TW202341599A - 基於燃料電池系統之微電網中的功率管理 - Google Patents

基於燃料電池系統之微電網中的功率管理 Download PDF

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Abstract

可將由一燃料電池堆產生之過量DC電流提供至一電流源逆變器，且可由該電流源逆變器將一AC電流輸出至一電網側匯流排。該電網側匯流排上之該AC電流可用於支援對一微電網側匯流排之一負載需求或可被提供至電網。各種傳輸匯流排及電力調節及控制裝置，例如整流器、電流源逆變器、馬達、發電機、電接觸器、中繼器及/或轉接開關，可經組態以使用該電網側匯流排上之該AC電流以將一AC電流提供至該微電網側匯流排以支援對一微電網側匯流排之該負載需求。

Description

基於燃料電池系統之微電網中的功率管理
本發明係關於直流(DC)電源，例如更有效地使用燃料電池系統容量之基於燃料電池系統之微電網。
為微電網系統供電之共同方法為主/從電壓源逆變器關係，其中每一電壓源逆變器遵循單個主電壓源逆變器之命令以維持輸出電壓，此意味著其全部輸出相同量之電壓。
根據實施例，一種微電網包含：複數個直流(DC)電源；複數個電壓源逆變器，其中該複數個電壓源逆變器中之每一者之DC端電連接至該複數個DC電源中之各別DC電源；微電網側匯流排，其中該複數個電壓源逆變器中之每一者之交流(AC)端電連接至該微電網側匯流排，且該微電網側匯流排經組態以電連接至負載；複數個電流源逆變器，其中該複數個電流源逆變器中之每一者之DC端電連接至該複數個DC電源中之各別DC電源；電網側匯流排，其中該複數個電流源逆變器中之每一者之AC端電連接至該電網側匯流排；轉接開關，其經組態以控制該電網側匯流排至公用電力電網或至該微電網側匯流排之選擇性電連接；及傳輸匯流排，其電連接在該微電網側匯流排與該電網側匯流排之間。
根據另一實施例，一種操作微電網之方法包含：將電能自複數個DC電源中之每一者提供至複數個電壓源逆變器中之一各別者且提供至複數個電流源逆變器中之一各別者；藉由該複數個電壓源逆變器將電壓輸出至該微電網側匯流排，使得該複數個電壓源逆變器中之每一者將大致相等量之電壓輸出至該微電網側匯流排，其中該複數個電壓源逆變器中之每一者之電壓之最大輸出基於該複數個DC電源中之一者之最低產生容量；基於由該複數個DC電源產生之電流之量超過該最低產生容量而藉由該複數個電流源逆變器將第一電流輸出至電網側匯流排；及使用輸出至該電網側匯流排之該第一電流將第二電流提供至該微電網側匯流排。
將參考附圖詳細描述各個實施例。適當時，貫穿附圖，將使用相同之附圖標記來指代相同或相似之部分。參考特定實例及實施係出於說明性目的，且並非意圖限制申請專利範圍之範圍。
如本文所使用，術語「DC電源」及「DC電源供應器」可互換地使用以指代能夠自任何源產生電力之發電機，該源例如燃料電池、燃燒發電機、光伏電池、集中太陽能系統、風力渦輪機、地熱渦輪機、水電渦輪機、燃氣渦輪機、核反應堆、交流發電機、感應發電機等。本文中關於燃料電池描述之實例並不限制對此種類型之DC電源之申請專利範圍及描述之範圍。在一些實施例中，DC電源可為與AC/DC整流器組合之AC發電機。
如本文所使用，術語「儲存系統」及「能量儲存系統」可互換地使用以指代可轉換成電力之任何形式之能量儲存裝置，例如電力儲存裝置、機械儲存裝置、機電儲存裝置、電化學儲存裝置、熱儲存裝置等。實例可包括電池、電容器、超級電容器、飛輪、液體儲集器、氣體儲集器等。在一些實施例中，能量儲存系統可包括經組態以回應於來自控制器及/或電能匯流排之信號而控制能量儲存系統之電能輸出之組件(例如，電連接裝置及/或電能調節裝置)之任何組合。
如本文所使用，術語「電能」及「電能輸出」係指電壓、電流或電力之量。本文中關於電壓描述之實例並不限制對此種類型之電能及電能輸出之申請專利範圍及描述之範圍。
本發明之發明人意識到，先前技術主/從控制方案之缺點在於不同或可變直流(DC)功率容量之電壓源逆變器難以完全利用。由於每一電壓源逆變器遵循相同之單個命令，因此具有最弱DC容量之DC電源往往會限制並聯連接之多個逆變器之極限容量。此浪費了由DC電源產生之過量電能，該過量電能超過由微電網中之最弱DC電源產生之電能。
各種實施例包括用於基於DC電源之微電網中之電力管理之電路、電氣組件及方法，該微電網將電壓源逆變器及電流源逆變器用於複數個DC電源。電流源逆變器可輸出由除微電網中之最弱DC電源以外的DC電源產生之過量電能。因此，過多電能不會被浪費且被提供至電網及/或負載。
在一個實施例中，微電網中之DC電源可包含燃料電池DC電源。基於燃料電池系統之微電網可包括多個直流(DC)至交流(AC)電壓源逆變器、多個DC至AC電流源逆變器及至少一個電能控制裝置，該DC至AC電壓源逆變器並聯地將燃料電池系統之多個燃料電池堆(或燃料電池堆之多個行及/或各自含有多個行之多個功率模組)電連接至微電網匯流排，該多個DC至AC電流源逆變器並聯地將該燃料電池堆電連接至電網匯流排，該至少一個電能控制裝置經組態以控制該電網匯流排與該微電網匯流排之間的電連接。用於基於燃料電池系統之微電網中之電力管理之方法可包括控制電流源逆變器以將由燃料電池堆產生之剩餘電能輸出至電網匯流排，且控制至少一個電能控制裝置以電連接電網匯流排及微電網匯流排且自電網匯流排及微電網匯流排提供電能以支援負載。
對於微電網應用，逆變器用於形成電壓而無需與公用電力電網有任何連接。為了實現此目的，微電網系統監測輸出電壓且即時調整其電壓源逆變器之功率以確保電壓波形保持恆定。實現此目標之一個常見方法為使單點感測器監測輸出電壓，且將控制信號提供至一組電壓源逆變器。此方法採用主/從電壓源逆變器關係，其中每一電壓源逆變器遵循單個主電壓源逆變器之命令以維持輸出電壓，此意謂其全部輸出相同量之電壓。此種方法之優點在於其簡單性。對電壓源逆變器之命令即時地自電壓信號直接導出，且在調諧任何數目的電壓源逆變器之情況下可用於遵循允許按比例調整容量之命令。
此種方法之缺點在於難以利用來自每一DC電源之全部DC電能容量，該DC電源可用於使用中之每一電壓源逆變器。因為主控器必須供應給至所有逆變器之單個命令，所以將此命令視為滿功率之百分比係有用的。對於具有可變容量DC電源支援之微電網系統，可用DC功率並非固定的，且亦不始終預期額定值的100%。此意謂在許多DC電源並聯附接至單獨電壓源逆變器之情況下，彼等DC電源中之一者將在任何時間點都將係最弱的。由於每一電壓源逆變器遵循相同之單個命令，最弱之DC電源限制了並聯之多個電壓源逆變器之極限容量。隨著主控自電壓源逆變器命令越來越多之功率，最弱之系統將首先達到其極限，此將導致微電網系統之回應失效。因此，整組逆變器之容量受到其最弱之單獨電壓源逆變器之DC電源容量之人為限制。在具有N個逆變器之情況下，來自單個DC源之X kW損失將導致微電網系統之N*X kW能力損失。
本文所描述的實施例解決了微電網系統之上述缺點。在基於燃料電池系統之微電網中，燃料電池可以提供固定量之連續DC電能。電壓源逆變器可以在單個電壓控制命令之後向基於燃料電池系統之微電網提供電能，且電流源逆變器可以在電網可用時在正常(即，穩態非緊急)模式期間將剩餘電能輸出至電網。電壓源逆變器可以供應負載所需之電能，且電流源逆變器可以輸出超過支援負載所需電能之任何電能。
電流源逆變器可以直接量測其端子上之來自外部源(通常為公用電力電網)之電壓，且與電壓波形同步地推動來自DC電源之電流。此等電流源逆變器(有時稱為並網逆變器或電網並聯逆變器)可以任意產生高達任何電連接之DC電源可提供之輸出電流。可以允許電流源逆變器感測來自各別DC電源之DC電能輸入，以判定何時達到該容量。
實施例提供了准許電流源逆變器將由DC電源(例如燃料電池堆)產生之過量電能輸出至公用電力電網及/或將電能自微電網系統之電網側匯流排提供至微電網系統的負載連接之微電網側匯流排之電路。電能可以任意地自電網側匯流排移動至微電網側匯流排，且因此可使由DC電源(例如燃料電池堆)產生之所有DC電能得到高達100%之利用變為可能。
圖1繪示一個電力發電機之實例，該電力發電機包含模組化燃料電池系統，該模組化燃料電池系統在美國專利號8,440,362中進行了更全面之描述，藉由引用將該美國專利併入本文以用於對模組化燃料電池系統之描述。模組化系統可含有上述及美國專利號9,190,693中描述之模組及組件，藉由引用將該美國專利併入本文以用於對模組化燃料電池系統之描述。燃料電池系統外殼10之模組化設計提供了靈活之系統安裝及操作。
模組化燃料電池系統外殼10包括複數個功率模組殼體12 (包括燃料電池功率模組組件)、一或多個燃料輸入(即，燃料處理)模組殼體16及一或多個功率調節(即，電輸出)模組殼體18。例如，系統外殼可包括任何所要數目的模組，例如2至30個功率模組，例如6至12個功率模組。圖1繪示系統外殼10含有共同基底20上之六個功率模組(一列六個模組並排堆疊)、一個燃料處理模組，及一個功率調節模組。每一模組可以包含其自身之機箱或殼體。或者，功率調節模組及燃料處理模組可以組合成位於一個機箱或殼體14中之單個輸入/輸出模組。為簡潔起見，每一殼體12、14、16、18在下文中將被稱為「模組」。
雖然展示一列功率模組12，但系統可包含不止一列模組12。例如，系統可包含背對背堆疊之兩列功率模組。
每一功率模組12經組態以容納一或多個熱箱13。每一熱箱含有一或多個燃料電池堆或柱(為清楚起見而未圖示)，例如具有藉由導電互連板分隔之陶瓷氧化物電解質之一或多個固體氧化物燃料電池堆或柱。亦可使用其他燃料電池類型，例如PEM、熔融碳酸鹽、磷酸等。
