JP7014362B2 - スマートグリッドシステム及びその電力管理方法 - Google Patents

Description

本開示の実施例は、スマートグリッドシステムに関し、且つ特にスマートグリッドシステム及びその電力管理方法に関する。

従来のスマートグリッドでは、ユーザー側と電力グリッドの電源側との間の電力の売買には、監視システム（例えばリモートコントロールシステム（Ｒｅｍｏｔｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ、ＲＣＳ））が必要であり、これにより、ユーザー側の電力変換装置が電力会社の電力規制を受け入れることができる。上記の監視システムは、まず電力計（ｐｏｗｅｒ ｍｅｔｅｒ）で測定されたメインラインの電力情報を受信する必要があり、分析が完了した後、さらに対応的に、通信の方法（例えばＲＳ－４８５通信又はワイヤレスフィデリティ（ＷｉＦｉ）など）を通じてコマンドをユーザー側の各電力変換装置の各々に送信することによって、ユーザー側の電力変換装置は要求を満たすエネルギーを放出することができる。しかしながら、一部のユーザーは、売電せずに電力を自家消費したいが、変換装置は電力会社の管理下にないので、誤って電力網に電力を供給する場合がある。このような場合を避けるためにも、監視システムが必要であり、だたし、上記の各電力変換装置の各々の通信プロセス中に伝送、待機、受信、ポーリング（Ｐｏｌｌｉｎｇ）などの時間遅延が避けられないため、リアルタイムで対応できず、所定の時間内にエネルギーを調整できなく、それにより現在の規制要件に違反する可能性がある。

本開示は、負荷と交流グリッドに適用されるスマートグリッドシステムを提出することを目的とする。前記スマートグリッドシステムは、電流測定値を提供するように、前記交流グリッドを流れる全電流を測定するための電流測定ユニットと、前記交流グリッドにカップリングされ、且つ前記負荷に給電するための複数の変換装置と、を備える。前記複数の変換装置は、マスター変換装置と、複数のスレーブ変換装置と、を含み、前記マスター変換装置が、前記電流測定値を受信し、前記電流測定値に従って前記マスター変換装置の出力電力を制御し第１のデューティ信号を提供するために使用される。前記マスター変換装置にカップリングされる前記複数のスレーブ変換装置の１番目のものは、前記第１のデューティ信号を受信し、前記第１のデューティ信号に従って前記複数のスレーブ変換装置の１番目のものの出力電力を制御するために使用される。前記マスター変換装置と前記複数のスレーブ変換装置との間はデイジーチェーンで通信する。

いくつかの実施例において、上記の複数のスレーブ変換装置の１番目のものは、さらに前記第１のデューティ信号に従って第２のデューティ信号を提供するために使用される。

いくつかの実施例において、上記の複数のスレーブ変換装置の２番目のものは、前記第２のデューティ信号を受信し、前記第２のデューティ信号に従って前記複数のスレーブ変換装置の２番目のものの出力電力を制御するために使用される。

いくつかの実施例において、上記の複数の変換装置の各々は、直流電力を受信するための直流入力ポートと、交流電力を出力するための交流出力ポートと、少なくとも前記直流電力に従って前記交流電力を制御するためのマイクロコントローラーユニットと、を含む。

いくつかの実施例において、上記の複数の変換装置の各々は、前記電流測定値を受信するための電流測定ポートをさらに含む。前記マスター変換装置の前記電流測定ポートは前記電流測定値を受信するために使用される。

いくつかの実施例において、上記のマスター変換装置の前記マイクロコントローラーユニットは、前記直流電力と前記電流測定値に従って、前記マスター変換装置の前記交流出力ポートから出力された前記交流電力を制御するために使用される。

いくつかの実施例において、上記の複数の変換装置の各々は、入力／出力ポートをさらに含む。前記複数のマスター変換装置の前記入力／出力ポートは、前記第１のデューティ信号を提供するために使用される。前記複数のスレーブ変換装置の１番目のものの前記入力／出力ポートは、前記第１のデューティ信号を受信し且つ前記第２のデューティ信号を提供するために使用される。

いくつかの実施例において、上記の複数のスレーブ変換装置の１番目のものの前記マイクロコントローラーユニットは、前記直流電力と前記第１のデューティ信号に従って、前記複数のスレーブ変換装置の１番目のものの前記交流出力ポートから出力された前記交流電力を制御するために使用される。

いくつかの実施例において、上記のマスター変換装置は、前記電流測定値に従って前記全電流の流れ方向を判断し、且つ前記全電流の流れ方向に従って前記マスター変換装置の出力電力を制御し前記第１のデューティ信号を提供する。

いくつかの実施例において、上記のマスター変換装置は、前記電流測定値が電流設定値より小さいか否かを判断することによって、前記マスター変換装置の出力電力を制御し前記第１のデューティ信号を提供する。

本開示は、電流測定値を提供するように、交流グリッドを流れる全電流を測定することと、前記交流グリッドにカップリングされる複数の変換装置のマスター変換装置によって前記電流測定値を受信し、前記マスター変換装置は前記電流測定値に従って前記マスター変換装置の出力電力を制御し第１のデューティ信号を提供することと、前記マスター変換装置にカップリングされる前記複数の変換装置の複数のスレーブ変換装置の１番目のものによって前記第１のデューティ信号を受信し、前記複数のスレーブ変換装置の１番目のものは前記第１のデューティ信号に従って前記複数のスレーブ変換装置の１番目のものの出力電力を制御することと、を含むスマートグリッドシステムの電力管理方法を提供することを目的とする。前記複数の変換装置は負荷に給電するために使用される。前記マスター変換装置と前記複数のスレーブ変換装置との間はデイジーチェーンで通信する。

