JP2022524581A - 配電網において電力を管理するシステム及び方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、配電網における電力を管理する方法を提供するものである。当該方法は、１以上の電子処理装置において、交流（ＡＣ）電源の１以上の動作パラメータのパラメータ値を決定する工程と、１以上の動作パラメータの目標パラメータ値を決定する工程と、パラメータ値と目標パラメータ値との間の差を決定する工程と、決定された差に少なくとも部分的に基づいて制御信号を生成してインバータを制御することによって、直流（ＤＣ）エネルギー貯蔵装置とＡＣ電源との間に選択的に、パラメータ値を目標パラメータ値に近づける電力の流れを生じさせる工程とを含む。【選択図】図３

Description

本発明は、給電グリッドなどの配電網において電力を管理するシステム及び方法に関する。
先行刊行物（若しくは先行刊行物から得られる情報）、又は任意の既知の事項を本明細書において引用することは、先行刊行物（若しくは先行刊行物から得られる情報）又は既知の事項が、本明細書が関連する試みの分野における一般的な知識の一部を形成していると、認可又は承認するものでも、任意の形態で示唆すると捉えるものではないし、捉えるべきものでもない。
給電グリッドを動作させる電気事業者は、効率的かつ費用対効果の高い方法において、住居用顧客、商業用顧客、及び産業用顧客に電力を供給する際の困難の増加に直面している。太陽熱の使用の広範な採用を促進する固定価格買取制度、又はその他の補助金制度により、グリッド接続の部分的な駆動が増加している分散型の太陽光発電（ｓｏｌａｒ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ （ＰＶ） ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）を背景とした特定の困難に直面している。
グリッドの安定化は、従来、配電網のオペレータが、発電量及び消費量が可能な限り近くに合致するように保守することにより実現されてきた。これにより、電力が好適な周波数及び電圧で供給されることが保証されている。多数の太陽光発電システムがグリッドに接続されると、グリッドへ送電される発電量が顕著に増加し、特に、グリッドの負荷がオフピークの際に、供給周波数の変化、電圧の急上昇、過供給などが発生し得る。この発生により、電気機器が損傷し、電力会社の作業員が負傷する可能性が更にある。
さらに、負荷の需要が供給能力よりも大きい場合、（三相システムにおいて）電圧の不均衡がある場合、力率の低い負荷がオンラインになった場合には、グリッドは電力品質の低下を被る場合がある。負荷を供給するように送電された同一量の有効電力において、力率の低い負荷は力率の高い負荷よりも多くの電流を消費する。このことにより、発電及び送電のコストが増加する。
Ｗｏｌｆｓ，Ｐ ａｎｄ Ｍａｕｎｇ Ｔｈａｎ Ｏｏ（２０１３），"Ａ ＬＶ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｌｅｖｅｌ ＳＴＡＴＣＯＭ ｗｉｔｈ Ｒｅｄｕｃｅｄ ＤＣ Ｂｕｓ Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ｆｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｗｉｔｈ Ｈｉｇｈ ＰＶ Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｓ"，ＩＥＥＥ Ｐｏｗｅｒ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ（ＰＥＳ）
従来、電力会社は、負荷に力率補正を適用する、例えば配電網にわたって配置された高価なコンデンサバンクを選択的にオンラインにすることにより、力率の低下などの問題を軽減することを試みてきた。
日中においては、太陽光発電システムは、負荷が低いときに多くの電力をグリッドに供給することにより、グリッドに問題を生じさせることがあるが、通常負荷が高い夜間においては、太陽光発電システムは活動しておらず、グリッドの負荷需要を支えることができない。
したがって、安定したグリッド動作を促進し、電気事業者が直面する上述の問題のうちの１以上を改善する機能を有し、配電網における電力管理が可能なシステムを提供することは有効である。
広範な一形態において、本開示の一態様は、配電網における電力管理方法を提供することを目的としており、当該方法は、１以上の電子処理装置において、交流（ＡＣ）電源の１以上の動作パラメータのパラメータ値を決定する工程と、１以上の動作パラメータの目標パラメータ値を決定する工程と、パラメータ値と目標パラメータ値の差を決定する工程と、決定された差に少なくとも部分的に基づいて制御信号を生成し、インバータを制御することによって、直流（ＤＣ）エネルギー貯蔵装置とＡＣ電源との間に選択的に、パラメータ値が目標パラメータ値に近づける電力の流れを生じさせる工程とを含む。
