TW202213894A - 具有雙向換流器之燃料電池操作方法 - Google Patents

具有雙向換流器之燃料電池操作方法 Download PDF

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Abstract

本發明揭示一種微電網系統，其包含：第一及第二直流(DC)電源，其電連接至各自第一及第二DC電功率匯流排；一第一不斷電模組，其電連接至該第一DC電功率匯流排且經組態以連接至一交流(AC)負載；一第二不斷電模組，其電連接至該第二DC電功率匯流排且經組態以連接至該AC負載；一第一雙向AC/DC換流器，其具有一DC端及一AC端，其中該第一DC電功率匯流排連接至該第一雙向AC/DC換流器之該DC端；一第二雙向AC/DC換流器，其具有DC端及AC端，其中該第二DC電功率匯流排連接至該第二雙向AC/DC換流器之該DC端；及一AC電功率匯流排，其在該第一及該第二雙向AC/DC換流器之AC端處連接至該第一及該第二雙向AC/DC換流器。

Description

具有雙向換流器之燃料電池操作方法
本發明大體上係針對發電系統，且特定言之，本發明係針對一種燃料電池系統，其有效地管理燃料電池功率輸出以解決使用雙向換流器之燃料電池系統電源供應器之劣化。
諸如燃料電池之電化學裝置可高效率地將儲存於燃料中之能量轉換為電能。在諸如一固態氧化物燃料電池(SOFC)系統之一燃料電池系統中，氧化流通過燃料電池之陰極側，而一燃料進口流通過燃料電池之陽極側。氧化流通常係空氣，而燃料流可為烴燃料，諸如甲烷、天然氣、戊烷、乙醇或甲醇。燃料電池能够將帶負電荷氧離子自陰極流動流傳輸至陽極流動流，其中離子與游離氫或烴分子中之氫結合以形成水蒸汽及/或與一氧化碳結合以形成二氧化碳。來自帶負電荷離子之過剩電子透過完成於陽極與陰極之間的一電路選路回至燃料電池之陰極側，導致流動通過電路之一電流。
根據一實施例，一種微電網系統包含：一第一直流(DC)電源，其電連接至一第一DC電功率匯流排；一第二DC電源，其電連接至一第二DC電功率匯流排；一第一不斷電模組，其電連接至該第一DC電功率匯流排且經組態以連接至一交流(AC)負載；一第二不斷電模組，其電連接至該第二DC電功率匯流排且經組態以連接至該AC負載；一第一雙向AC/DC換流器，其具有一DC端及一AC端，其中該第一DC電功率匯流排連接至該第一雙向AC/DC換流器之該DC端；一第二雙向AC/DC換流器，其具有一DC端及一AC端，其中該第二DC電功率匯流排連接至該第二雙向AC/DC換流器之該DC端；及一AC電功率匯流排，其在該第一及該第二雙向AC/DC換流器之AC端處電連接至該第一及該第二雙向AC/DC換流器。
根據另一實施例，一種微電網系統包括：一第一直流(DC)電源，其電連接至一第一DC電功率匯流排；一第二DC電源，其電連接至一第二DC電功率匯流排；一第一不斷電模組，其電連接至該第一DC電功率匯流排且經組態以經由至少一負載電功率匯流排連接至一交流(AC)負載；一第二不斷電模組，其電連接至該第二DC電功率匯流排且經組態以經由該至少一負載電功率匯流排連接至該AC負載；一第一AC/DC換流器，其具有一DC端及一AC端，其中該第一DC電功率匯流排連接至該第一AC/DC換流器之該DC端；一第二AC/DC換流器，其具有一DC端及一AC端，其中該第二DC電功率匯流排連接至該第二AC/DC換流器之該DC端；一自動切換開關(ATS)，其具有一負載終端、一應急終端及經組態以連接至一電功率公用電網之一正常終端；一第一AC電功率匯流排，其在該第一及該第二AC/DC換流器之AC端處電連接至該第一及該第二AC/DC換流器，且電連接至該ATS之該負載終端；及一第二AC電功率匯流排，其電連接至該ATS之該應急終端且電連接至該至少一負載電功率匯流排。
將參考附圖詳細描述各種實施例。在可能情況下，相同元件符號將用於所有圖式中以係指相同或類似部分。參考特定實例及實施方案係為了說明且不意欲限制申請專利範圍之範疇。
各種實施例包含電路、電組件及用於管理一微電網系統(諸如一燃料電池微電網系統)以解決燃料電池微電網系統電源供應器之劣化及不平衡之方法。在一些實施例中，燃料電池微電網系統可經組態以經由雙向交流(AC)/直流(DC)換流器選擇性地電連接並聯功率模組叢集。在一些實施例中，回應於歸因於一第一功率模組及/或一第一功率模組叢集之劣化及/或故障所導致之一第一DC電功率匯流排上之電功率供應不足，一第一雙向AC/DC換流器可經組態以選擇性地將第一DC電功率匯流排電連接至一AC電功率匯流排。第一雙向AC/DC換流器可經組態以自AC電功率匯流排匯入及整流AC電功率以將DC電功率提供至第一DC電功率匯流排。在一些實施例中，由第一雙向AC/DC換流器匯入之AC電功率可包含來自一電功率公用電網之AC電功率。在一些實施例中，回應於由一第二功率模組叢集產生之一第二DC電功率匯流排上之電功率供應過多，一第二雙向AC/DC換流器可經組態以選擇性地將第二DC電功率匯流排電連接至AC電功率匯流排。第二雙向AC/DC換流器可經組態以自第二DC電功率匯流排匯出及逆變DC電功率以將AC電功率提供至AC電功率匯流排。在一些實施例中，由第一雙向AC/DC換流器匯入之AC電功率可包含由第二雙向AC/DC換流器匯出之AC電功率。
燃料電池微電網系統可使用並聯電連接至一負載且經組態以將等量電功率提供至負載以滿足一負載需求之多個功率模組叢集來組態。當任何功率模組叢集無法供應等量電功率時，例如歸因於功率模組叢集之一功率模組之劣化及/或故障，供應功率模組叢集之功率變得不相等。據此回應，歸因於由功率模組叢集之各者提供之電功率之不平衡，一燃料電池微電網系統可經組態以減少自功率模組叢集供應至負載之電功率，使得各功率模組叢集將一較低等量電功率供應至負載。較低等量電功率可基於具有一最低發電能力之功率模組叢集之一電源供應器。因而，由功率模組叢集供應至負載之組合電功率減少。至負載之可產生大於較低等量電功率之電功率之功率模組叢集未經充分利用以供電負載。當負載需求高於使用較低等量電功率供應功率模組群之組合電功率時，可發生負載下降。
本文中所描述之實施例可減輕微電網系統之以上問題，諸如使用並聯電連接至一負載且經組態以將等量電功率提供至負載以滿足一負載需求之多個功率模組叢集所組態之燃料電池微電網系統。微電網系統可包含任何數目個功率模組叢集(諸如燃料電池功率模組叢集及/或其他電源功率模組叢集)，其並聯電連接至負載，使得多個功率模組叢集可基於微電網狀態將等量或不等量之電功率提供至負載以滿足一負載需求。功率模組叢集可電連接至DC電功率匯流排且將DC電功率提供至DC電功率匯流排。微電網系統可包含任何數目個雙向AC/DC換流器，其經組態以選擇性地將DC電功率匯流排電連接至一AC電功率匯流排。各雙向AC/DC換流器可經組態以回應於DC電功率匯流排上大於一臨限值電壓之一電壓而自一DC電功率匯流排匯出及逆變DC電功率以將AC電功率提供至AC電功率匯流排。各雙向AC/DC換流器可經進一步組態以回應於DC電功率匯流排上小於一臨限值電壓之一電壓而自AC電功率匯流排匯入及整流AC電功率以將DC電功率提供至一DC電功率匯流排。在一些實施例中，臨限值電壓可為來自功率模組叢集之各者之相等電源供應可滿足負載需求之一電壓。在一些實施例中，臨限值電壓可為一靜態值。在一些實施例中，臨限值電壓可為基於負載需求之一動態值。在一些實施例中，由一雙向AC/DC換流器自AC電功率匯流排匯入之AC電功率可包含由另一雙向AC/DC換流器匯出至AC電功率匯流排之AC電功率。
在一些實施例中，微電網系統可為一獨立燃料電池微電網系統，使得燃料電池微電網系統不與一電功率公用電網電連接。在一些實施例中，微電網系統可電連接或選擇性地電連接至一電功率公用電網。在一些實施例中，由一雙向AC/DC換流器匯出至AC電功率匯流排之AC電功率可提供至電功率公用電網。在一些實施例中，由一雙向AC/DC換流器自AC電功率匯流排匯入之AC電功率可包含由電功率公用電網提供之AC電功率。在一些實施例中，由一雙向AC/DC換流器匯出至AC電功率匯流排之AC電功率可提供至一輔助電功率儲存單元，且由一雙向AC/DC換流器自AC電功率匯流排匯入之AC電功率可由輔助電功率儲存單元提供。在一些實施例中，AC電功率匯流排上之過剩AC電功率可由一電功率耗散單元(諸如一電阻器負載)耗散。
圖1繪示包括模組化燃料電池系統之一DC電源之一實例，該模組化燃料電池系統更完全地描述於美國專利第8,440,362號(以引用的方式併入本文中用於描述模組化燃料電池系統)中。模組化系統可含有上述及描述於美國專利第9,190,693號(以引用的方式併入本文中用於描述模組化燃料電池系統)中之模組及組件。燃料電池系統封閉體10之模組化設計提供彈性系統安裝及操作。
模組化燃料電池系統封閉體10包含複數個功率模組外殼12 (含有一燃料電池功率模組組件)、一或多個燃料輸入(即，燃料處理)模組外殼16及一或多個功率調節(即，電輸出)模組外殼18。例如，系統封閉體可包含任何所欲數目個模組，諸如2至30個功率模組，例如6至12個功率模組。圖1繪示含有在一共同基底20上之六個功率模組(一列六個並排堆疊之模組)、一燃料處理模組及一功率調節模組之一系統封閉體10。各模組可包括其自身機櫃或外殼。替代地，功率調節及燃料處理模組可組合成定位於一機櫃或外殼14中之一單一輸入/輸出模組。為簡潔起見，下文將各外殼12、14、16、18指稱為「模組」。
