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JP7507877B2 - 電力システム - Google Patents

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Description

この出願は、回路技術の分野に関し、特に電力システムに関する。
太陽光発電は、従来の化石エネルギーよりも汚染が少ないため、より広く使用されるようになっている。発電システムでは、適用において、接続される太陽光発電アレイの性能、信頼性、管理、及びこれらに類するものに関する成熟した技術に起因して三相グリッド接続型太陽光発電インバータが主に使用されている。グリッド接続型太陽光発電の電力価格政策の調整に伴い、太陽光発電の入力－出力比について、より高い要求が掲げられ、太陽光発電のコストを削減することが肝要となっている。
現在、集中型（centralized）アーキテクチャ、分布型（distributed）アーキテクチャ、及び集散型（decentralized）アーキテクチャという３つの三相グリッド接続型太陽光発電インバータアーキテクチャが存在している。集中型及び非集中型インバータは、高い変換電力を持つが、低い入力電圧及びグリッド接続電圧を持ち、より高い入出力電流、より大きい直径のＤＣ／ＡＣケーブル、コストの増加、及び損失の増加をもたらす。分布型インバータは低い変換電力を持つ。入力電圧は１５００Ｖに達することができ、グリッド接続電圧は８００Ｖに達することができるが、電力が増加するにつれて、分布型インバータも、より高い入出力電流、より大きい寸法のＤＣ／ＡＣケーブル、コストの増加、及び損失の増加という問題を持つことになる。
この出願の実施形態は、ケーブル内の高い電流、高いケーブル径仕様、及び高いコストという前述の技術的問題を解決するための電力システムを提供する。
第１の態様によれば、この出願の一実施形態は、Ｎ個のパワーモジュールとＭ個のＤＣ－ＡＣユニットと、を有する電力システムを提供する。Ｎは１より大きい整数である。Ｍは１より大きい整数である。パワーモジュールは、正出力端子及び負出力端子を有して構成される。ＤＣ－ＡＣユニットは、正入力端子、負入力端子、及び出力端子を有して構成される。１番目のパワーモジュールの正出力端子が、１番目のＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合される。ｎ番目のパワーモジュールの負出力端子が、（ｎ＋１）番目のパワーモジュールの正出力端子に直列に結合されて、第１ノードを形成し、ｎは、０より大きくＮより小さい整数であり、例えば、１番目のパワーモジュールの負出力端子が、２番目のパワーモジュールの正出力端子に直列に結合されて第１ノードを形成し、２番目のパワーモジュールの負出力端子が、３番目のパワーモジュールの正出力端子に直列に結合されて第１ノードを形成し、…、そして、Ｎ番目のパワーモジュールの負出力端子が、Ｍ番目のＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合される。ｍ番目のＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子が、（ｍ＋１）番目のＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に直列に結合されて、第２ノードを形成し、ｍは０より大きくＭより小さい整数であり、例えば、１番目のＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子が、２番目のＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合されて第２ノードを形成し、２番目のＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子が、３番目のＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合されて第２ノードを形成し、…、そして、少なくとも１つの第１ノードと少なくとも１つの第２ノードとが結合される。ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の出力が絶縁される。
第１の態様に従った電力システムでは、パワーモジュールとＤＣ－ＡＣユニットとの間の電流を減少させるために、パワーモジュールの出力電圧を高めるようにパワーモジュールがカスケード接続され、その結果、パワーモジュールとＤＣ－ＡＣユニットとの間に、低い線径仕様のケーブルを用いることができ、パワーモジュールからＤＣ－ＡＣユニットへのケーブルのコスト問題を解決し得る。
第２の態様によれば、この出願の一実施形態は、第１電源と、第２電源と、第１段ＤＣ－ＡＣユニットと、第２段ＤＣ－ＡＣユニットと、を有する電力システムを提供する。第１電源の正出力端子が、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合される。第１電源の負出力端子が、第２電源の正出力端子に結合されて、第１ノードを形成する。第２電源の負出力端子が、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合される。第１段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子が、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合されて、第２ノードを形成する。第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の出力が絶縁される。
第２の態様に従った電力システムでは、電源とＤＣ－ＡＣユニット（第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットを含む）との間の電流を減少させるために、第１電源及び第２電源がカスケード接続されて、電源（第１電源及び第２電源を含む）の出力電圧を高め、その結果、電源とＤＣ－ＡＣユニットとの間に、低い線径仕様のケーブルを用いることができ、電源からＤＣ－ＡＣユニットへのケーブルのコスト問題を解決し得る。
第２の態様に従った電力システムを参照するに、取り得る一実装において、第１電源の正出力端子が、第１の導線を用いて第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合される。第２電源の負出力端子が、第２の導線を用いて第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合される。第１ノードが、第３の導線を用いて第２ノードに結合される。第３の導線の電流値は、第１の導線又は第２の導線の電流値以下である。第３の導線の電流値は小さいので、第３の導線のケーブル仕様を低くすることができ、第３の導線のコストが更に低減され得る。また、第１電源及び第２電源の出力電力／電圧が非対称である場合、又は第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの入力電力／電圧が非対称である場合、電流ループを設けて電圧等化を達成することができる。
第３の態様によれば、この出願の一実施形態は、Ｎ個のパワーモジュールと、Ｎ個のＤＣ－ＤＣユニットと、Ｍ個のＤＣ－ＡＣユニットと、を有する電力システムを提供する。パワーモジュールの出力端子が、ＤＣ－ＤＣユニットの入力端子に結合される。１番目のＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子が、１番目のＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合される。ｎ番目のＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子が、（ｎ＋１）番目のＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子に直列に結合されて、第１ノードを形成し、ｎは、０より大きくＮより小さい整数である。Ｎ番目のＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子が、Ｍ番目のＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合される。ｍ番目のＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子が、（ｍ＋１）番目のＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合されて、第２ノードを形成し、ｍは、０より大きくＭより小さい整数である。少なくとも１つの第１ノードと少なくとも１つの第２ノードとが結合される。ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の出力が絶縁される。
第３の態様に従った電力システムでは、ＤＣ－ＤＣユニットとＤＣ－ＡＣユニットとの間の電流を減少させるために、ＤＣ－ＤＣユニットの出力電圧を高めるようにＤＣ－ＤＣユニットがカスケード接続され、その結果、ＤＣ－ＤＣユニットとＤＣ－ＡＣユニットとの間に、低い線径仕様のケーブルを用いることができ、ＤＣ－ＤＣユニットからＤＣ－ＡＣユニットへのケーブルのコスト問題を解決し得る。
