JP5905929B2 - ハイブリッドエネルギーシステム及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、エネルギー供給システム及び制御方法に関し、より具体的にはハイブリッド再生可能エネルギー供給システム（以下ハイブリッドエネルギーシステムと称する）及び公益エネルギー供給源が正常でないか、十分でないか、又は電力変換装置の出力電力を負荷と充電ユニットとが合わせて必要とする電力の総和につり合わせることが出来ていない場合にシステム及び負荷を保護するための特定の保護プロセスを実行している間に電力変換装置の出力電力を負荷と充電ユニットとが合わせて必要とする電力の総和につり合わせるための制御方法に関する。

近年、環境保護への意識が高っていることから、再生可能エネルギーへの要求が増している。一般的な再生可能エネルギーシステムには、例えば、太陽エネルギーシステム、風力発電システム、燃料電池電力システム等が含まれる。例えば、太陽エネルギーシステムにおいては、ソーラーパネル（太陽電池又は光起電力電池とも称される）を用いて太陽エネルギーを直流電力へ変換し、そして電力変換装置を用いて直流電力を負荷に必要な電力へ変換したり、直流電力をさらに交流電力へ変換したりする。交流電力は、公益エネルギーシステムのユーティリィバスに送電されてもよい。

一般的に、再生可能エネルギー供給システムはその機能に従っていくつかのタイプに分類される。すなわち、独立型再生可能エネルギー供給システム、グリッド−接続型再生可能エネルギー供給システム、及びハイブリッド再生可能エネルギー供給システムである。独立型再生可能エネルギー供給システムは、予備電池を使用する。再生可能エネルギーが十分である場合には、再生可能エネルギーは電気エネルギーへ変換されて負荷へ供給され、余剰の電気エネルギーは予備電池へ供給されて予備電池が充電される。これに対し、負荷へ電気エネルギーを提供するのに再生可能エネルギーが不十分である場合には、予備電池から負荷へ電気エネルギーが提供される。グリッド−接続型再生可能エネルギー供給システムにおいては、再生可能エネルギーと電力会社から提供される公益エネルギーが互いに並列に接続されている。再生可能エネルギーが十分である場合には、再生可能エネルギーは電気エネルギーへ変換されて負荷へ供給され、余剰の電気エネルギーは電力会社へ送電される。これに対し、負荷において消費される電気エネルギーが再生可能エネルギーから提供される電気エネルギーより多いか、又は負荷へ電気エネルギーを提供するのに再生可能エネルギーが十分でない場合には、公益エネルギーから負荷へ電気エネルギーが提供される。ハイブリッド再生可能エネルギー供給システムは、再生可能エネルギー、公益エネルギー供給源、及び予備電池を協同的に使用する。日中であるか暗い夜中であるか、又は公益エネルギー供給源が正常でないかに関わらず、公益エネルギー供給源、再生可能エネルギー及び／又は予備電池は負荷へ電気エネルギーを提供し得る。換言すると、ハイブリッド再生可能エネルギー供給システムは独立型再生可能エネルギー供給システムとグリッド−接続型再生可能エネルギー供給システムの利点を有している。

図１は、従来のハイブリッド再生可能エネルギー供給システムを示す回路ブロック概略図である。図１に示されるように、従来のハイブリッド再生可能エネルギー供給システム１は、発電ユニット１１（例：太陽パネル、風力発電機又は燃料電池）、電力変換装置１２、スイッチングユニット１３、充電／放電ユニット１４、及び予備電池１５から構成される。スイッチングユニット１３の入力端子は、ユーティリティバスを介して公益エネルギー供給源２に接続されている。スイッチングユニット１３の出力端子は、負荷３（例：家庭で使用される電気負荷）及び電力変換装置１２の出力端子に接続されている。公益エネルギー供給源２の出力が正常である場合には、スイッチングユニット１３はオンにされる。従って、公益エネルギー供給源はユーティリティバスとスイッチングユニット１３を介して負荷３へ送られる。発電ユニット１１は、再生可能エネルギー（例：太陽エネルギー）を直流電力へ変換するために使用される。電力変換装置１２によって、発電ユニット１１からの直流電力は交流電力へ変換される。交流電力はユーティリティバスへ送られる。換言すると、公益エネルギー供給源２からの交流電力と電力変換装置１２からの交流電力が負荷３へ提供され得る。さらに、交流電力の一部をユーティリティバスから充電／放電ユニット１４へ送ってもよい。交流電力が充電／放電ユニット１４に送られると、予備電池１５を充電するために交流電力は直流電力へ変換される。公益エネルギー供給源２が正常でないか、又は遮断されている場合には、スイッチングユニット１３はオフにされる。このような状況下では、再生可能エネルギーは依然として発電ユニット１１により直流電力へ変換され、そして電力変換装置１２により発電ユニット１１からの直流電力が交流電力へ変換されている。交流電力はユーティリティバスへ送られる。また、負荷３は予備電池１５から電力を得る。

しかしながら、従来のハイブリッド再生可能エネルギーシステム１の公益エネルギー源２が正常でないか又は遮断されている場合には、いくつかの問題が生じ得る。例えば、電力変換装置１２からの出力電力（ワット）が、負荷３と充電／放電ユニット１４が合わせて必要とする電力の総和より大きい場合には、従来型のハイブリッド再生可能エネルギー供給システム１の内部回路又は負荷３がダメージを受ける場合がある。このような問題を解決するために、公益エネルギー供給源２が正常でないか又は遮断されている場合であって電力変換装置１２の出力電力が負荷３と充電／放電ユニット１４が合わせて必要とする電力の総和より大きい場合には、従来型のハイブリッド再生可能エネルギー供給システム１は停止されている。このような状況においては、従来型のハイブリッド再生可能エネルギーシステム１は、効率的に再生可能エネルギーを利用することが出来ない。従って、再生可能エネルギーが無駄になるという問題が生じる。