一実施形態において、ＡＣ電源の１以上の動作パラメータは、ＡＣ電源の周波数、ＡＣ電源の電圧、位相負荷、及び負荷力率のうちの１以上を含む。
一実施形態において、ＡＣ電源は、ユーティリティグリッド又は発電機のうちの１以上を含む。
一実施形態において、インバータは、インピーダンスを介してＡＣ電源に接続された出力を有する双方向ＤＣ／ＡＣインバータである。
一実施形態において、インバータは、配電用静止型補償装置（ｄＳＴＡＴＣＯＭ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｓｔａｔｉｃ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）を含む。
一実施形態において、パラメータ値を決定する工程は、１以上の電子処理装置において、インバータの出力での、ＡＣ電圧の大きさ、ＡＣ電流の大きさ、及びＡＣ電流の位相角の測定値を決定する工程と、ＡＣ電源での、ＡＣ電圧の大きさ、ＡＣ電流の大きさ、及びＡＣ電流の位相角の測定値を決定する工程とを含む。
一実施形態において、制御信号は、ＡＣ電源からエネルギー貯蔵装置への電力の流れ、及びエネルギー貯蔵装置からＡＣ電源への電力の流れのうちの１以上をインバータに生じさせる。
一実施形態において、ＡＣ電源及びインバータの出力は、１以上のＡＣ負荷に接続され、制御信号は、エネルギー貯蔵装置から１以上の負荷への電力の流れを生じさせる。
一実施形態において、電力の流れは、有効電力（ｋＷ）及び無効電力（ｋＶＡＲ）のうちの１以上を含む。
一実施形態において、１以上の電子処理装置は、１以上の負荷の動作を制御する１以上のスイッチングデバイスを、インバータに作動させる制御信号を生成する。
一実施形態において、１以上の電子制御装置は、インバータの出力をＡＣ電源と同期させる。
一実施形態において、１以上の電子処理装置、インバータ、エネルギー貯蔵装置、１以上のＡＣ負荷、ＡＣ電源、及び１以上の外部通信ネットワークが、無線通信によって制御される。
一実施形態において、制御信号は、少なくとも部分的には、機械学習アルゴリズムによって、又はＡＣ電源の１以上のパラメータの履歴データから生成される。
一実施形態において、エネルギー貯蔵装置は、公称動作電圧が６００ＶＤＣ以上の１以上のバッテリを含む。
広範な一形態において、本開示の一態様は、配電網における電力を管理するシステムを提供することを目的としており、当該システムは、ＤＣバスに電気的に接続された１以上のＤＣエネルギー貯蔵装置と、ＤＣバスに電気的に接続された入力と、ＡＣ負荷及びＡＣ電源のうちの１以上に電気的に接続された出力とを有する１以上のＤＣ／ＡＣインバータと、ＡＣ電源の１以上の動作パラメータのパラメータ値を決定し、１以上の動作パラメータの目標パラメータ値を決定し、パラメータ値と目標パラメータ値の差を決定し、決定された差に少なくとも部分的に基づいて制御信号を生成して、インバータを制御することによって、エネルギー貯蔵装置とＡＣ電源との間に選択的に、パラメータ値を目標パラメータ値に近づける電力の流れを生じさせる１以上の電子処理装置とを備える。
一実施形態において、ＡＣ電源は、ユーティリティグリッド又は発電機のうちの１以上を含む。一実施形態において、インバータは、インピーダンスを介してＡＣ電源に接続された出力を有する双方向ＤＣ／ＡＣインバータである。
一実施形態において、インバータは、配電用静止型補償装置（ｄＳＴＡＴＣＯＭ）を含む。
一実施形態において、システムは、ＤＣバスに電気的に接続された複数のＤＣ電源を更に含む。
一実施形態において、制御信号は、エネルギー貯蔵装置から１以上の負荷への電力の流れを生じさせる。
一実施形態において、１以上のエネルギー貯蔵装置は、公称動作電圧が６００ＶＤＣ以上の１以上のバッテリを含む。
一実施形態において、１以上の電子処理装置、インバータ、エネルギー貯蔵装置、１以上のＡＣ負荷、ＡＣ電源、及び１以上の外部通信ネットワークは、無線通信によって制御される。
広範な一形態において、本開示の一態様は、配電網における電力を管理するシステムを提供することを目的としており、当該システムは、各々のＤＣバスに電気的に接続された複数のＤＣエネルギー貯蔵装置と、各々のインバータが、エネルギー貯蔵装置に関連づけられ、かつ、関連するＤＣバスに電気的に接続された入力と、ＡＣ負荷及びＡＣ電源のうちの１以上に電気的に接続された出力とを有する複数のＤＣ／ＡＣインバータと、ＡＣ電源の１以上の動作パラメータのパラメータ値を決定し、１以上の動作パラメータの目標パラメータ値を決定し、パラメータ値と目標パラメータ値の差を決定し、決定された差に少なくとも部分的に基づいて複数の制御信号を生成して複数のインバータを制御することによって、複数のエネルギー貯蔵装置とＡＣ電源の間に選択的に、パラメータ値を目標パラメータ値に近づける電力の流れを生じさせる１以上の電子処理装置とを備える。
