JP2022058334A - 電力変換のための方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広範囲の入力電圧に対応した電力システムを提供する。【解決手段】電力システム１００ＡＡは、直流（ＤＣ）入力を交流（ＡＣ）出力に変換するインバータを有する。インバータは、ＤＣ／ＡＣモジュール１２０の入力部に接続された複数のコンデンサＣ＋、Ｃ－を含む。電力システムは、インバータを収容するように構成されたハウジング１２２を含む。電圧制御回路１０８は、インバータのハウジング内のＤＣ／ＡＣモジュールの入力部の電圧を上昇させる。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、電力変換のためのシステム、装置、および方法に関する。

電力変換は、電気エネルギーを１つの形態から別の形態に変換するために行うことができる。電気エネルギーの電力変換には、電圧を別の電圧に変更すること、周波数を別の周波数に変更すること、交流（ＡＣ）と直流（ＤＣ）との間で変換することなどが含まれ得る。電力変換器は、電気エネルギーを変換するために使用されるデバイスである。電力変換の分類方法として、入力と出力が交流か直流かによるものがある。ＤＣからＤＣへの変換器は、ある電圧レベルの直流電源から別の電圧レベルの直流電源に電力を変換することができる。所定の電源および所定の負荷に対して許可される電圧レベルを決定づける特定のルールが存在する場合がある。

特定の特徴の簡略化された概要を以下に提示する。本概要は、広範囲の概説ではなく、主要なまたは重要な要素を特定することは意図していない。

電力変換のためのシステム、装置、および方法が記載されている。

いくつかの例では、電力変換は、直流（ＤＣ）入力を交流（ＡＣ）出力に変換するように構成されたインバータによって行われ得る。インバータは、ＤＣ／ＡＣモジュールの入力部に直列に接続された複数のコンデンサを含み得る。システムは、インバータを収容するように構成されたハウジングを含み得る。変換器は、インバータのハウジング内のＤＣ／ＡＣモジュールの入力部の電圧を上昇させるように構成され得る。一例として、ハウジング内の電圧は、インバータのハウジング外で許可される電圧の閾値よりも大きくてもよい。

いくつかの例では、システムは、インバータの中点端子の電圧を制御するように構成され得る。システムは、インバータの中性出力端子に従って電圧を制御するように構成され得る。システムは、インバータの正または負の入力端子に従って電圧を制御するように構成され得る。

いくつかの例では、システムは、インバータの入力部に接続された電源の各出力端子において、接地電位に対して正の電圧または接地電位に対して負の電圧を維持するように構成され得る。

いくつかの例では、システムは、異なる構成モード、例えば、接地電位超過電圧ブースト構成モード、接地電位未満電圧ブースト構成モード、非電圧ブースト構成モードなどの間で切り替わるように構成され得る。

これらのおよび他の特徴および利点は、以降でより詳細に説明される。

いくつかの特徴は、添付の図面において、限定としてではなく、例として示されている。図面において、同様の数字は類似の要素を指す。
図１Ａは、接地電位超過構成の電力システムを示す。 図１Ｂは、複数の電源を有する電力システムを示す。 図１Ｃは、複数の電源を有する電力システムを示す。 図１Ｄは、複数の電力デバイスを有する電力システムを示す。 図１Ｅは、複数の電力デバイスを有する電力システムを示す。 図２は、接地電位未満構成の電力システムを示す。 図３は、電力システムを示す。 図４は、電力システムを示す。 図５Ａは、電圧ブースト構成モードでの電力システムを示す。 図５Ｂは、非電圧ブースト構成モードでの図５Ａの電力システムを示す。 図６Ａは、電圧ブースト構成モードでの電力システムを示す。 図６Ｂは、非電圧ブースト構成モードでの図６Ａの電力システムを示す。 図７Ａは、電圧ブースト構成モードでの電力システムを示す。 図７Ｂは、非電圧ブースト構成モードでの図７Ａの電力システムを示す。 図８Ａは、電圧ブースト構成モードでの電力システムを示す。 図８Ｂは、非電圧ブースト構成モードでの図８Ａの電力システムを示す。 図９Ａは、接地電位超過構成モードでの電力システムを示す。 図９Ｂは、接地電位未満構成モードでの図９Ａの電力システムを示す。 図９Ｃは、非電圧ブースト構成モードでの図９Ａの電力システムを示す。 図１０Ａは、接地電位超過構成モードでの電力システムを示す。 図１０Ｂは、接地電位未満構成モードでの図１０Ａの電力システムを示す。 図１０Ｃは、非電圧ブースト構成モードでの図１０Ａの電力システムを示す。 図１１は、方法のフローチャートを示す。 図１２は、システム電力デバイスハウジングの内部に電圧制御回路を有する電力システムを示す。 図１３は、電力システムの接地接続を示す。

本明細書では、電力変換のためのシステム、装置、および方法が説明される。いくつかの例では、電力変換は、直流（ＤＣ）入力電力を交流（ＡＣ）出力電力に変換するように構成されたインバータを有する電力システムによって行われる。インバータは、ＤＣ／ＡＣモジュールの入力部に直列に接続された複数のコンデンサを含み得る。システムは、インバータを収容するように構成されたハウジングを含み得る。ハウジングは、本明細書では「インバータのハウジング」とも呼ばれ、インバータの一部と見なされ得る。ハウジングは、インバータの変換器回路を収容し得る。変換器回路は、電力を変換するように構成され得る。変換器回路は、ＤＣ／ＡＣモジュールを含み得る。電圧制御回路が、インバータのハウジング内のＤＣ／ＡＣモジュールの入力部の電圧を上昇させるように構成され得る。一例として、ハウジング内の電圧は、インバータのハウジング外で許可される電圧の閾値よりも大きくてもよい。電圧制御回路は、変換器を含み得る。

いくつかの例では、システムは、インバータの複数のコンデンサ間の中点端子の電圧を制御するように構成され得る。複数のコンデンサは、互いにシリアル接続された複数の直列接続コンデンサであり得る。システムは、インバータの中性出力端子に従って電圧を制御するように構成され得る。

いくつかの例では、電力システムは、インバータの入力部に接続された電源の各出力端子において、（例えば、接地電位に対して）正の電圧または（例えば、接地電位に対して）負の電圧のどちらかを維持するように構成され得る。例えば、場合によっては、電源の各出力端子は、接地に対して正の電圧電位に維持され得る。別の例として、電源の各出力端子は、接地に対して負の電圧電位に維持され得る。

いくつかの例では、電力システムは、異なる構成モード、例えば、接地電位超過電圧ブースト構成モード、接地電位未満電圧ブースト構成モード、非電圧ブースト構成モードなどを切り替えるように構成され得る。接地電位超過電圧ブースト構成モードでは、システムは、接地基準に対して電源出力端子の両端の電圧を上昇させ、正の電圧電位を維持するように構成され得る。接地電位未満電圧ブースト構成モードでは、システムは、電源出力端子の両端の電圧を上昇させ、負の電圧電位を維持するように構成され得る。非電圧ブースト構成モードでは、システムは、電圧制御回路の少なくとも一部を切断し、したがって、インバータのハウジング内の電圧を上昇させないように構成され得る。

本明細書で使用される「接地」および「接地電位」という用語は、基準電圧を指す場合がある。例えば、接地電位は、実際の接地電位（例えば、大地に電気的に接続されている）または仮想接地電位であり得る。

添付の図面は、本明細書の一部を構成し、本開示の例を示す。図面に示され、および／または本明細書で考察される例は、非排他的であり、本開示を実施し得る方法には他の例もあることを理解されたい。

本開示の主題は、図を参照して説明されているシステムおよび装置に拘束されないことに留意されたい。同等および／または変更された機能が、別の様式で統合され得るか、または分割され得、任意の適切な組み合わせで実装され得る。例えば、別個のユニットとして示されている（例えば、図１Ａに示されている）電源１０２および電力デバイス１０４は、それらの機能および／または構成要素が単一のユニットに組み合わせられてもよい。別の例として、（例えば、図１Ａに示されている）別個のユニットとして示されている電力デバイス１０４およびシステム電力デバイス１１０Ａは、それらの機能および／または構成要素が単一のユニットに組み合わせられてもよい。別の例として、ハウジング１２２の内部に示されている１つ以上のスイッチＳは、ハウジング１２２の外部に配置されてもよい。例えば、図５Ａおよび図５Ｂのハウジング１２２の内部に示されているスイッチＳＡは、ハウジング１２２の外部に配置されてもよい。

また、本開示の主題は、図に示されているフローチャートに拘束されず、示されている動作は、示されている順序から外れて起こり得ることにも留意されたい。例えば、連続して示されている動作は、実質的に同時にまたは逆の順序で実行されてもよい。フローチャートは、本明細書に示されている要素を参照して説明されるが、これは決して拘束するものではなく、動作は、本明細書に説明されるもの以外の要素によって行われ得ることにも留意されたい。

