JP5773368B2 - 電力変換中のバーストモード改善のための方法及び装置 - Google Patents

電力変換中のバーストモード改善のための方法及び装置 Download PDF

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Description

[0001]本開示の諸実施形態は、一般に電力変換に関し、より具体的にはバーストモード動作改善のための方法及び装置に関する。
[0002]太陽電池パネルは歴史的に、商用電源が利用不可能な遠隔の原野又は人工衛星のキャビンなど、ほとんどが遠隔地での用途に配備されてきた。高い設置コストにより、太陽電池パネルは、利用できる電力の選択肢が他にない場合を除いて、発電するのに経済的な選択ではなかった。しかし、エネルギー需要の世界的な伸びが、永続的なエネルギーコストの上昇を招いている。加えて、発電するために現在使用されている化石燃料の埋蔵量が急速に枯渇しつつあることは、今では十分に確証されている。従来の商用発電に対するこれらの支障が増すことにより、太陽電池パネルが、より魅力的な推進すべき選択肢になる。
[0003]太陽電池パネル、又は光起電力（ＰＶ）モジュールは、受光した日光からのエネルギーを直流電流（ＤＣ）に変換する。ＰＶモジュールは、生成した電気エネルギーを貯蔵することができないので、エネルギーは、バッテリ又は揚水水力電気貯蔵などのエネルギー貯蔵システムに分散されるか、又は負荷によって分散されなければならない。生成されたエネルギーを使用する１つの選択肢は、１つ又は複数のインバータを使用してＤＣ電流を交流電流（ＡＣ）に変換し、このＡＣ電流を商用電力網に結合することである。その場合、このような分散発電（ＤＧ）システムによって生成された電力は、商用電力会社に売ることができる。
[0004]ＰＶモジュールでは、モジュールで生成する電流（Ｉ）と電圧（Ｖ）の間に非線形の関係がある。ＰＶモジュールのＩ−Ｖ曲線上の最大電力点（ＭＰＰ）によりＰＶモジュールの最適動作点が特定され、この点で動作するときＰＶモジュールは、所与の温度及び日射強度に対して最大可能出力電力を発生する。したがって、ＰＶモジュールから引き出される電力を最適にするために、ＰＶモジュールに結合されるインバータ又はマイクロインバータなどの電力変換デバイスでは一般に、ＰＶモジュールがそのＭＰＰに対応する電流及び電圧レベルで確実に動作するようにする最大電力点トラッキング（ＭＰＰＴ）技法を用いる。ＭＰＰＴは、ＰＶモジュールがＭＰＰで動作を継続できるように、日射強度及び／又は温度の変化に応じてＰＶモジュールの動作電流及び動作電圧のレベルを迅速に調整する働きをする。
[0005]ＭＰＰＴ技法によってＰＶモジュールをそのＭＰＰにバイアスするために必要とされる期間中に、例えば、ＰＶモジュールへの日射強度が無日射から日射が増すように変化したり、又はＰＶモジュール／インバータを起動したりすると、ＰＶモジュールに結合された電力変換デバイスは、ＭＰＰが実現されるまで効率が低下する。加えて、ＰＶモジュールに結合された電力変換デバイスは一般に、ＰＶモジュールが低電力で、例えば低い日射強度で動作しているとき、効率が低下する。日射強度が低い間、ＰＶモジュール及び付随するインバータは、そのように非効率的に動作することがあるので、ＰＶモジュール及び／又はそのインバータは、日射強度が増加するまで動作させないことがシステム全体の効率にとって最善である。
[0006]したがって、最大電力点を実現し追跡する上で、ＰＶモジュール及びインバータの動作を改善する方法及び装置が当技術分野で必要とされている。
[0007]本発明の諸実施形態は一般に、ＤＣ入力電力をＡＣ出力電力に変換する方法及び装置に関する。この装置は、ＤＣ入力電流からエネルギーを蓄積する手段と、ＤＣ入力電流をＡＣ出力電流に変換する手段と、（ｉ）エネルギーを蓄積する手段にエネルギーを少なくとも１つの蓄積期間中に蓄積させ、（ｉｉ）エネルギーを蓄積する手段からエネルギーを少なくとも１つのバースト期間中に引き出させる手段であって、ＡＣ出力電流が少なくとも１つのバースト期間中にＤＣ入力電流よりも大きくなる手段と、最大電力点（ＭＰＰ）を決定し、ＤＣ入力電流をＡＣ出力電流に変換する手段をＭＰＰに近接して動作させる第１の手段と、第１の電力測定値と第２の電力測定値の差を決定し、この差を示す偏差（ｅｒｒｏｒ）信号を生成し、偏差信号を第１の手段に供給して、ＤＣ入力電流をＡＣ出力電流に変換する手段の少なくとも１つの動作パラメータをＭＰＰに向かうように（ｄｒｉｖｅ ｔｏｗａｒｄ）調整する第２の手段とを備える。
[0008]上述の本発明の特徴を細部にわたって理解できるように、添付の図面にいくつかが示された実施形態を参照して、上に簡単に要約した本発明についてのより具体的な説明をすることができる。しかし、添付の図面は、本発明の典型的な実施形態のみを示し、したがって、本発明の範囲を限定するものと考えられるべきでないことに留意されたい。その理由は、本発明が他の等しく効果的な実施形態を認めることができるからである。
本発明の１つ又は複数の実施形態による分散発電（ＤＧ）のシステムのブロック図である。 本発明の１つ又は複数の実施形態によるインバータのブロック図である。 本発明の１つ又は複数の実施形態によるバーストモードコントローラのブロック図である。 本発明の１つ又は複数の実施形態による、バーストモード時のＰＶモジュール電力の収集期間及び電圧測定値を示す複数の波形図である。 本発明の１つ又は複数の実施形態によるＤＣ電圧コントローラのブロック図である。 本発明の１つ又は複数の実施形態によるＭＰＰＴコントローラのブロック図である。 本発明の１つ又は複数の実施形態による、バーストモードでインバータを動作させる方法の流れ図である。
[0016]図１は、本発明の１つ又は複数の実施形態による分散発電（ＤＧ）用システム１００のブロック図である。この図は、無数の実現可能なシステム構成のうちの１つの変形形態を表すにすぎない。本発明は、様々な分散発電の環境及びシステムにおいて機能することができる。
[0017]システム１００は、一括してインバータ１０２と呼ばれる複数のインバータ１０２１、１０２２．．．１０２ｎと、一括してＰＶモジュール１０４と呼ばれる複数のＰＶモジュール１０４１、１０４２．．．１０４ｎと、ＡＣバス１０６と、負荷センタ（ｌｏａｄ ｃｅｎｔｅｒ）１０８とを備える。
[0018]各インバータ１０２１、１０２２．．．１０２ｎは、それぞれＰＶモジュール１０４１、１０４２．．．１０４ｎに結合される。いくつかの実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータが各ＰＶモジュール１０４と各インバータ１０２の間に結合されることがある（例えば、各ＰＶモジュール１０４に１つのコンバータ）。あるいは、複数のＰＶモジュール１０４が単一のインバータ１０２（すなわち、集約インバータ）に結合されることがあり、いくつかの実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータがＰＶモジュール１０４と集約インバータの間に結合されることがある。
[0019]各インバータ１０２はＭＰＰＴ技法を用いて、ＰＶモジュール１０４が所与の温度及び日射強度で最大電力出力を発生するように、内在するＰＶモジュール１０４をそのＭＰＰで動作させる。インバータ１０２はＡＣバス１０６に結合され、そしてＡＣバス１０６は負荷センタ１０８に結合される。負荷センタ１０８は、商用電力網分配システムから入ってくる電力線とＡＣバス１０６の間の接続部を収容する。インバータ１０２は、ＰＶモジュール１０４によって発生したＤＣ電力をＡＣ電力に変換し、ＡＣ商用電力網電圧と位相が合っているＡＣ電流を計量しながら供給する。システム１００は、発生したＡＣ電力を商用電力網に負荷センタ１０８を介して結合する。
[0020]本発明の１つ又は複数の実施形態によれば、インバータ１０２は、起動時に「バーストモード」を用いる。バーストモードでは、インバータ１０２は、１つ又は複数のＡＣ網電圧サイクルにわたってエネルギーを蓄積し（「エネルギー蓄積期間」）、次いで蓄積エネルギーを商用電力網に「バースト」する（「バースト期間」）。エネルギー蓄積期間の長さは、ＰＶモジュール出力電圧の上に重なるリップル電圧が所望のリップル電圧閾値未満にとどまるように決められる。