第４の態様によれば、この出願の一実施形態は、第１電源と、第２電源と、第１段ＤＣ－ＤＣユニットと、第２段ＤＣ－ＤＣユニットと、第１段ＤＣ－ＡＣユニットと、第２段ＤＣ－ＡＣユニットと、を有する電力システムを提供する。第１電源の出力端子が、第１段ＤＣ－ＤＣユニットの入力端子に結合される。第２電源の出力端子が、第２段ＤＣ－ＤＣユニットの入力端子に結合される。第１段ＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子が、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合される。第１段ＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子が、第２段ＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子に結合されて、第１ノードを形成する。第２段ＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子が、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負出力端子に結合される。第１段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子が、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合されて、第２ノードを形成する。第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の出力が絶縁される。
第４の態様に従った電力システムでは、ＤＣ－ＤＣユニットとＤＣ－ＡＣユニット（第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニット）との間の電流を減少させるために、ＤＣ－ＤＣユニットの出力電圧を高めるようにＤＣ－ＤＣユニット（第１段ＤＣ－ＤＣユニット及び第２段ＤＣ－ＤＣユニット）がカスケード接続され、その結果、ＤＣ－ＤＣユニットとＤＣ－ＡＣユニットとの間に、低い線径仕様のケーブルを用いることができ、ＤＣ－ＤＣユニットからＤＣ－ＡＣユニットへのケーブルのコスト問題を解決し得る。
第４の態様に従った電力システムを参照するに、取り得る一実装において、第１段ＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子が、第１の導線を用いて第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合される。第２段ＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子が、第２の導線を用いて第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負出力端子に結合される。第１ノードが、第３の導線を用いて第２ノードに結合される。第３の導線の電流値は、第１の導線又は第２の導線の電流値以下である。第３の導線の電流値は小さいので、第３の導線のケーブル仕様を低くすることができ、第３の導線のコストが更に低減され得る。また、第１段ＤＣ－ＤＣユニット及び第２段ＤＣ－ＤＣユニットの出力電力／電圧が非対称である場合、又は第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの入力電力／電圧が非対称である場合、電流ループを設けて電圧等化を達成することができる。
第５の態様によれば、この出願の一実施形態は、電源と、ＤＣ－ＤＣユニットと、Ｎ個のＤＣ－ＡＣユニットと、を有する電力システムを提供する。電源の出力端子が、ＤＣ－ＤＣユニットの入力端子に結合される。ＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子が、１番目のＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合される。ＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子が、Ｎ番目のＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合される。ｎ番目のＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子が、（ｎ＋１）番目のＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合されて、第１ノードを形成し、ｎは、０より大きくＮより小さい整数である。ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子が絶縁される。
第５の態様に従った電力システムでは、ＤＣ－ＤＣユニットとＤＣ－ＡＣユニットとの間の電流を減少させるために、ＤＣ－ＡＣユニットの入力電圧を高めるようにＤＣ－ＡＣユニットがカスケード接続され、その結果、ＤＣ－ＤＣユニットとＤＣ－ＡＣユニットとの間に、低い線径仕様のケーブルを用いることができ、ＤＣ－ＤＣユニットからＤＣ－ＡＣユニットへのケーブルのコスト問題を解決し得る。ＤＣ－ＤＣユニットが複数の電源に接続されるとき、ＤＣ－ＤＣユニットとＤＣ－ＡＣユニットとの間の電流を減少させ、ＤＣ－ＤＣユニットからＤＣ－ＡＣユニットへのケーブルのコスト及び損失の問題を解決するために、ＤＣ－ＤＣユニットを用いて出力電圧を高めることができる。
第６の態様によれば、この出願の一実施形態は、電源と、ＤＣ－ＤＣユニットと、第１段ＤＣ－ＡＣユニットと、第２段ＤＣ－ＡＣユニットと、を含む電力システムを提供する。電源の出力端子が、ＤＣ－ＤＣユニットの入力端子に結合される。ＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子が、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合される。ＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子が、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合される。第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の出力が絶縁される。
第６の態様に従った電力システムでは、ＤＣ－ＤＣユニットとＤＣ－ＡＣユニットとの間の電流を減少させ、ＤＣ－ＤＣユニットからＤＣ－ＡＣユニットへのケーブルのコスト及び損失の問題を解決するために、ＤＣ－ＡＣユニットの入力端子がカスケード接続される。ＤＣ－ＤＣユニットが複数の電源に接続されるとき、ＤＣ－ＤＣユニットとＤＣ－ＡＣユニットとの間の電流を減少させ、ＤＣ－ＤＣユニットからＤＣ－ＡＣユニットへのケーブルのコスト及び損失の問題を解決するために、ＤＣ－ＤＣユニットを用いて出力電圧を高めることができる。
第６の態様に従った電力システムを参照するに、取り得る一実装において、ＤＣ－ＤＣユニットの出力端子電位の中点が第１ノードである。第１段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子が、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合されて、第２ノードを形成する。ＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子が、第１の導線を用いて第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合される。ＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子が、第２の導線を用いて第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負出力端子に結合される。第１ノードが、第３の導線を用いて第２ノードに結合される。第３の導線の電流値は、第１の導線又は第２の導線の電流値以下である。第３の導線の電流値は小さいので、第３の導線のケーブル仕様を低くすることができ、第３の導線のコストが更に低減され得る。また、ＤＣ－ＤＣユニットの出力電力／電圧が非対称である場合、又は第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの入力電力／電圧が非対称である場合、電流ループを設けて電圧等化を達成することができる。
第７の態様によれば、この出願の一実施形態は、Ｎ個の第１電源と、Ｍ個の第２電源と、Ｎ個のＤＣ－ＤＣユニットと、Ｓ個のＤＣ－ＡＣユニットと、を含む電力システムを提供する。第１電源の出力端子が、ＤＣ－ＤＣユニットの入力端子に結合される。Ｎ個のＤＣ－ＤＣユニットの出力端子及びＭ個の第２電源の出力端子を直列接続することによって形成される正端子が、Ｓ個のＤＣ－ＡＣユニットの入力端子を直列接続することによって形成される正端子に結合される。Ｎ個のＤＣ－ＤＣユニットの出力端子及びＭ個の第２電源の出力端子を直列接続することによって形成される負端子が、Ｓ個のＤＣ－ＡＣユニットの入力端子を直列接続することによって形成される負端子に結合される。Ｎ個のＤＣ－ＤＣユニットの出力端子とＭ個の第２電源の出力端子とが直列に結合され、該直列に結合した点が第１ノードを形成する。Ｓ個のＤＣ－ＡＣユニットの入力端子が直列に結合され、該直列に結合した点が第２ノードを形成する。少なくとも１つの第１ノードと少なくとも１つの第２ノードとが、少なくとも１つのケーブルを用いて結合される。ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の出力が絶縁される。
第７の態様に従った電力システムでは、ＤＣ－ＤＣユニット又は第２電源とＤＣ－ＡＣユニットとの間の電流を減少させるために、ＤＣ－ＤＣユニット及び第２電源がカスケード接続されて、ＤＣ－ＤＣユニット及び第２電源の出力電圧を高め、その結果、ＤＣ－ＤＣユニット又は第２電源とＤＣ－ＡＣユニットとの間に、低い線径仕様のケーブルを用いることができ、ＤＣ－ＤＣユニット又は第２電源からＤＣ－ＡＣユニットへのケーブルのコスト問題を解決し得る。