様々な図における同様の参照または類似の参照は、本出願全体を通して同様の要素を指すことにも留意されたい。例えば、図１Ａに示される電圧制御回路１０８は、本明細書に説明され示される他の電圧制御回路と類似または同じであり得、逆もまた同様であることを理解されたい。本出願全体を通して、いくつかの一般的な参照は、特定の関連要素のいずれかを指すために使用される場合がある。例えば、電力システム１００は、様々な電力システム（例えば、１００ＡＡ、１００ＡＢ、１００Ｂ）のいずれかを指し、電力デバイス１０４は、様々な電力デバイスのいずれかを指し、システム電力デバイス１１０は、様々なシステム電力デバイス（例えば、１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ、１１０Ｅ、１１０Ｆ、１１０Ｇ、１１０Ｈ、１１０Ｉ、１１０Ｊ、１１０Ｋ、１１０Ｌ）などのいずれかを指し得る。

本明細書の例に与えられているすべての数値は、例示のみを目的として提供されており、決して拘束するものではないことにも留意されたい。

本明細書で使用される「実質的に」、「約」、および「閾値」という用語は、意図された目的または機能と同等である（例えば、許容される変形の範囲内の）変形を含む。特定の値または値の範囲は、本明細書では、「実質的に」、「約」、および「閾値」という用語が先行する数値で提示される。「実質的に」、「約」、および「閾値」という用語は、本明細書では、その用語が先行する正確な数、ならびにその用語が先行する数に近いか、またはほぼその数である数を文字通り補助するために使用される。ある数が、具体的に記載された数に近いか、またはほぼその数であるかを判断する際に、近いかまたは近似するが列挙されていない数も、それが提示される文脈において、具体的に記載された数と実質的に等しい数であり得る。

本明細書で使用される「コントローラ」という用語は、コンピュータおよび／または他の適切な処理回路、ならびにメモリを含み得る。「コンピュータ」および「プロセッサ」という用語、ならびにその変形は、非限定的な例として、１つ以上のデジタル処理デバイス（例えば、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブル回路、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等）、１つ以上の処理デバイスを備えるか、もしくはそれらに動作可能に接続された１つ以上のデバイス、および／または制御ロジックを実装するアナログ回路を含む、データ処理能力を備えたあらゆる種類のハードウェアベースの電子デバイスをカバーすると広範に解釈されるべきである。「コンピュータ」または「プロセッサ」は、１つ以上のデジタル処理デバイスに動作可能に接続されたメモリおよび／またはハードウェアレジスタを含み得る。メモリおよび／またはハードウェアレジスタは、構成情報および／またはコンピュータ実行可能命令を格納することができ、これらは、１つ以上のデジタル処理デバイスによって読み取られて解釈されると、１つ以上のデジタル処理デバイスを含むシステムまたは装置に、本明細書に説明されているステップおよび動作を行わせる。本明細書で使用される「メモリ」または「データストレージデバイス」という用語は、本開示の主題に好適である任意の揮発性または不揮発性のコンピュータメモリをカバーすると広範に解釈されるべきである。上記には、非限定的な例として、本出願に開示された１つ以上のコントローラ１１６が含まれ得る。

図１Ａ～図１０Ｃは、本主題の例による、電圧制御回路１０８を有する様々な電力システム１００の例を示す。

ここで、本主題の例による電力システム１００ＡＡを示す図１Ａを参照する。電力システム１００ＡＡは、１つ以上の電源１０２を含み得る。本明細書では、１つ以上の電源１０２は、「複数の電源１０２」とも記載される場合があり、当該複数の電源１０２のそれぞれは、「電源１０２」と記載される場合がある。

一例として、電力システム１００ＡＡは、光起電性（ＰＶ）電力システムであってもよく、電源１０２は、ＰＶ発電機であってもよい。例えば、各電源１０２は、１つ以上の光起電性セル、シリアル接続された光起電性セルの１つ以上のストリング、光起電性パネル、または１つ以上の光起電性パネルであり得る。一例として、電源１０２は、シリアル接続された光起電性電セルの直列接続または並列接続されたストリングを含み得る。また、一例として、電源１０２は、互いに直列接続および／または並列接続された光起電性パネルを含み得る。電源１０２は、本明細書では、ＰＶ発電機の文脈で説明されるが、「電源」という用語は、他のタイプの適切な電源、例えば、風力タービン、水力タービン、燃料電池、バッテリなどを含み得る。一例として、電源１０２がバッテリなどの蓄電装置であり得る場合には、電力システム１００は、電源１０２を充電するために、電力システムの要素が電源１０２に電流を提供するように配置され得る。

図１Ａには、簡略化のために単一の電源１０２のみが示されているが、１つ以上の電源は、直列接続および／または並列接続で互いに接続された複数の電源１０２を含み得る。例えば、１つ以上の電源１０２は、電源１０２の複数のストリング（シリアルストリングまたは直列ストリングとも呼ばれる）を含み得、電源１０２の各ストリングは、互いに直列に接続された複数の電源１０２を含む。電源１０２のストリングの各々は、電源１０２の他のストリングに並列に接続され得る。

図１Ｂを参照すると、複数の電源１０２が互いに直列に接続された電力システム１００ＡＢが示されている。複数の電源１０２は、電源１０２の直列ストリングと呼ばれることもある。電源１０２の直列ストリングは、電力デバイス１０４に接続されている。いくつかの例では、電源１０２の複数の直列ストリングを互いに並列に接続することができ、この並列接続を電力デバイス１０４に接続することができる。

図１Ｃを参照すると、複数の電源１０２が互いに並列に接続された電力システム１００ＡＣが示されている。複数の電源１０２は、電力デバイス１０４に接続されている。

図１Ａに戻って参照すると、各電源１０２は、電源１０２を１つ以上の電力デバイス１０４または１つ以上のシステム電力デバイス１１０Ａに接続するように構成された複数の出力端子１０３を含み得る。図１Ａの例では、電源１０２は、電力デバイス１０４に接続されている。電力デバイス１０４は、システム電力デバイス１１０Ａに接続されている。システム電力デバイス１１０Ａは、負荷１１２に接続されている。図１Ａでは、電源１０２の出力端子１０３は、電力デバイス１０４の入力端子１０５に接続されている。電力デバイス１０４の出力端子１０７は、バス１０６の端子ＤＣ＋、ＤＣ－に接続されている。また、システム電力デバイス１１０Ａの入力端子１０９も、バス１０６の端子ＤＣ＋、ＤＣ－に接続されている。このようにして、電力デバイス１０４の出力端子１０７は、システム電力デバイス１１０Ａの入力端子１０９に接続される。システム電力デバイス１１０Ａの出力端子１１１は、負荷１１２に接続されている。図１Ａの例では、システム電力デバイスは、負荷１１２に接続された４つの出力端子１１１を有する。３つの異なる出力位相端子Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の各々に対する１つのそれぞれの出力端子１１１、および中性出力端子Ｎのための出力端子１１１である。簡単にするために、いくつかの出力端子１１１への参照は他の図から省略されている。バス１０６は、電力システム１００の要素を接続するのを助ける導体であり得る。バス１０６は、電力システム１００の要素間で電圧を分配するのを助けることができる。バス１０６は、１つ以上の物理的バスバーまたは他の導電要素に対応し得る。バス１０６は、電力システム１００の複数の要素を接続するための複数の端子を含み得る。

１つ以上の電源１０２は、互いに対して直列に、並列に、または他の何らかの組み合わせで、１つ以上のそれぞれの電力デバイス１０４に接続され得る。１つ以上の電力デバイス１０４は、本明細書では「電力デバイス（ｐｏｗｅｒ ｄｅｖｉｃｅｓ）１０４」とも呼ばれ、１つ以上の電力デバイス１０４のそれぞれの電力デバイスは、本明細書では「電力デバイス（ｐｏｗｅｒ ｄｅｖｉｃｅ）１０４」とも呼ばれる。上記のように、各電力デバイス１０４は、１つ以上の電源１０２を電力デバイス１０４に接続するように構成された複数の入力端子１０５を含み得る。一例として、電源１０２が電荷を蓄積することができるデバイスであり得る場合には、電力デバイス１０４は、電源１０２を充電するために電源１０２に電流が供給され得るように配置された双方向性の電力デバイス１０４であり得る。つまり、いくつかの例では、電流は、電源１０２からの方向に、または電源１０２に向かう方向に、電力デバイス１０４を通って流れることができる。

電力デバイス１０４は、例えば、１つ以上のＤＣ－ＤＣ変換器（例えば、降圧変換器、昇圧変換器、降圧／昇圧変換器、降圧＋昇圧変換器、またはそれらの組み合わせ）、ＤＣ－ＡＣインバータ、マイクロインバータ、ＡＣ－ＤＣ整流器などを含み得る。上記のように、いくつかの例では、１つ以上の電力デバイス１０４は、システム電力デバイス１１０の内部（例えば、システム電力デバイス１１０のハウジング１２２の内部）であり得る。

いくつかの例では、各電力デバイス１０４は、複数の変換器、パワーステージ、またはサブ変換器を含み得る。複数の変換器は、電力デバイス１０４の単一の共有ハウジングまたはエンクロージャ内に（すなわち、互いに同じハウジングまたはエンクロージャ内に）設置され得る。いくつかの例では、複数の変換器が、（例えば、電力デバイス１０４の単一の共有ハウジングまたはエンクロージャ内に設置され得る）同じプリント回路基板（ＰＣＢ）上に設置され得る。

