JP2012135196A - 二段電力コンバータを動作させるための方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】電気グリッドに電力を提供するための電力変換システムが記述されている。
【解決手段】システムには、光起電力ＰＶアレイ１２に結合され、ＰＶアレイ電圧を制御するように構成されたブーストコンバータ２４が含まれる。また、システムには、少なくとも１つの導体３６によってブーストコンバータに結合され、該少なくとも１つの導体の両端間の電圧降下を調節するように構成されたインバータ２６が含まれる。システムには、さらに、ブーストコンバータおよびインバータの動作を制御するように構成されたシステムコントローラ１６が含まれる。
【選択図】図１

Description

本明細書に記載の実施形態は、一般に太陽発電に関し、より詳細には、二段電力コンバータを動作させるための方法およびシステムに関する。

太陽エネルギーは、ますます魅力的なエネルギー源になっており、また、清潔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。日光の形態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デバイスのより一般的な用語は「光電池」である。日光は光の一部分である。したがって太陽電池は光起電力（ＰＶ）電池の一部分である。ＰＶ電池は、一対の電極およびそれらの間に配置された光吸収ＰＶ材料を備えている。ＰＶ材料が光で照らされると、ＰＶ材料中の原子に拘束されていた電子が光エネルギーによって解放され、自由に移動する。したがって自由電子および正孔が生成される。これらの自由電子および正孔は、電気エネルギーが連続的に抽出されるように効率的に分離される。現在の商用ＰＶ電池には、半導体ＰＶ材料、典型的にはケイ素が使用される。

より大きい電流およびより高い電圧を得るために、太陽電池は、電気的に接続され、ソーラモジュールを形成する。複数の太陽電池に加えて、ソーラモジュールはまた、センサ、例えば放射照度センサ、温度センサ、電圧計、電流計および／または電力計を含むこともできる。また、ソーラモジュールは、モジュール列を形成するように接続することもできる。通常、これらのモジュール列によって出力されるＤＣ電圧は、グリッドインバータ、例えばＤＣ−ＡＣ電圧インバータに送られる。ＤＣ−ＡＣ電圧インバータは、ＤＣ電圧を三相交流（ＡＣ）電圧または電流に変換する。ＤＣ−ＡＣインバータから出力される三相ＡＣは、電圧を昇圧して、電気グリッドに印加される三相高電圧ＡＣを生成する電力変圧器に提供される。

電気グリッドに印加される電気は、グリッド接続可能性（ｇｒｉｄ ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ ｅｘｐｅｃｔａｔｉｏｎ）を満たすことが必要とされる。これらの可能性は、安全性の問題ならびに電力品質の問題に対処する。例えばグリッド接続可能性には、例えば電気グリッドに沿った電力サージあるいは停電などの過渡事象の間、発電システムを動作させることが含まれる。この機能は、低電圧ライドスルー（ＬＶＲＴ）またはゼロ電圧ライドスルー（ＺＶＲＴ）と呼ぶことができる。ＬＶＲＴ／ＺＶＲＴ事象とは、電気グリッドの１つの相または電気グリッドの複数の相で交流（ＡＣ）ユーティリティ電圧が低い状態のことである。ＬＶＲＴ／ＺＶＲＴ事象の間、電気グリッドが発電システムから電力を受け取る容量は小さい。もう１つのグリッド接続可能性は、生成された電力を調整し、電力が電気グリッドを流れる電気の電圧および周波数と確実に整合するようにすることである。

米国特許出願公開第２００７０１０３１０８号明細書

一態様では、電気グリッドに電力を提供するための電力変換システムが提供される。システムは、光起電力（ＰＶ）アレイに結合され、ＰＶアレイ電圧を制御するように構成されたブーストコンバータを含む。また、システムは、少なくとも１つの導体によってブーストコンバータに結合され、該少なくとも１つの導体の両端間の電圧降下を調節するように構成されたインバータを含む。システムは、さらに、ブーストコンバータおよびインバータの動作を制御するように構成されたシステムコントローラを含む。