儘管展示一列功率模組12，但系統可包括一個以上列模組12。例如，系統可包括兩列背對背堆疊之功率模組。
各功率模組12經組態以收容一或多個熱箱13。各熱箱含有一或多個燃料電池堆疊或柱(未清楚展示)，諸如具有由導電互連板分離之一陶瓷氧化物電解質之一或多個固態氧化物燃料電池堆疊或柱。亦可使用其他燃料電池類型，諸如PEM、熔融碳酸鹽、磷酸等等。
模組化燃料電池系統封閉體10亦含有一個或多個輸入或燃料處理模組16。此模組16包含一機櫃，其含有用於預處理燃料之組件，諸如脫硫劑床。燃料處理模組16可經設計以處理不同類型之燃料。例如，一柴油燃料處理模組、一天然氣燃料處理模組及乙醇燃料處理模組可提供於相同機櫃或單獨機櫃中。針對一特定燃料定制之一不同床組合物可提供於各模組中。(若干)處理模組16可處理選自以下自一管線提供之天然氣、壓縮天然氣、甲烷、丙烷、液化石油氣、汽油、柴油、家用取暖油、煤油、JP-5、JP-8、航空燃料、氫、氨、乙醇、甲醇、合成氣、生物氣、生物柴油及其他適合烴或含氫燃料之至少一燃料。視期望，一重組器17可位於燃料處理模組16中。替代地，若期望將重組器17與(若干)燃料電池堆疊熱整合，則一單獨重組器17可位於一各自功率模組12中之各熱箱13中。此外，若使用內部重組燃料電池，則可完全省略一外部重組器17。
模組化燃料電池系統封閉體10亦含有一或多個功率調節模組18。功率調節模組18包含一機櫃，其含有用於將產生DC功率之燃料電池堆疊轉換為AC功率之組件、用於將AC功率輸出至電網之電連接器、用於管理電瞬態之電路、一系統控制器(例如一電腦或專用控制邏輯裝置或電路)。功率調節模組18可經設計以將來自燃料電池模組之DC功率轉換為不同AC電壓及頻率。可提供208 V、60 Hz；480 V，60 Hz；415 V、50 Hz及其他常用電壓及頻率之設計。
燃料處理模組16及功率調節模組18可收容於一輸入/輸出機櫃14中。若提供一單一輸入/輸出機櫃14，則模組16及18可垂直定位(例如功率調節模組18組件在燃料處理模組16脫硫劑罐/床上方)或並排於機櫃14中。
如圖1中之一實例實施例所展示，一輸入/輸出機櫃14經提供用於線性並排配置於輸入/輸出模組14之一側上之一列六個功率模組12。模組列可(例如)相鄰系統為其提供功率之一建築物定位(例如模組之機櫃之背部面向建築物壁)。儘管展示一列功率模組12，但系統可包含一個以上列模組12。例如，如上文所提及，系統可包含兩列背對背堆疊之功率模組。
功率模組12及輸入/輸出模組14之各者包含一門30 (例如艙口、通路板等等)以允許進入模組之內部組件(例如用於維護、修理、替換等等)。根據一實施例，模組12及14配置於僅在各機櫃之一面上具有門30以允許一連續列系統在端處彼此頂接安裝之一線性陣列中。依此方式，燃料電池封閉體10之大小及容量可使用額外模組12或14及基底20調整，其中既有模組12及14及基底20所需之重新配置最少。視期望，模組14之門30可在機櫃之側面而非前面上。
圖2繪示包含一燃料電池堆疊或柱40之一燃料電池系統熱箱13之一平面圖。熱箱13經展示以包含燃料電池堆疊或柱40。然而，熱箱13可包含兩個或更多個堆疊或柱40。堆疊或柱40可包含彼此堆疊之電連接燃料電池45，其中互連件50安置於燃料電池45之間。堆疊或柱中之第一及最後燃料電池45安置於一各自端板60及互連件50之間。端板60電連接至燃料電池堆疊或柱40之電輸出。熱箱13可包含其他組件，諸如燃料導管、空氣導管、密封件、電接點等等，且可併入包含核電廠配套設施組件之一燃料電池系統中。燃料電池45可為固態氧化物燃料電池，其含有一陶瓷電解質(諸如釔穩定氧化鋯(YSZ)或鈧穩定氧化鋯(SSZ))、一陽極電極(諸如鎳-YSZ、鎳-SSZ或摻雜鎳釤氧化鈰(SDC)金屬陶瓷)及一陰極電極(諸如鑭鍶錳氧化物(LSM))。互連件50及/或端板60可包括任何適合不透氣及導電材料，諸如鉻鐵合金(諸如含有4 wt%至6 wt%鐵及平衡鉻之合金)。互連件50電連接相鄰燃料電池45且為燃料及空氣提供通道以到達燃料電池45。
燃料電池系統(諸如模組化燃料電池系統封閉體10)可包含及/或由各種支援設備來增強。支援設備可包含各種輔助設備及系統以支援燃料電池系統之運行。支援設備可基於燃料電池系統安裝之一位點之約束及/或特徵而變動。作為非限制性實例，支援設備可包含燃料支援設備、空氣支援設備及/或通風支援設備。一類型之燃料支援設備可包含經組態以控制燃料電池系統中之燃料供應及/或排放壓力之設備(諸如一燃料鼓風機或泵)以將燃料供應至燃料電池系統，在燃料電池系統中循環燃料/排放，及/或自燃料電池系統排放燃料。另一類型之燃料支援設備可經組態以處理燃料電池系統之燃料，諸如一燃料預熱器、排氣洗滌器等等。亦可使用其他類型之燃料支援設備。一類型之空氣支援設備可為經組態以將空氣提供至燃料電池系統中及/或自燃料電池系統排出空氣之供氣設備，諸如將空氣提供至一燃料電池陰極、一陽極尾氣氧化劑(ATO)、一空氣熱交換器、一CPOx反應器等等及/或自其排出空氣之一鼓風機或風扇。亦可使用其他類型之空氣支援設備。一類型之通風支援設備可包含經組態以自熱箱外部之外殼部分(例如在模組化燃料電池系統封閉體10內但熱箱13本身外部之部分)通風及/或在該部分中循環空氣之設備，諸如將封閉體10內之空氣吹出封閉體10以維持一可接受封閉體10壓力之一通風風扇。亦可使用其他類型之通風支援設備。支援設備，尤其是包含電動馬達之支援設備可需要交流(AC)功率，例如單相、兩相或三相AC功率，用於運行。
圖3至圖5繪示具有雙向AC/DC換流器之一微電網系統之多個實施例，諸如一燃料電池微電網系統。一微電網系統可包含各種組件，其包含功率模組12、功率模組叢集300、雙向AC/DC換流器302、不斷電模組304、AC電功率匯流排306、DC電功率匯流排308及負載電功率匯流排310之任何數目及組合。功率模組12可包括上述燃料電池功率模組及/或任何其他類型之DC電源功率模組，諸如太陽能電池功率模組等等。微電網系統可包含任何數目個控制裝置(本文中亦指稱控制器) 314，其經組態以經由任何數目「R」個有線及/或無線連接A1至AR自微電網系統之組件之任何數目及組合接收資料信號，且將控制信號發送至微電網系統之組件之任何數目及組合。(若干)控制裝置314可為任何形式之可程式化運算裝置或系統(諸如一伺服器或系統控制裝置)，其可經組態以執行各種實施例之操作，包含本文中參考圖6至圖8所描述之方法600、700、800之操作。微電網系統可電連接至經組態以使用AC電功率操作之一AC負載312。各不斷電模組304可經組態以經由一負載電功率匯流排310將一相同電功率量提供至AC負載312。在一些實施例中，微電網系統可電連接至一AC電源，諸如一電功率公用電網316。為簡單起見，下文將描述包含燃料電池功率模組12之一燃料電池微電網。圖3至圖5繪示意謂作為說明性實例而非限制申請專利範圍之範疇之各種實施例。
一燃料電池微電網系統可包含任何數目「M」個功率模組叢集300，諸如2至20，例如2至6。各功率模組叢集300可包含可如本文中參考圖1所描述般組態之任何數目個燃料電池功率模組12。在一些實施例中，各功率模組叢集300可包含任何數目「N」個功率模組12，諸如1至12，例如5至10。在一些實施例中，包含於一功率模組叢集300中之功率模組12之數目可在各種功率模組叢集300之間變動。一單一功率模組叢集300之功率模組12可能不足以產生電功率以滿足AC負載312之至少正常電功率需求。在燃料電池微電網系統中之多個功率模組叢集300中被分割之功率模組12之數目可為產生足够總電功率以滿足AC負載312之至少正常電功率需求所需之至少相同數目之功率模組12。類似地，在燃料電池微電網系統中之多個功率模組叢集300中被分割之功率模組12之數目可為自各功率模組叢集300產生一等量電功率以滿足AC負載312之至少正常電功率需求所需之至少相同數目之功率模組12。在各種實施例中，功率模組12之數目可包含任何數目個冗餘功率模組12，使得在自至少一功率模組12電輸出減少或無電輸出之情況中，一冗餘功率模組12可用於繼續供應AC負載312之電功率需求。
一功率模組叢集300可電連接至一各自DC電功率匯流排308，且經組態以將DC電功率供應至DC電功率匯流排308。功率模組叢集300可依一方式組態，其中，在正常操作下，諸如在預期劣化參數內及/或在一功率模組12無故障之情況下，功率模組叢集300可提供滿足AC負載312之電功率需求所需之電功率之至少一部分。較佳地，功率模組叢集300可依一方式組態，其中，在正常操作下，功率模組叢集300可為經由DC電功率匯流排308電連接至功率模組叢集300之一各自不斷電模組304提供足够電功率，以將與燃料電池微電網系統之其他不斷電模組304相同之一電功率量提供至AC負載312。