本開示の実施例を、添付の図面を参照して説明する。
図１は、配電網において電力を管理するシステムの一例の概略図である。 図２は、通信システムの一例の概略図である。 図３は、配電網において電力を管理する方法の別の例のフローチャートである。 図４は、ＡＣ電源の電圧レベルを動作パラメータとして用いて、配電網において電力を管理する方法の一例のフローチャートである。 図５は、配電網において電力を管理するシステムの別の例の概略図である。
次に、配電網の電力を管理するシステムの一例を、図１を参照して説明する。
この例では、システム１００は、ＤＣバス１０６に電気的に接続された１以上のＤＣエネルギー貯蔵装置１４０と、ＤＣバス１０６に電気的に接続された入力１６１、並びにＡＣ負荷１８２、１８４及びＡＣ電源１５０のうちの１以上に電気的に接続された出力１６２を有する１以上のＤＣ／ＡＣインバータ１６０とを含む。
エネルギー貯蔵装置１４０は、例えば、バッテリなどの電気化学的貯蔵装置、又はコンデンサ若しくは水素ストレージなどの静電エネルギー貯蔵装置を含む、任意の適切な貯蔵装置であってもよい。図示の例では、エネルギー貯蔵装置１４０は、公称動作電圧が６００ＶＤＣ以上の１以上のバッテリを含む。
ＡＣ電源１５０は、典型的には、電気グリッド又はユーティリティグリッドであるが、スタンドアロン型のＡＣ発電機であってもよい。ＡＣ負荷１８２、１８４は、例えば、ＡＣ機器などの顧客の負荷、及び誘導モータやその他の様々なＡＣ機械などの産業負荷を含む、システムにおいて、制御される負荷及び制御されない負荷の両方を意味する。
図１には図示されないが、システム１００は、ＡＣ電源１５０の１以上の動作パラメータのパラメータ値を決定し、１以上の動作パラメータの目標パラメータ値を決定し、パラメータ値と目標パラメータ値との間の差を決定し、決定された差に少なくとも部分的に基づいて制御信号を生成してインバータ１６０を制御することによって、エネルギー貯蔵装置１４０とＡＣ電源１５０との間に選択的に、パラメータ値を目標パラメータ値に近づける電力の流れを生じさせる１以上の電子処理装置を更に含む。電子処理装置については、以下で更に詳細に説明する。
ＡＣ電源の動作パラメータは、例えば、ＡＣ電源周波数、ＡＣ電源電圧、位相負荷、負荷力率の１以上を含むことができる。
上述の配置の利点は、電力会社などがエネルギー貯蔵装置を戦略的に用いて、配電網の電力品質を維持できることである。特に、ＡＣ電源の動作パラメータは、必要に応じて１以上のエネルギー貯蔵装置から電力を発生（ｓｏｕｒｃｉｎｇ）又は減電（ｓｉｎｋｉｎｇ）することで、許容限界内に維持することができる。エネルギー貯蔵装置を用いてＡＣ電源の動作パラメータを柔軟に制御することで、電力会社は、住宅用顧客、商業用顧客、及び産業用顧客に、より効率的に、かつ、高い費用対効果で電力を供給できる。
ここからは、更なる多数の特徴について説明する。
一例においては、インバータは、双方向性であり、出力がインピーダンスを介してＡＣ電源に接続されている。インバータは、配電用静止型補償装置（ｄＳＴＡＴＣＯＭ）を更に含むことができる。ｄＳＴＡＴＣＯＭを含む双方向インバータは、例えば、ネットワーク負荷を維持し、グリッドからの無効電力を減電するために、必要に応じて、インバータへの電力の流れ及びインバータからの電力の流れの両方を可能にする。
一部の例では、エネルギー貯蔵装置は、例えば、ネットワーク負荷が低く、充電用にグリッド電力が十分に利用できる場合に、インバータに直接接続して、ＡＣ電源からの電力によって充電できる。他の例では、システムは、エネルギー貯蔵装置を充電できるＤＣバスに電気的に接続された複数のＤＣ電源を含むことができる。ＤＣ出力を生成できる任意の電源を更に用いることができる。任意の電源は、限定しないが、燃料電池、ＤＣ発電機、風力発電機、及び太陽電池を含む。
典型的には、パラメータ値を決定する工程は、１以上の電子処理装置において、インバータ出力におけるＡＣ電圧の大きさ、ＡＣ電流の大きさ、及びＡＣ電流の位相角の測定値を決定する工程と、ＡＣ電源におけるＡＣ電圧の大きさ、ＡＣ電流の大きさ、及びＡＣ電流の位相角の測定値を決定する工程を含む。当該測定値から、負荷力率などの他のすべてのＡＣ側のパラメータを決定できる。
一例では、１以上の電子処理装置によって生成された制御信号は、ＡＣ電源からエネルギー貯蔵装置への電力の流れ、及びエネルギー貯蔵装置からＡＣ電源への電力の流れのうちの１以上をインバータに生じさせる。