[0021]インバータ１０２の効率を改善することに加えて、バーストモードは、以下で説明するＭＰＰＴ技法を利用してＭＰＰへの急速収束を容易にする。インバータ１０２は、ＭＰＰに近接して動作し、ＰＶモジュール１０４が十分な出力電力を供給している場合、バーストモードの動作を停止させ、ＭＰＰに近接したままになるようにＭＰＰＴ技法を利用しながら、継続モードで動作する。日射強度及び／又は温度が、ＰＶモジュール１０４からの出力電力がバーストモード閾値未満に低下するようなレベルまで変化した場合には、１つ又は複数のインバータ１０２が逆にバーストモードに切り替わる。
[0022]図２は、本発明の１つ又は複数の実施形態によるインバータ１０２のブロック図である。インバータ１０２は、Ｉ−Ｖ監視回路２０４、入力コンデンサ２２０、ＤＣ−ＡＣインバータ２０８、ＤＣ電圧コントローラ２１０、ＭＰＰＴコントローラ２１２、バーストモードコントローラ２２４、及び変換制御モジュール２１４を備える。インバータ１０２は、ＰＶモジュール１０４及び商用電力網に結合される。
[0023]Ｉ−Ｖ監視回路２０４は、ＰＶモジュール１０４、入力コンデンサ２２０、及びバーストモードコントローラ２２４に結合される。バーストモードコントローラ２２４は、ＤＣ電圧コントローラ２１０、ＭＰＰＴコントローラ２１２、及び変換制御モジュール２１４にさらに結合される。加えて、ＭＰＰＴコントローラ２１２は、ＤＣ電圧コントローラ２１０に結合され、ＤＣ電圧コントローラ２１０は、変換制御モジュール２１４に結合される。ＤＣ電圧コントローラ２１０は、ＰＶモジュール１０４をＤＣ電圧設定点（すなわち、望ましいＰＶモジュール動作電圧）にバイアスするように機能し、ＭＰＰＴコントローラ２１２は、このようなＤＣ電圧設定点をＭＰＰ電圧と一致させる。バーストモードコントローラ２２４は、インバータ１０２を継続モードとバーストモードの間で切り替えるように機能し、加えてＰＶモジュール１０４からの入力電力を測定し、測定値は、ＤＣ電圧設定点を決定する際にＭＰＰＴコントローラ２１２によって利用される。
[0024]Ｉ−Ｖ監視回路２０４は、ＰＶモジュール１０４からの瞬間入力電圧Ｖｉｎ及び瞬間入力電流Ｉｉｎを監視する。入力コンデンサ２２０は、Ｉ−Ｖ監視回路２０４に結合されることに加えて、ＤＣ−ＡＣインバータ２０８に結合され、ＤＣ−ＡＣインバータ２０８は、ＤＣ電圧コントローラ２１０、変換制御モジュール２１４、及び商用電力網にさらに結合される。電流Ｉｃａｐが入力コンデンサ２２０を通って流れ、電流ＩｉｎｖがＤＣ−ＡＣインバータ２０８へと流れる。
[0025]変換制御モジュール２１４は、商用電力網から基準信号を受け取り、その制御信号をＤＣ−ＡＣインバータ２０８が受け取ったＤＣ電流Ｉｉｎｖを必要ＡＣ出力電流Ｉｒｅｑに変換するように供給する。このような電力変換の一例として、２００７年３月２０日出願の「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｏ Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ」という名称の、本願の譲受人に譲渡された米国特許出願公開第２００７／０２２１２６７号がある。同出願は、参照することにより本明細書に組み込まれる。ＤＣ−ＡＣインバータ２０８からのＡＣ出力電流Ｉｒｅｑは、商用ＡＣ電流と位相が合うようにして商用電力網に結合される。
[0026]ＤＣ電圧コントローラ２１０は、ＰＶモジュール１０４から引き出された電流Ｉｉｎを変調することによって、第１のフィードバックループ（「内側」ループ）２１６を用いてＰＶモジュール１０４をＤＣ電圧設定点にバイアスする。第１のフィードバックループ２１６には、Ｉ−Ｖ監視回路２０４、バーストモードコントローラ２２４、ＭＰＰＴコントローラ２１２、ＤＣ電圧コントローラ２１０、及びＤＣ−ＡＣインバータ２０８が含まれる。ＤＣ電圧コントローラ２１０は、ＰＶモジュールＤＣ（すなわち平均）入力電圧ＶＤＣを示す信号をバーストモードコントローラ２２４から受け取り、ＤＣ電圧設定点をＭＰＰＴコントローラ２１２から受け取る。ＶＤＣとＤＣ電圧設定点の間の差に基づいて、適切な電流ＩｉｎがＰＶモジュール１０４から引き出されてＰＶモジュール１０４をＤＣ電圧設定点にバイアスするように、第１のフィードバックループ２１６はＤＣ−ＡＣインバータ２０８でＩｒｅｑを発生させる。すなわち、フィードバックループ２１６で、平均ＰＶモジュール動作電圧とＰＶモジュール１０４のＤＣ電圧設定点との間の差を繰り返して計算し、それに応じてＰＶモジュール１０４がＤＣ電圧設定点に（すなわち、ＭＰＰにほぼ対応する動作電流及び電圧に）バイアスされるように、ＰＶモジュール１０４から引き出される電流Ｉｉｎを調整する。
[0027]ＭＰＰＴコントローラ２１２は、第２のフィードバックループ２１８（「外側」ループ）を用いて、ＭＰＰ電圧と一致するようにＤＣ電圧設定点を調整する。第２のフィードバックループ２１８には、Ｉ−Ｖ監視回路２０４、バーストモードコントローラ２２４、ＭＰＰＴコントローラ２１２、及びＤＣ電圧コントローラ２１０が含まれる。バーストモードコントローラ２２４は、ＰＶモジュールの瞬間入力電流Ｉｉｎ及び瞬間入力電圧Ｖｉｎを示す信号をＩ−Ｖ監視回路２０４を介して受け取り、ＰＶモジュール１０４からの瞬間入力電力Ｐｉｎを計算する。バーストモードコントローラ２２４は、以下でより詳細に説明するように、入力電力Ｐｉｎをさらに処理して、第１及び第２の電力測定値を取得し、このような電力測定値をＭＰＰＴコントローラ２１２に供給する。ＭＰＰＴコントローラ２１２は、第１と第２の電力測定値間の電力差を決定する。この差に基づいてＭＰＰＴコントローラ２１２は、ＭＰＰに達するためにＰＶモジュール動作電圧を増大させるべきか低減させるべきかを判定し、それに応じてＤＣ電圧設定点を修正し、新しいＤＣ電圧設定点をＤＣ電圧コントローラ２１０に供給する。加えて、電力差ゼロは、ＰＶモジュール１０４がＭＰＰに現在バイアスされており、その対応するＤＣ電圧設定点をＭＰＰＴコントローラ２１２がＤＣ電圧コントローラ２１０に供給していることを示す。したがって、第２のフィードバックループ２１８は、ＰＶモジュール１０４がＭＰＰに近接して動作しているかどうかを繰り返して判定し、ＰＶモジュール１０４がＭＰＰに近接して動作していない場合には、第１のフィードバックループ２１６内で少なくとも１つの動作パラメータを修正してＭＰＰを実現する（すなわち、外側ループは、内側ループによって確立された設定を「微調整」する）。
[0028]起動時、又はＰＶモジュール１０４からの出力電圧が十分に低いとき、バーストモードコントローラ２２４はインバータ１０２をバーストモードで動作させ、このモードで、エネルギー蓄積期間中（例えば、１６．６７ｍｓｅｃのＡＣ網電圧サイクルの１つ又は複数のサイクル）、入力コンデンサ２２０は、後でバースト期間中にＤＣ−ＡＣインバータ２０８に供給されるエネルギーを蓄積する。バーストモード時、バーストモードコントローラ２２４は、インバータ１０２によって発生した出力電流Ｉｒｅｑが「バーストモード電流」ＩＢになるように、ＤＣ電圧コントローラ２１０を駆動する。ＰＶモジュール１０４がＭＰＰ電圧に近接して動作していれば、またＰＶモジュール１０４が十分な出力電力を発生している場合（すなわち、ＰＶモジュール出力が既定のバーストモード閾値よりも大きい場合）、バーストモードコントローラ２２４は、インバータ１０２を継続モードで動作させる。ＰＶモジュール出力電力が、その後バーストモード閾値未満に低下した場合は、バーストモードコントローラ２２４は、インバータ１０２を逆にバーストモード動作に切り替える。