１つ以上の電源１０２または１つ以上の電力デバイス１０４は、１つ以上のシステム電力デバイス１１０Ａに接続され得る。１つ以上のシステム電力デバイスのハウジング１２２は、図１Ａに破線を使用して示されている。１つ以上のシステム電力デバイス１１０Ａは、ハウジング１２２の内側に囲まれた要素を含み得る。本明細書では、１つ以上のシステム電力デバイス１１０Ａは、「複数のシステム電力デバイス１１０Ａ」と記載される場合がある、当該複数のシステム電力デバイス１１０Ａのそれぞれは、「システム電力デバイス１１０Ａ」と記載される場合がある。他の電力システム１００のシステム電力デバイス１１０は、同様に記載され得る（例えば、複数のシステム電力デバイス１１０Ｂ、システム電力デバイス１１０Ｂなど）。電力デバイス１０４の出力部は、直列に、並列に、またはシリアル接続と並列接続との組み合わせで互いに接続され得る。例えば、電力デバイス１０４は、それらの出力部において互いに接続され得、第１の電力デバイスの少なくとも１つの出力端子が第２の電力デバイスの少なくとも１つの他の出力端子に接続されている。電力デバイス１０４は、直列接続で接続されて、電力デバイス１０４の直列ストリングが形成され得る。電力デバイス１０４の直列ストリングは、バス１０６（例えば、ＤＣバス）を介して１つ以上のシステム電力デバイス１１０Ａに接続され得る。ＤＣバス１０６は、システム電力デバイス１１０Ａの第１の入力端子に接続されたハイサイドと、システム電力デバイス１１０Ａの第２の入力端子に接続されたローサイドとを有し得る。図１Ａには１つのシステム電力デバイス１１０Ａが示されているが、複数のシステム電力デバイス１１０を同じ方法でバス１０６に接続することができる。図１Ａの例では、電力デバイス１０４は、ＤＣバス１０６のハイサイドおよび端子ＤＣ＋でシステム電力デバイス１１０Ａの第１の入力部に接続されている。電力デバイス１０４は、ＤＣバス１０６のローサイドおよび端子ＤＣ－でシステム電力デバイス１１０Ａの第２の入力部に接続されている。

図１Ｄを参照すると、複数の電力デバイス１０４がそれらの出力部で互いに直列に接続された（これは、電力デバイス１０４の直列ストリングとも呼ばれ得る）電力システム１００ＡＤが示されている。電力デバイス１０４の直列ストリングは、システム電力デバイス１１０Ａに接続され得る。いくつかの例では、電力デバイス１０４の複数の直列ストリングを、１つ以上のシステム電力デバイス１１０Ａに（例えば、バス１０６を介して）並列に接続することができる。簡単にするために、図１Ｄでは、各電力デバイス１０４は、単一の電源１０２に接続されているものとして示されているが、いくつかの例では、上述したように、複数の電力デバイス１０４のうちの１つ以上の電力デバイス１０４を各々複数の電源１０２に接続することができる。

図１Ｅを参照すると、複数の電力デバイス１０４がそれらの出力部で互いに並列に接続された電力システム１００ＡＥが示されている。複数の電力デバイス１０４は、例えば、バス１０６を介してシステム電力デバイス１１０Ａに接続され得る。簡単にするために、図１Ｅでは、各電力デバイス１０４は、単一の電源１０２に接続されているものとして示されているが、いくつかの例では、上述したように、複数の電力デバイス１０４のうちの１つ以上の電力デバイス１０４を複数の電源１０２に接続することができる。

電力デバイス１０４が電力システムに含まれない場合、電源１０２は、電力デバイス１０４を１つ以上のシステム電力デバイス１１０Ａに接続することに関して上で説明したものと類似する様式で、ＤＣバス１０６を介して１つ以上のシステム電力デバイス１１０に直接接続され得る。

図１Ａに戻って参照すると、システム電力デバイス１１０は、例えば、１つ以上のＤＣ－ＤＣ変換器（例えば、降圧変換器、昇圧変換器、降圧／昇圧変換器、および／または降圧＋昇圧変換器、それらの組み合わせなど）、ＤＣ－ＡＣインバータ、コンバイナおよび／または監視ボックスなどを含み得る。各システム電力デバイス１１０は、ＤＣ／ＡＣモジュール１２０を含み得る。ＤＣ／ＡＣモジュール１２０は、ＤＣ入力をＡＣ出力に変換するように構成された回路を含み得る。例えば、システム電力デバイス１１０は、１つ以上の相のためのインバータ（例えば、一相インバータ、二相インバータ、三相インバータなど）を含み得る。上記のように、図１Ａに示される例では、システム電力デバイス１１０Ａは、第１のＡＣ相出力端子Ｌ１、第２のＡＣ相出力端子Ｌ２、第３のＡＣ相出力端子Ｌ３、および中性出力端子Ｎを含む４つの出力線を有する４つの出力端子１１１を有する。

一例として、電源１０２がエネルギー蓄電デバイスであり得る場合には、システム電力デバイス１１０は、電源１０２を充電するために電源１０２に電流が供給され得るように配置された双方向性のシステム電力デバイス１１０であり得る。例えば、ＤＣ／ＡＣモジュール１２０はまた、ＡＣ入力をＤＣ出力に変換するように構成され得る。したがって、いくつかの例では、電流は、電源１０２からの方向に、または電源１０２に向かう方向に、システム電力デバイス１１０を通って流れることができる。

各システム電力デバイス１１０は、ＤＣ／ＡＣモジュール１２０の入力部の両端に接続され得る、Ｃ＋およびＣ－を含む複数のコンデンサを含み得る。例えば、１つのコンデンサＣ＋をＤＣ／ＡＣモジュール１２０の入力端子Ｔ４に接続することができ、別のコンデンサＣ－を、ＤＣ／ＡＣモジュールの入力端子Ｔ３に接続することができる。コンデンサＣ＋とコンデンサＣ－とは、端子Ｔ１で互いに接続することができる。端子Ｔ１は、本明細書では、中点端子Ｍまたは中点端子Ｔ１とも呼ばれ得る。本明細書で使用される「中点端子」という用語は、互いに直列に接続された複数のコンデンサの間に設置された端子を指す。簡単にするために、図１Ａには、２つのコンデンサ、Ｃ＋およびＣ－のみが示されているが、システム電力デバイス１１０は、例えば、端子Ｔ４と端子Ｔ１との間に直列に接続された複数のコンデンサおよび／または（例えば、図３に示されているように）端子Ｔ１と端子Ｔ３の間に直列に接続された複数のコンデンサを有することにより、２つよりも多いコンデンサを有してもよい。いくつかの例では、複数のコンデンサは、複数の並列接続されたコンデンサ（図示せず）を含み得る。

ハウジング１２２は、システム電力デバイス１１０を含むように構成され得る。例えば、ハウジング１２２は、複数のコンデンサ（例えば、Ｃ＋およびＣ－）およびシステム電力デバイス１１０のＤＣ／ＡＣモジュール１２０を保持するように構成されたエンクロージャであり得る。他の変形例では、ハウジング１２２は、電圧制御回路１０８、および／または電力デバイス１０４などの電力システム１００の他の構成要素を保持するように構成され得る。一例として、図１２は、システム電力デバイス１１０Ｋおよび電圧制御回路１０８の両方がハウジング１２２の内部に設置され得る電力システム１００Ｋを示している。そのような配置は、簡潔にするためにすべてのオプションが示されることなく、本明細書に示され、説明される他の電力システム１００において可能であり得る。

ハウジング１２２は、システム電力デバイス１１０の要素のうちの少なくともいくつかを物理的に取り囲み、包含するように構成された物理的構造であり得る。上記のように、ハウジング１２２はまた、システム１００の少なくともいくつかの他の要素を取り囲むことができる。一例として、ハウジング１２２は、ＤＣ／ＡＣモジュール１２０、複数のコンデンサＣ、１つ以上のスイッチなどを収容するように構成され得る。

電圧制御回路１０８は、電圧を制御するように構成され得る。例えば、電圧制御回路１０８は、ＤＣ／ＡＣモジュール１２０の入力端子Ｔ３およびＴ４間の電圧を調整するように構成され得る。電圧制御回路１０８は、ＤＣ／ＡＣモジュール１２０への入力部の両端の電圧を実質的に２倍にするように構成され得る。例えば、ＤＣ／ＡＣモジュール１２０の入力端子Ｔ３、Ｔ４間の電圧が、電圧制御回路１０８が動作していない状態で約４００ボルトである場合、電圧制御回路１０８は、ＤＣ／ＡＣモジュール１２０の入力端子Ｔ３およびＴ４間でその電圧を２倍の約８００ボルトにするように構成され得る。電圧制御回路１０８は、特定の効率に従って電圧を上昇させるように構成され得る。電圧制御回路１０８はまた、システム電力デバイス１１０の中点Ｍの電圧を制御するように構成され得る。例えば、電圧制御回路１０８は、中性出力端子Ｎの電圧に従って中点Ｍの電圧を制御するように構成され得る。

電圧制御回路１０８は、システム電力デバイス１１０に接続された複数の端子を含み得る。図１Ａに示される例では、電圧制御回路１０８は、端子Ｔ４に接続された第１の端子および端子Ｔ３に接続された第２の端子を含む、ＤＣ／ＡＣモジュール１２０の入力部の両端に接続された複数の端子を含む。電圧制御回路１０８はまた、システム電力デバイス１１０Ａの端子Ｔ２に接続された第３の端子を含む。端子Ｔ２は、複数のコンデンサＣ＋およびＣ－の間の中点端子Ｍである端子Ｔ１に接続され、実質的に同じ電位であり得る。いくつかの例では、端子Ｔ１および端子Ｔ２は同じ端子であり得る。