模組化燃料電池系統外殼10亦含有一或多個輸入或燃料處理模組16。此模組16包括機箱，該機箱含有用於燃料之預處理之組件，例如脫硫劑床。燃料處理模組16可被設計成處理不同類型之燃料。例如，柴油燃料處理模組、天然氣燃料處理模組及乙醇燃料處理模組可設置於同一機箱或單獨之機箱中。針對特定燃料定製之不同床組成可設置於每一模組中。處理模組16可處理選自以下之以下燃料中之至少一者：自管線提供之天然氣、壓縮天然氣、甲烷、丙烷、液化石油氣、汽油、柴油、家庭取暖用油、煤油、JP-5、JP-8、航空燃料、氫氣、氨氣、乙醇、甲醇、合成氣體、生物氣體、生物柴油，及其他合適之含烴或含氫燃料。若需要，則重整器17可位於燃料處理模組16中。替代地，若需要將重整器17與燃料電池堆熱整合，則單獨之重整器17可位於各別功率模組12中之每一熱箱13中。此外，若使用內部重整燃料電池，則外部重整器17可完全省略。
模組化燃料電池系統外殼10亦含有一或多個功率調節模組18。功率調節模組18包括機箱，該機箱含有用於將燃料電池堆產生之DC功率轉換為AC功率之組件、用於向電網輸出AC功率之電連接器、用於管理電瞬變之電路、系統控制器(例如，電腦或專用控制邏輯裝置或電路)。功率調節模組18可被設計成將來自燃料電池模組之DC功率轉換為不同AC電壓及頻率。可提供用於208 V、60 Hz；480 V、60 Hz；415 V、50 Hz及其他常見電壓及頻率之設計。
燃料處理模組16及功率調節模組18可容納於一個輸入/輸出機箱14中。若提供單個輸入/輸出機箱14，則模組16及18可豎直地定位(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)或並排地定位在機箱14中。
如圖1中之示例性實施例中所示，針對一列六個功率模組12提供一個輸入/輸出機箱14，該功率模組線性地並排配置在輸入/輸出模組14之一側上。該列模組可例如定位成鄰近於系統所供電之建築物(例如，模組之機箱之背部朝向建築物壁)。雖然展示一列功率模組12，但系統可包括不止一列模組12。例如，如上所述，系統可包括背對背堆疊之兩列功率模組。
功率模組12及輸入/輸出模組14中之每一個都包括門30 (例如，艙門、訪問面板等)，以允許模組之內部組件被訪問(例如，用於維護、修理、更換等)。根據一個實施例，模組12及14被配置成線性陣列，該線性陣列僅在每一機箱之一個面上具有門30，從而允許在端部彼此鄰接地安裝連續列之系統。以此方式，可以藉由額外模組12或14及底座20調整燃料電池外殼10之尺寸及容量，現有模組12及14及底座20所需之重新配置最少。若需要，則模組14之門30可以在機箱之側面而非正面。
圖2繪示包括燃料電池堆或柱40之燃料電池系統熱箱13之平面圖。熱箱13展示為包括燃料電池堆或柱40。然而，熱箱13可包括電池堆或柱40中之兩者或更多者。堆或柱40可包括彼此堆疊之電連接之燃料電池45，其中互連件50設置在燃料電池45之間。堆或柱中之第一個及最後一個燃料電池45設置在各別端板60與互連件50之間。端板60電連接至燃料電池堆或柱40之電輸出。熱箱13可包括其他組件，例如燃料管道、空氣管道、密封件、電接點等，且可以併入至包括周邊設備組件之燃料電池系統中。燃料電池45可為固體氧化物燃料電池，其包括例如氧化釔穩定之氧化鋯(YSZ)或氧化鈧穩定之鋯(SSZ)之類的陶瓷電解質，例如鎳YSZ、鎳SSZ或摻雜有鎳釤之氧化鈰(SDC)金屬陶瓷之類的陽極電極，及例如錳酸鑭鍶(LSM)之類的陰極電極。互連件50及/或端板60可以包括任何合適的不透氣及導電材料，例如鉻-鐵合金，例如含有4至6 wt%鐵及餘量鉻之合金。互連件50電連接鄰近燃料電池45且提供用於燃料及空氣到達燃料電池45之通道。
燃料電池系統，例如模組化燃料電池系統外殼10，可包括及/或由各種支援設備增強。支援設備可包括各種輔助設備及系統，以支援燃料電池系統之操作。支援設備可以基於燃料電池系統所安裝之部位處的限制及/或特徵而變化。作為非限制性實例，支援設備可包括燃料支援設備、空氣支援設備及/或通風支援設備。一種類型之燃料支援設備可包括經組態以控制燃料電池系統中之供應及/或排出燃料壓力之設備，例如用於向燃料電池系統供應燃料、再循環燃料/排放燃料及/或自燃料電池系統排放燃料之燃料鼓風機或泵。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，該燃料支援設備例如燃料預熱器、排氣洗滌器等。亦可以使用其他類型之燃料支援設備。一種類型之空氣支援設備可為經組態以向燃料電池系統提供空氣及/或自燃料電池系統排出空氣之空氣供應設備，例如鼓風機或風扇，用於向燃料電池陰極、陽極尾氣氧化器(ATO)、空氣熱交換器、CPOx反應器等提供空氣及/或自此等空氣供應設備排出空氣。亦可使用其他類型之空氣支援設備。一種類型之通風支援設備可包括經組態以自熱箱外部之殼體部分(例如，在模組化燃料電池系統外殼10內但在熱箱13自身外部之部分)中通風及/或循環空氣之設備，例如通風風扇，用於將外殼10內之空氣吹出外殼10以保持可接受的外殼10壓力。亦可以使用其他類型之通風支援設備。
圖3繪示適合於實施各種實施例之基於燃料電池系統之微電網300。參考圖1至圖3，基於燃料電池系統之微電網300可包括多個燃料電池304a、304b、電壓源逆變器308a、308b、電流源逆變器302a、302b、302c、整流器310、電網側匯流排314、微電網側匯流排318、傳輸匯流排316a、316b、316c、316d及轉接開關312。在一些實例中，基於燃料電池系統之微電網300亦可包括儲存模組306a、306b、306c。
如本文所使用，燃料電池304a或304b中之每一者可包含圖2所示的電池堆或柱40或圖1所示的功率模組12。換言之，下文所使用之燃料電池304a或304b為單個燃料電池電源，且不限於為含有一個電解質、一個陽極電極及一個陰極電極之單個燃料電池45。此外，儘管下面描述了燃料電池微電網300，但應當理解，燃料電池可以用例如光伏電源之類的其他DC電源代替。
燃料電池304a、304b可以藉由電壓源逆變器308a、308b電連接至微電網側匯流排318。燃料電池304a、304b、電壓源逆變器308a、308b及微電網側匯流排318可以經由傳輸匯流排316a、316b電連接。燃料電池304a、304且由此電壓源逆變器308a、308b可以並聯電連接至微電網側匯流排318。燃料電池304a、304b可以藉由電流源逆變器302a、302b電連接至電網側匯流排314。燃料電池304a、304b、電流源逆變器302a、302b及電網側匯流排314可以經由傳輸匯流排317a、317b電連接。燃料電池304a、304b且由此電流源逆變器302a、302b可以並聯電連接至電網側匯流排314。電網側匯流排314及微電網側匯流排318可以藉由整流器310、電流源逆變器302c及傳輸匯流排316c選擇性地彼此電連接。整流器310可以與電流源逆變器302a、302b並聯地電連接至電網側匯流排314。電流源逆變器302c可以與電壓源逆變器302a、302b並聯地電連接至微電網側匯流排318。電網側匯流排314及微電網側匯流排318亦可以藉由轉接開關312及傳輸匯流排316d選擇性地彼此電連接。
在一些實例中，基於燃料電池系統之微電網300亦可包括儲存模組306a、306b、306c。例如，儲存模組306a、306b、306c可包括可以轉換為電能之任何形式的能量儲存，例如電儲存、機械儲存、機電儲存、電化學儲存、熱儲存等。實例可包括電池、電容器、超級電容器、飛輪、液體儲集器、氣體儲集器等。在一些實例中，儲存模組306a、306b、306c可包括經組態以回應於來自控制器320及/或例如傳輸匯流排316a、316、316c之類的電能匯流排之信號而控制儲存模組306a、306b及306c之電能輸入及輸出之組件，例如電連接裝置及/或電能調節裝置之任何組合。儲存模組306a、306b可以經由傳輸匯流排316a、316b電連接至各別燃料電池304a、304b及各別電壓源逆變器306a及306b。儲存模組306c可以經由傳輸匯流排316c與整流器310及電流源逆變器302c並聯電連接。儲存模組306a、306b、306c亦可以藉由傳輸匯流排316a、316b、316c電連接至微電網側匯流排318。
基於燃料電池系統之微電網300可包括通信地連接至燃料電池304a、304b之任何數量及組合之控制器320 (例如，中央處理單元(CPU)、微控制器、場可程式化閘陣列(FPGA)、特殊應用積體電路(ASIC)或任何其他軟體可程式化處理器)、電壓源逆變器308a、308b、電流源逆變器302a、302b、302c、整流器310、電網側匯流排314、微電網側匯流排318、傳輸匯流排316a、316b、316c、316d、317a、317b、轉接開關312及/或儲存模組306a、306b、306c。例如，一或多個控制器320可為基於燃料電池系統之微電網300之組件，其通信地連接至燃料電池304a、304b、電壓源逆變器308a、308b、電流源逆變器302a、302b、302c、整流器310、轉接開關312及/或儲存模組306a、306b、306c並在其外部。對於另一實例，一或多個控制器320可為基於燃料電池系統之微電網300之組件，其通信地連接至燃料電池304a、304b、電壓源逆變器308a、308b、電流源逆變器302a、302b、302c、整流器310、轉接開關312及/或儲存模組306a、306b、306c並與其整合。