一不斷電模組304可經由一各自DC電功率匯流排308電連接至一各自功率模組叢集300，且可經由負載電功率匯流排310電連接至AC負載312。不斷電模組304可經組態為或以包含一DC/AC換流器。不斷電模組304可經組態以將自一電源(例如自(若干)功率模組叢集300)接收之一DC電功率逆變為一AC電功率。不斷電模組304可含有經組態以在一輸入端處接收DC電功率且在一輸出端處供應AC電功率之單向DC/AC換流器。在一些實施例中，電源可包含一功率模組叢集300及/或一功率模組12、一電功率公用電網316、一輔助電功率儲存單元500 (如圖5中所展)之任何數目及組合，如本文中參考圖3至圖5所進一步描述。不斷電模組304可經由DC電功率匯流排308在輸入端處電連接至電源之任何數目及組合。不斷電模組304可經由負載電功率匯流排310在輸出端處電連接至AC負載312。由不斷電模組304自一或多個電源接收之一DC電功率可由不斷電模組304逆變，且作為一AC電功率供應至AC負載312。在一些實施例中，不斷電模組304可經組態以(例如)基於AC負載312之電功率組態及/或AC負載312之電功率需求來供應具有一給定電壓及/或電流之一指定電功率量。在一些實施例中，燃料電池微電網系統之各不斷電模組304可經組態以接收一相同輸入DC電功率量且輸出一相同輸出AC電功率量。一燃料電池微電網系統可包含任何數目「Q」個不斷電模組304，其各者安置於一電源與AC負載312之間。在一些實施例中，一燃料電池微電網系統可包含一對一比率之功率模組叢集300與不斷電模組304，使得Q＝M。
一雙向AC/DC換流器302可經由一各自DC電功率匯流排308選擇性地電連接至一各自功率模組叢集300，且可經由一AC電功率匯流排306選擇性地電連接至其他雙向AC/DC換流器302。雙向AC/DC換流器302可經組態以將在一AC端處自一電源接收之一AC電功率整流為一DC電功率，且將在一DC端處自功率模組叢集300及/或一功率模組12接收之一DC電功率逆變為一AC電功率。在一些實施例中，透過AC電功率匯流排提供AC電功率之電源可包含其他功率模組叢集300及/或其他功率模組12 (即，其經由AC電功率匯流排306電連接至各自雙向AC/DC換流器302，而非經由DC電功率匯流排308連接至各自雙向AC/DC換流器302)、一電功率公用電網316及/或一輔助電功率儲存單元500，如本文中參考圖3至圖5所進一步描述。雙向AC/DC換流器302可經由AC電功率匯流排306在AC端處選擇性地電連接至任何數目及組合之電源。雙向AC/DC換流器302可經由DC電功率匯流排308在DC端處選擇性地電連接至功率模組叢集300及/或功率模組12。由雙向AC/DC換流器302自一或多個電源接收之一AC電功率可由雙向AC/DC換流器302整流且作為一DC電功率供應至其各自DC電功率匯流排308。由雙向AC/DC換流器302經由其各自DC電功率匯流排308自功率模組叢集300及/或功率模組12接收之一DC電源可由雙向AC/DC換流器302逆變且作為一AC電源供應至AC電功率匯流排306。一燃料電池微電網系統可包含任何數目「P」個雙向AC/DC換流器302，其各者安置於AC電功率匯流排306與其各自DC電功率匯流排308之間。在一些實施例中，一燃料電池微電網系統可包含一對一比率之功率模組叢集300與雙向AC/DC換流器302，使得P＝M。
雙向AC/DC換流器302可經組態以回應於DC電功率匯流排308上超過一DC電功率臨限值(諸如一電壓及/或電流臨限值)之一電功率量(諸如一量測電壓及/或電流)而匯出DC電功率(即，將DC電功率逆變為AC電功率)。雙向AC/DC換流器302可經組態以回應於DC電功率匯流排308上小於DC電功率臨限值之一電功率量而匯入AC電功率(即，將AC電功率整流為DC電功率)。在一些實施例中，DC電功率臨限值可為一電壓及/或電流，在此電壓及/或電流下，自功率模組叢集300之各者供應之等量電功率可滿足AC負載312之負載需求。因此，DC電功率匯流排308上超過DC電功率臨限值之DC電功率可為超過不斷電模組304可經由匯流排310輸出至AC負載312之電功率。DC電功率匯流排308上小於DC電功率臨限值之DC電功率可為缺少不斷電模組304可經由匯流排310輸出至AC負載312之電功率。在一些實施例中，DC電功率臨限值可為基於AC負載312之電組態之一靜態值。在一些實施例中，DC電功率臨限值可為基於AC負載312之負載需求之一動態值。
控制器314可直接量測及/或將接收信號解譯為DC電功率匯流排308上之電壓及/或電流。例如，控制器314可直接量測及/或將接收信號解譯為在雙向AC/DC換流器302處及/或來自雙向AC/DC換流器302之DC電功率匯流排308上之電壓及/或電流。控制器314可進一步比較DC電功率匯流排308上之電壓及/或電流與DC電功率臨限值。回應於自比較判定DC電功率匯流排308上之電壓及/或電流超過DC電功率臨限值，控制器314可向雙向AC/DC換流器302發送信號及/或控制雙向AC/DC換流器302以匯出DC電功率。回應於自比較判定DC電功率匯流排308上之電壓及/或電流小於DC電功率臨限值，控制器314可向雙向AC/DC換流器302發送信號及/或控制雙向AC/DC換流器302以匯入AC電功率。因而，當DC電功率匯流排308上之DC電功率超過不斷電模組304可經由匯流排310輸出至AC負載312之電功率時，過剩電功率量可自DC電功率匯流排308輸出至AC電功率匯流排306。當DC電功率匯流排308上之DC電功率缺少不斷電模組304可經由匯流排310輸出至AC負載312之電功率時，電功率缺少量可自AC電功率匯流排306輸入至DC電功率匯流排308。
一或多個雙向AC/DC換流器302之控制可為不斷電模組304之各者將足够DC電功率提供至不斷電模組304之各者，以提供一等量AC電功率以滿足AC負載312之負載需求。因而，不斷電模組304之輸出中之不平衡可藉由匯入AC電功率彌補任何DC電功率匯流排308上之DC電功率之不足來平衡，使得不斷電模組304之各者可提供等量AC電功率。
DC電功率匯流排308可經組態為用於一雙向AC/DC換流器302、一功率模組叢集300及一不斷電模組304之各自群組之一共同電導管。DC電功率匯流排308可經組態以在一各自群組之雙向AC/DC換流器302、功率模組叢集300及不斷電模組304之間傳輸DC電功率。DC電功率匯流排308可電連接各雙向AC/DC換流器302之DC端及不斷電模組304之輸入端。
AC電功率匯流排306可經組態為用於雙向AC/DC換流器302之一共同電導管。AC電功率匯流排306可經組態以在雙向AC/DC換流器302之間傳輸AC電功率。在一些實施例中，AC電功率匯流排306可進一步經組態為用於雙向AC/DC換流器302與電功率公用電網316之間的AC電功率傳輸之一共同電導管。在一些實施例中，AC電功率匯流排306可進一步經組態為用於雙向AC/DC換流器302、電功率公用電網316、輔助功率儲存單元500及/或圖5中所展示之一電功率耗散單元502之間的AC電功率傳輸之一共同電導管。AC電功率匯流排306可電連接雙向AC/DC換流器302之AC端。在一些實施例中，AC電功率匯流排306可電連接雙向AC/DC換流器302及電功率公用電網316、輔助功率儲存單元500及/或電功率耗散單元502之AC端。
負載電功率匯流排310可經組態為用於不斷電模組304之一共同電導管。負載電功率匯流排310可經組態以在不斷電模組304與AC負載312之間傳輸AC電功率。負載電功率匯流排310可電連接各不斷電模組304之AC端及AC負載312。
一AC負載312可經組態以消耗來自燃料電池微電網系統之電功率。在各種實施例中，可由一功率模組12及功率模組叢集300之任何數目及組合將電功率提供至一燃料電池微電網系統。一燃料電池微電網系統可將電功率提供至任何數目個AC負載312。一AC負載312所需之電功率之一電壓及/或安培數可為燃料電池微電網系統上AC負載312之一電功率需求。在一些實施例中，多個AC負載312可需要電功率之電壓及/或安培數在特定要求內，且組合此等要求可呈現燃料電池微電網系統上AC負載312之一電功率需求。
在一些實施例中，控制器314可為經組態以可通信地連接至燃料電池微電網系統之組件之任何數目及組合之一中央控制器314。在一些實施例中，控制器314可為經組態以可通信地連接至燃料電池微電網系統之組件之任何數目及組合之多個分散控制器314。在一些實施例中，控制器314可為燃料電池微電網系統之一獨立控制器。在一些實施例中，控制器314可為燃料電池微電網系統之組件之任何數目及組合之一整合控制器。控制器314之以上組態之任何數目及組合可實施於一燃料電池微電網系統中。
為了說明而描述繪示於圖3至圖5中之實例，且此等實例不意謂限制本文中所作之申請專利範圍及揭示內容之範疇。本文根據兩個功率模組叢集300 (一第一功率模組叢集300 (例如圖3至圖5中之功率模組叢集1)及一第二功率模組叢集(例如圖3至圖5中之功率模組叢集M))及其各自DC電功率匯流排308 (一第一DC電功率匯流排308及一第二電功率匯流排308)，及兩個雙向AC/DC換流器302 (一第一雙向AC/DC換流器302 (例如圖3至圖5中之雙向AC/DC換流器1)及一第二雙向AC/DC換流器302 (例如圖3至圖5中之雙向AC/DC換流器P))來描述此等實例。然而，本文中所繪示及描述之實例適用於大於兩個功率模組叢集300 (例如三個或更多個叢集300)及其各自DC電功率匯流排308 (例如三個或更多個匯流排308)及/或雙向AC/DC換流器302 (例如三個或更多個換流器302)之任何數目。
圖3繪示具有雙向AC/DC換流器302之一燃料電池微電網系統之一實例。燃料電池微電網系統可包含至少一第一雙向AC/DC換流器302及至少一第二雙向AC/DC換流器302，其各者電連接於AC電功率匯流排306與一各自DC電功率匯流排308之間。在此等實施例中，各雙向AC/DC換流器302可經組態以回應於各自DC電功率匯流排308上超過DC電功率臨限值之一電功率量而匯出DC電功率。各雙向AC/DC換流器302可經組態以回應於各自DC電功率匯流排308上小於DC電功率臨限值之一電功率量而匯入AC電功率。