いくつかの例では、電圧制御回路１０８は、システム電力デバイス１１０に接続された電源１０２の各出力端子において、接地電位（例えば、中性点Ｎ）に対して正の電圧または負の電圧を維持するように構成され得る。例えば、両方の端子１０３の電圧は、接地電位に対して正の電圧であり得るか、または両方の端子１０３の電圧は、接地電位に対して負の電圧であり得る。いくつかの例では、接地電位は、実際の接地電位（例えば、地面に電気的に接続されている）または仮想接地電位であり得る。図１３は、システム電力デバイス１１０Ｌに接続されている中性点Ｎが、接地ＧＮによって表される実際の大地電位に接続されている電力システム１００Ｌを示している。そのような配置は、簡潔にするためにすべてのオプションが示されることなく、本明細書に示され、説明される他の電力システム１００において可能であり得る。

図１Ａ～１Ｅに示される例では、電力システム１００（例えば、１００ＡＡ、１００ＡＢ、１００ＡＣ、１００ＡＤ、１００ＡＥ）は、電圧制御回路１０８が、電源１０２の各出力端子、および／またはバス１０６の各端子において、接地電位に対して正の電圧を維持するように構成されている、接地電位超過構成にあり得る。図１Ａに示されるように、接地電位超過構成では、システム電力デバイス１１０Ａは、バス１０６の端子ＤＣ＋および端子ＤＣ－を介して電源１０２および／または電力デバイス１０４に接続され得る。端子Ｔ４は端子ＤＣ＋に接続され得、端子Ｔ２（および／または端子Ｔ１）は端子ＤＣ－に接続され得る。図２に示される例では、電力システム１００Ｂは、電圧制御回路１０８が電源１０２の各出力端子において、接地電位に対して負の電圧を維持するように構成されている、接地電位未満構成にあり得る。図２に示されるように、接地電位未満構成では、システム電力デバイス１１０Ｂは、バス１０６の端子ＤＣ＋および端子ＤＣ－を介して電源１０２および／または電力デバイス１０４に接続され得る。端子Ｔ２は端子ＤＣ＋に接続され得、端子Ｔ３は端子ＤＣ－に接続され得る。

図１Ａを参照すると、ＤＣバス１０６のハイサイドは、端子ＤＣ＋を介して端子Ｔ４に接続され得、ＤＣバス１０６のローサイドは、端子ＤＣ－を介して中点端子Ｍに接続され得る。この構成は、電圧制御回路１０８が、端子ＤＣ＋の電圧および端子ＤＣ－の電圧を、接地電位（例えば、中性点Ｎ）に対してゼロおよび／または正の電圧として維持することを可能にし得る。

電圧制御回路１０８は、参照により本明細書に組み込まれ、付録Ａとして本明細書に添付される、米国特許出願第６２／９５５，６２７号に説明される回路を含み得る。例えば、電圧制御回路１０８は、入力電圧を、入力電圧の値の約２倍の出力電圧に変換するように構成される電圧ダブラ回路を含み得る。

電圧制御回路１０８は、例えば、１つ以上のＤＣ－ＤＣ変換器（例えば、降圧変換器、昇圧変換器、降圧／昇圧変換器、降圧＋昇圧変換器、それらの組み合わせ）、ＤＣ－ＡＣインバータ、マイクロインバータ、ＡＣ－ＤＣ整流器などを含み得る。

一例として、設計パラメータ（例えば、安全規制で指定されているか、または構成要素ワイヤ絶縁能力によって要求される）によって、システム電力デバイス１１０のハウジング１２２の外部の電圧が電圧閾値（例えば、バス１０６の端子ＤＣ＋および端子ＤＣ－間で約６００ボルトの電圧閾値）を超えないことが指定され得る。しかしながら、システム電力デバイス１１０の内部に入力される電圧が、比較的より大きな電圧（例えば、ＤＣ／ＡＣモジュール１２０への入力部における端子Ｔ４および端子Ｔ３間の約８００ボルト）であることが有利であり得る。システム電力デバイス１００の内部に比較的より大きな電圧を提供することは、システム電力デバイス１００がより高い効率で動作するのを助けることができる。電圧制御回路１０８は、ＤＣ／ＡＣモジュール１２０への入力部の両端の電圧が、（例えば、バス１０６を介して）システム電力システム電力デバイス１１０への入力部に提供されるものよりも比較的より大きな電圧（例えば、約８００ボルト）であるように、ＤＣ／ＡＣモジュール１２０に入力される電圧を制御するように構成され得る。このようにして、電力システム１００ＡＡは、比較的高い電圧がシステム電力デバイス１１０のハウジング１２２の内部にあるので、システム電力デバイス１１０のＤＣ／ＡＣモジュール１２０への比較的高い入力電圧が存在するように構成され得る。このようにして、ハウジング１２２の外部の電圧は、電圧閾値（例えば、システム電力デバイス１１０の１つ以上の外部入力の電圧）を超えない。

例えば、電圧制御回路１０８は、システム電力デバイス１１０のハウジング１２２の内部にある端子Ｔ４と端子Ｔ３との間の電圧を約８００ボルト（例えば、電圧Ｖ４３＝約８００ボルト）となるように制御するように構成され得る。電圧制御回路１０８はまた、端子ＤＣ＋と端子ＤＣ－との間のＤＣバス１０６上の電圧を、例えば、端子Ｔ４および端子Ｔ３間の電圧の約半分であり得る、端子Ｔ４と端子Ｔ１との間の電圧（例えば、電圧ＶＤＣ＝電圧Ｖ４１＝約４００ボルト）にほぼ等しくなるように制御するように構成され得る。この例では、端子Ｔ１と端子Ｔ３との間の電圧もまた、端子Ｔ４および端子Ｔ３間の電圧の約半分（例えば、電圧Ｖ１３＝約４００ボルト）であり得る。電圧制御回路１０８はまた、システム電力デバイス１１０の中性出力線Ｎに関連して（例えば、等しい）中点端子Ｔ１の電圧を制御するように構成され得る。

一例として、電圧制御回路１０８は、１つ以上の電源１０２および／または電力デバイス１０４がほぼ特定の電圧に到達するのを助けるように構成され得る。例えば、電圧制御回路１０８は、（例えば、図１Ｂに示されるような）電源１０２の直列ストリング、（例えば、図１Ｄに示されるような）電力デバイス１０４の直列ストリング、または電源１０２および電力デバイス１０４の混合を有する直列ストリングがほぼ特定の電圧に到達するのを助けるように構成され得る。特定の電圧は、閾値電圧であり得る。例えば、特定の電圧は、三相電力システムのために特定のＡＣ電圧を生成するために必要とされるＤＣ閾値電圧であり得る。例えば、三相電力システムは、約４００ボルトのＡＣを有する電力システムであり得、３線の各線が約２３０ボルトのＡＣを有する。いくつかの例では、そのようなＡＣ電圧を生成するためには、ＤＣ／ＡＣモジュール１２０へのＤＣ電圧入力は、比較的高いＤＣ電圧（例えば、約６００ボルトのＤＣまたは約８００ボルトのＤＣ）であり得る。電源１０２の直列ストリング、電力デバイス１０４の直列ストリング、または混合直列ストリングがその特定の電圧に到達するのを助ける必要がある場合、電圧制御回路１０８は、直列ストリングによって生成されるＤＣ電圧をブーストするのを助けるように構成され得る。したがって、電圧制御回路１０８は、電圧制御回路１０８がなければ、比較的より長い直列ストリングによって生成され得る比較的より高い電圧に、比較的より短い直列ストリングが到達するのを助けることができる。例えば、システムが電圧制御回路１０８を有さず、その結果、約１０～１５個の電源１０２および／または電力デバイス１０４の比較的より長い直列ストリングを使用して特定の電圧に到達することができる場合、電圧制御回路１０８を含めることによって、電圧制御回路１０８の助けを借りて、約６～９個の電源１０２および／または電力デバイス１０４の比較的より短い直列ストリングを使用して特定の電圧に到達することができる。比較的より短い直列ストリングは、比較的より長い直列ストリングよりも、より少ない電源１０２および／またはより少ない電力デバイス１０４を有利に必要とし得る。

上記のように、電圧制御回路１０８はまた、電源１０２の各出力端子の電圧が（例えば、中性線Ｎの）接地電位に対して正または負のいずれかとして維持されるように電圧を制御するように構成され得る。例えば、図１Ａに示される例では、電力システム１００ＡＡは、電源１０２の各出力端子において、接地電位に対して正の電圧を維持するように構成され得る。図２に示される例では、電力システム１００Ｂは、電源１０２の各出力端子において、接地電位に対して負の電圧を維持するように構成され得る。

電源１０２の一方の出力端子の電圧が正であり、電源１０２の別の出力端子の電圧が負である場合、電源１０２（例えば、ＰＶパネル）の電位誘発劣化（ＰＩＤ）の問題があり得る。しかしながら、電源１０２の出力端子１０３の各々を接地電位超過または接地電位未満に維持することによって、ＰＩＤは軽減される。