第８の態様によれば、この出願の一実施形態は、第１電源と、ＤＣ－ＤＣユニットと、第２電源と、第１段ＤＣ－ＡＣユニットと、第２段ＤＣ－ＡＣユニットと、を含む電力システムを提供する。第１電源の出力端子が、ＤＣ－ＤＣユニットの入力端子に結合される。ＤＣ－ＤＣユニットが、第２電源の出力端子に直列に結合され、結合点が第１ノードである。第１段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子が、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合され、結合点が第２ノードである。ＤＣ－ＤＣユニットが第２電源の出力端子に直列に結合された後に形成される正出力端子が第１ポートであり、該第１ポートが、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合される。ＤＣ－ＤＣユニットが第２電源の出力端子に直列に結合された後に形成される負出力端子が第２ポートであり、該第２ポートが、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合される。第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の出力が絶縁される。
第８の態様に従った電力システムでは、ＤＣ－ＤＣユニット又は第２電源とＤＣ－ＡＣユニット（第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニット）との間の電流を減少させるために、ＤＣ－ＤＣユニット及び第２電源がカスケード接続されて、ＤＣ－ＤＣユニット及び第２電源の出力電圧を高め、その結果、ＤＣ－ＤＣユニット又は第２電源とＤＣ－ＡＣユニットとの間に、低い線径仕様のケーブルを用いることができ、ＤＣ－ＤＣユニット又は第２電源からＤＣ－ＡＣユニットへのケーブルのコスト問題を解決し得る。
第８の態様を参照するに、取り得る一実装において、第１ポートが、第１の導線を用いて第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合される。第２ポートが、第２の導線を用いて第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負出力端子に結合される。第１ノードが、第３の導線を用いて第２ノードに結合される。第３の導線の電流値は、第１の導線又は第２の導線の電流値以下である。第３の導線の電流値は小さいので、第３の導線のケーブル仕様を低くすることができ、第３の導線のコストが更に低減され得る。また、ＤＣ－ＤＣユニット及び第２電源の出力電力／電圧が非対称である場合、又は第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの入力電力／電圧が非対称である場合、電流ループを設けて電圧等化を達成することができる。
この出願の一実施形態に従った電力システムの実施形態１の概略図である。 この出願の一実施形態に従った電源の概略図である。 この出願の一実施形態に従った太陽光発電アレイの概略図である。 この出願の一実施形態に従った他の太陽光発電アレイの概略図である。 この出願の一実施形態に従ったＤＣ－ＡＣユニットの概略図である。 この出願の一実施形態に従った、並列に接続された電源の複数の組み合わせの概略図である。 この出願の一実施形態に従った、並列に接続されたＤＣ－ＡＣユニットの複数の組み合わせの概略図である。 この出願の一実施形態に従った、並列に接続されたＤＣ－ＡＣユニットの複数の組み合わせの他の概略図である。 この出願の一実施形態に従った電力システムの実施形態２の概略図である。 この出願の一実施形態に従った電力システムの一実施形態の概略図である。 この出願の一実施形態に従った電力システムの一実施形態の概略図である。 第１の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。 第２の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図１である。 第２の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図２である。 第３の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。 第４の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図１である。 第４の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図２である。 この出願の一実施形態に従った、並列に接続された電源の複数の組み合わせの概略図である。 この出願の一実施形態に従った、並列に接続されたＤＣ－ＡＣユニットの複数の組み合わせの概略図である。 この出願の一実施形態に従った、並列に接続されたＤＣ－ＡＣユニットの複数の組み合わせの他の概略図である。 この出願の一実施形態に従ったリーク電流センサを備えた電力システムの概略図である。 この出願の一実施形態に従った電圧源を備えた電力システムの概略図１である。 この出願の一実施形態に従った電圧源を備えた電力システムの概略図２である。 この出願の一実施形態に従った電圧源を備えた電力システムの概略図３である。 この出願の一実施形態に従った絶縁ユニットを備えた電力システムの概略図である。 この出願の一実施形態に従ったコンバイナユニットを有する電力システムの概略図１である。 この出願の一実施形態に従ったコンバイナユニットを有する電力システムの概略図２である。 この出願の一実施形態に従ったエネルギー貯蔵ユニットを含む電力システムの概略図１である。 この出願の一実施形態に従ったエネルギー貯蔵ユニットを含む電力システムの概略図２である。 この出願の一実施形態に従ったエネルギー貯蔵ユニットを含む電力システムの概略図３である。 この出願の一実施形態に従ったエネルギー貯蔵ユニットを含む電力システムの概略図４である。 この出願の一実施形態に従った電力システムの実施形態３の概略図である。 この出願の一実施形態に従ったＤＣ－ＤＣユニットの概略図である。 この出願の一実施形態に従った電力システムの実施形態４の概略図である。 この出願の一実施形態に従った電力システムの一実施形態の概略図である。 この出願の一実施形態に従った電力システムの他の一実施形態の概略図である。 この出願の一実施形態に従った電力システムの他の一実施形態の概略図である。 この出願の一実施形態に従った第１の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。 この出願の一実施形態に従った第２の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図１である。 この出願の一実施形態に従った第２の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図２である。 この出願の一実施形態に従った第３の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。 この出願の一実施形態に従った第４の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図１である。 この出願の一実施形態に従った第４の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図２である。 この出願の一実施形態に従った、並列に接続されたＤＣ－ＤＣユニットの複数の組み合わせの概略図である。 この出願の一実施形態に従ったＩＭＤ装置を備えた電力システムの概略図である。 この出願の一実施形態に従ったリーク電流センサを有して構成された電力システムの概略図である。 この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの概略図である。 この出願の一実施形態に従った電力システムの他の一実施形態の概略図である。 この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。 この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。 この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。 この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。 この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。 この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。 この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。 この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。 この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。 この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。 この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。 この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。 この出願の一実施形態に従った電力システムの実施形態５の概略図である。 この出願の一実施形態に従った電力システムの実施形態６の概略図である。 この出願の一実施形態に従った電力システムの一実施形態の概略図である。 この出願の一実施形態に従った電力システムの一実施形態の概略図である。 