従って、前述の欠点を解消するために、改良されたハイブリッドエネルギーシステム及びその制御方法の提供が必要とされている。

本発明は、ハイブリッドエネルギーシステム及びその制御方法を提供する。公益エネルギー供給源が正常でないか又は十分でない場合には、ハイブリッドエネルギーシステムの制御方法が作動される。電力変換装置の出力電力が充電ユニットと負荷とが合わせて必要とする電力の総和より大きいか、又はインバータの出力電力が負である場合には、インバータの出力電圧が上げられ、そして電力変換装置の電圧抑制機能が作動される。このようにして、電力変換装置の出力電力が充電ユニットと負荷とが合わせて必要とする電力の総和と等しくになるように調整される。従って、本発明に係るハイブリッドエネルギーシステムによれば、公益エネルギー供給源が正常でないか又は十分でない場合に再生可能エネルギーを効率的に利用することが出来る。本発明に係るハイブリッドエネルギーシステムによって再生可能エネルギーを効率的に利用することが出来るため、再生可能エネルギーが無駄になるという問題が解消される。さらに、電力変換装置の出力電力を負荷と充電ユニットとが合わせて必要とする電力の総和とつり合わせることが出来ない場合には、本発明に係るハイブリッドエネルギーシステムは負荷とハイブリッドエネルギーシステムとを保護するための特定の保護プロセスを実行することが出来る。

本発明の一の側面によれば、ハイブリッドエネルギーシステムの制御方法が提供される。ハイブリッドエネルギーシステムは、ユーティリティバスを介して公益エネルギー供給源と負荷とに電気的に接続されている。ハイブリッドエネルギーシステムは、予備電池、充電ユニット、電力変換装置、及びインバータから構成される。充電ユニットは、ユーティリティバスと予備電池とに電気的に接続されている。インバータは、予備電池とユーティリティバスとに電気的に接続されている。ステップ（ａ）において、公益エネルギー供給源が正常でないか又は十分でない場合には、制御ユニットは、電力変換装置の出力電力が充電ユニットと負荷とが合わせて必要とする電力の総和より大きいか、又はインバータの出力電力が負であるかを判断する。ステップ（ｂ）において、ステップ（ａ）の判断条件が満たされた場合には、インバータの出力電圧が上げられ、電力変換装置の出力電圧が上げられる。ステップ（ｃ）において、電力変換装置の出力電圧が閾値電圧を超えた場合には電力変換装置の電圧抑制機能が作動され、この時インバータの出力電圧が上げられ、これに伴って電力変換装置の出力電圧が上がり、これに対応して電力変換装置の出力電力が下がる。ステップ（ｄ）において、制御ユニットにより、電力変換装置の出力電力が充電ユニットと負荷とが合わせて必要とする電力の総和とつり合っているか否かが判断される。ステップ（ｅ）において、ステップ（ｄ）の判断条件が満たされた場合には、充電ユニットと負荷とが必要とする電力が電力変換装置から提供される。

本発明の別の側面によれば、ハイブリッドエネルギーシステムが提供される。ハイブリッドエネルギーシステムは、ユーティリティバスを介して公益エネルギー供給源と負荷とに電気的に接続されている。第一交流電力が公益エネルギー供給源から出力される。出力交流電力がハイブリッドエネルギーシステムから負荷へ出力される。ハイブリッドエネルギーシステムは、予備電池、電力変換装置、充電ユニット、インバータ、及び制御ユニットから構成される。電力変換装置は、直流電力を第二交流電力へ変換する。充電ユニットは、ユーティリティバスと予備電池とに電気的に接続されている。充電ユニットによって、ユーティリティバスからの出力交流電力の一部が充電エネルギーへ変換され、これにより予備電池が充電される。インバータは、予備電池とユーティリティバスとに電気的に接続されている。公益エネルギー供給源が正常でないか又は十分でない場合には、インバータにより予備電池からの電池エネルギーが出力交流電力へ変換され、この出力交流電力はユーティリティバスへ送られる。制御ユニットはユーティリティバスに電気的に接続されており、公益エネルギー供給源が正常であるか否かを検出する。制御ユニットは、予備電池、充電ユニット、電力変換装置、及びインバータと信号による通信状態にある。公益エネルギー供給源が正常でないか又は十分ではない場合であって電力変換装置の出力電力が充電ユニットと負荷とが合わせて必要とする電力の総和より大きいか又はインバータの出力電力が負である場合には、制御ユニットの制御下においてインバータの出力電圧が上げられ、電力変換装置の出力電圧がこれに応じて上がる。電力変換装置の出力電圧が上がって閾値電圧に達すると、これに応じて電力変換装置の出力電力が下がる。