因而，只要將一AC/DC換流器302設定為匯出DC電功率，則在AC電功率匯流排306上可存在可用於另一AC/DC換流器302之AC電功率以匯入AC電功率。例如，第一雙向AC/DC換流器302可經組態以回應於第一DC電功率匯流排308上超過DC電功率臨限值之DC電功率而自第一DC電功率匯流排308匯出DC電功率。第一雙向AC/DC換流器302可在一DC端處自第一DC電功率匯流排308接收DC電功率，將DC電功率逆變為AC電功率，且在一AC端處將AC電功率輸出至AC電功率匯流排306。只要第一DC電功率匯流排308上之DC電功率保持高於DC電功率臨限值，則第一雙向AC/DC換流器302可保持組態以匯出DC電功率。
具有一劣化及/或故障功率模組12 (例如劣化功率模組1)之一第二功率模組叢集300 (例如圖3中之功率模組叢集M)可能無法產生足够DC電功率且無法將其輸出至第二DC電功率匯流排308以滿足及/或超過DC電功率臨限值。回應於第二DC電功率匯流排308上小於DC電功率匯流排臨限值之DC電功率，第二雙向AC/DC換流器302 (例如換流器P)可經組態以自AC電功率匯流排306匯入AC電功率。第二雙向AC/DC換流器302可在一AC端處自AC電功率匯流排306接收AC電功率，將AC電功率整流為DC電功率，且在一DC端處將DC電功率輸出至第二DC電功率匯流排308。只要第二DC電功率匯流排308上之DC電功率保持在DC電功率臨限值以下，則第二雙向AC/DC換流器302可保持組態以匯入AC電功率。
在一些實施例中，燃料電池微電網系統可經由AC電功率匯流排306電連接至一電功率公用電網316。當經組態以自AC電功率匯流排306匯入AC電功率時，第二雙向AC/DC換流器302可自AC電功率匯流排306汲取足够AC電功率以將足够DC電功率提供至第二DC電功率匯流排308，使得第二DC電功率匯流排308上之DC電功率不再小於DC電功率臨限值。在一些情形中，由第一雙向AC/DC換流器302匯出(例如將功率自功率模組叢集1提供至換流器1)且作為AC電功率提供至AC電功率匯流排306之DC電功率可為足以滿足第二雙向AC/DC換流器302及第二DC電功率匯流排308之需要之AC電功率。在一些情形中，由第一雙向AC/DC換流器302匯出且作為AC電功率提供至AC電功率匯流排306之DC電功率可為不足以滿足第二雙向AC/DC換流器302及第二DC電功率匯流排308之需要之AC電功率。在一些情形中，第二雙向AC/DC換流器302可經由AC電功率匯流排306使用來自電功率公用電網316之AC電功率來補充自AC電功率匯流排306匯入且由第一雙向AC/DC換流器302提供之AC電功率量。第二雙向AC/DC換流器302可經由AC電功率匯流排306自電功率公用電網316汲取任何量之AC電功率。例如，自電功率公用電網316汲取之AC電功率量可為由第一雙向AC/DC換流器302提供至AC電功率匯流排306之一AC電功率量與第二雙向AC/DC換流器302所需之一電功率量之間的一差。在另一實例中，自電功率公用電網316汲取之AC電功率量可為第二雙向AC/DC換流器302所需之全部AC電功率量。舉另一例而言，自電功率公用電網316及自由第一雙向AC/DC換流器302提供之AC電功率汲取之AC電功率量可經組態為來自電功率公用電網316與第一雙向AC/DC換流器302之AC電功率之一設定比率或設定量。
圖4繪示具有雙向換流器302且經組態用於選擇性電功率公用電網隔離之一燃料電池微電網系統之一實例。除圖3中所繪示之實例之描述之外，燃料電池微電網系統可包含經組態以經由AC電功率匯流排306選擇性地將燃料電池微電網系統電連接至電功率公用電網316之一選擇性電連接器400。在一些實施例中，選擇性電連接器400可經組態以當AC電功率可自電功率公用電網316獲得時，將AC電功率匯流排306電連接至電功率公用電網316。選擇性電連接器400可經組態以當AC電功率不可自電功率公用電網316獲得時，電斷接電功率公用電網316與AC電功率匯流排306。例如，選擇性電連接器400可經組態以當在一電網事件(諸如一斷電)期間可自電功率公用電網316獲得AC電功率時，將AC電功率匯流排306電連接至電功率公用電網316。選擇性電連接器400可為任何類型之機電或電子組件(例如繼電器或固態開關)，其經組態以允許及防止選擇性電連接器400之一第一端與選擇性電連接器400之一第二端之間的電功率流動。
在一些實施例中，選擇性電連接器400可由控制器314控制。控制器314可直接量測及/或將接收信號解譯為自(例如)在選擇性電連接器400處及/或來自選擇性電連接器400之電功率公用電網316獲得之電壓及/或電流。控制器314可判定是否斷開或閉合選擇性電連接器400，選擇性地電連接或斷接AC電功率匯流排306及電功率公用電網316。在一些實施例中，當控制器314量測及/或解譯存在無或可忽略之自電功率公用電網316獲得之AC電功率時，控制器314可選擇性地電斷接AC電功率匯流排306與電功率公用電網316。在一些實施例中，當控制器314量測及/或解譯存在超過無或可忽略之自電功率公用電網316獲得之AC電功率時，控制器314可選擇性地電連接AC電功率匯流排306及電功率公用電網316。
圖5繪示具有雙向換流器302及輔助電功率儲存及/或電功率耗散之一燃料電池微電網系統之一實例。除圖3及圖4中所繪示之實例之描述之外，燃料電池微電網系統可包含輔助電功率儲存單元500及/或電功率耗散單元502之任何數目及組合。在一些實施例中，一輔助電功率儲存單元500可為任何種類之電、電化學、機電及/或熱能儲存單元。例如，一輔助電功率儲存單元500可為一電池或超級電容器。在一些實施例中，一電功率耗散單元502可為任何種類之電、電化學、機電及/或熱能耗散單元。例如，一輔助電功率儲存單元500可為一電阻器負載。
在第二雙向AC/DC換流器302經設定以自AC電功率匯流排306匯入AC電功率之情形中，在AC電功率匯流排306上可存在比第二雙向AC/DC換流器302需要汲取之多之AC電功率。在第二雙向AC/DC換流器302未經設定以自AC電功率匯流排306匯入AC電功率之情形中，在AC電功率匯流排306上仍可存在AC電功率。AC電功率匯流排306上之過剩AC電功率可由經設定以自第一DC電功率匯流排308及/或電功率公用電網316匯出DC電功率之第一雙向AC/DC換流器302提供至AC電功率匯流排306。
一輔助電功率儲存單元500可電連接至AC電功率匯流排306。在輔助電功率儲存單元500之一電荷小於一電荷電容臨限值之情形中，輔助電功率儲存單元500可使用AC電功率匯流排306上之過剩AC電功率進行充電。在輔助電功率儲存單元500之電荷滿足或超過電荷電容臨限值之情形中，輔助電功率儲存單元500可不使用AC電功率匯流排306上之過剩AC電功率進行充電。在第二雙向AC/DC換流器302經設定以自AC電匯流排306匯入AC電功率且AC電功率匯流排306上無足够AC電功率以滿足第二雙向AC/DC換流器302之AC電功率之需要之情形中，輔助電功率儲存單元500可將AC電功率輸出至AC電功率匯流排306。在一些實施例中，輔助電功率儲存單元500可包含經組態以整流在一AC端處自AC電功率匯流排306接收之AC電功率，且將一DC端處之DC電功率提供至輔助電功率儲存單元500之一雙向AC/DC換流器(未展示)。雙向AC/DC換流器可進一步經組態以轉換在DC端處自輔助電功率儲存單元500接收之DC電功率，且將AC端處之AC電功率提供至AC電功率匯流排306。
在一些實施例中，輔助電功率儲存單元500可由控制器314控制。控制器314可直接量測及/或將接收信號解譯為自(例如)在輔助電功率儲存單元500處及/或來自輔助電功率儲存單元500之AC電功率匯流排306及輔助電功率儲存單元500獲得之電壓及/或電流。控制器314可進一步比較輔助電功率儲存單元500之電壓及/或電流與電荷電容臨限值。回應於當在AC電功率匯流排306上存在一不足AC電功率時自比較判定輔助電功率儲存單元500之電壓及/或電流滿足或超過電荷電容臨限值，控制器314可向輔助電功率儲存單元500發送信號及/或控制輔助電功率儲存單元500以匯出DC電功率。回應於當AC電功率匯流排306上存在過剩AC電功率時自比較判定輔助電功率儲存單元500之電壓及/或電流小於電荷電容臨限值，控制器314可向輔助電功率儲存單元500發送信號及/或控制輔助電功率儲存單元500以匯入AC電功率。
電功率耗散單元502可電連接至AC電功率匯流排306。在選擇性電連接器400斷開(即，AC電功率匯流排306未電連接至電網316)且AC電功率匯流排306上存在過剩AC電功率(即，超過輔助電功率儲存單元500及/或雙向AC/DC換流器302之功率需求)之情形中，過剩AC電功率由電功率耗散單元502耗散。
在一些實施例中，電功率耗散單元502可為經組態以耗散自AC電功率匯流排306接收之AC電功率之一被動裝置。在一些實施例中，電功率耗散單元502可為由控制器314控制之一主動裝置。控制器314可直接量測及/或將接收信號解譯為自(例如)在電功率耗散單元502處及/或來自電功率耗散單元502之AC電功率匯流排306獲得之電壓及/或電流。回應於AC電功率匯流排306上之過剩AC電功率，控制器314可控制電功率耗散單元502及/或向電功率耗散單元502發送信號以耗散過剩AC電功率。
