JP2010539886A - 局所的なエネルギー源から高調波歪みの小さい交流電力を生成する電流波形構造 - Google Patents

Abstract

自然または再生可能な源からのエネルギーを電気的形式に変換して、変圧器に一次巻線の電流波形を構築することにより、低い高調波歪みの分配用ＡＣ電力を与える方法および装置である。変圧器に予め蓄えられた誘導エネルギーを取り戻して、変換された電気的エネルギーを、変圧器の二次巻線でほぼ正弦波形のＡＣ電圧に変換することにより、変圧器の一次巻線に電流波形を構築する。例えば、ＡＣ電力は、再生可能なエネルギー源（例えば、ソーラセル）からの未加工の電気エネルギーから公共送電網に供給することができる。インバータは２つの一方向スイッチを使用して一次巻線電流波形を構築することができる。半サイクルの各々において、スイッチの１つは、先ず、一次巻線インダクタンスから予め取り戻されたエネルギーを与えた後、公共送信網周波数で変圧器一次巻線に未加工のエネルギーを加える。このため、構成された一次巻線電流は、大幅に改善された全高調波歪みを示す。
【選択図】図１

Description

様々な実施形態は、波形を構成して、高電圧の配電網への供給に適した高品質のＡＣ電力を提供する電力変換システムおよび方法に関するもので、ある実施例における源は、再生可能または自然エネルギー源を含むことができ、その一例としては、風、波、太陽、地熱および／または流体動力学のエネルギー源が含まれるが、それらに限定されるものではない。

本出願は、発明の名称を“Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ−Ｄｅｒｉｖｅｄ ＤＣ ｔｏ Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ ＡＣ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ”とする２００７年９月１８日にＢａｂｃｏｃｋ等により出願された米国特許出願第６０／９７３，２２４号の利益を主張するものであり、その全体の内容はすべて参照により本明細書に援用される。

一般に、公共の配電システムは、慎重に同調された共振エネルギープールとみなすことができ、生成された電気エネルギーは、プール内に流入し、消費される電気エネルギーは、プールから流出する。信頼性のある運転（例えば、電圧の急激な変化が無く、安定した電圧）は、入力電気エネルギーおよび出力電気エネルギーがほぼ釣り合うときに、実現することができる。電気エネルギーを送電網に供給する発電システムが相当な電力出力過渡を示すとき、他の公共送電網および配電システムが、電力レベルの変化に適応するのに十分な時間を有さない場合がある。したがって、発電機の過渡が送電網の不安定性に影響を与える可能性がある。

例えば、１つの発電機からの電力出力の急激な変化は、その他の発電機に、出力の歪みまたはゆがみを引き起こさせ、電力過渡、電圧ノイズおよび／または望ましくない高調波成分をもたらす可能性がある。ある例では、これは、送電網内の１またはそれ以上の変電所で故障状態を引き起こす場合がある。そのような故障状態は、発電機と送電網の消費者の双方に悪影響を与える場合がある。

このため、公益事業会社は、一般に、発電基準を明確にし、発電機が送電網および／または配電システムにエネルギーを伝送する方式を調整している。

既存のあるソーラ電気システムにおいては、ソーラアレイが直流（ＤＣ）電力を生成する。電力エネルギーを公共の送電網に投入するために、生成されたＤＣエネルギーは、ケーブルを介して中心点に導かれ、その中心点において、その後、大規模な商用インバータにより交流電流（ＡＣ）に変換される。商用インバータは、一般に、高周波スイッチモード技術を使用して、ＤＣ電流からＡＣ電流に変換する機能を果たす。そのようなシステムは、バッテリシステムを使用して、ソーラアレイにより出力されるＤＣ電力の変化中に、電力調整を提供するか、またはＡＣ電圧出力を安定化させると見られている。

本発明は、自然または再生可能なエネルギー源からのエネルギーを電気形式に変換するステップと、変圧器の一次巻線上で電流波形を構成するステップとにより、配電用の低い高調波歪みのＡＣ電力を提供する方法および装置であり、後者のステップが、変圧器に予め蓄積された誘導エネルギーを取り戻して、変圧器の二次巻線上で、変換された電気エネルギーを実質的に正弦波ＡＣ電圧に変換することにより行われる。例えば、再生可能なエネルギー源（例えば、太陽電池）からの未加工の電気エネルギーから、ＡＣ電力を公共送電網に供給することができる。インバータは、２つの一方向スイッチを使用して、一次巻線電流波形を生成する。半サイクルの各々において、スイッチの一方が、先ず、一次巻線インダクタンスから予め取り戻したエネルギーを加え、その後に、公共の送電網周波数において未加工のエネルギーを変圧器一次巻線に加える。このため、構成された一次巻線電流が、大幅に改善された全高調波歪みを示すものとなる。

ある実施例は、高調波フラックスを位相シフトさせて、変圧器の二次巻線に結合される高調波フラックスを実質的に減衰させることにより、変圧器の二次巻線から供給される出力電圧の高調波歪みを低下させることができる。ある実施例では、１またはそれ以上の高調波フラックスをほぼ相殺して、変圧器の二次側からの実質的に正弦波の出力電圧信号の高調波歪みを減少させることができる。変圧器は、高調波抑制巻線を含み、これにより、一次巻線から二次巻線に結合する対応高調波フラックスを実質的に減衰する位相シフトされた高調波フラックスを生成する。各高調波抑制巻線は、回路部品に結合され、この回路部品を介して、電流が基本周波数において巻線の電圧とほぼ直交する。

様々な実施形態は、１またはそれ以上の局所的なエネルギー源からのエネルギーを変換して、高電圧の配電網への供給に適した高品質なＡＣ電力を提供する電力変換システムおよび方法に関し、ある実施例においては、そのエネルギー源が、再生可能または自然エネルギー源を含むことができ、その一例としては、風、波、太陽、地熱および／または流体動力学のエネルギー源が含まれるが、それらに限定されるものではない。

様々な実施例においては、回線周波数で一方向スイッチを操作することにより、変圧器の一次巻線に一方向電流フローを提供する。双方向電流は、２つの実質的に同一のスイッチモジュールから変圧器に供給するようにしてもよく、各スイッチモジュールは、反対極性で出力が一次巻線に結合されている。

様々な実施形態は１またはそれ以上の利点を有することができる。例えば、ある実施形態は、未加工の可変ＤＣ電圧を、１またはそれ以上の配電網（例えば、公共の送電網）に供給するのに適したほぼ正弦波の高品質ＡＣ電力へと（例えば、単一インバータと僅かな単一変圧器を介して）実質的に直接的に加工することができる。僅か１変圧器ステージを使用して未加工の可変ＤＣ出力を高品質（例えば、５％未満のＴＨＤ（全高調波歪み））に転換させるプロセスは、回線周波数スイッチングを使用して実現することができ、それにより、スイッチング損失を大幅に低減することができるとともに、インバータから導かれたまたは放射された電磁干渉の発生を大幅に低減または除去することができ、それは、同様に、電力変換回路の高周波フィルタリングの必要性を除去して、製造可能性を改善しながらも、コスト、サイズ、重量および部品数を低減することができる。変圧器ステージ数を最小化することにより、部品数を減らして、大幅な効率低下を避けることができ、可変出力電圧は、パルス幅の簡単な選択により調整することができ、それにより、変圧器の二次巻線側に所望のＡＣ出力電圧を生成することができる。

様々な実施形態においては、スイッチングプロセスが、蓄積された磁気エネルギー（例えば、一次巻線漏れインダクタンス）を取り戻して、そのエネルギーを再利用し、それにより、改善された高調波形状を持つ一次電流波形を構築することで、さらに効率的な改善を与えることができる。

ある実施例においては、高電圧ＡＣへのＤＣの局所的な変換は、有利なことに、ケーブル量が減ることにより、ケーブル敷設費用の低減を促進することができ、よって、図１の設備１００のような大規模な設備を構築または維持するための導電性材料（例えば、銅、アルミニウム）のコストの低減を助けることができる。高電圧において、ＡＣ電力は、導体の抵抗による大幅な電圧降下および／または電力損失を招くことなく、小径の導体を介して低電流を使用して、非常に長い距離にわたって電力を伝送することができる。

様々な実施例においては、コンデンサ内のエネルギーの局所的な貯蔵は、公共サブシステムが対処および調整できるまで過渡回線状態を乗り切るための短期間の補助を与えることにより、公共の送電網の安定性を促進することができる。

１またはそれ以上の実施形態の詳細は、添付図面と以下の説明に記述されている。その他の特徴および利点は、その説明および図面、並びに特許請求の範囲から明らかなものとなる。

本明細書は、以下の図面を参照して、それら態様およびその他の態様を詳細に説明する。

図１は、低電圧ＤＣ電力を、配電システムへの供給用の回線周波数の高電圧ＡＣ電力に変換するエネルギー収集設備の一例を示している。 図２は、単相発電モジュール（１ＰＧＭ）の一例を示している。 図３Ａは、ＤＣ入力からＡＣ誘導負荷にエネルギーを供給する電力ステージ（電力段）の例示的な組合せの概略図を示している。 図３Ｂは、図３Ａの電力ステージの動作を示す例示的な電圧および電流波形のプロットを示している。 図３Ｃは、図３Ａの電力ステージの動作を示す例示的な電圧および電流波形のプロットを示している。 図４は、高調波抑制変圧器の一例を示している。 図５Ａは、例示的な構成と実験結果を示している。 図５Ｂは、例示的な構成と実験結果を示している。 図５Ｃは、例示的な構成と実験結果を示している。 図５Ｄは、例示的な構成と実験結果を示している。 図６Ａは、例示的な構成と実験結果を示している。 図６Ｂは、例示的な構成と実験結果を示している。 図６Ｃは、例示的な構成と実験結果を示している。 図７は、ＤＣからＡＣ電力へ変換する機器のための屋外筐体の一例を示している。 図８は、屋外筐体によるＤＣ−ＡＣ変換用の電力を収集するＥＣＮの集合例を示している。 図９は、ＤＣ電力から三相ＡＣ電力に変換するための３ＰＧＭの一例を示している。 図１０は、３ＰＧＭにおけるＤＣ電力を管理するためのプロセスの一例を示している。 図１１Ａは、様々なＤＣ電力レベルにおける３ＰＧＭ内の１ＰＧＭおよびＤＣインタータイバスの構成を示している。 図１１Ｂは、様々なＤＣ電力レベルにおける３ＰＧＭ内の１ＰＧＭおよびＤＣインタータイバスの構成を示している。 図１１Ｃは、様々なＤＣ電力レベルにおける３ＰＧＭ内の１ＰＧＭおよびＤＣインタータイバスの構成を示している。 図１２は、三相ＡＣバスに電力を供給する３ＰＧＭグループの集合例を示している。 図１３は、変圧器の巻線比と高調波抑制変圧器のＴＨＤとの間の関係例を示すチャートである。

各図面における同様の符号は、同様の構成要素を示している。

本明細書には、自然または再生可能エネルギー源からのエネルギー収集に関連する様々な態様および実施例が記載されており、それらは、一般には、ユーティリティに結合するための収集地点の近隣以外の数多くの場所に配置されるものである。

様々な実施形態においては、公共の送電系統のような配電網に電力を供給する設備が、数多くのエネルギー収集ノードを含み、その各々が、未加工の可変ＤＣ（または整流ＡＣ）電力を所定のインバータ、すなわち発明の名称を“Ｓｕｐｐｌｙ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｆｏｒ Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｌｏａｄｓ”とする２００６年１０月１６日にＢａｂｃｏｃｋ等により出願された米国特許出願第１１／５８２，１１５号に記載されているタイプのインバータに供給する。インバータモジュールは、変圧器のインダクタンス内に蓄えられたエネルギーからフライバックエネルギーを捕捉することができ、その後、さもなければヒステリシスおよび／またはコア加熱に失われていたかもしれない蓄積エネルギーを使用して、変圧器二次側から低いＴＨＤを有する出力電圧を生み出すことができる。

本明細書に記載の様々な実施形態においては、インバータは、回線周波数（例えば、６０Ｈｚ）で切り替わるものであるが、先ず捕捉したフライバックエネルギーを再利用した後、より多くのフライバックエネルギーを捕捉することにより、変圧器一次側に供給される電流波形を成形する。各半サイクルのフライバックエネルギーの放出および捕捉は、より正弦波（例えば、約２０％のＴＨＤ）に近い電流波形を構築するのを補助する。ある実施形態においては、変圧器は、出力用の二次巻線と、適当なコンデンサに結合されるときに、二次側出力電圧上の選択高調波を大幅に減少させる高調波抑制巻線とを含む。このため、インバータは、変圧器を駆動して、ほぼ正弦波（例えば、５％未満のＴＨＤ）の電圧波形を有するＡＣ二次電圧波形を生成することができる。様々な実施形態においては、単に、各半サイクルのパルス幅を変えることにより、エネルギー収集ノードからの未加工ＤＣ入力電圧の非常に広い範囲に亘って、出力電圧レベルを良好に制御することができる。さらに、インバータは、各半サイクルで、変圧器に対する電圧および電流をゼロにリセットするように構成され、それにより、ヒステリシスおよびそれに関連する損失を、放射または伝導性放出に関与する共振とともに、大幅に低減または回避することができる。