いくつかの実施例において、上記の複数のスレーブ変換装置の１番目のものは前記第１のデューティ信号に従って第２のデューティ信号を提供する。

いくつかの実施例において、上記のスマートグリッドシステムの電力管理方法は、前記複数のスレーブ変換装置の２番目のものによって前記第２のデューティ信号を受信し、前記複数のスレーブ変換装置の２番目のものは前記第２のデューティ信号に従って前記複数のスレーブ変換装置の２番目のものの出力電力を制御することをさらに含む。

いくつかの実施例において、上記のマスター変換装置は、前記電流測定値に従って前記全電流の流れ方向を判断し、且つ前記全電流の流れ方向に応じて前記マスター変換装置の出力電力を制御し前記第１のデューティ信号を提供する。

いくつかの実施例において、前記全電流の流れ方向が前記負荷に流れると、前記マスター変換装置は前記第１のデューティ信号のデューティ比を増加し、前記全電流の流れ方向が前記負荷に流れないと、前記マスター変換装置は前記第１のデューティ信号のデューティ比を減少する。

いくつかの実施例において、前記第１のデューティ信号のデューティ比を増加又は減少した後に、前記マスター変換装置は再び前記全電流の流れ方向を判断し、前記全電流の流れ方向が前記負荷に流れると、前記マスター変換装置は前記第１のデューティ信号のデューティ比を調整しなく、前記全電流の流れ方向は前記負荷に流れないと、前記マスター変換装置は第１のデューティ信号のデューティ比を減少する。

いくつかの実施例において、上記のマスター変換装置は、前記電流測定値が電流設定値より小さいか否かを判断することによって、前記マスター変換装置の出力電力を制御し前記第１のデューティ信号を提供する。

いくつかの実施例において、前記電流測定値が前記電流設定値より小さいと、前記マスター変換装置は前記第１のデューティ信号のデューティ比を増加し、前記電流測定値が前記電流設定値以上であると、前記マスター変換装置は前記第１のデューティ信号のデューティ比を減少する。

いくつかの実施例において、上記の前記第１のデューティ信号のデューティ比を増加又は減少した後に、前記マスター変換装置は再び前記電流測定値が前記電流設定値より小さいか否かを判断し、前記電流測定値が前記電流設定値より小さいと、前記マスター変換装置は前記第１のデューティ信号のデューティ比を調整しなく、前記電流測定値が前記電流設定値以上であると、前記マスター変換装置は前記第１のデューティ信号のデューティ比を減少する。

いくつかの実施例において、上記の複数のスレーブ変換装置の１番目のものは前記第１のデューティ信号のデューティ比が減少するか否かを判断し、前記第１のデューティ信号のデューティ比が減少すると、前記複数のスレーブ変換装置の１番目のものは前記複数のスレーブ変換装置の１番目のものの出力電力を減少し、前記第１のデューティ信号のデューティ比が減少しないと、前記複数のスレーブ変換装置の１番目のものは前記複数のスレーブ変換装置の１番目のものの出力電力が前記複数のスレーブ変換装置の１番目のものの自体の最大電力に達するか否かを判断し、前記複数のスレーブ変換装置の１番目のものの出力電力が前記自体の最大電力に達すると、前記複数のスレーブ変換装置の１番目のものは前記複数のスレーブ変換装置の１番目のものの出力電力を調整しなく、前記複数のスレーブ変換装置の１番目のものの出力電力が前記自体の最大電力に達していないと、前記複数のスレーブ変換装置の１番目のものは前記複数のスレーブ変換装置の１番目のものの出力電力を増加する。

本開示の上記の特徴と利点をより明らかに理解しやすくするために、以下、実施例を挙げ、図面を参照して詳細に説明する。

以下、添付図面を参照して詳しく説明することにより、本開示の態様をよりよく了解することができる。注意すべきなのは、業界標準の慣行によれば、各特徴は一定の縮尺で描かれていない。実質的に、検討をより明確にするために、各特徴のサイズを任意に拡大又は縮小することができる。
本開示の実施例によるスマートグリッドシステムを示すアーキテクチャ模式図である。 本開示の実施例によるスマートグリッドシステムのマスター変換装置を示すアーキテクチャ模式図である。 本開示の実施例によるスマートグリッドシステムのスレーブ変換装置を示すアーキテクチャ模式図である。 本開示の実施例によるスマートグリッドシステムのスレーブ変換装置を示すアーキテクチャ模式図である。 本開示の実施例によるスマートグリッドシステムの通信方法を示す模式図である。 本開示の実施例によるスマートグリッドシステムの電力管理方法を示すフローチャートである。 本開示の実施例によるスマートグリッドシステムのマスター変換装置及びスレーブ変換装置の電力制御方法の第１の適用例を示すフローチャートである。 本開示の実施例によるスマートグリッドシステムのマスター変換装置及びスレーブ変換装置の電力制御方法の第２の適用例を示すフローチャートである。 本開示の実施例によるスマートグリッドシステムのスレーブ変換装置の自体の電力制御方法の適用例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施例を詳細に検討する。しかしながら、理解すべきなのは、実施例は様々な特定の内容で実施されることができる多くの適用可能な概念を提供する。検討及び開示された実施例は、本発明の範囲を限定するためのものではなく、説明するためのものだけである。ここで使用された「第１の」、「第２の」、「第３の」、…などは、順序又は順位の意味を特定する意味ではなく、同一の技術用語で記述される素子又は操作を区別するためのものだけである。

図１は本開示の実施例によるスマートグリッドシステム１００を示すアーキテクチャ模式図である。スマートグリッドシステム１００は、交流グリッド１１０、電流測定ユニット１２０、負荷１３０、変換装置１４０_０、１４０_１、１４０_２及び直流電力装置１５０_０、１５０_１、１５０_２を備える。