一或多個控制器320可經組態以向燃料電池304a、304b、電壓源逆變器308a、308b、電流源逆變器302a、302b、302c、整流器310、轉接開關312及/或儲存模組306a、306b、306c提供控制信號及/或直接控制其功能。一或多個控制器320可經組態以接收信號，該等信號經組態以向一或多個控制器320指示來自電壓源逆變器308a、308b、電流源逆變器302a、302b、302c、整流器310及/或轉接開關312之微電網側匯流排314、微電網側匯流排318及/或傳輸匯流排316a、316b、316c、316d上之AC電壓。一或多個控制器320可經組態以在電壓源逆變器308a、308b、電流源逆變器302a、302b、302c、整流器310、轉接開關312、電網側匯流排314、微電網側匯流排318及/或傳輸匯流排316a、316b、316c、316d處直接量測電網側匯流排314、微電網側匯流排318及/或傳輸匯流排316a、316b、316c、316d、317a、317b上之AC電壓。
燃料電池304a、304b可經組態以經由傳輸匯流排316a、316b向電壓源逆變器308a、308b提供DC電能。DC電能可被組態為支援部署基於燃料電池系統之微電網300的負載(即，圖3中之「負載」)之負載需求所需的DC電壓之量。由燃料電池304a、304b輸出至電壓源逆變器308a、308b的DC電壓之量可以由控制器320控制。
電壓源逆變器308a、308b可經組態以自燃料電池304a、304b接收DC電壓，以將DC電壓轉換為AC電能，且經由傳輸匯流排316a、316b將AC電能提供至微電網側匯流排318。AC電能可被組態為支援負載需求之至少一部分所需的AC電壓之量。由電壓源逆變器308a、308b輸出至微電網側匯流排318的AC電壓之量可被控制為對於電壓源逆變器308a、308b中之每一者為相同的AC電壓之量。由電壓源逆變器308a、308b輸出的AC電壓之量可以由燃料電池304a、304b中之一者的最低DC電壓產生容量限制。換言之，當燃料電池304a、304b具有用於產生DC電壓之不同容量時，最低容量限制了電連接至具有較高容量之燃料電池304a、304b之電壓源逆變器308a、308b的AC電壓之輸出。由電壓源逆變器308a、308b輸出的AC電壓之量可以由控制器320控制。
燃料電池304a、304b可經組態以經由傳輸匯流排317a、317b向電流源逆變器302a、302b提供DC電能。DC電能可被組態為由燃料電池304a、304b產生之超過由電壓源逆變器308a、308b使用的DC電壓之量。例如，當負載需求之相等份額小於燃料電池304a、304b之最低DC電壓產生容量時，由電壓源逆變器308a、308b使用的DC電壓之量可以小於由燃料電池304a、304b產生之所有DC電壓。在另一實例中，當負載需求之相等份額大於燃料電池304a、304b中之一者的最低DC電壓產生容量時，由電壓源逆變器308a、308b使用的DC電壓之量可以小於燃料電池304a、304b中之至少一者產生的所有DC電壓。由燃料電池304a、304b輸出至電流源逆變器302a、302b的DC電壓之量可以由控制器320控制。
電流源逆變器302a、302b可經組態以自燃料電池304a、304b接收DC電壓，以將DC電壓轉換為AC電能，且經由傳輸匯流排317a、317b將AC電能提供至電網側匯流排314。AC電能可被組態為經組態以遵循伏特-瓦特曲線的AC電流之量。由電流源逆變器302a、302b輸出至電網側匯流排314的AC電流之量可以基於電網側匯流排314之各種電連接來控制。例如，電網側匯流排314可以藉由轉接開關312選擇性地電連接至公用電力電網(即，圖3中之「電網」)，如本文進一步描述的。電流源逆變器302a、302b可以基於電網側匯流排314、電流源逆變器302a、302b及/或轉接開關312處的電壓輸出遵循伏特-瓦特曲線之AC電流。電網側匯流排314上之AC電流可以輸出至公用電力電網及/或用於支援負載，如下文進一步描述的。在另一實例中，電網側匯流排314可以藉由轉接開關312及傳輸匯流排316d選擇性地電連接至微電網側匯流排318，如下文進一步描述的。電流源逆變器302a、302b可以基於電網側匯流排314、電流源逆變器302a、302b、轉接開關312、傳輸匯流排316d、微電網側匯流排318及/或電壓源逆變器308a、308b處的電壓輸出遵循伏特-瓦特曲線之AC電流。由電流源逆變器302a、302b輸出的AC電流之量可以由控制器320控制。
轉接開關312可經組態以經由傳輸匯流排316d選擇性地將電網側匯流排314電連接至公用電力電網或微電網側匯流排318。轉接開關312可以例如藉由偵測公用電力電網之電壓及/或電流水平來偵測公用電力電網之可用性。回應於公用電力電網在正常操作模式下可用，轉接開關312可以選擇性地將電網側匯流排314電連接至公用電力電網，且將電網側匯流排314與傳輸匯流排316d斷開。回應於公用電力電網在緊急操作模式下不可用，轉接開關312可以經由傳輸匯流排316d選擇性地將電網側匯流排314電連接至微電網側匯流排318，且將電網側匯流排314與公用電力電網斷開。轉接開關312可以由控制器320控制。
整流器310可經組態以在轉接開關312選擇性地將電網側匯流排314電連接至公用電力電網時，回應於需要更多電能來支援負載需求而經由傳輸匯流排316c自電網側匯流排314汲取AC電流。由電壓源逆變器308a、308b輸出至微電網側匯流排318之AC電壓可能不足以支援負載需求。為了增加提供至微電網側匯流排318的AC電壓之量，整流器310可以自電網側匯流排314汲取AC電流(例如，電網電流及/或逆向燃料電池電流)。整流器310可將AC電流轉換為DC電流，且經由傳輸匯流排316c將DC電流提供至電流源逆變器302c。電網側匯流排314處的任何其餘AC電流可被輸出至公用電力電網。回應於電壓源逆變器308a、308b滿足之負載需求，整流器310可經組態以不自電網側匯流排314汲取AC電流，且電網側匯流排314處的AC電流可被輸出至公用電力電網。整流器310自電網側匯流排314汲取的AC電流之量及輸出至電流源逆變器302c的DC電流之量可以由控制器320控制。
電流源逆變器302c可經組態以自整流器310接收DC電流以將DC電流轉換為AC電能，且經由傳輸匯流排316c將AC電能提供至微電網側匯流排318。AC電能可被組態為經組態以遵循伏特-瓦特曲線之AC電流之量。由電流源逆變器302c輸出至微電網側匯流排318的AC電流之量可以基於負載需求來控制。例如，電流源逆變器302c可以基於微電網側匯流排318及/或電壓源逆變器308a、308b處的電壓及負載需求，輸出遵循伏特-瓦特曲線之AC電流。由電流源逆變器302c輸出之AC電流可為足以補充電壓源逆變器308a、308b的AC電壓之輸出的不足以支援負載需求之量。由電流源逆變器302c輸出的AC電流之量可以由控制器320控制。
當轉接開關312在緊急操作模式期間選擇性地電連接匯流排314、318時，傳輸匯流排316d可以電連接電網側匯流排314及微電網側匯流排318。電流源逆變器302a、302b可經組態以經由傳輸匯流排317a、317b向電網側匯流排314提供AC電流，且AC電流可以經由傳輸匯流排316d流向微電網側匯流排318。由電流源逆變器302a、302b輸出至電網側匯流排314的AC電流之量可以基於電網側匯流排314之各種電連接來控制。電流源逆變器302a、302b可以基於電網側匯流排314、電流源逆變器302a、302b、轉接開關312、傳輸匯流排316d、微電網側匯流排318及/或電壓源逆變器308a、308b處的電壓輸出遵循伏特-瓦特曲線之AC電流。當傳輸匯流排316d電連接電網側匯流排314及微電網側匯流排318時，AC電流自電網側匯流排314至微電網側匯流排318之流動可以至少繞過電流源逆變器302c。由電流源逆變器302a、302b輸出的AC電流之量可以由控制器320控制。
在一些實例中，當需要保持基於燃料電池系統之微電網電壓穩定時，儲存模組306a、306b、306c可以吸收過量之電能或提供額外之電能。例如，當轉接開關312選擇性地電連接電網側匯流排314及微電網側匯流排318時，儲存模組306a、306b、306c可用於向微電網側匯流排318提供額外電能或接收微電網側匯流排318處不需要之過量電能。儲存模組306a、306b、306c可以在轉接開關312自選擇性地將基於燃料電池系統之微電網300電連接至公用電力電網至選擇性地將基於燃料電池系統之微電網300與公用電力電網以電氣方式斷開之轉換期間使基於燃料電池系統之微電網電壓保持穩定。
圖4A至圖4C為根據各種實施例之圖3中說明之用於基於燃料電池系統之微電網300的基於燃料電池系統之微電網電力管理之方法之過程流程圖。參考圖1至圖4C，方法400可以使用一或多個控制器320來實施，該一或多個控制器320經組態以自任意數量或組合之燃料電池304a、304b、電壓源逆變器308a、308b、電流源逆變器302a、302b、302c、整流器310、電網側匯流排314、微電網側匯流排318、傳輸匯流排316a、316b、316c、316d、317a、317b、轉接開關312及/或儲存模組306a、306b、306c接收信號。方法400可以使用一或多個控制器320來實施，該一或多個控制器320經組態以將控制信號發送至任意數量及組合之電壓源逆變器308a、308b、電流源逆變器302a、302b、302c、整流器310、轉接開關312及/或儲存模組306a、306b、306c。為了涵蓋能夠在各個實施例中實現之替代組態，實施方法400之硬體在本文中被稱作「控制裝置」。任何數量及組合之區塊402至448可以週期性地、重複地或連續地及/或與區塊402至448中之任何其他區塊同時實施。