上述の本発明の内容は、以下の詳細な説明及びこれに伴って示される図面を参照することにより当業者にとってより明確なものとなるであろう。

図１は、従来のハイブリッド再生可能エネルギー供給システムを示す回路ブロック概略図である。 図２は、本発明の実施形態に係るハイブリッドエネルギーシステムを示す回路ブロック概略図である。 図３は、図２に係るハイブリッドエネルギーシステムの電力変換装置の出力電圧と出力電力との関係を示す概略図である。 図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の実施形態に係るハイブリッドエネルギーシステムの制御方法を示すフローチャートである。 図５は、本発明の別の実施形態に係るハイブリッドエネルギーシステムを示す回路ブロック概略図である。

以下の実施形態を参照しながら本発明をより詳細に説明する。以下に示される本発明の好ましい実施形態に関する記載は、本発明の説明及び記述のためにのみ提示されるものであることに注意すべきである。本発明が、開示された詳細な形態によって網羅され、又は限定されることを意図するものではない。

図２は、本発明の実施形態に係るハイブリッド再生可能エネルギー供給システムを示す回路ブロックの概略図である。図２に示されるように、ハイブリッドエネルギーシステム４は再生可能エネルギーを電気エネルギーへ変換するために使用される。本発明の理解のために、ハイブリッドエネルギーシステム４を、太陽エネルギー供給システムを参照しながら説明する。ハイブリッドエネルギーシステム４は、ユーティリティバス７を介して公益エネルギー供給源６と負荷５とに電気的に接続されている。公益エネルギー供給源６は、電力会社から提供され得る。さらに、公益エネルギー供給源６は第一交流電力Ｅ_ａｃ１を出力する。負荷５は家庭で使用される電化製品である。負荷５は、ユーティリティバス７を介してハイブリッドエネルギーシステム４から出力される出力交流電力Ｅ_ｏｕｔを受け得る。図２に示されるように、ハイブリッドエネルギーシステム４は、発電ユニット４０、電力変換装置４１、第一スイッチングユニット４２、第二スイッチングユニット４３、充電ユニット４４、インバータ４５、予備電池４６、及び制御ユニット４７から構成される。予備電池４６の例には充電式バッテリーが含まれるが、これに限定されない。発電ユニット４０は、例えば太陽パネルである。発電ユニット４０は、再生可能エネルギーＥ_ｓ（例：太陽エネルギー）を直流電力Ｅ_ｄｃへ変換するために使用される。

電力変換装置４１は、第二スイッチングユニット４３の入力端子と発電ユニット４０とに電気的に接続されている。さらに、電力変換装置４１は制御ユニット４７と信号による通信状態にある。制御ユニット４７の制御下において、電力変換装置４１により発電ユニット４０からの直流電力Ｅ_ｄｃが第二交流電力Ｅ_ａｃ３へ変換される。一の実施形態においては、電力変換装置はＤＣ−ＡＣ変換回路である。

図３は、図２に係るハイブリッドエネルギーシステムの電力変換装置の出力電圧と出力電力との関係を示す概略図である。公益エネルギー供給源６が正常でないか又は十分でない場合には、電力変換装置４１の電圧抑制機能が選択的に作動される。例えば、電力変換装置４１の出力電圧が閾値電圧Ｖ_ｔ（例：２００Ｖ）より高い場合には、電力変換装置４１の電圧抑制機能が作動される。電力変換装置４１の電圧抑制機能が作動された後は、電力変換装置４１の出力電圧が上がると電力変換装置４１の出力電力が徐々に下がり、電力変換装置４１の出力電圧が下がると電力変換装置４１の出力電力が徐々に上がる。

図２を再び参照されたい。インバータ４５は、予備電池４６とユーティリティバス７とに電気的に接続されている。公益エネルギー供給源６が正常でないか又は十分でない場合には、インバータ４５により予備電池４６からの電池エネルギーＥ_ｂが予備交流エネルギーＥ_ａｃ２へ変換され、そしてこの予備交流エネルギーＥ_ａｃ２がユーティリティバス７へ送られて負荷５に電力を供給する。換言すると、公益エネルギー供給源６が正常でないか又は十分でない場合には、負荷５に供給する電気エネルギーは予備電池４６から提供される。本実施形態において、インバータ４５の出力電圧の電圧レベルは、定格電圧レベルより高く且つ最大電圧レベルより低くなるように保たれている。

さらに、電力変換装置４１の出力電圧はインバータ４５の出力電圧に対応している。すなわち、インバータ４５の出力電圧が上げると、電力変換装置４１の出力電圧が上がり、そしてインバータ４５の出力電圧が下げると、電力変換装置４１の出力電圧が下がる。

充電ユニット４４は、ユーティリティバス７と予備電池４６とに電気的に接続されている。さらに、充電ユニット４４は制御ユニット４７と信号による通信状態にある。公益エネルギー供給源６が正常である場合又は公益エネルギー供給源６が正常でないか又は十分でない場合には、制御ユニット４７の制御下において、ユーティリティバス７からの出力交流電力Ｅ_ｏｕｔの一部が充電エネルギーＥ_ｃへ変換されて、これにより予備電池４６が充電される。

制御ユニット４７は、ユーティリティバス７と電気的に接続されている。さらに、制御ユニット４７は、ユーティリティバス７を介して公益エネルギー供給源６と電気的に接続されている。さらに、制御ユニット４７は電力変換装置４１、第一スイッチングユニット４２、第二スイッチングユニット４３、充電ユニット４４、インバータ４５、予備電池４６、及び負荷５と信号による通信状態にもある（図２の点線を参照）。制御ユニット４７は、公益エネルギー供給源６が正常であるか否かを検出し得る。さらに、制御ユニット４７は、電力変換装置４１、第一スイッチングユニット４２、第二スイッチングユニット４３、充電ユニット４４、インバータ４５、予備電池４６、及び負荷５と信号による通信状態にあり、電力変換装置４１、第一スイッチングユニット４２、第二スイッチングユニット４３、充電ユニット４４、インバータ４５、及び予備電池４６の動作を制御する。また、制御ユニット４７は、電力変換装置４１、第一スイッチングユニット４２、第二スイッチングユニット４３、充電ユニット４４、インバータ４５、予備電池４６、及び負荷５の動作状態を実現し得る。