図１に示すように、変換装置１４０_０、１４０_１、１４０_２は、交流グリッド１１０にカップリングされ且つ負荷１３０にカップリングされる。本開示の実施例において、負荷１３０は、一般的な家庭用負荷又は交流電力を受け入れる任意の負荷を表すために使用できる。図１に示すように、変換装置１４０_０、１４０_１、１４０_２は、それぞれ直流電力装置１５０_０、１５０_１、１５０_２にカップリングされ、本開示の実施例において、各直流電力装置１５０_０、１５０_１、１５０_２は、回生電源、二次電池又は直流電力を提供できるその他の装置を含んでもよい。本開示の実施例において、変換装置１４０_０、１４０_１、１４０_２はそれぞれ直流電力装置１５０_０、１５０_１、１５０_２から直流電力を受信し且つ交流電力を負荷１３０に出力する。

図１に示すように、電流測定ユニット１２０は交流グリッド１１０と変換装置１４０_０との間にカップリングされる。本開示の実施例において、電流測定ユニット１２０は変流器（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ＣＴ）又はホールセンサ（Ｈａｌｌ Ｓｅｎｓｏｒ）であってもよく、電流測定値（即ち、メインラインを流れる電流値）を変換装置１４０_０に提供するように、交流グリッド１１０を流れる全電流を測定するために使用される。本開示の実施例において、さらに、電流測定ユニット１２０により提供された電流測定値に従って交流グリッド１１０を流れる全電流の流れ方向を取得することができる。

変換装置１４０_０、１４０_１、１４０_２はマスター（Ｍａｓｔｅｒ）変換装置１４０_０とスレーブ（Ｓｌａｖｅ）変換装置１４０_１、１４０_２を含む。図２ａは、本開示の実施例によるスマートグリッドシステム１００のマスター変換装置１４０_０を示すアーキテクチャ模式図である。図２ｂは、本開示の実施例によるスマートグリッドシステム１００のスレーブ変換装置１４０_１を示すアーキテクチャ模式図である。図２ｃは、本開示の実施例によるスマートグリッドシステム１００のスレーブ変換装置１４０_２を示すアーキテクチャ模式図である。

注意すべきなのは、上記のスレーブ（Ｓｌａｖｅ）変換装置１４０_１、１４０_２の数は適用する場合によって異なり、２つに限定されない。

図２ａ、図２ｂ、図２ｃに示すように、マスター変換装置１４０_０とスレーブ変換装置１４０_１、１４０_２の各々は、直流コンバーター１１（ＤＣ－ｔｏ－ＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）、インバーター１２（ＤＣ－ｔｏ－ＡＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）、センサー１３、ブレーカ１４、マイクロコントロールユニット１５、通信ユニット１６、通信ポート１７、電流／電圧測定ユニット１８、入力／出力（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ；Ｉ／Ｏ）ポートＩ／Ｏ_１、Ｉ／Ｏ_２及び電流測定ポートＣＴを含んでもよい。

マスター変換装置１４０_０とスレーブ変換装置１４０_１、１４０_２の各々は直流入力ポートＩＮと交流出力ポートＯＵＴをさらに含む。マスター変換装置１４０_０とスレーブ変換装置１４０_１、１４０_２の直流入力ポートＩＮはそれぞれ直流電力装置１５０_０、１５０_１、１５０_２と直流コンバーター１１との間に設けられ、マスター変換装置１４０_０とスレーブ変換装置１４０_１、１４０_２は直流入力ポートＩＮから直流電力装置１５０_０、１５０_１、１５０_２が出力された直流電力をそれぞれ受信する。交流出力ポートＯＵＴはブレーカ１４と交流グリッド１１０との間に設けられ、マスター変換装置１４０_０とスレーブ変換装置１４０_１、１４０_２は交流出力ポートＯＵＴから交流電力を交流グリッド１１０に出力する。

直流コンバーター１１は、直流入力ポートＩＮから直流電力を受信して変換し、変換された直流電力を出力するようにするために使用され、例えば直流電力を昇圧するための直流コンバーターとする。インバーター１２は、直流コンバーター１１から出力された変換後の直流電力を交流電力に変換するために使用される。センサー１３は、インバーター１２から出力された交流電力を感知するために使用される。ブレーカ１４は、対応する変換装置（１４０_０、１４０_１又は１４０_２）がインバーター１２によって変換された交流電力を正常に出力することができることを確認する場合に、ブレーカ１４をオンにし、それにより交流電力を交流出力ポートＯＵＴから出力して交流グリッド１１０に併入させる。

電流／電圧測定ユニット１８は、変換装置（１４０_０、１４０_１又は１４０_２）の内部で測定される必要がある電流／電圧を測定するために使用される。電流／電圧測定ユニット１８は測定された電流／電圧をマイクロコントロールユニット１５に伝送する。マイクロコントロールユニット１５は受信された電流／電圧に従って、それを乗算して電力情報を取得する。

マイクロコントロールユニット１５は、マイクロコントローラーユニット（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ；ＭＣＵ）、マイクロプロセッサ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ；ＭＰＵ）、特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ；ＡＳＩＣ）又はシステムオンチップ（Ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ａ Ｃｈｉｐ；ＳｏＣ）の中の１つであってもよい。