他の態様では、低電圧ライドスルー（ＬＶＲＴ）グリッド事象およびゼロ電圧ライドスルー（ＺＶＲＴ）グリッド事象の少なくとも一方に応答して二段電力コンバータの動作を制御するための方法が提供される。二段電力コンバータは、少なくとも１つの導体によって結合されたブーストコンバータおよびインバータを含む。この方法は、電圧センサ信号および電流センサ信号を受け取るステップを含む。また、この方法は、ブーストコンバータにブーストコンバータ動作信号を提供するステップを含む。ブーストコンバータは、ブーストコンバータ動作信号に基づいて光起電力（ＰＶ）アレイ電圧を制御するように構成されている。この方法は、さらに、インバータにインバータ動作信号を提供するステップを含む。インバータは、インバータ動作信号に基づいて、少なくとも１つの導体の両端間の電圧を制御するように構成されている。

さらに他の態様では、二段電力コンバータに結合され、低電圧ライドスルー（ＬＶＲＴ）事象およびゼロ電圧ライドスルー（ＺＶＲＴ）事象の少なくとも一方に応答してその動作を制御するように構成されたシステムコントローラが提供される。システムコントローラは、電圧センサ信号および電流センサ信号を受け取り、受け取った電圧センサ信号および電流センサ信号に基づいて削減電力動作点（ｒｅｄｕｃｅｄ ｐｏｗｅｒ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｐｏｉｎｔ）を決定し、かつ、二段電力コンバータの第１段にＤＣバス電圧制御信号を提供するように構成されている。また、システムコントローラは、二段電力コンバータの第２段に光起電力（ＰＶ）アレイ電圧制御信号を提供するように構成されており、ＤＣバス電圧制御信号は削減電力動作点に対応する。

光起電力（ＰＶ）発電システムの一例示的実施形態のブロック図である。 図１に示されているＰＶ発電システムの回路図である。 特定の温度および放射照度における典型的なＰＶアレイＶ−Ｉ曲線および典型的なＰＶアレイ電力曲線のプロットである。 図３に示されているＰＶアレイＶ−Ｉ曲線およびＰＶアレイ電力曲線、ならびに第１の削減電力動作点のプロットである。 図３に示されているＰＶアレイＶ−Ｉ曲線およびＰＶアレイ電力曲線、ならびに第２の削減電力動作点のプロットである。 グリッド電圧事象に応答して、図１に示されている二段電力コンバータの動作を制御するための一例示的方法の流れ図である。 図１に示されているシステムコントローラによって適用される一例示的制御線図である。

本明細書に記載の方法およびシステムは、ライドスルーグリッド事象、例えば低電圧ライドスルー（ＬＶＲＴ）グリッド事象および／またはゼロ電圧ライドスルー（ＺＶＲＴ）グリッド事象の間、二段電力コンバータの制御を容易にする。より具体的には、本明細書に記載の方法およびシステムは、二段電力コンバータに含まれるブーストコンバータおよびインバータを個別に制御する。例えば、記述されている方法およびシステムは、ライドスルーグリッド事象の間、光起電力（ＰＶ）アレイ直流（ＤＣ）電圧を高くするか、あるいはＰＶアレイＤＣ電圧を低くするかのいずれかによって二段電力コンバータの出力を小さくすることを容易にする。

本明細書に記載の方法およびシステムの技術的な効果には、（ａ）電圧センサ信号および電流センサ信号の受取り、（ｂ）光起電力（ＰＶ）アレイＤＣ電圧を制御するためのブーストコンバータの制御、および（ｃ）ＤＣバスの両端間の電圧を制御するためのインバータの制御のうちの少なくとも１つが含まれる。

図１は、光起電力（ＰＶ）発電システム１０の一例示的実施形態のブロック図である。この例示的実施形態では、ＰＶ発電システム１０には、ＰＶアレイ１２、二段電力コンバータ１４およびシステムコントローラ１６が含まれる。システム１０は、負荷、例えばそれには限定されないが変圧器すなわち電気グリッド２２に引き渡すための交流（ＡＣ）出力電圧２０を提供するように構成されている。電気グリッド２２は、配電グリッド、電気伝送グリッドまたは電気を引き渡すために構成された任意のタイプの電気グリッドを含むことができる。ＰＶアレイ１２には少なくとも１つのＰＶ電池（図１には示されていない）が含まれており、例えば少なくとも１つの太陽電池が含まれる。通常、複数の太陽電池が結合されて、ソーラモジュールとも呼ばれるソーラアレイが形成され、また、複数のソーラモジュールが結合されてモジュール列が形成される。太陽電池は、ソーラアレイによって出力される電圧を高くし、かつ、電流を大きくするためにこの方法で配置される。本明細書には、二段電力コンバータ１４は、ＰＶアレイ１２によって生成される電力を受け取るものとして記述されているが、二段電力コンバータ１４には、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ことができる任意の適切なＤＣ源からの電力を提供することができる。

