電力変換システムを動作させる方法及びシステム
【課題】電力を電力系統に供給する電力変換システムを提供する。
【解決手段】システム１４は、直流電源１２に結合された電力変換器１６を含んでおり、電力変換器１６及び電力系統２２に結合され、電力変換器１６を電力系統２２に選択的に電気的に結合するように構成されたＡＣ接触器２４も含んでいる。システムは、電力変換器１６及びＡＣ接触器２４に通信可能に結合され、供給される直流電圧１２が、ある長さの時間中、ある電圧レベルより高いままであった場合、電力変換器１６を電力系統２２に電気的に結合し、電力変換器１６を活性化するために、ＡＣ接触器２４を閉じるように構成されたシステムコントローラ１８も含んでいる。システムコントローラ１８は、交流電力出力が、ある長さの時間中、ある電力レベルより小さいままであった場合、ＡＣ接触器２４を閉じた位置に維持すると同時に、電力変換器１６を不活性化するようにも構成されている。
【解決手段】システム１４は、直流電源１２に結合された電力変換器１６を含んでおり、電力変換器１６及び電力系統２２に結合され、電力変換器１６を電力系統２２に選択的に電気的に結合するように構成されたＡＣ接触器２４も含んでいる。システムは、電力変換器１６及びＡＣ接触器２４に通信可能に結合され、供給される直流電圧１２が、ある長さの時間中、ある電圧レベルより高いままであった場合、電力変換器１６を電力系統２２に電気的に結合し、電力変換器１６を活性化するために、ＡＣ接触器２４を閉じるように構成されたシステムコントローラ１８も含んでいる。システムコントローラ１８は、交流電力出力が、ある長さの時間中、ある電力レベルより小さいままであった場合、ＡＣ接触器２４を閉じた位置に維持すると同時に、電力変換器１６を不活性化するようにも構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載される実施形態は、一般に、電力変換システムを動作させることに関し、より詳細には、予め規定された電力を電力系統に供給するために電力変換システムを制御することに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽エネルギーは、ますます魅力的なエネルギー源となってきており、クリーンで再生可能な代替エネルギー形態として認識されている。太陽光の形態での太陽エネルギーは、太陽電池によって電気エネルギーに変換することができる。光を電気エネルギーに変換する装置のより一般的な用語は、「光起電力電池」である。太陽電池は光起電力（ＰＶ）電池の一部である。
【０００３】
より大きい電流及びより高い電圧を得るために、太陽電池はソーラーモジュールを形成するように電気的に接続される。複数の太陽電池に加えて、ソーラーモジュールは、例えば、照度センサ、温度センサ、電圧計、電流計、及び／又は、電力計等のセンサを含んでもよい。ソーラーモジュールもまた、モジュール列を形成するように接続することができる。典型的には、モジュール列によって出力された直流（ＤＣ）電圧は、電力変換器、例えば、ＤＣ−交流（ＡＣ）電圧インバータに供給される。ＤＣ−ＡＣインバータは、ＤＣ電圧を三相ＡＣ電圧又は電流に変換する。ＤＣ−ＡＣインバータから出力される三相ＡＣは電力変圧器に供給され、電力変圧器は三相高圧ＡＣ電力を電力系統に出力する。ＡＣ接触器は、電力変換器を電力系統に選択的に電気的に結合する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０１０３１０８号明細書
【発明の概要】
【０００５】
典型的には、電力系統に結合された発電システムのオペレータは、規定されたレベルの電力を電力系統に供給することに同意する。できるだけ毎日電力を電力系統に供給することが、オペレータにとって財政的に有益である。太陽が昇るにつれて、ＰＶアレイ電圧は上昇する。ＰＶアレイ電圧が予め規定されたレベルに達すると、電力変換器は活性化し（activate）、ＡＣ接触器は閉じて電力変換器と電力系統とを結合し、発電システムは電力を電力系統に供給しようとする。ＰＶアレイが規定されたレベルの電力を供給できない場合、例えば、照度レベルが規定されたレベルの電力をサポートするのに十分なほど高くない場合、ＡＣ接触器は開き、電力変換器を電力系統から切り離す。典型的には、ＡＣ接触器は、再び電力を電力系統に供給しようとするために閉じるまでの予め規定された長さの時間中、開いたままである。このプロセスは、ＰＶアレイが規定されたレベルの電力をサポートできるようになるまで繰り返される。同様のプロセスが、太陽が沈むにつれて繰り返される可能性がある。ＡＣ接触器の反復するオン及びオフは、摩耗を生じさせ、ＡＣ接触器の耐用年数を短くする。
【０００６】
ある態様では、電力を電力系統に供給する電力変換システムが提供される。前記システムは、直流（ＤＣ）電源によって生成された電力を受けるように結合され、構成された電力変換器を含んでいる。前記システムは、前記電力変換器及び前記電力系統に結合され、前記電力変換器を前記電力系統に選択的に電気的に結合するように構成された接触器も含んでいる。このシステムは、前記電力変換器及び前記接触器に通信可能に結合され、前記電力変換器に供給されるＤＣ電圧が、予め規定された長さの時間中、予め規定された電圧レベルより高いままであった場合、前記電力変換器を前記電力系統に電気的に結合し、前記電力変換器を活性化するために前記接触器を閉じるように構成されたシステムコントローラも含んでいる。前記システムコントローラは、前記電力変換器の交流（ＡＣ）電力出力が、予め決められた長さの時間中、予め決められた電力レベルより小さいままであった場合、前記接触器を閉じた位置に維持すると同時に、前記電力変換器を不活性化する(deactivate)ようにも構成されている。
【０００７】
他の態様では、電力変換システムを動作させる方法が提供される。前記電力変換システムは、電力変換器と、前記電力変換器を電力系統に選択的に電気的に結合するように構成された接触器とを含んでいる。前記方法は、前記電力変換器に供給される直流（ＤＣ）電圧が、予め規定された長さの時間中、予め規定された電圧レベルより高いままであったことを決定するステップを含んでいる。前記方法は、前記電力変換器を前記電力系統に電気的に結合するために前記接触器を閉じるステップと、前記直流電圧入力を交流（ＡＣ）電圧出力に変換するために前記電力変換器を活性化するステップも含んでいる。前記方法は、前記電力変換器のＡＣ電力出力を決定するステップと、前記ＡＣ電力出力が、予め規定された長さの時間中、予め規定されたレベルより低いままであった場合、前記接触器を閉じた位置に維持すると同時に、前記電力変換器の動作を中止するステップも含んでいる。
【０００８】
さらに他の態様では、光起電力（ＰＶ）アレイに結合された電力変換器と、前記電力変換器を電力系統に選択的に電気的に結合するように構成された接触器とを含む電力変換システムの動作を制御するように結合され、構成されたシステムコントローラが提供される。前記システムコントローラは、前記電力変換器のＡＣ電力出力を決定し、前記ＡＣ電力が予め規定された電力レベルより低い場合、前記電力変換器の動作を中止するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】電力変換システムを含む例示的な発電システムのブロック図である。
【図２】図１に示す電力変換システムを動作させる例示的な方法の第１のフローチャートである。
【図３】図１に示す電力変換システムを動作させる例示的な方法の第２のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書に記載される方法及びシステムは、供給される電力が予め規定されたレベルより上である場合、電力を電力系統に供給するために発電システム内に含まれる電力変換システムを制御するのを容易にする。本明細書に記載される方法及びシステムは、電力変換システムと電力系統とを選択的に電気的に結合する接触器の摩耗を低減し、耐用年数を延ばすと同時に、発電システムが電力を電力系統に供給する時間を最長化する。
【００１１】
本明細書に記載される方法及びシステムの技術的効果は、（ａ）電力変換器に供給される直流（ＤＣ）電圧が、予め規定された長さの時間中、予め規定された電圧レベルより高いままであったことを決定するステップ、（ｂ）電力変換器を電力系統に電気的に結合するために接触器を閉じるステップ、（ｃ）電力変換器を活性化するステップ、（ｄ）電力変換器のＡＣ電力出力を決定するステップ、及び、（ｅ）ＡＣ電力出力が、予め規定された長さの時間中、予め規定された電力レベルより小さいままであった場合、接触器を閉じた位置に維持すると同時に、電力変換器の動作を中止するステップのうち少なくとも１つを含んでいる。
【００１２】