圖6繪示根據各種實施例之用於管理圖4及/或圖5之一燃料電池微電網系統之一方法600。方法600可使用經組態以自雙向AC/DC換流器302、AC電功率匯流排306及/或選擇性電連接器400之任何數目或組合接收信號及/或將控制信號發送至其之一或多個控制器314來實施。為涵蓋提供於各種實施例中之替代組態，實施方法600之硬體在本文中指稱一「控制裝置」。
在判定區塊602中，控制裝置可判定是否可自一電功率公用電網316獲得AC電功率。控制裝置可直接量測及/或將接收信號解譯為自電功率公用電網316獲得之電壓及/或電流，例如在一雙向AC/DC換流器302、一AC電功率匯流排306及/或一選擇性電連接器400處或來自其之電壓及/或電流。若控制裝置量測及/或解譯存在無或可忽略之自電功率公用電網316獲得之AC電功率，則控制裝置判定不存在自電功率公用電網316獲得之AC電功率。若控制裝置量測及/或解譯存在超過無或可忽略之自電功率公用電網316獲得之AC電功率，則控制裝置判定存在自電功率公用電網316獲得之AC電功率。
回應於判定不存在自電功率公用電網316獲得之AC電功率(即，判定區塊602=「否」)，控制裝置可斷開可選區塊604中之選擇性電連接器400。斷開選擇性電連接器400可選擇性地電斷接一燃料電池微電網系統與電功率公用電網316。例如，斷開選擇性電連接器400可選擇性地電斷接燃料電池微電網系統之AC電功率匯流排306與電功率公用電網316。控制裝置可控制及/或向選擇性電連接器400發送信號以斷開。
回應於判定不存在自電功率公用電網316獲得之AC電功率(即，判定區塊602=「否」)，或在斷開可選區塊604中之選擇性電連接器400之後，控制裝置可實施本文中參考圖7進一步描述之方法700之判定區塊702。
回應於判定存在可自電功率公用電網316獲得之AC電功率(即，判定區塊602=「是」)，控制裝置可閉合可選區塊606中之選擇性電連接器400。閉合選擇性電連接器400可選擇性地將燃料電池微電網系統電連接至電功率公用電網316。例如，閉合選擇性電連接器400可選擇性地將燃料電池微電網系統之AC電功率匯流排306電連接至電功率公用電網316。控制裝置可控制及/或向選擇性電連接器400發送信號以閉合。
回應於判定存在自電功率公用電網316獲得之AC電功率(即，判定區塊602=「是」)，或在閉合可選區塊606中之選擇性電連接器400之後，控制裝置可實施本文中參考圖8進一步描述之方法800之判定區塊702。
圖7繪示根據各種實施例之用於在電網獨立模式中(即，當選擇性電連接器400斷開時或若微電網未電連接至電功率公用電網時)管理一燃料電池微電網系統之一方法700。方法700可使用經組態以自雙向AC/DC換流器302、不斷電模組304、AC電功率匯流排306及/或DC電功率匯流排308之任何數目或組合接收信號及/或將控制信號發送至其之一或多個控制器314來實施。為涵蓋提供於各種實施例中之替代組態，實施方法700之硬體在本文中指稱一「控制裝置」。
在判定區塊702中，控制裝置可判定一DC電功率匯流排308上之DC電功率(即，電壓及/或電流)是否小於一DC電功率臨限值，諸如一電壓及/或電流臨限值。在一些實施例中，DC電功率臨限值可為一電壓及/或電流，在此電壓及/或電流下，自功率模組叢集300之各者供應之等量電功率可滿足AC負載312之負載需求。控制裝置可直接量測及/或將接收信號解譯為DC電功率匯流排308上之電壓及/或電流。例如，控制裝置可直接量測及/或將接收信號解譯為在一雙向AC/DC換流器302處及/或來自一雙向AC/DC換流器302之DC電功率匯流排308上之電壓及/或電流。控制裝置可進一步比較DC電功率匯流排308上之電壓及/或電流與DC電功率臨限值。
回應於判定DC電功率匯流排308上之DC電功率小於DC電功率臨限值(即，判定區塊702=「是」)，控制裝置可在區塊704中設定雙向AC/DC換流器302以自AC電功率匯流排306匯入AC電功率。控制裝置可向雙向AC/DC換流器302發送信號及/或控制雙向AC/DC換流器302以匯入AC電功率。
在區塊706中，雙向AC/DC換流器302可在其AC端處自AC電功率匯流排306接收AC電功率。在一些實施例中，雙向AC/DC換流器302可經組態以自AC電功率匯流排306汲取一所欲AC電功率量。在一些實施例中，可基於DC電功率臨限值來預定及組態自AC電功率匯流排306汲取之AC電功率量。在一些實施例中，可基於DC電功率臨限值及DC電功率匯流排上之DC電功率量來組態自AC電功率匯流排306汲取之AC電功率量，諸如DC電功率臨限值與DC電功率匯流排308上之DC電功率量之間的一比較值。在一些實施例中，控制裝置可判定自AC電功率匯流排306汲取之AC電功率量及/或控制雙向AC/DC換流器302及/或向雙向AC/DC換流器302發送關於自AC電功率匯流排306汲取之AC電功率量之信號。
在區塊708中，雙向AC/DC換流器302可整流接收AC電功率。雙向AC/DC換流器302可將AC電功率整流為DC電功率。在區塊710中，雙向AC/DC換流器302可將DC電功率提供至DC電功率匯流排308。
回應於判定DC電功率匯流排308上之DC電功率未低於DC電功率臨限值(即，判定區塊702=「否」)，控制裝置可設定雙向AC/DC換流器302以在區塊712中自DC電功率匯流排308匯出過剩DC電功率(即，DC電功率量高於DC電功率臨限值)。在一些實施例中，回應於DC電功率匯流排308上超過DC電功率臨限值之DC電功率，控制裝置可設定雙向AC/DC換流器302以自DC電功率匯流排308匯出過剩DC電功率。換言之，在一些實施例中，DC電功率匯流排308上之DC電功率可超過(而不僅僅滿足)用於控制裝置之DC電功率臨限值，以設定雙向AC/DC換流器302以自DC電功率匯流排308匯出DC電功率。控制裝置可向雙向AC/DC換流器302發送信號及/或控制其以匯出DC電功率。
在區塊714中，雙向AC/DC換流器302可在其DC端處接收來自DC電功率匯流排308之過剩DC電功率。在一些實施例中，雙向AC/DC換流器302可經組態以自DC電功率匯流排308汲取一定量之過剩DC電功率。在一些實施例中，可基於DC電功率臨限值來預定及組態自DC電功率匯流排308汲取之過剩DC電功率量。在一些實施例中，可基於DC電功率臨限值及DC電功率匯流排308上之DC電功率量來組態自DC電功率匯流排308汲取之過剩DC電功率量，諸如基於DC電功率臨限值與DC電功率匯流排308上之DC電功率量之間的一比較值。在一些實施例中，控制裝置可判定自DC電功率匯流排308汲取之過剩DC電功率量及/或控制雙向AC/DC換流器302及/或向雙向AC/DC換流器302發送自DC電功率匯流排308汲取之DC電功率量。
在區塊716中，雙向AC/DC換流器302可將所接收過剩DC電功率逆變為AC電功率。在區塊718中，雙向AC/DC換流器302可將AC電功率提供至AC電功率匯流排306。
圖8繪示根據各種實施例之用於在一電網連接組態中(即，當微電網電連接至電功率公用電網316時)管理燃料電池微電網系統之一方法800。方法800可使用經組態以自雙向AC/DC換流器302、AC電功率匯流排306、DC電功率匯流排308及/或輔助電功率儲存單元500之任何數目或組合接收信號及/或將控制信號發送至其之一或多個控制器314來實施。為涵蓋提供於各種實施例中之替代組態，實施方法800之硬體在本文中指稱一「控制裝置」。區塊702至區塊718可依如本文中參考圖7之方法700之相同元件符號所描述之一類似方式來實施，且將不再描述。
在區塊710中將DC電功率提供至DC電功率匯流排308之後，控制裝置可判定AC電功率匯流排306上之AC電功率是否(例如經由(若干)其他換流器302自(若干)其他功率模組叢集310及/或自可選儲存裝置500提供之功率)足以整流為DC電功率且滿足可選判定區塊802中之DC電功率臨限值。在一些實施例中，控制器314可直接量測及/或將接收信號解譯為自(例如)在雙向AC/DC換流器302處及/或來自雙向AC/DC換流器302之AC電功率匯流排306獲得之電壓及/或電流。控制裝置可計算整流AC電功率匯流排306上獲得之一AC電功率量是否將足够DC電功率提供至DC電功率匯流排308以滿足DC電功率臨限值。在一些實施例中，控制器314可直接量測及/或將接收信號解譯為自(例如)在雙向AC/DC換流器302處及/或來自雙向AC/DC換流器302之DC電功率匯流排308獲得之電壓及/或電流。控制裝置可藉由整流AC電功率匯流排306上獲得之一AC電功率量來判定由雙向AC/DC電換流器302提供之DC電功率是否將足够DC電功率提供至DC電功率匯流排308以滿足DC電功率臨限值。控制裝置可比較經計算及/或所提供之DC電功率與DC電功率臨限值，以判定AC電功率匯流排306上之AC電功率是否足以滿足DC電功率臨限值。
回應於判定AC電功率匯流排306上之AC電功率足以滿足DC電功率臨限值(即，可選判定區塊802=「是」)，控制裝置可返回至判定區塊702以在判定區塊702中判定一DC電功率匯流排308上之DC電功率是否小於DC電功率臨限值。回應於判定AC電功率匯流排306上之AC電功率不足以滿足DC電功率臨限值(即，可選判定區塊802=「否」)，控制裝置可進入至可選判定區塊804。