既知のスマートグリッドシステムにおいて、通信ユニット１６を介して計算された電力情報（電流と電圧情報を含んでもよい）を通信ポート１７によって無線（ｗｉｒｅｌｅｓｓ）（例えばワイヤレスフィデリティ（ＷｉＦｉ））又は有線（ｗｉｒｅｄ）（例えばＲＳ－４８５又はＣＡＮ ｂｕｓ）の通信方法で監視システムに接続し、さらに、管理センター（例えば民間又は国営の電力会社又は電力事業機構）と通信し、管理センターは電力ディスパッチ又は電力管理を行うために依拠を提供し、スマートグリッドシステムの電力情報の把握、統合及び管理を実現する。しかしながら、売電せずに電力を自家消費する場合では、このアーキテクチャの通信方法の処理中に、伝送、待機、受信、ポーリング（Ｐｏｌｌｉｎｇ）などの時間遅延が避けられないため、リアルタイムで応答できず、所定の時間内にエネルギーを調整できなく、それにより現行の規制要件に違反する可能性がある。

図３は、本開示の実施例によるスマートグリッドシステム１００の通信方法を示す模式図である。図３に示すように、マスター変換装置１４０_０とスレーブ変換装置１４０_１、１４０_２との間はデイジーチェーン（ｄａｉｓｙ ｃｈａｉｎ）で通信し、言い換えると、マスター変換装置１４０_０とスレーブ変換装置１４０_１、１４０_２とは入力／出力ポートＩ／Ｏ_１、Ｉ／Ｏ_２を介してデイジーチェーンで逐一に直列に接続される。図２ａ、図２ｂ、図２ｃ及び図３を併せて参照されたく、本開示の実施例において、マスター変換装置１４０_０の電流測定ポートＣＴは、電流測定ユニット１２０により測定された電流測定値を受信するために使用される。マスター変換装置１４０_０のマイクロコントロールユニット１５は、直流電力装置１５０_０から出力された直流電力と電流測定ユニット１２０から出力された電流測定値に従って、マスター変換装置１４０_０の交流出力ポートＯＵＴから出力された交流電力を制御し、言い換えると、マスター変換装置１４０_０のマイクロコントロールユニット１５は、直流電力装置１５０_０から出力された直流電力と電流測定ユニット１２０から出力された電流測定値に従って、マスター変換装置１４０_０の出力電力を制御するために使用される。なお、マスター変換装置１４０_０のマイクロコントロールユニット１５は、さらに電流測定ユニット１２０から出力された電流測定値に従って入力／出力ポートＩ／Ｏ_２を介して第１のデューティ（Ｄｕｔｙ）信号をスレーブ変換装置１４０_１に提供し、前記スレーブ変換装置１４０_１とマスター変換装置１４０_０との通信方法が直列カップリングである。

スレーブ変換装置１４０_１の入力／出力ポートＩ／Ｏ_１は、マスター変換装置１４０_０から提供された第１のデューティ信号を受信するために使用され、且つスレーブ変換装置１４０_１のマイクロコントロールユニット１５は、直流電力装置１５０_１から出力された直流電力と第１のデューティ信号に従って、スレーブ変換装置１４０_１の交流出力ポートＯＵＴから出力された交流電力を制御するために使用され、言い換えると、スレーブ変換装置１４０_１のマイクロコントロールユニット１５は、直流電力装置１５０_１から出力された直流電力と第１のデューティ信号に従って、スレーブ変換装置１４０_１の出力電力を制御するために使用される。なお、スレーブ変換装置１４０_１のマイクロコントロールユニット１５はさらに、第１のデューティ信号に従って入力／出力ポートＩ／Ｏ_２を介して第２のデューティ信号をスレーブ変換装置１４０_２に提供するために使用され、前記スレーブ変換装置１４０_２とスレーブ変換装置１４０_１との通信方法が直列カップリングである。

スレーブ変換装置１４０_２の入力／出力ポートＩ／Ｏ_１は、スレーブ変換装置１４０_１から提供された第２のデューティ信号を受信するために使用され、且つスレーブ変換装置１４０_２のマイクロコントロールユニット１５は、第２のデューティ信号に従ってスレーブ変換装置１４０_２の交流出力ポートＯＵＴから出力された交流電力を制御するために使用され、言い換えると、スレーブ変換装置１４０_２のマイクロコントロールユニット１５は、第２のデューティ信号に従ってスレーブ変換装置１４０_２の出力電力を制御するために使用される。

本開示の実施例において、上記の第１のデューティ信号と第２のデューティ信号は、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ＰＷＭ）を使用して方形波を変調することにより生成されるデューティ比（Ｄｕｔｙ Ｒａｔｉｏ又はＤｕｔｙ Ｃｙｃｌｅ）が０％～１００％の方形波信号である。本開示の実施例において、第１のデューティ信号のデューティ比が大きいほど、スレーブ変換装置１４０_１の出力電力も大きくなる。言い換えると、マスター変換装置１４０_０は提供された第１のデューティ信号のデューティ比を増加すると、スレーブ変換装置１４０_１の出力電力も増加し、マスター変換装置１４０_０は提供された第１のデューティ信号のデューティ比を減少すると、スレーブ変換装置１４０_１の出力電力も減少する。本開示の実施例において、第２のデューティ信号のデューティは大きいほど、スレーブ変換装置１４０_２の出力電力も大きくなる。言い換えると、スレーブ変換装置１４０_１は提供された第２のデューティ信号のデューティ比を増加すると、スレーブ変換装置１４０_２の出力電力も増加し、スレーブ変換装置１４０_１は提供された第２のデューティ信号のデューティ比を減少すると、スレーブ変換装置１４０_２の出力電力も減少する。しかしながら、デューティ比と出力電力の傾向はこれらに限定されず、逆の構成を設定することもでき、例えばデューティ比が大きいほど、出力電力が低くなる。