図１は、光起電力（ＰＶ）発電システム１０の例示的な実施形態のブロック図である。この例示的な実施形態では、ＰＶ発電システム１０は、ＰＶアレイ１２及び電力変換システム１４を含んでいる。この例示的な実施形態では、電力変換システム１４は、電力変換器１６及びシステムコントローラ１８を含んでいる。システム１０は、例えば変圧器又は電力系統２２であるがこれに限定されない負荷への送達のために、交流（ＡＣ）出力電圧２０を供給するように構成されている。電力系統２２は、電力分配系統、電力送電系統、又は電気を送達するために構成された任意の形式の電力系統を含んでもよい。ＰＶアレイ１２は、少なくとも１つのＰＶ電池（図１には示さず）、例えば、少なくとも１つの太陽電池を含んでいる。ＰＶアレイ１２によって生成される電力を受けるように本明細書では記載されているが、システム１０を本明細書に記載されているように機能させる任意の適切なＤＣ電源から２段電力変換器に電力を供給することができる。
【００１３】
この例示的な実施形態では、システムコントローラ１８は、メモリ装置２３を含むか、メモリ装置２３に結合されている。システムコントローラ１８は、電力変換器１８内に含まれるか、電力変換器１８に結合されており、電力変換器１６の動作を制御するように構成されている。例えば、システムコントローラ１８は、変換器制御信号を生成し、変換器制御信号を変換器１６に供給する。変換器１６は、変換器制御信号にしたがって動作する。
【００１４】
本明細書に記載される実施形態は、本明細書に記載されている処理タスクを実行するどのようないかなる特定のシステムコントローラ及び／又はプロセッサにも限定されない。用語「プロセッサ」は、この用語が本明細書で使用されている場合、本明細書に記載されたタスクを実行するために必要な計算（ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ，ｏｒ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｓ）を実行することができる任意の機械を意味することを目的としている。用語「プロセッサ」は、構造化入力を受け入れ、出力を生成するために、定められた規則にしたがってこの入力を処理することができる任意の機械を意味することも目的としている。本明細書で使用されている語句「構成された」は、当業者によって理解されるであろうように、プロセッサが本発明の実施形態のタスクを実行するハードウェア及びソフトウェアの組み合わせを備えていることを意味することにも留意すべきである。本明細書で使用される場合、用語プロセッサは、中央処理ユニット、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、縮小命令セット回路（ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、論理回路、及び、本明細書に記載されている機能を実行することができる任意の他の回路又はプロセッサを示している。
【００１５】
この例示的な実施形態では、電力変換システム１６は、電力変換器１４と電力系統２２とを選択的に結合する接触器２４も含んでいる。接触器２４は、ＡＣ接触器、リレー、及び／又は、発電システム１０を本明細書に記載されているように機能させる任意の適切なスイッチング装置を含んでもよい。この例示的な実施形態では、システムコントローラ１８は、電力変換器１６及び接触器２４に通信可能に結合され、これらの動作を制御するように構成されている。例えば、太陽が昇っていて、電力変換器１６が不活性なとき、システムコントローラ１８は、ＰＶアレイ１２の出力部２６でのＰＶアレイ開回路電圧に対応する電圧信号を受ける。典型的には、この電圧信号は、電力を供給するためのＰＶアレイ１２の準備の、システムコントローラ１８に利用可能な唯一の指標である。ＰＶアレイ１２の開回路電圧は、照度及び温度の関数である。
【００１６】
この例示的な実施形態では、第１の予め規定されたＰＶアレイ電圧レベルが、例えばメモリ装置２３に記憶される。第１の予め規定されたＰＶアレイ電圧レベルは、ＰＶアレイ１２が電力変換器１６内の損失を克服することができる電力を供給するのに十分なほど高い照射レベルに対応する電圧である。システムコントローラ１８が、予め規定された長さの時間中にＰＶアレイ電圧が第１の予め規定された電圧レベルより高いままであったことを決定すると、接触器２４は閉じられ、電力変換器１６は活性化される。予め規定された長さの時間は、本明細書では、覚醒タイマとも呼ばれ、予め規定された秒数及び／又は分数をメモリ装置２３内に含んでいる。この例示的な実施形態では、予め規定された期間は、約１分と１０分との間、又はより具体的には、２分と８分との間、又はさらにより具体的には、約５分である。
【００１７】
接触器２４が閉じられ、電力変換器１６が活性化されると、発電システム１０は、第１の予め規定された電力レベルより大きい電力レベルで電力系統２２に電力を供給しようとする。第１の予め規定された電力レベルは、前記電力の規定されたレベル（すなわち、ＰＶ発電システムのオペレータが電力系統に供給することに同意した電力のレベル）であってもよく、又は、電力変換システム１４が本明細書に記載されているように機能するのを可能にする電力の任意の他のレベルであってもよい。ＰＶアレイ１２に利用可能な照度が、第１の予め規定された電力のレベルをサポートするために十分なほど高くなく、電力変換器１６の電力出力が、予め規定された長さの時間中に第１の予め規定された電力のレベルより小さいままである場合、接触器２４は閉じた位置に維持され、システムコントローラ１８は、電力変換器１６の動作を中止する（すなわち、電力変換器１６をオフにする）。電力変換器１６の動作を中止することは、システム１０の電力出力がゼロになる原因となる。この予め決められた時間の長さは、本明細書では、休眠タイマと呼ぶこともできる。この例示的な実施形態では、予め規定された期間は、約１分と１０分との間、又はより具体的には、２分と８分との間、又はさらにより具体的には、約５分である。休眠タイマの長さと覚醒タイマの長さは、同じであってもよく、異なってもよい。
【００１８】
電力変換システム１４は、系統２２に電力を供給しようとするのを待機しているとき、休眠モードにある、と言われる。システムコントローラ１８は、次に電力を電力系統２２に供給しようとするときを決定するために、ＰＶアレイを監視し続ける。電力変換器１６を活性化及び不活性化するこのプロセスは、発電システム１０が規定されたレベルの電力をサポートできるようになるまで繰り返される。
【００１９】
システム１０が規定されたレベルの電力をサポートできるようになると、現在の照度によってサポートされる電力が、第１の予め規定された電力のレベル未満に減少し、予め規定された期間中に第１の予め規定された電力のレベルより小さいままである（すなわち、休眠タイマが満了する）まで、電力変換器１６は「オン」のままである（すなわち、活性化され、電力を電力系統２２に供給している）。例えば、太陽が沈むにつれ、ＰＶアレイ１２に利用可能な照射レベルは低下し、ＰＶアレイ１２によってサポートされる出力電力の減少が生じる。システムコントローラ１８が、システム１０が第１の予め規定された電力のレベルをサポートできないことを決定すると、システムコントローラ１８は、電力変換器１６の動作を中止し、これは、システム１０の電力出力がゼロになる原因となる（すなわち、電力変換システム１４は休眠モードに戻る）。例えば、システムコントローラ１８は、システム１０の電力出力が、休眠タイマを超える長さの時間中、第１の予め規定された電力のレベル未満である場合、システム１０が第１の予め規定された電力のレベルをサポートできないことを決定してもよい。
【００２０】
システムコントローラ１８は、本明細書では接触器開遅延とも呼ばれる、接触器２４が閉じられている時間の長さも監視する。接触器２４は接触器開遅延の終了以前には開かない。この例示的な実施形態では、接触器開遅延は、約１５分と４５分との間、又はより具体的には、２０分と４０分との間、又はさらにより具体的には、約３０分である。ＰＶアレイ電圧が、予め規定された電圧レベル未満に低下し、覚醒タイマを超える長さの時間中、ＰＶアレイ電圧レベル未満のままである場合、接触器２４は、接触器開遅延の満了まで閉じたままである。接触器開遅延が満了すると、接触器２４は開き、電力変換器１６を電力系統２２から電気的に切り離す。
【００２１】
電力変換器１６の動作を制御することは、接触器２４をオン及びオフで反復させるよりも、接触器２４の摩耗を低減させる。接触器２４の摩耗の低減により、接触器１４の耐用年数が延び、維持費と、接触器２４の交換に関連した他の費用とが減少する。
【００２２】