ＰＩＤを軽減するために、電源１０２の出力端子１０３の各々を接地電位超過または接地電位未満に維持することは、電源１０１のうちの１つ以上の特性に依存し得る。例えば、電源１０２のうちの１つ以上は、光起電性パネルを接地電位に対してゼロを超過する電圧に維持することによってＰＩＤが低減される特性を有する光起電性パネルであり得る。あるいは、電源１０２のうちの１つ以上は、光起電性パネルを接地電位に対してゼロ未満の電圧に維持することによってＰＩＤが低減される特性を有する光起電性パネルであり得る。一例として、１つ以上の電源１０２は、電圧が接地電位以超過（正の電圧）に維持されるときに、より効率的に動作する１つ以上の光起電性パネルであり得る。あるいは、１つ以上の電源１０２は、電圧が接地電位未満（負の電圧）に維持されるときに、より効率的に動作する１つ以上の光起電性パネルであり得る。例えば、光起電性パネルは、シリコンよりも電子が１つ少ない（これにより、セルを正に帯電させ得る）ホウ素がドープされ得るｐ型セルを有するｐ型パネルであり得る。あるいは、光起電性パネルは、シリコンよりも電子が１つ多い（これにより、セルを負に帯電させ得る）リンでドープされ得るｎ型セルを有するｎ型パネルであり得る。例えば、正にドープされたシリコンセルを有するｐ型パネルｐ型セルは、ＰＩＤを軽減するために、接地電位超過の正の電圧に維持され（負の端子が接地電位に接続されている）、負にドープされたシリコンセルを有するｎ型パネルｎ型セルは、ＰＩＤを軽減するために、接地電位未満の負の電圧に維持され得る（正の端子が接地電位に接続されている）。いくつかの例では、システムは、ｐ型パネルとｎ型パネルの両方を有し得、これらのパネルの電圧は、異なるパネルのタイプに応じて、接地電位超過または接地電位未満に維持され得る。いくつかの例では、単一のパネルがｐ型セルとｎ型セルの両方を有し得、それらのセルの電圧は、適宜に接地電位超過または接地電位未満に維持され得る。

システム電力デバイス１１０は、１つ以上の負荷１１２に接続され得る。１つ以上の負荷１１２は、例えば、電気系統（例えば、ＡＣ電気系統）、蓄電デバイス（例えば、バッテリシステム）、抵抗デバイス（例えば、抵抗器）、誘導デバイス（例えば、モータ）などのうちの１つ以上を含み得る。

電力システム１００ＡＡは、１つ以上のコントローラ１１６を含み得る。所定のコントローラ１１６は、１つ以上の他のコントローラ１１６、および／または電力システム１００ＡＡの１つ以上の他の要素との間で１つ以上の信号を送受信するように構成され得る。１つ以上の信号は、電力変換に関連する１つ以上の命令を含み得る。１つ以上のコントローラ１１６は、電力線通信（ＰＬＣ）、ＺＩＧＢＥＥ（商標）、Ｗｉ－Ｆｉなどを含む任意の適切な通信方法およびデバイスを使用して通信するように構成され得る。電力システム１００ＡＡが複数のコントローラ１１６を含む場合、それらのコントローラ１１６のうちの１つ以上がマスターコントローラとして指定され得る。一例として、マスターコントローラの機能は、１つ以上のコントローラ１１６に含まれ得るか、または別個のハウジング内か、もしくは１つ以上の共通のハウジング（例えば、ハウジング１２２）に異なる組み合わせで配置され得る。例えば、電力デバイス１０４および／または電圧制御回路１０８は、複数のコントローラ１１６を有することができ、それらのコントローラ１１６のうちの１つ以上がマスターコントローラとして指定され得る。例えば、各電力デバイス１０４および／または電圧制御回路１０８は、外部の中央コントローラの有無にかかわらず独自のコントローラ１１６を有し得、それらの内部コントローラのうちの１つ以上がマスターコントローラとして指定され得る。場合によっては、システム電力デバイス１１０に含まれる１つ以上のコントローラ１１６がマスターコントローラとして指定され得る。簡単にするために、図１Ａは、電力デバイス１０４、電圧制御回路１０８、およびシステム電力デバイス１１０の外部に中央コントローラとしてのコントローラ１１６を示す。

１つ以上のコントローラ１１６は、処理回路、および処理回路を制御し、データを格納するためのコンピュータ実行可能命令を格納するメモリを含み得る。１つ以上のコントローラ１１６は、データにアクセスして決定を行うように構成され得る。このデータは、電力システム１００ＡＡに関連する１つ以上のパラメータおよび／またはパラメータデータを含み得る。

１つ以上のセンサ（図示せず）が、電力システム１００ＡＡに関連する１つ以上のパラメータおよび／またはパラメータデータを取得するように構成され得る。これらの１つ以上のパラメータは、例えば、電流、電圧、電力、温度、放射照度などを含み得る。

上記のように、電力システム１００ＡＡの１つ以上のコントローラ１１６は、電力システム１００ＡＡの１つ以上の他の要素との間で信号として命令を送受信するように構成され得る。いくつかの例では、電力デバイス１０４、システム電力デバイス１１０、および／または１つ以上のセンサは、１つ以上のコントローラ１１６に通信可能および／または動作可能に接続され得る。例えば、１つ以上のセンサは、１つ以上のコントローラ１１６にデータを提供し得る。一例として、コントローラ１１６と電力システム１００ＡＡの他の要素との間の接続が図１Ａに示されている。図１Ａでは、コントローラと電力デバイス１０４、電圧制御回路１０８、およびシステム電力デバイス１１０Ａ（例えば、ＤＣ／ＡＣモジュール１２０）との間の接続が破線を使用して示されている。簡単にするために、１つ以上のコントローラ１１６と他の電力システム１００の他の要素との間の接続は、他の図には示されていない。しかしながら、それらの電力システム１００の１つ以上のコントローラ１１６は、例えば、電力デバイス１０４、電圧制御回路１０８、システム電力デバイス１１０、１つ以上のセンサ、１つ以上のスイッチなどに接続することができる。

本明細書に示される電力システムのいくつかの例は、簡単にするために、コントローラ１１６および電力デバイス１０４を含まない場合があるが、それらは、図１Ａに示されるように含まれ得る。

図２は、本主題の実施例による電力システム１００Ｂを示す。電力システム１００Ｂは、上記のように、電力システム１００Ｂが接地電位未満構成で構成されていることを除いて、本明細書に示されている他の電力システム１００と類似し得る。接地電位未満構成では、ＤＣバス１０６のハイサイド（相対的に高い電圧を有する）は、端子ＤＣ＋を介して中点端子Ｍに接続され得、ＤＣバス１０６のローサイド（相対的に低い電圧を有する）は、端子ＤＣ－を介して端子Ｔ３に接続され得る。この構成は、電圧制御回路１０８が、端子ＤＣ＋の電圧および端子ＤＣ－の電圧を、接地電位に対してゼロおよび／または負の電圧として維持するのを助けることができる。例えば、電圧制御回路１０８が、端子Ｔ４および端子Ｔ３間の電圧を約８００ボルトに制御し、また、中性出力端子Ｎに関連して（例えば、等しく）中点端子Ｔ１の電圧を制御する場合、端子ＤＣ＋と端子ＤＣ－との間のＤＣバス１０６上の電圧は、端子Ｔ４および端子Ｔ３間の電圧（例えば、電圧Ｖ４３＝約８００ボルト）の約半分であり得る、端子Ｔ１と端子Ｔ３との間の電圧（例えば、電圧ＶＤＣ＝電圧Ｖ１３＝約４００ボルト）にほぼ等しくあり得、その電圧は、中性出力Ｎの電圧（中点端子Ｔ１の電圧を制御するために使用され得る）に関連して負であるため、接地に関してゼロまたは負の電圧であり得る。この例では、端子Ｔ４と端子Ｔ１との間の電圧もまた、端子Ｔ４および端子Ｔ３間の電圧の約半分（例えば、電圧Ｖ４１＝約４００ボルト）であり得、その電圧は、中性出力Ｎの電圧に関連して正であるため、接地に関して正の電圧であり得る。しかしながら、この例では、正の電圧Ｖ４１は、電源１０２の出力端子１０３の電圧を正の電圧として維持するために使用されない。むしろ、負の電圧Ｖ１３を使用して、電源１０２の出力端子１０３の電圧を負の電圧として維持する。

図３は、電力システム１００Ｃが複数のコンデンサＸ＋Ｙを含むことを除いて、本明細書に示されている他の電力システム１００と類似する電力システム１００Ｃを示し、ここで、ＸおよびＹは、任意の適切な数であり得るか、または同じまたは異なる数であり得る。一例として、端子Ｔ４と中点端子Ｔ１との間にシリアル接続された偶数個のコンデンサ（例えば、Ｘは偶数である）が存在し得る。類似して、端子Ｔ３と中点端子Ｔ１との間にシリアル接続された偶数個のコンデンサ（例えば、Ｙは偶数である）があり得る。電力システム１００ＡＡと類似して、電力システム１００Ｃは、接地電位超過構成で構成されている。システム電力デバイス１１０Ｃの配置は、システム電力デバイス１１０Ａの配置と類似し得る。