本明細書に記載の実施形態は、本明細書に記載の処理タスクを実施するための何らかの特定のシステムコントローラおよび／またはプロセッサに限定されないことに留意されたい。本明細書において使用されている「プロセッサ」という用語は、本明細書に記載のタスクを実施するために必要な演算または計算を実行することができる任意の機械を表すものとする。また、「プロセッサ」という用語は、構造化入力を受け取ることができ、かつ、所定のルールに従ってその入力を処理して出力を生成することができる任意の機械を表すこともまた意図されている。また、本明細書において使用されている「ように構成された」という言い回しは、当業者には理解されるように、プロセッサが本発明の実施形態のタスクを実施するためのハードウェアおよびソフトウェアの組合せを備えていることを意味することに同じく留意されたい。本明細書において使用されているプロセッサという用語は、中央処理装置、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）、専用集積回路（ＡＳＩＣ）、論理回路、および本明細書に記載の機能を実行することができる任意の他の回路またはプロセッサを意味する。

この例示的実施形態では、二段電力コンバータ１４には、ＤＣ−ＤＣブーストコンバータ２４およびＤＣ−ＡＣインバータ２６が含まれる。システムコントローラ１６は、ブーストコンバータ２４およびインバータ２６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１６は、二段電力コンバータ１４の動作を制御するために二段電力コンバータ１４に提供さ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、システムコントローラ１６は、最大電力点追跡（ＭＰＰＴ）と呼ばれるプロセスを使用して最大電力点を決定することができる。システムコントローラ１６は、最大電力点に対応する電力動作点信号をブーストコンバータ２４に提供し、ブーストコンバータ２４は、それに応答して、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。

より具体的には、負荷抵抗は、最大電力出力に至るように決定された電圧値および電流値に基づいて決定することができる。例えば、電圧値および電流値は、電圧を電流で除したものに等しいある特定の負荷抵抗に対応する。したがってシステムコントローラ１６は、ブーストコンバータ２４がＰＶアレイ１２に提供する負荷抵抗を制御し、したがってＰＶアレイＤＣ電圧を制御する。負荷抵抗を制御することにより、ブーストコンバータ２４によって出力される電力を制御することが容易になる。ＭＰＰＴは、ブーストコンバータ２４によって出力される電力が最大化されるように、ＰＶアレイ１２に最適負荷抵抗を提供する。最適負荷抵抗はＰＶアレイ１２のインピーダンスと整合し、それによりブーストコンバータ２４は、ＰＶアレイ１２から利用可能な最大電力を抽出し、出力することができる。また、電力動作点を調整してＰＶアレイ１２を削減する（つまり利用可能な電力より少ない有効電力を出力する）ことも可能である。ＰＶアレイ１２は、例えば少なくなったエネルギー需要すなわちグリッド事象に応答して、電気グリッド２２に提供される電力を少なくするように削減することができる。

ブーストコンバータ２４の出力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２６の入力３４に結合されている。ＰＶアレイ１２は、少なくとも１つの導体４０を介して二段電力コンバータ１４に結合されており、また、インバータ２６は、少なくとも１つの導体４２を介して電気グリッド２２に結合されている。図には単一の線として示されているが、導体４０、導体４２および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ことができる任意の数の個別の導体を含むことができる。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およびＤＣバス３６は、それぞれ単一の導体を含むことができる。別法として、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およびＤＣバス３６は、それぞれ相毎に３つの個別の導体を含むことができる。さらに、ＰＶ発電システム１０は、任意の適切な数の相を含むことも可能である。ＤＣバス電圧はインバータ２６によって制御される。より具体的には、システムコントローラ１６は、インバータ２６の動作を制御し、ＤＣバス電圧を制御する。さらに、インバータ２６は、インバータ２６によって出力され、電気グリッド２２に提供されるＡＣ電圧２０の力率を制御するように構成することも可能である。