既知のスマートグリッドシステムと比べて、本開示の実施例によるスマートグリッドシステム１００は、メインラインの電力情報を監視し、通信を介して各変換装置に対して電力制御を行うための監視システムを別途に設置する必要がないため、本開示の実施例によるスマートグリッドシステム１００は、複雑な周辺回線を配置する必要がなく、装置の取り付けコストを削減するだけでなく、装置を維持する人力と時間コストを削減することもでき、密な回線の配置を減らすことで電磁干渉の可能性を減少することができ、さらに、送信電力の損失を低減させて、人力と時間を節約し、周辺回線を簡素化し、電磁干渉を減少し、そしてハードウェアコストを削減する目的を達成する。

また、既知のスマートグリッドシステムと比べて、本開示の実施例によるスマートグリッドシステム１００は、監視システムを介してワイヤレスフィデリティ（ＷｉＦｉ）、ＲＳ－４８５又はＣＡＮ ｂｕｓなどの通信方法によって各変換装置にコマンドを送信するものではなく、本開示の実施例によるスマートグリッドシステム１００のマスター変換装置１４０_０とスレーブ変換装置１４０_１、１４０_２との間はデイジーチェーン（ｄａｉｓｙ ｃｈａｉｎ）で通信し且つデイジーチェーンで入力／出力ポートＩ／Ｏ_１、Ｉ／Ｏ_２を介してコマンド（第１のデューティ信号、第２のデューティ信号）を伝送し、デイジーチェーンの通信方法はそれぞれ独立し、且つ送信されたコマンドのエネルギーは前の変換装置によって提供されるものであり、不必要な伝送、待機、受信、ポーリング（Ｐｏｌｌｉｎｇ）などの時間遅延を避ける。具体的に、本開示の実施例によるスマートグリッドシステム１００は、比較的小さな時間遅延を有するため、リアルタイムで応答でき、且つ所定の時間内にエネルギーを調整することができて、現在の規制要件を満たすようにする。

図４は本開示の実施例によるスマートグリッドシステム１００の電力管理方法１０００を示すフローチャートである。図１と図４を併せて参照されたく、電力管理方法１０００は、工程１１００－１４００を含む。工程１１００では、スマートグリッドシステム１００の電流測定ユニット１２０は、電流測定値を提供するように、交流グリッド１１０を流れる全電流を測定する。工程１２００では、マスター変換装置１４０_０は電流測定ユニット１２０から電流測定値を受信し、且つ電流測定値に従ってマスター変換装置１４０_０の出力電力を制御し、第１のデューティ信号をマスター変換装置１４０_０との通信方法が直列カップリングであるスレーブ変換装置１４０_１に提供する。工程１３００では、スレーブ変換装置１４０_１はマスター変換装置１４０_０から第１のデューティ信号を受信し、且つ第１のデューティ信号に従ってスレーブ変換装置１４０_１の出力電力を制御し、第２のデューティ信号をスレーブ変換装置１４０_２に提供し、該スレーブ変換装置１４０_２とスレーブ変換装置１４０_１との通信方法が直列カップリングである。工程１４００では、スレーブ変換装置１４０_２はスレーブ変換装置１４０_１から第２のデューティ信号を受信し、且つ第２のデューティ信号に応じてスレーブ変換装置１４０_２の出力電力を制御する。

図５は本開示の実施例によるスマートグリッドシステム１００のマスター変換装置１４０_０とスレーブ変換装置１４０_１の電力制御方法の第１の適用例を示すフローチャートである。図５に示すように、工程２１００では、スマートグリッドシステム１００のマスター変換装置１４０_０は電流測定ユニット１２０から電流測定値を受信し、且つ電流測定値に応じて交流グリッド１１０を流れる全電流の流れ方向を判断する。次に、工程２２００では、マスター変換装置１４０_０は交流グリッド１１０を流れる全電流の流れ方向が負荷１３０に流れるか否かを判断し、交流グリッド１１０の全電流が負荷に流れると、全ての変換装置によって提供された電力は、負荷が使用するのに十分ではないことが理解できる。マスター変換装置１４０_０は交流グリッド１１０を流れる全電流の流れ方向が負荷１３０に流れると判断する場合、工程２３００に進み、マスター変換装置１４０_０は交流グリッド１１０を流れる全電流の流れ方向が負荷１３０に流れないと、工程２４００に進む。工程２３００では、マスター変換装置１４０_０はマスター変換装置１４０_０の出力電力を増加し、且つ第１のデューティ信号のデューティ比を増加することにより、スレーブ変換装置１４０_１の出力電力を増加させ、且つ次に、工程２５００に進む。工程２４００では、マスター変換装置１４０_０はマスター変換装置１４０_０の出力電力を減少し、且つ第１のデューティ信号のデューティ比を減少することにより、スレーブ変換装置１４０_１の出力電力を減少させ、且つ次に、工程２５００に進む。工程２５００では、マスター変換装置１４０_０は再び電流測定ユニット１２０から電流測定値を受信し、且つ再び電流測定値に従って交流グリッド１１０を流れる全電流の流れ方向を判断する。続いて、工程２６００では、マスター変換装置１４０_０は再び交流グリッド１１０を流れる全電流の流れ方向が負荷１３０に流れるか否かを判断し、マスター変換装置１４０_０は交流グリッド１１０を流れる全電流の流れ方向が負荷１３０に流れると判断する場合、第１のデューティ信号のデューティ比を調整しなく、このように、フローチャート全体を繰り返して実行し、マスター変換装置１４０_０は交流グリッド１１０を流れる全電流の流れ方向が負荷１３０に流れないと判断する場合、工程２４００に戻る。

具体的に、本開示の実施例によるスマートグリッドシステム１００のマスター変換装置１４０_０とスレーブ変換装置１４０_１の電力制御方法の第１の適用例は、変換装置から出力された交流電力が負荷１３０のみに流れ、交流グリッド１１０に流れない適用例であり、即ち、電力会社に売電せずに自主制御の適用方法である。この第１の適用例では、マスター変換装置１４０_０は交流グリッド１１０を流れる全電流の流れ方向に従ってマスター変換装置１４０_０の出力電力を制御し、且つ交流グリッド１１０を流れる全電流の流れ方向に従って第１のデューティ信号のデューティ比を調整し、スレーブ変換装置１４０_１の出力電力を制御するようにする。