[0029]バーストモード動作のエネルギー蓄積期間中、ＤＣ−ＡＣインバータ２０８は、インバータ１０２によって発生する出力電流がなくなる（すなわち、ＩＢがゼロになる）ように駆動される。このような期間中、電流はＤＣ−ＡＣインバータ２０８まで流れないようにされ、それによって、ＰＶモジュール１０４で発生した電流が入力コンデンサ２２０を充電することになる。インバータ１０２は、バーストモードコントローラ２２４によって決められたいくつかのＡＣ網電圧サイクルＮｏｆｆの間エネルギー蓄積期間にとどまった後、１つのＡＣ網電圧サイクルのバースト期間を開始する。バースト期間中、バーストモードコントローラ２２４によりＤＣ電圧コントローラ２１０は、前のエネルギー蓄積期間中に入力コンデンサ２２０に蓄積されたエネルギーに応じてバースト電流ＩＢが発生するように、ＤＣ−ＡＣインバータ２０８を駆動する。その結果、バースト期間中のインバータ出力電流ＩＢは、所与のレベルの日射強度及び温度では、継続モード時のインバータ出力電流Ｉｒｅｑよりも大きくなる。いくつかの実施形態では、ＩＢ＝Ｉｒｅｑ×（Ｎｏｆｆ＋１）となる。
[0030]バーストモード時に入力コンデンサ２２０の充放電により、リップル電圧（「バーストモードリップル電圧」又はＶｒ）が入力コンデンサ２２０の両端間の平均電圧の上に重なり、その結果、ＰＶモジュールＤＣ電圧ＶＤＣの上に重なる相当するバーストモードリップル電圧になる。そのようなものとして、ＰＶモジュール動作電圧は、バーストモードリップル電圧Ｖｒの大きさに応じて変動し、バーストモードリップル電圧Ｖｒが大きいほど、ＰＶモジュール動作電圧の変動は大きくなる。ＰＶモジュール動作電圧のこのような変動は、インバータ１０２の効率低下をもたらす。例えば、ＭＰＰに近接して動作しているとき、ＭＰＰ電圧周辺の電圧変動がより大きいと、ＰＶモジュールがＭＰＰ電圧を外れて動作する時間がより長くなり、その結果、ＰＶモジュール１０４から引き出される電力が最大に満たないことになる。
[0031]バーストモードリップル電圧Ｖｒの大きさは、入力コンデンサ２２０が充電及び放電する時間の長さ、すなわちエネルギー蓄積期間及びバースト期間に応じて変化する。バーストモードコントローラ２２４は、バーストモードリップル電圧Ｖｒが既定の閾値未満にとどまるようにエネルギー蓄積期間、すなわちエネルギー蓄積期間のＡＣ網電圧サイクルの数Ｎｏｆｆを制御し、それによって、バーストモード動作時のインバータ１０２の効率を改善する。
[0032]継続モードで動作しているとき、インバータ１０２は、ＡＣ網電力と位相が合っている出力電力を継続して（すなわち、各ＡＣ網電圧サイクル中に）発生する。そのようなものとして、インバータ出力は、ＡＣ網電圧のゼロクロスにおけるゼロ出力電力と、ＡＣ網電圧のピーク正振幅及びピーク負振幅におけるピーク出力電力との間で振動する。インバータ出力電力がゼロに設定されると、ＰＶモジュール１０４からの電流は、ＤＣ−ＡＣインバータ２０８まで流れないようにされ、したがって、入力コンデンサ２２０を充電する。インバータ出力電力がピークに設定されると、入力コンデンサ２２０に蓄積されたエネルギーが、ＰＶモジュール１０４からの瞬間電力に加えて利用されて、平均ＰＶモジュール出力電力の２倍のピークインバータ出力電力が発生する。したがって、継続モード時に入力コンデンサ２２０の充放電により、ＰＶモジュール１０４によって供給される平均電力の上に重なるＡＣ成分が生成される。
[0033]継続モードとバーストモード両方の動作時、入力コンデンサ２２０の充放電によって生じるリップル電圧により、最大電力点追跡の機会が得られる。ＰＶモジュール１０４の両端間のリップル電圧が平均（すなわちＤＣ）ＰＶモジュール電圧の上及び下に変動するので、ＰＶモジュール出力電力は、そのリップル電圧に応じて変動する。ＰＶモジュール１０４が、そのＤＣ電圧の下で動作しているときよりもそのＤＣ電圧の上で動作しているときの方がより多くの電力を生成している場合、ＰＶモジュールＤＣ電圧はＭＰＰの下にあり、ＭＰＰに達するまで増大させなければならない。ＰＶモジュール１０４が、そのＤＣ電圧の上で動作しているときよりもそのＤＣ電圧の下で動作しているときの方がより多くの電力を生成している場合、ＰＶモジュールＤＣ電圧はＭＰＰの上にあり、ＭＰＰに達するまで低減させなければならない。したがって、ＰＶモジュール１０４がそのＤＣ電圧の上で動作しているときと、そのＤＣ電圧の下で動作しているときにＰＶモジュール１０４によって生成される各平均電力の差は、ＭＰＰを実現するためにどの方向にＰＶモジュールＤＣ電圧がシフトされるべきかを示す。加えて、差がゼロである場合には、ＰＶモジュール１０４はＭＰＰにバイアスされている。いくつかの実施形態では、このような電力差は、以下でさらに説明するように、ＡＣ網電圧の特定の位相の間のＰＶモジュール出力電力に基づいて決定することができる。
[0034]図３は、本発明の１つ又は複数の実施形態によるバーストモードコントローラ２２４のブロック図である。バーストモードコントローラ２２４は、乗算器３０２、動作モードモジュール３０４、及び電力測定モジュール３０６を備える。
[0035]乗算器３０２は、ＰＶモジュール１０４からの瞬間入力電流Ｉｉｎ及び瞬間入力電圧Ｖｉｎを示す信号をＩ−Ｖ監視回路２０４を通して受け取り、ＰＶモジュール１０４からの瞬間入力電力Ｐｉｎを示す出力信号を生成する。乗算器３０２の出力は、電力測定モジュール３０６及び動作モードモジュール３０４に結合され、加えて、電力測定モジュール３０６は、Ｉｉｎ及びＶｉｎの入力を受け取る。動作モードモジュール３０４は、ＤＣ電圧コントローラ２１０にさらに結合され、推定ＰＶモジュール入力電流Ｉｅｓｔを示す信号をＤＣ電圧コントローラ２１０から受け取る。Ｉｅｓｔは、ＰＶモジュール１０４から引き出されるべき推定入力電流であり、ＰＶモジュール１０４を所望のＤＣ電圧設定点にバイアスすることになる。動作モードモジュール３０４はまた、電力測定モジュール３０６にも結合され、加えて、バーストモード電力閾値ＰＢの入力信号を受け取る。
[0036]動作モードモジュール３０４は、ＰＶモジュール入力電力Ｐｉｎをバーストモード閾値ＰＢと比較する。インバータ１０２が継続モードで動作しており、ＰｉｎがＰＢ未満である場合、動作モードモジュール３０４はインバータ１０２をバーストモードに切り替え、ＰｉｎがＰＢより大きくなると、動作モードモジュール３０４はインバータ１０２を逆に継続モードに切り替える。
[0037]電力測定モジュール３０６は、ＡＣ網電圧位相を示す入力を変換制御モジュール２１４から、例えば変換制御モジュール２１４の位相ロックループから受け取る。電力測定モジュール３０６は、ＰＶモジュール入力電力ＰｉｎをＡＣ網電圧サイクルの特定の部分の間で積分して、第１の電力「瓶（ｂｉｎ）」ＰＢ１及び第２の電力「瓶」ＰＢ２を得る。加えて、ＰＶモジュール入力電圧Ｖｉｎは、ＡＣ網電圧サイクルの一部分にわたって積分されてＤＣ電圧瓶ＶＤＣＢが得られ、ここでＶＤＣＢは、ＤＣ（すなわち、平均）ＰＶモジュール入力電圧ＶＤＣを決定するのに利用される。いくつかの実施形態では、継続モードで動作しているときのＡＣ網電圧の各サイクル中に、電力測定モジュール３０６では、ＰｉｎをＡＣ網電圧サイクルの９０°〜１８０°の位相の間で積分してＰＢ１が得られ、Ｐｉｎを同じＡＣ網電圧サイクルの１８０°〜２７０°の位相の間で積分してＰＢ２が得られる。ＰＶモジュール入力電圧Ｖｉｎは、９０°〜２７０°の位相全体にわたって積分されてＶＤＣＢが得られる。バーストモード時、電力瓶及び平均ＰＶモジュール入力電圧は、以下でさらに説明されるように決定される。
[0038]電力測定モジュール３０６は、ＰＢ１及びＰＢ２に基づいて、第１の電力測定値Ｐ１及び第２の電力測定値Ｐ２を決定する。継続モード時、Ｐ１＝ＰＢ１及びＰ２＝ＰＢ２であり、バーストモード時、電力測定値は、以下でさらに説明されるように決定される。第１及び第２の電力測定値は、ＰＶモジュール１０４がＭＰＰで動作しているか、ＭＰＰの上又は下で動作しているかどうかを判定し、またＭＰＰを実現するために必要とされるＤＣ電圧設定点のシフトを決定するためにＭＰＰＴコントローラ２１２に供給される。加えて、電力測定モジュール３０６は、ＶＤＣＢに基づいて、ＰＶモジュールＤＣ電圧ＶＤＣを決定する。電力測定モジュール３０６はＶＤＣを、Ｉｒｅｑを決定するＤＣ電圧コントローラ２１０に供給する。新しいＤＣ電圧設定点及び必要出力電流Ｉｒｅｑは、次のＡＣ網電圧サイクルを通じて適用される。