この出願の一実施形態に従った第１の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。 この出願の一実施形態に従った第２の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。 この出願の一実施形態に従った第３の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。 この出願の一実施形態に従った第４の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。 この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の一実施形態の概略図である。 この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の一実施形態の概略図である。 この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の一実施形態の概略図１である。 この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の一実施形態の概略図２である。 この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の一実施形態の概略図３である。 この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の一実施形態の概略図である。 この出願の一実施形態に従った電力システムの一実施形態の概略図である。 この出願の一実施形態に従った電力システムの概略図１である。 この出願の一実施形態に従った電力システムの概略図２である。 この出願の一実施形態に従った電力システムの一実施形態の概略図である。 この出願の一実施形態に従った第１の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。 この出願の一実施形態に従った第２の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。 この出願の一実施形態に従った第３の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。 この出願の一実施形態に従った第４の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。 この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの概略図である。 この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの一実施形態の概略図である。 この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの一実施形態の概略図である。 この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の一実施形態の概略図である。
以下、この出願の実施形態における添付図面を参照して、この出願の実施形態における技術的ソリューションを詳細に説明する。
太陽光発電システムの高いコスト及び損失の問題を解決するために、この出願の一実施形態は電力システムを提供する。電源又は直流－直流（ＤＣ－ＤＣ）ユニットと直流－交流（ＤＣ－ＡＣ）ユニットとの間の電流を低減させるため、及び電源又はＤＣ－ＤＣユニットからＤＣ－ＡＣユニットへのケーブルのコスト及び損失の問題を解決するために、出力電圧を高めるように電源又はＤＣ－ＤＣユニットの出力端子がカスケード接続される。また、この出願の実施形態で提供される電力システムによれば、電源又はＤＣ－ＤＣユニットの出力端子をカスケード接続するとともに、ＤＣ－ＡＣユニットの入力をカスケード接続することによって、電源又はＤＣ－ＤＣユニットからＤＣ－ＡＣユニットへのケーブルの量を更に減らしてシステムコストを低減させ得る。さらに、この出願の実施形態で提供される電力システムでは、ＤＣ－ＡＣユニットのカスケード接続された入力及び絶縁された出力が、電力変換デバイスの仕様を低くすることができる。従って、現在の産業界における電力変換デバイスの仕様不足及び高コストの問題が解決される。加えて、コストを削減するために、１５００Ｖの回路遮断器が使用され得る。一部の実施形態において、ＤＣ－ＤＣユニットの出力がカスケード接続されるとき、この出願のこの実施形態では、ＤＣ－ＤＣユニットレベルでシステムを設計することによって、システムの動作中にグランドに対して負の太陽電池パネル電圧によって引き起こされる電位誘発劣化（Potential Induced Degradation，ＰＩＤ）の問題が解決され得る。
以下、前述のソリューションを、実施形態を用いて詳細に説明する。以下の実施形態は、一例として太陽光発電アレイを用いて説明される。他の同様の電力システムは、太陽光発電アレイと同じ原理を有する。他の同様の電力システムの実装については、以下の太陽光発電アレイの実施形態を参照されたい。この出願のこの実施形態において詳細を説明することはしない。
実施形態１
図１は、この出願の一実施形態による電力システムの実施形態１の概略図である。当該電力システムは、Ｎ個の電源と、Ｍ個のＤＣ－ＡＣ（DC-to-AC）ユニットとを含む。Ｎは１より大きい整数である。Ｍは１より大きい整数である。理解され得ることには、Ｎは、Ｍとは値関係がなく、すなわち、ＮはＭと等しくてもよいし、ＮはＭより大きくてもよいし、ＮはＭより小さくてもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
Ｎ個の電源のうちの各電源が、図２に示すように、正出力端子及び負出力端子を有して構成される。図２は、この出願の一実施形態に従った電源の概略図である。この出願のこの実施形態では、説明を容易にするために、特に断らない限り、電源の右上部分の出力端子を概して正出力端子として参照し、電源の右下部分の出力端子を概して負出力端子として参照する。この出願のこの実施形態における電源は、太陽光発電アレイ、エネルギー貯蔵電源、又は風力発電直流源とし得る。実際の適応では、電源は代わりに他のタイプの電源であってもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。この出願のこの実施形態において、Ｎ個の電源は同じタイプのものとすることができ、例えば、Ｎ個の電源の全てが太陽光発電アレイである。それに代えて、Ｎ個の電源は同じタイプでものでなくてもよく、例えば、電源１は太陽光発電アレイであり、電源２はエネルギー貯蔵電源であり、等々である。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
太陽光発電（photovoltaic，ＰＶ）アレイは、図３ａに示すように、複数の太陽電池パネルを直列又は並列結合にて接続することによって形成され得る。図３ａは、この出願の一実施形態に従った太陽光発電アレイの概略図である。太陽電池ＰＶパネルは、先ず直列に接続されてから並列に接続されて太陽光発電アレイを形成してもよいし、先ず並列に接続されてから直列に接続されて太陽光発電アレイを形成してもよいし、直接的に直列に接続されて太陽光発電アレイを形成してもよいし、直接的に並列に接続されて太陽光発電アレイを形成してもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。代わりに、太陽光発電アレイは、図３ｂに示すように、太陽電池パネルの出力をオプティマイザ又は遮断装置に接続してから直列又は並列結合にて接続することによって形成されてもよい。図３ｂは、この出願の一実施形態に従った他の太陽光発電アレイの概略図である。各太陽電池パネルの出力がオプティマイザ又は遮断装置に接続されてから、オプティマイザ又は遮断装置の出力同士が直列／並列に結合されて、太陽光発電アレイを形成し得る。取り得る一ケースにおいて、一部の太陽電池パネルはオプティマイザ又は遮断装置に接続され、一部の他の太陽電池パネルはオプティマイザ又は遮断装置に接続されず、そして、これらの太陽電池パネルが直列／並列に結合されて太陽光発電アレイを形成する。オプティマイザ又は遮断装置は、高速遮断機能を実装することができる装置である。遮断命令を受けた後、オプティマイザ又は遮断装置は、対応するラインを切断して、該ラインを切り離すことができる。実際の適用では、代わりに、オプティマイザ又は遮断装置は、同様の機能を持つ他の装置で置き換えられ得る。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
Ｍ個のＤＣ－ＡＣユニットのうちの各ＤＣ－ＡＣユニットが、図４に示すように、正入力端子、負入力端子、及び出力端子を有して構成される。図４は、この出願の一実施形態に従ったＤＣ－ＡＣユニットの概略図である。この出願のこの実施形態では、説明を容易にするために、特に断らない限り、ＤＣ－ＡＣユニットの左上部分の入力端子を概して正入力端子として参照し、ＤＣ－ＡＣユニットの左下部分の入力端子を概して負入力端子として参照し、出力端子がＤＣ－ＡＣユニットの右側に配置される。この出願のこの実施形態におけるＤＣ－ＡＣユニットは、例えばインバータといった、直流を交流に変換することができる装置である。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。この出願のこの実施形態におけるＤＣ－ＡＣユニットの出力は、三相電圧であってもよいし、単相電圧であってもよい。以下の実施形態は、出力端子に三相電圧がある例を用いて説明する。例えば単相電圧といった、他のケースの実装については、この出願のこの実施形態を参照されたい。この出願において詳細を記載することはしない。