在可選判定區塊804中，控制裝置可判定AC電功率之一源滿足DC電功率臨限值。例如，控制裝置可判定是否可自電功率公用電網316及/或自輔助電功率儲存單元500獲得足够AC電功率。接著，控制裝置返回至區塊706。
圖9繪示根據圖5中所繪示之實施例之用於管理輔助電功率儲存單元500及/或電功率耗散單元502燃料電池微電網系統之一方法900。方法900可使用經組態以自雙向AC/DC換流器302、AC電功率匯流排306、輔助電功率儲存單元500及/或電功率耗散單元502之任何數目或組合接收信號及/或將控制信號發送至其之一或多個控制器314來實施。為涵蓋提供於各種實施例中之替代組態，實施方法900之硬體在本文中指稱一「控制裝置」。
在判定區塊902中，控制裝置可判定(例如使用上述方法) AC電功率匯流排306上是否存在過剩AC電功率。過剩AC電功率可為AC電功率匯流排306上超過雙向AC/DC換流器302將足够DC電功率提供至一DC電功率匯流排308以滿足DC電功率臨限值所需之功率之AC電功率。
回應於判定在AC電功率匯流排306上存在過剩AC電功率(即，判定區塊902=「是」)，控制裝置可在判定區塊904中判定一輔助電功率儲存單元500之一電荷是否低於一電荷電容臨限值。控制裝置可直接量測及/或將接收信號解譯為自輔助電功率儲存單元500 (例如在輔助電功率儲存單元500處及/或來自輔助電功率儲存單元500)獲得之電壓及/或電流。控制裝置可比較輔助電功率儲存單元500之電壓及/或電流與電荷電容臨限值，以判定輔助電功率儲存單元500之電荷是否低於電荷電容臨限值。
回應於判定輔助電功率儲存單元500之電荷低於電荷電容臨限值(即，判定區塊904=「是」)，控制裝置可在區塊906中對輔助電功率儲存單元500充電。控制裝置可向輔助電功率儲存單元500發送信號及/或控制輔助電功率儲存單元500以自AC電功率匯流排306匯入AC電功率。輔助電功率儲存單元500可使用來自(若干)功率模組叢集300及/或來自電網316之AC電功率匯流排306上之過剩AC電功率進行充電。
在判定區塊908中，控制裝置可判定在對儲存單元500充電之後，AC電功率匯流排306上是否仍存在過剩AC電功率。控制裝置可依與本文中區塊902所描述之一類似方式來判定AC電功率匯流排306上是否存在過剩AC電功率。另外，控制裝置可直接量測及/或將接收信號解譯為(例如)在電功率耗散單元502處及/或來自電功率耗散單元502之AC電功率匯流排306上獲得之電壓及/或電流。
回應於判定輔助電功率儲存單元500之電荷不低於電荷電容臨限值(即，判定區塊904=「否」，因為儲存單元500被充滿電)，或回應於在對儲存單元500充電之後判定AC電功率匯流排306上仍存在過剩AC電功率(即，判定區塊908=「是」)，在區塊910中，控制裝置可藉由將過剩AC電功率提供至電功率耗散單元502來耗散AC電功率匯流排306上之過剩AC電功率。
回應於判定AC電功率匯流排306上無過剩AC電功率(即，判定區塊908=「否」)，或在區塊910中耗散AC電功率匯流排306上之過剩AC電功率之後，控制裝置可返回至判定區塊902，以在判定區塊902中繼續判定AC電功率匯流排306上是否存在過剩AC電功率。
本發明之實施例之方法及系統提高並聯功率模組叢集之功率利用率。例如，若存在各含有五個功率模組12之兩個功率模組叢集300，則等於DC電功率臨限值之DC電功率經由兩個不斷電模組304自所有十個功率模組12提供AC負載312。若AC/DC換流器302不是雙向的，則當十個功率模組12之一者(例如叢集M中之功率模組1)故障時，因為兩個不斷電模組304經組態以輸出相同功率量(例如各AC負載需求之40%)，因此來自兩個功率模組叢集300之可用於AC負載312之最大功率比DC電功率臨限值小20%。在此情況中，額外20%之功率必須自公用電網316汲取，此意謂所有五個功率模組12以依所欲功率輸出運行之功率模組叢集300(例如叢集1)未充分利用為AC負載供應之功率。
然而，藉由使用本發明之實施例之雙向AC/DC換流器302，自含有故障功率模組之一功率模組叢集300損失之功率可由其中所有功率模組依所欲功率輸出運行之另一功率模組叢集300製成。換言之，當一「弱」功率模組叢集300中之一或多個功率模組12故障或劣化時，則在不干擾不斷電模組304之並聯操作之情況下，損失功率可透過電網並聯換流器302自其他(若干)「健康」功率模組300轉移至「弱」功率模組叢集300。
在此情形中，「健康」功率模組叢集300 (例如叢集1)及其所有功率模組12依所欲功率輸出運行，產生微電網功率輸出之50%，其等於DC電功率臨限值，而「弱」功率模組叢集300(例如叢集M)產生微電網功率輸出之40%，其等於DC電功率臨限值。因此，經由由AC功率匯流排306連接在一起之雙向AC/DC換流器302將「健康」功率模組叢集300之功率輸出之5%導引至「弱」功率模組叢集。在此情況中，兩個不斷電模組304輸出AC負載312之功率需求之45%。
兩個功率模組叢集300可經設計以輸出大於AC負載312之功率需求之50%之功率。在此情況中，損失功率可自另一「健康」功率模組300轉移至「弱」功率模組叢集300，以滿足AC負載312之輸入功率需求。
在一實施例中，功率量及其方向由控制器314基於DC電功率匯流排308之電壓來控制。當一特定DC電功率匯流排308上之電壓降至一臨限值以下時，控制器314注意到給定DC電功率匯流排308上之功率不足，且將對應雙向AC/DC換流器302之方向自功率匯出改變為功率匯入，且可選地將來自電功率公用電網316及/或儲存單元500之功率提供至對應DC電功率匯流排308，直至該DC電功率匯流排上之電壓恢復至一所欲臨限值。DC電功率匯流排308電壓恢復限制自動地判定自電功率公用電網316及/或自儲存單元500所需之功率量(若有)。類似地，當DC電功率匯流排308電壓升高時，則雙向AC/DC換流器302改變其功率方向以匯出且開始增大匯出功率，直至DC電功率匯流排308電壓達到一所欲值。
在一些實施例中，方法600、700、800、900可串聯及/或並聯實施。方法600、700、800、900可週期性地、重複地及/或連續地實施。
根據一實施例，一種微電網系統包含：一第一直流(DC)電源300 (例如叢集1)，其電連接至一第一DC電功率匯流排308；一第二DC電源300 (例如叢集M)，其電連接至一第二DC電功率匯流排308；一第一不斷電模組304 (例如叢集1)，其電連接至第一DC電功率匯流排308且經組態以連接至一交流(AC)負載312；一第二不斷電模組304 (例如叢集Q)，其電連接至第二DC電功率匯流排308且經組態以連接至AC負載312；一第一雙向AC/DC換流器302 (例如換流器1)，其具有一DC端及一AC端，其中第一DC電功率匯流排308連接至第一雙向AC/DC換流器302之DC端；一第二雙向AC/DC換流器302 (例如換流器P)，其具有一DC端及一AC端，其中第二DC電功率匯流排308連接至第二雙向AC/DC換流器302之DC端；及一AC電功率匯流排306，其在第一及第二雙向AC/DC換流器之AC端處電連接至第一及第二雙向AC/DC換流器302。
在一實施例中，微電網系統進一步包括經組態有控制裝置可執行碼之一控制裝置(例如控制器) 314，該控制裝置可執行碼來經組態以引起該控制裝置執行操作，該等操作包括：判定由第一DC電源300輸出至第一DC電功率匯流排308之第一DC電功率是否小於、等於或大於將提供至第一不斷電模組304之一DC電功率臨限值；及回應於判定第一DC電功率小於DC電功率臨限值，由第一雙向AC/DC換流器302自AC電功率匯流排306匯入補充AC電功率，且將一第二DC電功率自第一雙向AC/DC換流器302提供至第一DC電功率匯流排308，使得第一DC電功率及第二DC電功率不小於DC電功率臨限值。
在一實施例中，控制裝置314經組態有控制裝置可執行碼，該控制裝置可執行碼來經組態以引起該控制裝置執行操作，使得：回應於判定第一DC電功率小於DC電功率臨限值，透過第二DC電功率匯流排308將由第二DC電源300輸出之一DC電功率之一部分提供至第二雙向換流器302；及將一補充AC功率自第二雙向AC/DC換流器302提供至AC電功率匯流排306。
在一實施例中，控制裝置314經組態有控制裝置可執行碼，該控制裝置可執行碼來經組態以引起該控制裝置執行操作，使得：回應於判定第一DC電功率大於DC電功率臨限值，將超過DC電功率臨限值之過剩DC電功率提供至第一雙向AC/DC換流器302；在第一雙向AC/DC換流器302中將過剩DC電功率轉換為額外AC電功率；及將額外AC電功率匯出至AC功率匯流排306。
在一實施例中，一選擇性電連接器400電連接至AC電功率匯流排306且可電連接至一電功率公用電網306。控制裝置316經組態有控制裝置可執行碼，該控制裝置可執行碼來經組態以引起該控制裝置執行操作，該等操作進一步包括：判定AC電功率是否可自電功率公用電網316獲得；及回應於判定AC電功率不可自電功率公用電網獲得，藉由斷開選擇性電連接器400來選擇性地電斷接AC電功率匯流排306與電功率公用電網316。
在一實施例中，控制裝置314經組態有控制裝置可執行碼，該控制裝置可執行碼來經組態以引起該控制裝置執行操作，該等操作進一步包括回應於判定第一DC電功率小於DC電功率臨限值：判定AC電功率匯流排306上之補充AC電功率是否足以滿足DC電功率臨限值；及回應於判定AC電功率匯流排306上之補充AC電功率不足以滿足DC電功率臨限值，由第一雙向AC/DC換流器302自電功率公用電網316或輔助電功率儲存單元500之至少一者汲取額外AC電功率。