更なる例では、制御信号は、例えば、ネットワーク上の負荷需要を維持するために、エネルギー貯蔵装置から１以上の負荷への電力の流れをインバータに生じさせる。上述の例では、電力の流れは、有効電力（ｋＷ）及び無効電力（ｋＶＡＲ）のうちの１以上を含む。
更なる例では、生成された制御信号は、インバータに１以上のスイッチングデバイス（例えば、リレー又はスイッチ）を作動させて、１以上の負荷の動作を制御する。例えば、スイッチングデバイスは、負荷が消費する電力を制御するか、あるいは、負荷をネットワークから完全に切断する。
制御信号は、測定などによって得られた決定されたパラメータ値に基づいて生成できるが、少なくとも部分的には、機械学習アルゴリズムによって、又は、例えば、特定の日時に予想される典型的なピーク負荷の値などの１以上のネットワークのパラメータの履歴データから生成できる。
典型的には、システムは、１以上の電子処理装置、１以上のエネルギー貯蔵装置、及びインバータの間の無線通信を含む。また、システムは、１以上のＡＣ負荷、（例えば、グリッドと通信する）外部通信ネットワーク、及び家庭又は企業がＡＣ電源から消費している電力量を、定期的な時間間隔で測定及び記録するＡＣ電源メータと無線通信できる。
別の例では、システムは、各々のＤＣバスに電気的に接続された複数のＤＣエネルギー貯蔵装置と、各々のインバータが、エネルギー貯蔵装置に関連づけられ、かつ、関連するＤＣバスに電気的に接続された入力と、ＡＣ負荷及びＡＣ電源のうちの１以上に電気的に接続された出力とを有する複数のＤＣ／ＡＣインバータとを備える。システムは、ＡＣ電源の１以上の動作パラメータのパラメータ値を決定し、１以上の動作パラメータの目標パラメータ値を決定し、パラメータ値と目標パラメータ値との間の差を決定し、決定された差に少なくとも部分的に基づいて複数の制御信号を生成して、複数のインバータを制御することによって、複数のエネルギー貯蔵装置とＡＣ電源との間に選択的に、パラメータ値を目標パラメータに近づける値電力の流れを生じさせる１以上の電子処理装置を更に備える。
複数のインバータモジュールとエネルギー貯蔵装置モジュールとを備えたシステムにおいては、モジュールは、例えば電力供給網の維持が最も必要な、配電線に沿った選択された場所に設置できるため、大きな制御能力が提供される。
図１に示したシステム構成を更に詳細に説明する。システム１００は、ＤＣバス１０６に電気的に接続されたエネルギー貯蔵装置１４０を備える。典型的には、エネルギー貯蔵装置１４０は、ＤＣバス１０６に直接的に接続された、公称電圧が６００ＶＤＣ以上の１以上の高電圧バッテリを含む。ＤＣバス１０６は、エネルギー貯蔵装置１４０から、配電網の一部を構成するＡＣ電源１５０及び１以上のＡＣ負荷１８２、１８４に電力を供給するＤＣ／ＡＣインバータ１６０に、更に電気的に接続されている。グリッドに接続されたＤＣ／ＡＣインバータ１６０は、上述により、ＤＣバス電圧を、主電源周波数（例えば２３０～２４０ＶＡＣ、５０Ｈｚ）のＡＣ主電源電圧又はグリッド電圧に変換する。
一例では、インバータ１６０は、同期接触器１６４を介し、小インピーダンス１５４を介して、ＡＣ電源１５０と同期して駆動する４象限自己同期型である。当該システムにおいて用いられうるインバータの形態の一例は、非特許文献１に記載されている。よって、インバータ１６０は、インバータがＡＣ電源１５０との間の電力伝送を容易にできるような、配電用静止型補償装置（ｄＳＴＡＴＣＯＭ）を含む双方向ＤＣ／ＡＣインバータにできる。例えば、電力は、エネルギー貯蔵装置１４０からＡＣ電源１５０へ、又はＡＣ電源１５０からエネルギー貯蔵装置１４０へ戻るように伝送できる。
システム１００は、ＡＣ電源１５０における測定を更に含んでもよい。好ましくは、メータ１５２は、家庭又は企業がＡＣ電源１５０から消費している電力量を定期的な時間間隔で測定及び記録することができるスマートメータである。
選択的に、図１に示されているように、システム１００は、ＤＣバス１０６に電気的に接続された複数のＤＣ電源１２０を更に含むことができる。ＤＣ電源１２０は、エネルギー貯蔵装置１４０に電力を供給して、エネルギー貯蔵装置１４０の充電を容易にできるが、必須ではなく、エネルギー貯蔵装置１４０は、代わりにＡＣ電源１５０からの電力によって充電できる。図１に示すシステムでは、複数の太陽光発電モジュール１２０がシステムの一部（例えば、屋根に取り付けられた太陽光発電アレイ又はソーラーファーム）を形成している。各々の太陽光発電モジュール１２０は、太陽電池モジュール１２０の低電圧出力１２２を、ＤＣバスに好適な高電圧出力（通常、６００ＶＤＣ以上）に昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ１３０に電気的に接続できる。