理解され得ることには、この出願のこの実施形態において、出力端子は、正出力端子及び負出力端子を含み得る。例えば、電源１の出力端子は、電源１の正出力端子と負出力端子とを含む。入力端子も、正入力端子及び負入力端子を含み得る。例えば、ＤＣ－ＡＣユニット１の入力端子は、正入力端子と負入力端子とを含む。
図１から見てとれることには、当該電力システムでは、電源１の正出力端子が、ＤＣ－ＡＣユニット１の正入力端子に結合され、電源Ｎの負出力端子が、ＤＣ－ＡＣユニットＭの負入力端子に結合される。電源１の負出力端子が、電源２の正出力端子に結合され、電源２の負出力端子が、電源３の正出力端子に結合され、等々である。また、この出願のこの実施形態では、例えば電源１の負出力端子と電源２の正出力端子との間の結合ノード及び電源２の負出力端子と電源３の正出力端子との間の結合ノードなどのノードを各々、第１ノード１０１として参照することがある。ＤＣ－ＡＣユニット１の負入力端子が、ＤＣ－ＡＣユニット２の正入力端子に結合され、ＤＣ－ＡＣユニット２の負入力端子が、ＤＣ－ＡＣユニット３の正出力端子に結合され、等々である。また、この出願のこの実施形態では、例えばＤＣ－ＡＣユニット１の負入力端子とＤＣ－ＡＣユニット２の正入力端子との間の結合ノード及びＤＣ－ＡＣユニット２の負入力端子とＤＣ－ＡＣユニット３の正出力端子との間の結合ノードなどのノードを各々、第２ノード１０２として参照することがある。この出願のこの実施形態において、電源１と電源２の出力がカスケード接続され、電源２と電源３の出力がカスケード接続され、等々である。この出願のこの実施形態では、電源の出力端子がカスケード接続されて、出力電圧を高め、電源とＤＣ－ＡＣユニットとの間の電流を減少させ、そして、電源からＤＣ－ＡＣユニットへのケーブルのコスト及び損失の問題を解決する。例えば、各電源の最大出力電圧はＸボルトであり、Ｎ個の電源がカスケード接続された後の最大出力電圧はＮＸボルトである。同じ電力の場合、電圧が増すと、出力電流が減少し、使用するケーブルの線径仕様が低くなり、コストが減少する。
少なくとも１つの第１ノード１０１と少なくとも１つの第２ノード１０２とが結合される。例えば、一部の実施形態において、１つの第１ノード１０１が１つの第２ノード１０２に結合され、別の第１ノード１０１は別の第２ノード１０２に結合されない。他の一部の実施形態において、２つの第１ノード１０１が２つの第２ノード１０２にそれぞれ結合され、別の第１ノード１０１は別の第２ノード１０２に結合されない。他の一部の実施形態において、第１ノード１０１の数は第２ノード１０２の数に等しく、各第１ノード１０１が、対応する第２ノード１０２に結合される。他の一部の実施形態において、第１ノード１０１の数は第２ノード１０２の数とは異なり、各第１ノード１０１が、対応する第２ノード１０２に結合され、残りの第１ノード１０１又は残りの第２ノード１０２は結合されない。実際の適用では、代わりに他の結合方式が用いられてもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。この出願のこの実施形態では、電源とＤＣ－ＡＣユニットとの間に接続されるケーブルの数が、第１ノード１０１及び第２ノード１０２の方式で減少され、電力システムのコストが低減される。
この出願のこの実施形態において、ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の出力は絶縁される。例えば、ＤＣ－ＡＣユニット１の出力端子はＤＣ－ＡＣユニット２の出力端子から絶縁され、ＤＣ－ＡＣユニット２の出力端子はＤＣ－ＡＣユニット３の出力端子から絶縁される。実際の適用では、各ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子が異なる巻線に結合され、各巻線が三相電圧又は単相電圧を出力し得る。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。この出願のこの実施形態において、ＤＣ－ＡＣユニットのカスケード接続された入力及び絶縁された出力は、電力変換デバイスの仕様を低くする。従って、現在の産業界における電力変換デバイスの仕様不足（一般に、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（insulated gate bipolar transistor，ＩＧＢＴ）では最大１７００Ｖ）及び高コストの問題が解決される。さらに、低い仕様の回路遮断器を用いてコストを低減させ得る。
理解され得ることには、この出願のこの実施形態において、結合は、結合接続と称されてもよく、以下に限られないが、スイッチングデバイス、電流制限デバイス、保護デバイス、直接ケーブル接続、又はこれらに類するものの何らかの組み合わせを用いて実装される接続を含み得る。
一部の実施形態において、図１の電源１、電源２、…、及び電源Ｎは、電源の１つの組み合わせと見なされてもよく、ＤＣ－ＡＣユニット１、ＤＣ－ＡＣユニット２、…、及びＤＣ－ＡＣユニットＭは、ＤＣ－ＡＣユニットの１つの組み合わせと見なされてもよい。電源の少なくとも２つの組み合わせ及び／又はＤＣ－ＡＣユニットの少なくとも２つの組み合わせが存在する場合、電源の少なくとも２つの組み合わせの同一タイプの出力端子が並列に接続され、ＤＣ－ＡＣユニットの少なくとも２つの組み合わせの同一タイプの入力端子が並列に接続される。並列接続された同一タイプの出力端子と、並列接続された同一タイプの入力端子との間に結合された少なくとも１つのケーブルが存在する。図５ａは、この出願の一実施形態に従った、並列に接続された電源の複数の組み合わせの概略図である。図５ａにおいて、縦の各列が、１つの組み合わせの電源であり、電源の各組み合わせが、電源１、電源ユニット２、…、及び電源Ｎを含む。この場合、電源の第１の組み合わせ内の電源１の正出力端子が、電源の第２の組み合わせ内の電源１の正出力端子と並列に結合され（すなわち、同一タイプの出力端子が並列に接続され）、電源の第１の組み合わせ内の電源１の負出力端子が、電源の第２の組み合わせ内の電源１の負出力端子に並列に結合され、・・・等々である。理解され得ることには、電源１、電源２、…、及び電源Ｎの出力端子はカスケード接続されて、少なくとも１つの第１ノードを形成し得る。図５ｂは、この出願の一実施形態に従った、並列に接続されたＤＣ－ＡＣユニットの複数の組み合わせの概略図である。図５ｂにおいて、縦の各列が、１つの組み合わせのＤＣ－ＡＣユニットであり、ＤＣ－ＡＣユニットの各組み合わせが、ＤＣ－ＡＣユニット１、ＤＣ－ＡＣユニット２、…、及びＤＣ－ＡＣユニットＭを含む。ＤＣ－ＡＣユニットの第１の組み合わせ内のＤＣ－ＡＣユニット１の正入力端子が、ＤＣ－ＡＣユニットの第２の組み合わせ内のＤＣ－ＡＣユニット１の正入力端子に並列に結合され（すなわち、同一タイプの入力端子が並列に接続され）、ＤＣ－ＡＣユニットの第１の組み合わせ内のＤＣ－ＡＣユニット１の負入力端子が、ＤＣ－ＡＣユニットの第２の組み合わせのＤＣ－ＡＣユニット１の負入力端子に並列に結合され、・・・等々である。理解され得ることには、ＤＣ－ＡＣユニット１、ＤＣ－ＡＣユニット２、…、及びＤＣ－ＡＣユニットＭの入力端子はカスケード接続されて、少なくとも１つの第２ノードを形成し得る。少なくとも１つの第１ノードが、少なくとも１つの第２ノードに結合され、換言すれば、並列接続された同一タイプの出力端子と、並列接続された同一タイプの入力端子との間に結合された少なくとも１つのケーブルが存在する。
図５ｃは、この出願の一実施形態に従った、並列に接続されたＤＣ－ＡＣユニットの複数の組み合わせの他の概略図である。図５ｃにおいて、縦の各列が、１つの組み合わせのＤＣ－ＡＣユニットであり、ＤＣ－ＡＣユニットの各組み合わせが、ＤＣ－ＡＣユニット１、ＤＣ－ＡＣユニット２、…、及びＤＣ－ＡＣユニットＭを含む。取り得る一ケースにおいて、ＤＣ－ＡＣユニットの第１の組み合わせ内のＤＣ－ＡＣユニット１の出力端子が、ＤＣ－ＡＣユニットの第２の組み合わせ内のＤＣ－ＡＣユニット１の出力端子に並列に結合され、そして、並列出力を実装するように巻線が接続される。取り得る他の一ケースにおいて、ＤＣ－ＡＣユニットの第１の組み合わせ内のＤＣ－ＡＣユニット１の出力端子の出力は、ＤＣ－ＡＣユニットの第２の組み合わせ内のＤＣ－ＡＣユニット１の出力端子の出力から絶縁され、すなわち、絶縁された出力を実装するように異なる巻線が接続される。同じルールが、他のＤＣ－ＡＣユニットにも適用される。この出願のこの実施形態において詳細を説明することはしない。
この出願のこの実施形態において、同一タイプの出力端子とは、異なる組み合わせ内の対応する装置の対応する出力端子を意味する。例えば、電源の第１の組み合わせ内の電源１の正出力端子と、電源の第２の組み合わせ内の電源１の正出力端子は、同一タイプの出力端子であり、ＤＣ－ＡＣユニットの第１の組み合わせ内のＤＣ－ＡＣユニット１の出力端子と、ＤＣ－ＡＣユニットの第２の組み合わせ内のＤＣ－ＡＣユニット１の出力端子は、同一タイプの出力端子であり、ＤＣ－ＤＣ（DC-to-DC）ユニットの第１の組み合わせ内のＤＣ－ＤＣユニット１の出力端子と、ＤＣ－ＤＣユニットの第２の組み合わせ内のＤＣ－ＤＣユニット１の出力端子は、同一タイプの出力端子である。同一タイプの入力端子とは、異なる組み合わせ内の対応する装置の対応する入力端子を意味する。例えば、ＤＣ－ＡＣユニットの第１の組み合わせ内のＤＣ－ＡＣユニット１の正入力端子と、ＤＣ－ＡＣユニットの第２の組み合わせ内のＤＣ－ＡＣユニット１の正入力端子は、同一タイプの入力端子であり、ＤＣ－ＤＣユニットの第１の組み合わせ内のＤＣ－ＤＣユニット１の正入力端子と、ＤＣ－ＤＣユニットの第２の組み合わせ内のＤＣ－ＤＣユニット１の正入力端子は、同一タイプの入力端子であり、等々である。