在一實施例中，控制裝置314經組態有控制裝置可執行碼，該控制裝置可執行碼來經組態以引起該控制裝置執行操作，該等操作進一步包括：判定是否在AC電功率匯流排306上提供過剩AC電功率；判定輔助電功率儲存單元500之一電荷是否超過一電荷臨限值；及回應於判定AC電功率匯流排上存在過剩AC電功率且輔助電功率儲存單元500之電荷未超過電荷臨限值，使用來自AC電功率匯流排306之過剩AC電功率對輔助電功率儲存單元500充電。
在一實施例中，控制裝置314經組態有控制裝置可執行碼，該控制裝置可執行碼來經組態以引起該控制裝置執行操作，該等操作進一步包括：在對輔助電功率儲存單元500充電之後，判定AC電功率匯流排306上是否存在過剩AC電功率且電功率公用電網316是否電連接至AC電功率匯流排306；及回應於判定AC電功率匯流排上存在過剩AC電功率且電功率公用電網316未電連接至AC電功率匯流排306，由一電功率耗散單元502自AC電功率匯流排耗散過剩AC電功率。
在一實施例中，第一DC電源300包括一第一燃料電池功率模組叢集，其包括複數個第一燃料電池功率模組12；第二DC電源300包括一第二燃料電池功率模組叢集，其包括複數個第二燃料電池功率模組12；當至少一第一燃料電池功率模組12故障或劣化時，第一DC電功率小於DC電功率臨限值。第一及第二不斷電模組304包括單向DC/AC換流器。控制裝置314經組態有控制裝置可執行碼，該控制裝置可執行碼來經組態以引起該控制裝置執行操作，使得第一及第二不斷電模組304將一等量AC電功率提供至AC負載312。
圖10繪示具有換流器402及包括一自動切換開關(ATS) 404之一選擇性電連接器之一燃料電池微電網系統之一實例。除圖3及圖4中所繪示之實例之描述之外，燃料電池微電網系統包含ATS 404及一額外AC電功率匯流排406。在此實施例中，換流器402可為如上文所描述之雙向換流器，或可為經組態以將來自功率模組叢集300之DC電功率逆變至AC電功率匯流排306之單向換流器。電功率公用電網316連接至ATS 404之正常(N)終端，AC電功率匯流排306連接至ATS 404之負載(L)終端，且額外AC電功率匯流排406之一第一端連接至ATS 404之應急(E)終端。額外AC電功率匯流排406之第二端連接至負載電功率匯流排310。
在此操作模式中，當電功率公用電網在ATS 404之正常(N)終端上停止供電(即，「失電」)時，一獨立電壓源(例如連接至負載電功率匯流排310之負載312)經由額外AC電功率匯流排406呈現於ATS應急(E)終端上。此引起ATS 404改變位置(即，將負載(L)終端連接至應急(E)終端)，其經由額外AC電功率匯流排406及負載電功率匯流排310將換流器402直接連接至負載312。藉由此連接，換流器402可匯出為一電流源以自不斷電模組304偏移負載312。
如所展示，不斷電模組304仍承載相等功率，但第一換流器402中可用之過剩功率能够到達負載312。若使用雙向換流器302 (而非單向換流器402)，則功率仍可流動透過如圖4及圖5中所描述之第二雙向換流器(P) 302。此外，在圖10之實施例中，輔助功率儲存單元500及/或一電功率耗散單元502可視情況連接至AC電功率匯流排306，如圖5中所展示。
以上方法描述及圖式僅作為說明性實例提供，且不意欲需要或隱含各種實施例之步驟必須依所呈現之順序執行。熟習技術者應瞭解，以上實施例中之步驟之順序可依任何順序執行。此外，諸如「其後」、「接著」、「下一步」等等之用語不意欲限制步驟之順序；此等用語僅用於透過描述方法來引導讀者。
一或多個圖式已用於描述例示性實施例。圖式之使用不意謂相對於所執行之操作之順序限制。例示性實施例之以上描述已被呈現用於說明及描述。關於所揭示之精確形式，本發明不意欲係詳盡之或限制，且鑑於上文教示可進行修改及變動，或可自實踐所揭示之實施例獲得修改及變動。本發明之範疇意欲由其隨附申請專利範圍及其等效物界定。
包含控制裝置301及本文中所描述之連接控制器之控制元件，可使用諸如電腦之運算裝置(其包含可程式化處理器、記憶體及已使用指令程式化以執行特定功能之其他組件)來實施或可實施於經設計以執行指定功能之處理器中。一處理器可為任何可程式化微處理器、微電腦或一或多個處理器晶片，其可由軟體指令(應用)組態以執行各種功能(包含本文中所描述之各種實施例之功能)。在一些運算裝置中，可提供多個處理器。通常，軟體應用在被存取及載入至處理器中之前可儲存於內部記憶體中。在一些運算裝置中，處理器可包含足以儲存應用軟體指令之內部記憶體。
結合本文中所揭示之實施例所描述之各種說明性邏輯區塊、模組、電路及演算法步驟可實施為電子硬體、電腦軟體或兩者之組合。為清楚說明硬體與軟體之此可互換性，上文已大體上根據其功能描述各種說明性組件、區塊、模組、電路及步驟。此功能可實施為硬體或軟體，取決於施加於整個系統上之特定應用及設計約束。熟習技術者可針對各特定應用依變動方式實施所描述之功能，但此等實施決策不應被解譯為引起偏離本發明之範疇。用於實施結合本文中所揭示之態樣描述之各種說明性邏輯、邏輯區塊、模組及電路之硬體可使用一控制裝置來實施或執行，該控制裝置可為或包含一通用處理器、一數位信號處理器(DSP)、一專用積體電路(ASIC)，一場可程式化閘陣列(FPGA)或其他可程式化邏輯裝置、離散閘極或電晶體邏輯、離散硬體組件或經設計以執行本文中所描述之功能之其任何組合。一通用處理器可為一微處理器，但在替代方案中，處理器可為任何習知處理器、控制器、微控制器或狀態機。一處理器亦可實施為運算裝置之一組合，例如一DSP與一微處理器之一組合、複數個微處理器、結合一DSP核心之一或多個微處理器，或任何其他此組態。替代地，一些區塊或方法可由特定於一給定功能之電路系統來執行。
提供所揭示之實施例之以上描述來使熟習技術者能够製造或使用本文中所描述之任何實施例。熟習技術者將易於明白此等實施例之各種修改，且在不背離本發明之範疇之情況下，本文中所界定之一般原理可應用於其他實施例。因此，申請專利範圍不意欲受限於本文中所展示之實施例，而是應被給予與本文中所揭示之申請專利範圍語言及原理及新穎特徵一致之最廣範疇。
10:模組化燃料電池系統封閉體 12:功率模組/功率模組外殼 13:熱箱 14:機櫃/外殼/模組 16:燃料輸入模組外殼 17:重組器 18:功率調節模組外殼 20:基底 30:門 40:燃料電池堆疊或柱 45:燃料電池 50:互連件 60:端板 300:功率模組叢集 302:雙向交流(AC)/直流(DC)換流器 304:不斷電模組 306:AC電功率匯流排 308:DC電功率匯流排 310:負載電功率匯流排 312:AC負載 314:控制裝置/控制器 316:電功率公用電網 400:選擇性電連接器 402:換流器 404:自動切換開關(ATS) 406:額外AC電功率匯流排 500:輔助電功率儲存單元 502:電功率耗散單元 600:方法 602:判定區塊 604:可選區塊 606:可選區塊 700:方法 702:判定區塊 704:區塊 706:區塊 708:區塊 710:區塊 712:區塊 714:區塊 716:區塊 718:區塊 800:方法 802:可選判定區塊 804:可選判定區塊 806:區塊 900:方法 902:判定區塊 904:判定區塊 906:區塊 908:判定區塊 910:區塊 A1至AR:有線及/或無線連接
圖1係根據各種實施例之一燃料電池系統之一透視圖。
圖2係根據各種實施例之一熱箱之一示意性側剖面圖。
圖3係根據一些實施例之具有雙向換流器之一燃料電池微電網系統之一方塊圖。
圖4係根據一些實施例之具有雙向換流器且經組態用於選擇性電功率公用電網隔離之一燃料電池微電網系統之一方塊圖。
圖5係根據一些實施例之具有雙向換流器及輔助電功率儲存及/或電功率耗散之一燃料電池微電網系統之一方塊圖。
圖6係根據一些實施例之用於管理一燃料電池微電網系統之一程序流程圖。
圖7係根據一些實施例之用於管理一燃料電池微電網系統之一程序流程圖。
圖8係根據一些實施例之用於管理一燃料電池微電網系統之一程序流程圖。
圖9係根據一些實施例之用於管理一燃料電池微電網系統之一程序流程圖。
圖10係根據一些實施例之具有換流器及經組態用於選擇性電功率公用電網隔離之一ATS之一燃料電池微電網系統之一方塊圖。
12:功率模組/功率模組外殼
300:功率模組叢集
302:雙向交流(AC)/直流(DC)換流器
304:不斷電模組
306:AC電功率匯流排
308:DC電功率匯流排
310:負載電功率匯流排
312:AC負載
314:控制裝置/控制器
316:電功率公用電網
A1至AR:有線及/或無線連接

Claims (21)

  1. 一種微電網系統，其包括： 一第一直流(DC)電源，其電連接至一第一DC電功率匯流排； 一第二DC電源，其電連接至一第二DC電功率匯流排； 一第一不斷電模組，其電連接至該第一DC電功率匯流排且經組態以連接至一交流(AC)負載； 一第二不斷電模組，其電連接至該第二DC電功率匯流排且經組態以連接至該AC負載； 一第一雙向AC/DC換流器，其具有一DC端及一AC端，其中該第一DC電功率匯流排連接至該第一雙向AC/DC換流器之該DC端； 一第二雙向AC/DC換流器，其具有一DC端及一AC端，其中該第二DC電功率匯流排連接至該第二雙向AC/DC換流器之該DC端；及 一AC電功率匯流排，其在該第一及該第二雙向AC/DC換流器之AC端處電連接至該第一及該第二雙向AC/DC換流器。