前述したように、システム１００は、ＡＣ電源１５０の１以上の動作パラメータのパラメータ値を決定し、１以上の動作パラメータの目標パラメータ値を決定し、パラメータ値と目標パラメータ値との間の差を決定し、決定された差に少なくとも部分的に基づいて制御信号を生成してインバータ１６０を制御することによって、エネルギー貯蔵装置１４０とＡＣ電源１５０との間に選択的に、パラメータ値を目標パラメータ値に近づける電力の流れを生じさせる１以上の電子処理装置も含む。
図２を参照すると、システム１００の様々なデバイスが、通信ネットワーク２００を介して通信できることが示されている。デバイスは、限定しないが、モバイルネットワーク、８０２．１１ネットワークなどのプライベートネットワーク、インターネット、ＬＡＮ、ＷＡＮなどを含む、有線接続又は無線接続を介して、及び、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）などの直接接続又はポイントツーポイント接続を介して、などの任意の好適な機構を介して通信できる。
図示の例においては、バッテリ１４０はノード２０４を介してネットワーク２００に接続され、システムコントローラ１７０（１以上の電子処理装置で構成される）は、ノード２０６を介して接続されている。システムコントローラ１７０は、例えば、ユーティリティグリッドのオペレータと通信できる外部通信ネットワーク２０８に接続できる。選択的に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０（複数のＤＣ電源を有するシステムについて）は、ノード２０２でネットワークに接続できる。図示しないが、インバータ、ＡＣ負荷、及びＡＣ電源メータも、それぞれのノードを介して通信ネットワーク２００に接続されることは理解できよう。
システムコントローラ１７０は、単一の主体にできるが、例えば、クラウドベースの環境の一部として提供される処理システム及び／又はデータベースを用いることによって、システムコントローラ１７０を地理的に離れた複数の場所に分散できることは理解できよう。しかし、上述した配置は必須ではなく、他の好適な構成を用いてもよい。
一例においては、システムコントローラ１７０は、１以上の処理システムを含む任意の好適な１以上の電子処理装置を含むことができ、選択的には、例えば履歴上の負荷及びＡＣ電源パラメータに関する情報を含む１以上のデータベースに接続できる。１以上の処理システムは、上述により、インバータ、エネルギー貯蔵装置、局所負荷、ＡＣ電源メータ、及び外部通信ネットワークのうちの１以上を制御できる任意の好適な形態の電子処理システム又は電子処理装置を含むことができる。
一例として、好適な処理システムは、プロセッサ、メモリ、キーボード及びディスプレイなどの入出力（Ｉ／Ｏ）デバイス、及び処理システムバスを介して相互接続された外部インタフェースを含む。Ｉ／Ｏデバイスは、キーボード、キーパッド、タッチスクリーン、ボタン、スイッチなどの入力装置を更に含むことによって、ユーザがデータを入力できるが、必須ではないことは理解できよう。外部インタフェースは、処理システムを、インバータ、エネルギー貯蔵装置、局所負荷、ＡＣ電源メータ、及び外部通信ネットワークを含むシステムデバイスに接続するために用いられる。
使用時に、プロセッサは、メモリに格納されたアプリケーションソフトウェアの形態の命令を実行して、インバータ１６０がエネルギー貯蔵装置１４０とＡＣ電源１５０との間に電力の流れを生じさせることを少なくとも可能にする。よって、以下の説明の目的においては、１以上の処理システムによって実行される作用は、典型的には、メモリに格納された命令の制御下でプロセッサによって実行されることが理解されよう。上述については、以下で更に詳細に説明しない。
したがって、１以上の処理装置は、任意の適切にプログラムされた処理システムから形成できることが理解されよう。通常、電子処理装置は、マイクロプロセッサ、マイクロチッププロセッサ、論理ゲート構成、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、消去可能なプログラマブル読出専用メモリ（ＥＰＲＯＭ：Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などの実装する論理回路と任意に関連付けられたファームウェア、又はシステムにおいて様々なデバイスを相互作用でき、制御できるその他の電子デバイス、電子システム、若しくは電子構成の形態である。