図４は、電力システム１００Ｄが電力システム１００Ｂのように接地電位未満構成で構成され、電力システム１００Ｃに配置されたように複数のコンデンサを有することを除いて、本明細書に示されている他の電力システム１００と類似する電力システム１００Ｄを示す。システム電力デバイス１１０Ｄの配置は、システム電力デバイス１１０Ｂの配置と類似し得る。

いくつかの例では、電力システム１００は、複数の構成モードで動作するように構成され得る。例えば、電力システムは、電圧ブースト構成モードと非電圧ブースト構成モードとの間で切り替わるように構成され得る。電圧ブースト構成モードでは、電圧制御回路１０８は、（例えば、ＤＣ／ＡＣモジュール１２０の入力部の両端の、）システム電力デバイス１１０のハウジング１２２内の電圧を上昇させるように構成され得る。非電圧ブースト構成モードでは、電圧制御回路１０８は、システム電力デバイス１１０のハウジング１２２内の電圧を上昇させない場合がある。電圧ブースト構成モードでは、電力システム１００は、中性出力端子Ｎの電圧に関連して中点端子Ｔ１の電圧を制御するように構成され得る。非電圧ブースト構成モードでは、電力システム１００は、中性出力端子Ｎの電圧に関連して、中点端子Ｔ１ではない別の端子（例えば、端子Ｔ４または端子Ｔ３）の電圧を制御するように構成され得る。電力システム１００は、ＰＩＤも軽減するために、中点端子Ｔ１ではない端子の電圧を調整するように構成され得る。例えば、非電圧ブースト構成モードでは、電力システム１００は、接地に関して正の電圧または負の電圧であるように、端子Ｔ３または端子Ｔ４の電圧を調整するように構成され得る。スイッチは、電力システム１００を異なる構成モード間で切り替えるように構成され得る。

本明細書で使用される「スイッチ」という用語は、非永続的な方式で切り替えることができる任意の適切な可逆的スイッチング要素、または永続的な方式で切り替えることができる任意の適切な不可逆的スイッチング要素を指す。非永続的な方式で切り替えることができる可逆的スイッチング要素の例は、任意の適切なリレーまたはスイッチ、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）スイッチ、窒化ガリウム（ＧａＮ）スイッチ、ダイオードなどであり得る。スイッチは、単投式、両投式などであり得る。「スイッチ」という用語はまた、電力システム１００の異なる構成間で切り替える（例えば、機械的に再配置される）ことができる１つ以上のワイヤ（例えば、ジャンパワイヤまたはジャンプワイヤ）を含み得る。永続的な方式で切り替えることができる不可逆的スイッチング要素の例は、１つ以上の特定の電気的パラメータ（例えば、特定の閾値を超過する電圧および／または電流）に従って燃損または開放されるように構成されたヒューズまたはブレーカである。本明細書で使用される「燃損」または「飛ぶ」という用語は、ヒューズが１つ以上の特定の閾値電気的パラメータ（例えば、電圧、電流、電力など）に制限または定格されるように構成され得る状況を指し得る。閾値電気的パラメータを超える１つ以上の電気的パラメータがヒューズに適用される場合、ヒューズの少なくとも一部は、関連する電気的経路を開放するためにそれに応じて応答するように構成され得る（例えば、ヒューズの少なくとも一部が融解して、切断して、開回路要素などになり得る）。１つ以上のスイッチング要素は、構成モードを永続的または非永続的に設定するように構成され得る。

図５Ａおよび図５Ｂは、本主題の例による電力システム１００Ｅを示す。電力システム１００Ｅは、電力システム１００Ｅが複数の構成モード間で切り替わるように構成され得ることを除いて、本明細書に示されている他の電力システム１００と類似し得る。スイッチＳＡは、端子ＤＣ－を端子Ｔ２または端子Ｔ３のいずれかに二者択一的に接続するように構成され得る。簡単にするために、図５Ａおよび図５Ｂは、単一の電源１０２Ｂのみを示している。電源１０２Ｂは、上記で詳細に説明されたように、１つ以上の電源１０２および／または電力デバイス１０４の任意の適切な配置であり得る。例えば、電源１０２Ｂは、電力デバイス１０４のない電源１０２であり得る（例えば、電力システム１００Ｅは、電力デバイス１０４を含まない場合がある）。別の例として、電源１０２Ｂは、電源１０２Ｂに組み込まれた１つ以上の統合された電力デバイス１０４を含み得る。本明細書に示されている、電力デバイス１０４を有する他の電力システム１００もまた、電力デバイス１０４なしで配置され得、逆もまた同様である。そして、他の電力システム１００もまた、電源１０２Ｂのみを示し得るが、１つ以上の電力デバイス１０４および／または追加の電源１０２が、電源１０２Ｂ内に統合され得る。

図５Ａは、電圧ブースト構成モードの電力システム１００Ｅを示している。電圧ブースト構成モードでは、スイッチＳＡは、電圧制御回路１０８がハウジング１２２の内部の電圧を上昇させることができるように、端子ＤＣ－を端子Ｔ２に接続する。例えば、電圧制御回路１０８は、ＤＣ／ＡＣモジュール１２０の両端の電圧（例えば、端子Ｔ４および端子Ｔ３間の電圧）を実質的に２倍にすることができる。電圧ブースト構成モードでは、電源１０２Ｂの出力端子１０３の電圧は、接地電位に対して等しいかまたは正として維持され得る。つまり、この例では、電力システム１００Ｅは、接地電位超過構成にある。図５Ａに示される構成モードは、接地電位超過電圧ブースト構成モードと呼ばれることもある。電圧ブースト構成モードでは、電圧制御回路１０８はまた、中性出力端子Ｎに関連して（例えば、等しく）中点端子Ｔ１の電圧を制御するように構成され得る。電力システム１００Ｅが電圧ブースト構成モードにあるときのシステム電力デバイス１１０Ｅの配置は、システム電力デバイス１１０Ａの配置と類似し得る。

図５Ｂは、非電圧ブースト構成モードの電力システム１００Ｅを示している。非電圧ブースト構成モードでは、スイッチＳＡは、電圧制御回路１０８がハウジング１２２の内部の電圧を上昇させないように、端子ＤＣ－を端子Ｔ３に接続する。例えば、電圧制御回路１０８は、ＤＣ／ＡＣモジュール１２０の両端の電圧を２倍にすることはできない。非電圧ブースト構成モードでは、電力システム１００Ｅはまた、中性出力端子Ｎに対して端子Ｔ３の電圧または端子Ｔ４の電圧を制御するように構成され得る。例えば、非電圧ブースト構成モードでは、電源１０２Ｂの両方の出力端子１０３の電圧は、接地電位に関連して正として、または接地電位に関連して負として維持されてもされなくてもよい。

一例として、スイッチＳＡがジャンパワイヤである場合、電圧ブースト構成モードでは、端子ＤＣ－は、ジャンパワイヤを介して端子Ｔ２に接続され得、非電圧ブースト構成モードでは、端子ＤＣ－は、ジャンパワイヤを介して端子Ｔ３に接続され得る。

図６Ａおよび図６Ｂは、本主題の例による電力システム１００Ｆを示す。電力システム１００Ｆは、電力システム１００Ｆが接地電位未満電圧ブースト構成モードと非電圧ブースト構成モードとの間で切り替わるように構成され得ることを除いて、本明細書に示されている他の電力システム１００と類似し得る。スイッチＳＢは、端子ＤＣ＋を端子Ｔ２または端子Ｔ４に二者択一的に接続するように構成され得る。

図６Ａは、電圧ブースト構成モードの電力システム１００Ｆを示している。電圧ブースト構成モードでは、スイッチＳＢは、電圧制御回路１０８がハウジング１２２の内部の電圧を上昇させることができるように、端子ＤＣ＋を端子Ｔ２に接続する。例えば、電圧制御回路１０８は、ＤＣ／ＡＣモジュール１２０の両端の電圧を２倍にすることができる。電圧ブースト構成モードでは、電源１０２Ｂの出力端子１０３の電圧は、接地電位に関連して等しいかまたは負として維持され得る。つまり、この例では、電力システム１００Ｆは、接地電位未満構成にある。図６Ａに示される構成モードは、接地電位未満電圧ブースト構成モードと呼ばれることもある。電圧ブースト構成モードでは、電圧制御回路１０８はまた、中性出力端子Ｎに対して（例えば、等しく）中点端子Ｔ１の電圧を制御するように構成され得る。電力システム１００Ｆが電圧ブースト構成モードにあるときのシステム電力デバイス１１０Ｆの配置は、システム電力デバイス１１０Ｂの配置と類似し得る。

図６Ｂは、非電圧ブースト構成モードの電力システム１００Ｆを示している。非電圧ブースト構成モードでは、スイッチＳＢは、電圧制御回路１０８がハウジング１２２の内部の電圧を上昇させないように、端子ＤＣ＋を端子Ｔ４に接続する。例えば、電圧制御回路１０８は、ＤＣ／ＡＣモジュール１２０の両端の電圧を２倍にすることはできない。非電圧ブースト構成モードでは、電力システム１００Ｆはまた、中性出力端子Ｎに関連して端子Ｔ３の電圧または端子Ｔ４の電圧を制御するように構成され得る。例えば、非電圧ブースト構成モードでは、電源１０２Ｂの両方の出力端子１０３の電圧は、接地電位に関連して正として、または接地電位に関連して負として維持されてもされなくてもよい。