図２は、ＰＶ発電システム１０（図１に示されている）の回路図である。図１と２の間で共有されているコンポーネントは、全く同じ参照数表示で識別されている。この例示的実施形態では、システム１０は、導体４０を通って流れる電流（つまり電力コンバータ１４に入力される電流）を測定するように構成された複数の電流測定デバイス５０、および導体４２を通って流れる電流（つまり電力コンバータ１４によって出力される電流）を測定するように構成された複数の電流測定デバイス５２を含む。また、システム１０は、ＰＶアレイ電圧レベルを測定するように構成されたＰＶ電圧測定デバイス５４を含む。電流測定デバイス５０は、測定されたＰＶアレイ電流に対応するＰＶアレイ電流信号をシステムコントローラ１６（図１に示されている）に提供する。電圧測定デバイス５４は、測定されたＰＶアレイ電圧レベルに対応するＰＶアレイ電圧信号をシステムコントローラ１６に提供する。システム１０は、さらに、ＤＣバス電圧測定デバイス５６を含む。ＤＣバス電圧測定デバイス５６は、測定されたＤＣバス電圧に対応するＤＣバス電圧信号をシステムコントローラ１６に提供する。

図３は、特定の温度および放射照度における典型的なＰＶアレイＶ−Ｉ曲線７０および典型的なＰＶアレイ電力曲線７２のプロットである。Ｖ−Ｉ曲線７０は、ＰＶアレイＤＣ電圧７４とＰＶアレイＤＣ電流７６を比較したものである。電力曲線７２は、ブーストコンバータ２４による電力出力７８とＰＶアレイＤＣ電流７６を比較したものである。最大電力動作点８０は、電力曲線７２上の概ね点８２で識別されている最大電力を識別し、かつ、概ね点８４で識別されている対応する電圧値および電流値をＶ−Ｉ曲線７０から識別することによって決定される。二段コンバータ１４は、ＰＶアレイ１２が所与の条件（つまり所与の温度値および放射照度値）に対して生成することができる電力と同じ量の電力を生成するために、最大電力動作点８０で動作するように構成されている。しかしながら、時には二段コンバータ１４を最大電力動作点８０で動作させることが望ましくないこともある。例えばＬＶＲＴ事象中は電気グリッド２２の電圧が低いため、電気グリッド２２は発電システム１０から電力を受け取る容量を有していない。したがってＬＶＲＴ事象の間、二段電力コンバータ１４は、電気グリッド２２の電圧が高くなるまでＡＣ電力出力２０を一時的に少なくするように構成されている。

図４は、ＰＶアレイＶ−Ｉ曲線７０、ＰＶアレイ電力曲線７２および第１の削減電力動作点８６のプロットである。この例示的実施形態では、ライドスルーグリッド事象の間、ブーストコンバータ２４は、最大電力点８０（図３に示されている）の大電流側のＰＶアレイＶ−Ｉ曲線７０上の点である第１の削減電力動作点８６で動作する。第１の削減電力動作点８６で動作させることにより、ＰＶアレイ電圧が低くなり、また、十分な電力が二段コンバータ１４に流入し、必要な出力電力および損失を供給することができるレベルにＰＶアレイ電圧が調整される。例えば、電力コンバータ１４内では、電力コンバータ１４による電力出力７８と電力損失の和は、ＰＶアレイ１２によって供給しなければならない。第１の削減電力動作点８６では、ＰＶアレイ電圧は、典型的な電圧未満のレベルに調整され、例えば最大電力点８０と結合している電圧未満のレベルに調整される。ＰＶアレイ電圧を低くするとＰＶアレイ電流が大きくなる。ＰＶアレイ電流をブーストコンバータ２４の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）８８（図２に示されている）およびダイオード９０（図２に示されている）のうちの少なくとも一方に分流させることにより、より高いＰＶアレイ電流レベルでの動作が容易になり、それによりブーストコンバータ２４をより低いＰＶアレイ電圧で動作させることができる。

図５は、ＰＶアレイＶ−Ｉ曲線７０、ＰＶアレイ電力曲線７２および第２の削減電力動作点９２のプロットである。一代替実施形態では、ライドスルーグリッド事象の間、ブーストコンバータ ２４は、最大電力点８０（図３に示されている）の小電流側のＰＶアレイＶ−Ｉ曲線７０上の点である第２の削減電力動作点９２で動作する。第２の削減電力動作点９２で動作させることにより、ＰＶアレイ電圧が高くなり、また、十分な電力が二段電力コンバータ１４に流入し、必要な出力電力および損失を供給することができるレベルにＰＶアレイ電圧が調整される。第２の削減電力動作点９２では、ＰＶアレイ電圧は、典型的な電圧より高いレベルに調整され、例えば最大電力点８０と結合している電圧より高いレベルに調整される。より高いＰＶアレイ電圧で動作させ、それに伴ってより小さいＰＶアレイ電流で動作させることにより、ＡＣ電力出力２０を少なくすることが容易になる。

