器と第2の電力バスまたは第3の電力バスとの間の1つ以下のスイッチが開いており、
[00077] その結果、使用中、第2の電力バスと第1の電力変換器または第2の電力変換器との間のスイッチが開いているとき、電力は、光起電力モジュールから第2の電力バスを通って交流負荷へ送達することが可能であり、第3の電力バスと第1の電力変換器または第2の電力変換器との間のスイッチが開いているとき、電力は、エネルギー蓄積デバイスから第3の電力バスを通って交流負荷へ送達することが可能であり、それによってPVモジュールからの電力を補足し、またはPVモジュールからの電力に取って代わる、態様15または16の方法である。
[00079] 第1の3相電力変換器および第2の3相電力変換器ならびに2つの追加の電力変換器、合計4つの電力変換器をさらに備え、
[00080] 4つの電力変換器のそれぞれが、互いと並列に第1の電力バスに動作可能に接続され、
[00081] 電力変換器がそれぞれ、同一の定格電力(PU)を有し、
[00082] その結果、使用中、システムは、次のような最小交流出力、最大交流出力、およびエネルギー蓄積電力を有することが可能であり、
[00083] a)各電力変換器のスイッチが第2の電力バスに対して開き、電力変換器のいずれかと第3の電力バスとの間のどのスイッチも開いていない状態で、システムは、最小交流出力0PU、最大交流出力4PU、およびエネルギー蓄積電力0PUを有することが可能であり、
[00084] b)3つの電力変換器のスイッチが第2の電力バスに対して開き、1つの電力変換器のスイッチが第3の電力バスに対して開いている状態で、システムは、最小交流出力1PU、最大交流出力3PU、およびエネルギー蓄積電力±1PUを有することが可能であり、
[00085] c)2つの電力変換器のスイッチが第2の電力バスに対して開き、2つの電力変換器のスイッチが第3の電力バスに対して開いている状態で、システムは、最小交流出力2PU、最大交流出力2PU、およびエネルギー蓄積電力±2PUを有することが可能であり、
[00086] d)1つの電力変換器のスイッチが第2の電力バスに対して開き、3つの電力変換器のスイッチが第3の電力バスに対して開いている状態で、システムは、最小交流出力1PU、最大交流出力1PU、およびエネルギー蓄積電力−3PU〜+1PUを有することが可能であり、
[00087] e)電力変換器のいずれかと第2の電力バスとの間のどのスイッチも開いておらず、各電力変換器のスイッチが第3の電力バスに対して開いている状態で、システムは、最小交流出力0PU、最大交流出力0PU、およびエネルギー蓄積電力−4PU〜0PUを有することが可能である、態様15〜17のいずれかの方法である。
Claims (11)
- 直流バスと接続された1つ以上の光起電力モジュールを備える第1の電力バスと、
それぞれ直流電力を交流電力に変換するように構成され、前記第1の電力バスと並列に接続された第1の3相電力変換器及び第2の3相電力変換器と、
交流負荷及び/又は交流網に接続されるとともに、スイッチによって、前記第1の3相電力変換器及び前記第2の3相電力変換器のそれぞれに接続された第2の電力バスと、
1つ以上のエネルギー蓄積デバイスに接続されるとともに、スイッチによって、前記第1の3相電力変換器及び前記第2の3相電力変換器のそれぞれに接続された第3の電力バスとを備え、
使用中、前記第1の3相電力変換器と前記第2の電力バスとの間の前記スイッチ、又は前記第1の3相電力変換器と前記第3の電力バスとの間の前記スイッチのうちの一方が開いている場合、他方は閉じており、前記第2の3相電力変換器と前記第2の電力バスとの間の前記スイッチ、又は前記第2の3相電力変換器と前記第3の電力バスとの間の前記スイッチのうちの一方が開いている場合、他方は閉じており、これによって、
電力は、前記1つ以上の光起電力モジュールから前記第2の電力バスを通って前記交流負荷及び/又は前記交流網へ送達することが可能であり、且つ/又は、電力は、前記1つ以上のエネルギー蓄積デバイスから前記第3の電力バスを通って前記交流負荷及び/又は前記交流網へ送達することが可能であり、それによって前記1つ以上の光起電力モジュールからの電力を補足し、又は前記1つ以上の光起電力モジュールからの電力に取って代わる、
ハイブリッド電力変換器システム。 - 前記1つ以上の光起電力モジュールが、互いに対して直列及び並列に接続された複数の光起電力(PV)モジュールを備える光起電力(PV)アレイを備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記1つ以上の光起電力モジュールから利用可能な電力量に従って使用中に前記スイッチの優先順位づけを行うように構成されたコントローラをさらに備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1の3相電力変換器及び前記第2の3相電力変換器と並列に前記第1の電力バスに接続された1つ以上の追加の電力変換器をさらに備え、
前記1つ以上の追加の電力変換器のそれぞれが、スイッチによって前記第2の電力バスに接続され、スイッチによって前記第3の電力バスに接続され、
使用中、前記追加の電力変換器と前記第2の電力バスとの間の前記スイッチ、又は前記追加の電力変換器と前記第3の電力バスとの間の前記スイッチのうちの一方が開いている場合、他方は閉じており、
