JP5960985B2 - 電力変換システムを制御するための方法及びシステム - Google Patents

Description

本明細書で説明される実施形態は、全体的に、発電に関し、より具体的には、電力網に加えられる電力を管理するための方法及びシステムに関する。

太陽エネルギー及び風力エネルギーは、ますます魅力的なエネルギー源になってきており、クリーンで再生可能なエネルギーの代替形態として認識されている。風力及び太陽光発電システムは、送電及び配電レベルの両方で確立された電力供給網に浸透している。この導入は、公共事業ネットワーク全体に広く普及させることができ、公共事業ネットワーク内での統合に成功を収めるために長い給電線を必要とすることが多い。

分散発電システは、各々が異なる位置で電力網に結合される複数の発電システムを含む。例えば、従来の蒸気発電プラントは、第１の相互接続点（ＰＯＩ）にて電力網に接続することができ、風力発電ファームは、第２のＰＯＩにて電力網に接続することができ、太陽発電システムは、第３のＰＯＩにて電力網に接続することができる。電力網に加えられる電気は、電力網接続性の期待度に適合する必要がある。これらの要件は、安全性の問題、電力網の安定性の問題、伝送損失の管理、並びに電力品質の問題に対処する。例えば、電力網接続性の期待度は、電力網を通って流れている電気の電圧及び周波数に電力が確実に適合するよう発生する出力が調整されるものである。通常、発電システムは独立して制御され、各々が配電状態に対応している。

米国特許第７，７８７，９９５号明細書

１つの態様において、電力変換システムが提供される。電力変換システムは、第１の相互接続点（ＰＯＩ）にて電力網に結合される第１の電力コンバータと、第１の電力コンバータに結合され且つ該第１の電力コンバータの作動を制御するよう構成された第１の処理デバイスと、第１の処理デバイスに結合され且つ第１の電力コンバータの電力出力に関連するデータを収集するよう構成された第１の電力測定装置と、を含む。電力変換システムはまた、第１の処理デバイスに結合され且つ第１の電力コンバータの位置に対応する位置情報と、当該位置における時間に対応する時間的情報とを受け取るように構成された第１の全地球位置測定システム（ＧＰＳ）受信機（６４）を含む。

別の態様において、電力変換システムの分散ネットワークを管理するための方法が提供される。第１の電力変換システムは、第１のＰＯＩにて電力網に結合された第１の電力コンバータを含み、第２の電力変換システムは、第２のＰＯＩにて電力網に結合された第２の電力コンバータを含む。本方法は、中央処理デバイスにおいて第１の電力コンバータから第１の電力信号及び第１の位置信号を受け取る段階と、第２の電力コンバータから第２の電力信号及び第２の位置信号を受け取る段階と、第１の電力信号、第１の位置信号、第２の電力信号、及び第２の位置信号に少なくとも部分的に基づいて分散ネットワーク内に含まれる少なくとも１つのデバイスの作動を制御する段階と、を含む。

電力変換システムの分散ネットワークの例示的な実施形態のブロック図。 図１に示す第１の電力コンバータ及び第２の電力コンバータの例示的な実施形態のブロック図。 図２に示す処理デバイスの例示的な実施形態のブロック図。 図１に示す電力変換システムの分散ネットワークを管理する例示的な方法のフローチャート。

本明細書で説明される方法及びシステムは、電力変換システム及び電力コンバータを通じて結合された負荷のうちの少なくとも１つを含む分散公共事業ネットワークを管理することを可能にする。電力コンバータは、位置情報、電力情報、タイミング情報、及び位相角情報を提供する。例えば、電力コンバータは、位置情報及び時間的情報を受け取るよう構成された全地球位置測定システム（ＧＰＳ）受信機を含むことができる。位置情報及び時間的情報は、電力及び位相角情報と連動して用いて、電力コンバータの位置及び／又は当該位置での時刻に少なくとも部分的に基づいた電力コンバータ用動作パラメータを決定することができる。

位置情報及び時間的情報と共に、電力コンバータによる実際の電力出力に対応する電力情報、電力コンバータにより出力するのに利用可能な電力、電圧、電流、及び／又は電力網とのＰＯＩでの位相角は、本明細書ではエネルギー管理システム（ＥＭＳ）として呼子とができる中央処理デバイスに伝送することができる。この情報は、他の変換システムからの情報、並びに電圧、電流、位相角、又は他の公共事業施設から得られた電力情報の他のタイプからの情報と組み合わせることができる。この情報は、公共事業体及び／又は地域オペレータレベルで用いて、電力平衡、配電網安定性、及び太陽／風力発電に作用する天候パターン及びこれらの作用を監視することができる。情報はまた、予測ツールへの入力として用いることができる。更に、中央処理デバイスは、受け取った情報に少なくとも部分的に基づいて電力変換システムに対する作動命令を決定することができる。

本明細書で説明される方法及びシステムの技術的効果は、（ａ）第１の電力変換システムから第１の電力信号及び第１の位置信号を受け取ること、（ｂ）第２の電力変換システムから第２の電力信号及び第２の位置信号を受け取ること、並びに（ｃ）第１の電力信号、第１の位置信号、第２の電力信号、及び第２の位置信号に少なくとも部分的に基づいて第１の電力変換システム及び第２の電力変換システムのうちの少なくとも１つの作動を制御すること、のうちの少なくとも１つを含む。