図１は、配電システムに供給するために回線周波数で低電圧ＤＣ電力を高電圧ＡＣ電力に変換するエネルギー収集設備１００の一例を示している。一般に、エネルギー収集設備１００は、レベルが変動する低電圧ＤＣ電力としてソーラパワーを収集するとともに、そのパワーを低周波（例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）インバータにインテリジェントに送る。低周波インバータは、低電圧ＤＣ電力を高電圧ＡＣ電力に変換し、その高電圧ＡＣ電力が、ある実施例においては、送電網に電力供給するための電力ユーティリティの条件を満足する十分に低い全高調波歪み（ＴＨＤ）のレベルを有するものとなっている。ＤＣエネルギー収集およびＡＣ電力への変換の一例は、発明の名称を“Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ−Ｄｅｒｉｖｅｄ ＤＣ ｔｏ Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ ＡＣ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ”とする２００７年９月１８日にＢａｂｃｏｃｋ等により出願された米国特許出願第６０／９７３，２２４号にさらに詳細に論じられているが、その全体の内容はすべて参照により本明細書に援用される。

エネルギー収集設備１００は、三相発電機モジュール（３ＰＧＭ：three-phase power generator module）グループ１０２の集合を含み、それらは三相ＡＣバス１０６の集合によりユーティリティインターフェース１０４に連結されている。説明する多くの実施例は５０Ｈｚおよび６０Ｈｚにおける三相発電を述べているが、その他の実施例も可能である。例えば、３ＰＧＭグループ１０２は、１０Ｈｚ，２０Ｈｚ，５０Ｈｚ，６０Ｈｚ，１００Ｈｚ，３００Ｈｚまたはその他のＡＣ周波数において、１，２，３，５，９，１２またはその他の数のＡＣ電力位相を生成することができる。ある実施例においては、３ＧＰＭグループ１０２により生成される電力は、有利なことに、減少した対応電流により、高電圧ＡＣとしてユーティリティインターフェース１０４に伝達することができる。電力損失は電流の二乗（すなわち、電力損失＝Ｉ＊Ｉ＊Ｒ）に比例するため、非常に長い導管の抵抗で失われる電力を大幅に減少させることができる。

ユーティリティインターフェース１０４は、３ＰＧＭグループ１０２により生成された三相電力を、電力ユーティリティに適合する電圧、周波数、位相および／または電流に変換する。ある実施例においては、ユーティリティインターフェース１０４は、変圧器を含むことができる。例えば、ユーティリティインターフェース１０４は、３ＰＧＭグループ１０２から３３ｋＶのＡＣ電力を受け入れて、ユーティリティの１１０ｋＶの送電電圧まで電圧を上げる変圧器とすることができる。電力は、ＷＹＥ，ＤＥＬＴＡまたはその他の所望構成の様々な形式で結合させることができる。

エネルギー収集設備１００は、制御モジュール１０８も含む。この制御モジュール１０８は、図１の説明で以下にさらに詳述することとなるエネルギー収集設備１００の各種動作を制御する。

３ＰＧＭグループ１０２の各々は、３ＰＧＭ１１０の集合を含む。ある実施例においては、３ＰＧＭグループ１０２は、２，３，４，８，１０，１２またはその他の数の３ＰＧＭ１１０を含むことができる。図示の実施例においては、３ＰＧＭ１１０の出力が、三相のＡＣバス１０６に結合されている。例えば、各３ＰＧＭ１１０は、２０ｋＷで５ｋＶＡＣを出力することができ、４つの３ＰＧＭ１１０の出力は、組み合わされて、三相ＡＣバス１０６に１００ｋＷで５ｋＶＡＣを出力することができる。３ＰＧＭの組合せと３ＰＧＭグループの追加例については、図２の説明において述べる。

３ＰＧＭ１１０の各々は、単相発電機モジュール（１ＰＧＭ）１１２の集合を含む。図示の実施例においては、３ＰＧＭ１１０は、９つの１ＰＧＭ１１２を含むが、その他の実施例を利用することもできる。ある実施例においては、３ＰＧＭ１１０は、３，４，５，６，９，１２またはその他の数の１ＰＧＭ１１２を含むことができる。１ＰＧＭ１１２の各々の出力は、単相ＡＣバス１１４の集合に繋がる。

ある実施例においては、１ＰＧＭ１１２は、インタータイバス（inter-tie busses）１１６の集合により接続された１ＰＧＭのバンク内に結合させることができる。図示の実施例においては、９つの１ＰＧＭ１１２が、１ＰＧＭインタータイグループ１１８のような、３つのインタータイグループにグループ化され、その各々が３つの１ＰＧＭ１１２からなる。１ＰＧＭインタータイグループ１１８の各々は、インタータイバス１１６により接続された３つの１ＰＧＭ１１２を含む。１ＰＧＭ１１２の各々は、インタータイバス１１６を介して、ＤＣ電力を供給および／または引き入れることができる。例えば、１ＰＧＭ１１２の各々は、インタータイバス１１６からＤＣ電力を引き入れるか、あるいは提供しながら、単相ＡＣバス１１４の１つに単相ＡＣ電力を与えることができる。

図示の実施例においては、３つの１ＰＧＭインタータイグループ１１８および３つの単相ＡＣバス１１４が示されているが、その他の実施例も可能である。ある実施例においては、３ＰＧＭ１１０は、１，２，３，６，９，１２またはその他の数の１ＰＧＭインタータイグループ１１８および／または単相ＡＣバス１１４を含むことができる。ある実施例においては、１ＰＧＭ１１２内の接続、インタータイバス１１６および／または単相ＡＣバス１１４は、制御モジュール１０８により制御することができる。１ＰＧＭ１１２が互いに結合されるとともに単相ＡＣバス１１６に結合される様々な方法および実施例に関しては、図９および図１０の説明において述べる。

１ＰＧＭ１１２は、エネルギー収集ノード１２０を含む。ある実施例においては、エネルギー収集ノード１２０が、ソーラエネルギーを収集してＤＣ電力を生成する太陽電池を含む。その他の実施例においては、エネルギー収集ノード１２０を、風車、潮汐発電機、波エネルギーコレクタ、水力発電機、地熱発電機、またはＤＣ電力を生成するために使用することができるその他の電力源とすることができる。

エネルギー収集ノード１２０は、ＤＣ電力をＤＣバスマネージャ１２２に対して与える。ＤＣバスマネージャ１２２は、コンデンサ１２４を使用して、エネルギー収集ノード１２０により与えられるＤＣ電力のレベルを安定化させる。このＤＣバスマネージャ１２２に関しては、図４を参照してより詳細に述べる。ソーラパワー収集の一実施例においては、エネルギー収集ノード１２０の出力が、雲の通過時や、太陽が昇るときまたは沈むとき、あるいはその他の理由により、変化する可能性がある。高電力出力の期間中には、ＤＣバスマネージャ１２２は、コンデンサ１２４内のエネルギーの一部またはすべてを転換および／または蓄積することができる。雲がエネルギー収集ノード１２０を遮るときなど、出力低下の期間中には、ＤＣバスマネージャ１２２は、インバータモジュール１２６に出力される電力量を引き上げるために、コンデンサ１２４内に蓄積されたエネルギーを使用することができる。

様々な実施例においては、コンデンサ１２４は、エネルギー収集ノード１２０から出力された余剰エネルギーを蓄積する１またはそれ以上のエネルギー蓄積要素により置換または補完することができ、エネルギー収集ノード１２０からの利用可能な出力電力が所望レベルを下回るときには、一時的なエネルギー源を提供することができる。そのようなエネルギー蓄積要素は、例えば、１またはそれ以上の電池に充電することにより、余剰電気エネルギーを蓄積することができ、かつ／または、フライホイールエネルギー蓄積システムに機械エネルギーを蓄えることができる。ある実施例においては、エネルギー蓄積要素は、例えば、実質的に密閉された容器（例えば、地下貯留層、人工的な収容システム）内で圧縮ガスの形式で、および／または、その後のエネルギー回収のために上昇させた流体として、エネルギーを蓄えるシステムを含むことができる。例えば、ＤＣバスマネージャ１２２は、圧縮空気を貯蔵容器および／または地下空隙に送り込むことによりエネルギーを蓄積することができ、発電機を作動させるために圧縮ガスを後で使用することができる。別の実施例においては、ＤＣバスマネージャ１２２は、余剰ＤＣ電力を使用して、水またはその他流体を、上昇させた貯蔵容器へと送り込むことができ、必要なときに、重力を利用して水で水力発電機を回転させることにより、位置エネルギーを後で回収することができる。

インバータモジュール１２６は、ＤＣエネルギーを受け取り、そのエネルギーを処理して、変圧器１２８にＡＣ電力を供給する。反転スイッチは、それぞれ回線周波数で作動し、減少した（例えば、５％またはそれ未満の）ＴＨＤを持つＡＣ電力を生成する。インバータモジュール１２６に関しては、図３ａの説明において述べる。インバータモジュール１２６として使用するのに適した追加的な実施例は、発明の名称を“Ｓｕｐｐｌｙ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｆｏｒ Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｌｏａｄｓ”とする２００６年１０月１６日にＢａｂｃｏｃｋ等により出願された米国特許出願第１１／５８２，１１５号にも記載されており、その全体の内容はすべて参照により本明細書に援用される。

変圧器１２８は、インバータモジュール１２６により提供されたＡＣ電力を、単相ＡＣバス１１４により伝達することができる電圧および電流レベルに変換する。ある実施例においては、出力ＡＣ電力の高調波およびＴＨＤのレベルを減少させるように、変圧器１２８を構成することができる。変圧器１２８の実施例に関しては、図４−図６Ｃを参照してさらに詳細に述べる。

エネルギー収集ノード１２０は、カップリング１３２に連結される補助エネルギーコンバータ１３０を含む。補助エネルギーコンバータ１３０およびカップリング１３２は、改善されたソーラエネルギー回収のために、エネルギー収集ノード１２０の位置を合わせる（例えば、ソーラパネルを回転および／または傾斜させて太陽に向ける）ために使用することができる。ある実施例においては、補助エネルギーコンバータ１３０は、予めコンデンサ１２４に蓄えられたエネルギーを引き出すことにより、作動させることができる。例えば、ＤＣバスマネージャ１２２は、エネルギー収集ノード１２０の位置を合わせるために、コンデンサ１２４から補助エネルギーコンバータ１３０に電力を送ることができる。ある実施例においては、補助エネルギーコンバータ１３０は、単相ＡＣバス１１４からエネルギーを引き出すことにより、作動させることができる。例えば、ＡＣ電力は、変圧器１３４により降下されるとともに、整流器１３６によりＤＣ電力に整流されて、ＤＣバスマネージャ１２２により例えば補助エネルギーコンバータ１３０に送られるようにすることができる。

ある実施例においては、補助エネルギーコンバータ１３０は、低エネルギー収集の期間またはスタートアップ中に、ＤＣバスマネージャ１２２から、かつ／または、変圧器１３４および整流器１３６を介して、電力を引き出すことができる。例えば、カップリング１３２は、太陽の位置を追うように、エネルギー収集ノード１２０を向けるように構成することができる。日没時には、エネルギー収集ノード１２０は、太陽エネルギーが回収に利用できなくなるときに、ほぼ西に向けることができる。東に太陽が昇るときには、エネルギー収集ノード１２０は、反対方向に向けることができ、それにより、補助エネルギーコンバータ１３０およびカップリング１３２を作動させるのに十分なエネルギーを収集することができる。補助エネルギーコンバータ１３０は、コンデンサ１２４から電力を一時的に引き出すことができ、それにより、エネルギー収集ノード１２０を回転させて、太陽に向けることにより、ソーラエネルギーの収集を再開させることができる。別の実施例においては、補助エネルギーコンバータ１３０は、コンデンサ１２４から電力を引き出すことができ、それにより、例えば、雲で厚く覆われた朝または日食時など、低エネルギー収集中またはその後に、エネルギー収集ノード１２０を再配置することができる。ある実施例においては、位置合わせシステム１３２は、制御モジュール１０８により操作することができる。一実施形態においては、制御モジュールは、低収集期間中に、例えば、エネルギー収集を再開するのに備えて、ＥＣＮ（エネルギー収集ノード）１２０の姿勢を積極的に変えるのに十分なエネルギーの予備を維持するようにプログラム化されるものであってもよい。