図７Ａおよび図７Ｂは、本主題の例による電力システム１００Ｇを示す。電力システム１００Ｇは、電力システム１００Ｇが異なる構成モード間で電力システム１００Ｇを切り替えるように構成された複数のスイッチＳ１およびＳ２を含み得ることを除いて、本明細書に示されている他の電力システム１００と類似し得る。スイッチＳ１は、端子ＤＣ－を端子Ｔ２に二者択一的に接続するか、または端子ＤＣ－を端子Ｔ２から切断するように構成され得る。スイッチＳ２は、端子ＤＣ－を端子Ｔ３に二者択一的に接続するか、または端子ＤＣ－を端子Ｔ３から切断するように構成され得る。スイッチＳ１およびＳ２は、電力システム１００Ｇを、接地電位超過構成モードであり得る電圧ブースト構成モードと非電圧ブースト構成モードとの間で交互に切り替えるように構成され得る。例えば、電力システム１００Ｇは、図７Ａに示されるように、スイッチＳ１を「オン」に切り替えて閉回路を作成し、端子ＤＣ－を端子Ｔ２に接続し、かつスイッチＳ２を「オフ」に切り替えて端子ＤＣ－と端子Ｔ３との間を切断する（例えば、開回路を作成する）ことによって、電圧ブースト構成モードに切り替わるように構成され得る。電力システム１００Ｇはまた、図７Ｂに示されるように、スイッチＳ１を「オフ」に切り替えて端子ＤＣ－および端子Ｔ２を切断する（例えば、その間に開回路を作成する）ことによって、かつスイッチＳ２を「オン」に切り替えて閉回路を作成し、端子ＤＣ－と端子Ｔ３とを接続することによって、非電圧ブースト構成モードに切り替わるように構成され得る。スイッチＳ１およびＳ２は、２つの別個のスイッチであっても、端子ＤＣ－を端子Ｔ２または端子Ｔ３のいずれかに接続することを交互に行う単極双投スイッチに組み合わされてもよい。電力システム１００Ｇが電圧ブースト構成モードにあるときのシステム電力デバイス１１０Ｇの配置は、システム電力デバイス１１０Ａの配置と類似し得る。

図８Ａおよび図８Ｂは、本主題の例による電力システム１００Ｈを示す。電力システム１００Ｈは、電力システム１００Ｈが接地電位未満電圧ブースト構成モードであり得る電圧ブースト構成モードと非電圧ブースト構成モードとの間で電力システム１００Ｈを切り替えるように構成された複数のスイッチＳ３およびＳ４を含み得ることを除いて、本明細書に示されている他の電力システム１００と類似し得る。スイッチＳ３は、端子ＤＣ＋を端子Ｔ２に接続するか、または端子ＤＣ＋を端子Ｔ２から切断するように構成され得る。スイッチＳ４は、端子ＤＣ＋を端子Ｔ４に接続するか、または端子ＤＣ＋を端子Ｔ４から切断するように構成され得る。スイッチＳ３およびＳ４は、電力システム１００Ｈを異なる構成モード間で交互に切り替えるように構成され得る。例えば、電力システム１００Ｈは、（図８Ａに示されるように）スイッチＳ３を「オン」に切り替えて閉回路を作成し、端子ＤＣ＋を端子Ｔ２に接続することによって、かつスイッチＳ４を「オフ」に切り替えて端子ＤＣ＋を端子Ｔ４から切断する（例えば、その間に開回路を作成する）ことによって、電圧ブースト構成モードに切り替わるように構成され得る。電力システム１００Ｈはまた、（図８Ｂに示されるように）スイッチＳ３を「オフ」に切り替えて端子ＤＣ＋を端子Ｔ２から切断する（例えば、その間に開回路を作成する）ことによって、かつスイッチＳ４を「オン」に切り替えて閉回路を作成し、端子ＤＣ＋と端子Ｔ４とを接続することによって、非電圧ブースト構成モードに切り替わるように構成され得る。スイッチＳ３およびＳ４は、２つの別個のスイッチであっても、端子ＤＣ－を端子Ｔ２または端子Ｔ４のいずれかに接続することを交互に行う単極双投スイッチに組み合わされてもよい。電力システム１００Ｈが電圧ブースト構成モードにあるときのシステム電力デバイス１１０Ｈの配置は、システム電力デバイス１１０Ｂの配置と類似し得る。

図９Ａ、図９Ｂ、および図９Ｃは、本主題の例による電力システム１００Ｉを示す。電力システム１００Ｉは、電力システム１００Ｉが異なる構成モード、例えば、接地電位超過電圧ブースト構成モード、接地電位未満電圧ブースト構成モード、非電圧ブースト構成モードなどの間で電力システム１００Ｉを切り替えるように構成された複数のスイッチＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、およびＳ１４を含み得ることを除いて、本明細書に示されている他の電力システム１００と類似し得る。スイッチＳ１１は、端子ＤＣ－を端子Ｔ２に接続し、かつ端子ＤＣ－を端子Ｔ２から切断するように構成され得る。スイッチＳ１２は、端子ＤＣ－を端子Ｔ３に接続し、かつ端子ＤＣ－を端子Ｔ３から切断するように構成され得る。スイッチＳ１３は、端子ＤＣ＋を端子Ｔ２に接続し、かつ端子ＤＣ＋を端子Ｔ２から切断するように構成され得る。スイッチＳ１４は、端子ＤＣ＋を端子Ｔ４に接続し、かつ端子ＤＣ＋を端子Ｔ４から切断するように構成され得る。スイッチＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３およびＳ１４は、電力システム１００Ｉを異なる構成モード間で交互に切り替えるように構成され得る。例えば、電力システム１００Ｉは、（図９Ａに示されるように）スイッチＳ１１を「オン」に切り替えて閉回路を作成し、端子ＤＣ－を端子Ｔ２に接続することによって、スイッチＳ１２を「オフ」に切り替えて端子ＤＣ－を端子Ｔ３から切断する（例えば、開回路を作成する）ことによって、スイッチＳ１３を「オフ」に切り替えて端子ＤＣ＋を端子Ｔ２から切断する（例えば、開回路を作成する）ことによって、かつスイッチＳ１４を「オン」に切り替えて閉回路を作成し、端子ＤＣ＋を端子Ｔ４に接続することによって、接地電位超過電圧ブースト構成モードに切り替わるように構成され得る。電力システム１００Ｉはまた、（図９Ｂに示されるように）スイッチＳ１１を「オフ」に切り替えて端子ＤＣ－を端子Ｔ２から切断する（例えば、開回路を作成する）ことによって、スイッチＳ１２を「オン」に切り替えて閉回路を作成し、端子ＤＣ－を端子Ｔ３に接続することによって、スイッチＳ１３を「オン」に切り替えて閉回路を作成し、端子ＤＣ＋を端子Ｔ２に接続することによって、かつスイッチＳ１４を「オフ」に切り替えて、端子ＤＣ＋を端子Ｔ４から切断する（例えば、開回路を作成する）ことによって、接地電位未満電圧ブースト構成モードに切り替わるように構成され得る。電力システム１００Ｉはまた、（図９Ｃに示されるように）スイッチＳ１１を「オフ」に切り替えて端子ＤＣ－を端子Ｔ２から切断する（例えば、開回路を作成する）ことによって、スイッチＳ１２を「オン」に切り替えて閉回路を作成し、端子ＤＣ－を端子Ｔ３に接続することによって、スイッチＳ１３を「オフ」に切り替えて端子ＤＣ＋を端子Ｔ２から切断する（例えば、開回路を作成する）ことによって、かつスイッチＳ１４を「オン」に切り替えて閉回路を作成し、端子ＤＣ＋を端子Ｔ４に接続することによって、被電圧ブースト構成モードに切り替わるように構成され得る。電力システム１００Ｉが接地電位超過電圧ブースト構成モードにあるときのシステム電力デバイス１１０Ｉの配置は、システム電力デバイス１１０Ａの配置と類似し得る。電力システム１００Ｉが接地電位未満電圧ブースト構成モードにあるときのシステム電力デバイス１１０Ｉの配置は、システム電力デバイス１１０Ｂの配置と類似し得る。