[0039]継続モードからバーストモードに切り替えるとき、動作モードモジュール３０４は、バーストモードリップル電圧Ｖｒが既定の閾値未満にとどまるように、エネルギー蓄積期間のＡＣ網電圧サイクルの最大数Ｎｏｆｆを決定する。いくつかの実施形態では、ＰＶモジュールＤＣ電圧ＶＤＣの１０％の閾値が利用される。いくつかの実施形態では、Ｎｏｆｆは次式で計算される。
[0040]
Figure 0005773368
[0041]上式で、Ｃは入力コンデンサ２２０の静電容量、ＶＤＣはＰＶモジュールＤＣ電圧、Ｖｒはバーストモードリップル電圧、ＰｉｎはＰＶモジュール１０４からの入力電力、ＴはＡＣ網電圧サイクル期間である。
[0042]バーストモード時、電力測定モジュール３０６は、エネルギー蓄積期間中にＡＣ網電圧サイクルの特定の部分にわたってＰＶモジュール入力電力Ｐｉｎを積分してＰＢ１及びＰＢ２を得る。Ｐｉｎを積分するＡＣ網電圧サイクルの部分を決定するために、ＮｏｆｆのＡＣ網電圧サイクルのエネルギー蓄積期間が２つの等しい部分、すなわちエネルギー蓄積期間の「前半」とエネルギー蓄積期間の「後半」に分割され、ここで前半は後半よりも前に生じる。例えば、１つのＡＣ網電圧サイクルのエネルギー蓄積期間では、前半は、ＡＣ網電圧サイクルの０°〜１８０°を含み、後半は、同じＡＣ網電圧サイクルの１８０°〜３６０°を含む。２つのＡＣ網電圧サイクルのエネルギー蓄積期間では、前半は、第１のＡＣ網電圧サイクル全部を含み、後半は、第２のＡＣ網電圧サイクル全部を含む。２つのＡＣ網電圧サイクルよりも長いエネルギー蓄積期間でも、前半及び後半は同様に定義される。
[0043]ＰＢ１を得るために、電力測定モジュール３０６は、ＰＶモジュール入力電力Ｐｉｎをエネルギー蓄積期間の前半中に生じる任意の９０°〜２７０°のＡＣ網電圧位相期間の間で積分する。ＰＢ２を得るために、電力測定モジュール３０６は、ＰＶモジュール入力電力Ｐｉｎをエネルギー蓄積期間の後半中に生じる任意の９０°〜２７０°のＡＣ網電圧位相期間の間で積分する。加えて、電力測定モジュール３０６は、ＰＶモジュール入力電圧Ｖinをエネルギー蓄積全期間の間で各９０°〜２７０°の位相にわたって積分すると共に、後続のバースト期間の間で９０°〜２７０°の位相にわたっても積分してＶＤＣＢを得る。
[0044]次に、測定された電力瓶ＰＢ１及びＰＢ２は、電力測定モジュール３０６で使用されて、第１の電力測定値Ｐ１及び第２の電力測定値Ｐ２が決定される。いくつかの実施形態では、バーストモード時、Ｐ１＝ＰＢ１／Ｎｏｆｆ及びＰ２＝ＰＢ２／Ｎｏｆｆである。加えて、電力測定モジュール３０６は、ＶＤＣＢに基づいてＶＤＣを決定する。適切なＭＰＰＴ及びインバータ出力電流処理とするために、第１の電力測定値Ｐ１及び第２の電力測定値Ｐ２はＭＰＰＴコントローラ２１２に供給され、ＶＤＣはＤＣ電圧コントローラ２１０に供給される。このような処理の出力、すなわち新しいＤＣ電圧設定点、及びインバータ１０２からの必要出力電流は、次のエネルギー蓄積期間に続くバースト期間に適用される。
[0045]場合により、入力コンデンサ２２０は経時的に劣化し、インバータ１０２の性能を低下させることがある。このような状態を識別するために、エネルギー蓄積期間内のＡＣ網電圧サイクルの数（すなわち、Ｎｏｆｆ）が２以上であるバーストモード時に、入力コンデンサ２２０の動作を評価することができる。いくつかの実施形態では、電力測定モジュール３０６は、エネルギー蓄積期間の第１と第２のＡＣ網電圧サイクルの間にＰＶモジュール１０４からの平均入力電圧Ｖｉｎ間の差（すなわち、ΔＶ）を決定する。次に、入力コンデンサ２２０の静電容量Ｃは次式で推定することができる。
[0046]
Figure 0005773368
[0047]ここで、ＩｉｎはＰＶモジュール１０４からの入力電流、Ｆｇｒｉｄは網電圧の周波数である。静電容量が静電容量閾値未満である場合、電力測定モジュール３０６は、その状態を表示する出力警報を発することができる。
[0048]図４は、本発明の１つ又は複数の実施形態による、バーストモード時のＰＶモジュール電力の収集期間及び電圧測定値を示す複数の波形４００である。
[0049]波形４０２は、計算された１つのＡＣ網電圧サイクルのエネルギー蓄積期間に対応する。第１のＡＣ網電圧サイクルＴ１の間、インバータは継続モードで動作している。電力瓶ＰＢ１及びＰＢ２は、ＰＶモジュール入力電力ＰｉｎをそれぞれＡＣ網電圧の９０°〜１８０°の位相及び１８０°〜２７０°の位相の間で積分することによって得られ、ＰＶモジュール入力電圧Ｖｉｎは、９０°〜２７０°の全期間の間で積分されてＤＣ電圧瓶ＶＤＣＢが得られる。Ｐ１はＰＢ１に設定され、Ｐ２はＰＢ２に設定され、平均ＤＣ電圧ＶＤＣはＶＤＣＢから計算される。電力測定値ＰＢ１、ＰＢ２及び電圧測定値ＶＤＣは、インバータが出力電力を生成する次のＡＣ網電圧サイクルのインバータ動作パラメータを決定するために利用される。
[0050]Ｔ１の終わりで、インバータはバーストモードに切り替わり、エネルギー蓄積期間に入る。このような期間中、インバータは出力電力を生成しない。電力瓶ＰＢ１は、ＰＶモジュール入力電力Ｐｉｎを、エネルギー蓄積期間の前半の範囲内の９０°〜２７０°の位相（すなわち、Ｔ２の９０°〜１８０°の位相）の間で積分することによって得られ、電力瓶ＰＢ２は、ＰＶモジュール入力電力Ｐｉｎを、エネルギー蓄積期間の後半の範囲内の９０°〜２７０°の位相（すなわち、Ｔ２の１８０°〜２７０°の位相）の間で積分することによって得られる。加えて、ＰＶモジュール入力電圧Ｖｉｎは、Ｔ２の９０°〜２７０°の全期間の間で積分されて電圧瓶ＶＤＣＢが得られる。
[0051]Ｔ３で、インバータはバースト期間を開始し、出力電力を生成し始める。それに応じて、Ｔ１の間に決定された動作パラメータは、インバータを駆動してバーストモード電流ＩＢを生成するように調整される。Ｔ３の間、ＰＶモジュール入力電圧Ｖｉｎは、Ｔ３の９０°〜２７０°の全期間の間で積分され、電圧瓶ＶＤＣＢに加えられる。Ｐ１はＰＢ１に設定され、Ｐ２はＰＢ２に設定され、ＶＤＣはＶＤＣＢから計算される。電力測定値Ｐ１、Ｐ２及び電圧測定値ＶＤＣは、インバータが出力電力を生成する次のＡＣ網電圧サイクルのインバータ動作パラメータを決定するために利用される。
[0052]Ｔ４で、インバータはエネルギー蓄積期間を開始する。Ｔ２の間の動作と同様に、ＰＢ１、ＰＢ２及びＶＤＣＢが得られる。時間Ｔ５において、インバータはバースト期間を開始する。それに応じて、Ｔ３の間に決定された動作パラメータは、インバータを駆動してバーストモード電流ＩＢを生成するように調整される。Ｔ３の間の動作と同様に、ＰＶモジュール入力電圧Ｖｉｎは、Ｔ５の９０°〜２７０°の全期間の間で積分され、電圧瓶ＶＤＣＢに加えられる。Ｐ１はＰＢ１に設定され、Ｐ２はＰＢ２に設定され、ＶＤＣはＶＤＣＢから計算される。電力測定値Ｐ１、Ｐ２及び電圧測定値ＶＤＣは、インバータが出力電力を生成する次のＡＣ網電圧サイクルのインバータ動作パラメータを決定するために利用される。
[0053]波形４０４は、計算された２つのＡＣ網電圧サイクルのエネルギー蓄積期間に対応する。第１のＡＣ網電圧サイクルＴ１の間、インバータは継続モードで動作している。電力瓶ＰＢ１及びＰＢ２は、ＰＶモジュール入力電力ＰｉｎをそれぞれＡＣ網電圧の９０°〜１８０°の位相及び１８０°〜２７０°の位相の間で積分することによって得られ、ＰＶモジュール入力電圧Ｖｉｎは、９０°〜２７０°の全期間の間で積分されてＤＣ電圧瓶ＶＤＣＢが得られる。Ｐ１はＰＢ１に設定され、Ｐ２はＰＢ２に設定され、平均ＤＣ電圧ＶＤＣはＶＤＣＢから計算される。電力測定値Ｐ１、Ｐ２及び電圧測定値ＶＤＣは、インバータが出力電力を生成する次のＡＣ網電圧サイクルのインバータ動作パラメータを決定するために利用される。