図１は、電力変換システムの例示的な分散ネットワーク１０のブロック図である。幾つかの実施形態において、分散ネットワーク１０は、第１の電力変換システム２０、第２の電力変換システム２２、及び第３の電力変換システム２４を含み、各々が電力網２６に結合される。電力網２６は、配電網、送電網、又は電気を供給するよう構成された他の何れかのタイプの電力網を含むことができる。更に、３つの電力変換システムを含むように説明されたが、分散ネットワーク１０は、あらゆる数の電力変換システムを含むことができる。一部の実施形態において、分散ネットワーク１０はまた、中央処理デバイス２８を含む。中央処理デバイス２８はまた、中央エネルギー管理システム（ＥＭＳ）と呼ばれ、ネットワーク１０上で電力網レベル（すなわち、電力供給レベル）制御を可能にするよう構成される。

例示的な実施形態において、分散ネットワーク１０は複数の電力変換システムを含み、各々が異なる位置で電力網に結合される。例えば、第１の電力変換システム２０は、第１の相互接続点（ＰＯＩ）３０にて電力網に結合され、第２の電力変換システム２２は、第２のＰＯＩ３２にて電力網に結合され、第３の電力変換システム２４は、第３のＰＯＩ３４にて電力網に結合される。電力変換システム２０、２２、２４は、同じタイプの電力変換機構とすることができ、或いは、異なるタイプの電力変換機構であってもよい。電力変換システムの実施例は、限定ではないが、風力発電システム、太陽光発電システム、潮力発電システム、バッテリ式システム、及び／又は従来の発電システム（例えば、石炭燃焼発電プラント、原子力プラント、及び／又は天然ガス燃焼発電プラント）を含む。例えば、第３の電力変換システム２４は、従来の蒸気発電プラントとすることができ、第１の電力変換システム２０及び第２の電力変換システム２２は、太陽光発電機構である。本明細書で説明される方法及びシステムは、電力変換又は送電設備を電力網２６にリンクするあらゆる電力網接続コンバータに適用することができる。実施例は、限定ではないが、太陽光、風力、及び潮力発電設備、並びに静止型ＶＡＲ（無効電力）補償システム、フレキシブルＡＣ送電システム、バッテリエネルギー貯蔵システム、及び／又は電力網インバータを含む。

例示的な実施形態において、第１の電力変換システム２０は、第１の収集装置４０及び第１のコンバータ４２を含む。第１のコンバータ４２はまた、本明細書では、第１の電力コンバータ４２とも呼ばれる。同様に、第２の電力変換システム２２は、第２の収集装置４４及び第２のコンバータ４６を含む。第２のコンバータ４６はまた、本明細書では、第２の電力コンバータ４６とも呼ばれる。収集装置４０、４４は各々、少なくとも１つの光起電力セル（図１には示さず）、例えば、少なくとも１つの太陽電池を含む。通常、複数の太陽電池が結合されて太陽光モジュールを形成し、複数の太陽光モジュールが結合されてモジュールストリングを形成する。太陽電池は、生成される電圧及び電流を増大させるためにこのように配列される。第１の直流（ＤＣ）電圧４８は、収集装置４０により出力されてコンバータ４２に提供される。第２のＤＣ電圧５０は、収集装置４４により出力されてコンバータ４６に提供される。

例示的な実施形態において、ＥＭＳ２８は、第１のコンバータ４２、第２の電力コンバータ４６、及びセンサ５２から情報を受け取る。センサ５２は、限定ではないが、変圧器温度センサ、ライン温度センサ、及び／又はＥＭＳ２８にステータス情報を提供する他の何れかのタイプのセンサを含むことができる。更に、例示的な実施形態において、ＥＭＳ２８は、第１のコンバータ４２、第２のコンバータ４６、及び分散ネットワーク１０内の他の施設に対する作動命令を決定する。分散ネットワーク１０内の他の施設は、例えば、限定ではないが、保護継電装置、負荷タップ切替コントローラ、サーキットブレーカコントローラ、及び／又はキャパシタバンクスイッチ、など、インテリジェント電気装置（ＩＥＤ）５４を含むことができる。

図２は、第１の電力コンバータ４２（図１に示す）及び第２の電力コンバータ４６（図１に示す）の例示的な実施形態のブロック図である。第１のコンバータ４２は、ＤＣ電圧４８を調整するよう構成される。例示的な実施形態において、第１のコンバータ４２は、第１のインバータ６０、第１の処理デバイス６２、及び第１の全地球位置測定システム（ＧＰＳ）受信機６４を含む。例えば、第１のコンバータ４２は、ＤＣ電圧４８を電力網２６上に導入する状態になった電力に変換するよう構成されたＤＣ／ＡＣ電圧インバータを含むことができる。第１の処理デバイス６２は、第１のインバータ６０の作動を制御するよう構成される。第１の処理デバイス６２は、第１のインバータ６０が第１の収集装置４０（図１に示す）に提示する電気負荷を制御する。電気負荷を制御することにより、第１のコンバータ４２により出力される電力を制御できるようになる。例えば、最大電力点追従（ＭＰＰＴ）を利用して、第１の収集装置４０に対し最適な電気負荷を提示することができる。最適電気負荷は、第１のコンバータ４２が最大電力を出力できる第１の収集装置４０のインダクタンスに一致する。電力点はまた、第１の収集装置４０に節減を行わせるよう調整することができる（すなわち、利用可能な電力よりも少ない実電力を出力する）。第１の収集装置４０は、例えば、エネルギー需要の低下に応答して電力網に提供される電力を低減するよう節減を実施することができる。