図３を参照すると、ＡＣ電源の１以上の動作パラメータを制御するのに求められる配電網の電力管理方法の一例が示されている。工程３００において、１以上の電子処理装置は、ＡＣ電源の１以上の動作パラメータのパラメータ値を決定する。例えば、ＡＣ電源が配電網の主電源グリッドである場合、１以上の動作パラメータは、ＡＣ電源電圧、ＡＣ電源周波数、位相負荷（三相システムの場合）、及び負荷力率を含むことができる。負荷力率は、有効電力（ｋＷ）と皮相電力（ｋＶＡ）（有効電力と無効電力（ｋＶＡＲ）との組み合わせ）との比である。無効電力を消費又は生成する負荷は、実際に負荷を動作させる、所定の伝送した有効電力について、ＡＣ電源から電流を多く引き込むことになる。したがって、力率の低い負荷は、ＡＣ電源から電流を多く引き込むことになるため、非効率である。
１以上の動作パラメータのパラメータ値は、好適な測定により決定できる。一例では、ＡＣ電圧の大きさ、ＡＣ電流の大きさ、及びＡＣ電流の位相角の測定は、ＡＣ電源メータで行われ、ＡＣ電圧の大きさ、ＡＣ電流の大きさ、及びＡＣ電流の位相角の測定は、インバータのＡＣ出力で行われる。当該測定値から、１以上の処理装置は、ＡＣ電源のすべての動作パラメータを決定することができる。ＡＣ電圧の測定は、電圧計、マルチメータ、真空管電圧計（ＶＴＶＭ：ｖａｃｕｕｍ ｔｕｂｅ ｖｏｌｔｍｅｔｅｒ）、電界効果トランジスタ電圧計（ＦＥＴ－ＶＭ：ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ｖｏｌｔｍｅｔｅｒ）など、任意の好適な電圧センサを用いて行うことができる。ＡＣ電流の測定は、マルチメータ、電流計、ピコアンメータなどの任意の好適な電流センサを用いて行うことができる。
工程３０２においては、１以上の動作パラメータの目標パラメータ値が、１以上の処理装置によって決定される。例えば、１以上の処理装置は、目標パラメータ値を示すユーティリティグリッドからのデータを受信してもよいし、目標値は、データベースから取得してもよい。工程３０４において、１以上の処理装置は、１以上の動作パラメータの実際のパラメータ値と目標パラメータ値との間の差を決定する。工程３０６において、１以上の処理装置は、決定された差に少なくとも部分的に基づいて制御信号を生成し、エネルギー貯蔵装置とＡＣ電源との間で電力を伝送するようにインバータを制御する。インバータとの間で得られた電力の流れにより、パラメータ値が目標パラメータ値に近づく。このようにして、エネルギー貯蔵装置は、配電ネットワークの効率と電力品質とを向上させるための電力源又は低電力源として用いることができる。
具体的な例は、ＡＣ電源の動作パラメータを制御する方法である図４に示す。当該例においては、工程４００において、１以上の処理装置は、ＡＣ電源のＡＣ電圧レベルを決定する。例えば、ＡＣ電圧は、ＡＣ電源の電圧を示す信号を１以上の処理装置に送信するＡＣ電源メータに配置された電圧センサによって、好適に測定できる。工程４０２においては、ＡＣ電源の目標電圧レベルが決定される（目標電圧レベルは、上限値と下限値を有する許容範囲にできる）。ＡＣ電源が主要なユーティリティグリッドである場合、電力会社のオペレータが目標電圧レベルを設定する。工程４０４では、ＡＣ電源の電圧レベルと目標電圧レベルとの差が１以上の処理装置によって決定される。
工程４０６及び工程４０８においては、１以上の処理装置は、ＡＣ電源電圧が目標電圧を超えるか未満かをそれぞれ決定する。換言すると、ネットワークに過電圧の問題があるのか、過小電圧の問題があるのかを決定する。過電圧に応答して、工程４１０において、１以上の処理装置は、制御信号を生成して、ＡＣ電源からエネルギー貯蔵装置への無効電力をインバータに減電させることにより、ＡＣ電源電圧を低下させる。不足電圧に応答して、工程４１２において、１以上の処理装置は、制御信号を生成して、エネルギー貯蔵装置からＡＣ電源への無効電力をインバータに発生させ、ＡＣ電源電圧を上昇させる。
別の例においては、負荷力率が低いシステム（例えば、無効電力を消費する１以上の誘導性ＡＣ負荷がある場合）について、負荷力率を許容レベルに高めるために、インバータを用いてグリッドに無効電力を注入するか、あるいは、負荷に直接無効電力を供給することができる。
別の例においては、インバータがＡＣ電源と同期しているため、例えば、ＡＣ電源が失われた場合、又は、負荷に十分な電力を供給できない場合に、システムは１以上のＡＣ負荷に無停電電源（ＵＰＳ：ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ）機能を提供できる。当該例においては、エネルギー貯蔵装置の容量が十分であると仮定して、システムはエネルギー貯蔵装置から電力を供給して、１以上のＡＣ負荷に電力を供給できる。
別の例では、本システムは、動的な負荷分散によって三相ネットワークの電圧不均衡を低減するために使用されてもよい。各相の電圧レベルは、適切な電圧センサを用いて測定してもよい。次に、１以上の電子処理装置は、これらの測定値に基づいて電圧レベルを決定し、過負荷の相から軽負荷の相に電力を伝送させるための制御信号をインバータに送信する。あるいは、インバータは、エネルギー貯蔵装置から１以上の軽負荷相への電力の流れ（例えば、無効電力補償）を引き起こして、過負荷相のバランスを取ることができる。