第一スイッチングユニット４２は、ユーティリティバス７の伝送路と電気的に接続されている。第一スイッチングユニット４２の入力端子は、公益エネルギー供給源６と電気的に接続されている。第一スイッチングユニット４２の出力端子は、負荷５と電気的に接続されている。第一スイッチングユニット４２の制御端子は、制御ユニット４７と信号による通信状態にある。制御ユニット４７の制御下において、第一スイッチングユニット４２が選択的にオンにされたりオフにされたりする。制御ユニット４７が、公益エネルギー供給源６が正常であることを検出した場合には、制御ユニット４７の制御下において第一スイッチングユニット４２がオンにされる。従って、公益エネルギー供給源６からの第一交流電力Ｅ_ａｃ１がユーティリティバス７を介して負荷５へ送られる。制御ユニット４７が、公益エネルギー供給源６が正常でないか又は十分でないことを検出した場合には、制御ユニット４７の制御下において第一スイッチングユニット４２がオフにされる。

第二スイッチングユニット４３の入力端子は、電力変換装置４１の出力端子と電気的に接続されている。第二スイッチングユニット４３の出力端子は、ユーティリティバス７及び第一スイッチングユニット４２の出力端子と電気的に接続されている。第二スイッチングユニット４３の制御端子は、制御ユニット４７と信号による通信状態にある。制御ユニット４７の制御下において、第二スイッチングユニット４３が選択的にオンにされたりオフにされたりする。公益エネルギー供給源６が正常でないか又は十分でない場合には、制御ユニット４７の制御下において第二スイッチングユニット４３がオンにされる。公益エネルギー供給源６が正常でないか又は十分でなく、インバータ４５の出力電圧が最大電圧レベルに達し、電力変換装置４１の出力電力が充電ユニット４４と負荷５とが合わせて必要とする電力の総和より大きい場合には、制御ユニット４７の制御下において第二スイッチングユニット４３がオフにされる。一の実施形態においては、制御ユニット４７の制御下において第二スイッチングユニット４３がオンにされると、電力変換装置４１からの第二交流電力Ｅ_ａｃ３が第二スイッチングユニット４３を介してユーティリティバス７へ送られる。一方、電力変換装置４１と公益エネルギー供給源６は並列に接続されている。一の実施形態においては、第一スイッチングユニット４２と第二スイッチングユニット４３とは磁気スイッチであるが、これらに限定されない。

上述の説明によれば、公益エネルギー供給源６が正常である場合、第一スイッチングユニット４２と第二スイッチングユニット４３とがオンにされる。従って、公益エネルギー供給源６からの第一交流電力Ｅ_ａｃ１はユーティリティバス７へ送られ、電力変換装置４１からの第二交流電力Ｅ_ａｃ３は第二スイッチングユニットを介してユーティリティバス７へ送られる。このような状況においては、ハイブリッドエネルギーシステム４からの出力交流電力Ｅ_ｏｕｔは第一交流電力Ｅ_ａｃ１と第二交流電力Ｅ_ａｃ３とから構成される。公益エネルギー供給源６が正常でないか又は十分でない場合には、予備電池４６からの電池エネルギーＥ_ｂがインバータ４５により予備交流エネルギーＥ_ａｃ２へ変換され、そしてこの予備交流エネルギーＥ_ａｃ２がユーティリティバス７へ送られる。さらに、第二スイッチングユニット４３がオンにされているため、電力変換装置４１からの第二交流電力Ｅ_ａｃ３が第二スイッチングユニット４３を介してユーティリティバス７へ送られる。このような状況においては、ハイブリッドエネルギーシステム４からの出力交流電力Ｅ_ｏｕｔは、予備交流エネルギーＥ_ａｃ２と第二交流電力Ｅ_ａｃ３から構成される。

本発明に係るハイブリッドエネルギーシステム４の動作原理及び制御方法を、以下により詳細に説明する。

図２を再び参照されたい、公益エネルギー供給源６が正常に第一交流電力Ｅ_ａｃ１を出力することが可能であることが制御ユニット４７により検出された場合には、制御ユニット４７の制御下において、第一スイッチングユニット４２がオンにされ、第二スイッチングユニット４３がオンにされ、インバータ４５が停止され、充電ユニット４４が作動され、そして電力変換装置４１が作動される。このような状況においては、公益エネルギー供給源６からの第一交流電力Ｅ_ａｃ１が第一スイッチングユニット４２を介してユーティリティバス７へ送られ、電力変換装置４１からの第二交流電力Ｅ_ａｃ３が第二スイッチングユニット４３を介してユーティリティバス７へ送られる。従って、負荷５はユーティリティバス７からの出力交流電力Ｅ_ｏｕｔから電力を供給される。さらに、充電ユニット４４により、ユーティリティバス７からの出力交流電力Ｅ_ｏｕｔの一部が充電エネルギーＥ_ｃへ変換され、これにより予備電池４６が充電される。