この例示的な実施形態では、電力変換器１６は、ＤＣ−ＤＣ昇圧型変換器２８及びＤＣ−ＡＣインバータ３０を含む２段電力変換器である。２段電力変換器として例示されているが、発電システム１０は、１段電力変換器、多段電力変換器、及び／又は、システム１０を本明細書に記載されているように機能させる任意の適切な電力変換器を含んでもよい。この例示的な実施形態では、システムコントローラ１８は、昇圧型変換器２８及びインバータ３０の動作を独立して制御するように構成されている。システムコントローラ１８は、２段電力変換器１６の動作を制御するために２段電力変換器１６に与えられる電力動作点を決定するように構成されている。例えば、最大電力点（ＭＰＰ）は、最大電力点追従（ＭＰＰＴ）と呼ばれるプロセスを使用して、システムコントローラ１８によって決定することができる。システムコントローラ１８は、最大電力点に対応する電力動作点信号を供給し、変換器２８を昇圧し、これに応じて、昇圧型変換器２８は、ＰＶアレイ１２から利用可能な最大電力を抽出するように構成されている。
【００２３】
昇圧型変換器２８の出力部３２は、少なくとも１つの導体、例えばＤＣバス３６によってインバータ３０の入力部３４に結合される。ＰＶアレイ１２は、少なくとも１つの導体４０を介して２段電力変換器１６に結合され、インバータ３０は、少なくとも１つの導体４２を介して電力系統２２に結合される。単一のラインとして例示されているが、導体４０、導体４２及びＤＣバス３６は、システム１０を本明細書に記載されているように機能させる任意の数の別個の導体を含んでもよい。例えば、ＰＶ発電システム１０が単相システムである場合、導体４０、導体４２及びＤＣバス３６は、各々、単一の導体を含んでもよい。代わりに、ＰＶ発電システム１０が三相システムである場合、導体４０、導体４２及びＤＣバス３６は、各々、相ごとに１つ、３つの別個の導体を含んでもよい。さらに、ＰＶ発電システム１０は、任意の適切な数の相を含んでもよい。ＤＣバス電圧は、昇圧型変換器２８によって供給されるどのような電力のレベルを通過する際にも、インバータ３０によって制御される。インバータ３０は、ＡＣ出力電流（有効及び無効）も調整する。より具体的には、システムコントローラ１８は、ＤＣバス電圧を制御するため、及び／又は、インバータ３０によって出力され、電力系統２２に供給されるＡＣ電圧２０の力率を制御するために、インバータ３０の動作を制御する。
【００２４】
図２は、電力変換システム、例えば電力変換システム１４（図１に示す）を動作させる例示的な方法４６の第１のフローチャート４４である。この例示的な実施形態では、方法４６は、本明細書では「オフ」とも呼ばれる不活性状態（４８）又は「休眠モード」にある電力変換器、例えば電力変換器１６（図１に示す）によって開始する。この例示的な実施形態では、システムコントローラ１８は、ＰＶアレイ電圧が、電力変換器１６が活性化されるであろう電圧レベルに対応する記憶されている電圧レベルより高いか否かを決定する（５０）。システムコントローラ１８が、ＰＶアレイ電圧が記憶されている電圧レベルより高く、予め規定された長さの時間より長い時間（すなわち、覚醒タイマ）中、記憶されている電圧レベルより高いままであったことを決定した場合（５０）、システムコントローラ１８は、接触器、例えば接触器２４（図１に示す）が閉じているかどうか決定する（５２）。システムコントローラ１８が、接触器２４が閉じていないと決定した場合（５２）、システムコントローラ１８は接触器２４を閉じる（５４）。システムコントローラ１８が、接触器２４が閉じていると決定した場合（５２）、又は、システムコントローラ１８が接触器２４を閉じた（５４）後、システムコントローラは、電力変換器１６を活性化する（５６）。
【００２５】
この例示的な実施形態では、システムコントローラ１８は、電力変換器１６の電力出力が記憶されている電力レベルより大きいか否かを決定する（５８）。電力変換器１６の電力出力が記憶されている電力レベルより大きい場合、電力変換器１６は活性化したままである（すなわち、作動し続ける）。電力変換器１６の電力出力が記憶されている電力レベルより小さく、予め規定された長さの時間より長い時間（すなわち、休眠タイマ）中、記憶されている電力レベルより小さいままであった場合、電力変換器１６は不活性化される（６０）（すなわち、「オフ」にされる）。電力変換器１６が不活性化されると（６０）、システムコントローラ１８は、電力変換器１６を不活性状態（４８）にする。
【００２６】
この例示的な実施形態では、システムコントローラ１８が、ＰＶアレイ電圧が記憶されている電圧レベルより低いと決定した場合（５０）、システムコントローラ１８は、接触器２４が開いているかどうかを決定する（６２）。接触器２４が開いている場合、電力変換器１６は不活性状態のままである（４８）。接触器２４が閉じている場合、システムコントローラ１８は、接触器開遅延が終了しているかどうかを決定する（６４）。接触器開遅延が終了していない場合、電力変換器１６は不活性状態のままであり（４８）、接触器２４は閉じた位置に維持される。接触器開遅延が終了している場合、システムコントローラ１８は接触器２４を開き（６６）、電力変換器１６は不活性状態のままである（４８）。接触器開遅延は、接触器２４を開と閉の間で繰り返し反復させることなしに、電力変換システム１４が覚醒及び／又は休眠を反復することを可能にする。
【００２７】
図３は、電力変換システム、例えば電力変換システム１４（図１に示す）を動作させる例示的な方法７２の第２のフローチャート７０である。この例示的な実施形態では、方法７２は、予め規定された電圧レベル及び予め規定された電力レベルを含むことができるがこれらに限定されない予め規定された制限を、メモリ装置、例えばメモリ装置２３（図１に示す）に記憶するステップ（７４）を含んでもよい。この例示的な実施形態では、方法７２は、電力変換器、例えば電力変換器１６（図１に示す）に供給されるＤＣ電圧が、予め規定された長さの時間の間、予め規定された電圧レベルより高いままであったことを決定するステップ（７６）を含む。システムコントローラ、例えばシステムコントローラ１８（図１に示す）は、電力変換器１６に供給されるＤＣ電圧が、電力系統、例えば電力系統２２（図１に示す）に電力を供給しようとするのに適しているか否かを決定してもよい（７６）。より具体的には、システムコントローラ１８は、ＤＣバス電圧が、予め規定された長さの時間の間、予め規定された電圧レベルより高いままであったか否かを決定してもよい（７６）。
【００２８】
この例示的な実施形態では、方法７２は、電力変換器１６を電力系統、例えば電力系統２２（図１に示す）に電気的に結合させるために、接触器、例えば接触器２４（図１に示す）を閉じるステップ（７８）も含んでいる。例えば、システムコントローラ１８は、電力変換器１６に供給されるＤＣ電圧が、予め規定された長さの時間の間、予め規定された電圧レベルより高いままであった場合、信号を接触器２４に供給する。接触器２４は、信号に応じて閉じる（７８）。この例示的な実施形態では、方法７２は、ＤＣ電圧入力をＡＣ電圧出力に変換するために電力変換器１６を活性化するステップ（８０）も含んでいる。
【００２９】
この例示的な実施形態では、方法７２は、電力変換器１６のＡＣ電力出力を決定するステップ（８２）も含んでいる。例えば、システムコントローラ１８は、電力変換器１６のＡＣ電力出力を決定することができる（８２）。方法７２は、ＡＣ電力出力が予め規定された電力レベル、例えばメモリ装置２３に記憶されている予め規定された電力レベルより小さい場合、接触器２４を閉じた位置に維持すると同時に、電力変換器１６の動作を中止するステップ（８４）も含んでいる。例えば、電力変換器１６の動作を中止するステップ（８４）は、電力変換器１６のＡＣ電力出力が、予め規定された長さの時間（すなわち、休眠タイマ）中、予め規定された電力レベルより小さいままであったことを決定した後に、電力変換器１６をオフにするステップを含んでもよい。予め規定された期間は、メモリ装置２３に記憶してもよい。
【００３０】
方法７２は、本明細書では接触器開遅延とも呼ばれる、接触器２４が閉じられている時間の長さを監視するステップ８６も含んでいる。接触器２４は、接触器開遅延の終了前には開かれていないことになる。ＰＶアレイ電圧が、予め規定された電圧レベル未満に低下しており、覚醒タイマを超える長さの時間中、予め規定された電圧レベル未満のままであった場合、接触器２４は、接触器開遅延の終了まで閉じたままである。方法７２は、接触器開遅延が終了した場合、接触器２４を開くステップ８８も含んでおり、これは電力変換器１６を電力系統２２から電気的に切り離す。
【００３１】
さらに、コンピュータ実行可能な構成要素を有する１つ以上のコンピュータ読み取り可能な媒体が、電力変換システム１４の動作を制御するために構成されていてもよい。コンピュータ実行可能な構成要素は、少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、少なくとも１つのプロセッサに電圧測定信号、電流測定信号、及び電力測定信号の少なくとも１つを受信させるインタフェース構成要素と、少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、少なくとも１つのプロセッサに電力を電力系統に供給するときを決定する少なくとも１つのアルゴリズムを記憶させるメモリ構成要素と、少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、少なくとも１つのプロセッサに電力変換システムの動作を制御する動作信号を発生させる解析構成要素とを含んでもよい。