ある実施形態においては、補助エネルギーコンバータ１３０は、ＤＣ電力を生成することができ、このＤＣ電力を、ＤＣバスマネージャ１２２が管理することができる。例えば、補助エネルギーコンバータ１３０は、回生制動を持つ電気モータを含むようにしてもよく、その場合、エネルギーコンバータ１３０は、例えば、水力発電タービンのブレーキを動的にかけて、ＥＣＮ１２０からＤＣバスマネージャ１２２への最適出力電力を維持することができ、それには、余剰エネルギーを蓄積用に電気エネルギーに変換することが含まれる。別の実施例においては、エネルギーコンバータ１３０は、エネルギー収集ノード１２０の制御運動を引き起こし、ノード１２０を停止させる間に運動エネルギーを回収することができる。別の実施例においては、エネルギーコンバータ１３０は、位置合わせ機構（例えば、カップリング１３２）を加圧するか、かつ／またはＥＣＮ１２０からの余剰電力を、カップリング１３２を介して蓄積エネルギーに変換するように構成された油圧または空気圧アクチュエータを含むことができる。

図２は、１ＰＧＭ２００の一例を示している。この１ＰＧＭ２００は、ＤＣバスマネージャ２０２を含む。ＤＣバスマネージャ２０２は、エネルギー収集ノード２０４により生成されてＤＣバス２０６に出力されるＤＣ電力のルーティングおよび安定化の制御を行う。ある実施例においては、エネルギー収集ノード２０４は、様々なエネルギー源からＤＣ電力を生成することができる。例えば、エネルギー収集ノード２０４は、風車、潮汐発電機、地熱発電機、水力発電機、またはＡＣ電力および／またはＤＣ電力を生成することができるその他の装置を含むことができる。少なくともある実施例においては、インバータ１２６の入力と交差して提供される整流および容量性蓄積から分かるように、ＤＣバスマネージャがインバータ１２６に供給する電圧信号は、ＡＣ、ＤＣ、またはその他の非線形または線形波形とすることができる。

ＤＣバスマネージャ２０２は、制御モジュール２０８を含む。制御モジュール２０８は、プロセッサモジュール２１０を含む。プロセッサモジュール２１０は、管理、ユーザインターフェース、信号処理および／または電力管理操作のような、様々な機能を果たすことができる。例えば、プロセッサモジュール２１０は、電力レベルの監視、ＤＣバス２０６の安定化のための電力のルーティングのような、様々な操作を管理することができる。

図示の実施例においては、プロセッサモジュール２１０は、デジタルバスを介して、メモリ２１２を含むメモリデバイス、不揮発性メモリ（ＮＶＭ）２１４および通信インターフェース２１６に接続されている。メモリ２１２は、監視されたバス電力レベルのために一時記憶を提供することができる。メモリ２１２は、例えば、揮発性データ記憶のために、ＲＡＭ、バッファまたはキャッシュメモリを含むことができる。ある実施例においては、プロセッサモジュール２１０は、データを引き出すか、かつ／または記憶するために、メモリ２１２にすぐにアクセスすることができる。ＮＶＭ２１４は、データ（例えば、監視されたＤＣバス電力レベル）および／または実行可能な命令（例えば、アプリケーションソフトウェア）を記憶するための記憶領域を提供することができる。ＮＶＭ２１４は、例えば、フラッシュメモリ、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ、回転メディア（光または磁気ディスクドライブ）を有するデータ記憶デバイス、テープ記憶デバイス、またはそれらまたはそれらデータ源の任意の組合せを含むことができる。

この実施例では、ＮＶＭ２１４は、デジタルアドレス／データバスにより、プロセッサモジュール２１０に接続されている。プロセッサモジュール２１０は、命令を実行するとともに、バスを介して、ＮＶＭ２１４内に格納された情報を取り出すことができる。例えば、ＮＶＭ２１４は、命令を格納するコードモジュール２１８を含み、この命令は、プロセッサモジュール２１０により実行されるときに、ＤＣバス２０６上の電力レベルを管理するためにプロセッサモジュール２１０に操作を行わせる。ＮＶＭ１４５は、基本ＤＣバス管理操作（例えば、ユーザインターフェース、起動、コンフィギュレーション）を支援する操作を含む、その他の操作を実行するために、数多くのその他のコードモジュール（図示省略）を含むことができる。例えば、１つのコードモジュールは、ＤＣバス２０６を通る電流フローの測定値およびＥＣＮ２０４により生成された電力についての情報に基づいてエネルギー蓄積率またはその実質的相当量を演算することができる。電力情報は、直接測定、ユーザ入力および／またはその他の通信方法により受け取ることができる。

制御モジュール２０８においては、デジタルバスが、通信インターフェースモジュール２１６にさらに接続される。通信インターフェースモジュール２１６は、その他のＤＣバスマネージャ２０２、ＥＣＮ２０４および／または制御モジュール（例えば、図１の制御モジュール１０８）との間で通信を行う。通信インターフェースモジュール２１６は、データを送信および／または受信して、有線および／または無線ネットワークによりＤＣバスマネージャ２０２に遠隔接続されたノードからＤＣバス２０６を監視または管理することができる。例えば、通信インターフェースモジュール２１６は、セルラ方式、ＷｉＦｉ（登録商標）、ＷｉＭａｘ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）および／またはその他の無線通信ネットワークにアンテナ２２０を介して無線で通信するように構成することができる。その他の実施例においては、通信インターフェースモジュール２１６は、イーサネット（登録商標）またはその他のデータネットワークフォーマット、電力線通信、ＵＳＢ、ＲＳ２３２、ＦｉｒｅＷｉｒｅ（登録商標）および／またはその他のデータ通信フォーマットを使用して通信するように構成することができる。

ＤＣバスマネージャ２０２は、充電コントローラモジュール２２２を含む。充電コントローラモジュール２２２は、エネルギー蓄積モジュール２２４を充電および／または放電することができる。例えば、ＥＣＮ２０４による高電力出力の期間中、充電コントローラモジュール２２２は、ＤＣバス２０６からの電力を使用してエネルギー蓄積モジュール２２４を充電することができる。低電力出力の期間中、充電コントローラモジュール２２２は、エネルギー蓄積モジュール２２４からの電力を使用してＤＣバス２０６の電力レベルを引き上げる。ある実施例においては、エネルギー蓄積モジュール２２４は、１またはそれ以上のコンデンサ、バッテリ、フライホイール、熱蓄積容器、またはその他の電気的、化学的、動力学的、ポテンシャルまたはその他の形式のエネルギーストレージを含むことができる。

ＤＣバスマネージャ２０２は、モータコントローラ２２８を介してモータ２２６に電力を与えることができる。ある実施例においては、モータ２２６は、図１の補助エネルギーコンバータ１３０を含むことができる。例えば、モータコントローラ２２８は、エネルギー収集の改善のためにＥＣＮ２０４を正しい方向に向けるためにモータ２２６に電力を与えることができる。ある実施例においては、ＤＣ／ＤＣ電力供給装置２３０は、ＤＣバス２０６の電力レベルにおけるＤＣ電力を、モータコントローラ２２８およびモータ２２６により使用可能なＤＣ電力に変換することができる。例えば、ＤＣバス２０６は、２００ＶＤＣ乃至６００ＶＤＣで作動することができ、ＤＣ／ＤＣ電力供給装置２３０は、ＤＣバス２０６電力を、モータ２２６で使用される２４ＶＤＣに変換することができる。

ＤＣバスマネージャ２０２は、ＤＣバス２０６をＤＣインタータイバス１１６に接続することができるスイッチ２３２を含む。ある実施例においては、ＤＣインタータイバスを、図１のＤＣインタータイバス１１６とすることができる。ＤＣインタータイバス１１６は、１ＰＧＭインタータイグループ１１８のような１ＰＧＭインタータイグループ内の１ＰＧＭの中でＤＣ電力を双方向に伝達する。

１ＰＧＭ２００は、インバータモジュール１２６および変圧器２３８も含む。インバータモジュール１２６は、ＤＣバス２０６からのＤＣ電力をＡＣ電力に変換する。インバータモジュール１２６は、反転スイッチ２４０および反転スイッチ２４２を含む。ある実施例においては、反転スイッチ２４０は、ＡＣ波形の一方の半分（例えば、正の半分）を形成することができ、反転スイッチ２４２は他方の半分（例えば、負の半分）を形成することができ、そのため、組み合わせたときに、反転スイッチ２４０，２４２の出力を組み合わせてほぼ正弦波の波形を形成することができる。インバータモジュール１２６の実施例に関しては、図３Ａの説明において述べる。

変圧器２３８は、インバータモジュール１２６により生成されたレベルから、単相ＡＣバス（例えば、図１の単相ＡＣバス１１４）上で送信でき、電力ユーティリティに送信でき、かつ／または送電網に送信できるレベルに、ＡＣ電力を変換する。変圧器は、高調波抑制モジュール２４４および整流器２４６を含む。高調波抑制モジュール２４４は、インバータモジュール１２６により生成されたＡＣ電力内に存在し得る、第３、第５および／またはもっと高次の高調波を抑制する。例えば、高調波抑制２４４は、高調波成分を抑制して、変圧器２３８の二次巻線２４８に存在するＴＨＤを減少させ、それにより、送電網に電力を与えるための電力ユーティリティ条件を満たすことができる。変圧器２３８の実施例に関しては、図４−図６の説明においてさらに詳細に述べる。

ある実施例においては、高調波抑制モジュール２４４は、受動部品（例えば、コイル、抵抗器、コンデンサ）を含むことができる。

その他のある実施例においては、高調波信号成分を抑制するために、能動部品を使用することができる。例えば、能動的に制御された増幅器は、デジタル技術を使用して、１またはそれ以上の高調波を有する電流信号を生成することができ、その場合、各高調波電流が、対応一次巻線高調波電流により生成される二次巻線２４８における高調波フラックスを能動的および実質的に相殺するために位相シフトされる。そのような実施例においては、能動的に生成された高調波抑制電流を、二次出力巻線２４８と同心円状に巻くことができる単一巻線上で、同時に駆動することができる。その他の実施例においては、能動的に駆動された高調波電流を、２またはそれ以上の高調波抑制巻線へと分離させることができる。

ある実施例においては、１ＰＧＭ２００は、例えば、ＥＣＮ２０４による低出力の期間中に、ユーティリティ電力を使用することができる。例えば、ＥＣＮ２０４は、ずれが生じて、モータ２２６により再配置する必要があり、エネルギー蓄積モジュール２２４が使い果たされる場合がある。二次巻線２４８におけるユーティリティ電力を、変圧器２３８により変換するとともに、整流器２４６により整流して、ＤＣバスマネージャ２０２にＤＣ電力を与えることができる。ＤＣバスマネージャ２０２は、変換されたユーティリティ電力を送って、モータ２２６を作動し、ＥＣＮ２２４を充電し、かつ／または制御モジュール２０８を作動することができる。

図３Ａおよび図３Ｂは、本明細書の様々な実施形態に示すように、高効率で低ＴＨＤのＡＣ出力電力を生成するために操作することができる例示的なインバータおよび電気波形を示している。インバータおよびその動作の一例は、発明の名称を“Ｓｕｐｐｌｙ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｆｏｒ Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｌｏａｄｓ”とする２００６年１０月１６日にＢａｂｃｏｃｋ等により出願された米国特許出願第１１／５８２，１１５号にさらに詳細に記載されており、その全体の内容はすべて参照により本明細書に援用される。

図３Ａは、ＤＣ入力からＡＣ誘導負荷にエネルギーを供給する電力ステージ３１０ａ，３１０ｂの例示的な組合せの概略図を示している。ある実施例においては、電力ステージ３１０ａ，３１０ｂを組み合わせることにより、図１のインバータモジュール１２６を形成することができる。この実施例においては、電力ステージ３１０ａ，３１０ｂは、実質的に同様のものであり、それらは実質的に同じ電気回路を有し、同じ電力源から（例えば、ダイオード３１５を介して）電力を取り出す。それらは、主に、出力信号のタイミングにおいて異なる。様々な実施例においては、電力ステージ３１０ａ，３１０ｂは、出力電流を負荷に交互に供給することができる。具体的には、電力ステージ３１０ａは、一方向出力電流Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを負荷に対して第１方向に供給することができ、電力ステージ３１０ｂは、一方向出力電流Ａ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’を負荷に対して第２方向に供給することができる。ある実施例においては、より広い応答幅（例えば、低インダクタンスパス）および／または増加したキャパシタンスを提供する２またはそれ以上の並列なキャパシタンスを使用して、コンデンサ３２０を実装することができる。