參考圖4A，在區塊402中，控制裝置可以量測微電網側匯流排318處的電壓。在電網側匯流排314藉由轉接開關312與微電網側匯流排318斷開時，可以藉由自例如電壓源逆變器308a、308b、電流源逆變器302c及/或轉接開關312中之任何一者接收信號來量測微電網側匯流排318處的電壓，該等信號經組態以向控制裝置指示微電網側匯流排318之電壓。微電網側匯流排318處的電壓可以藉由由控制裝置在電壓源逆變器308a、308b、電流源逆變器302c、微電網側匯流排318、傳輸匯流排316a、316b、316c、316d及/或轉接開關312中之任何一者處直接量測微電網側匯流排318處的電壓來量測。在電網側匯流排314藉由轉接開關312連接至微電網側匯流排318時，可以藉由自另外例如電網側匯流排314及/或電流源逆變器302a、302b中之任何一者接收信號來量測微電網側匯流排318處的電壓，該等信號經組態以向控制裝置指示微電網側匯流排318之電壓。微電網側匯流排318處的電壓可以藉由由控制裝置另外在電網側匯流排314及/或電流源逆變器302a、302b中之任一者處直接量測微電網側匯流排318處電壓來量測。
在區塊404中，控制裝置可以控制電壓源逆變器308a、308b。控制裝置可以控制由電壓源逆變器308a、308b輸出至微電網側匯流排318之AC電壓。例如，控制裝置可以向電壓源逆變器308a、308b發送信號，或者直接將電壓源逆變器308a、308b設定至AC電壓輸出之設定點。控制裝置可以控制電壓源逆變器308a、308b以向微電網側匯流排318輸出相同量之AC電壓。控制裝置可以基於基於燃料電池系統之微電網300所部署的負載之負載需求來控制電壓源逆變器308a、308b，以將AC電壓輸出至微電網側匯流排318。控制裝置可以另外控制電壓源逆變器308a、308b，以基於燃料電池304a、304b中之最低電能產生容量來限制至微電網側匯流排318之輸出AC電壓。例如，當負載需求之相等份額超過燃料電池304a、304b中之最低電能產生容量時，控制裝置可藉由電壓源逆變器308a、308b將至微電網側匯流排318之輸出AC電壓限制為可由自具有最低之電能產生容量之燃料電池304a、304b接收DC電壓之電壓源逆變器308a、308b輸出之量。
在區塊406中，控制裝置可控制電壓源逆變器308a、308b以將受控量之AC電壓輸出至微電網側匯流排318。在區塊404中，受控量之AC電壓可基於對電壓源逆變器308a、308b之控制。
在區塊408中，控制裝置可以量測電網側匯流排314處的電壓。可藉由自例如電流源逆變器302a、302b、傳輸匯流排317a、317b、整流器310及/或轉接開關312中之任一者接收信號來量測電網側匯流排314處的電壓，該等信號經組態以向控制裝置指示電網側匯流排314處的電壓。可藉由由控制裝置在電流源逆變器302a、302b、整流器310、電網側匯流排314、傳輸匯流排317a、317b、316c、316d及/或轉接開關312中之任一者處直接量測電網側匯流排314處的電壓來量測電網側匯流排314處的電壓。
在區塊410中，控制裝置可控制電流源逆變器302a、302b以將過量電能輸出至電網側匯流排314。電流源逆變器302a、302b可接收由燃料電池304a、304b產生且不由電壓源逆變器308a、308b使用之DC電流以產生用於微電網側匯流排318之AC電壓。控制裝置可控制由電流源逆變器302a、302b輸出至微電網側匯流排318之AC電流。例如，控制裝置可以向電流源逆變器302a、302b發送信號，或將電流源逆變器302a、302b直接設定成用於AC電流輸出之設定點。控制裝置可以基於電網側匯流排314處的電壓及伏特-瓦特曲線來控制電流源逆變器302a、302b以將AC電流輸出至電網側匯流排314。
在判定區塊412中，控制裝置可以判定公用電力電網是否可用。控制裝置可以例如藉由偵測公用電力電網之電壓及/或電流水平來偵測公用電力電網之可用性。控制裝置可以藉由自例如電流源逆變器302a、302b、整流器310及/或轉接開關312中之任一者接收經組態以向控制裝置指示公用電力電網之電壓及/或電流水平之信號來偵測公用電力電網之電壓及/或電流水平。可以藉由由控制裝置在電流源逆變器302a、302b、整流器310、電網側匯流排314、傳輸匯流排317a、317b、316c、316d及/或轉接開關312中之任一者處直接量測公用電力電網之電壓及/或電流水平來量測公用電力電網之電壓及/或電流水平。控制裝置可以藉由將公用電力電網之電壓及/或電流水平與電網可用性臨限值進行比較來判定公用電力電網是否可用。回應於判定公用電力電網可用(即，判定區塊412＝「是」)，控制裝置可以在下文參照圖4B描述之步驟「A」中繼續以正常操作模式操作。回應於判定公用電力電網不可用(即，判定區塊412＝「否」)，控制裝置可以在下文參照圖4C描述之步驟「B」中以緊急模式操作。
參考圖4B，回應於判定公用電力電網可用(即，判定區塊412＝「是」)，控制裝置可以在判定區塊420中判定基於燃料電池系統之微電網300是否連接至公用電力電網。控制裝置可基於轉接開關312之狀態、位置等判定基於燃料電池系統之微電網300與公用電力電網之連接狀態。當轉接開關312選擇性地將電網側匯流排314電連接至公用電力電網時，基於燃料電池系統之微電網300可以在正常操作模式下連接至公用電力電網。當轉接開關312選擇性地將電網側匯流排314電連接至微電網側匯流排318時，基於燃料電池系統之微電網300可以在緊急操作模式下與公用電力電網斷開。
回應於判定基於燃料電池系統之微電網300未連接至公用電力電網(即，判定區塊420＝「否」)，在區塊422中，控制裝置可將電網側匯流排314與微電網側匯流排318以電氣方式斷開，且將電網側匯流排314電連接至公用電力電網。控制裝置可控制轉接開關312以改變狀態或位置，以將電網側匯流排314與微電網側匯流排318以電氣方式斷開且將電網側匯流排314電連接至公用電力電網。
回應於判定基於燃料電池系統之微電網300連接至公用電力電網(即，判定區塊420=「是」)或在區塊422之後，控制裝置可在判定區塊424中判定微電網側匯流排318處的電壓是否足以支援負載。例如，控制裝置可以如本文參考區塊402該或者使用區塊402之微電網側匯流排318處電壓之量測值來量測微電網側匯流排318處的電壓。控制裝置可將微電網側匯流排318處的電壓之量測值與負載需求進行比較。當微電網側匯流排318處的電壓低於負載需求時，微電網側匯流排318處電壓可能不足，而當微電網側匯流排318處的電壓滿足或超過負載需求時則足夠。
回應於判定微電網側匯流排318處的電壓不足以支援負載(即，判定區塊424＝「否」)，在區塊426中，控制裝置可以控制整流器310及電流源逆變器302c。控制裝置可以控制整流器310及電流源逆變器302c，以將電能自電網側匯流排314提供至微電網側匯流排318。來自電網側匯流排314之電能可包括由電流源逆變器302a、302b輸出至電網側匯流排318之AC電流，如本文參考區塊410所述。控制裝置可以控制整流器310及電流源逆變器302c，例如，藉由發信號控制整流器310及電流源逆變器302c或者直接在整流器310處及電流源逆變器302c處設定電流輸出之設定點。除了微電網側匯流排318處的電壓之外，電流輸出之設定點可以基於滿足基於伏特-瓦特曲線之負載需求所需之電流量。
在區塊428中，控制裝置可以控制整流器310自電網側匯流排314汲取AC電流。在區塊426中，控制裝置可以控制整流器310以自電網側匯流排314汲取一定量之AC電流，且基於對整流器310之控制輸出DC電流。在區塊430中，控制裝置可控制電流源逆變器302c以將受控量之AC電流輸出至微電網側匯流排318。在區塊426中，控制裝置可基於對電流源逆變器302c之控制來控制電流源逆變器302c以轉換DC電流之量並將受控量AC電流輸出至微電網側匯流排318。
回應於判定微電網側匯流排318處的電壓足以支援負載(即，判定區塊424＝「是」)或在區塊430之後，在區塊432中，控制裝置可以控制電網側母線314處的過量電能至公用電力電網之輸出。在區塊402中，控制裝置可繼續量測微電網側匯流排318處的電壓。
參考圖4C，回應於判定公用電力電網不可用(即，判定區塊412＝「否」)，控制裝置可以在判定區塊440中判定基於燃料電池系統之微電網300是否連接至公用電力電網。控制裝置可基於轉接開關312之狀態、位置等判定基於燃料電池系統之微電網300與公用電力電網之連接狀態。當轉接開關312選擇性地將電網側匯流排314電連接至公用電力電網時，基於燃料電池系統之微電網300可以連接至公用電力電網。當轉接開關312選擇性地將電網側匯流排314電連接至微電網側匯流排318時，基於燃料電池系統之微電網300可以與公用電力電網斷開。