図５を参照すると、配電網において電力を管理するシステムの別の例が示されている。このシステムは、各々の高電圧ＤＣバスを介して各々のＤＣ／ＡＣインバータに電気的に接続された複数のエネルギー貯蔵装置５４０（例えば高電圧バッテリ）を備える。各ＤＣ／ＡＣインバータ５６０の出力５６２は、ＡＣ電源５５０に電気的に接続されている。例えば、各インバータ５６０は、ＡＣ電源が配電供給を示している電気グリッドの配電線に接続できる。複数の負荷５８０は、グリッドに接続されている。一例においては、エネルギー貯蔵装置５４０及びＤＣ／ＡＣインバータ５６０のうちの１以上を構成する各々のモジュール５００は、配電網を維持するために好適に用いられる配電線に沿った選択的な場所に、電力会社のオペレータによって設置されうる。別の例では、各々のモジュール５００は、住宅に設置されたシステムを示すものにできる。
図５に示した構成においては、各モジュール５００は、ネットワークを維持し、ＡＣ電源電圧、ＡＣ電源周波数、位相負荷（三相システムの場合）、負荷力率などの動作パラメータを改善するために用いることができる。さらに、モジュール５００は、例えば、ネットワークの一部分の負荷が低い（かつ、バッテリの充電量が十分である）場合、そのバッテリを用いて、充電量が少ない別のバッテリ、又は負荷が高いネットワークの一部分に電力を供給できるように、相互に通信できる。
本明細書及びそれに続く特許請求の範囲において、文脈上において別途要求されない限り、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という語、及び「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ）」又は「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などの変化形は、記載された整数若しくは整数の組又は工程を含むことを意図するとともに、他の整数又は整数群を除外しないことを意図するものと理解されたい。
当業者は、多数の変形及び変更が明確であることを理解されたい。当業者に明確な全ての変形及び変更は、当該記載の前に広範に示された本発明の精神及び範囲内にあるとみなすべきである。

Claims (23)

  1. 配電網において電力を管理する方法であって、１以上の電子処理装置において、
    ａ）交流（ＡＣ）電源の１以上の動作パラメータのパラメータ値を決定する工程と、
    ｂ）前記１以上の動作パラメータの目標パラメータ値を決定する工程と、
    ｃ）前記パラメータ値と前記目標パラメータ値との差を決定する工程と、
    ｄ）決定された前記差に少なくとも部分的に基づいて制御信号を生成してインバータを制御することによって、直流（ＤＣ）エネルギー貯蔵装置とＡＣ電源との間に選択的に、前記パラメータ値を前記目標パラメータ値に近づける電力の流れを生じさせる工程と
    を含む
    方法。
  2. 前記ＡＣ電源の１以上の動作パラメータは、
    ａ）ＡＣ電源周波数、
    ｂ）ＡＣ電源電圧、
    ｃ）位相負荷、及び
    ｄ）負荷力率
    のうちの１以上を含む
    請求項１に記載の方法。
  3. 前記ＡＣ電源は、ユーティリティグリッド又は発電機のうちの１以上を含む
    請求項２に記載の方法。
  4. 前記インバータは、インピーダンスを介して前記ＡＣ電源に接続された出力を有する双方向ＤＣ／ＡＣインバータである
    請求項３に記載の方法。
  5. 前記インバータは、配電用静止型補償装置（ｄＳＴＡＴＣＯＭ）を含む
    請求項４に記載の方法。
  6. 前記パラメータ値を決定する工程は、前記１以上の電子処理装置において、
    ａ）前記インバータの出力での、ＡＣ電圧の大きさ、ＡＣ電流の大きさ、及びＡＣ電流の位相角の測定値を決定する工程と、
    ｂ）前記ＡＣ電源での、ＡＣ電圧の大きさ、ＡＣ電流の大きさ、及びＡＣ電流の位相角の測定値を決定する工程と
    を含む
    請求項４又は５に記載の方法。
  7. 前記制御信号は、
    ａ）前記ＡＣ電源から前記エネルギー貯蔵装置への電力の流れ、及び
    ｂ）前記エネルギー貯蔵装置から前記ＡＣ電源への電力の流れ
    うちの１以上を前記インバータに生じさせる
    請求項４～６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記ＡＣ電源及び前記インバータの出力は、１以上のＡＣ負荷に接続され、