一部の実施形態において、電源とＤＣ－ＡＣユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合される。理解され得ることには、電源とＤＣ－ＡＣユニットとの間に接続された直流ケーブルは、電源１の正出力端子とＤＣ－ＡＣユニット１の正入力端子とを結合するための直流ケーブルであってもよいし、電源Ｎの負出力端子とＤＣ－ＡＣユニットＭの負入力端子とを結合するための直流ケーブルであってもよいし、第１ノードと第２ノードとを結合するための直流ケーブルであってもよいし、電源１、電源２、…、及び電源Ｎの出力をカスケード接続するための直流ケーブルであってもよいし、ＤＣ－ＡＣユニット１、ＤＣ－ＡＣユニット２、…、及びＤＣ－ＡＣユニットＭの入力をカスケード接続するための直流ケーブルであってもよい。好ましくは、通信信号は、電力線通信（power line communication，ＰＬＣ）信号とし得る。ケーブルに結合されるこの種の信号は、情報を運ぶ高周波数を電流にロードし、そして、ケーブルを用いて情報を送受信するアダプタが、電流から高周波数を分離して情報伝送を実現する。従って、電源及びＤＣ－ＡＣユニットが通信信号を認識することができる装置である場合、直流ケーブルに結合される通信信号を用いることによって、電源がＤＣ－ＡＣユニットと通信し得る。実際の適用では、通信信号は、ＰＬＣ信号以外の、通信を実施することができる信号であってもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。実際の適用において、電力システムは、通信信号を認識することができる電源及びＤＣ－ＡＣユニットを使用してもよいし、電源及びＤＣ－ＡＣユニットが通信信号を認識することができるように電源及びＤＣ－ＡＣユニットを変更してもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
一部の実施形態において、電源は、太陽電池パネルの出力をオプティマイザ又は遮断装置に接続してから直列又は並列結合にて接続することによって形成された太陽光発電アレイである。電源とＤＣ－ＡＣユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されるとき、通信信号はオプティマイザ又は遮断装置も通り抜け、電源又はＤＣ－ＡＣユニットは、通信信号を用いることによって、高速遮断を実施するようにオプティマイザ又は遮断装置の遮断を制御し得る。すなわち、電源又はＤＣ－ＡＣユニットは、遮断命令を搬送する通信信号をオプティマイザ又は遮断装置に送信し得る。遮断命令を搬送する通信信号を受信した後、オプティマイザ又は遮断装置は、高速遮断を実施するために遮断命令を実行する。通信信号の状況は、前述の実施形態における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
一部の実施形態において、電力システムは更に、少なくとも１つのエネルギー貯蔵ユニットを含む。エネルギー貯蔵ユニットは、電源とＤＣ－ＡＣユニットとの間に接続された少なくとも２つの直流ケーブルに並列に結合される。この出願のこの実施形態において、電源とＤＣ－ＡＣユニットとの間に接続される直流ケーブルは、電源とＤＣ－ＡＣユニットとの間に接続される直流ケーブルであってもよいし、電源１の正出力端子とＤＣ－ＡＣユニット１の正入力端子とを結合するための直流ケーブルであってもよいし、電源Ｎの負出力端子とＤＣ－ＡＣユニットＭの負入力端子とを結合するための直流ケーブルであってもよいし、第１ノードと第２ノードとを結合するための直流ケーブルであってもよい。例えば、エネルギー貯蔵ユニットは、電源１の正出力端子とＤＣ－ＡＣユニット１の正入力端子とを結合するための直流ケーブルと、電源Ｎの負出力端子とＤＣ－ＡＣユニットＭの負入力端子とを結合するための直流ケーブルとの間に並列に結合される。あるいは、エネルギー貯蔵ユニットは、第１ノードと第２ノードとを結合するための３つの直流ケーブルの間に並列に結合される。理解され得ることには、１つの電力システムに含まれるエネルギー貯蔵ユニットの数は限定されず、すなわち、同時に複数のエネルギー貯蔵ユニットが並列に結合されてもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。この出願のこの実施形態において、エネルギー貯蔵ユニットは、エネルギー貯蔵装置であってもよいし、直流変換ユニットとエネルギー貯蔵装置とを含んでもよいし、エネルギーを蓄積することができる他の装置であってもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。エネルギー貯蔵装置は、以下に限られないが、スーパーキャパシタ、バッテリ、及びこれらに類するものを含み得る。直流変換ユニットは、ＤＣ－ＤＣ変換ユニット又はこれに類するものとし得る。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
一部の実施形態において、電力システムがエネルギー貯蔵ユニットを有して構成される場合、エネルギー貯蔵ユニットと電源との間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、エネルギー貯蔵ユニットが電源と通信してもよい。通信信号の状況及び通信を実装するための原理は、前述の実施形態における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。他の一部の実施形態において、電力システムがエネルギー貯蔵ユニットを有して構成される場合、エネルギー貯蔵ユニットとＤＣ－ＡＣユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、エネルギー貯蔵ユニットがＤＣ－ＡＣユニットと通信してもよい。通信の状況は、エネルギー貯蔵ユニットと電源との間で実装される通信についての前述の状況と同様である。詳細をここで再び説明することはしない。
実施形態２
図６は、この出願の一実施形態に従った電力システムの実施形態２の概略図である。当該電力システムは、電源１と、電源２と、第１段ＤＣ－ＡＣユニットと、第２段ＤＣ－ＡＣユニットとを含む。電源１及び電源２は、実施形態１におけるものと同様の、太陽光発電アレイ、エネルギー貯蔵電源、又は風力発電直流源とすることができ、詳細をここで再び説明することはしない。第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットは、例えばインバータといった、直流を交流に変換することができる装置とし得る。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
この出願のこの実施形態では、電源１の正出力端子が第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合され、電源２の負出力端子が第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合され、電源１の負出力端子が電源２の正出力端子に結合され、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子が第２段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合される。従って、電源１と電源２の出力がカスケード接続され、第１段ＤＣ－ＡＣユニットと第２段ＤＣ－ＡＣユニットの入力がカスケード接続される。この出願のこの実施形態では、電源の出力端子がカスケード接続されて、出力電圧を高め、電源とＤＣ－ＡＣユニットとの間の電流を減少させて、電源からＤＣ－ＡＣユニットへのケーブルのコスト及び損失の問題を解決する。例えば、電源１及び電源２の各々の最大出力電圧は１５００Ｖであり、電源１と電源２の出力がカスケード接続された後、最大出力電圧は３ｋＶである、同じ電力の場合、電圧が増すと、出力電流が減少し、使用するケーブルの線径仕様が低くなり、コストが減少する。
第１段ＤＣ－ＡＣユニットと第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の出力は絶縁され、異なる巻線に接続される。これは、実施形態１においてＤＣ－ＡＣユニットの出力が絶縁されるケースと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。この出願のこの実施形態では、ＤＣ－ＡＣユニットのカスケード接続された入力及び絶縁された出力が、電力変換デバイスの仕様を下げる。現在の産業界における電力変換デバイスの仕様は不十分である（一般に、ＩＧＢＴでは最大１７００Ｖ）。しかし、この出願のこの実施形態で提供される電力システムでは１５００Ｖの回路遮断器を使用することができ、コストを低減させる。現在の産業界における電力変換デバイスの仕様不足という技術的問題が解決される。
電源１の負出力端子と電源２の正出力端子とを結合するノードを第１ノードと称する。第１段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子と第２段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子とを結合するノードを第２ノードと称する。
図７は、この出願の一実施形態に従った電力システムの一実施形態の概略図である。図７に示すように、一部の実施形態において、電源１の正出力端子が、第１の導線を用いて第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合される。電源２の負出力端子が、第２の導線を用いて第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合される。第１ノードと第２ノードとが、第３の導線を用いて結合される。理解され得ることには、この出願のこの実施形態において、第１の導線、第２の導線、及び第３の導線は全て、電源（電源１及び電源２）とＤＣ－ＡＣユニット（第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニット）との間に接続される直流ケーブルである。ケーブルの材料及び線径仕様は、実際の状況に基づいて設定され得る。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。理解され得ることには、従来の技術では、電源１と電源２とで合計４つの出力端子を持ち、それ故に４本のケーブルが接続される。しかし、この出願のこの実施形態においては、電源１と電源２がカスケード接続され、第１ノードと第２ノードが、１本のケーブルを用いて結合され、その結果、４本のケーブルを用いる既存の技術的ソリューションが、３本のケーブルのみを必要とするソリューションへと改良される。従って、これは、１本のケーブルのコスト及び建設コストを節減することができる。