回應於判定基於燃料電池系統之微電網300連接至公用電力電網(即，判定區塊440＝「是」)，在區塊442中，控制裝置可將電網側匯流排314電連接至微電網側匯流排318，且將電網側匯流排314與公用電力電網以電氣方式斷開。控制裝置可控制轉接開關312以改變狀態或位置，以將電網側匯流排314電連接至微電網側匯流排318且將電網側匯流排314與公用電力電網以電氣方式斷開。
回應於判定基於燃料電池系統之微電網300未連接至公用電力電網(即，判定區塊440＝「否」)或在區塊442之後，控制裝置可在判定區塊444中判定微電網側匯流排318處的電壓是否足以支援負載。例如，控制裝置可以如本文參考區塊402該或者使用區塊402之微電網側匯流排318處電壓之量測值來量測微電網側匯流排318處的電壓。控制裝置可將微電網側匯流排318處的電壓之量測值與負載需求進行比較。當微電網側匯流排318處的電壓低於負載需求時，微電網側匯流排318處電壓可能不足，而當微電網側匯流排318處的電壓滿足或超過負載需求時則足夠。
回應於判定微電網側匯流排318處的電壓不足以支援負載(即，判定區塊444＝「否」)，在區塊446中，控制裝置可控制電流源逆變器302a、302b。控制裝置可以控制電流源逆變器302a、302b，以經由電網側匯流排314及傳輸匯流排316d將來自燃料電池304a、304b之電能提供至微電網側匯流排318。電能可包括由電流源逆變器302a、302b輸出至電網側匯流排318之AC電流，如本文參考區塊410所述。控制裝置可例如藉由發信號控制電流源逆變器302a、302b或直接將電流源逆變器302a、302b設定為用於電流輸出之設定點來控制電流源逆變器302a、302b。除了微電網側匯流排318處的電壓之外，電流輸出之設定點可以基於滿足基於伏特-瓦特曲線之負載需求所需之電流量。
在區塊448中，控制裝置可以控制電流源逆變器302a、302b，以經由電網側匯流排314將受控量之AC電流輸出至微電網側匯流排318。在區塊446中，控制裝置可以控制電流源逆變器302a、302b以轉換DC電流之量，且基於對電流源逆變器302a、302b之控制，經由電網側匯流排314將受控量之AC電流輸出至微電網側匯流排318。
回應於判定微電網側匯流排318處的電壓足以支援負載(即，判定區塊444＝「是」)或在區塊448之後，在區塊402中，控制裝置可繼續量測微電網側匯流排318處的電壓。
圖5繪示適合於實施各種實施例之基於燃料電池系統之微電網500。參考圖1至圖5，基於燃料電池系統之微電網500可包括多個燃料電池304a、304b、電壓源逆變器308a、308b、電流源逆變器302a、302b、電網側匯流排314、微電網側匯流排318、傳輸匯流排316a、316b、316d、317a、317b及轉接開關312。在一些實例中，基於燃料電池系統之微電網500亦可包括儲存模組306a、306b、306c。除非另有說明，否則燃料電池304a、304b、電壓源逆變器308a、308b、電流源逆變器302a、302b、電網側匯流排314、微電網側匯流排318、傳輸匯流排316a、316b、316d、317a、317b、轉接開關312及/或儲存模組306a、306b、306c可以被組態、結構化、電連接及/或如本文參考圖3至圖4C所描述地執行。基於燃料電池系統之微電網500亦可包括馬達502、發電機504及傳輸匯流排316e，以代替圖3所示的各別整流器310、電流源逆變器302c及傳輸匯流排316c。
當轉接開關312在正常操作模式下選擇性地將電網側匯流排314電連接至公用電力電網時，馬達502可經組態以回應於需要更多電能來支援負載需求而經由傳輸匯流排316e自電網側匯流排314汲取AC電流。由電壓源逆變器308a、308b輸出至微電網側匯流排318之AC電壓可能不足以支援負載需求。為了增加提供至微電網側匯流排318的AC電壓之量，馬達502可以自電網側匯流排314汲取AC電流。馬達502可使用接收到之AC電流來驅動馬達502。馬達502可以各種速度操作以驅動發電機504。電網側匯流排314處的任何其餘AC電流可被輸出至公用電力電網。回應於電壓源逆變器308a、308b滿足之負載需求，馬達502可經組態以不自電網側匯流排314汲取AC電流，且電網側匯流排314處的AC電流可被輸出至公用電力電網。由馬達502自電網側匯流排314汲取的AC電流之量及操作及/或驅動發電機504之速度可以由控制器320控制。
馬達502可以使用自電網側匯流排314汲取之AC電流來驅動發電機504，且發電機504可以產生AC電能並經由傳輸匯流排316e將AC電能提供至微電網側匯流排318。AC電能可被組態為經組態以遵循伏特-瓦特曲線的AC電流之量。由發電機504輸出至微電網側匯流排318的AC電流之量可以基於負載需求來控制。例如，發電機504可以基於微電網側匯流排318及/或電壓源逆變器308a、308b處的電壓及負載需求，輸出遵循伏特-瓦特曲線的AC電流。由發電機504輸出之AC電流可為足以補充電壓源逆變器308a、308b的AC電壓之輸出的不足以支援負載需求之量。由發電機504輸出的AC電流之量可以由控制器320控制。
儲存模組306c可以並聯電連接至馬達502及發電機504。儲存模組306c可以藉由傳輸匯流排316e電連接至微電網側匯流排318。
在此實施例中，可以自發電機504獲得大量之短路電流。由於逆變器技術，微電網系統通常比並網系統提供之短路電流少得多。因此，發電機504有利地用於在發生故障時提供大量短路電流，從而快速清除保護裝置。
圖6A至圖6C為根據各種實施例之圖5中說明之用於基於燃料電池系統之微電網500之基於燃料電池系統之微電網電力管理之方法之過程流程圖。參考圖1至圖6C，方法600可以使用一或多個控制器320來實施，該一或多個控制器320經組態以自任意數量或組合之燃料電池304a、304b、電壓源逆變器308a、308b、電流源逆變器302a、302b、馬達502、發電機504、電網側匯流排314、微電網側匯流排318、傳輸匯流排316a、316b、316d、316e、317a、317b、轉接開關312及/或儲存模組306a、306b、306c接收信號。方法600可以使用一或多個控制器320來實施，該一或多個控制器320經組態以將控制信號發送至任意數量或組合之電壓源逆變器308a、308b、電流源逆變器302a、302b、馬達502、發電機504、轉接開關312及/或儲存模組306a、306b、306c。為了涵蓋能夠在各個實施例中實現之替代組態，實施方法600之硬體在本文中被稱作「控制裝置」。任何數量及組合之區塊402至448及602至606可以週期性地、重複地或連續地及/或與區塊402至448及602至606中之任何其他區塊同時實施。區塊402至448可以類似於本文參考圖4A至圖4C針對方法400描述之區塊402至448的方式描述方法600之部分。
參考圖6A，在區塊402中，控制裝置可以量測微電網側匯流排318處的電壓。在區塊404中，控制裝置可以控制電壓源逆變器308a、308b。在區塊406中，控制裝置可控制電壓源逆變器308a、308b以將受控量之AC電壓輸出至微電網側匯流排318。在區塊408中，控制裝置可以量測電網側匯流排314處的電壓。在區塊410中，控制裝置可控制電流源逆變器302a、302b以將過量電能輸出至電網側匯流排314。在判定區塊412中，控制裝置可以判定公用電力電網是否可用。回應於判定公用電力電網可用(即，判定區塊412＝「是」)，控制裝置可以繼續至圖6B中之步驟「A」。回應於判定公用電力電網不可用(即，判定區塊412＝「否」)，控制裝置可以繼續至圖6C中之步驟「B」。
參考圖6B，回應於判定公用電力電網可用(即，判定區塊412＝「是」)，控制裝置可以在判定區塊420中判定基於燃料電池系統之微電網500是否連接至公用電力電網。回應於判定基於燃料電池系統之微電網500未連接至公用電力電網(即，判定區塊420＝「否」)，在區塊422中，控制裝置可將電網側匯流排314與微電網側匯流排318以電氣方式斷開，且將電網側匯流排314電連接至公用電力電網。回應於判定基於燃料電池系統之微電網500連接至公用電力電網(即，判定區塊420=「是」)或在區塊422之後，控制裝置可判定微電網側匯流排318處的電壓是否足以支援判定區塊424中之負載。
回應於判定微電網側匯流排318處的電壓不足以支援負載(即，判定區塊424＝「否」)，在區塊602中，控制裝置可以控制馬達502以驅動發電機504。控制裝置可以控制馬達502及發電機504，以將電能自電網側匯流排314提供至微電網側匯流排318。來自電網側匯流排314之電能可包括由電流源逆變器302a、302b輸出至電網側匯流排318之AC電流，如上文參考區塊410所述。控制裝置可以控制馬達502及發電機504，例如，藉由發信號控制馬達502及發電機504，或者直接將馬達502及發電機504設定為操作速度及/或電流輸出之設定點。除了微電網側匯流排318處的電壓之外，操作速度及/或電流輸出之設定點可以基於滿足基於伏特-瓦特曲線之負載需求所需之電流量。
在區塊604中，控制裝置可以控制馬達502自電網側匯流排314汲取AC電流。在區塊602中，控制裝置可以基於對馬達502之控制，控制馬達502以自電網側匯流排314汲取一定量之AC電流以按某一速度操作。在區塊606中，控制裝置可控制發電機504以將受控量之AC電流輸出至微電網側匯流排318。在區塊602中，控制裝置可基於對發電機之控制，控制發電機504以某一速度操作並將受控量之AC電流輸出至微電網側匯流排318。