制御ユニット４７により公益エネルギー供給源６が正常でないか又は十分でないことが検出された場合には、制御ユニット４７の制御下において、第一スイッチングユニット４２がオフにされ、第二スイッチングユニット４３がオンにされ、そしてインバータ４５が作動される。さらに、充電ユニット４４と電力変換装置４１は作動された状態を維持され、そして予備電池４６は放電を開始する。第二スイッチングユニット４３がオンにされているため、電力変換装置４１からの第二交流電力Ｅ_ａｃ３が第二スイッチングユニット４３を介してユーティリティバス７へ送られる。さらに、インバータ４５によって予備電池４５からの電池エネルギーＥ_ｂが予備交流エネルギーＥ_ａｃ２へ変換され、そしてこの予備交流エネルギーＥ_ａｃ２がユーティリティバス７へ送られる。このような状況においては、負荷５は予備電池４６からの電池エネルギーＥ_ｂ及び／又は電力変換装置４１からの第二交流電力Ｅ_ａｃ３により電力を供給される。

公益エネルギー供給源が正常でないか又は十分でない場合における、本発明に係るハイブリッドエネルギーシステム４の制御方法を、以下においてより詳細に説明する。図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の実施形態に係るハイブリッドエネルギーシステムの制御方法を示すフローチャートである。この制御方法は、公益エネルギー供給源６が正常でないか又は十分でないような状況において適用され得る。既に説明したように、電力変換装置の出力電力が、負荷と充電ユニットとが合わせて必要とする電力の総和より大きい場合には、従来型のハイブリッドエネルギーシステムの内部回路又は負荷がダメージを受ける場合がある。このような問題を解消するために、本発明に係るハイブリッドエネルギーシステム４は、公益エネルギー供給源６が正常でないか又は十分でない場合又は電力変換装置４１の出力電力を負荷５と充電ユニット４４とが合わせて必要とする電力の総和とをつり合わせることが出来ず且つ公益エネルギー供給源６が正常でないか又は十分でない間に第二スイッチングユニット４３をオフにして負荷５と充電ユニット４４を保護している場合に、以下の制御方法を実行することにより、電力変換装置４１の出力電力が、負荷５と充電ユニット４４とが合わせて必要とする電力とつり合うようにする。

前述のように、制御ユニット４７は、インバータ４５、充電ユニット４４、電力変換装置４１、及び負荷５と信号による通信状態にある。公益エネルギー供給源６が正常でないか又は十分でない場合、制御ユニット４７は、電力変換装置４１の出力電力が充電ユニット４４と負荷５とが合わせて必要とする電力の総和より大きいか又はインバータ４５の出力電力が負であるかを判断し得る（ステップＳ１）。例えば、電力変換装置４１の出力電力が充電ユニット４４と負荷５とが合わせて必要とする電力の総和より大きい場合には、ユーティリティバス７の余剰の電気エネルギーはインバータ４５へ戻される（即ち、インバータ４５の出力電力が負である）。電力変換装置４１の出力電力が充電ユニット４４と負荷５とが合わせて必要とする電力の総和より大きいか又はインバータ４５の出力電力が負である場合（即ち、ステップＳ１の判断条件が満たされた場合）には、制御ユニット４７の制御下においてインバータ４５の出力電圧が定格電圧レベルから上げられる。インバータ４５の出力電圧が上がるに従って、電力変換装置４１の出力電圧がこれに応じで上がる（ステップＳ２）。電力変換装置４１の出力電圧が上がって閾値電圧Ｖｔより高い電圧レベルに達すると、電力変換装置４１の電圧抑制機能が作動される（ステップＳ３）。すなわち、電力変換装置４１の出力電圧が上がって閾値電圧Ｖｔ（例：２００Ｖ）より高い電圧レベルに達すると、インバータ４５の出力電力を上げると電力変換装置４１の出力電圧が上がり、これに伴って、電力変換装置４１の出力電力が下がる（図３を参照）。そして、制御ユニット４７は、電力変換装置４１の出力電力が充電ユニット４４と負荷５とが合わせて必要とする電力の総和とつり合っているか否かを判断する（ステップＳ４）。電力変換装置４１の出力電力が充電ユニット４４と負荷５とが合わせて必要とする電力の総和とつり合っている場合（即ち、ステップＳ４の判断条件が満たされた場合）には、充電ユニット４４と負荷５とが合わせて必要とする電力が電力変換装置４１により提供される（ステップＳ５）。このような状況においては、負荷５はユーティリティバス７からの出力交流電力Ｅ_ｏｕｔにより電力が供給され、そしてユーティリティバス７からの出力交流電力Ｅ_ｏｕｔの一部は充電エネルギーＥ_ｃへ変換され、この充電エネルギーＥ_ｃにより予備電池４６が充電される。換言すると、電力変換装置４１からの第二交流電力Ｅ_ａｃ３がユーティリティバス７へ送られ、これにより負荷５又は充電ユニット４４が電力の供給を受ける。