[0054]Ｔ２で、インバータはバーストモードに切り替わり、２つのＡＣ網電圧サイクルのエネルギー蓄積期間に入る。このような期間中、インバータは出力電力を生成しない。電力瓶ＰＢ１は、Ｐｉｎを、エネルギー蓄積期間の前半の範囲内に生じる９０°〜２７０°の位相（すなわち、Ｔ２の９０°〜２７０°の位相）の部分の間で積分することによって得られ、電力瓶ＰＢ２は、Ｐｉｎを、エネルギー蓄積期間の後半の範囲内に生じる９０°〜２７０°の位相（すなわち、Ｔ３の９０°〜２７０°の位相）の部分の間で積分することによって得られる。加えて、ＰＶモジュール入力電圧Ｖｉｎは、エネルギー蓄積期間の各９０°〜２７０°期間、すなわちＴ２及びＴ３の各９０°〜２７０°の位相期間の間で積分されて、電圧瓶ＶＤＣＢが得られる。
[0055]Ｔ４で、インバータはバースト期間を開始し、出力電力を生成し始める。それに応じて、Ｔ１の間に決定された動作パラメータは、インバータを駆動してバーストモード電流ＩＢを生成するように調整される。Ｔ４の間、ＰＶモジュール入力電圧Ｖｉｎは、Ｔ４の９０°〜２７０°の全期間の間で積分され、電圧瓶ＶＤＣＢに加えられる。Ｐ１はＰＢ１／２に設定され、Ｐ２はＰＢ２／２に設定され、ＶＤＣはＶＤＣＢから計算される。電力測定値Ｐ１、Ｐ２及び電圧測定値ＶＤＣは、インバータが出力電力を生成する次のＡＣ網電圧サイクルのインバータ動作パラメータを決定するために利用される。
[0056]Ｔ５で、インバータはエネルギー蓄積期間を開始する。Ｔ２及びＴ３の間の動作と同様に、ＰＢ１、ＰＢ２及びＶＤＣＢが得られる。時間Ｔ７で、インバータはバースト期間を開始する。それに応じて、Ｔ４の間に決定された動作パラメータは、インバータを駆動してバーストモード電流ＩＢを生成するように調整される。Ｔ２及びＴ３の間の動作と同様に、ＰＶモジュール入力電圧Ｖｉｎは、Ｔ７の９０°〜２７０°の全期間の間で積分され、電圧瓶ＶＤＣＢに加えられる。Ｐ１はＰＢ１／２に設定され、Ｐ２はＰＢ２／２に設定され、ＶＤＣはＶＤＣＢから計算される。電力測定値Ｐ１、Ｐ２及び電圧測定値ＶＤＣは、インバータが出力電力を生成する次のＡＣ網電圧サイクルのインバータ動作パラメータを決定するために利用される。
[0057]波形４０６は、計算された３つのＡＣ網電圧サイクルのエネルギー蓄積期間に対応する。第１のＡＣ網電圧サイクルＴ１の間、インバータは継続モードで動作している。電力瓶ＰＢ１及びＰＢ２は、ＰＶモジュール入力電力ＰｉｎをそれぞれＡＣ網電圧の９０°〜１８０°の位相及び１８０°〜２７０°の位相の間で積分することによって得られ、ＰＶモジュール入力電圧Ｖｉｎは、９０°〜２７０°の全期間の間で積分されてＤＣ電圧瓶ＶＤＣＢが得られる。Ｐ１はＰＢ１に設定され、Ｐ２はＰＢ２に設定され、平均ＤＣ電圧ＶＤＣはＶＤＣＢから計算される。電力測定値Ｐ１、Ｐ２及び電圧測定値ＶＤＣは、インバータが出力電力を生成する次のＡＣ網電圧サイクルのインバータ動作パラメータを決定するために利用される。
[0058]Ｔ２で、インバータはバーストモードに切り替わり、３つのＡＣ網電圧サイクルのエネルギー蓄積期間に入る。このような期間中、インバータは出力電力を生成しない。電力瓶ＰＢ１は、Ｐｉｎを、エネルギー蓄積期間の前半の範囲内に生じる９０°〜２７０°の位相（すなわち、Ｔ２の９０°〜２７０°の位相、及びＴ３の９０°〜１８０°の位相）の部分の間で積分することによって得られ、電力瓶ＰＢ２は、Ｐｉｎを、エネルギー蓄積期間の後半の範囲内に生じる９０°〜２７０°の位相（すなわち、Ｔ３の１８０°〜２７０°の位相、及びＴ４の９０°〜２７０°）の部分の間で積分することによって得られる。加えて、ＰＶモジュール入力電圧Ｖｉｎは、エネルギー蓄積期間の各９０°〜２７０°の期間、すなわちＴ２、Ｔ３及びＴ４の各９０°〜２７０°の位相期間の間で積分されて、電圧瓶ＶＤＣＢが得られる。
[0059]Ｔ５で、インバータはバースト期間を開始し、出力電力を生成し始める。それに応じて、Ｔ１の間に決定された動作パラメータは、インバータを駆動してバーストモード電流ＩＢを生成するように調整される。Ｔ５の間、ＰＶモジュール入力電圧Ｖｉｎは、９０°〜２７０°の全位相の間で積分され、電圧瓶ＶＤＣＢに加えられる。Ｐ１はＰＢ１／３に設定され、Ｐ２はＰＢ２／３に設定され、ＶＤＣはＶＤＣＢから計算される。電力測定値Ｐ１、Ｐ２及び電圧測定値ＶＤＣは、インバータが出力電力を生成する次のＡＣ網電圧サイクルのインバータ動作パラメータを決定するために利用される。
[0060]図５は、本発明の１つ又は複数の実施形態によるＤＣ電圧コントローラ２１０のブロック図５００である。ＤＣ電圧コントローラ２１０は、加算器／減算器５０２、比例積分（ＰＩ）コントローラ５０４、利得モジュール５０６、及びバーストモード調整モジュール５０８を備える。ＤＣ電圧コントローラ２１０は、第１のフィードバックループ２１６を利用して、ＤＣ−ＡＣインバータ２０８に供給される電流を、ＰＶモジュール１０４がＤＣ電圧設定点にバイアスされるように制御する。
[0061]加算器／減算器５０２は、ＰＶモジュールＤＣ電圧ＶＤＣを示す信号をバーストモードコントローラ２２４から受け取り、ＤＣ電圧設定点を示す信号をＭＰＰＴコントローラ２１２から受け取る。加算器／減算器５０２の出力は、ＶＤＣとＤＣ電圧設定点の差をＰＩコントローラ５０４に結合する。ＰＩコントローラ５０４は、ＰＶモジュール１０４から引き出されるべき入力電流Ｉｅｓｔを推定することによって、その差を補正するように働き、ＰＶモジュール１０４をＤＣ電圧設定点にバイアスすることになる。
[0062]ＰＩコントローラ５０４の出力は、利得モジュール５０６に結合され、Ｉｅｓｔを示す信号を利得モジュール５０６に供給する。利得モジュール５０６は、ＡＣ網電圧振幅の入力ＶＡＣを変換制御モジュール２１４から、またＶＤＣをバーストモードコントローラ２２４からさらに受け取り、ＩｅｓｔをＰＶモジュール１０４から引き出すための、インバータからの必要出力電流Ｉｒｅｑを決定する。いくつかの実施形態では、Ｉｒｅｑは次式で計算される。
[0063]
Figure 0005773368
[0064]上式で、ｅｆｆはインバータの効率定格である。
[0065]利得モジュール５０６の出力は、バーストモード調整モジュール５０８に結合される。バーストモード調整モジュール５０８は、バーストモードコントローラ２２４から受け取った制御信号に応じて、バーストモード中に必要インバータ出力電流Ｉｒｅｑをバーストモード出力電流ＩＢと一致するように調整する。バーストモード調整モジュール５０８の出力はＤＣ−ＡＣインバータ２０８に結合され、このＤＣ−ＡＣインバータを、継続モード時に出力電流Ｉｒｅｑを生成し、バーストモード時に出力電流ＩＢを生成するように駆動する。
[0066]図６は、本発明の１つ又は複数の実施形態によるＭＰＰＴコントローラ２１２のブロック図である。ＭＰＰＴコントローラ２１２は、電力差モジュール６０２、積分器６０４、及び加算器６０８を備える。ＭＰＰＴコントローラ２１２は、第２のフィードバックループ２１８を利用して、ＭＰＰ電圧と一致するＰＶモジュール１０４のＤＣ電圧設定点を決定する。
[0067]電力差モジュール６０２は、第１の電力測定値Ｐ１及び第２の電力測定値Ｐ２を示す信号をバーストモードコントローラ２２４から受け取る。電力差モジュール６０２は、Ｐ１とＰ２の電力差を計算し、この電力差を利用して偏差信号εを決定する。いくつかの実施形態では、電力差は（Ｐ２−Ｐ１）／（Ｐ２＋Ｐ１）で計算される。
[0068]電力差モジュール６０２からの偏差信号εは、積分器６０４に結合される。積分器６０４は、偏差信号εを積分し、積分された偏差信号εを加算器６０８に結合する。加算器６０８は、公称電圧Ｖｎｏｍの入力をさらに受け取る。ここでＶｎｏｍは、ＭＰＰ電圧の初期推定値である。積分偏差信号は、ＤＣ電圧設定点（すなわち、積分された偏差と公称電圧の合計）がＭＰＰ電圧と一致するように公称電圧を「微調整」する働きをする。次にＤＣ電圧設定点は、ＰＶモジュール１０４をＤＣ電圧設定点で動作するように駆動するために、ＤＣ電圧コントローラ２１０に供給される。