一部の実施形態において、第１ノードは、電源１と電源２とをカスケード接続する中点であり、第２ノードは、第１段ＤＣ－ＡＣユニットと第２段ＤＣ－ＡＣユニットとをカスケード接続する中点であるので、第３の導線の電流値が第１の導線の電流値以下とし得る。第３の導線の電流値が第１の導線の電流値以下である場合、第３の導線の線径仕様を下げて、第３の導線のコストを低減させ得る。他の一部の実施形態において、同様に、第３の導線の電流値は、第２の導線の電流値以下とし得る。従って、第３の導線の電流値が第２の導線の電流値以下である場合、第３の導線の線径仕様を下げて、第３の導線のコストを低減させ得る。確かなことには、第３の導線の電流値は代わりに、第１の導線の電流値未満且つ第２の導線の電流値未満とし得る。これも、第３の導線の線径仕様を下げて、第３の導線のケーブルコストを低減させ得る。
一部の実施形態において、第１の導線、第２の導線、及び第３の導線は、分散二重（Distributed Double，ＤＣ）バスを形成する。第１の導線及び第２の導線が正のバスを形成する。第２の導線及び第３の導線が負のバスを形成する。第３の導線は、分散二重バスの中性線（Middle Cable）である。第１の導線、第２の導線、及び第３の導線は、直流導線である。３Ｄテクノロジ（three direct-Cable）では、３本のケーブルを用いて直流バスが構築され、第１の導線及び第２の導線を用いて正のバスが構築され、第２の導線及び第３の導線を用いて負のバスが構築される。
図８は、この出願の一実施形態に従った電力システムの一実施形態の概略図である。図８に示すように、一部の実施形態において、第１ノード及び第２ノードの両方がグランドに結合される。この出願のこの実施形態では、第１ノード及び第２ノードの両方がグランドに結合され、その結果、電源１及び電源２の出力電力又は出力電圧が非対称であるとき、又は第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの入力電力又は入力電圧が非対称であるときに、電圧等化を達成するための電流ループが提供され、それにより、システムの正常動作が確保される。また、第１ノードと第２ノードとの間のケーブル接続が不要であり、それ故に１本のケーブルのコスト及び建設コストを減らすことができる。
一部の実施形態において、第１ノードと第２ノードとが結合される場合であって、電源１及び電源２のうちの一方の出力電圧及び／又は出力電流及び／又は出力電力が所定値よりも低いとき、対応する電源が動作するのを停止する。この場合、ＤＣ－ＡＣユニット１及びＤＣ－ＡＣユニット２のうちの少なくとも一方が動作する。一例において、電源１の出力電圧が所定値よりも低いとき、電源１が動作を停止し、そして、電源２の出力電圧が所定値以上であるとき、電源２は動作し続ける。他の一例において、電源２の出力電圧が所定値よりも低いとき、電源２が動作を停止する。この出願のこの実施形態では、その出力が所定値未満である電源は動作しないように停止されることができる。これは、不要な無駄を回避し、変換効率及び利用率を向上させる。さらに、少なくとも一方のＤＣ－ＡＣユニットが動作することが保証され、従って、システムの正常動作をリアルタイムに確保することができる。
第１ノードと第２ノードとが結合されない場合、電源不一致の影響が考慮される。例えば、太陽光発電システムでは、異なる照射により、電源１の出力電圧が電源２の出力電圧より大きくなることがあり、すなわち、電源１と電源２によって出力される電圧及び／又は電力は非対称になることがあり、出力電力におけるキャスク（cask）効果を生じさせる。従って、第１ノードと第２ノードとが結合されない場合、電力システムは、電源１と電源２によって出力される電圧及び／又は電力の非対称性を防止するための等化回路を備え得る。以下にて、４つの等化回路を提供する。実際の適用では、代わりに他の等化回路が存在してもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
一部の実施形態において、電力システムは更に第１の等化回路ユニットを含む。図９ａは、第１の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。第１の等化回路ユニットは、第１のインタフェース、第２のインタフェース、及び第３のインタフェースを有して構成され、第１のインタフェースは第２ノードに結合され、第２のインタフェースは第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合され、第３のインタフェースは第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合される。第１の等化回路ユニットは、第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの入力電圧及び／又は電力及び／又は電流をバランスさせ得る。第１の等化回路ユニットの動作原理は、次の通りである。第１の等化回路ユニットは、第１のインタフェース及び第２のインタフェースを介して第１段ＤＣ－ＡＣユニットの入力端子からエネルギーを取得し、第１のインタフェース及び第３のインタフェースを介して第２段ＤＣ－ＡＣユニットへのエネルギーを補償する。あるいは、第１の等化回路ユニットは、第１のインタフェース及び第３のインタフェースを介して第２段ＤＣ－ＡＣユニットの入力端子からエネルギーを取得し、第１のインタフェース及び第２のインタフェースを介して第１段ＤＣ－ＡＣユニットへのエネルギーを補償する。
一部の実施形態において、電力システムは更に第２の等化回路ユニットを含む。図９ｂ１は、第２の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図１である。図９ｂ２は、第２の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図２である。第２の等化回路ユニットは、第４のインタフェース及び第５のインタフェースを有して構成される。第４のインタフェースは第２ノードに結合される。第５のインタフェースは、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合され、又は第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合される。第２の等化回路ユニットの動作原理は、第１の等化回路ユニットの動作原理と同様である。具体的には、第２の等化回路ユニットは、第１段ＤＣ－ＡＣユニットのエネルギーを第２段ＤＣ－ＡＣユニットに対して補償することができ、あるいは、第２段ＤＣ－ＡＣユニットのエネルギーを第１段ＤＣ－ＡＣユニットに対して補償することができる。従って、第２の等化回路ユニットは、第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの入力電圧及び／又は電力及び／又は電流をバランスさせるように構成され得る。
一部の実施形態において、電力システムは更に第３の等化回路ユニットを含む。図９ｃは、第３の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。第３の等化回路ユニットは、第６のインタフェース、第７のインタフェース、及び第８のインタフェースを有して構成される。第６のインタフェースは第１ノードに結合される。第７のインタフェースは電源１の正出力端子に結合される。第８のインタフェースは電源２の負出力端子に結合される。第３の等化回路ユニットの動作原理は、第１の等化回路ユニットの動作原理と同様である。具体的には、第３の等化回路ユニットは、電源１によって出力されるエネルギーを電源２に対して補償することができ、あるいは、電源２によって出力されるエネルギーを電源１に対して補償することができる。従って、第３の等化回路ユニットは、電源１及び電源２の出力電圧及び／又は電力及び／又は電流をバランスさせるように構成され得る。
一部の実施形態において、電力システムは更に第４の等化回路ユニットを含む。図９ｄ１は、第４の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図１である。図９ｄ２は、第４の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図２である。第４の等化回路ユニットは、第９のインタフェース及び第１０のインタフェースを有して構成される。第９のインタフェースは第１ノードに結合される。第１０のインタフェースは、電源１の正出力端子又は電源２の負出力端子に結合される。第４の等化回路ユニットの動作原理は、第１の等化回路ユニットの動作原理と同様である。具体的には、第４の等化回路ユニットは、電源１によって出力されるエネルギーを電源２に対して補償することができ、あるいは、電源２によって出力されるエネルギーを電源１に対して補償することができる。従って、第３の等化回路ユニットは、電源１及び電源２の出力電圧及び／又は電力及び／又は電流をバランスさせるように構成され得る。
一部の実施形態において、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子が、それぞれ、異なる変圧器に接続される。あるいは、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子が、それぞれ、同一の変圧器の異なる巻線に接続される。