図６は本開示の実施例によるスマートグリッドシステム１００のマスター変換装置１４０_０とスレーブ変換装置１４０_１の電力制御方法の第２の適用例を示すフローチャートである。図６に示すように、工程３１００では、スマートグリッドシステム１００のマスター変換装置１４０_０は電流測定ユニット１２０から電流測定値を受信し、且つ電流測定値が電流設定値より小さいか否かを判断し、前記電流設定値は、例えば操作者による適用する場合に応じて設定された電流閾値又は任意の装置を介してマスター変換装置に送信された電流閾値である。次に、工程３２００では、マスター変換装置１４０_０は電流測定値が電流設定値より小さいと判断する場合、工程３３００に進み、マスター変換装置１４０_０は電流測定値が電流設定値以上であると判断する場合、工程３４００に進む。工程３３００では、マスター変換装置１４０_０は、マスター変換装置１４０_０の出力電力を増加し、且つ第１のデューティ信号のデューティ比を増加することで、スレーブ変換装置１４０_１の出力電力を増加させ、且つ次に工程３５００に進む。工程３４００では、マスター変換装置１４０_０は、マスター変換装置１４０_０の出力電力を減少し、且つ第１のデューティ信号のデューティ比を減少することで、スレーブ変換装置１４０_１の出力電力を減少させ、且つ次に工程３５００に進む。工程３５００では、マスター変換装置１４０_０は再び電流測定ユニット１２０から電流測定値を受信し、且つ再び電流測定値が電流設定値より小さいか否かを判断する。次に、工程３６００では、マスター変換装置１４０_０は電流測定値が電流設定値より小さいと判断する場合、第１のデューティ信号のデューティ比を調整しなく、マスター変換装置１４０_０は電流測定値が電流設定値以上であると判断する場合、工程３４００に戻る。

具体的に、本開示の実施例によるスマートグリッドシステム１００のマスター変換装置１４０_０とスレーブ変換装置１４０_１の電力制御方法の第２の適用例は、電流設定値を設定することによりスマートグリッドシステム１００から交流グリッドに出力するエネルギーを制限するものであり、言い換えると、第２の適用例は、変換装置から出力された交流電力が交流グリッド１１０に流れることを可能にする適用例であり、即ち、自主制御で電力会社に売電する適用方法である。この第２の適用例において、マスター変換装置１４０_０は電流測定値が電流設定値より小さいか否かを判断することによりマスター変換装置１４０_０の出力電力を制御し、且つ電流測定値が電流設定値より小さいか否かを判断することにより第１のデューティ信号のデューティ比を調整して、スレーブ変換装置１４０_１の出力電力を調整するようにする。第２の適用例は、電流設定値のみが第１の適用例と異なり、第１の適用例は電流を交流グリッドに出力することを避けるように電流設定値を設定し、第２の適用例は、必要に応じて電流設定値を増加し、電流を交流グリッドに出力することを許可することができる。

図７は本開示の実施例によるスマートグリッドシステム１００のスレーブ変換装置１４０_１及び／又は１４０_２の自主電力制御方法の適用例を示すフローチャートである。図７に示すように、工程４１００では、スマートグリッドシステム１００のスレーブ変換装置は、受信されたデューティ信号のデューティ比が減少するか否かを判断する。例えば、スレーブ変換装置１４０_１は受信された第１のデューティ信号のデューティ比が減少するか否かを判断する。また例えば、スレーブ変換装置１４０_２は受信された第２のデューティ信号のデューティ比が減少するか否かを判断する。次に、工程４２００では、スレーブ変換装置は受信されたデューティ信号のデューティ比が減少すると判断する場合、工程４３００に進み、スレーブ変換装置は受信されたデューティ信号のデューティ比が減少しないと判断する場合、工程４４００に進む。工程４３００では、スレーブ変換装置はその出力電力を減少する。例えば、スレーブ変換装置１４０_１は、受信された第１のデューティ信号のデューティ比が減少すると判断する場合、スレーブ変換装置１４０_１の出力電力を減少し且つ第２のデューティ信号のデューティ比を減少する。また例えば、スレーブ変換装置１４０_２は、受信された第２のデューティ信号のデューティ比が減少すると判断する場合、スレーブ変換装置１４０_２の出力電力を減少する。工程４４００では、スレーブ変換装置はその出力電力が自体の最大電力に達するか否かを判断し、且つ次に、工程４５００に進む。例えば、スレーブ変換装置１４０_１はスレーブ変換装置１４０_１の出力電力がスレーブ変換装置１４０_１の自体の最大電力に達するか否かを判断する。また例えば、スレーブ変換装置１４０_２はスレーブ変換装置１４０_２の出力電力がスレーブ変換装置１４０_２の自体の最大電力に達するか否かを判断する。工程４５００では、スレーブ変換装置はその出力電力がその自体の最大電力に達すると判断する場合、その出力電力を調整しなく、スレーブ変換装置はその出力電力がその自体の最大電力に達していないと判断し、工程４６００に進む。工程４６００では、スレーブ変換装置はその出力電力を増加する。例えば、スレーブ変換装置１４０_１はスレーブ変換装置１４０_１の出力電力がスレーブ変換装置１４０_１の自体の最大電力に達していないと判断する場合、スレーブ変換装置１４０_１の出力電力を増加し且つ第２のデューティ信号のデューティ比を増加する。また例えば、スレーブ変換装置１４０_２は、スレーブ変換装置１４０_２の出力電力がスレーブ変換装置１４０_２の自体の最大電力に達していないと判断する場合、スレーブ変換装置１４０_２の出力電力を増加する。