他方、電力変換装置４１の出力電力が充電ユニット４４と負荷５とが合わせて必要とする電力の総和とつり合っていない場合（即ち、ステップＳ４の判断条件が満たされない場合）、制御ユニット４７は、インバータ４５の出力電圧が最大電圧レベルに達しているか否かを判断し得る（ステップＳ９）。インバータ４５の出力電圧が最大電圧レベルに達している場合（即ち、ステップＳ９の判断基準が満たされた場合）、これ以上インバータ４５の出力電圧を上げることが出来ないということを意味している。他方、電力変インバータ４５の出力電圧を上げることによっては電力換装置４１の出力電力を抑制したり下げたりすることが出来ず、電力変換装置４１の出力電力を下げることが出来ない。このような状況においては、電力変換装置４１の出力電力を調節することにより電力変換装置４１の出力電力を負荷５と充電ユニット４４とが合わせて必要とする電力の総和につり合わせることが出来ない。制御ユニット４７の制御下において、第二スイッチングユニット４３がオフにされることで、電力変換装置４１からの第二交流電力Ｅ_ａｃ３が充電ユニット４４と負荷５とに送られなくなり、よって充電ユニット４４と負荷５とが保護される。他方、インバータ４５は充電ユニット４４と負荷５とが必要とする電力の総和を提供することが出来る（ステップＳ１０）。インバータ４５の出力電圧が最大電圧レベルに達していない場合（即ち、ステップＳ９の判断条件が満たされない場合）には、ステップＳ１が行われる。

電力変換装置４１の出力電力が充電ユニット４４と負荷５とが合わせて必要とする電力の総和より大きくないか又はインバータ４５の出力電力が負でない場合（即ち、ステップＳ１の判断条件が満たされない場合）には、制御ユニット４７によりインバータ４５の出力電圧が定格電圧レベルより高いか否かが判断される（ステップＳ６）。インバータ４５の出力電圧が定格電圧レベルより高い場合（即ち、ステップＳ６の判断条件が満たされている場合）には、制御ユニット４７の制御下においてインバータ４５の出力電圧が下げられることにより電力変換装置４１の出力電力が上げられる（ステップＳ７）。このステップにおいて、制御ユニット４７によりインバータ４５の出力電圧が定格電圧レベルより高いと決定されると、インバータ４５の出力電圧はさらに下げることが出来るということを意味する。このような状況においては、制御ユニット４７の制御下においてインバータ４５の出力電圧が下げられ、電力変換装置４１の出力電力がこれに応じて下がる。図３に示されるように、閾値電圧に至るまでは、電力変換装置４１の出力電圧を下げると、電力変換装置４１の出力電力がこれに応じて上がる。従って、ステップＳ７において、インバータ４５の出力電圧を下げることにより電力変換装置４１の出力電力を上げることが出来る。

ステップＳ７の後、充電ユニット４４と負荷５とが合わせて必要とする電力の総和が電力変換装置４１の出力電力より高いか、又はインバータ４５の出力電力が負でないか否かが制御ユニット４７により判断される（ステップＳ８）。充電ユニット４４と負荷５とが合わせて必要とする電力の総和が電力変換装置４１の出力電力より大きくなく、又はインバータ４５の出力電力が負である場合（即ち、ステップＳ８の判断条件が満たされない場合）には、ステップＳ４が実行される。他方、充電ユニット４４と負荷５とが合わせて必要とする電力の総和が電力変換装置４１の出力電力より大きいか、又はインバータ４５の出力電力が負でない場合（即ち、ステップＳ８の判断条件が満たされた場合）には、ステップＳ６が実行される。

さらに、インバータ４５の出力電圧が定格電圧レベルより高くない場合（即ち、ステップＳ６の判断条件が満たされない場合）には、充電ユニット４４の出力電力が下げられるか又はインバータ４５の出力電力が正になるように制御される（ステップＳ１１）。ステップＳ１１において、インバータ４５の出力電圧が定格電圧レベルより低いか又は同じである場合とは、例えばインバータ４５の出力電圧が定格電圧レベルと同じである場合である。これは、インバータ４５の出力電圧をこれ以上下げられないことを意味している。このような状況においては、電力変換装置４１の出力電圧を下げることによっては電力変換装置４１の出力電力を上げることが出来ない。電力変換装置４１の出力電力が、負荷５の必要とする電力を満足するようにするため、制御ユニット４７の制御下において充電ユニット４４の出力電力が下げられるか又はインバータ４５の出力電力が正になるように制御される。従って、インバータ４５により出力される予備交流エネルギーＥ_ａｃ２は負荷５が必要とする電力を供給することが出来る。

ステップＳ１１の後、負荷５が必要とする電力が満たされているか否かが制御ユニット４７により判断される（ステップＳ１２）。負荷５が必要とする電力が満たされている場合（即ち、ステップＳ１２の判断条件が満たされている場合）には、電力変換装置４１が負荷５へ必要とする電力を提供するか又は電力変換装置４１とインバータ４５の両方が負荷５へ必要とする電力を提供する（ステップＳ１３）。負荷５が必要とする電力が満たされていない場合（即ち、ステップＳ１２の判断条件が満たされない場合）には、ハイブリッドエネルギーシステム４が負荷５へ必要とする電力及び十分な電気エネルギーを供給出来ないということを意味する。制御ユニット４７は負荷５を停止することを負荷５へ通知することが出来る（ステップＳ１４）。