例示的な実施例においては、コントローラ（例えば、図１のコントローラモジュール１０８）は、制御信号を生成して、電力ステージ３１０ａを使用して動作サイクルを実行することができる。電力ステージ３１０ａの動作サイクル中、コントローラは、電力ステージ３１０ｂにおけるすべてのスイッチを切り、それにより、ステージ３１０ａからの任意の出力電流がステージ３１０ｂ内に流れるのを防止することができる。同様に、コントローラは、電力ステージ３１０ｂがその動作サイクルを行っているときに、ステージ３１０ａを無効にすることができる。

インバータコントローラは、公共送電網の波形におけるキーポイント（例えば、ピーク、ゼロ交差）に応答してインバータ半サイクルを引き起こすことにより、ほぼ回線周波数および位相にインバータのスイッチング動作を同期させる。その他のある実施例においては、コントローラは、ユーティリティにより供給されるコマンドタイミング信号（例えば、ＲＦ、固定電話、衛星を介して）に同期させることができる。ある実施例においては、位相整合を、ユーティリティ生成サイトから遠く離れた局所的な位相条件、あるいは図１の設備１００内の位置と関連する位相差異による位相条件を補償するために、進めるか、または遅らせることができる。

電圧調整は、上述したように、電力が設備から公共送電網に流れるように公共送電網よりも僅かに高い電圧を出力するように、制御することができる。ユーティリティインターフェース１０４およびＡＣバス１０６を介して電圧および電流フローを監視することにより、公共送電網に伝送される電力量を監視して、１ＰＧＭからの電圧（例えば、パルス幅）および位相（例えば、タイミング）の適当な調節により監視および制御することができる。

図３Ｂおよび図３Ｃは、インバータ１２６の電力ステージの動作を示す例示的な電圧および電流波形のプロットを示しており、それには、高調波成分を減少させるための一次電流波形構成の例示的な説明も含まれる。

図３Ｂに示す実施例においては、プロット３３４は、ＤＣバスマネージャ１２２が単極の入力電圧を与えることを示している。この場合、電圧は、ＥＣＮ１２０により供給されるものであってもよい。その他の実施例においては、ＤＣバスマネージャ１２２が、例えば、半波長または全波長整流ＡＣ信号のような、その他の適当な単極またはＤＣ源であってもよい。ある適用例においては、ＤＣバスマネージャ１２２は、電圧形特性（voltage stiff characteristic）を示す可能性があり、それは、例えば、コンデンサ１２４のような非常に大きいホールドアップコンデンサによりもたらされる可能性がある。その他のある適用例においては、電力源は、実質的なホールドアップキャパシタンス無しに、整流ＡＣ信号（例えば、地熱、風、流体動力により駆動されるタービン式の発電機からの信号）を提供することができる。

プロット３３６は、ＤＣバスマネージャ１２２が、例示的な動作サイクルのその他の期間中ではなく、期間Ｂ（例えば、Ｉ_ｉｎ＝Ｉ_ｏｕｔ）中に入力電流Ｉ_ｉｎを一次巻線に供給することを示している。

プロット３３８は、入力ノード３０５におけるＶ_ｉｎが期間Ａのはじめに上昇されることを示しており、それが、コンデンサ３２０における充電を反映している。

出力電流Ｉ_ｏｕｔのプロット３４０は、構築された変圧器の一次巻線電流を示すものであるが、期間Ａ中のコンデンサ３２０の放電が、負荷に実エネルギーを供給し、それが、有利なことに、動作サイクル中のＤＣバスマネージャ１２２から取り出される電力を減少させることができることを示している。

プロット３３８，３４０は、期間Ｄ中の出力電流Ｉ_ｏｕｔの制御された減少およびコンデンサ３２０の充電も示している。Ｉ_ｏｕｔの制御された減少は、有利なことに、逆起電力（ＲＥＭＦ）の振幅を制御することができる。

プロット３４２は、拡大図において、プロット３４０における期間Ｃの周囲の出力電流Ｉ_ｏｕｔ波形の一部を示している。ある実施例においては、期間Ｃは、期間Ａ，ＢおよびＤよりも短い。この実施例においては、期間Ｃ中、プロット３４０の傾き（例えば、ｄＩ_ｏｕｔ／ｄｔ）が、電圧制限器３２５の動作により実質的に制御される。ある実施形態においては、ＲＥＭＦ電圧信号に関連するノイズエネルギーおよび振幅を大幅に減少させるのに十分となるように、上記傾きを制御することができる。

ある適用例においては、エネルギーが負荷に供給される不定期間のための割り込み無しに、一連の動作サイクルを生じさせることができる。例えば、動作サイクルはほぼ固定された期間を有することができ、その期間には、例えば、約１０ミリ秒と約２０ミリ秒との間、約１ミリ秒と約３０ミリ秒との間、約５０マイクロ秒と約１０００マイクロ秒との間、または、６０マイクロ秒未満が含まれるが、それらに限定されるものではない。ある適用例においては、１またはそれ以上の有限数の一連の期間が、可変回数電力を負荷に供給しないことにより、割り込まれるものであってもよい。ある実施形態においては、動作サイクルの期間は、負荷条件、入力コマンドまたはその他の要件（例えば、可聴の共振周波数を避けるためのもの、フィルタリング要件、ユーティリティに供給される電力に対する同期）に応じて変化するものであってもよい。

さらなる説明のために、図３Ｃは、例示的なプロット３５０，３５５，３６０，３６５および３７０を含み、それらが、例えば図３Ａを参照して上述したように、負荷における双方向電流を示している。また、図示の実施例の負荷は、ＡＣモータを含んでいる。したがって、図３Ｃのプロットにおける波形は、モータにより生成される時間可変逆ＥＭＦを反映している。

プロット３７０の出力電流Ｉ_ｏｕｔは、双方向であり、ＡＣモータに供給されるものであるが、図１のインバータモジュール１２６は、期間Ｃ，Ｄ，Ｃ’およびＤ’中、制御されたｄＩ_ｏｕｔ／ｄｔを与える。したがって、ＲＥＭＦ電圧を良好に制御することができ、それにより、上述したように、様々な利点を与えることができる。さらに、期間ＤおよびＤ’中に捕捉されたエネルギーは、続く期間ＡおよびＡ’中にそれぞれ再利用することができる。

図４は、高調波を抑制するための巻線を含む変圧器４００の一例を示している。変圧器４００は、磁性コア４１０、一次巻線４２０および二次巻線４３０を含む。ある実施例においては、一次巻線４２０は、図１のインバータモジュール１２６のようなインバータモジュールのＡＣ出力に接続することができ、二次巻線は、単相ＡＣバス１１４のような単相ＡＣバスに接続することができる。変圧器４００は、インバータモジュールにより与えられたレベルから、単相ＡＣバスに送信できるレベルに電力を変換する。一実施例においては、１ｋＷのインバータモジュールは、３００ＶＤＣを受け入れて、約４．８Ａで２０８ＶＡＣを出力することができる。

二次巻線は、第３高調波抑制巻線４４０および高調波抑制モジュール４５０を含む。適性に調整されるとき、第３高調波抑制巻線および高調波抑制モジュール４５０は、さもなければ一次巻線４２０における入力ＡＣ電力から、二次巻線４３０上のＡＣ出力電圧信号へ伝播することとなる第３高調波信号を実質的に除去する電子回路を形成する。図示の実施例においては、変圧器４００は、高調波抑制モジュール４５０に接続された第３高調波抑制巻線４４０と、高調波抑制モジュール４７０に接続された第５高調波抑制巻線４６０とを含み、その各々が、さらに高次の高調波を抑制するために調整される。ある実施例においては、１またはそれ以上の追加的な（例えば、第７の、第１１の）より高次の高調波抑制巻線およびモジュールを提供して、選択されたより高次の高調波を抑制するために調整される。このため、高調波周波数が抑制されて、選択された高調波を減衰することができ、それにより、二次巻線４３０のＡＣ出力信号のＴＨＤを減少させることができる。

ある実施例においては、変圧器４００を高インピーダンス変圧器とすることができ、それは、有利なことに、変圧器を通じて、故障のときには公共送電網からの故障電流を制限することができる。ある実施例においては、変圧器４００は、ＤＣバスマネージャ１２２および／またはインバータモジュール１２６のようなその他の部品とともに使用して、高効率レベル（例えば、９７％またはそれ以上）でＤＣ電力をＡＣ電力に変換することができる。ある実施例においては、変圧器４００は、１ＰＧＭと公共送電網との間の実質的な電気的遮蔽を与えることができる。ある実施例においては、変圧器４００は、多相の巻線により構成することができ、それには、それに限定される訳ではないが、２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１２，１５，１８，２０，２４相の巻線が含まれ、それらは、共通または独立のコアに巻かれて、多相ＡＣ信号（例えば、中立接続を有するまたは有さない、ＷＹＥ、Ｄｅｌｔａなど）を提供する。

図５Ａ−図５Ｄは、実験的試験セットアップの一例において使用される変圧器５００の一例の出力および構成を示している。図５Ａには、変圧器５００の側面図が示されている。実験的変圧器セットアップは、約１６０ＶＤＣ入力、１２１ＶＡＣ出力、約９６Ｗと１６０Ｗとの間で動作するとみなされた。

変圧器５００は、インバータモジュールにより生成される減少したインピーダンス効果を実質的に補償できるＡＣ電圧−ＤＣ電圧比により、ＤＣ電圧から作動するように巻き付けられた。一実施例においては、１．２の係数と、１６０ＶＤＣのＤＣ供給電圧との乗算により、１９２ＶＡＣの設計電圧がもたらされた。変圧器５００の一次側５０５を１９２ＶＡＣの動作のために巻き付けることにより、変圧器は、インバータモジュールにより１６０ＶＤＣで動作するように構成された。

変圧器は、ＤＣからＡＣへの電力等価を試験するために、１：１の入力・出力比で設計された。また、実用的な成分値を有する改善された能力を得るために、特別な注意が高調波抑制モジュールに与えられた。実験の目的の１つは、変圧器の高調波抑制特性が５％またはそれ未満のＴＨＤレベルでＡＣ電力を生成することができるかどうかを判定することであった。

プロトタイプ変圧器設計は、変圧器５００の一次側５０５および二次側５１０部分における第３および第５高調波制御のために同心円状に巻かれた高調波抑制巻線により作られた。第３セットの巻線５１５は、高調波制御試験のための別の選択肢およびその他の選択肢として磁気分路５２０により変圧器５００に加えられた。

実験は、適切な高調波巻線の容量値を判定するために実行された。様々な低コストで非極性コンデンサが、この目的のために得られた。高調波抑制モジュールとして機能するコンデンサは、二次側５１０の第３高調波巻線に接続され、電力は７０％に設定された。キャパシタンスが電気回路に加えられたときに、結果が観察された。コンデンサを二次側２１０の第３高調波巻線に接続することにより、フライバック捕捉エネルギーは、それ程影響を受けることはなかった。１８０Ｈｚの転換点が近付くに連れて、電流ピークが半サイクルの中心に実質的に引き込まれ、正弦曲線の円形化が明らかとなった。一次電流は、１０％未満のＴＨＤを生成するために調整された。オシロスコープ測定値は、二次巻線５１０からの出力電圧が約６％のＴＨＤを有するほぼ正弦波であった。さらに、コンデンサバンクの微調整はＴＨＤを３．８％まで減少させた。

インバータモジュールは、２００オームの負荷で１２０ＶＤＣで作動するように設定された。ＤＣ入力、ＡＣ出力電圧および電流、高調波巻線電流、電圧および電力測定値が、巻線抵抗からの１ＰＧＭのＩｓｑＲ損失を計算するために取得された。その後、ＩｓｑＲ損失が全電力から差し引かれて、ヒステリシス損失および電力伝達効率が計算された。その結果は以下の通りであった。

・ＤＣ入力電力＝８００ｍＡ平均×１２０ＶＤＣ＝９６ワット
・１２０ＶＤＣにおけるスイッチ損失＝６％＝５．７６ワット
・一次巻線損失＝１．１２Ａ ＲＭＳの二乗×４．２オーム＝５．２６ワット
・二次巻線損失＝０．６１６Ａ ＲＭＳの二乗×４．２オーム＝１．８ワット
・高調波巻線損失＝２．８８Ａ ＲＭＳの二乗×０．８オーム＝６．６ワット
・高調波コンデンサ損失（電力分析器により測定された）＝１．３ワット
・全スイッチおよびＩｓｑＲ損失＝２０．７１ワット
・９６ワット入力電力−２０．７１ワットＩｓｑＲ損失＝７５．２９ワット
・変圧器出力ワット＝１２１ＶＡＣ ＲＭＳ×０．６１６Ａ ＲＭＳ＝７４．５４ワット
・７４．５４出力ワット／７５．２９×１００＝ＩｓｑＲ損失の無い変圧器効率＝９９％