図１０Ａ、図１０Ｂ、および図１０Ｃは、本主題の例による電力システム１００Ｊを示す。電力システム１００Ｊは、電力システム１００Ｊが異なる構成モード、例えば、接地電位超過電圧ブースト構成モード、接地電位未満電圧ブースト構成モード、非電圧ブースト構成モードなどの間で電力システム１００Ｊを切り替えるように構成された１対のスイッチＳＣおよびＳＤを含み得ることを除いて、本明細書に示されている他の電力システム１００と類似し得る。スイッチＳＣは、端子ＤＣ－を端子Ｔ２または端子Ｔ３のいずれかに二者択一的に接続するように構成され得る。スイッチＳＤは、端子ＤＣ＋を端子Ｔ２または端子Ｔ４のいずれかに二者択一的に接続するように構成され得る。スイッチＳＣおよびＳＤは、電力システム１００Ｊを異なる構成モード間で交互に切り替えるように構成され得る。例えば、電力システム１００Ｊは、図１０Ａに示されるように、スイッチＳＣを切り替えて閉回路を作成し、端子ＤＣ－を端子Ｔ２に接続（例えば、開回路を作成）し、端子ＤＣ－を端子Ｔ３から切断することによって、かつスイッチＳＤを切り替えて端子ＤＣ＋を端子Ｔ２から切断（例えば、開回路を作成）し、それによってまた閉回路を作成し、端子ＤＣ＋を端子Ｔ４に接続することによって、接地電位超過電圧ブースト構成モードに切り替わるように構成され得る。電力システム１００Ｊはまた、図１０Ｂに示されるように、スイッチＳＣを切り替えて端子ＤＣ－を端子Ｔ２から切断（例えば、開回路を作成）し、それによって閉回路を作成し、端子ＤＣ－を端子Ｔ３に接続することによって、かつスイッチＳＤを切り替えて閉回路を作成し、端子ＤＣ＋を端子Ｔ２に接続し、それによってまた端子ＤＣ＋を端子Ｔ４から切断することによって、接地電位未満電圧ブースト構成モードに切り替わるように構成され得る。電力システム１００Ｊはまた、図１０Ｃに示されるように、スイッチＳＣを切り替えて開回路を作成し、端子ＤＣ－を端子Ｔ２から切断する（それによってまた閉回路を作成し、端子ＤＣ－を端子Ｔ３に接続する）ことによって、かつスイッチＳＤを切り替えて開回路を作成し、端子ＤＣ＋を端子Ｔ２から切断する（それによってまた閉回路を作成し、端子ＤＣ＋を端子Ｔ４に接続する）ことによって、非電圧ブースト構成モードに切り替わるように構成され得る。電力システム１００Ｊが接地電位超過電圧ブースト構成モードにあるときのシステム電力デバイス１１０Ｊの配置は、システム電力デバイス１１０Ａの配置と類似し得る。電力システム１００Ｊが接地電位未満電圧ブースト構成モードにあるときのシステム電力デバイス１１０Ｊの配置は、システム電力デバイス１１０Ｂの配置と類似し得る。

いくつかの例では、電力システム１００は、非電圧ブースト構成モードなしで、異なる電圧ブースト構成モード（例えば、接地電位超過または接地電位未満）間で切り替わるように構成され得る。

電圧制御回路１０８は、システム電力デバイス１１０のＡＣ出力部が接地されている（例えば、接地電位に接続された中性出力線Ｎがある）ので、ＰＩＤを軽減するように構成され得る。電力システム１００はＡＣ接地システムであるため、端子Ｔ１の電位は、接地電位に関連して約０ボルトに維持され得、電源１０２Ｂの両端の電圧は、接地に関連してほぼゼロもしくは完全に正（例えば、約＋４００ボルト）か、または接地に関連して約ゼロもしくは完全に負（例えば、約－４００ボルト）のいずれかとして維持され得る。接地に関してほぼゼロまたは完全に負の電位は、特定の電源１０２（例えば、特定の光起電性モジュール）では有益であり得る。電源１０２の両端の電位は、ほぼ完全に接地超過またはほぼ完全に接地未満に維持されるので、ＰＩＤは軽減され得る。

ＡＣが接地されていない場合、電力システム１００は、端子Ｔ１の電圧を約０ボルトに維持するのを助けるための追加の回路を含み得る。ＡＣが接地されていないいくつかの場合、この追加の回路はＰＩＤを軽減するように構成され得る。

図１１は、本主題の１つ以上の例による方法のフローチャート１１００を示す。

ステップ１１０２において、電力システム１００は、第１の構成モードで構成される。例えば、電力システム１００は、電圧ブースト構成モードまたは非電圧ブースト構成モードで構成され得る。電圧ブースト構成モードの場合、電力システム１００は、接地電位超過構成モードまたは接地未満構成モードで構成され得る。

ステップ１１０４において、電力システム１００の構成モードを切り替えるべきかどうかの決定を行うことができる。このステップは、電力システムの１つ以上のコントローラおよびセンサを使用して行うことができる。例えば、センサは、電力システム１００の構成モードを切り替えるべきかどうかを決定するのを助けるために使用することができる１つ以上のパラメータをコントローラ１１６に提供することができる。例えば、決定は、電力システム１００の電圧に関連するパラメータに基づくことができる。

ステップ１１０４において、電力システム１００の構成モードを切り替えるべきではないとの決定である場合、プロセス１１００は、ステップ１１０２に戻ることができる。

ステップ１１０４において、電力システム１００の構成モードを切り替えるべきであるという決定である場合、プロセス１１００は、ステップ１１０６に進むことができる。

ステップ１１０６において、電力システム１００は、第２の構成モードで構成される。ステップ１１０６において、電力システム１００は、第１の構成モードから第２の構成モードに切り替えられ得る。このステップは、電力システム１００の１つ以上のスイッチおよび電圧制御回路１０８を使用して行うことができる。例えば、１つ以上のスイッチは、電力システム１００の構成モードを変更するための命令を含む、１つ以上のコントローラ１１６から１つ以上の信号を取得することができる。例えば、１つ以上のスイッチは、構成モードを電圧ブースト構成モードまたは非電圧ブースト構成モードに切り替えるように構成され得る。電圧ブースト構成モードは、接地電位超過構成モードまたは接地未満構成モードであり得る。このようにして、電力システム１００は、例えば、その時点でどの構成モードが最も有利であるかに応じて、異なる構成モード間で切り替えることができる。

いくつかの例を上で説明したが、それらの例の特徴および／またはステップは、任意の所望の様態で結合、分割、省略、再配置、改変、および／または増強することができる。様々な変更、修正、および改良が当業者には容易に想起されるであろう。そのような変更、修正、および改良は、本明細書で明示的には述べられていないが、本明細書の一部であることが意図され、本開示の趣旨および範囲内にあることが意図される。したがって、前述の説明は、例示に過ぎず、限定的ではない。

Claims (15)

1. システムであって、
   直流（ＤＣ）入力を交流（ＡＣ）出力に変換するように構成されたインバータであって、前記インバータは、
   前記ＤＣ入力を前記ＡＣ出力に変換するように構成されたＤＣ／ＡＣモジュール、ならびに
   前記ＤＣ／ＡＣモジュールの入力部に接続された複数のコンデンサであって、前記複数のコンデンサは、第１のコンデンサおよび第２のコンデンサを含む、複数のコンデンサ、を含む、インバータと、
   前記ＤＣ／ＡＣモジュールおよび前記複数のコンデンサを収容するように構成されたハウジングと、
   前記第１のコンデンサの第１の端子、前記第２のコンデンサの第１の端子、および前記第１のコンデンサの第２の端子と前記第２のコンデンサの第２の端子との間の中点端子に接続された電圧制御回路と、を備え、
   前記電圧制御回路は、前記インバータの前記ハウジング内の前記ＤＣ／ＡＣモジュールの前記入力部の電圧を上昇させるように構成されている、システム。
2. 前記電圧制御回路は、前記ＤＣ入力をＤＣ出力に変換するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記ＤＣ／ＡＣモジュールは、複数の出力端子をさらに備える、請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記複数の出力端子は、少なくとも２つのＡＣ相出力端子を含む、請求項３に記載のシステム。
5. 前記複数の出力端子は、中性出力端子を含む、請求項３または４に記載のシステム。
6. 前記中性出力端子は、接地電位に接続されている、請求項５に記載のシステム。
7. 前記電圧制御回路は、前記中性出力端子に関連して前記中点端子の電圧を制御するようにさらに構成されている、請求項５または６に記載のシステム。
8. 前記第１のコンデンサの前記第１の端子および前記中点端子にそれぞれ接続された出力端子を含む電源をさらに備える、請求項１～７のいずれか一項に記載のシステム。
9. 前記電圧制御回路は、前記電源の前記出力端子の各々において、接地電位に対してゼロまたは正の電圧を維持するようにさらに構成されている、請求項８に記載のシステム。
10. 前記電圧制御回路は、前記電源の前記出力端子の各々において、接地電位に対してゼロまたは負の電圧を維持するようにさらに構成されている、請求項８に記載のシステム。
11. 前記電圧制御回路は、前記電源によって出力される電圧に対して、前記ＤＣ／ＡＣモジュールの前記入力部の前記電圧を２倍にするように構成されている、請求項８に記載のシステム。
12. 前記システムは、複数の構成モード間で切り替わるように構成されている、請求項８に記載のシステム。
13. 前記複数の構成モードは、接地電位超過電圧ブースト構成モード、接地電位未満電圧ブースト構成モード、および非電圧ブースト構成モードのうちの少なくとも２つを含む、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記複数の構成モード間で前記システムを切り替えるように構成された１つ以上のスイッチをさらに備える、請求項１２に記載のシステム。
15. 方法であって、
    電圧制御回路の第１の出力端子をシステム電力デバイスの第１のコンデンサの第１の端子に接続することと、
    前記電圧制御回路の第２の出力端子を前記システム電力デバイスの第２のコンデンサの第１の端子に接続することと、
    前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間の第３の出力端子を、前記第１のコンデンサの第２の端子と前記第２のコンデンサの第２の端子との間の中点端子に接続することと、
    前記システム電力デバイスのハウジング内の前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサとの間の電圧を上昇させることと、を含む、方法。

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