回應於判定微電網側匯流排318處的電壓足以支援負載(即，判定區塊424＝「是」)或在區塊430之後，在區塊432中，控制裝置可以控制電網側母線314處的過量電能至公用電力電網之輸出。在區塊402中，控制裝置可繼續量測微電網側匯流排318處的電壓。
參考圖6C，回應於判定公用電力電網不可用(即，判定區塊412＝「否」)，控制裝置可以在判定區塊440中判定基於燃料電池系統之微電網500是否連接至公用電力電網。回應於判定基於燃料電池系統之微電網500連接至公用電力電網(即，判定區塊440＝「是」)，在區塊442中，控制裝置可將電網側匯流排314電連接至微電網側匯流排318，且將電網側匯流排314與公用電力電網以電氣方式斷開。回應於判定基於燃料電池系統之微電網500未連接至公用電力電網(即，判定區塊440＝「否」)或在區塊442之後，控制裝置可在判定區塊444中判定微電網側匯流排318處的電壓是否足以支援負載。回應於判定微電網側匯流排318處的電壓不足以支援負載(即，判定區塊444＝「否」)，在區塊446中，控制裝置可控制電流源逆變器302a、302b。在區塊448中，控制裝置可以控制電流源逆變器302a、302b，以經由電網側匯流排314將受控量之AC電流輸出至微電網側匯流排318。回應於判定微電網側匯流排318處的電壓足以支援負載(即，判定區塊444＝「是」)或在區塊448之後，在區塊402中，控制裝置可繼續量測微電網側匯流排318處的電壓。
圖7繪示適合於實施各種實施例之基於燃料電池系統之微電網700。參考圖1至圖7，基於燃料電池系統之微電網700可包括多個燃料電池304a、304b、電壓源逆變器308a、308b、電流源逆變器302a、302b、電網側匯流排314、微電網側匯流排318、傳輸匯流排316a、316b、316d、317a、317b及轉接開關312。在一些實例中，基於燃料電池系統之微電網700亦可包括儲存模組306a、306b、306c。除非另有說明，否則燃料電池304a、304b、電壓源逆變器308a、308b、電流源逆變器302a、302b、電網側匯流排314、微電網側匯流排318、傳輸匯流排316a、316b、316d、317a、317b、轉接開關312及/或儲存模組306a、306b、306c可以被組態、結構化、電連接及/或如本文參考圖3至圖6C所描述地執行。基於燃料電池系統之微電網700亦可包括繼電器702、電接觸器704及傳輸匯流排316f，而非圖5所示的馬達502、發電機504及傳輸匯流排316e。
電流源逆變器302a、302b可經組態以將遵循伏特-瓦特曲線之AC電流提供至電網側匯流排314。由電流源逆變器302a、302b輸出至電網側匯流排314的AC電流之量可以基於電網側匯流排314之各種電連接來控制。例如，電網側匯流排314可以藉由轉接開關312在正常操作模式下選擇性地電連接至公用電力電網(即，圖7中之「電網」)。電流源逆變器302a、302b可以基於電網側匯流排314、微電網側匯流排318、電流源逆變器302a、302b、電壓源逆變器308a、308b、繼電器702、電接觸器704、傳輸匯流排316f及/或轉接開關312處的電壓輸出遵循伏特-瓦特曲線之AC電流。電網側匯流排314上之AC電流可被輸出至公用電力電網及/或用於藉由流向微電網側匯流排318來支援負載。在另一實例中，在緊急操作模式下，電網側匯流排314可以藉由轉接開關312及傳輸匯流排316d選擇性地電連接至微電網側匯流排318。電流源逆變器302a、302b可以基於電網側匯流排314、電流源逆變器302a、302b、轉接開關312、傳輸匯流排316d、微電網側匯流排318及/或電壓源逆變器308a、308b處的電壓輸出遵循伏特-瓦特曲線之AC電流。由電流源逆變器302a、302b輸出的AC電流之量可以由控制器320控制。
繼電器702可經組態以在傳輸匯流排316f處偵測電網側匯流排314與微電網側匯流排318之間的電流流動。當電網側匯流排314處的AC電流支援負載時，AC電流以「正向流動」自電網側匯流排314流向微電網側匯流排314。然而，在某些情況下，AC電流可能以「反向流動」自微電網側匯流排314流向電網側匯流排314。電接觸器704可以電氣方式被控制以允許或中斷傳輸匯流排316f上之電流流動。電接觸器704可為任何形式之以電氣方式被控制之接觸器，例如斷路器、開關等。
回應於偵測到傳輸匯流排316f上之反向電流，繼電器702可以向電接觸器704發出信號以中斷傳輸匯流排316f上之反向流動。在一些實例中，繼電器702可以直接向電接觸器704發出信號以中斷傳輸匯流排316f上之反向流動。在一些實例中，繼電器702可以藉由向控制器320發信號通知傳輸匯流排316f上之反向流動之偵測，且控制器320向電接觸器704發信號通知中斷傳輸匯流排316f上之反向流動，來經由控制器320向電接觸器704發出信號以中斷傳輸匯流排316f上之反向流動。
轉接開關312及電接觸器704之位置或狀態可以互鎖。例如，當轉接開關312在正常操作模式下選擇性地將電網側匯流排314電連接至公用電力電網時，電接觸器704可以在傳輸匯流排316f上維持電網側匯流排314與微電網側匯流排318之間的電連接，且反之亦然。在另一實例中，當轉接開關312在緊急操作模式下選擇性地將電網側匯流排314電連接至微電網側匯流排318時，電接觸器704可以在傳輸匯流排316f上中斷電網側匯流排314與微電網側匯流排318之間的電連接，且反之亦然。
圖8A至圖8C為根據各種實施例之圖7中說明之用於基於燃料電池系統之微電網700的基於燃料電池系統之微電網電力管理之方法之過程流程圖。參考圖1至圖8C，方法800可以使用一或多個控制器320來實施，該一或多個控制器320經組態以自任意數量或組合之燃料電池304a、304b、電壓源逆變器308a、308b、電流源逆變器302a、302b、繼電器702、電接觸器704、電網側匯流排314、微電網側匯流排318、傳輸匯流排316a、316b、316d、316f、317a、317b、轉接開關312及/或儲存模組306a、306b接收信號。方法800可以使用一或多個控制器320及/或繼電器704來實施，該一或多個控制器320及/或繼電器704經組態以將控制信號發送至任意數量及組合之電壓源逆變器308a、308b、電流源逆變器302a、302b、電接觸器704、轉接開關312及/或儲存模組306a、306b。為了涵蓋能夠在各個實施例中實現之替代組態，實施方法800之硬體在本文中被稱作「控制裝置」。任何數量及組合之區塊402至448及802至808可以週期性地、重複地或連續地及/或與區塊402至448及802至808中之任何其他區塊同時實施。區塊402至448可以類似於本文參考圖4A至圖4C針對方法400描述之區塊402至448之方式描述方法800之部分。
參考圖8A，在區塊802中，控制裝置可以量測微電網側匯流排318處的電壓及/或電流。在電網側匯流排314藉由電接觸器704連接至微電網側匯流排318時，可以藉由自例如電壓源逆變器308a、308b、繼電器702、電接觸器704及/或轉接開關312中之任何一者接收信號來量測微電網側匯流排318處的電壓及/或電流，該等信號經組態以向控制裝置指示微電網側匯流排318處的電壓及/或電流。微電網側匯流排318處的電壓及/或電流可以藉由由控制裝置在電壓源逆變器308a、308b、繼電器702、電接觸器704、微電網側匯流排318、傳輸匯流排316a、316b、316d、316f及/或轉接開關312中之任何一者處直接量測微電網側匯流排318處的電壓及/或電流來量測。在電網側匯流排314藉由轉接開關312連接至微電網側匯流排318時，可以藉由自另外例如電網側匯流排314及/或電流源逆變器302a、302b中之任何一者接收信號來量測微電網側匯流排318處的電壓及/或電流，該等信號經組態以向控制裝置指示微電網側匯流排318處的電壓及/或電流。微電網側匯流排318處的電壓及/或電流可以藉由由控制裝置另外在電網側匯流排314及/或電流源逆變器302a、302b中之任一者處直接量測微電網側匯流排318處電壓來量測。
在區塊804中，控制裝置可以控制電壓源逆變器308a、308b。控制裝置可以控制由電壓源逆變器308a、308b輸出至微電網側匯流排318之AC電壓。例如，控制裝置可以向電壓源逆變器308a、308b發送信號，或者直接將電壓源逆變器308a、308b設定為AC電壓輸出之設定點。控制裝置可以控制電壓源逆變器308a、308b以向微電網側匯流排318輸出相同量之AC電壓。控制裝置可以基於基於燃料電池系統之微電網700所部署之負載之負載需求來控制電壓源逆變器308a、308b，以將AC電壓輸出至微電網側匯流排318。控制裝置可以控制電壓源逆變器308a、308b以將AC電壓輸出至微電網側匯流排318，以防止微電網側匯流排318上之電流輸出至公用電力電網。控制裝置可以另外控制電壓源逆變器308a、308b，以基於燃料電池304a、304b中之最低電能產生容量來限制至微電網側匯流排318之輸出AC電壓。例如，當負載需求之相等份額超過燃料電池304a、304b中之最低電能產生容量時，控制裝置可藉由電壓源逆變器308a、308b將至微電網側匯流排318之輸出AC電壓限制為可由自具有最低之電能產生容量之燃料電池304a、304b接收DC電壓之電壓源逆變器308a、308b輸出之量。