第１のインバータ６０の作動を制御するために、第１の処理デバイス６２は、種々のセンサから情報を受け取る。例えば、第１の処理デバイス６２は、第１の収集装置４０により出力されるＤＣ電圧及び電流の振幅を含む、電力情報を受け取ることができる。第１の処理デバイス６２は、この情報を用いて、限定ではないがＭＰＰＴの実施を含む、第１のインバータ６０を制御する。より具体的には、電力信号が処理デバイス６２に提供される。第１の収集装置４０の電力出力を決定するために処理デバイス６２により使用されるデータを含む、少なくとも１つの信号が処理デバイス６２に提供される。例えば、電力計（図２には図示せず）が第１の収集装置４０内に含められ、収集装置４０の電力出力に比例した電力信号を処理デバイス６２に提供するよう構成することができる。或いは、電圧センサ（図２には図示せず）及び電流センサ（図２には図示せず）は、収集装置４０内に含めることができる。電圧センサ及び電流センサは、収集装置４０により生成された電圧及び電流を測定し、測定した電圧及び電流に対応する信号を処理デバイス６２に提供する。処理デバイス６２は、測定した電圧及び電流を用いて収集装置４０の電力出力を決定する。

更に、第１のＧＰＳ受信機６４は、第１のインバータ６０の位置に相当する位置情報と、当該位置の時間に相当する時間的情報とを受け取るよう構成される。第１のＧＰＳ受信機６４は、第１のＧＰＳ信号６６を処理デバイス６２に提供する。第１のＧＰＳ信号６６は、第１のインバータ６０の位置及び当該位置での時間に相当する位置情報及び時間的情報を含む。第１のＧＰＳ受信機６４は、第１のインバータ６０に結合され、又は内部に含められる。これにより、受け取った位置情報及び時間的情報が確実に第１のインバータ６０と一致する。時間的情報はまた、本明細書では「タイムスタンプ」と呼ばれることがある。タイムスタンプは、対応する１つの情報と共に収集され、保存され、及び／又は伝送される。例えば、タイムスタンプを電力情報と共に保存し、電力情報が収集された時間を記録することができる。タイムスタンプはまた、対応する電力情報と共に中央処理デバイス２８に伝送され、該中央処理デバイス２８によって使用することができる。より具体的には、タイムスタンプは、電流測定値及び電圧測定値と共に保存することができ、処理デバイス６２は、電流及び電圧測定値から求めた電力と共にタイムスタンプを保存することができる。その結果、電力、及び電力を測定した時間が既知となる。ＧＰＳ信号から時間的情報を求めることにより、分散位置での調整タイムスタンプが得られる。

例示的な実施形態において、第２のコンバータ４６は、ＤＣ電圧５０を調整するよう構成される。例示的な実施形態において、第２のコンバータ４６は、第２のインバータ６８、第２の処理デバイス７０、及び第２のＧＰＳ受信機７２を含む。第２のコンバータ４６内に含まれる構成要素は、第１のコンバータ４２内に含まれる構成要素と実質的に同様である。

図３は、処理デバイス６２（図２に示す）の例示的な実施形態のブロック図である。処理デバイス６２はまた、システムコントローラ及び／又は監視制御及びデータ収集（ＳＣＡＤＡ）システムと呼ばれる場合もある。幾つかの実施形態において、処理デバイス６２は、情報を通信するためのバス８０又は他の通信デバイスを含む。１つ又はそれ以上のプロセッサ８２がバス８０に結合され、収集装置４０（図１に示す）に含まれるセンサからの情報を含む情報を処理する。プロセッサ８２は、少なくとも１つのコンピュータを含むことができる。本明細書で使用する場合に、コンピュータという用語は、当技術分野においてコンピュータと呼ばれる集積回路に限定されるものではなく、プロセッサ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路、及びその他のプログラマブル回路を広く指しており、またこれらの用語は本明細書では同義的に使用する。

処理デバイス６２はまた、１つ又はそれ以上のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８４及び／又は他の記憶装置８６を含むことができる。ＲＡＭ８４及び／又は記憶装置８６は、バス８０に結合され、情報並びにプロセッサ８２により実行されることになる命令を格納及び転送する。ＲＡＭ８４（及び／又は含まれる場合、記憶装置８６）はまた、プロセッサ８２による命令の実行時に一時変数又は他の中間情報を格納するのに使用することができる。処理デバイス６２はまた、バス８０に結合された１つ又はそれ以上のリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）８８及び／又は他の静的記憶装置を含み、プロセッサ８２に静的（すなわち、不変の）情報及び命令を格納し提供することができる。プロセッサ８２は、限定ではないが、ＧＰＳ受信機、照射センサ、及び電力計を含むことができる複数の電気及び電子デバイスから転送された情報を処理する。実行される命令は、限定ではないが、常駐変換アルゴリズム及び／又はコンパレータアルゴリズムを含む。一連の命令の実行は、ハードウェア回路とソフトウェア命令のどのような特定の組み合わせに限定されない。