図６は、グリッド電圧事象（例えばＬＶＲＴ事象またはＺＶＲＴ事象）に応答して、二段電力コンバータ、例えば二段電力コンバータ１４（図１に示されている）の動作を制御するための一例示的方法１１０の流れ図１００である。この例示的実施形態では、方法１１０は、電圧センサ信号および電流センサ信号を受け取るステップ１２０を含む。例えば、システムコントローラ１６は、ＰＶアレイ電圧信号およびＰＶアレイ電流信号を測定デバイス５０および５２（図２に示されている）から受け取る１２０。また、システムコントローラ１６は、ＤＣバス電圧信号およびＤＣバス電流信号を例えば測定デバイス５４および５６から受け取る１２０。

また、この例示的実施形態では、方法１１０は、光起電力（ＰＶ）アレイＤＣ電圧を制御するために、ブーストコンバータ、例えばブーストコンバータ２４（図１に示されている）にブーストコンバータ動作信号を提供するステップ１２２を含む。方法１１０は、さらに、ＤＣバス電圧を制御するために、インバータ、例えばＤＣ−ＡＣインバータ２６（図１に示されている）にインバータ動作信号を提供するステップ１２４を含む。

システムコントローラ１６によって提供される１２２ブーストコンバータ動作信号は、ＬＶＲＴ事象およびＺＶＲＴ事象の少なくとも一方の間、出力電力を最少化するためにブーストコンバータ２４を制御する。例えば、システムコントローラ１６は、ブーストコンバータ２４に削減電力動作点信号を提供することができる。上述のように、この削減電力動作点信号により、出力電力を最少化するためにブーストコンバータ２４にＰＶアレイＤＣ電圧を低くさせることができ、あるいは出力電力を最少化するためにブーストコンバータ２４にＰＶアレイＤＣ電圧を高くさせることができる。

また、システムコントローラ１６によって提供される１２２ブーストコンバータ動作信号は、事前定義の電圧閾値に等しいか、あるいはそれより高い測定ＤＣバス電圧に応答して、削減電力動作点を適用するようにブーストコンバータ２４を制御することも可能である。この例示的実施形態では、事前定義の電圧閾値は、システムコントローラ１６によって記憶され、かつ、アクセスされる。事前定義の電圧閾値より高いＤＣバス電圧は、二段電力コンバータ１４を損傷する可能性がある。

さらに、システムコントローラ１６は、事前定義の電流閾値に等しいか、あるいはそれより大きい測定ＰＶアレイＤＣ電流（つまりＰＶアレイ１２によって提供されるＤＣ電流）に応答して、削減電力動作点を適用するようにブーストコンバータ２４を制御することも可能である。事前定義の電圧閾値に関連して上述したように、事前定義の電流閾値より大きいＰＶアレイＤＣ電流は、二段電力コンバータ１４を損傷する可能性がある。

図７は、システムコントローラ、例えばシステムコントローラ１６（図１に示されている）によって適用される、二段電力コンバータ１４（図１に示されている）の動作を制御するための一例示的制御線図１５０である。制御線図１５０は、第１の経路１６０、第２の経路１６２、第３の経路１６４、第４の経路１６６および第５の経路１６８の５つの制御経路を含む。ＰＶアレイ電圧レベル１７０は、制御線図１５０を使用して決定される。より具体的には、ＰＶアレイ電圧レベル１７０に対応する動作信号（例えば電圧コマンド）が、ブーストコンバータ、例えばブーストコンバータ２４（図１に示されている）に提供される。ブーストコンバータ２４は、例えばＰＶアレイ１２（図１に示されている）に加えられる負荷抵抗を調整するために動作信号を印加するように構成されている。複数の相を含む実施形態では、この動作信号に電流平衡調整器の出力を加算し、次にそれぞれをＤＣバス電圧で除し、相毎の変調コマンドを得る。

この例示的実施形態では、二段電力コンバータ１４が正常に動作している間、第１の経路１６０が利用される。ＰＶアレイ電圧１７２とＰＶ電圧コマンド１７４が加算され、かつ、これらが比較されてＰＶ電圧誤差信号１７６が得られる。ＰＶ電圧コマンド１７４は、システムコントローラ１６によって、少なくとも部分的に電力動作点に基づいて決定される。ＰＶ電圧誤差信号１７６に利得１７８を乗じ、選択スイッチ１８０を介して、システムコントローラ出力（図７には示されていない）を供給するノード１８２に供給される。