具体的に、本開示の実施例によるスマートグリッドシステム１００のスレーブ変換装置１４０_１及び／又は１４０_２の自体の電力制御方法の適用例は、スレーブ変換装置１４０_１／１４０_２が受信された第１／第２のデューティ信号のデューティ比及びその自体の最大電力に応じてその出力電力を制御することを説明した。

ところで、本開示の実施例において、現在の規制要件を満たすために、エネルギーを交流グリッドに送信しないように、一定の時間内に変換装置の出力電力を低下する必要があるため、本開示の実施例によるスマートグリッドシステムは、比較的遅い速度で変換装置の出力電力を増加させることを可能にし、且つ変換装置の出力電力の増加は、全ての変換装置の出力電力が同時に増加してもよいか、各変換装置の出力電力が異なる時点で個別に増加してもよく、しなしながら、現在の規制要件を満たすために、リアルタイムで変換装置の出力電力を降下するように、比較的速い速度で同時に全ての変換装置の出力電力を降下する必要がある。本開示の実施例によるスマートグリッドシステムは、上記のメカニズムを介して自体グリッドのバランスをとる。

以上のように、本開示はスマートグリッドシステム及びスマートグリッドシステムの電力管理方法を提出し、１つのマスター変換装置によって、交流グリッドを流れる全電流の電流測定値を電力ディスパッチ又は電力管理の依拠として、各変換装置の出力電力を調整することにより、スマートグリッドシステムの電力情報の把握、統合及び管理を実現し、且つ同時に現在の規制要件を満たすことができる。

以上で複数の実施例の特徴を叙述するため、当業者は本開示の態様をより良く理解することができる。当業者は、本開示を容易に他のプロセス及び構造を設計又は修正する基礎として、それにより、ここで記載されるこれらの実施例と同じ目標及び／又は同じ利点を達成できることを理解すべきである。当業者は、これらの同等の構造が本開示の精神及び範囲から逸脱せず、また、本開示の精神及び範囲から逸脱せずに様々な変形、置換及び変更を行うことができることも理解される。

１００ スマートグリッドシステム
１１０ 交流グリッド
１２０ 電流測定ユニット
１３０ 負荷
１４０_０、１４０_１、１４０_２ 変換装置
１５０_０、１５０_１、１５０_２ 直流電力装置
１０００ 電力管理方法
１１００～１４０_０、２１００～２６００_、３１００～３６００_、４１００～４６００ 工程
１１ 直流コンバーター
１２ インバーター
１３ センサー
１４ ブレーカ
１５ マイクロコントロールユニット
１６ 通信ユニット
１７ 通信ポート
１８ 電流／電圧測定ユニット
ＩＮ 直流入力ポート
ＯＵＴ 交流出力ポート
Ｉ／Ｏ_１、Ｉ／Ｏ_２ 入力／出力ポート
ＣＴ 電流測定ポート

Claims (20)