  2. 如請求項1之微電網系統，其進一步包括經組態有控制裝置可執行碼之一控制裝置，該控制裝置可執行碼引起該控制裝置執行操作，該等操作包括： 判定由該第一DC電源輸出至該第一DC電功率匯流排之第一DC電功率是否小於、等於或大於將提供至該第一不斷電模組之一DC電功率臨限值；及 回應於判定該第一DC電功率小於該DC電功率臨限值，由該第一雙向AC/DC換流器自該AC電功率匯流排匯入補充AC電功率，且將一第二DC電功率自該第一雙向AC/DC換流器提供至該第一DC電功率匯流排，使得該第一DC電功率及該第二DC電功率不小於該DC電功率臨限值。
  3. 如請求項2之微電網系統，其中該控制裝置經組態有控制裝置可執行碼，該控制裝置可執行碼引起該控制裝置執行操作，使得： 回應於判定該第一DC電功率小於該DC電功率臨限值，透過該第二DC電功率匯流排將由該第二DC電源輸出之一DC電功率之一部分提供至該第二雙向換流器；及 將補充AC功率自該第二雙向AC/DC換流器提供至該AC電功率匯流排。
  4. 如請求項3之微電網系統，其中該控制裝置經組態有控制裝置可執行碼，該控制裝置可執行碼引起該控制裝置執行操作，使得： 回應於判定該第一DC電功率大於該DC電功率臨限值，將超過DC電功率臨限值之過剩DC電功率提供至該第一雙向AC/DC換流器； 在該第一雙向AC/DC換流器中將該過剩DC電功率轉換為額外AC電功率；及 將該額外AC電功率匯出至該AC功率匯流排。
  5. 如請求項3之微電網系統，其進一步包括電連接至該AC電功率匯流排且可電連接至一電功率公用電網之一選擇性電連接器， 其中該控制裝置經組態有控制裝置可執行碼，該控制裝置可執行碼引起該控制裝置執行操作，該等操作進一步包括： 判定AC電功率是否可自該電功率公用電網獲得；及 回應於判定AC電功率不可自該電功率公用電網獲得，藉由斷開該選擇性電連接器來選擇性地電斷接該AC電功率匯流排與該電功率公用電網。
  6. 如請求項5之微電網系統，其進一步包括一輔助電功率儲存單元， 其中該控制裝置經組態有控制裝置可執行碼，該控制裝置可執行碼引起該控制裝置執行操作，該等操作進一步包括： 回應於判定該第一DC電功率小於該DC電功率臨限值： 判定該AC電功率匯流排上之該補充AC電功率是否足以滿足該DC電功率臨限值；及 回應於判定該AC電功率匯流排上之該補充AC電功率不足以滿足該DC電功率臨限值，由該第一雙向AC/DC換流器自該電功率公用電網或該輔助電功率儲存單元之至少一者汲取額外AC電功率。
  7. 如請求項6之微電網系統，其中該控制裝置經組態有控制裝置可執行碼，該控制裝置可執行碼引起該控制裝置執行操作，該等操作進一步包括： 判定是否在該AC電功率匯流排上提供過剩AC電功率； 判定該輔助電功率儲存單元之一電荷是否超過一電荷臨限值；及 回應於判定該AC電功率匯流排上存在過剩AC電功率且該輔助電功率儲存單元之該電荷未超過該電荷臨限值，使用來自該AC電功率匯流排之該過剩AC電功率對該輔助電功率儲存單元充電。
  8. 如請求項7之微電網系統，其進一步包括電連接至該AC電功率匯流排之一電功率耗散單元， 其中該控制裝置經組態有控制裝置可執行碼，該控制裝置可執行碼引起該控制裝置執行操作，該等操作進一步包括： 在對該輔助電功率儲存單元充電之後，判定該AC電功率匯流排上是否存在過剩AC電功率且該電功率公用電網是否電連接至該AC電功率匯流排；及 回應於判定該AC電功率匯流排上存在過剩AC電功率且該電功率公用電網未電連接至該AC電功率匯流排，由該電功率耗散單元自該AC電功率匯流排耗散該過剩AC電功率。
  9. 如請求項2之微電網系統，其中： 該第一DC電源包括一第一燃料電池功率模組叢集，其包括複數個第一燃料電池功率模組； 該第二DC電源包括一第二燃料電池功率模組叢集，其包括複數個第二燃料電池功率模組；及 當至少一第一燃料電池功率模組故障或劣化時，該第一DC電功率小於該DC電功率臨限值。
  10. 如請求項2之微電網系統，其中： 該第一及該第二不斷電模組包括單向DC/AC換流器；且 該控制裝置經組態有控制裝置可執行碼，該控制裝置可執行碼引起該控制裝置執行操作，使得該第一及該第二不斷電模組將一等量AC電功率提供至該AC負載。
  11. 一種操作請求項1之微電網系統之方法，其包括將一等量AC電功率自該第一及該第二不斷電模組提供至該AC負載。
  12. 如請求項11之操作微電網系統之方法，其進一步包括： 判定由該第一DC電源輸出至該第一DC電功率匯流排之第一DC電功率是否小於、等於或大於將提供至該第一不斷電模組之一DC電功率臨限值；及 回應於判定該第一DC電功率小於該DC電功率臨限值，由該第一雙向AC/DC換流器自該AC電功率匯流排匯入補充AC電功率，且將一第二DC電功率自該第一雙向AC/DC換流器提供至該第一DC電功率匯流排，使得該第一DC電功率及該第二DC電功率不小於該DC電功率臨限值。
  13. 如請求項12之操作微電網系統之方法，其進一步包括： 回應於判定該第一DC電功率小於該DC電功率臨限值，透過該第二DC電功率匯流排將由該第二DC電源輸出之一DC電功率之一部分提供至該第二雙向換流器；及 將一補充AC功率自該第二雙向AC/DC換流器提供至該AC電功率匯流排。
  14. 如請求項13之操作微電網系統之方法，其進一步包括： 回應於判定該第一DC電功率大於該DC電功率臨限值，將超過DC電功率臨限值之過剩DC電功率提供至該第一雙向AC/DC換流器； 在該第一雙向AC/DC換流器中將該過剩DC電功率轉換為額外AC電功率；及 將該額外AC電功率匯出至該AC功率匯流排。
  15. 如請求項13之操作微電網系統之方法，其進一步包括： 判定AC電功率是否可自一電功率公用電網獲得；及 回應於判定AC電功率不可自該電功率公用電網獲得，選擇性地電斷接該AC電功率匯流排與該電功率公用電網。
  16. 如請求項15之操作微電網系統之方法，其進一步包括： 回應於判定該第一DC電功率小於該DC電功率臨限值： 判定該AC電功率匯流排上之該補充AC電功率是否足以滿足該DC電功率臨限值；及 回應於判定該AC電功率匯流排上之該補充AC電功率不足以滿足該DC電功率臨限值，由該第一雙向AC/DC換流器自該電功率公用電網或一輔助電功率儲存單元之至少一者汲取額外AC電功率。
  17. 如請求項16之操作微電網系統之方法，其進一步包括： 判定是否在該AC電功率匯流排上提供過剩AC電功率； 判定該輔助電功率儲存單元之一電荷是否超過一電荷臨限值；及 回應於判定該AC電功率匯流排上存在過剩AC電功率且該輔助電功率儲存單元之該電荷未超過該電荷臨限值，使用來自該AC電功率匯流排之該過剩AC電功率對該輔助電功率儲存單元充電。
  18. 如請求項17之操作微電網系統之方法，其進一步包括： 在對該輔助電功率儲存單元充電之後，判定該AC電功率匯流排上是否存在過剩AC電功率且該電功率公用電網是否電連接至該AC電功率匯流排；及 回應於判定該AC電功率匯流排上存在過剩AC電功率且該電功率公用電網未電連接至該AC電功率匯流排，自該AC電功率匯流排耗散該過剩AC電功率。
  19. 如請求項12之操作微電網系統之方法，其中： 該第一及該第二不斷電模組包括單向DC/AC換流器； 該第一DC電源包括一第一燃料電池功率模組叢集，其包括複數個第一燃料電池功率模組； 該第二DC電源包括一第二燃料電池功率模組叢集，其包括複數個第二燃料電池功率模組；及 當至少一第一燃料電池功率模組故障或劣化時，該第一DC電功率小於該DC電功率臨限值。
  20. 如請求項12之操作微電網系統之方法，其中： 判定由該第一DC電源輸出至該第一DC電功率匯流排之第一DC電功率是否小於、等於或大於一DC電功率臨限值之該步驟包括量測該第一DC電功率匯流排上之一電壓，及判定該量測電壓是否小於、等於或大於一臨限值電壓；及 若該量測電壓降至該臨限值電壓以下，則該第一雙向AC/DC換流器之一電流方向自功率匯出改變為功率匯入，以將額外電功率自該AC電功率匯流排提供至該第一DC電功率匯流排，直至該DC電功率匯流排上之該量測電壓恢復為等於該臨限值電壓。
  21. 一種微電網系統，其包括： 一第一直流(DC)電源，其電連接至一第一DC電功率匯流排； 一第二DC電源，其電連接至一第二DC電功率匯流排； 一第一不斷電模組，其電連接至該第一DC電功率匯流排且經組態以經由至少一負載電功率匯流排連接至一交流(AC)負載； 一第二不斷電模組，其電連接至該第二DC電功率匯流排且經組態以經由該至少一負載電功率匯流排連接至該AC負載； 一第一AC/DC換流器，其具有一DC端及一AC端，其中該第一DC電功率匯流排連接至該第一AC/DC換流器之該DC端； 一第二AC/DC換流器，其具有一DC端及一AC端，其中該第二DC電功率匯流排連接至該第二AC/DC換流器之該DC端； 一自動切換開關(ATS)，其具有一負載終端、一應急終端及經組態以連接至一電功率公用電網之一正常終端； 一第一AC電功率匯流排，其在該第一及該第二AC/DC換流器之AC端處電連接至該第一及該第二AC/DC換流器，且電連接至該ATS之該負載終端；及 一第二AC電功率匯流排，其電連接至該ATS之該應急終端且電連接至該至少一負載電功率匯流排。
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