【００３２】
本明細書に記載された実施形態は、１つ以上のコンピュータ読み取り可能な媒体を含み、各々の媒体は、データを含むように構成されてもよく、又は、データを操作するためのコンピュータ実行可能な命令を含む。コンピュータ実行可能な命令は、データ構造、オブジェクト、プログラム、ルーチン、又は、種々の異なった機能を実行することができる汎用コンピュータに関係するもの、又は、限定された数の機能を実行することができる専用コンピュータに関するもののような、処理システムによってアクセスすることができる他のプログラムモジュールを含んでいる。本開示の態様は、本明細書に記載されている命令を実行するように構成されている場合、汎用コンピュータを専用コンピューティングデバイスに変える。コンピュータ実行可能な命令は、処理システムに特定の機能又は機能群を実行させるものであり、本明細書に記事されている方法に関するステップを実施するためのプログラムコード手段の例である。さらに、実行可能な命令の特定のシーケンスは、このようなステップを実施するために使用することができる対応する作用の例を提供する。コンピュータ読み取り可能な媒体の例は、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、読み出し専用メモリ（「ＲＯＭ」）、プログラム可能読み出し専用メモリ（「ＰＲＯＭ」）、消去及びプログラム可能読み出し専用メモリ（「ＥＰＲＯＭ」）、電気的消去及びプログラム可能読み出し専用メモリ（「ＥＥＰＲＯＭ」）、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（「ＣＤ−ＲＯＭ」）、あるいは、処理システムによってアクセスすることができるデータ又は実行可能な命令を提供することができる任意の他の装置又は構成要素を含んでいる。
【００３３】
本発明に記載されているのは、電力変換システムを動作させる例示的な方法及びシステムである。本発明に記載されている方法及びシステムは、動作の数を有意に減少させることによって、ＡＣ接触器の信頼性を改善する。太陽が朝昇り夕方沈む際の覚醒及び休眠サイクル中、ＡＣ接触器は、通常の覚醒／休眠タイマ（例えば、５分）より長い期間（例えば、３０分）中、「オン」に保持される（すなわち、閉じられる）。この動作モード中、電力系統に電力を選択的に供給するためにＡＣ接触器を反復させる代わりに、ＤＣ−ＡＣインバータは、電力系統に電力を選択的に供給するために動作される。
【００３４】
本明細書に記載されている方法及びシステムは、電力変換システムの効率的且つ経済的な運転を容易にする。方法及びシステムの例示的な実施形態が、本明細書に詳細に記載及び／又は例示されている。方法及びシステムは、本明細書に記載されている特定の実施形態に限定されず、むしろ各々のシステムの構成要素や、各々の方法のステップも、本明細書に記載されている他の構成要素及びステップと独立して、別々に利用することができる。各々の構成要素及び各々のステップは、他の構成要素及び／又は方法ステップと組み合わせて使用することもできる。
【００３５】
本明細書に記載されている及び／又は例示されている方法及び装置の要素／構成要素／等を導入する場合、冠詞「１つの（「ａ」、「ａｎ」）」及び「前記（「ｔｈｅ」、「ｓａｉｄ」）」は、１つ以上の要素／構成要素／等が存在することを意味することを目的としている。用語「備える」、「含む」及び「有する」は、包括的なものであることを目的としており、列挙された要素／構成要素／等以外に、追加の要素／構成要素／等が存在してもよいことを意味している。
【００３６】
この発明の詳細な説明は、最良の形態を含む本発明を開示するために、また、どのような当業者でも、任意の装置又はシステムを作成及び使用することと、任意の組み込まれた方法を実行することとを含む、本発明を実施することを可能にするために、例を使用している。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想到する他の例を含むことができる。このような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有している場合、又は、それらが特許請求の範囲の文言と実質的な違いのない等価の構造要素を含んでいる場合、特許請求の範囲の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００３７】
１０ 光起電力（ＰＶ）発電システム
１２ ＰＶアレイ
１４ 電力変換システム
１６ 電力変換器
１８ システムコントローラ
２０ 交流（ＡＣ）電圧
２２ 電力系統
２３ メモリ装置
２４ 接触器
２６ 出力部
２８ 昇圧型変換器
３０ インバータ
３２ 出力部
３４ 入力部
３６ ＤＣバス
４０ 導体
４２ 導体
４４ 第１のフローチャート
４６ 電力変換システムを動作させる方法
４８ 不活性状態
５０ ＰＶアレイ電圧が記憶されている電圧レベルより高いか否かを決定する
５２ 接触器が閉じているかどうかを決定する
５４ 接触器を閉じる
５６ 電力変換器を活性化する
５８ 電力変換器の電力出力が記憶されている電力レベルより大きいか否かを決定する
６０ 電力変換器を不活性化する
６２ 接触器が開いているかどうかを決定する
６４ 接触器開遅延が終了しているかどうかを決定する
６６ 接触器を開く
７０ 第２のフローチャート
７２ 電力変換システムを動作させる方法
７４ 予め規定された制限をメモリ装置に記憶する
７６ ＤＣ電圧が、予め規定された長さの時間中、予め規定された電圧レベルより高いままであったことを決定する
７８ 接触器を閉じる
８０ 電力変換器を活性化する
８２ ＡＣ電力出力を決定する
８４ 電力変換器の動作を終了する
８６ 接触器が閉じている時間の長さを監視する
８８ 接触器を開く
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載される実施形態は、一般に、電力変換システムを動作させることに関し、より詳細には、予め規定された電力を電力系統に供給するために電力変換システムを制御することに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽エネルギーは、ますます魅力的なエネルギー源となってきており、クリーンで再生可能な代替エネルギー形態として認識されている。太陽光の形態での太陽エネルギーは、太陽電池によって電気エネルギーに変換することができる。光を電気エネルギーに変換する装置のより一般的な用語は、「光起電力電池」である。太陽電池は光起電力（ＰＶ）電池の一部である。
【０００３】
より大きい電流及びより高い電圧を得るために、太陽電池はソーラーモジュールを形成するように電気的に接続される。複数の太陽電池に加えて、ソーラーモジュールは、例えば、照度センサ、温度センサ、電圧計、電流計、及び／又は、電力計等のセンサを含んでもよい。ソーラーモジュールもまた、モジュール列を形成するように接続することができる。典型的には、モジュール列によって出力された直流（ＤＣ）電圧は、電力変換器、例えば、ＤＣ−交流（ＡＣ）電圧インバータに供給される。ＤＣ−ＡＣインバータは、ＤＣ電圧を三相ＡＣ電圧又は電流に変換する。ＤＣ−ＡＣインバータから出力される三相ＡＣは電力変圧器に供給され、電力変圧器は三相高圧ＡＣ電力を電力系統に出力する。ＡＣ接触器は、電力変換器を電力系統に選択的に電気的に結合する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０１０３１０８号明細書
【発明の概要】
【０００５】
典型的には、電力系統に結合された発電システムのオペレータは、規定されたレベルの電力を電力系統に供給することに同意する。できるだけ毎日電力を電力系統に供給することが、オペレータにとって財政的に有益である。太陽が昇るにつれて、ＰＶアレイ電圧は上昇する。ＰＶアレイ電圧が予め規定されたレベルに達すると、電力変換器は活性化し（activate）、ＡＣ接触器は閉じて電力変換器と電力系統とを結合し、発電システムは電力を電力系統に供給しようとする。ＰＶアレイが規定されたレベルの電力を供給できない場合、例えば、照度レベルが規定されたレベルの電力をサポートするのに十分なほど高くない場合、ＡＣ接触器は開き、電力変換器を電力系統から切り離す。典型的には、ＡＣ接触器は、再び電力を電力系統に供給しようとするために閉じるまでの予め規定された長さの時間中、開いたままである。このプロセスは、ＰＶアレイが規定されたレベルの電力をサポートできるようになるまで繰り返される。同様のプロセスが、太陽が沈むにつれて繰り返される可能性がある。ＡＣ接触器の反復するオン及びオフは、摩耗を生じさせ、ＡＣ接触器の耐用年数を短くする。
【０００６】