[0069]図７は、本発明の１つ又は複数の実施形態による、インバータをバーストモードで動作させる方法７００の流れ図である。以下で説明されるようないくつかの実施形態では、ＤＣ−ＡＣインバータなどの電力変換デバイスがＰＶモジュールに結合され、ＰＶモジュールからのＤＣ電力をＡＣ電力に変換し、このようなＡＣ電力が商用電力網に結合される。いくつかの実施形態では、複数のＰＶモジュールが単一の集約ＤＣ−ＡＣインバータに結合されることがあり、あるいは、個々のＰＶモジュールが個々のＤＣ−ＡＣインバータに結合されることがある（例えば、各ＤＣ−ＡＣインバータごとに１つのＰＶモジュール）。いくつかの実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータが、１つ又は複数のＰＶモジュールとＤＣ−ＡＣインバータの間に結合されることがある。
[0070]方法７００は、ステップ７０２で開始し、ステップ７０４に進む。ステップ７０４で、インバータは継続モードで動作し、ＰＶモジュールがＭＰＰ電圧に近接してバイアスされるように出力電流Ｉｒｅｑを生成する。ステップ７０８で、ＰＶモジュールからの入力電力の第１の電力測定値Ｐ１及び第２の電力測定値Ｐ２が得られる。いくつかの実施形態では、第１の電力測定は、ＰＶモジュールからの入力電力ＰｉｎをＡＣ網波形サイクルの９０°〜１８０°の位相の間で積分して第１の「電力瓶」ＰＢ１を得ることを含み、ここでＰ１＝ＰＢ１であり、また第２の電力測定は、Ｐｉｎを同じＡＣ網波形サイクルの１８０°〜２７０°の位相の間で積分して第２の「電力瓶」ＰＢ２を得ることを含み、ここでＰ２＝ＰＢ２である。いくつかの実施形態では、Ｐｉｎをこのような位相の間にサンプリングして、第１及び第２の電力測定値を得ることができ、例えば、商用電力網周波数の２５６倍の速度でＰｉｎをサンプリングすることができる。代替実施形態では、第１及び第２の電力測定値は、ＡＣ網波形サイクルの別々の位相の間に得ることができる。
[0071]加えて、ＰＶモジュールからの平均又はＤＣ電圧ＶＤＣが計算される。いくつかの実施形態では、ＰＶモジュールからの電圧Ｖｉｎが、ＡＣ網電圧の９０°〜２７０°の位相の間で積分されてＤＣ電圧「瓶」ＶＤＣＢが得られ、次に、ＶＤＣがＶＤＣＢに基づいて計算される。
[0072]方法７００はステップ７１０に進み、ここでＰ１、Ｐ２及びＶＤＣが利用されて、ＰＶモジュールのＤＣ電圧設定点を、ＭＰＰ電圧にＤＣ電圧設定点が一致するように決定する。ステップ７１２で、必要インバータ出力電流Ｉｒｅｑが決定され、この電流によりＰＶモジュールが所望のＤＣ電圧設定点にバイアスされることになる。方法７００のステップ７０４から７１２は外側フィードバックループを含み、このフィードバックループは、ＰＶモジュールがＭＰＰ電圧に現在バイアスされているかどうかを判定し、必要であれば、ＭＰＰを実現するようにＤＣ電圧設定点を調整する。
[0073]方法７００はステップ７１４に進み、ここで、ＰＶモジュール入力電力がバーストモード閾値を越えるかどうかの判定が行われる。ステップ７１４の条件が満たされた場合は、ステップ７０４に戻り、インバータは継続モードで動作を続ける。ステップ７１４で条件が満たされなかった場合は、ステップ７１６に進む。
[0074]ステップ７１６で、エネルギー蓄積期間のＡＣ網電圧サイクルの最大数Ｎｏｆｆが、バーストモードリップル電圧閾値に基づいて決定される。いくつかの実施形態では、ＰＶモジュールＤＣ電圧ＶＤＣの１０％のバーストモードリップル電圧閾値が利用される。ステップ７１８で、インバータはバーストモードに切り替わり、ＮｏｆｆのＡＣ電圧網サイクルのエネルギー蓄積期間を開始する。エネルギー蓄積期間中、インバータは全く出力電力を生成せず、ＰＶモジュールによって発生した電力はインバータ内に蓄積される。
[0075]ステップ７２０で、第１の電力瓶ＰＢ１及び第２の電力瓶ＰＢ２が、ＤＣ電圧瓶ＶＤＣＢと共に集められる。いくつかの実施形態では、ＮｏｆｆのＡＣ網サイクルが２つの等しい部分、すなわちＮｏｆｆのＡＣ電圧網サイクルの「前半」とＮｏｆｆのＡＣ電圧網サイクルの「後半」に分割され、前半は後半の前に生ずる。ＰＢ１は、ＰＶモジュール入力電力Ｐｉｎを、前半中に生じる各９０°〜２７０°のＡＣ網電圧位相期間のいずれかの間で積分することによって得られ、ＰＢ２は、ＰＶモジュール入力電力Ｐｉｎを、後半中に生じる各９０°〜２７０°のＡＣ網電圧位相期間のいずれかの間で積分することによって得られる。加えて、ＰＶモジュール入力電圧Ｖｉｎは、エネルギー蓄積期間中に各９０°〜２７０°の位相にわたって積分されて、ＶＤＣＢが得られる。
[0076]方法７００はステップ７２４に進む。ステップ７２４で、エネルギー蓄積期間に続いてバースト期間が始動され、インバータは出力電力を生成し始める。いくつかの実施形態では、バースト期間は、単一ＡＣ網電圧サイクルを含む。バースト期間中、ステップ７１２で決定された必要出力電流Ｉｒｅｑは、エネルギー蓄積期間中に蓄積されたエネルギー量に応じてインバータがバースト電流ＩＢを生成するように調整される。いくつかの実施形態では、ＩＢ＝Ｉｒｅｑ×（Ｎｏｆｆ＋１）である。
[0077]ステップ７２８で、ＰＶモジュールからの入力電圧が測定され、ＤＣ電圧瓶ＶＤＣＢに加えられ、いくつかの実施形態では、ＰＶモジュール入力電圧Ｖｉｎは、ＡＣ網電圧サイクルの９０°〜２７０°の位相にわたって積分され、ＶＤＣＢに加えられる。方法はステップ７３０に進み、Ｐ１、Ｐ２、及びＶＤＣが決定される。いくつかの実施形態では、Ｐ１＝ＰＢ１／Ｎｏｆｆ、Ｐ２＝ＰＢ２／Ｎｏｆｆであり、ＶＤＣはＶＤＣＢの平均になる。ステップ７３２で、ＰＶモジュールのＤＣ電圧設定点がＰ１、Ｐ２、及びＶＤＣに基づいて決定される。ステップ７３４で、必要インバータ出力電流Ｉｒｅｑが決定され、この電流によりＰＶモジュールが所望のＤＣ電圧設定点にバイアスされることになる。
[0078]方法７００はステップ７３６に進み、インバータの動作を継続すべきかどうかの判定が行われる。ステップ７３６で条件が満たされた場合は、ステップ７１４に戻り、ステップ７３６で条件が満たされなかった場合は、ステップ７３８に進み、そこで方法７００は終了する。
[0079]以下の例示的な諸実施形態では、「ＥＣ」（例示的組み合わせ）と明示して列挙されたものを少なくともいくつか含めて、本明細書で説明された概念による様々な実施形態のタイプについての付加的な説明が提示され、これらの例は互いに排他的、網羅的、又は限定的なものではなく、また本発明は、これらの例示的実施形態に限定されずに、添付の特許請求の範囲内の可能なすべての修正形態及び変形形態を包含する。
[0080]ＥＣ１．入力コンデンサと、ＤＣ−ＡＣインバータと、エネルギーを入力コンデンサに少なくとも１つの蓄積期間中に蓄積させ、エネルギーを入力コンデンサから少なくとも１つのバースト期間中に引き出させるバーストモードコントローラであって、ＡＣ出力電力が少なくとも１つのバースト期間中にＤＣ入力電力よりも大きくなるバーストモードコントローラと、最大電力点（ＭＰＰ）を決定し、ＤＣ−ＡＣインバータをＭＰＰに近接して動作させる第１のフィードバックループと、第１の電力測定値と第２の電力測定値の差を決定し、この差を示す偏差信号を生成し、この偏差信号を第１のフィードバックループに供給して、ＤＣ−ＡＣインバータの少なくとも１つの動作パラメータをＭＰＰに向かうように調整する第２のフィードバックループとを備える、ＤＣ入力電力をＡＣ出力電力に変換する装置。
[0081]ＥＣ２．第１の電力測定値が、商用電力網の少なくとも１つのサイクルの第１の位相範囲中のＤＣ入力電力を示し、第２の電力測定値が、少なくとも１つのサイクルの第２の位相範囲中のＤＣ入力電力を示す、ＥＣ１の装置。
[0082]ＥＣ３．第１の位相範囲と第２の位相範囲が同じ長さである、ＥＣ２の装置。
[0083]ＥＣ４．少なくとも１つの蓄積期間が、入力コンデンサの電圧の上に重なるリップル電圧がリップル電圧閾値を満たすように決定される、ＥＣ１の装置。
[0084]ＥＣ５．第２のフィードバックループが、偏差信号を積分する積分器を備える、ＥＣ１の装置。
[0085]ＥＣ６．バーストモードコントローラがＡＣ出力電力をＤＣ入力電力よりも大きくする、ＥＣ１の装置。
[0086]ＥＣ７．少なくとも１つの蓄積期間及び少なくとも１つのバースト期間が、ＤＣ入力電力がバーストモード電力閾値を満たすときに発生する、ＥＣ１の装置。
[0087]ＥＣ８．電力バースト閾値が、ＤＣ入力電力を供給するデバイスの電力定格の３０％である、ＥＣ７の装置。