処理デバイス６２はまた、入出力デバイス９０を含むことができ、或いはこれに結合することができる。入出力デバイス９０は、入力データを処理デバイス６２に提供し、及び／又は出力データを、例えば、ＥＭＳ、太陽光パネル位置決め装置、及び／又はインバータ制御システムに提供するために当該技術分野で公知のあらゆるデバイスを含むことができる。命令は、例えば、磁気ディスク、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）集積回路、ＣＤ−ＲＯＭ、及び／又はＤＶＤを含む記憶装置８６から１つ又はそれ以上の電子的にアクセス可能な媒体にアクセスできるようにする有線又は無線の遠隔接続を介してＲＡＭ８４に提供することができる。幾つかの実施形態において、ソフトウェア命令の代わりに、或いはこれと組み合わせてハードワイヤード回路を用いることもできる。従って、一連の命令の実行は、本明細書で説明され及び／又は図示されたか否かにかかわらず、ハードウェア回路及びソフトウェア命令の何らかの特定の組み合わせに限定されるものではない。また、例示的な実施形態において、入出力デバイス９０は、限定ではないが、マウス及びキーボード（何れも図３には図示せず）のようなオペレータインタフェース（例えば、ヒューマンマシンインタフェース（ＨＭＩ））に関連するコンピュータ周辺機器を含むことができる。更に、例示的な実施形態において、追加の出力チャンネルは、例えば、オペレータインタフェースモニタ及び／又はアラームデバイス（何れも図３には図示せず）を含むことができる。処理デバイス６２はまた、該処理デバイス６２がセンサと通信できるようにするセンサインタフェース９２を含むことができる。センサインタフェース９２は、アナログ信号をプロセッサ８２が使用可能なデジタル信号に変換する１つ又はそれ以上のアナログ−デジタルコンバータを含むことができる。

例示的な実施形態において、位置依存の作動命令及び／又は時間依存の作動命令がＲＯＭ８８内に格納される。ＧＰＳ受信機６４は、ＧＰＳ信号６６を処理デバイス６２に提供する。処理デバイス６２は、ＧＰＳ受信機６４から位置情報を受け取り、ＲＯＭ８８内に格納された位置依存作動命令にアクセスして、インバータ６０の位置に少なくとも部分的に基づいたインバータ６０の作動を制御するための作動信号を生成する。更に、処理デバイス６２は、ＧＰＳ受信機６４から時間的情報を受け取り、ＲＯＭ８８内に格納された時間依存の作動命令にアクセスして、当該位置での時間に少なくとも部分的に基づいたインバータ６０の作動を制御するための作動信号を生成する。位置情報により、処理デバイス６２は、例えば、格納された電力網マップにアクセスすることによって電力網２６内でインバータ６０がどこに配置されているかを決定することが可能になる。格納された位置依存の作動命令は、午後５：００から午前６：００までインバータ６０の作動を節減する命令を含むことができる。この時間期間は、既知の低電力需要の期間に相当する。

コンバータ４２及び４６はまた、第１のＰＯＩ３０と第２のＰＯＩ３２とにおいてフェーザ（位相ベクトル）を測定するよう構成されたフェーザ測定ユニット（ＰＭＵ）を含むことができる。より具体的には、コンバータ４２は、第１のＰＭＵ９４を含むことができる。処理デバイス６２は、第１のＧＰＳ受信機６４からの時間的情報に基づいてタイムスタンプをＰＭＵ９４により測定されたフェーザに割り当てることにより、第１の同期フェーザ信号を構築する。同様に、コンバータ４６は第２のＰＭＵ９６を含むことができる。処理デバイス７０は、第２のＧＰＳ受信機７２からの時間的情報に基づいてタイムスタンプをＰＭＵ９６により測定されたフェーザに割り当てることにより、第２の同期フェーザ信号を構築する。

中央処理デバイス２８（図１に図示する）は、第１の処理デバイス６２及び第２の処理デバイス７０に通信可能に結合される。中央処理デバイス２８は、電力変換システム２２及び２４からの第１の同期フェーザ信号及び第２の同期フェーザ信号を受け取り、第１の同期フェーザ信号及び第２の同期フェーザ信号に少なくとも部分的に基づいてインバータ６０及びインバータ６８の少なくとも１つの作動を制御するよう作動信号を生成するよう構成される。更に、中央処理デバイス２８は、ＧＰＳ寝具６６及び／又は受け取ったフェーザ信号に少なくとも部分的に基づいて他の電力網施設（例えば、ＩＥＤ５４（図１に示す））を制御することができる。ネットワーク１０内の各電力変換システムから収集された情報に基づいてネットワーク１０内の複数の電力変換システムの作動を制御することにより、局所的情報のみを用いてこれらの作動を制御する単独の電力変換システムを有するネットワークの効率を上回る、ネットワーク１０の効率的作動を可能にする。