使用中、電力は、
前記1つ以上の光起電力モジュールから、前記第2の電力バス、及び前記第1の3相電力変換器、前記第2の3相電力変換器、又は前記追加の電力変換器のうちのいずれか1つ以上を通って、前記交流負荷及び/又は前記交流網へ送達することが可能であり、且つ/又は、
前記1つ以上のエネルギー蓄積デバイスから、前記第3の電力バス、及び前記第1の3相電力変換器、前記第2の3相電力変換器、又は前記追加の電力変換器のうちのいずれか1つ以上を通って、前記交流負荷及び/又は前記交流網へ送達することが可能である、請求項1に記載のシステム。 - 前記光起電力モジュールから利用可能な電力量に従って使用中に前記スイッチの優先順位づけを行うように構成されたコントローラをさらに備える、請求項4に記載のシステム。
- 第1の3相電力変換器、第2の3相電力変換器及び2つの追加の電力変換器、合計4つの電力変換器を備え、
前記4つの電力変換器のそれぞれが、互いと並列に前記第1の電力バスに接続され、
前記4つの電力変換器がそれぞれ、同一の定格電力(PU)を有し、
その結果、使用中、前記システムは、
a)最小交流出力0PU、最大交流出力4PU、及びエネルギー蓄積電力0PU
b)最小交流出力1PU、最大交流出力3PU、及びエネルギー蓄積電力±1PU
c)最小交流出力2PU、最大交流出力2PU、及びエネルギー蓄積電力±2PU
d)最小交流出力1PU、最大交流出力1PU、及びエネルギー蓄積電力−3PU〜+1PU、又は
e)最小交流出力0PU、最大交流出力0PU、及びエネルギー蓄積電力−4PU〜0PU
を有することが可能である、請求項4に記載のシステム。 - 前記1つ以上の光起電力モジュールから利用可能な電力量に従って使用中に前記スイッチの優先順位づけを行うように構成されたコントローラをさらに備える、請求項6に記載のシステム。
- 交流負荷及び/又は交流網へ提供されるエネルギーを管理する方法であって、
直流バスと接続された1つ以上の光起電力(PV)モジュールから利用可能な電力量を監視する工程と、
前記1つ以上の光起電力モジュールからの電力出力の変化又は潜在的な変化を識別する工程とを含み、
前記1つ以上の光起電力モジュール及び前記直流バスは、ハイブリッド電力変換器システムの一部であり、前記ハイブリッド電力変換器システムが、
それぞれ直流電力を交流電力に変換するように構成され、前記直流バスと並列に接続された第1の3相電力変換器及び第2の3相電力変換器と、
交流負荷及び/又は交流網に接続されるとともに、スイッチによって、前記第1の3相電力変換器及び前記第2の3相電力変換器のそれぞれに接続された第2の電力バスと、
1つ以上のエネルギー蓄積デバイスに接続されるとともに、スイッチによって、前記第1の3相電力変換器及び前記第2の3相電力変換器のそれぞれに接続された第3の電力バスとをさらに備え、
前記方法が、前記1つ以上の光起電力モジュールからの電力量の低減を識別したことに応答して、前記スイッチを介して、前記1つ以上のエネルギー蓄積デバイスから前記交流負荷及び/又は前記交流網へ電力を流す工程を含み、
使用中、前記第1の3相電力変換器と前記第2の電力バスとの間の前記スイッチ、又は前記第1の3相電力変換器と前記第3の電力バスとの間の前記スイッチのうちの一方が開いている場合、他方は閉じており、前記第2の3相電力変換器と前記第2の電力バスとの間の前記スイッチ、又は前記第2の3相電力変換器と前記第3の電力バスとの間の前記スイッチのうちの一方が開いている場合、他方は閉じており、これによって、
電力は、前記1つ以上の光起電力モジュールから前記第2の電力バスを通って前記交流負荷及び/又は前記交流網へ送達することが可能であり、且つ/又は、電力は、前記1つ以上のエネルギー蓄積デバイスから前記第3の電力バスを通って前記交流負荷及び/又は前記交流網へ送達することが可能であり、それによって前記1つ以上の光起電力モジュールからの電力を補足し、又は前記1つ以上の光起電力モジュールからの電力に取って代わる、方法。 - 前記ハイブリッド電力変換器システムが、
前記第1の3相電力変換器及び前記第2の3相電力変換器に加えて2つの追加の電力変換器、合計4つの電力変換器をさらに備え、
前記4つの電力変換器のそれぞれが、互いと並列に前記直流バスに接続され、
前記4つの電力変換器がそれぞれ、同一の定格電力(PU)を有し、
その結果、使用中、前記システムは、
a)最小交流出力0PU、最大交流出力4PU、及びエネルギー蓄積電力0PU
b)最小交流出力1PU、最大交流出力3PU、及びエネルギー蓄積電力±1PU
c)最小交流出力2PU、最大交流出力2PU、及びエネルギー蓄積電力±2PU
d)最小交流出力1PU、最大交流出力1PU、及びエネルギー蓄積電力−3PU〜+1PU、又は
e)最小交流出力0PU、最大交流出力0PU、及びエネルギー蓄積電力−4PU〜0PU
を有することが可能である、請求項8に記載の方法。 - コンピュータプロセッサを使用して前記スイッチを開閉する工程を含む、請求項8に記載の方法。
- 前記監視する工程が、前記1つ以上の光起電力モジュール近傍の天気を予報する工程、前記1つ以上の光起電力モジュールの電力出力を測定する工程、又は両工程の組合せの1つ又は複数を含む、請求項8に記載の方法。
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