[0088]ＥＣ９．ＡＣ出力電力が少なくとも１つの蓄積期間中にゼロになる、ＥＣ１の装置。
[0089]ＥＣ１０．バーストモードコントローラが入力コンデンサの静電容量を決定する、ＥＣ１の装置。
[0090]ＥＣ１１．警報が、静電容量が静電容量閾値を満たすときに発せられる、ＥＣ１０の装置。
[0091]ＥＣ１２．エネルギーを入力コンデンサに少なくとも１つの蓄積期間中に蓄積するステップと、エネルギーを入力コンデンサから少なくとも１つのバースト期間中に引き出すステップであって、ＡＣ出力電力が、少なくとも１つのバースト期間中にＤＣ入力電力よりも大きくなるステップと、最大電力点追跡（ＭＰＰＴ）技法を用いながら、ＤＣ−ＡＣインバータを最大電力点（ＭＰＰ）に近接して動作させるステップとを含む、ＤＣ入力電力をＡＣ出力電力に変換する方法。
[0092]ＥＣＩ３．ＭＰＰＴ技法が、ＭＰＰを決定するステップと、ＤＣ−ＡＣインバータをＭＰＰに近接して動作させるステップと、第１の測定値と第２の測定値の差を決定するステップと、この差を示す偏差信号を生成するステップと、この偏差信号を使用して、ＤＣ−ＡＣインバータの少なくとも１つの動作パラメータをＭＰＰに向かうように調整するステップとを含む、ＥＣ１２の方法。
[0093]ＥＣ１４．第１の電力測定値が、商用電力網の少なくとも１つのサイクルの第１の位相範囲中のＤＣ入力電力を示し、第２の電力測定値が、少なくとも１つのサイクルの第２の位相範囲中のＤＣ入力電力を示す、ＥＣ１３の方法。
[0094]ＥＣ１５．第１の位相範囲と第２の位相範囲が同じ長さである、ＥＣ１４の方法。
[0095]ＥＣ１６．少なくとも１つの蓄積期間が、入力コンデンサの電圧の上に重なるリップル電圧がリップル電圧閾値に一致するように決定される、ＥＣ１２の方法。
[0096]ＥＣ１７．偏差信号を積分するステップをさらに含む、ＥＣ１３の方法。
[0097]ＥＣ１８．少なくとも１つの蓄積期間及び少なくとも１つのバースト期間が、ＤＣ入力電力がバーストモード電力閾値を満たすときに発生する、ＥＣ１２の方法。
[0098]ＥＣ１９．電力バースト閾値が、ＤＣ入力電力を供給するデバイスの電力定格の３０％である、ＥＣ１８の方法。
[0099]ＥＣ２０．ＡＣ出力電力が少なくとも１つの蓄積期間中にゼロになる、ＥＣ１２の方法。
[00100]ＥＣ２１．入力コンデンサの静電容量を特定するステップをさらに含む、ＥＣ１２の方法。
[00101]ＥＣ２２．静電容量が静電容量閾値を満たすときに警報を発するステップをさらに含む、ＥＣ２１の方法。
[00102]ＥＣ２３．（ｉ）少なくとも１つの光起電力（ＰＶ）モジュールと、（ｉｉ）少なくとも１つのＰＶモジュールに結合された少なくとも１つのインバータとを備える電力変換のシステムであって、このインバータが、ＤＣ入力電力をＡＣ出力電力に変換するＤＣ−ＡＣインバータと、入力コンデンサと、エネルギーを入力コンデンサに少なくとも１つの蓄積期間中に蓄積させ、エネルギーを入力コンデンサから少なくとも１つのバースト期間中に引き出させるバースモードコントローラであり、ＤＣ−ＡＣインバータのＡＣ出力電力が、少なくとも１つのバースト期間中にＤＣ−ＡＣインバータのＤＣ入力電力よりも大きくなるバーストモードコントローラと、最大電力点（ＭＰＰ）を決定し、ＤＣ−ＡＣインバータをＭＰＰに近接して動作させる第１のフィードバックループと、第１の電力測定値と第２の電力測定値の差を決定し、この差を示す偏差信号を生成し、この偏差信号を第１のフィードバックループに供給して、ＤＣ−ＡＣインバータの少なくとも１つの動作パラメータをＭＰＰに向かうように調整する第２のフィードバックループとを備える、電力変換のシステム。
[00103]ＥＣ２４．少なくとも１つのインバータのそれぞれで、第１の電力測定値が、商用電力網の少なくとも１つのサイクルの第１の位相範囲中のＤＣ入力電力を示し、第２の電力測定値が、少なくとも１つのサイクルの第２の位相範囲中のＤＣ入力電力を示す、ＥＣ２３のシステム。
[00104]ＥＣ２５．少なくとも１つのインバータのそれぞれで、少なくとも１つの蓄積期間が、入力コンデンサの電圧の上に重なるリップル電圧がリップル電圧閾値を満たすように決定される、ＥＣ２３のシステム。
[00105]ＥＣ２６．少なくとも１つのインバータのそれぞれで、少なくとも１つのバーストモードコントローラが少なくとも１つのコンデンサの静電容量を決定する、ＥＣ２３のシステム。
[00106]ＥＣ２７．少なくとも１つのインバータのそれぞれで、静電容量が静電容量閾値を満たすときに警報が発せられる、ＥＣ２４のシステム。
[00107]上記は本発明の諸実施形態を対象とするが、本発明のその他のさらなる実施形態を、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく考案することができ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって確定される。
［発明の例］
［例１］
ＤＣ入力電流からエネルギーを蓄積する手段と、
前記ＤＣ入力電流をＡＣ出力電流に変換する手段と、
（ｉ）前記エネルギーを蓄積する前記手段に前記エネルギーを少なくとも１つの蓄積期間中に蓄積させ、（ｉｉ）前記エネルギーを蓄積する前記手段から前記エネルギーを少なくとも１つのバースト期間中に引き出させる手段であって、前記ＡＣ出力電流が、前記少なくとも１つのバースト期間中に前記ＤＣ入力電流よりも大きくなる手段と、
最大電力点（ＭＰＰ）を決定し、前記ＤＣ入力電流を前記ＡＣ出力電流に変換する前記手段を前記ＭＰＰに近接して動作させる第１の手段と、
第１の電力測定値と第２の電力測定値の差を決定し、前記差を示す偏差信号を生成し、前記偏差信号を前記第１の手段に供給して、前記ＤＣ入力電流を前記ＡＣ出力電流に変換する前記手段の少なくとも１つの動作パラメータを前記ＭＰＰに向かうように調整する第２の手段と
を備える、ＤＣ入力電力をＡＣ出力電力に変換する装置。
［例２］
前記第１の電力測定値が、商用電力網の少なくとも１つのサイクルの第１の位相範囲中の前記ＤＣ入力電流を示し、前記第２の電力測定値が、前記少なくとも１つのサイクルの第２の位相範囲中の前記ＤＣ入力電流を示す、例１に記載の装置。
［例３］
（ｉ）前記エネルギーを蓄積する前記手段の電圧の上に重なるリップル電圧がリップル電圧閾値を満たすように前記少なくとも１つの蓄積期間が決定されること、及び（ｉｉ）前記ＡＣ出力電力が前記少なくとも１つの蓄積期間中にゼロになること、のうちの少なくとも１つを満たす、例１に記載の装置。
［例４］
前記第２の手段が、前記偏差信号を積分する手段を備える、例１に記載の装置。
［例５］
（ｉ）前記エネルギーを蓄積させ引き出させる前記手段が前記ＡＣ出力電流を前記ＤＣ入力電流よりも大きくすること、（ｉｉ）前記エネルギーを蓄積させ引き出させる前記手段が、前記エネルギーを蓄積する前記手段の静電容量を決定すること、及び（ｉｉｉ）前記静電容量が静電容量閾値を満たすときに警報が発せられること、のうちの少なくとも１つを満たす、例１に記載の装置。
［例６］
前記少なくとも１つの蓄積期間及び前記少なくとも１つのバースト期間が、前記ＤＣ入力電流がバーストモード電力閾値を満たすときに発生する、例１に記載の装置。
［例７］
エネルギーを入力コンデンサに少なくとも１つの蓄積期間中に蓄積するステップと、
エネルギーを前記入力コンデンサから少なくとも１つのバースト期間中に引き出すステップであって、ＡＣ出力電流が、少なくとも１つのバースト期間中にＤＣ入力電流よりも大きくなるステップと、
最大電力点追跡（ＭＰＰＴ）技法を用いながら、ＤＣ−ＡＣインバータを最大電力点（ＭＰＰ）に近接して動作させるステップと
を含む、ＤＣ入力電力をＡＣ出力電力に変換する方法。
［例８］
前記ＭＰＰＴ技法が、
前記ＭＰＰを決定するステップと、
前記ＤＣ−ＡＣインバータを前記ＭＰＰに近接して動作させるステップと、
第１の電力測定値と第２の電力測定値の差を決定するステップと、
前記差を示す偏差信号を生成するステップと、
前記偏差信号を使用して、前記ＤＣ−ＡＣインバータの少なくとも１つの動作パラメータを前記ＭＰＰに向かうように調整するステップと