この例示的実施形態では、第２の経路１６２は、ＰＶアレイ電流１９０が事前定義のＰＶアレイ電流閾値１９２より大きくなったとき制御するように構成されている。ＰＶアレイ電流１９０と事前定義のＰＶアレイ電流閾値１９２（例えばＰＶ最大電流基準）が加算され、かつ、これらが比較されてＰＶ過電流誤差信号１９４が得られる。ＰＶ過電流誤差信号１９４は、それに利得１９６を乗じ、選択スイッチ１９８を介してノード１８２に供給される。

この例示的実施形態では、第３の経路１６４は、実際のＰＶアレイ電力２００が事前定義の閾値２１０（例えばＰＶアレイ最大電力基準）を超過したとき制御するように構成されており、この事前定義の閾値２１０の超過は、例えばＬＶＲＴ事象またはＺＶＲＴ事象の間に生じる。ＰＶアレイ電力２００とＰＶアレイ最大電力基準２１０が加算され、かつ、これらが比較されてＰＶ過電力誤差信号２１２が得られる。誤差信号２１２は、それに利得２１４を乗じ、選択スイッチ２１６を介してノード１８２に供給される。ＰＶアレイ最大電力基準２１０は、より高いレベルの制御からの削減電力需要の結果、あるいはＬＶＲＴ事象またはＺＶＲＴ事象の結果のいずれかとして変更することができる。

この例示的実施形態では、第４の経路１６６は、ＬＶＲＴ事象またはＺＶＲＴ事象の間にＤＣバス電圧２２０が降下したとき制御するように構成されている。ＤＣバス電圧レベル２２０とＤＣバス最小電圧基準２２２が加算され、かつ、比較されて不足電圧誤差信号２２４が得られる。不足電圧誤差信号２２４は、それに利得２２６を乗じ、選択スイッチ２２８を介してノード１８２に供給される。上述のように、ＤＣ−ＡＣインバータ２６およびブーストコンバータ２４は独立して制御され、また、ＤＣ−ＡＣインバータ２６はＤＣバス電圧２２０を制御する。しかしながら、ＤＣバス電圧２２０がＤＣバス最小電圧基準２２２より低くなると、二段電力コンバータ１４を損傷する可能性のあるレベルまでＤＣバス電流が大きくなることがある。この状況では、システムコントローラ１６は、ブーストコンバータ２４を制御してＤＣバス電圧２２０を高くする。第４の経路１６６は、第３の経路１６４をバイパスすることを容易にし、それによりブーストコンバータ２４は、ＬＶＲＴ事象またはＺＶＲＴ事象の継続期間が延長されている間、および／または電気グリッド２２への位相ジャンプの後に、コンバータ損失およびインバータ損失を供給することができる。

この例示的実施形態では、第５の経路１６８は、ＤＣバス電圧２２０がＤＣバス最大電圧基準２３０より高くなったとき制御するように構成されている。ＤＣバス電圧２２０が二段電力コンバータ１４を損傷することになる可能性のある電圧レベルであるＤＣバス最大電圧基準２３０より高くなると、第５の経路１６８からの信号がノード１８２に提供される。

さらに、コンピュータ実行可能コンポーネントを有する１つまたは複数のコンピュータ可読媒体を構成して二段電力コンバータの動作を制御することも可能である。コンピュータ実行可能コンポーネントには、少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、その少なくとも１つのプロセッサが電圧測定信号および電流測定信号を受け取ることになるインタフェースコンポーネントと、少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、その少なくとも１つのプロセッサが、削減電力動作点に対応するＰＶアレイ電圧コマンドを決定するための少なくとも１つのアルゴリズムを記憶することになるメモリコンポーネントと、少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、その少なくとも１つのプロセッサが、二段電力コンバータの動作を制御する動作信号を生成することになる解析コンポーネントとを含むことができる。