1. 負荷と交流グリッドに適用されるスマートグリッドシステムであって、
   電流測定値を提供するように、前記交流グリッドを流れる全電流を測定するための電流測定ユニットと、
   前記交流グリッドにカップリングされて、且つ前記負荷に給電するための複数の変換装置と、
   を備え、
   前記複数の変換装置は、マスター変換装置と、複数のスレーブ変換装置と、を含み、
   前記マスター変換装置が、前記電流測定値を受信し、前記電流測定値に従って前記マスター変換装置の出力電力を制御し第１のデューティ信号を提供するために使用され、
   前記マスター変換装置にカップリングされる前記複数のスレーブ変換装置の１番目のものは、前記第１のデューティ信号を受信し、前記第１のデューティ信号に従って前記複数のスレーブ変換装置の１番目のものの出力電力を制御するために使用され、
   前記マスター変換装置と前記複数のスレーブ変換装置との間はデイジーチェーンで通信するスマートグリッドシステム。
2. 前記複数のスレーブ変換装置の前記１番目のものは、さらに前記第１のデューティ信号に従って第２のデューティ信号を提供するために使用される請求項１に記載のスマートグリッドシステム。
3. 前記複数のスレーブ変換装置の２番目のものは、前記第２のデューティ信号を受信し、前記第２のデューティ信号に従って前記複数のスレーブ変換装置の前記２番目のものの出力電力を制御するために使用される請求項２に記載のスマートグリッドシステム。
4. 前記複数の変換装置の各々は、
   直流電力を受信するための直流入力ポートと、
   交流電力を出力するための交流出力ポートと、
   少なくとも前記直流電力に従って前記交流電力を制御するためのマイクロコントローラーユニットと、
   を含む請求項２に記載のスマートグリッドシステム。
5. 前記複数の変換装置の各々は、電流測定ポートをさらに含み、前記マスター変換装置の前記電流測定ポートは前記電流測定値を受信するために使用される請求項４に記載のスマートグリッドシステム。
6. 前記マスター変換装置の前記マイクロコントローラーユニットは、前記直流電力と前記電流測定値に従って前記マスター変換装置の前記交流出力ポートから出力された前記交流電力を制御するために使用される請求項４に記載のスマートグリッドシステム。
7. 前記複数の変換装置の各々は、入力／出力ポートをさらに含み、前記マスター変換装置の前記入力／出力ポートは前記第１のデューティ信号を提供するために使用され、前記複数のスレーブ変換装置の前記１番目のものの前記入力／出力ポートは前記第１のデューティ信号を受信し且つ前記第２のデューティ信号を提供するために使用される請求項４に記載のスマートグリッドシステム。
8. 前記複数のスレーブ変換装置の前記１番目のものの前記マイクロコントローラーユニットは、前記直流電力と前記第１のデューティ信号に従って前記複数のスレーブ変換装置の前記１番目のものの前記交流出力ポートから出力された前記交流電力を制御するために使用される請求項４に記載のスマートグリッドシステム。
9. 前記マスター変換装置は、前記電流測定値に従って前記全電流の流れ方向を判断し、且つ前記全電流の流れ方向に従って前記マスター変換装置の出力電力を制御し前記第１のデューティ信号を提供する請求項１に記載のスマートグリッドシステム。
10. 前記マスター変換装置は、前記電流測定値が電流設定値より小さいか否かを判断することによって、前記マスター変換装置の出力電力を制御し前記第１のデューティ信号を提供する請求項１に記載のスマートグリッドシステム。
11. 電流測定値を提供するように、交流グリッドを流れる全電流を測定することと、
    前記交流グリッドにカップリングされる複数の変換装置のマスター変換装置によって前記電流測定値を受信し、前記マスター変換装置が前記電流測定値に従って前記マスター変換装置の出力電力を制御し第１のデューティ信号を提供することと、
    前記マスター変換装置にカップリングされる前記複数の変換装置の複数のスレーブ変換装置の１番目のものによって前記第１のデューティ信号を受信し、前記複数のスレーブ変換装置の前記１番目のものは前記第１のデューティ信号に従って前記複数のスレーブ変換装置の前記１番目のものの出力電力を制御することと、
    を含み、
    前記複数の変換装置は負荷に給電するために使用され、前記マスター変換装置と前記複数のスレーブ変換装置との間はデイジーチェーンで通信するスマートグリッドシステムの電力管理方法。
12. 前記複数のスレーブ変換装置の前記１番目のものは、前記第１のデューティ信号に従って第２のデューティ信号を提供する請求項１１に記載のスマートグリッドシステムの電力管理方法。
13. 前記複数のスレーブ変換装置の２番目のものによって前記第２のデューティ信号を受信し、前記複数のスレーブ変換装置の前記２番目のものが前記第２のデューティ信号に従って前記複数のスレーブ変換装置の前記２番目のものの出力電力を制御することをさらに含む請求項１２に記載のスマートグリッドシステムの電力管理方法。
14. 前記マスター変換装置は前記電流測定値に従って前記全電流の流れ方向を判断し、且つ前記全電流の流れ方向に応じて前記マスター変換装置の出力電力を制御し前記第１のデューティ信号を提供する請求項１１に記載のスマートグリッドシステムの電力管理方法。
15. 前記全電流の流れ方向が前記負荷に流れると、前記マスター変換装置は前記第１のデューティ信号のデューティ比を増加し、
    前記全電流の流れ方向が前記負荷に流れないと、前記マスター変換装置は前記第１のデューティ信号のデューティ比を減少する請求項１４に記載のスマートグリッドシステムの電力管理方法。
16. 前記第１のデューティ信号のデューティ比を増加又は減少した後に、前記マスター変換装置は再び前記全電流の流れ方向を判断し、
    前記全電流の流れ方向が前記負荷に流れると、前記マスター変換装置は前記第１のデューティ信号のデューティ比を調整しなく、
    前記全電流の流れ方向は前記負荷に流れないと、前記マスター変換装置は第１のデューティ信号のデューティ比を減少する請求項１５に記載のスマートグリッドシステムの電力管理方法。
17. 前記マスター変換装置は、前記電流測定値が電流設定値より小さいか否かを判断することによって、前記マスター変換装置の出力電力を制御し前記第１のデューティ信号を提供する請求項１２に記載のスマートグリッドシステムの電力管理方法。
18. 前記電流測定値が前記電流設定値より小さいと、前記マスター変換装置は前記第１のデューティ信号のデューティ比を増加し、
    前記電流測定値が前記電流設定値以上であると、前記マスター変換装置は前記第１のデューティ信号のデューティ比を減少する請求項１７に記載のスマートグリッドシステムの電力管理方法。
19. 前記第１のデューティ信号のデューティ比を増加又は減少した後に、前記マスター変換装置は再び前記電流測定値が前記電流設定値より小さいか否かを判断し、
    前記電流測定値が前記電流設定値より小さいと、前記マスター変換装置は前記第１のデューティ信号のデューティ比を調整しなく、
    前記電流測定値が前記電流設定値以上であると、前記マスター変換装置は前記第１のデューティ信号のデューティ比を減少する請求項１８に記載のスマートグリッドシステムの電力管理方法。
20. 前記複数のスレーブ変換装置の前記１番目のものは、前記第１のデューティ信号のデューティ比が減少するか否かを判断し、
    前記第１のデューティ信号のデューティ比が減少すると、前記複数のスレーブ変換装置の前記１番目のものは前記複数のスレーブ変換装置の前記１番目のものの出力電力を減少し、
    前記第１のデューティ信号のデューティ比が減少しないと、前記複数のスレーブ変換装置の前記１番目のものは前記複数のスレーブ変換装置の前記１番目のものの出力電力が前記複数のスレーブ変換装置の前記１番目のものの自体の最大電力に達するか否かを判断し、
    前記複数のスレーブ変換装置の前記１番目のものの出力電力が前記自体の最大電力に達すると、前記複数のスレーブ変換装置の前記１番目のものは前記複数のスレーブ変換装置の前記１番目のものの出力電力を調整しなく、
    前記複数のスレーブ変換装置の前記１番目のものの出力電力が前記自体の最大電力に達していないと、前記複数のスレーブ変換装置の前記１番目のものは前記複数のスレーブ変換装置の前記１番目のものの出力電力を増加する請求項１７に記載のスマートグリッドシステムの電力管理方法。

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