を含む、例７に記載の方法。
［例９］
前記第１の電力測定値が、商用電力網の少なくとも１つのサイクルの第１の位相範囲中の前記ＤＣ入力電力を示し、前記第２の電力測定値が、前記少なくとも１つのサイクルの第２の位相範囲中の前記ＤＣ入力電力を示す、例８に記載の方法。
［例１０］
（ｉ）前記入力コンデンサの電圧の上に重なるリップル電圧がリップル電圧閾値を満たすように前記少なくとも１つの蓄積期間が決定されること、及び（ｉｉ）前記ＡＣ出力電力が前記少なくとも１つの蓄積期間中にゼロになること、のうちの少なくとも１つを満たす、例７に記載の方法。
［例１１］
（ｉ）前記偏差信号を積分するステップ、（ｉｉ）前記入力コンデンサの静電容量を決定するステップ、及び（ｉｉｉ）前記静電容量が静電容量閾値を満たすときに警報を発するステップ、のうちの少なくとも１つをさらに含む、例８に記載の方法。
［例１２］
前記少なくとも１つの蓄積期間及び前記少なくとも１つのバースト期間が、前記ＤＣ入力電力がバーストモード電力閾値を満たすときに発生する、例７に記載の方法。
［例１３］
少なくとも１つの光起電力（ＰＶ）モジュールと、
前記少なくとも１つのＰＶモジュールに結合された少なくとも１つのインバータとを具備する、電力変換のシステムであって、前記インバータが、
ＤＣ入力電力をＡＣ出力電力に変換するＤＣ−ＡＣインバータと、
入力コンデンサと、
エネルギーを前記入力コンデンサに少なくとも１つの蓄積期間中に蓄積させ、前記エネルギーを前記入力コンデンサから少なくとも１つのバースト期間中に引き出させるバースモードコントローラであり、前記ＤＣ−ＡＣインバータの前記ＡＣ出力電力が、前記少なくとも１つのバースト期間中に前記ＤＣ−ＡＣインバータの前記ＤＣ入力電力よりも大きくなるバーストモードコントローラと、
最大電力点（ＭＰＰ）を決定し、前記ＤＣ−ＡＣインバータを前記ＭＰＰに近接して動作させる第１のフィードバックループと、
第１の電力測定値と第２の電力測定値の差を決定し、前記差を示す偏差信号を生成し、前記偏差信号を前記第１のフィードバックループに供給して、前記ＤＣ−ＡＣインバータの少なくとも１つの動作パラメータを前記ＭＰＰに向かうように調整する第２のフィードバックループと
を備える、電力変換のシステム。
［例１４］
（ｉ）前記第１の電力測定値が、商用電力網の少なくとも１つのサイクルの第１の位相範囲中の前記ＤＣ入力電力を示し、前記第２の電力測定値が、前記少なくとも１つのサイクルの第２の位相範囲中の前記ＤＣ入力電力を示すこと、及び（ｉｉ）前記少なくとも１つの蓄積期間が、前記入力コンデンサの電圧の上に重なるリップル電圧がリップル電圧閾値を満たすように決定されること、のうちの少なくとも１つを満たす、例１３に記載のシステム。
［例１５］
（ｉ）前記少なくとも１つのバーストモードコントローラが前記少なくとも１つの入力コンデンサの静電容量を決定すること、及び／又は（ｉｉ）前記静電容量が静電容量閾値を満たすときに警報が発せられること、のうちの少なくとも１つを満たす、請求項１３に記載のシステム。

Claims (8)

  1. ＤＣ入力電力をＡＣ出力電力に変換する装置であって、
    ＤＣ入力電流からエネルギーを蓄積する手段と、
    前記ＤＣ入力電流をＡＣ出力電流に変換する手段と、
    （ｉ）前記エネルギーを蓄積する前記手段に前記エネルギーを少なくとも１つの蓄積期間中に蓄積させ、（ｉｉ）前記エネルギーを蓄積する前記手段から前記エネルギーを少なくとも１つのバースト期間中に引き出させる手段であって、前記ＡＣ出力電流が、前記少なくとも１つのバースト期間中に前記ＤＣ入力電流よりも大きくなる手段と、
    最大電力点（ＭＰＰ）を決定し、前記ＤＣ入力電流を前記ＡＣ出力電流に変換する前記手段を前記ＭＰＰに近接して動作させ、前記ＭＰＰに対応するＤＣ電圧設定点にＰＶモジュールをバイアスする第１の手段と、
    前記ＰＶモジュールからの第１の電力測定値と第２の電力測定値の差を決定し、前記差を示す偏差信号を生成し、前記偏差信号に基づいて修正された前記ＤＣ電圧設定点を前記第１の手段に供給して、前記ＤＣ入力電流を前記ＡＣ出力電流に変換する前記手段の少なくとも１つの動作パラメータを前記ＭＰＰに向かうように調整する第２の手段であって、前記第１の電力測定値が、商用電力網の少なくとも１つのサイクルの前記エネルギーの蓄積期間の前半に対応する第１の位相範囲にわたる電力の積分により得られる前記ＤＣ入力電力を示し、前記第２の電力測定値が、前記少なくとも１つのサイクルの前記エネルギーの蓄積期間の後半に対応する第２の位相範囲にわたる電力の積分により得られる前記ＤＣ入力電力を示す、第２の手段と、
    を備える、装置。
  2. （ｉ）前記エネルギーを蓄積する前記手段の電圧の上に重なるリップル電圧がリップル電圧閾値を満たすように前記少なくとも１つの蓄積期間が決定されること、及び（ｉｉ）前記ＡＣ出力電力が前記少なくとも１つの蓄積期間中にゼロになること、のうちの少なくとも１つを満たす、請求項１に記載の装置。
  3. 前記第２の手段が、前記偏差信号を積分する手段を備える、請求項１に記載の装置。
  4. （ｉ）前記エネルギーを蓄積させ引き出させる前記手段が前記ＡＣ出力電流を前記ＤＣ入力電流よりも大きくすること、（ｉｉ）前記エネルギーを蓄積させ引き出させる前記手段が、前記エネルギーを蓄積する前記手段の静電容量を決定すること、及び（ｉｉｉ）前記静電容量が静電容量閾値を満たすときに警報が発せられること、のうちの少なくとも１つを満たす、請求項１に記載の装置。
  5. 前記少なくとも１つの蓄積期間及び前記少なくとも１つのバースト期間が、前記ＤＣ入力電力がバーストモード電力閾値を満たすときに発生する、請求項１に記載の装置。
  6. 少なくとも１つの光起電力（ＰＶ）モジュールと、
    前記少なくとも１つのＰＶモジュールに結合された少なくとも１つのインバータとを具備する、電力変換のシステムであって、前記インバータが、
    ＤＣ入力電力をＡＣ出力電力に変換するＤＣ−ＡＣインバータと、
    入力コンデンサと、
    エネルギーを前記入力コンデンサに少なくとも１つの蓄積期間中に蓄積させ、前記エネルギーを前記入力コンデンサから少なくとも１つのバースト期間中に引き出させるバースモードコントローラであり、前記ＤＣ−ＡＣインバータの前記ＡＣ出力電力が、前記少なくとも１つのバースト期間中に前記ＤＣ−ＡＣインバータの前記ＤＣ入力電力よりも大きくなるバーストモードコントローラと、
    最大電力点（ＭＰＰ）を決定し、前記ＤＣ−ＡＣインバータを前記ＭＰＰに近接して動作させ、前記ＭＰＰに対応するＤＣ電圧設定点に前記ＰＶモジュールをバイアスする第１のフィードバックループと、
    前記ＰＶモジュールからの第１の電力測定値と第２の電力測定値の差を決定し、前記差を示す偏差信号を生成し、前記偏差信号に基づいて修正された前記ＤＣ電圧設定点を前記第１のフィードバックループに供給して、前記ＤＣ−ＡＣインバータの少なくとも１つの動作パラメータを前記ＭＰＰに向かうように調整する第２のフィードバックループであって、前記第１の電力測定値が、商用電力網の少なくとも１つのサイクルの前記エネルギーの蓄積期間の前半に対応する第１の位相範囲にわたる電力の積分により得られる前記ＤＣ入力電力を示し、前記第２の電力測定値が、前記少なくとも１つのサイクルの前記エネルギーの蓄積期間の後半に対応する第２の位相範囲にわたる電力の積分により得られる前記ＤＣ入力電力を示す、第２のフィードバックループと、
    を備える、電力変換のシステム。
  7. 前記少なくとも１つの蓄積期間が、前記入力コンデンサの電圧の上に重なるリップル電圧がリップル電圧閾値を満たすように決定される、請求項６に記載のシステム。
  8. （ｉ）前記少なくとも１つのバーストモードコントローラが前記少なくとも１つの入力コンデンサの静電容量を決定すること、及び／又は（ｉｉ）前記静電容量が静電容量閾値を満たすときに警報が発せられること、のうちの少なくとも１つを満たす、請求項６に記載のシステム。
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