更に、電力変換システム２０は、第１のインバータ６０によって節減された電力に対応する第１の節減電力信号を中央処理デバイス２８に送信するよう構成される。第２の処理デバイス７０はまた、第２のインバータ９６によって節減された電力に対応する第２の節減電力信号を中央処理デバイス２８に送信する。例えば、太陽光プラントは、公共事業体又はシステムオペレータの要求に応じて節減しなければならない場合がある。これら太陽光プラントはまた、利用可能な総電力量に関する情報を提供しなければならない場合がある。例えば、公共事業体は、２０ＭＷを提供している３０ＭＷプラントが、１５ＭＷのみの提供に節減することを要求する場合がある。太陽光プラントは、この指令を受け取ると、５ＭＷの節減を行い、電力出力を要求の１５ＭＷにする。この間、天候が変化して太陽光プラントが２５ＭＷの利用可能電力を有する場合があり、これは、プラントが要求の１５ＭＷを提供するために、現在は１０ＭＷを節減していることを意味する。公共事業体又は発電業者は、電力網の状態が変化した場合、提供できる利用可能な電力量とその位置の両方を知ることにより恩恵を受けることができる。このことは、この変更が迅速に行うことができるので、動的に実施される。この追加の機能は、電力網安定性及び電力網状態（例えば、故障、電力網分離、その他）に関するシステム全体情報を公共事業体のオペレータに提供する。

図４は、電力変換システムの分散ネットワーク（例えば、ネットワーク１０（図１に示す））を管理するための例示的な方法１５２のフローチャートである。分散ネットワーク１０は、第１の電力変換システム（例えば、第１の電力変換システム２０（図１に示す））と、第２の電力変換システム（例えば、第２の電力変換システム２２）とを含む。第１の電力変換システム２０は、第１のＰＯＩ３０にて電力網２６に結合された第１の電力コンバータ４２を含む。第２の電力コンバータシステム２２は、第２のＰＯＩ３２にて電力網２６に結合された第２の電力コンバータ４６を含む。

例示的な実施形態において、方法１５２は、第１の電力変換システム２０から第１の電力信号及び第１の位置信号を受け取る段階（１５４）を含む。第１の位置信号は、例えば、第１のインバータ６０及び／又は第１の電力変換システム２０の位置を識別するＧＰＳ生成位置信号を含む。第１の位置信号は、第１の処理デバイス６２が使用するために格納された電力網マップと組み合わせて用いることができる。

第１の電力信号受け取る段階１５４は、第１の実電力変換信号及び第１の潜在出力電力信号を受け取る段階を含む。例えば、第１の電力信号は、第１のインバータ６０の潜在的出力電力、第１のインバータ６０による実電力出力、及び／又は第１のインバータ６０によって節減される第１の電力に対応する情報を含むことができる。方法１５２はまた、第２の電力変換システム２２から第２の電力信号及び第２の位置信号を受け取る段階１５６を含む。第２の電力信号を受け取る段階１５６は、第２の実電力変換信号及び第２の電力変換容量信号を受け取る段階を含む。第１の処理デバイス６２は、例えば、限定ではないが、第１の電力変換システム２０によって生成される実電力、電力変換システム２０が利用可能な電力、電圧、電流、及び／又は第１のＰＯＩ３０での位相角に関する情報などの情報を収集する。同様に、第２の処理デバイス７０は、例えば、限定ではないが、第２の電力変換システム２２によって生成される実電力、電力変換システム２２が利用可能な電力、電圧、電流、及び／又は第２のＰＯＩ３２での位相角に関する情報などの情報を収集する。第１の処理デバイス６２及び第２の処理デバイス７０は、この情報を公共事業体制御システム（例えば、中央処理デバイス２８）に送信する。

受け取り段階１５４及び１５６は、第１のＰＭＵ及び第２のＰＭＵから、例えば、第１のＰＭＵ９４及び第２のＰＭＵ９６それぞれから電圧及び電流測定値を受け取る段階を含むことができる。第１の位置信号を受け取る段階１５４は、第１の電力コンバータ４２の位置を示すＧＰＳ生成位置信号（例えば、ＧＰＳ信号６６）を受け取る段階を含む。第２の位置信号を受け取る段階１５６は、第２の電力コンバータ４６の位置を示すＧＰＳ生成位置信号を受け取る段階を含む。

換言すると、ＰＭＵ９４及び９６、或いは電流及び電圧を正確に測定し且つタイムスタンプと共に使用される他の同様のデバイスは、電力網安定性の管理を支援する目的で、太陽光インバータ又は太陽光プラント内に一体化され、或いはその近傍に位置付けられる。ＰＭＵが第１の電力変換システム２０及び第２の電力コンバータシステム２２において配置された場合、データ（電圧、電流、ＧＰＳタイムスタンプ）を用いて、送電及び配電レベルでの全体の電力網安定性分析に加わることができる。

ＰＭＵ上のＧＰＳタイムスタンプは、単一の太陽光プラント、グループの太陽光プラント、又は電力網自体の挙動に関するネットワーク全体に基づく情報を提供するために、ＰＯＩにおける電圧及び電流測定値、節減した電力データ、又は他のデータと連動して用いることができる。