この実験は、１ＰＧＭが９９％の効率で、かつ１％またはそれ未満の変圧器コア損失で動作できることを示唆している。

ＶＡＣ変圧器出力調整範囲に対するパルス幅を調査するために、すなわち、全ＶＡＣ出力ＴＨＤを５％未満で保持しながら、どの程度の出力ＶＡＣ電圧レベル制御を実験システムが有しているのかを判定するために、試験の別のラウンドが行われた。ＤＣ入力電力レベルが、減少された変圧器出力電圧で満足なノイズレベルを維持しながらも加えることができる電気エネルギーの最小量を判定する目的で変調されたパルス幅であるとき、変圧器５００の一次側５０５電流および変圧器５００の出力電圧が監視された。

インバータモジュールの調整範囲は、１０４ＶＡＣと１２６ＶＡＣとの間、２２Ｖ ＲＭＳ（実効値）の範囲であることが観測された。ほとんどの調整範囲を通じて、変圧器出力は、４％ＴＨＤ未満に維持された。ＰＷＭ電力調整のこの形式は、ほぼ無損失であるように見える。調整に失われた電力はほとんど見出されなかった。

さらなる実験が、如何にして実験システムが歪んだ普通ではない負荷を扱うのかを観察するために実施された。オシロスコープが、ユーティリティに対する１ＰＧＭの電力比較試験を実行するために、建物に供給されたユーティリティ電力と同期を取られた。観察結果によれば、ユーティリティが４．３％であったのに対して、１ＰＧＭのＡＣ出力電圧が、２．７％のＴＨＤレベルを有していた。

例えば、大きな誘導負荷の下で実験システムの挙動を観察するために実験が行われた。２０ｍＨのチョークを２００オームの負荷と直列に配線したが、実験システムは問題を示すことなく作動した。チョークは、出力回路に約７オームのインピーダンスを加えるように見え、電圧を僅かに降下させた。２０ｍＨの誘導負荷は、その後４００ｍＨの誘導負荷に置き換えられ、結果として得られた出力電圧は、低い歪んだ電流により、３００ＶＡＣを超えて押し上げられた。同様の実電力レベルが観察され、１ＰＧＭが損傷を生じることなく負荷を処理した。

インバータの周波数および位相タイミングは、同期信号のみに基づくものであっても、あるいは調整可能な位相遅延により調整されるときに同期信号に基づくものであってもよい。実験観察に基づいて、位相制御の調整は、ユーティリティの電力信号に対して固定された＋９０度から−９０度の位相を示し、そのパフォーマンスは、実質的に過渡無しであった。

例示的な実施形態においては、ユーティリティ回線周波数の２倍（例えば、１００，１２０Ｈｚ）における同期信号は、例えば、回線電圧のピークおよび／またはゼロ交点から、導き出すことができる。ある実施例においては、同期信号は、例えば、１２０Ｈｚパルスストリームの形式を取ることができる。ある実施例においては、遅延タイマーにより判定されるように、２の全サイクルの遅延を有する公共送電網電圧に、インバータを同期させることができる。例えば、遅延はユーティリティ同期信号の２周期（例えば、約３３．３３ミリ秒）後とすることができる。遅延した１２０Ｈｚ同期信号は、６０Ｈｚのインバータスイッチングプロセスを駆動することができる。例示的な実施例においては、約３３．３３ミリ秒の遅延を加えることにより、インバータ一次電流を、ユーティリティ電圧のゼロ交点と位相を実質的に整列させることができる。タイマ遅延が４．１５ミリ秒減少すると、一次電流は、ユーティリティ電圧の約９０度前から開始することとなる。タイマ遅延が４．１５ミリ秒増加すると、一次電流は、ユーティリティ電圧の約９０度後から開始することとなる。したがって、位相制御は、制御可能に円滑に（例えば、実質的に過渡を生じることなく）広い範囲に亘って連続的に調整されて、正確かつ安価に、供給された電力の位相を、ユーティリティ回線電圧の位相に、電力フローが結合する位置（例えば、ユーティリティインターフェース１０４）において正確に一致させることができる。

実験的観察に基づいて、インバータの動作は、イベント（例えば、同期パルスの損失）の後に最大約１／２サイクルでシャットダウンすることができ、そのシャットダウンの結果として、過渡が生じることは実質的になかった。

インバータは各半サイクルで一次巻線に蓄えられた磁気エネルギーを取り戻すため、少なくとも部分的には、インバータの急激なシャットダウンは過渡現象を引き起こさないと思われている。この復帰プロセスは、変圧器コアを実質的に、電力供給を絶った状態に戻すと思われている。このため、上述したエネルギーの復帰は実質的に、インバータが突然シャットダウンされたときに変圧器コア内の磁気エネルギーが非制御の過渡エネルギー（例えば、電圧ノイズ）をもたらす可能性を大幅に減少または除去すると思われている。

図５Ｂは、変圧器５００の一実験構成５５０を示している。第３高調波抑制巻線５５５および２５０ｕＦのコンデンサ５６０が使用された。

図５Ｃは、実験中に観察された様々な波形例５７５−５９０を表示するオシロスコープのスクリーンショット５７０の一例を示している。波形５７５は、変圧器一次側５０５入力電圧波形を表示している。波形５８０は、変圧器一次側５０５入力電流波形を示している。波形５８５は、変圧器二次側５１０出力電圧波形を示し、波形５９０は、変圧器二次側５１０出力電流波形を示している。波形５７５は、インバータモジュールがフライバックエネルギーを捕捉して、ほぼ正弦波の電流波形５８０を有し、ＩｓｑＲ損失以外の大幅に減衰された損失（例えば、コア損失、スイッチング損失）を有する双方向ＤＣ電圧波形を形成できることを示している。波形５８０は構成された波形であり、これは、１ＰＧＭの電気的スイッチングプロセスと、さもなければヒステリシスおよび／または変圧器コア加熱に失われるであろう蓄積された変圧器５００のコアエネルギーの利用とにより作り出されるものである。

この実験においては、システムは、波形構成（高調波抑制巻線無しに）を使用して、純正弦波の約２０％以内で良好な高調波プロファイルを有する交流一次電流波形５８０を生成した。一次巻線と関連する第３高調波フラックスと実質的に対抗するように１８０Ｈｚの第３高調波の位相を位置合わせするために調整された変圧器５００の二次側５１０に、１つの高調波抑制巻線を加えることにより、変圧器５００は、大幅に減少された第３高調波成分を有する二次巻線出力電圧信号を生成した。実験的な二次巻線電力出力は、二次電圧波形５８５および二次電流波形５９０により示される。波の形状は、一次電流波形５８０にも影響を与え、それは、２０％ＴＨＤから７．５％ＴＨＤに至るまでＴＨＤの減少を示した。

出力電圧のための％ＴＨＤは、図５Ｄに示すように、様々なパルス幅の下で実験的に決定された。表５９２は、インバータ１２６により加えられるパルス幅と変圧器５５０の二次巻線５１０における出力電圧調整との間の関係を評価するために、様々なスイッチングパルス幅で測定される出力電圧についての実験的な％ＴＨＤ値の一例を示している。この実験においては、インバータシステムは、変圧器一次巻線を通じて２００オームの負荷を有する１２０ＶＤＣパルス幅変調信号を出力するように構成された。パルス幅変調が変化したときに、変圧器の出力電圧および％ＴＨＤが測定された。

表５９２は、変圧器出力％ＴＨＤが５％またはそれ未満である場合の結果の代表的なサンプルの抽出を表示している。表５９２が示すように、実験的な構成においては、インバータの調整範囲は、約１０４ＶＡＣ乃至１２６ＶＡＣ，あるいは２２Ｖ ＲＭＳの範囲であった。この範囲の殆どを通じて、％ＴＨＤが実質的に５％未満で維持された。例えば、１２０ＶＡＣにおける２．５２％ＴＨＤの出力は、７８％の印加パルス幅で測定された。

図６Ａ−図６Ｃは、第２の実験的な試験セットアップにおいて使用された一例としての変圧器６００の構成および出力を示している。図６Ａには、変圧器６００の側面図が示されている。この実験の変圧器６００は、３００ＶＡＣの出力用の１：１の巻数比の一次巻線６０５および二次巻線６１０により構成された。シャント６１５は巻線６０５を分離する。シャント６１５は、様々な実施例の要求を満たすために調整することができる。例えば、フライバックエネルギー捕捉は、シャントを調整して、一次漏れインダクタンスを増加させることにより増大させることができ、一次漏れインダクタンスは、反転スイッチ２４０，２４２により取り戻すことができる。ある実施形態においては、一次巻線５０５の一次漏れインダクタンスは、十分なフライバックエネルギー捕捉を提供して、システムのＴＨＤ仕様を満たす波形構成を行うことができる。その他の実施形態においては、十分なフライバックエネルギーが取り戻されて、システムのＴＨＤ仕様を満たす波形構成を行うことができるように、補助インダクタンスを一次巻線に直列に与えることができる。

図６Ｂは、変圧器６００の実験的な構成６５０を示している。構成６５０は、１：１の巻数比の一次巻線６０５および二次巻線６１０を含む。実験的なプロトタイプにおいては、高調波抑制巻線６５５は、二次巻線６１０と同心円状に巻き付けられている。コンデンサ６６０は、高調波抑制巻線６５５と並列に接続されている。

構成６５０においては、一次巻線６０５と高調波抑制巻線６５５における基本電流間の約６０度進んだ位相シフトを引き起こすために、コンデンサ６６０の値が実験的に調整された。ある実施例においては、この位相シフトは、高調波抑制巻線における第３高調波電流波形の位相をシフトして、一次巻線６０５における第３高調波電流を有する位相から離れるものと思われている。この実験においては、二次巻線６１０における第３高調波電圧の大幅な減少を達成するためのコンデンサ６６０の値は、５０ｕＦの付近で見付けられた。容量値は、例えば、抑制巻線６５５の回路パラメータ（例えば、巻数、インダクタンス、容量）を調節することによって選択することができ、それにより、巻線６０５，６５５における第３高調波電圧の相対的な位相を実質的に制御することができる。別の実施例においては、容量値は、一次巻線６０５と、巻線６５５のような高調波抑制巻線における基本電流間の位相シフトを生成するために選択することができ、その結果、それら巻線における第ｎ高調波電流が、二次巻線６１０に接続される第ｎ高調波フラックスの実質的な相殺をもたらすこととなる。これは、大幅に減衰された第３高調波成分を有する出力電圧を実現する。

図６Ｃは、実験中に観察された様々な波形例６７５−６９０を表示する、一例としてのオシロスコープのスクリーンショット６７０を示している。波形６７５，６８０は、高調波抑制巻線６５５の電圧および電流をそれぞれ示している。波形６８５は、全負荷（例えば、３００ＶＤＣ、１ｋＷ、９０オームの負荷）下の変圧器６００の二次巻線６１０で観察される電圧を示している。波形６９０は、取り戻されたフライバックエネルギーを使用するインバータにより構成されるように、一次巻線６０５における電流を表示している。％ＴＨＤは、出力電圧波形６８５において２．２％であるとして測定された。

なお、波形６７５，６８０は、高調波抑制巻線６５５の基本電圧および電流がほぼ９０度位相がずれて見えることを示しており、高調波抑制巻線６５５の基本周波数における電力損失が一次抵抗損失を含むように見えることを示している。

インバータ１２６の実施例のようなインバータで動作中の実験においては、変圧器６００の応答が、５０％乃至１００％の抵抗負荷の範囲に亘って（５０％負荷未満のデータは取得されなかった）、ほぼフラット（例えば、良く調整され、安定した状態）であり、パルス幅変調により制御可能であった。変圧器６００は、連続使用動作において全電力を伝送するのにほとんど問題を生じないことが観察された。

図７は、ＤＣからＡＣ電力へ変換する機器を含む屋外筐体７００の一例を示している。ある実施例においては、筐体７００は、迅速な設置、修理、１またはそれ以上のサブコンポーネントの置換のために、実質的にモジュール式に構成することができる。ある実施形態においては、モジュール筐体７００は、信号、電力および通信のための急速着脱式のインターフェースを含むことができ、それにより、全体の筐体７００を数分で取り付け、あるいは交換することが可能となっている。ある実施形態においては、各１ＰＧＭについての変圧器は、モジュールから個別に取り除くことができ、それにより、重量を減らすとともに、例えば、追加的な変圧器および／または１ＰＧＭ電気モジュールを筐体７００に追加することによりやがて増加することとなる異なる数の位相を提供するためのフレキシビリティを提供することができる。このため、筐体７００は、設備１００の動作および予算要求を満たすために、上方および下方へのスケーラビリティを提供することができる。