    前記制御信号は、前記エネルギー貯蔵装置から当該１以上の負荷への電力の流れを生じさせる
    請求項４～７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記電力の流れは、有効電力（ｋＷ）及び無効電力（ｋＶＡＲ）のうちの１以上を含む
    請求項７又は請求項８に記載の方法。
  10. 前記１以上の電子処理装置は、当該１以上の負荷の動作を制御する１以上のスイッチングデバイスを、前記インバータに作動させる制御信号を生成する
    請求項８又は請求項９に記載の方法。
  11. 前記１以上の電子制御装置は、前記インバータの出力を前記ＡＣ電源と同期させる
    請求項４～１０のいずれか一項に記載の方法。
  12. 前記１以上の電子処理装置、前記インバータ、前記エネルギー貯蔵装置、前記１以上のＡＣ負荷、前記ＡＣ電源、及び１以上の外部通信ネットワークは、無線通信によって制御される
    請求項４～１１のいずれか一項に記載の方法。
  13. 前記制御信号は、少なくとも部分的には、機械学習アルゴリズムによって、又は前記ＡＣ電源の１以上のパラメータの履歴データから生成される
    請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記エネルギー貯蔵装置は、公称動作電圧が６００ＶＤＣ以上の１以上のバッテリを含む
    請求項１～１３のいずれか一項に記載の方法。
  15. 配電網において電力を管理するシステムであって、
    ａ）ＤＣバスに電気的に接続された１以上のＤＣエネルギー貯蔵装置と、
    ｂ）前記ＤＣバスに電気的に接続された入力と、ＡＣ負荷及びＡＣ電源のうちの１以上に電気的に接続された出力とを有する１以上のＤＣ／ＡＣインバータと、
    ｃ） ｉ）前記ＡＣ電源の１以上の動作パラメータのパラメータ値を決定し、
    ｉｉ）前記１以上の動作パラメータの目標パラメータ値を決定し、
    ｉｉｉ）前記パラメータ値と前記目標パラメータ値の差を決定し、
    ｉｖ）決定された前記差に少なくとも部分的に基づいて制御信号を生成して前記インバータを制御することによって、前記エネルギー貯蔵装置と前記ＡＣ電源との間に選択的に、前記パラメータ値を前記目標パラメータ値に近づける電力の流れを生じさせる
    １以上の電子処理装置と
    を備える
    システム。
  16. 前記ＡＣ電源は、ユーティリティグリッド又は発電機のうちの１以上を含む
    請求項１５に記載のシステム。
  17. 前記インバータは、インピーダンスを介して前記ＡＣ電源に接続された出力を有する双方向ＤＣ／ＡＣインバータである
    請求項１５又は請求項１６に記載のシステム。
  18. 前記インバータは、配電用静止型補償装置（ｄＳＴＡＴＣＯＭ）を含む
    請求項１６に記載の方法。
  19. 前記ＤＣバスに電気的に接続された複数のＤＣ電源を更に含む、
    請求項１５～１８のいずれか一項に記載のシステム。
  20. 前記制御信号は、前記エネルギー貯蔵装置から前記１以上の負荷への電力の流れを生じさせる
    請求項１５～１９のいずれか一項に記載のシステム。
  21. 前記１以上のエネルギー貯蔵装置は、公称動作電圧が６００ＶＤＣ以上の１以上のバッテリを含む
    請求項１５～２０のいずれか一項に記載のシステム。
  22. 前記１以上の電子処理装置、前記インバータ、前記エネルギー貯蔵装置、前記１以上のＡＣ負荷、前記ＡＣ電源、及び１以上の外部通信ネットワークは、無線通信によって制御される
    請求項１５～２１のいずれか一項に記載のシステム。
  23. 配電網において電力を管理するシステムであって、
    ａ）各々のＤＣバスに電気的に接続された複数のＤＣエネルギー貯蔵装置と、
    ｂ）各々のインバータが、エネルギー貯蔵装置に関連づけられ、かつ、関連するＤＣバスに電気的に接続された入力と、ＡＣ負荷及びＡＣ電源のうちの１以上に電気的に接続された出力とを有する複数のＤＣ／ＡＣインバータと、
    ｃ） ｉ）前記ＡＣ電源の１以上の動作パラメータのパラメータ値を決定し、
    ｉｉ前記１以上の動作パラメータの目標パラメータ値を決定し、
    ｉｉｉ）前記パラメータ値と前記目標パラメータ値の差を決定し、
    ｉｖ）決定された前記差に少なくとも部分的に基づいて複数の制御信号を生成して前記複数のインバータを制御することによって、前記複数のエネルギー貯蔵装置と前記ＡＣ電源との間に選択的に、前記パラメータ値を前記目標パラメータ値に近づける電力の流れを生じさせる
    １以上の電子処理装置と
    を備える
    システム。
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