本明細書に記載の実施形態には、１つまたは複数のコンピュータ可読媒体が包含されており、個々の媒体は、その上にデータまたはデータを操作するためのコンピュータ実行可能命令を含むように構成することができる。コンピュータ実行可能命令には、データ構造、オブジェクト、プログラム、ルーチン、または様々な異なる機能を実行することができる汎用コンピュータと結合された処理システム、あるいは限ら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と結合された処理システムなどの処理システムがアクセスすることができる他のプログラムモジュールが含まれる。本開示の態様は、本明細書に記載の命令を実行するように構成されると、汎用コンピュータを専用計算デバイスに変換する。コンピュータ実行可能命令によって処理システムは特定の機能または機能群を実行し、また、これらのコンピュータ実行可能命令は、本明細書において開示されている方法のための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、特定の実行可能命令シーケンスは、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行為の一例を提供する。コンピュータ可読媒体の例には、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、読取専用メモリ（「ＲＯＭ」）、プログラマブル読取専用メモリ（「ＰＲＯＭ」）、消去可能プログラマブル読取専用メモリ（「ＥＰＲＯＭ」）、電気的消去可能プログラマブル読取専用メモリ（「ＥＥＰＲＯＭ」）、コンパクトディスク読取専用メモリ（「ＣＤ−ＲＯＭ」）、または処理システムがアクセスすることができるデータまたは実行可能命令を提供することができる任意の他のデバイスあるいはコンポーネントがある。

本明細書に記載のコンピュータまたは計算デバイスは、１つまたは複数のプロセッサすなわち処理装置、システムメモリおよび何らかの形態のコンピュータ可読媒体を有している。非制限の一例として、コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体および通信媒体を備えている。コンピュータ記憶媒体には、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュールまたは他のデータなどの情報を記憶するための任意の方法または技術で実施される揮発性および不揮発性媒体、取外し可能および非取外し可能媒体が含まれる。通信媒体は、通常、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、または搬送波あるいは他の輸送機構などの変調データ信号中の他のデータを含み、また、この通信媒体には任意の情報引渡し媒体が含まれる。これらの任意の組合せも同じくコンピュータ可読媒体の範囲内である。

上述の実施形態は、二段電力コンバータの効率的かつコスト効果的な動作を容易にする。本明細書に記載の制御システムは、ＬＶＲＴおよびＺＶＲＴを容易にするために二段電力コンバータの動作を制御する。

以上、二段電力コンバータを含む発電システムの例示的実施形態について詳細に説明した。これらの方法およびシステムは、本明細書に記載の特定の実施形態に限定されず、それどころか、システムのコンポーネントおよび／または方法のステップは、本明細書に記載の他のコンポーネントおよび／またはステップから独立して、個別に利用することができる。

本発明の様々な実施形態の特定の特徴は、いくつかの図面に示されており、他の図面には示されていないが、これは単に便宜上のためのものにすぎない。本発明の原理によれば、図面の任意の特徴を参照することができ、および／または任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて特許請求することができる。

本書は、例を使用して、最良の形態を含めて本発明を開示するために、また、任意のデバイスまたはシステムの構築および使用、ならびに組み込まれている任意の方法の実行を含めて本発明を当業者が実施することを可能にする。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義されており、当業者に思い浮ぶ他の例を包含することができる。このような他の例には、特許請求の範囲の文言とは異ならない構造構成要素をそれらが有している場合でも、特許請求の範囲の文言とわずかしか異ならない均等の構造構成要素をそれらが含んでいる場合でも、本特許請求の範囲に包含されることが意図されている。

１０ 発電システム
１２ 光起電力（ＰＶ）アレイ
１４ 二段電力コンバータ
１６ システムコントローラ
２０ ＡＣ出力電圧
２２ 電気グリッド
２４ ブーストコンバータ
２６ インバータ
３２ 出力
３４ 入力
３６ ＤＣバス
４０、４２ 導体
５０、５２ 電流測定デバイス
５４ ＰＶ電圧測定デバイス
５６ ＤＣバス電圧測定デバイス
７０ Ｖ−Ｉ曲線
７２ ＰＶアレイ電力曲線
７４ ＰＶアレイＤＣ電圧
７６ ＰＶアレイＤＣ電流
７８ 電力出力
８０ 最大電力動作点
８２、８４ 点
８６、９２ 削減電力動作点
８８ ＩＧＢＴ
９０ ダイオード
１００ 流れ図
１１０ 方法
１２０ 電圧センサ信号および電流センサ信号を受け取るステップ
１２２ ブーストコンバータ動作信号を提供するステップ
１２４ インバータ動作信号を提供するステップ
１５０ 制御線図
１６０ 第１の経路
１６２ 第２の経路
１６４ 第３の経路
１６６ 第４の経路
１６８ 第５の経路
１７０ ＰＶアレイ電圧レベル
１７２ ＰＶアレイ電圧
１７４ ＰＶ電圧コマンド
１７６ ＰＶ電圧誤差信号
１７８、１９６、２１４、２２６ 利得
１８０、１９８、２１６、２２８ 選択スイッチ
１８２ ノード
１９０ ＰＶアレイ電流
１９２ ＰＶアレイ電流閾値
１９４ 過電流誤差信号
２００ 実際のＰＶアレイ電力
２１０ ＰＶアレイ最大電力基準
２１２ 過電力誤差信号
２２０ ＤＣバス電圧
２２２ バス最小電圧基準
２２４ 不足電圧誤差信号
２３０ バス最大電圧基準