方法１５２はまた、第１の電力信号、第１の位置信号、第２の電力信号、及び第２の位置信号に少なくとも部分的に基づいて第１の電力コンバータ４２及び第２の電力コンバータ４６の少なくとも１つの作動を制御する段階１５８を含む。第１の電力コンバータ４２及び第２の電力コンバータ４６の少なくとも１つの作動を制御する段階１５８は、第１の電力コンバータ４２及び第２の電力コンバータ４６の少なくとも１つの作動を調整して電力網２６の安定性を向上させる段階を含む。第１の電力コンバータ４２及び第２の電力コンバータ４６の少なくとも１つの作動を制御する段階１５８はまた、分散ネットワーク１０における電力平衡をもたらすように第１の電力コンバータ４２及び第２の電力コンバータ４６の作動を協働させる段階を含むことができる。

上述のように、太陽光プラントは、公共事業体又はシステムオペレータの要求に応じて節減しなければならない場合がある。これら太陽光プラントはまた、利用可能な総電力量に関する情報を提供しなければならない場合がある。公共事業体又は発電業者は、電力網の状態が変化した場合、提供できる利用可能な電力量とその位置の両方を知ることにより恩恵を受けることができる。このことは、この変更が極めて迅速に行うことができるので、動的に実施される。この追加の機能は、電力網安定性及び電力網状態（例えば、故障、電力網分離、その他）に関するシステム全体情報を公共事業体のオペレータに提供する。

方法１５２はまた、第１の電力信号、第１の位置信号、第２の電力信号、及び第２の位置信号に少なくとも部分的に基づいて電力発生予測を決定する段階１６０を含むことができる。電力発生予測を決定する段階１６０は、分散ネットワーク１０、及びより具体的には、電力変換システム２０、２２、２４の各々の性能に対する天候パターンの作用を決定する段階を含む。例えば、ＲＯＭ８８（図３に示す）内に格納される作動命令は、電力変換システム２２、２４の作動が電力変換システム２０に作用する天候パターンに少なくとも部分的に基づいて決定されるように変更することができる。同様に、電力変換システム２０、２４の作動は、電力変換システム２２に作用する天候パターンに少なくとも部分的に基づいて決定される。

方法１５２はまた、電力平衡及び安定した過渡管理を達成するために作動パラメータのネットワークセットを決定する段階１６２を含むことができる。統計的に決定可能な変動電力出力で第１の電力変換システム及び第２の電力変換システムを単一のシステムとして表す等価物も決定することができる。発電施設の物理的位置に関連する総電力生成データは、規制ゾーン内でスピニングリザーブを最小にし、電力生成施設の利用度を最大限にし、更に、ネットワーク安定故障のリスクを最小限にする。電力生成は、規制ゾーン内で特定の位置にて変動するので（すなわち、ピーク電力生成が規制ゾーン並びに雲の移動により掃引される）、ネットワーク管理設備は、電力品質及び安定性を確保するよう適切に準備されてオンラインにすることができる。

電力網全体ベースでの公共事業体及び／又はシステムオペレータとの情報の交換を可能にする通信は、オペレーティングマージンを低減させ、従って、エネルギーコストが低下する可能性がある。この通信は、太陽光インバータ（例えば、インバータ６０）に「スマートグリッド」と統合する方法を提供し、スマートグリッドにおいて一定の役割を果たす。これは、追加のフェーザ測定及び伝送設備の必要性を排除することができる。

更に、コンピュータ実行可能構成要素を有する１つ又はそれ以上のコンピュータ可読媒体は、電力変換情報及び位置情報をコンピュータ処理し、また、複数の位置から取得された情報を集約するよう構成することができる。コンピュータ可読媒体は、少なくとも１つのプロセサによって実行したときに、少なくとも１つのプロセサが第１の電力／位置信号及び第２の電力／位置信号を受け取るようにするインタフェース構成要素と、少なくとも１つのプロセサによって実行したときに、少なくとも１つのプロセサが、第１の電力コンバータ及び第２の電力コンバータに対する作動コマンドを決定する少なくとも１つのアルゴリズムを格納するようにするメモリ構成要素と、少なくとも１つのプロセサによって実行したときに、少なくとも１つのプロセサが、第１の電力コンバータ及び第２の電力コンバータの作動を制御する作動信号を生成するようにする分析構成要素と、を含むことができる。

本明細書で説明される実施形態は、１つ又はそれ以上のコンピュータ可読媒体を包含し、各媒体は、データを操作するために媒体上に該データ含むように構成することができ、或いは該データを含む。コンピュータ実行可能命令は、種々の異なる機能を実行できる汎用コンピュータに付随するもの、或いは、限定された幾つかの機能を実行できる特定用途向けコンピュータに付随するものなど、処理システムによってアクセス可能なデータ構造、オブジェクト、プログラム、ルーチン、又は他のプログラムモジュールを含む。開示事項の態様は、本明細書で説明される命令を実行するよう構成したときには、汎用コンピュータを特定用途向けコンピュータに転換する。コンピュータ実行可能命令により、処理システムが、特定の機能又は機能グループを実施するようになり、該コンピュータ実行可能命令は、本明細書で開示されるステップを実施するプログラムコード手段の実施例である。更に、特定の一連の実行可能命令は、このようなステップを実施するのに使用できる対応する実施動作の実施例を提供する。コンピュータ可読媒体の実施例は、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、リードオンリーメモリ（「ＲＯＭ」）、プログラマブルリードオンリーメモリ（「ＰＲＯＭ」）、消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ（「ＥＰＲＯＭ」）、電気的消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ（「ＥＥＰＲＯＭ」）、コンパクトディスクリードオンリーメモリ（「ＣＤ−ＲＯＭ」）、又は処理システムによってアクセス可能なデータ又は実行可能命令を提供できる他のあらゆるデバイス又は構成要素を含む。