前述の記載より、公益エネルギー供給源６が一旦正常でないか又は十分でなくなると、ハイブリッドエネルギーシステム４の制御方法が作動される。電力変換装置４１の出力電力が充電ユニット４４と負荷５とが合わせて必要とする電力の総和より大きいか又はインバータ４５の出力電力が負である場合には、制御ユニット４７の制御下においてインバータ４５の出力電圧が上げられ、そして電力変換装置４１の電圧抑制機能が作動される。他方、電力変換装置４１の出力電力が充電ユニット４４と負荷５とが合わせて必要とする電力の総和より小さいか又はインバータ４５の出力電力が負ではない場合であってインバータ４５の出力電圧が定格電圧レベルより高い場合には、インバータ４５の出力電圧が下げられ、そして電力変換装置４１の出力電力がこれに応じて上がる。このようにして、充電ユニット４４と負荷５とが合わせて必要とする電力の総和と等しくなるように電力変換装置４１の出力電力が調節される。従って、本発明に係るハイブリッドエネルギーシステム４によれば、公益エネルギー供給源６が正常でないか又は十分でない場合に再生可能エネルギーＥ_ｓ（例：太陽エネルギー）を効率的に利用することが出来る。前述のように、公益エネルギー供給源６が正常でないか又は十分でない場合であって電力変換装置の出力電力が充電ユニットと負荷とが合わせて必要とする電力の総和より大きい場合には、従来型のハイブリッドエネルギーシステムにおいては再生可能エネルギーを効率的に電気エネルギーへ変換することが出来なかった。本発明に係るハイブリッドエネルギーシステム４によれば、再生可能エネルギーを効率的に利用することが出来るので、再生可能エネルギーが無駄になるという問題が解消される。さらに、電力変換装置４１の出力電力を負荷５と充電ユニット４４とが合わせて必要とする電力の総和につり合わせることが出来るため、ハイブリッドエネルギーシステム４の内部回路又は負荷５がダメージを受ける恐れを低くすることが出来る。

本発明の教示する内容を逸脱することなくあらゆる改良や調整をすることが可能であることが理解されるべきである。図５は本発明の別の実施形態に係るハイブリッドエネルギーシステムを示す回路ブロック概略図である。図４と比較して、本実施形態の係るハイブリッドエネルギーシステム４は第三スイッチングユニット４８をさらに備える。第三スイッチングユニット４８の入力端子は電力変換装置４１の出力端子と電気的に接続されている。第三スイッチングユニット４８の出力端子はユーティリティバス７と電気的に接続されている。さらに、第三スイッチングユニット４８の出力端子は公益エネルギー供給源６と第一スイッチングユニット４２の入力端子との間に電気的に接続されている。第三スイッチングユニット４８の制御端子は制御ユニット４７と信号による通信状態にある。制御ユニット４７による制御下において、第三スイッチングユニット４８が選択的にオンにされたりオフにされたりする。公益エネルギー供給源６が正常であるが充電ユニット４４又はインバータ４５が正常でない場合には、制御ユニット４７による制御下において第三スイッチングユニット４８がオンにされて第二スイッチングユニット４３がオフにされる。したがって、電力変換装置４１からの第二交流電力Ｅ_ａｃ３は、第三スイッチングユニット４８を介してユーティリティバス７へ送られる。このような状況においては、公益エネルギー供給源６と電力変換装置４１とは互いに並列に接続されている。従って、公益エネルギー供給源６からの第一交流電力Ｅ_ａｃ１と電力変換装置４１からの第二交流電力Ｅ_ａｃ３がそれぞれユーティリティバス７へ送られる。従って、ユーティリティバス７を介して送られる電気エネルギーの安定性が向上される。公益エネルギー供給源６が突然正常でないか又は十分でない状況となった場合でも、負荷５は一時的に電力変換装置４１からの第二交流電力Ｅ_ａｃ３により電力の供給を受け得る。一の実施形態においては、第三スイッチングユニット４８は磁気スイッチであるが、これに限定されない。

前述のように本発明はハイブリッドエネルギーシステム及びその制御方法を提供する。一旦公益エネルギー供給源が正常でないか又は十分でない状況になると、ハイブリッドエネルギーシステムの制御方法が作動される。電力変換装置の出力電力が充電ユニットと負荷とが合わせて必要とする電力の総和より大きいか又はインバータの出力電力が負である場合には、インバータの出力電圧が上げられ、そして電力変換装置の電圧抑制機能が作動される。他方、電力変換装置の出力電力が充電ユニットと負荷とが合わせて必要とする電力の総和より低いか又はインバータの出力が負ではない場合であってインバータの出力電圧が定格電圧レベルより高い場合には、インバータの出力電圧が下げられる。このようにして、充電ユニットと負荷とが合わせて必要とする電力の総和と等しくなるように電力変換装置の出力電力が調節される。従って、本発明に係るハイブリッドエネルギーシステムによれば、公益エネルギー供給源が正常でないか又は十分でない場合に再生可能エネルギーＥｓ（例：太陽エネルギー）を効率的に利用することが出来る。本発明に係るハイブリッドエネルギーシステムによれば、再生可能エネルギーを効率的に利用することが出来るので、再生可能エネルギーが無駄になるという問題が解消される。さらに、電力変換装置の出力電力を、負荷と充電ユニットとが合わせて必要とする電力の総和につり合わせることが出来るため、ハイブリッドエネルギーシステムの内部回路又は負荷がダメージを受ける恐れを低くすることが出来る。さらに、電力変換装置の出力電力を、負荷と充電ユニットとが合わせて必要とする電力の総和につり合わせることが出来ない場合には、本発明に係るハイブリッドエネルギーシステムは特定の保護プロセスを実行して負荷とハイブリッドエネルギーシステムを保護することが出来る。