Claims (10)

1. 電気グリッド（２２）に電力を提供するための電力変換システム（１４）であって、
   光起電力（ＰＶ）アレイ（１２）に結合され、ＰＶアレイ電圧を制御するように構成されたブーストコンバータ（２４）と、
   少なくとも１つの導体（３６）によって前記ブーストコンバータに結合され、前記少なくとも１つの導体の両端間の電圧降下を調節するように構成されたインバータ（２６）と、
   前記ブーストコンバータおよび前記インバータの動作を制御するように構成されたシステムコントローラ（１６）と
   を備える電力変換システム（１４）。
2. 前記システムコントローラ（１６）が、低電圧ライドスルー（ＬＶＲＴ）グリッド事象およびゼロ電圧ライドスルー（ＺＶＲＴ）グリッド事象の少なくとも一方に応答して前記ブーストコンバータ（２４）および前記インバータ（２６）の動作を制御するように構成されている、請求項１記載のシステム（１４）。
3. 前記システムコントローラ（１６）が、ＬＶＲＴ事象およびＺＶＲＴ事象の少なくとも一方に応答して削減電力動作点を決定するように構成されている、請求項２記載のシステム（１４）。
4. 前記システムコントローラ（１６）が、前記削減電力動作点に対応する削減電力動作点信号を前記ブーストコンバータ（２４）に提供するように構成され、前記ブーストコンバータ（２４）が、前記削減電力動作点信号に応答して前記ＰＶアレイ電圧を調整するように構成されている、請求項３記載のシステム（１４）。
5. 前記ブーストコンバータ（２４）が、前記削減電力動作点信号に応答して前記ＰＶアレイ電圧を高くするように構成され、それによりＰＶアレイ電流が小さくなり、また、前記少なくとも１つの導体（３６）に提供される電力が減少する、請求項４記載のシステム（１４）。
6. 前記ブーストコンバータ（２４）が、前記削減電力動作点信号に応答して前記ＰＶアレイ電圧を低くするように構成され、それによりＰＶアレイ電流が大きくなり、前記少なくとも１つの導体（３６）に提供される電力が減少する、請求項４記載のシステム（１４）。
7. 前記ブーストコンバータ（２４）が、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）（８８）およびダイオード（９０）の少なくとも一方を備え、前記ＰＶアレイ電流が前記ＩＧＢＴおよびダイオードの少なくとも一方に分流され、それにより前記ブーストコンバータをより低いＰＶアレイ電圧で動作させることができる、請求項６記載のシステム（１４）。
8. 前記システムコントローラ（１６）が、前記少なくとも１つの導体（３６）を流れる電流が事前定義の最大電流閾値より大きくなり、前記少なくとも１つの導体の両端間の電圧降下が事前定義の最大電圧閾値より大きくなると、その少なくともいずれかに応答して前記削減電力動作点信号を前記ブーストコンバータ（２４）に提供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）。
9. 前記ブーストコンバータ（２４）が、前記事前定義の最大電流閾値を超える電流レベルから前記インバータ（２６）を保護するために前記ＰＶアレイ電圧を低くするように構成されている、請求項８記載のシステム（１４）。
10. 二段電力コンバータ（１４）に結合され、低電圧ライドスルー（ＬＶＲＴ）事象およびゼロ電圧ライドスルー（ＺＶＲＴ）事象の少なくとも一方に応答してその動作を制御するように構成されたシステムコントローラ（１６）であって、
    電圧センサ信号および電流センサ信号を受け取り、
    前記電圧センサ信号および前記電流センサ信号に基づいて削減電力動作点を決定し、
    前記二段電力コンバータの第１段（２６）にＤＣバス電圧制御信号を提供し、
    前記二段電力コンバータの第２段（２４）に光起電力（ＰＶ）アレイ電圧制御信号を提供し、前記ＤＣバス電圧制御信号が前記削減電力動作点に対応する
    ように構成されたシステムコントローラ（１６）。

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