ある態様では、電力を電力系統に供給する電力変換システムが提供される。前記システムは、直流（ＤＣ）電源によって生成された電力を受けるように結合され、構成された電力変換器を含んでいる。前記システムは、前記電力変換器及び前記電力系統に結合され、前記電力変換器を前記電力系統に選択的に電気的に結合するように構成された接触器も含んでいる。このシステムは、前記電力変換器及び前記接触器に通信可能に結合され、前記電力変換器に供給されるＤＣ電圧が、予め規定された長さの時間中、予め規定された電圧レベルより高いままであった場合、前記電力変換器を前記電力系統に電気的に結合し、前記電力変換器を活性化するために前記接触器を閉じるように構成されたシステムコントローラも含んでいる。前記システムコントローラは、前記電力変換器の交流（ＡＣ）電力出力が、予め決められた長さの時間中、予め決められた電力レベルより小さいままであった場合、前記接触器を閉じた位置に維持すると同時に、前記電力変換器を不活性化する(deactivate)ようにも構成されている。
【０００７】
他の態様では、電力変換システムを動作させる方法が提供される。前記電力変換システムは、電力変換器と、前記電力変換器を電力系統に選択的に電気的に結合するように構成された接触器とを含んでいる。前記方法は、前記電力変換器に供給される直流（ＤＣ）電圧が、予め規定された長さの時間中、予め規定された電圧レベルより高いままであったことを決定するステップを含んでいる。前記方法は、前記電力変換器を前記電力系統に電気的に結合するために前記接触器を閉じるステップと、前記直流電圧入力を交流（ＡＣ）電圧出力に変換するために前記電力変換器を活性化するステップも含んでいる。前記方法は、前記電力変換器のＡＣ電力出力を決定するステップと、前記ＡＣ電力出力が、予め規定された長さの時間中、予め規定されたレベルより低いままであった場合、前記接触器を閉じた位置に維持すると同時に、前記電力変換器の動作を中止するステップも含んでいる。
【０００８】
さらに他の態様では、光起電力（ＰＶ）アレイに結合された電力変換器と、前記電力変換器を電力系統に選択的に電気的に結合するように構成された接触器とを含む電力変換システムの動作を制御するように結合され、構成されたシステムコントローラが提供される。前記システムコントローラは、前記電力変換器のＡＣ電力出力を決定し、前記ＡＣ電力が予め規定された電力レベルより低い場合、前記電力変換器の動作を中止するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】電力変換システムを含む例示的な発電システムのブロック図である。
【図２】図１に示す電力変換システムを動作させる例示的な方法の第１のフローチャートである。
【図３】図１に示す電力変換システムを動作させる例示的な方法の第２のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書に記載される方法及びシステムは、供給される電力が予め規定されたレベルより上である場合、電力を電力系統に供給するために発電システム内に含まれる電力変換システムを制御するのを容易にする。本明細書に記載される方法及びシステムは、電力変換システムと電力系統とを選択的に電気的に結合する接触器の摩耗を低減し、耐用年数を延ばすと同時に、発電システムが電力を電力系統に供給する時間を最長化する。
【００１１】
本明細書に記載される方法及びシステムの技術的効果は、（ａ）電力変換器に供給される直流（ＤＣ）電圧が、予め規定された長さの時間中、予め規定された電圧レベルより高いままであったことを決定するステップ、（ｂ）電力変換器を電力系統に電気的に結合するために接触器を閉じるステップ、（ｃ）電力変換器を活性化するステップ、（ｄ）電力変換器のＡＣ電力出力を決定するステップ、及び、（ｅ）ＡＣ電力出力が、予め規定された長さの時間中、予め規定された電力レベルより小さいままであった場合、接触器を閉じた位置に維持すると同時に、電力変換器の動作を中止するステップのうち少なくとも１つを含んでいる。
【００１２】
図１は、光起電力（ＰＶ）発電システム１０の例示的な実施形態のブロック図である。この例示的な実施形態では、ＰＶ発電システム１０は、ＰＶアレイ１２及び電力変換システム１４を含んでいる。この例示的な実施形態では、電力変換システム１４は、電力変換器１６及びシステムコントローラ１８を含んでいる。システム１０は、例えば変圧器又は電力系統２２であるがこれに限定されない負荷への送達のために、交流（ＡＣ）出力電圧２０を供給するように構成されている。電力系統２２は、電力分配系統、電力送電系統、又は電気を送達するために構成された任意の形式の電力系統を含んでもよい。ＰＶアレイ１２は、少なくとも１つのＰＶ電池（図１には示さず）、例えば、少なくとも１つの太陽電池を含んでいる。ＰＶアレイ１２によって生成される電力を受けるように本明細書では記載されているが、システム１０を本明細書に記載されているように機能させる任意の適切なＤＣ電源から２段電力変換器に電力を供給することができる。
【００１３】
この例示的な実施形態では、システムコントローラ１８は、メモリ装置２３を含むか、メモリ装置２３に結合されている。システムコントローラ１８は、電力変換器１８内に含まれるか、電力変換器１８に結合されており、電力変換器１６の動作を制御するように構成されている。例えば、システムコントローラ１８は、変換器制御信号を生成し、変換器制御信号を変換器１６に供給する。変換器１６は、変換器制御信号にしたがって動作する。
【００１４】
本明細書に記載される実施形態は、本明細書に記載されている処理タスクを実行するどのようないかなる特定のシステムコントローラ及び／又はプロセッサにも限定されない。用語「プロセッサ」は、この用語が本明細書で使用されている場合、本明細書に記載されたタスクを実行するために必要な計算（ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ，ｏｒ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｓ）を実行することができる任意の機械を意味することを目的としている。用語「プロセッサ」は、構造化入力を受け入れ、出力を生成するために、定められた規則にしたがってこの入力を処理することができる任意の機械を意味することも目的としている。本明細書で使用されている語句「構成された」は、当業者によって理解されるであろうように、プロセッサが本発明の実施形態のタスクを実行するハードウェア及びソフトウェアの組み合わせを備えていることを意味することにも留意すべきである。本明細書で使用される場合、用語プロセッサは、中央処理ユニット、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、縮小命令セット回路（ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、論理回路、及び、本明細書に記載されている機能を実行することができる任意の他の回路又はプロセッサを示している。
【００１５】
この例示的な実施形態では、電力変換システム１６は、電力変換器１４と電力系統２２とを選択的に結合する接触器２４も含んでいる。接触器２４は、ＡＣ接触器、リレー、及び／又は、発電システム１０を本明細書に記載されているように機能させる任意の適切なスイッチング装置を含んでもよい。この例示的な実施形態では、システムコントローラ１８は、電力変換器１６及び接触器２４に通信可能に結合され、これらの動作を制御するように構成されている。例えば、太陽が昇っていて、電力変換器１６が不活性なとき、システムコントローラ１８は、ＰＶアレイ１２の出力部２６でのＰＶアレイ開回路電圧に対応する電圧信号を受ける。典型的には、この電圧信号は、電力を供給するためのＰＶアレイ１２の準備の、システムコントローラ１８に利用可能な唯一の指標である。ＰＶアレイ１２の開回路電圧は、照度及び温度の関数である。
【００１６】
この例示的な実施形態では、第１の予め規定されたＰＶアレイ電圧レベルが、例えばメモリ装置２３に記憶される。第１の予め規定されたＰＶアレイ電圧レベルは、ＰＶアレイ１２が電力変換器１６内の損失を克服することができる電力を供給するのに十分なほど高い照射レベルに対応する電圧である。システムコントローラ１８が、予め規定された長さの時間中にＰＶアレイ電圧が第１の予め規定された電圧レベルより高いままであったことを決定すると、接触器２４は閉じられ、電力変換器１６は活性化される。予め規定された長さの時間は、本明細書では、覚醒タイマとも呼ばれ、予め規定された秒数及び／又は分数をメモリ装置２３内に含んでいる。この例示的な実施形態では、予め規定された期間は、約１分と１０分との間、又はより具体的には、２分と８分との間、又はさらにより具体的には、約５分である。
【００１７】