本発明を、現在における最も実際的で好ましい実施形態にしたがって説明したが、本発明はここに開示された実施形態に限定されるべきでないことが理解されるべきである。他方、ここに伴われる請求項の精神及びこの範囲に含まれる様々な変更や類似の調整をもが含まれることが意図されている。なお、請求項はこのような変更や類似の構造の全てが含まれるようにその最大限に広い解釈がなされるものとする。

Claims (5)

1. ユーティリティバスを介して公益エネルギー供給源と負荷とに電気的に接続され、
   前記公益エネルギー供給源から第一交流電力が出力され、
   前記負荷へ対して出力交流電力を出力する、ハイブリッドエネルギーシステムであって、
   予備電池、
   直流電力を第二交流電力へ変換する電力変換装置、
   前記ユーティリティバスと前記予備電池とに電気的に接続されている充電ユニット、
   前記予備電池と前記ユーティリティバスとに電気的に接続されているインバータ、
   前記ユーティリティバスと電気的に接続され、前記公益エネルギー供給源が正常であるか否かを検出する制御ユニット、
   前記ユーティリティバスの伝送路と電気的に接続され、前記制御ユニットと信号による通信状態にある第一スイッチングユニット、
   前記電力変換装置と前記ユーティリティバスとの間に電気的に接続され、前記制御ユニットと信号による通信状態にある第二スイッチングユニット、及び
   第三スイッチングユニット
   を備え、
   前記ユーティリティバスからの出力交流電力の一部が前記充電ユニットにより充電エネルギーへ変換されて、当該充電エネルギーにより前記予備電池が充電され、
   前記公益エネルギー供給源が正常でないか又は十分でない場合には、前記予備電池からの電池エネルギーが前記インバータにより出力交流電力へ変換され、当該出力交流電力が前記ユーティリティバスへ送られ、
   前記制御ユニットは前記予備電池、前記充電ユニット、前記電力変換装置、及び前記インバータと信号による通信状態にあり、
   前記公益エネルギー供給源が正常でないか又は十分でない場合であって前記電力変換装置の出力電力が前記充電ユニットと前記負荷とが合わせて必要とする電力の総和より大きいか又は前記インバータの出力電力が負である場合には、前記制御ユニットの制御下において前記インバータの出力電圧が上げられ、前記電力変換装置の出力電圧がこれに応じて上がり、
   前記電力変換装置の出力電圧が上がって閾値に達した場合には、前記電力変換装置の出力電力がこれに応じて下がり、
   前記公益エネルギー供給源が正常でないか又は十分でない場合には、前記第一スイッチングユニットがオフにされ、
   前記公益エネルギー供給源が正常でないか又は十分でなく且つ前記インバータの出力電圧が最大電圧レベルに達し且つ前記電力変換装置の出力電力が前記負荷と前記充電ユニットとが合わせて必要とする電力の総和より大きい場合には、前記第二スイッチングユニットがオフにされ、
   前記第二スイッチングユニットの出力端子は、ユーティリティバス及び第一スイッチングユニットの出力端子と電気的に接続され、
   前記第三スイッチングユニットの入力端子が前記電力変換装置の出力端子と電気的に接続され、
   前記第三スイッチングユニットの出力端子が前記ユーティリティバスと電気的に接続され、前記公益エネルギー供給源と前記第一スイッチングユニットの入力端子との間に電気的に接続され、
   前記第三スイッチングユニットの制御端子が前記制御ユニットと信号による通信状態にあり、
   前記制御ユニットの制御下において前記第三スイッチングユニットが選択的にオン又はオフにされ、
   前記公益エネルギー供給源が正常であるが、前記ハイブリッドエネルギーシステムの一部が正常でない場合には、前記制御ユニットの制御下において前記第二スイッチングユニットがオフにされ且つ前記第三スイッチングユニットがオンにされることにより、前記電力変換装置からの前記第二交流電力が前記第三スイッチングユニットを介して前記ユーティリティバスへ送られる、
   ハイブリッドエネルギーシステム。
2. 請求項１記載のハイブリッドエネルギーシステムであって、前記電力変換装置の出力電力が前記充電ユニットと前記負荷とが合わせて必要とする電力の総和より小さいか又は前記インバータの出力電力が負でない場合であって前記インバータの出力電圧が定格電圧レベルより高い場合には、前記制御ユニットの制御下において前記インバータの出力電圧が下げられる、ハイブリッドエネルギーシステム。
3. 請求項１記載のハイブリッドエネルギーシステムであって、前記予備電池、前記第一スイッチングユニット、前記第二スイッチングユニット、前記充電ユニット、前記電力変換装置、及び前記インバータが、前記制御ユニットにより制御される、ハイブリッドエネルギーシステム。
4. 請求項１記載のハイブリッドエネルギーシステムであって、前記公益エネルギー供給源が正常である場合には前記第一スイッチングユニット及び前記第二スイッチングユニットがオンにされることにより、前記公益エネルギー供給源からの前記第一交流電力が前記ユーティリティバスを介して前記負荷へ送られ、前記電力変換装置からの前記第二交流電力が前記第二スイッチングユニットを介して前記ユーティリティバスへ送られる、ハイブリッドエネルギーシステム。
5. 請求項１記載のハイブリッドエネルギーシステムであって、
   発電ユニットをさらに備え、
   前記発電ユニットが前記電力変換装置と電気的に接続されていることにより再生可能エネルギーが直流電力へ変換され、当該直流電力が前記電力変換装置へ送られる、ハイブリッドエネルギーシステム。