一般に、屋外筐体７００は、１またはそれ以上のエネルギー収集ノード１２０のような局所的なＤＣ電力源の近傍に配置され、それにより、例えば、設備１００内のかなりの距離（例えば、５０フィートを超える）の送信のために高電圧ＡＣ電力に変換される前にＤＣ電力を相対的に低電圧および高電流で伝達しなければならない距離を低減することができる。

この実施例に示される屋外筐体７００は、入力導管７０２を介してＤＣ電力源に接続されている。数多くのＤＣ導体７０４が入力導管７０２を通過する。ある実施例においては、導管７０２は、物理的損傷からＤＣ導体７０４を実質的に保護し、かつ／またはモジュールベースに迅速に設置できるように構成することができる。ＤＣバスマネージャ７０６は、ＤＣ導体７０４からＤＣバスマネージャ７０８、数多くのインバータモジュール７１０ａ−７１０ｃおよびＡＣ−ＤＣコンバータモジュール７１２に、ＤＣ電力を伝導する。ある実施例においては、ＤＣバスマネージャ７０８を、図１のＤＣバスマネージャ１２２とすることができる。ある実施例においては、インバータモジュール７１０ａ−７１０ｃを、インバータモジュール１２６のようなインバータモジュールとすることができる。ある実施例においては、ＡＣ−ＤＣコンバータモジュール７１２は、エネルギー収集が低いときに設備の動作のためにＡＣユーティリティ電力をＤＣ電力に変換することができる。ある実施例においては、ＡＣ−ＤＣコンバータモジュール７１２は、図１の変圧器１３４および整流器１３６の組合せ、および／または図２の整流器２４６を含むことができる。

ＤＣバスマネージャ７０８は、コンデンサバンク７１４に接続されている。コンデンサバンクは、電力の蓄積および／またはＤＣバス７０６への電力の提供に使用することができる１またはそれ以上のコンデンサ７１６を含む。コンデンサバンク７１４は、コンデンサ拡張空間モジュール７１８に接続されている。ある実施例においては、コンデンサ拡張空間モジュール７１８は、コンデンサ１７６のような追加的なエネルギー蓄積要素を加えるために空間および接続を与えることにより、ＤＣバスマネージャ７０６に利用可能な容量性蓄積能力を増加させるために使用することができる。筐体７００内のコンデンサ蓄積は、例えばシステム仕様により要求されるパフォーマンスを満足および維持するために、やがて発生する、アップグレード、修理またはエネルギー蓄積要素の交換に対するフレキシビリティを与える。

インバータモジュール７１０ａ−７１０ｃの各々は、変圧器７２０ａ−７２０ｃにも接続されている。インバータモジュール７１０ａ−７１０ｃは、ＤＣバス７０６からのＤＣ電力をＡＣ電力に変換する。ある実施例においては、変圧器７２０ａ−７２０ｃの各々は変圧器１２８を含むことができる。

ある実施例においては、変圧器７２０ａ−７２０ｃは、ＡＣ電力を、ユーティリティ、ユーティリティインターフェース（例えば、図１のユーティリティインターフェース１０４）および／または下流の電気設備により使用できる電圧レベルに変換する。ある実施例においては、変圧器７２０ａ−７２０ｃは、出力電圧信号の１またはそれ以上の高調波を実質的に抑制することができる。ある実施例においては、変圧器７２０ａ−７２０ｃは、ユーティリティからインバータモジュール７１０ａ−７１０ｃを隔離することができる。

変圧器７２０ａ−７２０ｃは、隔離された高電圧部７２２内に配置されている。ある実施例においては、隔離された高電圧部７２２は、物理的および／または電気的に、屋外筐体７００におけるその他の構成要素から、変圧器７２０ａ−７２０ｃを実質的に隔離することができる。例えば、屋外筐体７００は、変圧器７２０ａ−７２０ｃへの接触から技術者を保護しながらも、構成要素７０４−７１０にアクセスするために、技術者によって開放することができる。

変圧器７２０ａは、追加的な一次巻線７２４を含む。ある実施例においては、追加的な一次巻線７２４は、二次巻線に接続されたユーティリティ電力を、ＡＣ−ＤＣコンバータモジュール７１２により使用できる電力レベルに変換して、ＤＣ電力を生成するために使用することができる。

変圧器７２０ａ−７２０ｃのＡＣ出力は、遮断ボックス７２６に接続されている。ある実施例においては、遮断ボックス７２６は、ＡＣ電力に接続および／または遮断するために使用できる、スイッチ、ブレーカ、ヒューズ、ロックアウトおよび／またはその他構成要素を与えることができる。遮断ボックス７２６に接続されるＡＣ電力導体は、ＡＣ導管７２８を介して、屋外筐体から引き出される。

屋外筐体７００は３つのＡＣ出力を含むものとして示されているが、その他の数量の出力を使用することも可能である。ある実施例においては、インバータモジュール７１０ａ−７１０ｃは、独立に位相を調整することができる。例えば、３つのインバータモジュール７１０ａ−７１０ｃは、三相出力を生成するように構成することができる。ある実施例においては、インバータモジュール７１０ａ−７１０ｃの一部またはすべてを同期させて、あるいは何れも同期させないで、単相を出力することができる。例えば、インバータ７１０ａ−７１０ｃは、個々のインバータモジュールが自身で生成することができる信号よりも大きい、結合された単相ＡＣ信号を出力するために、同期させることができる。

ある実施例においては、インバータモジュール７１０ａ−７１０ｃの同期および非同期の様々な組合せは、図１のエネルギー収集設備１００のようなエネルギー収集設備にフレキシビリティを提供することができる。例えば、屋外筐体は、エネルギー収集設備の初期の構成において、三相出力用に設定することができる。追加的なＥＣＮおよび屋外筐体１００が配置されると、筐体１００は単相（例えば、第１位相）を出力するために再構成することができる。屋外筐体１００の第２設定は、第２位相を出力するために構成することができ、第３設定は、第３位相を出力するために構成することができる。別の実施例においては、屋外筐体１００の位相調整は、ＥＣＮのセットまたは屋外筐体１００のその他のインスタンスにおける機能停止を解消するために、あるいは不安定な電気位相を安定化させるのを補助するために再構成することができる。

図８は、屋外筐体８１０によりＤＣ−ＡＣ変換用の電力を収集するＥＣＮ８０５の集合８００の一例を示している。一般に、ＥＣＮ８０５により収集されるＤＣ電力は組み合わされて、屋外筐体８１０に伝達され、屋外筐体８１０において、ＤＣ電力が三相のＡＣ電力に変換される。

ＥＣＮ８０５は、３グループ８１５ａ−８１５ｃにまとめられており、それらＥＣＮ８０５の各々の出力が、接続箱８２０ａ，８２０ｂおよび８２０ｃで結合されている。この実施例においては、グループ８１５ａ−８１５ｃの各々が、２５ｋＷのＤＣ電力（例えば、５２Ａにおいて４８０ＶＤＣ）、合計で７５ｋＷを生成するものとみなされている。

ＤＣ電力は、屋外筐体８１０に伝達される。ある実施例においては、屋外筐体８１０を、図７の屋外筐体７００とすることができる。屋外筐体８１０は、３つのＤＣ入力を、３つの１２ｋＶＡＣ，２．１Ａ ＲＭＳ位相、合計で７５ｋＷの三相ＡＣ電力に変換する。

図９は、ＤＣ電力を三相ＡＣ電力に変換するための３ＰＧＭ９００の一例を示している。ＥＣＮの各々は、２５ｋＷのＤＣ供給９０５を与える。２５ｋＷのＤＣ供給９０５の各々は、インバータモジュール９１０ａ，９１０ｂおよび９１０ｃの入力に接続されている。インバータ９１０ａ−９１０ｃは、３つのＤＣ入力を、３つの１２ｋＶＡＣ，２．１Ａ ＲＭＳ位相、合計で７５ｋＷの三相ＡＣ電力に変換する。インバータモジュール９１０ａ，９１０ｂおよび９１０ｃのＡＣ出力の各々は、遮断モジュール９１５ａ，９１５ｂおよび９１５ｃにそれぞれ接続されている。その後、ＡＣ出力は、三相ＡＣ電力収集バス９２０の三相に引き渡される。

インバータモジュール９１０ａ，９１０ｂおよび９１０ｃのＤＣ入力は、スイッチ９２５ａ，９２５ｂおよび９２５ｃのセットにも電気的に接続されている。スイッチ９２５ａ，９２５ｂおよび９２５ｃは、同様に、ＤＣバス９３０に接続されている。ある実施例においては、スイッチ９２５ａ−９２５ｃは、ＤＣ電力を２または３の例示のＤＣバスの中で共有させるように構成することができる。

ＤＣバス９３０は、ＤＣバスマネージャ９３５に電気的に接続されている。ある実施例においては、ＤＣバスマネージャ９３５を、図１のＤＣバスマネージャ１２２とすることができる。ＤＣバスマネージャ９３５は、ＤＣバス９３０からのエネルギーを蓄積するために、かつ／またはエネルギーをＤＣバス９３０に加えるために、コンデンサ９４０に電気的に接続されている。

図１０は、図１の３ＰＧＭ１１０のような３ＰＧＭにおけるＤＣ電力を管理するためのプロセス１０００の一例を示している。このプロセスのステップは、１またはそれ以上の構成要素の組合せにより監視および／または制御することができ、それら構成要素には、それに限定される訳ではないが、一例として、プログラム装置（マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ）、論理アレイおよびＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）それぞれの単体、あるいはアナログおよび／または混合信号要素との組合せが含まれる。ある実施形態においては、プロセスのステップは、命令のプログラムのハードウェアにおける実行時に行うことができ、命令のプログラムは、１またはそれ以上のプログラムモジュールを含み、この命令のプログラムは、データストア（例えば、不揮発性または揮発性メモリ、回転または固定記憶媒体）のような有形的表現媒体内で明白に具現化される。

プロセス１０００は、ＤＣバスマネージャ１２２のようなＤＣバスマネージャが、１ＰＧＭインタータイグループ内の各ＥＣＮから電力出力ステータスを受け取るときに（１００５）、開始される。その後、ＤＣバスマネージャは、各１ＰＧＭインタータイグループについて、利用可能な最低電力出力レベルステータスを判定する（１０１０）。例えば、３つの１ＰＧＭインタータイグループの集合においては、１グループは集合の最低合計電力出力を有することができ、最低電力出力値は、プロセス１０００における次のオペレーション用に使用されることとなる。

利用可能な最低電力出力が低閾値を下回ると判定される場合には（１０１５）、３ＰＧＭは、無効とされ（１０２０）、未使用の１ＰＧＭ電力は、ＤＣインタータイバスに送られる（１０２５）。

利用可能な最低電力出力が低閾値を下回らないと判定される場合には（１０１５）、利用可能な最低電力出力が中間閾値を下回ると判定されるときに（１０３０）、各インタータイグループの１ＰＧＭは、有効とされる（１０３５）。

利用可能な最低電力出力が中間閾値を下回らないと判定される場合には（１０３０）、利用可能な最低電力出力が高閾値を下回ると判定されるときに（１０４０）、各インタータイグループの２つの１ＰＧＭは、有効とされる（１０４５）。

利用可能な最低電力出力が高閾値を下回らないと判定される場合には（１０４０）、インタータイバスは選択的に接続が切られる（１０５０）。その後、インタータイグループの３つのすべての１ＰＧＭは、有効とされる（１０５５）。

ある実施形態においては、インタータイグループ１１８内の１ＰＧＭの中のＤＣ電力の流れを、インバータ１２６の選択された任意の１つを選択的に動作停止させることにより、制御することができる。このため、ある実施例においては、インバータの選択的な遮断を、対応１ＰＧＭ１１２におけるリレーまたはその他のスイッチング要素の開放に関わらないようにすることができる。

図１１Ａ−図１１Ｃは、様々なＤＣ電力レベルにおける３ＰＧＭ内の１ＰＧＭおよびＤＣインタータイバスの構成を示している。ある実施例においては、その構成を、図１０のプロセス１０００の結果物とすることができる。

図１１Ａは、３ＰＧＭ１１０低電力構成の一例を示しており、それは、図１０のステップ１０３５に基づくものである。ある実施例においては、ＤＣ電力収集レベルが中間閾値を下回り、１ＰＧＭインタータイグループの実質的にすべてのＤＣ電力を単一の１ＰＧＭを介して送るときに、図示の構成を使用することができる。ある実施例においては、１ＰＧＭインタータイグループ内の３未満の１ＰＧＭを介してＤＣ電力を送ることにより、１ＰＧＭの効率を増加させることができる。