接触器２４が閉じられ、電力変換器１６が活性化されると、発電システム１０は、第１の予め規定された電力レベルより大きい電力レベルで電力系統２２に電力を供給しようとする。第１の予め規定された電力レベルは、前記電力の規定されたレベル（すなわち、ＰＶ発電システムのオペレータが電力系統に供給することに同意した電力のレベル）であってもよく、又は、電力変換システム１４が本明細書に記載されているように機能するのを可能にする電力の任意の他のレベルであってもよい。ＰＶアレイ１２に利用可能な照度が、第１の予め規定された電力のレベルをサポートするために十分なほど高くなく、電力変換器１６の電力出力が、予め規定された長さの時間中に第１の予め規定された電力のレベルより小さいままである場合、接触器２４は閉じた位置に維持され、システムコントローラ１８は、電力変換器１６の動作を中止する（すなわち、電力変換器１６をオフにする）。電力変換器１６の動作を中止することは、システム１０の電力出力がゼロになる原因となる。この予め決められた時間の長さは、本明細書では、休眠タイマと呼ぶこともできる。この例示的な実施形態では、予め規定された期間は、約１分と１０分との間、又はより具体的には、２分と８分との間、又はさらにより具体的には、約５分である。休眠タイマの長さと覚醒タイマの長さは、同じであってもよく、異なってもよい。
【００１８】
電力変換システム１４は、系統２２に電力を供給しようとするのを待機しているとき、休眠モードにある、と言われる。システムコントローラ１８は、次に電力を電力系統２２に供給しようとするときを決定するために、ＰＶアレイを監視し続ける。電力変換器１６を活性化及び不活性化するこのプロセスは、発電システム１０が規定されたレベルの電力をサポートできるようになるまで繰り返される。
【００１９】
システム１０が規定されたレベルの電力をサポートできるようになると、現在の照度によってサポートされる電力が、第１の予め規定された電力のレベル未満に減少し、予め規定された期間中に第１の予め規定された電力のレベルより小さいままである（すなわち、休眠タイマが満了する）まで、電力変換器１６は「オン」のままである（すなわち、活性化され、電力を電力系統２２に供給している）。例えば、太陽が沈むにつれ、ＰＶアレイ１２に利用可能な照射レベルは低下し、ＰＶアレイ１２によってサポートされる出力電力の減少が生じる。システムコントローラ１８が、システム１０が第１の予め規定された電力のレベルをサポートできないことを決定すると、システムコントローラ１８は、電力変換器１６の動作を中止し、これは、システム１０の電力出力がゼロになる原因となる（すなわち、電力変換システム１４は休眠モードに戻る）。例えば、システムコントローラ１８は、システム１０の電力出力が、休眠タイマを超える長さの時間中、第１の予め規定された電力のレベル未満である場合、システム１０が第１の予め規定された電力のレベルをサポートできないことを決定してもよい。
【００２０】
システムコントローラ１８は、本明細書では接触器開遅延とも呼ばれる、接触器２４が閉じられている時間の長さも監視する。接触器２４は接触器開遅延の終了以前には開かない。この例示的な実施形態では、接触器開遅延は、約１５分と４５分との間、又はより具体的には、２０分と４０分との間、又はさらにより具体的には、約３０分である。ＰＶアレイ電圧が、予め規定された電圧レベル未満に低下し、覚醒タイマを超える長さの時間中、ＰＶアレイ電圧レベル未満のままである場合、接触器２４は、接触器開遅延の満了まで閉じたままである。接触器開遅延が満了すると、接触器２４は開き、電力変換器１６を電力系統２２から電気的に切り離す。
【００２１】
電力変換器１６の動作を制御することは、接触器２４をオン及びオフで反復させるよりも、接触器２４の摩耗を低減させる。接触器２４の摩耗の低減により、接触器１４の耐用年数が延び、維持費と、接触器２４の交換に関連した他の費用とが減少する。
【００２２】
この例示的な実施形態では、電力変換器１６は、ＤＣ−ＤＣ昇圧型変換器２８及びＤＣ−ＡＣインバータ３０を含む２段電力変換器である。２段電力変換器として例示されているが、発電システム１０は、１段電力変換器、多段電力変換器、及び／又は、システム１０を本明細書に記載されているように機能させる任意の適切な電力変換器を含んでもよい。この例示的な実施形態では、システムコントローラ１８は、昇圧型変換器２８及びインバータ３０の動作を独立して制御するように構成されている。システムコントローラ１８は、２段電力変換器１６の動作を制御するために２段電力変換器１６に与えられる電力動作点を決定するように構成されている。例えば、最大電力点（ＭＰＰ）は、最大電力点追従（ＭＰＰＴ）と呼ばれるプロセスを使用して、システムコントローラ１８によって決定することができる。システムコントローラ１８は、最大電力点に対応する電力動作点信号を供給し、変換器２８を昇圧し、これに応じて、昇圧型変換器２８は、ＰＶアレイ１２から利用可能な最大電力を抽出するように構成されている。
【００２３】
昇圧型変換器２８の出力部３２は、少なくとも１つの導体、例えばＤＣバス３６によってインバータ３０の入力部３４に結合される。ＰＶアレイ１２は、少なくとも１つの導体４０を介して２段電力変換器１６に結合され、インバータ３０は、少なくとも１つの導体４２を介して電力系統２２に結合される。単一のラインとして例示されているが、導体４０、導体４２及びＤＣバス３６は、システム１０を本明細書に記載されているように機能させる任意の数の別個の導体を含んでもよい。例えば、ＰＶ発電システム１０が単相システムである場合、導体４０、導体４２及びＤＣバス３６は、各々、単一の導体を含んでもよい。代わりに、ＰＶ発電システム１０が三相システムである場合、導体４０、導体４２及びＤＣバス３６は、各々、相ごとに１つ、３つの別個の導体を含んでもよい。さらに、ＰＶ発電システム１０は、任意の適切な数の相を含んでもよい。ＤＣバス電圧は、昇圧型変換器２８によって供給されるどのような電力のレベルを通過する際にも、インバータ３０によって制御される。インバータ３０は、ＡＣ出力電流（有効及び無効）も調整する。より具体的には、システムコントローラ１８は、ＤＣバス電圧を制御するため、及び／又は、インバータ３０によって出力され、電力系統２２に供給されるＡＣ電圧２０の力率を制御するために、インバータ３０の動作を制御する。
【００２４】
図２は、電力変換システム、例えば電力変換システム１４（図１に示す）を動作させる例示的な方法４６の第１のフローチャート４４である。この例示的な実施形態では、方法４６は、本明細書では「オフ」とも呼ばれる不活性状態（４８）又は「休眠モード」にある電力変換器、例えば電力変換器１６（図１に示す）によって開始する。この例示的な実施形態では、システムコントローラ１８は、ＰＶアレイ電圧が、電力変換器１６が活性化されるであろう電圧レベルに対応する記憶されている電圧レベルより高いか否かを決定する（５０）。システムコントローラ１８が、ＰＶアレイ電圧が記憶されている電圧レベルより高く、予め規定された長さの時間より長い時間（すなわち、覚醒タイマ）中、記憶されている電圧レベルより高いままであったことを決定した場合（５０）、システムコントローラ１８は、接触器、例えば接触器２４（図１に示す）が閉じているかどうか決定する（５２）。システムコントローラ１８が、接触器２４が閉じていないと決定した場合（５２）、システムコントローラ１８は接触器２４を閉じる（５４）。システムコントローラ１８が、接触器２４が閉じていると決定した場合（５２）、又は、システムコントローラ１８が接触器２４を閉じた（５４）後、システムコントローラは、電力変換器１６を活性化する（５６）。
【００２５】
この例示的な実施形態では、システムコントローラ１８は、電力変換器１６の電力出力が記憶されている電力レベルより大きいか否かを決定する（５８）。電力変換器１６の電力出力が記憶されている電力レベルより大きい場合、電力変換器１６は活性化したままである（すなわち、作動し続ける）。電力変換器１６の電力出力が記憶されている電力レベルより小さく、予め規定された長さの時間より長い時間（すなわち、休眠タイマ）中、記憶されている電力レベルより小さいままであった場合、電力変換器１６は不活性化される（６０）（すなわち、「オフ」にされる）。電力変換器１６が不活性化されると（６０）、システムコントローラ１８は、電力変換器１６を不活性状態（４８）にする。
【００２６】
この例示的な実施形態では、システムコントローラ１８が、ＰＶアレイ電圧が記憶されている電圧レベルより低いと決定した場合（５０）、システムコントローラ１８は、接触器２４が開いているかどうかを決定する（６２）。接触器２４が開いている場合、電力変換器１６は不活性状態のままである（４８）。接触器２４が閉じている場合、システムコントローラ１８は、接触器開遅延が終了しているかどうかを決定する（６４）。接触器開遅延が終了していない場合、電力変換器１６は不活性状態のままであり（４８）、接触器２４は閉じた位置に維持される。接触器開遅延が終了している場合、システムコントローラ１８は接触器２４を開き（６６）、電力変換器１６は不活性状態のままである（４８）。接触器開遅延は、接触器２４を開と閉の間で繰り返し反復させることなしに、電力変換システム１４が覚醒及び／又は休眠を反復することを可能にする。