本明細書で説明される方法及びシステムは、電力コンバータの位置情報を取得し伝送することができる。位置情報は、電力変換容量及び変換される実電力を表すデータと組み合わされ、監視システムに伝送される。監視システムは、複数の電力コンバータからのデータ、又は少なくとも１つの電力コンバータからのデータ、及びタイムスタンプ付きの電圧、電力、及び／又は位相角情報を提供する少なくとも１つの電力網施設からのデータを集約し、この情報を電力網マップと組み合わせ、該情報を用いて瞬間電力平衡及び電力網安定性を管理する。

本明細書で説明される方法及びシステムは、少なくとも１つの電力コンバータ及びＥＭＳを含む電力生成及び送電システムの分散ネットワークを管理することができる。電力コンバータは、電力生成システム、送電制御システム、及び／又は電力利用システムを電力網にリンクさせることができる。ＥＭＳは、電力コンバータを介して電力網に接続されていない他の電力生成、送電、及び利用施設（例えば、ＩＥＤ）を制御することができる。電力コンバータは、第１の相互接続点（ＰＯＩ）にて電力網に結合される。ＥＭＳは、第１のＰＯＩを含む特定の規制ゾーンに対して電力流及び電力網安定性を管理する。ＥＭＳは、電力網の管理のために種々の信号を使用する。本方法は、第１の電力コンバータから第１の電力信号、第１の位置信号、及び位相角情報を受け取る段階と、規制ゾーン内の別の施設から第２の電力信号、第２の位置信号、及び位相角情報を受け取る段階と、第１の電力信号、第１の位置信号、第１の位相角情報、第２の電力信号、第２の位置信号、及び第２の位相角情報のあらゆる組み合わせに少なくとも部分的に基づいて、電力コンバータ及びＥＭＳに接続された施設の少なくとも１つの作動を制御する段階を含む。

更に、本明細書で説明される方法及びシステムは、例えば、限定ではないが、太陽光、風力、又は潮力発電システムなどの電力源に対して限定的に制御する発電システムを管理することができる。地理上の位置情報及び電力発生情報を用いて、分散公共ネットワークにおける電力平衡及び規制ゾーンの電圧プロファイルを予測し制御する。

上述の実施形態は、電力変換システムの分散ネットワークの効率的且つコスト効果のある作動を可能にする。本明細書で説明される制御システムは、中央処理デバイスにて収集及び集約された情報に基づき、複数の分散電力コンバータの作動を制御する。

電力変換システムの分散ネットワークの例示的な実施形態を上記で詳細に説明した。本方法及びシステムは、本明細書で説明した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、本システムの構成要素及び／又は本方法のステップは、本明細書で説明した他の構成要素及び／又はステップから独立してかつ別個に利用することができる。本発明の種々の実施形態の特定の特徴は一部の図面で示され、他の図面では示されない場合があるが、これは便宜上のことに過ぎない。本発明の原理によれば、図面の何れかの特徴は、他の何れかの図面のあらゆる特徴と組み合わせて言及し及び／又は特許請求することができる。

本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。

１０ 分散ネットワーク
２０ 第１の電力コンバータシステム
２２ 第２の電力コンバータシステム
２４ 第３の電力コンバータシステム
２６ 電力網
２８ 中央処理デバイス
３０ 第１の相互接続点（ＰＯＩ）
３２ 第２のＰＯＩ
３４ 第３のＰＯＩ
４０ 第１の収集装置
４２ 第１の電力コンバータ
４４ 第２の収集装置
４６ 第２の電力コンバータ
４８ 第１のＤＣ電圧
５０ 第２のＤＣ電圧
５２ センサ
５４ デバイス
６０ 第１のインバータ
６２ 第１の処理デバイス
６４ 第１の全地球位置測定システム（ＧＰＳ）受信機
６６ ＧＡＳ信号
６８ 第２のインバータ
７０ 第２の処理デバイス
７２ 第２のＧＰＳ受信機
８０ バス
８２ プロセッサ
８４ ＲＡＭ
８６ 記憶装置
８８ ＲＯＭ
９０ 入力／出力デバイス
９２ センサインタフェース
９４ 第１のフェーザ測定ユニット（ＰＭＵ）
９６ 第２のＰＭＵ
１５０ フローチャート
１５２ 方法
１５４ 第１の電力信号及び第１の位置信号を受け取る
１５６ 第２の電力信号及び第２の位置信号を受け取る
１５８ 第１の電力コンバータ４２及び第２の電力コンバータ４６の少なくとも１つの作動を制御する
１６０ 発電予測を決定する
１６２ 作動パラメータのネットワークセットを決定する