図示の実施例においては、１ＰＧＭインタータイグループ１１８ａは、そのＤＣ電力を、第１位相ＡＣバス１１４ａに対して有効とされる単一の１ＰＧＭに送るように構成されている。１ＰＧＭインタータイグループ１１８ｂは、そのＤＣ電力を、第２位相ＡＣバス１１４ｂに対して有効とされる単一の１ＰＧＭに送るように構成され、１ＰＧＭインタータイグループ１１８ｃは、そのＤＣ電力を、第３位相ＡＣバス１１４ｃに対して有効とされる単一の１ＰＧＭに送るように構成されている。ある実施例においては、ＡＣバス１１４ａ−１１４ｃは、図１の三相ＡＣバス１０６の三相を含むことができる。

図１１Ｂは、媒体−電力構成例における３ＰＧＭ１１０を示しており、それは、図１０のステップ１０４５に基づくものである。１ＰＧＭインタータイグループ１１８ａ−１１８ｃの各々は、各グループの３つの１ＰＧＭの２つにＤＣ電力を送り、その結果、別個の１ＰＧＭインタータイグループからの２つの１ＰＧＭは、各ＡＣバス１１４ａ−１１４ｃに対して有効とされる。例えば、第１位相ＡＣバス１１４ａは、１ＰＧＭインタータイグループ１１８ａおよび１１８ｃから１ＰＧＭにより供給され、第２位相ＡＣバス１１４ｂは、１ＰＧＭインタータイグループ１１８ａおよび１１８ｂにより供給され、第３位相ＡＣバス１１４ｃは、１ＰＧＭインタータイグループ１１８ｂおよび１１８ｃにより供給される。

図１１Ｃは、高電力構成例における３ＰＧＭ１１０を示しており、それは、図１０のステップ１０５５に基づくものである。この構成においては、３つの１ＰＧＭインタータイグループ１１８ａ−１１８ｃの各々におけるすべての１ＰＧＭが、３つのＡＣバス１１４ａ−１１４ｃに対して有効とされる。ある実施例においては、ＤＣインタータイバスは、１ＰＧＭ間で接続を切ることができる。その他の実施例においては、ＤＣインタータイバスは、接続された状態を維持することができ、それにより、１ＰＧＭを共通のＤＣ電力レベルから動作させ、かつ／またはＤＣインタータイバスの管理を共有させることを可能にする。

図１０および図１１を参照して説明した前述の動作は、利用可能な位相（例えば、２，４，５，６，２４）の最大数および利用可能な出力回線の数量に従って増減させることができる。

図１２は、三相ＡＣバスに電力を供給する３ＰＧＭグループの集合１２００の一例を示している。その集合は、図１の３ＰＧＭグループ１０２を４つ含み、その各々が４つの３ＰＧＭ１１０を含む。図示の実施例においては、各３ＰＧＭ１１０は、３１．５ｋＷの６ｋＶＡＣ三相ＲＭＳ電力を生成する。よって、３ＰＧＭグループは、６ｋＶＡＣ三相ＲＭＳで、４×３１．５ｋＷまたは１２６ｋＷを生成する。

４つの３ＰＧＭグループ１０２は、それらの電力を、６ｋＶＡＣ三相バス１０６に加える。バス１０６は、ユーティリティインターフェース１０４に接続されている。ユーティリティインターフェース１０４は、バス１０６の電力を６ｋＶＡＣから６９ｋＶＡＣに変換する０．５ＭＷの変圧器を含むとともに、適当なスイッチングギアを含む。ある実施例においては、電力をより高いＡＣ電圧まで上昇させることにより、同じ電力をより低い電圧およびより高い電流で伝達するのに比べて、少ない電力損失、電圧降下、インフラストラクチャコストで電力を伝達することができる。

図１３は、例えば、図１の１ＰＧＭ１１２における変圧器１２８の高調波抑制巻線と一次巻線との間の巻線比へのＴＨＤの依存性を示す例示的設計関係を表すチャート１３００を示している。図５Ｂを参照すると、チャート１３００は、変圧器５５０の高調波抑制巻線５５５の巻線数と、一次巻線５０５の巻線数との間の比率の範囲を表すｘ軸を有している。ｙ軸は、％ＴＨＤ値の範囲を表している。

一般に、ある実施形態が通常は高調波巻線と一次巻数間の低い比率において高い％ＴＨＤレベルを示すことが、実験により示唆されている。％ＴＨＤレベルは、一般に、高調波巻線と一次巻数間の比率が上昇するに連れて、減少する傾向がある。しかしながら、実験的結果は、巻線比の数値の好ましい設計範囲１３１０が存在する可能性があることを示唆している。範囲１３１０未満においては、％ＴＨＤ値は、配電システム（例えば、公共送電網）のオペレータにより要求される予め設定された上限仕様、例えば最大％ＴＨＤ値（例えば、０．００１％，０．０１％，０．１％，１％，５％，７％，１０％）を超える可能性がある。巻線比が範囲１３１０を超えると、１ＰＧＭ１１２が過剰電圧上昇を出力し、かつ／またはシステムが不十分な負荷調整を示す可能性がある。ある実施例においては、高調波巻線と一次巻数間の比率の中の適当な巻数比の選択により、かつ／または高調波巻線を適当なキャパシタンスに一致させることにより、様々な実施形態は、二次側５１０における電圧出力波形上の選択された高調波信号を実質的に抑制することができる。

図面を参照して例示的な実施形態を説明してきたが、その他の実施例も可能である。例えば、ある実施例においては、エネルギー収集設備１００は、１またはそれ以上の予め設定された配電網と選択的にインターフェースをとることができ、それら配線網の一部またはすべてを実質的に独立したものとすることができる。一実施例においては、設備１００は、三相の送信レベルＡＣ電力を、２つの異なる公共ユーティリティに、異なる送電電圧（例えば、それぞれ３０ｋＶ，５０ｋＶ）、周波数、構造（例えば、ＷＹＥ式またはＤｅｌｔａ式構造）および位相で供給するように構成することができ、それと同時に、中間電圧（例えば、６ｋＶ）５相ＡＣ電力を私有の局所的負荷（例えば、精錬工場、自動車工場）に与えるように構成することもできる。様々な１ＰＧＭ１１２および３ＰＧＭ１１０のＤＣバスマネージャ１２２およびインバータ１２６を介して送られる位相、周波数および電力フローの制御およびスイッチギアの適切な制御により、設備伝送バス１０６は、ユーティリティインターフェース１０４を通じて分配するための実質的に独立したＡＣ電力を搬送することができる。

３ＰＧＭグループ１０２は、上述した様々な実施例において示されており、それには、各々が三相ＡＣバス１０６を出力する４つの３ＰＧＭグループ１１０が含まれる。その他の実施例においては、３ＰＧＭグループ１０２が、より多い数またはより少ない数の３ＰＧＭグループ１１０を含むものであってもよい。様々な実施例においては、３ＰＧＭグループは、約２，３，５，６，７，８，９，１０，１２，１５，２０，２５またはそれ以上の３ＰＧＭ１０２を含むようにしてもよく、また、予め選択された数の位相と各３ＰＧＭグループ１０２内の構成３ＰＧＭ１１０の位相を伝える出力ＡＣバス１０６を結合させるか、あるいは並列に維持するようにしてもよい。そのような実施例においては、位相の数は、３以外であってもよく、また、エネルギー収集設備１００の異なる部分で変化させるようにしてもよい。

作動中、選択されたインバータの動作が停止されるとともに、インタータイバス１１６を介してインタータイグループ１１８の１またはそれ以上のその他の選択されたメンバにＤＣ出力が再送信されるように、１ＰＧＭ１１２を動作させることができる。このため、各３ＰＧＭは、１，２，またはインタータイグループ１１８内の要素数までのその他の任意の数の位相を提供することができる。よって、エネルギー収集設備は、ユーティリティインターフェース１０４に供給されるＡＣ電力の形式を動的に再構成することができる。各１ＰＧＭにより生成される電圧および電流のインテリジェント監視は、例えば、設備１００内のサブシステムの実質的に安定した動作を維持するために、制御モジュール１０８により使用されることができる。

様々な実施例は、１ＰＧＭ１１２内の要素１２４のようなエネルギー蓄積要素に蓄積するために、各１ＰＧＭ１１２内のエネルギー収集ノードからの利用可能な過剰出力電圧を捕捉する使用エネルギー蓄積要素を説明している。その他の実施形態においては、ＤＣバスマネージャは、異なる１ＰＧＭ１１２内に、あるいは中心位置にある補助エネルギー蓄積要素（例えば、フライホイール）内に、蓄積するために１つの１ＰＧＭ１１２から過剰出力電圧を送って、３ＰＧＭ１１０、３ＰＧＭグループ１０２内から、またはエネルギー収集設備１００内の何れかからのエネルギーを受け取るように構成することができる。

様々な実施例においては、各１ＰＧＭ１１２内で生成された利用可能な出力エネルギーの一部は、配電網のピーク需要時間中におけるその後の回復のために、迂回させて、ピークを過ぎた時間中に蓄えることができる。

様々な実施形態においては、設備コントローラ１０８は、電気スケジュールに基づく運転収益を実質的に最大化するために、エネルギー蓄積と公共送電網への分配との間で、利用可能なエネルギーの電力フローの経路を定めることができる。例えば、公共送電網が高い需要条件下で高い価格を申し出る場合、エネルギー蓄積レベルを増大させて、ピーク負荷要求を満たす蓄積エネルギーを供給することにより、設備１００はより多くの収益を獲得することができる。

様々な実施形態においては、配電システムへの供給用として、回線周波数（例えば、約５０または６０Ｈｚ）で、低電圧ＤＣ電力を高電圧ＡＣ電力に変換する。様々な実施例においては、高効率で、高周波スイッチモードインバータおよび二次昇圧器を用いることなく、変換を実行する。特定の実施例においては、ＤＣ電力源は、ソーラ発電機のアレイを含む。例示的な大規模発電アーキテクチャは、小さくて丈夫なインバータの分配ネットワークを使用して、ソーラ電気ユニットのセットからのＤＣ電力を、回線周波数で、中間または高電圧ＡＣに変換するものであり、その場合、各インバータは、ソーラ電気ユニットのセットの近傍に配置され、それにより、伝送ケーブルの電流搬送要件を緩和することができる。数多くのインバータからの中間または高電圧ＡＣ出力電力は、公共の送電網に伝達するために組み合わせることができる。ある実施例は、例示的なＤＣバス安定化システムを含み、このシステムは、容量性エネルギー蓄積を使用して、ソーラアレイから電力出力過渡中のエネルギー必要量を供給する。その他の特徴および実施形態については以下に説明する。様々な実施例を添付の図１−図９に示される実施例を参照して説明する。

本明細書においてＡＤＣＰと称する電気的スイッチング技術は、変圧器および電気モータのような誘導装置の制御可能性および効率を大幅に改善する。例えば、ＡＤＣＰスイッチング技術は、様々なソーラ発電技術の技術的および経済的実行可能性を促進することができる。ＡＤＣＰスイッチング装置および方法の実施例は、発明の名称を“Ｓｕｐｐｌｙ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｆｏｒ Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｌｏａｄｓ”とする２００６年１０月１６日にＢａｂｃｏｃｋ等により出願された米国特許出願第１１／５８２，１１５号に記載されており、その全体の内容はすべて参照により本明細書に援用される。

特定の実施形態は１またはそれ以上の利点を提供することができる。ある実施形態においては、太陽に焦点を合わせたソーラアレイを、改善された効率および／またはコストパフォーマンスを伴う実施に含ませることができる。太陽に曝される領域で生成される１平方フィート当たりの実電力量は、より伝統的な形式の発電（例えば化石燃料由来の発電）と競合するソーラエネルギー生産を作るのに十分な大きさとすることができる。

様々な実施例においては、ＡＤＣＰスイッチング技術は、有利なことに、配線サイズおよびハードウェア要件を大幅に低減することにより、インフラストラクチャコストを低下させることができる。ＡＤＣＰは、インテリジェントで高度に制御可能なパフォーマンスを提供することができ、それは、例えば、高変換効率を有する電圧調整を改善することができる。いくつかの実施例は、バッテリおよび典型的な高周波スイッチモードインバータを実質的に用いることなく、動作する。ＡＤＣＰは、破滅的なシステム故障の可能性を大幅に低減することができる。ある実施形態は、非常に長くて低維持の予測寿命を示すことができ、それは、ある場合には３０年を大幅に超える可能性がある。様々な実施例は、幅広い温度および環境条件の範囲に亘って、非常に信頼性のある、しっかりしたパフォーマンスを提供することができる。様々な実施例は、適用可能な公共事業会社の安全性、品質、放出要件および標準を満たす。