【００２７】
図３は、電力変換システム、例えば電力変換システム１４（図１に示す）を動作させる例示的な方法７２の第２のフローチャート７０である。この例示的な実施形態では、方法７２は、予め規定された電圧レベル及び予め規定された電力レベルを含むことができるがこれらに限定されない予め規定された制限を、メモリ装置、例えばメモリ装置２３（図１に示す）に記憶するステップ（７４）を含んでもよい。この例示的な実施形態では、方法７２は、電力変換器、例えば電力変換器１６（図１に示す）に供給されるＤＣ電圧が、予め規定された長さの時間の間、予め規定された電圧レベルより高いままであったことを決定するステップ（７６）を含む。システムコントローラ、例えばシステムコントローラ１８（図１に示す）は、電力変換器１６に供給されるＤＣ電圧が、電力系統、例えば電力系統２２（図１に示す）に電力を供給しようとするのに適しているか否かを決定してもよい（７６）。より具体的には、システムコントローラ１８は、ＤＣバス電圧が、予め規定された長さの時間の間、予め規定された電圧レベルより高いままであったか否かを決定してもよい（７６）。
【００２８】
この例示的な実施形態では、方法７２は、電力変換器１６を電力系統、例えば電力系統２２（図１に示す）に電気的に結合させるために、接触器、例えば接触器２４（図１に示す）を閉じるステップ（７８）も含んでいる。例えば、システムコントローラ１８は、電力変換器１６に供給されるＤＣ電圧が、予め規定された長さの時間の間、予め規定された電圧レベルより高いままであった場合、信号を接触器２４に供給する。接触器２４は、信号に応じて閉じる（７８）。この例示的な実施形態では、方法７２は、ＤＣ電圧入力をＡＣ電圧出力に変換するために電力変換器１６を活性化するステップ（８０）も含んでいる。
【００２９】
この例示的な実施形態では、方法７２は、電力変換器１６のＡＣ電力出力を決定するステップ（８２）も含んでいる。例えば、システムコントローラ１８は、電力変換器１６のＡＣ電力出力を決定することができる（８２）。方法７２は、ＡＣ電力出力が予め規定された電力レベル、例えばメモリ装置２３に記憶されている予め規定された電力レベルより小さい場合、接触器２４を閉じた位置に維持すると同時に、電力変換器１６の動作を中止するステップ（８４）も含んでいる。例えば、電力変換器１６の動作を中止するステップ（８４）は、電力変換器１６のＡＣ電力出力が、予め規定された長さの時間（すなわち、休眠タイマ）中、予め規定された電力レベルより小さいままであったことを決定した後に、電力変換器１６をオフにするステップを含んでもよい。予め規定された期間は、メモリ装置２３に記憶してもよい。
【００３０】
方法７２は、本明細書では接触器開遅延とも呼ばれる、接触器２４が閉じられている時間の長さを監視するステップ８６も含んでいる。接触器２４は、接触器開遅延の終了前には開かれていないことになる。ＰＶアレイ電圧が、予め規定された電圧レベル未満に低下しており、覚醒タイマを超える長さの時間中、予め規定された電圧レベル未満のままであった場合、接触器２４は、接触器開遅延の終了まで閉じたままである。方法７２は、接触器開遅延が終了した場合、接触器２４を開くステップ８８も含んでおり、これは電力変換器１６を電力系統２２から電気的に切り離す。
【００３１】
さらに、コンピュータ実行可能な構成要素を有する１つ以上のコンピュータ読み取り可能な媒体が、電力変換システム１４の動作を制御するために構成されていてもよい。コンピュータ実行可能な構成要素は、少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、少なくとも１つのプロセッサに電圧測定信号、電流測定信号、及び電力測定信号の少なくとも１つを受信させるインタフェース構成要素と、少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、少なくとも１つのプロセッサに電力を電力系統に供給するときを決定する少なくとも１つのアルゴリズムを記憶させるメモリ構成要素と、少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、少なくとも１つのプロセッサに電力変換システムの動作を制御する動作信号を発生させる解析構成要素とを含んでもよい。
【００３２】
本明細書に記載された実施形態は、１つ以上のコンピュータ読み取り可能な媒体を含み、各々の媒体は、データを含むように構成されてもよく、又は、データを操作するためのコンピュータ実行可能な命令を含む。コンピュータ実行可能な命令は、データ構造、オブジェクト、プログラム、ルーチン、又は、種々の異なった機能を実行することができる汎用コンピュータに関係するもの、又は、限定された数の機能を実行することができる専用コンピュータに関するもののような、処理システムによってアクセスすることができる他のプログラムモジュールを含んでいる。本開示の態様は、本明細書に記載されている命令を実行するように構成されている場合、汎用コンピュータを専用コンピューティングデバイスに変える。コンピュータ実行可能な命令は、処理システムに特定の機能又は機能群を実行させるものであり、本明細書に記事されている方法に関するステップを実施するためのプログラムコード手段の例である。さらに、実行可能な命令の特定のシーケンスは、このようなステップを実施するために使用することができる対応する作用の例を提供する。コンピュータ読み取り可能な媒体の例は、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、読み出し専用メモリ（「ＲＯＭ」）、プログラム可能読み出し専用メモリ（「ＰＲＯＭ」）、消去及びプログラム可能読み出し専用メモリ（「ＥＰＲＯＭ」）、電気的消去及びプログラム可能読み出し専用メモリ（「ＥＥＰＲＯＭ」）、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（「ＣＤ−ＲＯＭ」）、あるいは、処理システムによってアクセスすることができるデータ又は実行可能な命令を提供することができる任意の他の装置又は構成要素を含んでいる。
【００３３】
本発明に記載されているのは、電力変換システムを動作させる例示的な方法及びシステムである。本発明に記載されている方法及びシステムは、動作の数を有意に減少させることによって、ＡＣ接触器の信頼性を改善する。太陽が朝昇り夕方沈む際の覚醒及び休眠サイクル中、ＡＣ接触器は、通常の覚醒／休眠タイマ（例えば、５分）より長い期間（例えば、３０分）中、「オン」に保持される（すなわち、閉じられる）。この動作モード中、電力系統に電力を選択的に供給するためにＡＣ接触器を反復させる代わりに、ＤＣ−ＡＣインバータは、電力系統に電力を選択的に供給するために動作される。
【００３４】
本明細書に記載されている方法及びシステムは、電力変換システムの効率的且つ経済的な運転を容易にする。方法及びシステムの例示的な実施形態が、本明細書に詳細に記載及び／又は例示されている。方法及びシステムは、本明細書に記載されている特定の実施形態に限定されず、むしろ各々のシステムの構成要素や、各々の方法のステップも、本明細書に記載されている他の構成要素及びステップと独立して、別々に利用することができる。各々の構成要素及び各々のステップは、他の構成要素及び／又は方法ステップと組み合わせて使用することもできる。
【００３５】
本明細書に記載されている及び／又は例示されている方法及び装置の要素／構成要素／等を導入する場合、冠詞「１つの（「ａ」、「ａｎ」）」及び「前記（「ｔｈｅ」、「ｓａｉｄ」）」は、１つ以上の要素／構成要素／等が存在することを意味することを目的としている。用語「備える」、「含む」及び「有する」は、包括的なものであることを目的としており、列挙された要素／構成要素／等以外に、追加の要素／構成要素／等が存在してもよいことを意味している。
【００３６】
この発明の詳細な説明は、最良の形態を含む本発明を開示するために、また、どのような当業者でも、任意の装置又はシステムを作成及び使用することと、任意の組み込まれた方法を実行することとを含む、本発明を実施することを可能にするために、例を使用している。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想到する他の例を含むことができる。このような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有している場合、又は、それらが特許請求の範囲の文言と実質的な違いのない等価の構造要素を含んでいる場合、特許請求の範囲の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００３７】
１０ 光起電力（ＰＶ）発電システム