在區塊806中，控制裝置可控制電壓源逆變器308a、308b以將受控量之AC電壓輸出至微電網側匯流排318。在區塊804中，受控量之AC電壓可基於對電壓源逆變器308a、308b之控制。
在區塊408中，控制裝置可以量測電網側匯流排314處的電壓。在區塊410中，控制裝置可控制電流源逆變器302a、302b以將過量電能輸出至電網側匯流排314。在判定區塊412中，控制裝置可以判定公用電力電網是否可用。回應於判定公用電力電網可用(即，判定區塊412＝「是」)，控制裝置可以繼續至圖8B中之步驟「A」。回應於判定公用電力電網不可用(即，判定區塊412＝「否」)，控制裝置可以繼續至圖8C中之步驟「B」。
參考圖8B，回應於判定公用電力電網可用(即，判定區塊412＝「是」)，控制裝置可以在判定區塊420中判定基於燃料電池系統之微電網700是否連接至公用電力電網。回應於判定基於燃料電池系統之微電網700未連接至公用電力電網(即，判定區塊420＝「否」)，在區塊808中，控制裝置可經由傳輸匯流排316f將電網側匯流排314與微電網側匯流排318以電氣方式斷開，且將電網側匯流排314電連接至公用電力電網。控制裝置可控制轉接開關312以改變狀態或位置，以將電網側匯流排314電連接至公用電力電網且經由傳輸匯流排316d將電網側匯流排314與微電網側匯流排318以電氣方式斷開。
回應於判定基於燃料電池系統之微電網700連接至公用電力電網(即，判定區塊420=「是」)或在區塊808之後，控制裝置可在判定區塊810中判定傳輸匯流排316f上是否存在反向功率流。在一些實例中，控制裝置可以藉由自繼電器702接收信號來偵測傳輸匯流排316f上之反向功率流，該繼電器702經組態以向控制裝置指示反向流動之存在。若負載電能(例如，功率)需求小於由電壓源逆變器308a、308b提供至微電網側匯流排318之總電能(例如，功率)，則可能發生反向功率流。相比之下，若負載電能(例如，功率)需求大於由電壓源逆變器308a、308b提供之總電能(例如，功率)，則在傳輸匯流排316f上不會發生反向功率流，因為額外之電能(例如，功率)由負載自電流源逆變器302a、302b及/或自公用電力電網汲取。
回應於判定傳輸匯流排316f上沒有反向功率流(即，判定區塊810＝「否」)，在區塊812中，控制裝置可以控制電流源逆變器302a、302b。控制裝置可以控制電流源逆變器302a、302b，以經由電網側匯流排314及傳輸匯流排316f將來自燃料電池304a、304b之電能提供至微電網側匯流排318。電能可包括由電流源逆變器302a、302b輸出至電網側匯流排318之AC電流，如本文參考區塊410所述。控制裝置可例如藉由發信號控制電流源逆變器302a、302b或直接將電流源逆變器302a、302b設定為用於電流輸出之設定點來控制電流源逆變器302a、302b。除了微電網側匯流排318處的電壓之外，電流輸出之設定點可以基於滿足基於伏特-瓦特曲線之負載需求所需之電流量。
在區塊814中，控制裝置可控制電接觸器704閉合，以經由傳輸匯流排316f將電網側匯流排314電連接至微電網側匯流排318。換言之，若負載功率需求低於電壓源逆變器308a、308b之功率輸出，則接觸器704閉合以經由電網側匯流排314、傳輸匯流排316f及微電網側匯流排318將來自電流源逆變器302a、302b之過量功率提供至負載，以滿足負載功率需求。
回應於判定傳輸匯流排316f上存在反向流動(即，判定區塊810＝「是」)，在區塊816中，控制裝置可以控制電接觸器704斷開以防止傳輸匯流排316f上之反向流動。控制裝置可以控制電接觸器704以改變狀態或位置(即，斷開)，以經由傳輸匯流排316f將電網側匯流排314與微電網側匯流排318以電氣方式斷開。換言之，若負載功率需求低於電壓源逆變器308a、308b之功率輸出，則接觸器704斷開以防止自微電網匯流排318至公用電力電網之反向功率流。
在區塊814或區塊816之後，在區塊432中，控制裝置可以控制將電網側匯流排314處的過量電能輸出至公用電力電網。在區塊802中，控制裝置可繼續量測微電網側匯流排318處的電壓。
參考圖8C，回應於判定公用電力電網不可用(即，判定區塊412＝「否」)，控制裝置可以在判定區塊440中判定基於燃料電池系統之微電網700是否連接至公用電力電網。回應於判定基於燃料電池系統之微電網700連接至公用電力電網(即，判定區塊440＝「是」)，在區塊818中，控制裝置可經由傳輸匯流排316d將電網側匯流排314電連接至微電網側匯流排318，且將電網側匯流排314與公用電力電網以電氣方式斷開。
控制裝置可控制轉接開關312以改變狀態或位置，以經由傳輸匯流排316d將電網側匯流排314電連接至微電網側匯流排318且將電網側匯流排314與公用電力電網以電氣方式斷開。控制裝置可以控制電接觸器704以改變狀態或位置(即，斷開)，以經由傳輸匯流排316f將電網側匯流排314與微電網側匯流排318以電氣方式斷開。
回應於判定基於燃料電池系統之微電網700未連接至公用電力電網(即，判定區塊440＝「否」)或在區塊818之後，控制裝置可在判定區塊444中判定微電網側匯流排318處的電壓是否足以支援負載。回應於判定微電網側匯流排318處的電壓不足以支援負載(即，判定區塊444＝「否」)，在區塊446中，控制裝置可控制電流源逆變器302a、302b。在區塊448中，控制裝置可以控制電流源逆變器302a、302b，以經由電網側匯流排314將受控量之AC電流輸出至微電網側匯流排318。回應於判定微電網側匯流排318處的電壓足以支援負載(即，判定區塊444＝「是」)或在區塊448之後，在區塊802中，控制裝置可繼續量測微電網側匯流排318處的電壓。
提供對所揭示的態樣之前述描述以使熟習此項技術者能夠製作或使用本發明。熟習此項技術者將顯而易見對此等態樣之各種修改，且在不脫離本發明之範圍之情況下，本文中所定義之一般原理可應用於其他態樣。因此，本發明不希望侷限於本文中所示的各態樣，而是希望被賦予與本文中所揭示之原理及新穎特徵一致之最寬範圍。
前述方法描述及圖式僅僅作為說明性實例提供，且其並不意圖要求或暗示各個實施例之步驟必須以所呈現之次序執行。如熟習此項技術者將瞭解，前述實施例中之步驟次序可以任何次序進行。此外，例如「隨後」、「接著」、「接下來」等詞並不希望限制步驟之次序；此等詞僅用以引導讀者瀏覽對方法之描述。
一或多個圖式已經用於描述示例性實施例。圖式之使用並不意謂限制所執行之操作之順序。已出於說明及描述之目的呈現了示例性實施例之前述描述。此並非旨在為詳盡無遺或限於所揭示之精確形式，且鑒於以上教導可以做出修改及變化，或可以自所揭示之實施例之實踐中獲取該修改及變化。預期本發明之範圍將由在此所附之申請專利範圍及其等效物限定。
可使用計算裝置(例如，電腦)實施包括本文所描述之控制裝置及控制器320之控制元件，該計算裝置包括可程式化處理器、記憶體及已經用指令程式化以執行特定功能或可在被設計成執行指定功能之處理器中實施之其他組件。處理器可為可藉由軟體指令(應用程式)組態以執行多種功能(包括本文所描述之各種實施例之功能)之任何可程式化微處理器、微電腦或一或多個多處理器晶片。在一些計算裝置中，可提供多個處理器。通常，軟體應用程式在被存取並加載至處理器中之前可儲存於內部記憶體中。在一些計算裝置中，處理器可包括足以儲存應用程式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、電路及算法步驟可實施為電子硬體、電腦軟體，或兩者之組合。為清晰地說明硬體與軟體之此種可互換性，上文已大體就其功能性來描述了各種說明性組件、區塊、模組、電路及步驟。此種功能被實施為硬體抑或軟體取決於特定應用及外加於整個系統之設計約束。熟習此項技術者可針對每一特定應用以不同方式來實施所描述之功能性，但此種實施決策不應被解釋為會引起脫離本發明之範圍。
用於實施結合本文所揭示之態樣而描述的各種說明性邏輯、邏輯區塊、模組及電路之硬體可以用控制裝置來實施或執行，該控制裝置可為或包括：通用處理器、數位信號處理器(DSP)、特殊應用積體電路(ASIC)、場可程式化閘陣列(FPGA)或被設計成執行本文所描述之功能之其他可程式化邏輯裝置、離散閘或電晶體邏輯、離散硬體組件，或其任何組合。通用處理器可為微處理器，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。處理器亦可被實施為計算裝置之組合，例如，DSP與微處理器之組合、複數個微處理器、結合DSP核心之一或多個微處理器，或任何其他此組態。或者，可藉由專用於給定功能之電路來執行一些框或方法。
提供對所揭示之實施例的先前描述以使熟習此項技術者能夠製作或使用所描述之實施例中之任一者。熟習此項技術者將容易瞭解對此等實施例之各種修改，且可在不脫離本發明之範圍的情況下將本文定義之一般原理應用至其他實施例。因此，申請專利範圍並不希望限於本文中所示的實施例，而是應被賦予與申請專利範圍語言及本文所揭示之原理及新穎特徵相一致之最廣範圍。