ＡＤＣＰおよび特定の半導体スイッチ設計は、電気共振を大幅に低減または除去して、二次電気エネルギー源として、逆起電力（ＥＭＦ）を使用するとともに、電気インピーダンスおよび電磁放射源としての逆起電力を大幅に低減または除去することにより、標準的な６０Ｈｚ変圧器および誘電子の電気効率を改善するために使用することができる。本明細書に記載の電力を処理する電子機器の実施例は、発明の名称を“Ｓｕｐｐｌｙ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｆｏｒ Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｌｏａｄｓ”とする２００６年１０月１６日にＢａｂｃｏｃｋ等により出願された米国特許出願第１１／５８２，１１５号に記載されており、その全体の内容はすべて参照により本明細書に援用される。様々な半導体スイッチ設計は双方向であり、ＤＣ源供給電流を、ＡＣ６０Ｈｚ変圧器に電力を供給するために使用される双方向ＤＣ電流に、効率良く転換させることができる。

ある実施例においては、調整および蓄積デバイスとしてバッテリを置換する目的で、超コンデンサを制御して、電圧変動を実質的に安定させ、かつ／またはＤＣ分配バスの高電圧ノイズを低減または大幅に除去するために、高隔離半導体スイッチ設計を使用することができる。例えば、改善されたバス安定性は、有利なことに、例えば、逆ＥＭＦ、電圧振幅または数千ボルトに及ぶ高電圧ノイズと関係するバス不安定性の原因となり得る、長いＤＣバス電路を有する適用例において達成することができる。

例示的な実施例においては、ＤＣからＡＣへの変換は、１またはそれ以上のソーラ電源のセットの近傍に分配される数多くの小規模反転システムにより実行される。小規模反転システムは、ソーラＤＣ電力を、ソーラＤＣ電源の近傍で、６０ＨｚのＡＣ高ユーティリティ電圧に直接変換し、その後、ソーラ電気エネルギーをＡＣ電力システム上のＡＣ電流として、より高い送電電圧およびより低いインフラストラクチャコストで、公共送電網に運ぶ。例示的な実施例においては、数多くのより小さいＤＣバスは、大規模ＤＣバス設計に実質的に置き換えることができる。そのようなＤＣバスは、限られた距離（例えば、約１００フィート未満）に亘って、制限された電流（例えば、約２０アンペア未満）を運ぶことができる。そのようなより小さいＤＣバスを使用するシステムは、ＤＣバス要件のサイズおよびコストを大幅に低減し、かつ／または壊滅的な故障の可能性を大幅に低減することができる。

例えば、配設されたインバータの１つにおける故障は、関連するソーラアレイのオフラインを受けるのみとすることができる。ある実施例においては、ＤＣスイッチギアは、故障したインバータを有するソーラアレイの１セットから、動作可能なインバータを有するすぐ近くのソーラアレイのセットに、ＤＣ出力電力を自動的に送ることができる。

ＡＤＣＰ反転スイッチの例示的な実施形態においては、ＡＤＣＰプロセスは、誘導要素（例えば、変圧器）内で磁気状態の上昇および下降の実質的な制御を有することによって、誘導制御および効率を改善するために、電気エネルギーを操作する実質的に非共振の方法である。

例示的な実施例においては、逆ＥＭＦは、インダクタ内の電流フローを調達するために、インピーダンス源として、効率的に取り除かれる。逆ＥＭＦは、捕捉および利用されて、インダクタ効率を改善するために使用されるワークおよび充電をもたらす。これは、スイッチング技術と、ＤＣ源電力を、パルス幅が変調（ＰＷＭ）および制御された双方向ＤＣ電流に変換する多状態スイッチングプロセスとにより達成することができる。また、多状態スイッチングプロセスは、増加した誘電効率の源として逆ＥＭＦを制御および使用するとともに、電気ノイズ源および電磁干渉（ＥＭＩ）源としての逆ＥＭＦを除去する。スイッチング技術は、伝導および／または放射されたＥＭＩの大幅に低下したレベルを生成する。

ある実施例においては、ＡＤＣＰ反転スイッチは、回線周波数ユーティリティ等級の変圧器に結合される回線周波数（例えば、６０Ｈｚ）で作動して、ＤＣ電力を、ユーティリティ送電電圧でユーティリティ等級のＡＣ電力に変換する。

ある実施形態においては、ＡＤＣＰ反転スイッチは、ＨＩＤ（高輝度放電）バラスト式（例えば、変圧器を含む）照明、金属ハロゲン化物、高圧ナトリウムおよび蛍光灯用の照明制御システムとともに使用することができる。例えば、６０ＨｚのＨＩＤランプバラストは、１２０ＶＡＣ壁電流からランプバラストを作動するよりはむしろ、ＤＣ源供給およびＡＤＣＰ反転から、改善された効率で作動することができる。

ある例示的な実施形態においては、無線通信システムは、例えば、ＥＣＮ１２０（例えば、ソーラ収集制御）、ＤＣバスマネージャ１２２、および１ＰＧＭ１１２内のインバータ１２６間を、および／または１ＰＧＭ１１２、３ＰＧＭ１１０、３ＰＧＭグループ１０２および／またはコントローラ１０８間を、相互に接続させることができる。この性質の広領域発電システムの通信制御は、別のインフラストラクチャコストおよび検討である。反転システム設計は人工知能を使用することができる。通信、制御およびデータ取得は、全体のシステムを中央制御地点に接続する通信プロトコルとともに、大きな地理的領域に亘ってすべてのシステムおよびデバイスを接続するＬＡＮネットワークのような幾つかの通信経路を伴う。

そのような通信ネットワークは有線、光および／または無線であってもよい。ある実施例においては、イーサネット（登録商標）やトークンリングのような配線で接続されたネットワークは、すべてのソーラ電気カルーセルおよび関連する反転機器との間で、デジタルデータを伝送することができる。ある実施例は、広い地理的領域に及ぶ通信用に高周波無線技術を使用する。無線通信は、全体の発電システム内の、数千はなくても、数百の異なるユニット間で大量のデジタルデータを通行させるのに使用することができる。低コストの送受信装置は、個々の反転スイッチ、バスマネージャ１２２（例えば、エネルギー収集ノード１２０を作動させるための制御における）に組み込むことができる。一実施例においては、ＤＣインタータイバス１１６は、このインタータイバス１１６に接続された１ＰＧＭ１１２内のデータ伝送および収集用に使用することができる。

無線（例えば、携帯電話）の実施例においては、中央送受信装置は、サーバに接続することができ、そのサーバは、インターフェースおよび制御情報を、広い範囲に分散する場合がある設備１００の複数の要素に与える。多くのメガワット規模の発電は、（例えば、リアルタイムシステム情報を集めるために）電気的に監視して、本明細書に記載の方法および装置に従う精緻な方法で自動的に制御することができる。

ある実施形態においては、１ＰＧＭは、公共送電網を介して通信を行うことができる。例えば、１ＰＧＭは、通信メッセージを、搬送周波数として公共送電網のＡＣ回線周波数を使用する信号に変換することができ、その通信メッセージは、キャリヤにより伝播するより高周波の信号に変調することができる。ある実施形態においては、電力線通信は、既存の標準の後に続く可能性がある。例えば、電力線通信は、消費者エレクトロニクス電力線通信アライアンス（ＣＥＰＣＡ）標準、ＥＴＳＩ電力線通信（ＰＬＴ）標準、ＨｏｍｅＰｌｕｇ電力線アライアンス標準、ＩＥＥＥ Ｐ１６７５、ＩＥＥＥ Ｐ１７７５、ＩＥＥＥ Ｐ１９０１、オープンＰＬＣ欧州研究アライアンス（ＯＰＥＲＡ）標準、ＰＯＷＥＲＮＥＴ標準、ユニバーサル電力線協会（ＵＰＡ）標準および／または電力線通信のためのその他標準に適合させることができる。

以上のように、数多くの実施例を説明してきた。それにもかかわらず、当然のことながら、精神および範囲を逸脱せずに、様々な変更を行うことが可能である。例えば、開示された技術のステップが異なる順序で行われる場合や、開示されたシステムの構成要素が異なる方法で組み合わされる場合、あるいは、構成要素がその他の構成要素に置換または補完される場合にも、有利な結果を達成することができる。機能およびプロセス（アルゴリズムを含む）は、ハードウェア、ソフトウェアまたはそれらの組合せにおいて実行することができ、幾つかの実施例は、記載したものとは同一ではない、モジュールまたはハードウェア上でも実行することができる。このため、その他の実施例は、以下の特許請求の範囲内に含まれる。

Claims (13)

1. 変圧器の一次巻線に供給するための電流波形を成形する方法であって、
   交互極性の一連の電流信号を有する電流波形を構成するステップを備え、その構成された波形が、基本周波数に対応する周期を有し、各電流信号が、所定のステップを実行することにより１周期の半分以内で形成されるものであり、前記所定のステップが、
   （１）構成される前記電流信号の極性に対応するスイッチを入れるステップと、
   （２）キャパシタンスの電圧が実質的に第１電圧源の電圧に一致するまで、前記キャパシタンスを放電することにより、実質的にゼロから第１電流レベルまで、出力ノードから供給される電流を増加させるステップと、
   （３）前記出力ノードを前記電圧源に実質的に直接接続することにより、前記第１電流レベルから第２電流レベルまで電流を増加させるステップと、
   （４）前記スイッチを一旦切るステップと、
   （５）前記スイッチを切った後に流れ続ける電流を導いて前記キャパシタンスを再充電することにより、電流を実質的にゼロに低下させるステップとを備え、
   前記方法が、前記構成された波形を変圧器の一次巻線に供給するステップをさらに備えることを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   前記構成された波形を前記変圧器の前記一次巻線に供給するのに応答して、前記変圧器の二次巻線で出力電圧を生成するステップをさらに備えることを特徴とする方法。
3. 請求項２に記載の方法において、
   ｋを奇数として、前記出力電圧の第ｋ高調波を実質的に減衰させるステップをさらに備えることを特徴とする方法。
4. 請求項３に記載の方法において、
   前記出力電圧の第ｋ高調波を実質的に減衰させるステップが、前記変圧器の三次巻線と関連する前記第ｋ高調波における起磁力を与えて、前記構成された電流波形と関連する前記第ｋ高調波における起磁力と相互作用するステップを備えることを特徴とする方法。
5. 請求項４に記載の方法において、
   前記変圧器の三次巻線と関連する前記第ｋ高調波における起磁力を与えるステップが、前記第ｋ高調波における前記起磁力の位相をシフトさせて、前記構成された電流波形と関連する前記第ｋ高調波における前記起磁力に対して実質的に位相をずらすステップを備えることを特徴とする方法。
6. 請求項１に記載の方法において、
   再生可能なエネルギー源から電力を受け入れて前記第１電圧源に前記エネルギーの少なくとも一部を供給するステップをさらに備えることを特徴とする方法。
7. 請求項１に記載の方法において、
   ユーティリティ回線電圧の基本周波数に実質的に一致させるように前記基本周波数を選択するステップをさらに備えることを特徴とする方法。
8. 高電圧の配電網に供給するための高品質交流電流（ＡＣ）電力を生成するシステムであって、
   自然に生じる形式のエネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー収集ノードと、
   前記変換された電気エネルギーを、基本周波数および当該基本周波数の少なくとも１の高調波でエネルギーを有する交流電流信号に変換するエネルギー処理モジュールと、
   変圧器であって、（１）前記交流電流信号を受け取る一次巻線と、（２）ほぼ正弦波の電圧信号の形式で電力を伝えることにより、ＡＣ電力を出力する二次巻線と、（３）第三巻線とを備える変圧器と、
   前記第三巻線と接続されて前記一次巻線の前記交流電流に応答するとともに、少なくとも１の高調波周波数において前記一次巻線から前記二次巻線に結合されるエネルギーを実質的に相殺するように構成された高調波抑制モジュールとを備えることを特徴とするシステム。
9. 請求項８に記載のシステムにおいて、
   前記高調波抑制モジュールがコンデンサを含むことを特徴とするシステム。
10. 請求項８に記載のシステムにおいて、
    前記高調波抑制モジュールが、少なくとも１の選択された高調波のフラックスの位相をシフトさせて、前記選択された高調波のフラックスが前記二次巻線に結合するのを実質的に阻むことにより、前記エネルギーを相殺することを特徴とするシステム。
11. 請求項８に記載のシステムにおいて、
    前記三次巻線の前記基本周波数における電圧および電流が、約９０度の位相のずれを有していることを特徴とするシステム。
12. 請求項８に記載のシステムにおいて、
    前記二次巻線から供給される電力が少なくとも約１キロワットであることを特徴とするシステム。
13. 請求項８に記載のシステムにおいて、
    前記二次巻線から供給される電圧が少なくとも５００ボルトを超えることを特徴とするシステム。
    
    

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