１２ ＰＶアレイ
１４ 電力変換システム
１６ 電力変換器
１８ システムコントローラ
２０ 交流（ＡＣ）電圧
２２ 電力系統
２３ メモリ装置
２４ 接触器
２６ 出力部
２８ 昇圧型変換器
３０ インバータ
３２ 出力部
３４ 入力部
３６ ＤＣバス
４０ 導体
４２ 導体
４４ 第１のフローチャート
４６ 電力変換システムを動作させる方法
４８ 不活性状態
５０ ＰＶアレイ電圧が記憶されている電圧レベルより高いか否かを決定する
５２ 接触器が閉じているかどうかを決定する
５４ 接触器を閉じる
５６ 電力変換器を活性化する
５８ 電力変換器の電力出力が記憶されている電力レベルより大きいか否かを決定する
６０ 電力変換器を不活性化する
６２ 接触器が開いているかどうかを決定する
６４ 接触器開遅延が終了しているかどうかを決定する
６６ 接触器を開く
７０ 第２のフローチャート
７２ 電力変換システムを動作させる方法
７４ 予め規定された制限をメモリ装置に記憶する
７６ ＤＣ電圧が、予め規定された長さの時間中、予め規定された電圧レベルより高いままであったことを決定する
７８ 接触器を閉じる
８０ 電力変換器を活性化する
８２ ＡＣ電力出力を決定する
８４ 電力変換器の動作を終了する
８６ 接触器が閉じている時間の長さを監視する
８８ 接触器を開く
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を電力系統（２２）に供給する電力変換システム（１４）であって、
直流（ＤＣ）電源（１２）によって生成された電力を受けるように結合され、構成された電力変換器（１６）と、
前記電力変換器及び前記電力系統に結合され、前記電力変換器を前記電力系統に選択的に電気的に結合するように構成された接触器（２４）と、
前記電力変換器及び前記接触器に通信可能に結合され、
前記電力変換器に供給されるＤＣ電圧が、予め規定された長さの時間中、予め規定された電圧レベルより高いままであった場合、前記電力変換器を前記電力系統に電気的に結合し、前記電力変換器を活性化するために、前記接触器を閉じ、
前記電力変換器の交流（ＡＣ）電力出力が、予め決められた長さの時間中、予め決められた電力レベルより小さいままであった場合、前記接触器を閉じた位置に維持すると同時に、前記電力変換器を不活性化する
ように構成されたシステムコントローラ（１８）とを備えるシステム（１４）。
【請求項２】
前記ＤＣ電源（１２）は光起電力（ＰＶ）アレイを備える、請求項１記載のシステム（１４）。
【請求項３】
前記システムコントローラ（１８）は、前記電力変換器（１６）に供給されるＤＣ電圧が、前記予め規定された電圧レベルより高いかどうかを決定するようにさらに構成されている、請求項１記載のシステム（１４）。
【請求項４】
前記システムコントローラ（１８）は、前記電力変換器（１６）のＡＣ電力出力を決定するようにさらに構成されている、請求項１記載のシステム（１４）。
【請求項５】
前記電力変換器（１６）は２段電力変換器を備える、請求項１記載のシステム（１４）。
【請求項６】
前記システムコントローラ（１８）は、予め規定された時間の長さ、予め規定された電圧レベル、予め規定された電力レベル、及び接触器開遅延値の少なくとも１つを記憶するように構成されたメモリ装置（２３）を備える、請求項１記載のシステム（１４）。
【請求項７】
前記システムコントローラ（１８）は、前記接触器（２４）が閉じている時間の長さを監視するように構成されている、請求項６記載のシステム（１４）。
【請求項８】
前記システムコントローラ（１８）は、前記電力変換器（１６）に供給されるＤＣ電圧が、前記予め規定された長さの時間中、前記予め規定された電圧レベルより低いままであり、且つ、前記接触器が閉じている時間の長さが前記接触器開遅延値を超えている場合、前記接触器（２４）を開くようにさらに構成されている、請求項７記載のシステム（１４）。
【請求項９】
光起電力（ＰＶ）アレイ（１２）に結合された電力変換器（１６）と、前記電力変換器を電力系統（２２）に選択的に電気的に結合するように構成された接触器（２４）とを含む電力変換システム（１４）の動作を制御するように結合され、構成されたシステムコントローラ（１８）であって、
前記電力変換器のＡＣ電力出力を決定し、
前記ＡＣ電力が、予め規定された長さの時間中、予め規定された電力レベルより小さいままであった場合、前記接触器を閉じた位置に維持すると同時に、前記電力変換器の動作を中止する
ように構成されている、システムコントローラ（１８）。
【請求項１０】
前記接触器（２４）が閉じている時間の長さを監視し、
前記電力変換器（１６）に供給されるＤＣ電圧が、予め規定された長さの時間中、予め規定された電圧レベルより低いままであり、前記接触器が閉じている時間の長さが接触器開遅延を超えている場合、前記接触器を開く
ようにさらに構成されている、請求項９記載のシステムコントローラ（１８）。
【請求項１】
電力を電力系統（２２）に供給する電力変換システム（１４）であって、
直流（ＤＣ）電源（１２）によって生成された電力を受けるように結合され、構成された電力変換器（１６）と、
前記電力変換器及び前記電力系統に結合され、前記電力変換器を前記電力系統に選択的に電気的に結合するように構成された接触器（２４）と、
前記電力変換器及び前記接触器に通信可能に結合され、
前記電力変換器に供給されるＤＣ電圧が、予め規定された長さの時間中、予め規定された電圧レベルより高いままであった場合、前記電力変換器を前記電力系統に電気的に結合し、前記電力変換器を活性化するために、前記接触器を閉じ、
前記電力変換器の交流（ＡＣ）電力出力が、予め決められた長さの時間中、予め決められた電力レベルより小さいままであった場合、前記接触器を閉じた位置に維持すると同時に、前記電力変換器を不活性化する
ように構成されたシステムコントローラ（１８）とを備えるシステム（１４）。
【請求項２】
前記ＤＣ電源（１２）は光起電力（ＰＶ）アレイを備える、請求項１記載のシステム（１４）。
【請求項３】
前記システムコントローラ（１８）は、前記電力変換器（１６）に供給されるＤＣ電圧が、前記予め規定された電圧レベルより高いかどうかを決定するようにさらに構成されている、請求項１記載のシステム（１４）。
【請求項４】
前記システムコントローラ（１８）は、前記電力変換器（１６）のＡＣ電力出力を決定するようにさらに構成されている、請求項１記載のシステム（１４）。
【請求項５】
前記電力変換器（１６）は２段電力変換器を備える、請求項１記載のシステム（１４）。
【請求項６】
前記システムコントローラ（１８）は、予め規定された時間の長さ、予め規定された電圧レベル、予め規定された電力レベル、及び接触器開遅延値の少なくとも１つを記憶するように構成されたメモリ装置（２３）を備える、請求項１記載のシステム（１４）。
【請求項７】
前記システムコントローラ（１８）は、前記接触器（２４）が閉じている時間の長さを監視するように構成されている、請求項６記載のシステム（１４）。
【請求項８】
前記システムコントローラ（１８）は、前記電力変換器（１６）に供給されるＤＣ電圧が、前記予め規定された長さの時間中、前記予め規定された電圧レベルより低いままであり、且つ、前記接触器が閉じている時間の長さが前記接触器開遅延値を超えている場合、前記接触器（２４）を開くようにさらに構成されている、請求項７記載のシステム（１４）。
【請求項９】
光起電力（ＰＶ）アレイ（１２）に結合された電力変換器（１６）と、前記電力変換器を電力系統（２２）に選択的に電気的に結合するように構成された接触器（２４）とを含む電力変換システム（１４）の動作を制御するように結合され、構成されたシステムコントローラ（１８）であって、
前記電力変換器のＡＣ電力出力を決定し、
前記ＡＣ電力が、予め規定された長さの時間中、予め規定された電力レベルより小さいままであった場合、前記接触器を閉じた位置に維持すると同時に、前記電力変換器の動作を中止する
ように構成されている、システムコントローラ（１８）。
【請求項１０】
前記接触器（２４）が閉じている時間の長さを監視し、
前記電力変換器（１６）に供給されるＤＣ電圧が、予め規定された長さの時間中、予め規定された電圧レベルより低いままであり、前記接触器が閉じている時間の長さが接触器開遅延を超えている場合、前記接触器を開く
ようにさらに構成されている、請求項９記載のシステムコントローラ（１８）。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−９３０２３（Ｐ２０１３−９３０２３Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２３０３８８（Ｐ２０１２−２３０３８８）
【出願日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
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