10:模組化燃料電池系統外殼 12:功率模組殼體 13:熱箱 14:殼體 16:燃料輸入(即，燃料處理)模組殼體 17:重整器 18:功率調節(即，電輸出)模組殼體 20:共同基底 30:門 40:燃料電池堆或柱 45:燃料電池 50:互連件 60:端板 300:微電網 302a:電流源逆變器 302b:電流源逆變器 302c:電流源逆變器 304a:燃料電池 304b:燃料電池 306a:儲存模組 306b:儲存模組 306c:儲存模組 308a:電壓源逆變器 308b:電壓源逆變器 310:整流器 312:轉接開關 314:電網側匯流 316a:傳輸匯流排 316b:傳輸匯流排 316c:傳輸匯流排 316d:傳輸匯流排 316e:傳輸匯流排 316f:傳輸匯流排 317a:傳輸匯流排 317b:傳輸匯流排 318:微電網側匯流排 320:控制器 400:方法 402:區塊 404:區塊 406:區塊 408:區塊 410:區塊 412:區塊 420:區塊 422:區塊 424:區塊 426:區塊 428:區塊 430:區塊 432:區塊 440:區塊 442:區塊 444:區塊 446:區塊 448:區塊 500:微電網 502:馬達 504:發電機 600:方法 602:區塊 604:區塊 606:區塊 700:微電網 702:繼電器 704:電接觸器 800:方法 802:區塊 804:區塊 806:區塊 808:區塊 810:區塊 812:區塊 814:區塊 816:區塊 818:區塊
圖1為根據適合於實施各種實施例之各種實施例之燃料電池系統之透視圖。
圖2為根據適合於實施各種實施例之各種實施例之熱箱之示意性側視橫截面圖。
圖3為適合於實施各種實施例之基於燃料電池系統之微電網之組件方塊圖。
圖4A至圖4C為根據各種實施例之圖3中說明之用於基於燃料電池系統的微電網之電力管理之方法之過程流程圖。
圖5為適合於實施各種實施例之基於燃料電池系統的微電網之組件方塊圖。
圖6A至圖6C為根據各種實施例之圖5中說明之用於基於燃料電池系統的微電網之電力管理之方法之過程流程圖。
圖7為適合於實施各種實施例之基於燃料電池系統之微電網之組件方塊圖。
圖8A至圖8C為根據各種實施例之圖7中說明之用於基於燃料電池系統的微電網之電力管理之方法之過程流程圖。
300:微電網
302a:電流源逆變器
302b:電流源逆變器
302c:電流源逆變器
304a:燃料電池
304b:燃料電池
306a:儲存模組
306b:儲存模組
306c:儲存模組
308a:電壓源逆變器
308b:電壓源逆變器
310:整流器
312:轉接開關
314:電網側匯流
316a:傳輸匯流排
316b:傳輸匯流排
316c:傳輸匯流排
316d:傳輸匯流排
317a:傳輸匯流排
317b:傳輸匯流排
318:微電網側匯流排
320:控制器

Claims (20)

  1. 一種微電網，其包含： 複數個直流(DC)電源； 複數個電壓源逆變器，其中該複數個電壓源逆變器中之每一者之一DC端電連接至該複數個DC電源中之一各別DC電源； 一微電網側匯流排，其中該複數個電壓源逆變器中之每一者之一交流(AC)端電連接至該微電網側匯流排，且該微電網側匯流排經組態以電連接至一負載； 複數個電流源逆變器，其中該複數個電流源逆變器中之每一者之一DC端電連接至該複數個DC電源中之一各別DC電源； 一電網側匯流排，其中該複數個電流源逆變器中之每一者之一AC端電連接至該電網側匯流排； 一轉接開關，其經組態以控制該電網側匯流排至一公用電力電網或至該微電網側匯流排之一選擇性電連接；及 一傳輸匯流排，其電連接在該微電網側匯流排與該電網側匯流排之間。
  2. 如請求項1之微電網，其中該複數個直流(DC)電源包含複數個燃料電池堆。
  3. 如請求項2之微電網，其中： 該複數個電壓源逆變器經組態以將大致相等量之AC電壓輸出至該微電網側匯流排，其中該複數個電壓源逆變器中之每一者之AC電壓之一最大輸出係基於該複數個燃料電池堆中之任一者之一最低產生容量；且 該複數個電流源逆變器經組態以根據由該複數個燃料電池堆中之任一者產生之DC電流超過該最低產生容量而將一AC電流輸出至該電網側匯流排。
  4. 如請求項1之微電網，其進一步包含： 一整流器，其經由該傳輸匯流排電連接至該電網側匯流排；及 一額外電流源逆變器，其位於該傳輸匯流排上且在其DC端處電連接至該整流器，且在其AC端處電連接至該微電網側匯流排。
  5. 如請求項4之微電網，其中該整流器及該額外電流源逆變器經組態以在該轉接開關將該電網側匯流排選擇性地電連接至該公用電力電網時使用來自該電網側匯流排之一第一AC電流將一第二AC電流提供至該微電網側匯流排。
  6. 如請求項1之微電網，其進一步包含： 一馬達，其經由該傳輸匯流排電連接至該電網側匯流排；及 一發電機，其電連接至該馬達且由該馬達驅動，且經由該傳輸匯流排電連接至該微電網側匯流排。
  7. 如請求項6之微電網，其中該馬達及該發電機經組態以在該轉接開關將該電網側匯流排選擇性地電連接至該公用電力電網時使用來自該電網側匯流排之一第一AC電流將一第二AC電流提供至該微電網側匯流排。
  8. 如請求項1之微電網，其進一步包含： 一電接觸器，其經組態以沿著該電網側匯流排與該微電網側匯流排之間的該傳輸匯流排選擇性地以電氣方式完成一電路，且經組態以沿著該電網側匯流排與該微電網側匯流排之間的該傳輸匯流排選擇性地以電氣方式中斷該電路；及 一控制裝置，其電連接至該傳輸匯流排且經組態以偵測電流流動且回應於偵測到電流自該微電網側匯流排至該電網側匯流排之一流動而用信號表示該電接觸器完成或中斷該電路。
  9. 如請求項8之微電網，其中該轉接開關與該電接觸器互鎖，使得當該轉接開關回應於該公用電力電網不可用而選擇性地將該電網側匯流排電連接至該微電網側匯流排時，該電接觸器沿著該電網側匯流排與該微電網側匯流排之間的該傳輸匯流排選擇性地以電氣方式中斷該電路，且當該電接觸器回應於自該微電網側匯流排至該電網側匯流排之一反向電流之一流動而沿著該電網側匯流排與該微電網側匯流排之間的該傳輸匯流排選擇性地以電氣方式中斷該電路時，該轉接開關選擇性地將該電網側匯流排電連接至該微電網側匯流排。
  10. 如請求項1之微電網，其中： 該轉接開關進一步經組態以回應於該公用電力電網不可用而選擇性地將該電網側匯流排電連接至該微電網側匯流排，且選擇性地以電氣方式將該電網側匯流排與該公用電力電網斷開；且 該複數個電流源逆變器經組態以在該轉接開關選擇性地將該電網側匯流排電連接至該微電網側匯流排時經由該電網側匯流排將AC電流輸出至該微電網側匯流排。
  11. 一種操作一微電網之方法，其包含： 將電能自複數個DC電源中之每一者提供至複數個電壓源逆變器中之一各別者且提供至複數個電流源逆變器中之一各別者； 藉由該複數個電壓源逆變器將一電壓輸出至該微電網側匯流排，使得該複數個電壓源逆變器中之每一者將大致相等量之電壓輸出至該微電網側匯流排，其中該複數個電壓源逆變器中之每一者之電壓之一最大輸出係基於該複數個DC電源中之一者之一最低產生容量； 基於由該複數個DC電源產生之電流之一量超過該最低產生容量而藉由該複數個電流源逆變器將一第一電流輸出至一電網側匯流排；及 使用輸出至該電網側匯流排之該第一電流將一第二電流提供至該微電網側匯流排。
  12. 如請求項11之方法，其進一步包含： 判定該電壓是否滿足一負載需求；及 回應於判定該電壓不滿足該負載需求： 藉由一整流器自該電網側匯流排汲取該第一電流； 將一第三電流自該整流器輸出至一額外電流源逆變器；及 將該第二電流自該額外電流源逆變器輸出至該微電網側匯流排。
  13. 如請求項12之方法，其進一步包含： 判定一公用電力電網是否可用；及 回應於判定該公用電力電網可用而選擇性地將該電網側匯流排電連接至該公用電力電網，其中回應於選擇性地將該電網側匯流排電連接至該公用電力電網而發生自該電網側匯流排汲取該第一電流及將該第二電流輸出至該微電網側匯流排。
  14. 如請求項11之方法，其中使用輸出至該電網側匯流排之該第一電流將該第二電流提供至該微電網側匯流排包含： 判定該電壓是否滿足一負載需求；及 回應於判定該電壓不滿足該負載需求： 自該電網側匯流排汲取該第一電流以驅動一馬達； 使用該馬達驅動一發電機；且 將該第二電流自該發電機輸出至該微電網側匯流排。
  15. 如請求項14之方法，其進一步包含： 判定一公用電力電網是否可用； 回應於判定該公用電力電網可用而選擇性地將該電網側匯流排電連接至該公用電力電網，其中回應於選擇性地將該電網側匯流排電連接至該公用電力電網而發生自該電網側匯流排汲取該第一電流及將該第二電流輸出至該微電網側匯流排。
  16. 如請求項11之方法，其中使用輸出至該電網側匯流排之該第一電流將該第二電流提供至該微電網側匯流排包含： 判定該電壓是否滿足一負載需求；及 回應於判定該電壓不滿足該負載需求，閉合一接觸器以將該電網側匯流排電連接至該微電網側匯流排且在該電網側匯流排與該微電網側匯流排之間形成一電路。
  17. 如請求項16之方法，其進一步包含： 偵測自該微電網側匯流排至該電網側匯流排之一反向電流流動；及 回應於偵測到該反向電流流動，斷開該接觸器以便以電氣方式中斷該電網側匯流排與該微電網側匯流排之間的該電路。
  18. 如請求項17之方法，其進一步包含回應於斷開該接觸器而以電氣方式將該電網側匯流排與該公用電力電網斷開且將該電網側匯流排電連接至該微電網側匯流排。
  19. 如請求項11之方法，其進一步包含： 判定一公用電力電網是否可用；及 回應於該公用電力電網不可用： 以電氣方式將該電網側匯流排與該公用電力電網斷開； 且 將該電網側匯流排電連接至該微電網側匯流排。
  20. 如請求項11之方法，其中該複數個DC電源包含燃料電池電源。
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