Claims (8)

1. 第１の相互接続点（ＰＯＩ）（３０）にて電力網（２６）に結合される第１の電力コンバータ（４２）と、
   前記第１の電力コンバータに結合され且つ該第１の電力コンバータの作動を制御するよう構成された、中央処理デバイス（２８）に通信可能に結合された第１の処理デバイス（６２）と、
   前記第１の処理デバイス（６２）に結合され且つ前記第１の電力コンバータの電力出力に関連するデータを収集するよう構成された第１の電力測定装置（９４）と、
   前記第１の処理デバイスに結合され且つ前記第１の電力コンバータの位置に対応する位置情報と、当該位置における時間に対応する時間的情報とを受け取るように構成された第１の全地球位置測定システム（ＧＰＳ）受信機（６４）と、
   前記第１の処理デバイス（６２）に結合され且つ位置依存の作動命令と時間依存の作動命令の少なくとも１つを格納するよう構成されたメモリデバイス（８８）と、
   を備え、
   前記第１の処理デバイス（６２）は、節減された第１のＡＣ電力信号に相当する第１のＡＣ電力を出力するように前記第１の電力コンバータ（４２）の作動を節減し、前記節減された第１のＡＣ電力信号を前記中央処理デバイス（２８）に送る、
   電力変換システム（２０）。
2. 前記第１の処理デバイス（６２）が、前記第１のＧＰＳ受信機（６４）から位置情報を受け取り、前記メモリデバイス（８８）内に格納された位置依存の作動命令にアクセスし、前記第１の電力コンバータの位置に少なくとも部分的に基づいて、前記第１の電力コンバータの作動を制御する作動信号を生成する、請求項１に記載の電力変換システム（２０）。
3. 前記中央処理デバイス（２８）が、前記第１の処理デバイス（６２）且つ前記電力変換システム（２０）とは別個の第２の電力変換システム（２２）に関連する第２の処理デバイス（７０）に通信可能に結合され、
   前記第２の電力変換システムが、
   第２のＰＯＩ（３２）にて前記電力網に結合された第２の電力コンバータ（４６）と、
   前記第２の電力コンバータ（４６）に結合され且つ前記第２の電力コンバータ（４６）の作動を制御するよう構成された第２の処理デバイスと、
   前記第２の処理デバイスに結合され且つ前記第２の電力コンバータによって電力出力に関連するデータを収集するよう構成された第２の電力測定装置（９６）と、
   前記第２の処理デバイスに結合され且つ前記第２の電力コンバータの位置に対応する位置情報及び当該位置における時間に対応する時間的情報を受け取るよう構成された第２のＧＰＳ受信機（７２）と、
   を含む、
   請求項１または２に記載の電力変換システム（２０）。
4. 前記第１の電力測定装置（９４）が第１のフェーザ測定ユニット（ＰＭＵ）を含み、
   前記第２の電力測定装置（９６）が第２のＰＭＵを含み、
   前記第１のＰＭＵ及び第２のＰＭＵが、第１のＰＯＩ（３０）及び第２のＰＯＩ（３２）それぞれにおいてフェーザを測定するよう構成される、
   請求項３に記載の電力変換システム（２０）。
5. 前記第１の処理デバイス（６２）が、前記第１のＧＰＳ受信機（６４）からの時間的情報に基づいてタイムスタンプを前記第１のＰＭＵにより測定されたフェーザに割り当てることにより第１の同期フェーザ信号を構築し、
   前記第２の処理デバイス（７０）が、前記第２のＧＰＳ受信機（７２）からの時間的情報に基づいてタイムスタンプを前記第２のＰＭＵにより測定されたフェーザに割り当てることにより第２の同期フェーザ信号を構築する、
   請求項４に記載の電力変換システム（２０）。
6. 前記中央処理デバイス（２８）が、前記第１の同期フェーザ信号及び前記第２の同期フェーザ信号を受け取り、前記第１の同期フェーザ信号及び前記第２の同期フェーザ信号に少なくとも部分的に基づいて前記第１の電力コンバータ（４２）及び前記第２の電力コンバータ（４６）の少なくとも一方の作動を制御するよう構成される、請求項５に記載の電力変換システム（２０）。
7. 前記第１の処理デバイス（６２）が更に、
   前記第１の電力コンバータが節減されていなかった場合に出力できる電力に相当する潜在的出力電力を決定し、
   前記第１のＡＣ電力及び前記潜在的出力電力に基づいて第１の節減電力を決定し、
   前記第１の節減電力に相当する第１の節減電力信号を前記中央処理デバイスに伝送する、
   ように構成されている、請求項１から６のいずれかに記載の電力変換システム（２０）。
8. 前記中央処理デバイス（２８）が、前記第１のＧＰＳ受信機（６４）により提供される位置情報及び時間的情報のうちの少なくとも１つに少なくとも部分的に基づいて、前記電力網（２６）内に含まれるサーキットブレーカ、タップ切替器、及びキャパシタバンクのうちの少なくとも１つの作動を制御する作動信号を生成するよう構成される、請求項１から７のいずれかに記載の電力変換システム。