一部の実施形態において、電源１及び電源２は、電源の１つの組み合わせと見なされる。第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットは、ＤＣ－ＡＣユニットの１つの組み合わせと見なされる。図１０ａは、この出願の一実施形態に従った、並列に接続された電源の複数の組み合わせの概略図である。図１０ａに示すように、電源の少なくとも２つの組み合わせが結合されるとき、電源の第１の組み合わせ内の電源１に対応する出力端子が、電源の第２の組み合わせ内の電源１に対応する出力端子に並列に結合される。これは、実施形態１における電源の組み合わせの説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。図１０ｂは、この出願の一実施形態に従った、並列に接続されたＤＣ－ＡＣユニットの複数の組み合わせの概略図である。ＤＣ－ＡＣユニットの少なくとも２つの組み合わせが並列に接続されるとき、ＤＣ－ＡＣユニットの第１の組み合わせ内の第１段ＤＣ－ＡＣユニットの入力端子が、ＤＣ－ＡＣユニットの第２の組み合わせ内の第１段ＤＣ－ＡＣユニットの入力端子に並列に接続される。これは、実施形態１におけるＤＣ－ＡＣユニットの組み合わせの入力端子の状況の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。図１０ｃは、この出願の一実施形態に従った、並列に接続されたＤＣ－ＡＣユニットの複数の組み合わせの他の概略図である。ＤＣ－ＡＣユニットの少なくとも２つの組み合わせが並列に接続されるとき、ＤＣ－ＡＣユニットの第１の組み合わせ内の第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の出力と、ＤＣ－ＡＣユニットの第２の組み合わせ内の第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の出力とが、並列に接続されるか、絶縁されるかし得る。これは、実施形態１におけるＤＣ－ＡＣユニットの組み合わせの出力端子の状況と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
一部の実施形態において、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子とグランド点との間に、絶縁監視装置（insulation monitoring device，ＩＭＤ）が結合される。他の一部の実施形態において、ＩＭＤは、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子とグランド点との間に結合される。他の一部の実施形態において、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子とグランド点との間に第１のＩＭＤが結合され、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子とグランド点との間に第２のＩＭＤが結合される。ＩＭＤは、グランドに対する電力システムの絶縁インピーダンスを検出することができる。グランドに対する絶縁インピーダンスが所定値よりも低い場合、この出願のこの実施形態では、好ましくは、第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び／又は第２段ＤＣ－ＡＣユニットと変圧器巻線との間の結合接続を切断することができ、その結果、システム全体が動作を停止し、それにより、システム動作の安全性が更に確保される。
この出願のこの実施形態において、電源１、電源２、第１段ＤＣ－ＡＣユニット、及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの間で通信を実施するために、電源１、電源２、第１段ＤＣ－ＡＣユニット、及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合される。通信信号は好ましくはＰＬＣ信号であり、これは、前述の実施形態における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
この出願のこの実施形態において、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子に接続された交流ケーブルに通信信号が結合され、該交流ケーブルが更に、他の装置に結合され得る。第１段ＤＣ－ＡＣユニットは、通信信号を用いることにより、該交流ケーブル上で他の装置と通信し得る。ＤＣ－ＡＣユニットの複数の組み合わせが並列に接続され、且つ複数の第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力が並列に接続される場合、該複数の第１段ＤＣ－ＡＣユニットの並列接続された出力端子が、接続された交流ケーブル上の通信信号を用いることによって、該交流ケーブルに結合された他の装置と通信し得る。上述の他の装置は、交流を使用する交流装置とし得る。同様に、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の通信の状況は、第１段ＤＣ－ＡＣユニットのそれと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。通信信号は好ましくはＰＬＣ信号であり、これは、前述の実施形態における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
図１１は、この出願の一実施形態に従ったリーク電流センサを備えた電力システムの概略図である。図１１に示すように、一部の実施形態において、電源１の出力端子のリーク電流値を検出するために、電源１の正出力端子及び負出力端子がリーク電流センサに接続され得る。リーク電流センサは、電源１の内部に埋め込まれてもよいし、電源１の外部に露出されてもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。電源２の出力端子のリーク電流値を検出するために、電源２の正出力端子及び負出力端子がリーク電流センサに接続され得る。リーク電流センサは、電源２の内部に埋め込まれてもよいし、電源２の外部に露出されてもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。第１段ＤＣ－ＡＣユニットの入力端子におけるリーク電流を検出するために、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子及び負入力端子がリーク電流センサに結合され得る。リーク電流センサは、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの内部に埋め込まれてもよいし、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの外部に露出されてもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子のリーク電流を検出するために、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの内部出力相線がリーク電流センサに結合され得る。該リーク電流センサは、通常、第１段ＤＣ－ＡＣユニット内に配置される。同様に、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの入力端子及び出力端子も、第１段ＤＣ－ＡＣユニットのようにリーク電流センサを備え得る。詳細をここで再び説明することはしない。リーク電流センサが、対応するリーク電流値が所定の閾値よりも大きいことを検出すると、リーク電流センサは、電源１、電源２、第１段ＤＣ－ＡＣユニット、及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットのうちのいずれか１つ以上又は全てに信号を送信し得る。そして、電源１、電源２、第１段ＤＣ－ＡＣユニット、及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットのうちのいずれか１つ以上又は全ては、それらに接続されたホストコンピュータにアラームを報告することができ、あるいは電力システムを停止させるための信号を送信することができ、あるいは他の手段を採ることができる。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
一部の実施形態において、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力の高速遮断を実装するために、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子に接続された内部出力相線に、直列に、少なくとも１つのスイッチが接続される。該スイッチは、リレー、回路遮断器、又は接触器とすることができ、あるいは他のタイプのスイッチであってもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。同様に、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子に接続された内部出力相線にも、直列に、スイッチが接続され得る。これは、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力相線に直列にスイッチが接続される場合と同様である。詳細をここで再び説明することはしない。
この出願のこの実施形態において、電源１及び電源２が太陽光発電アレイである場合、電力システムは太陽光発電システムと称され得る。例えば、風力発電システム、エネルギー貯蔵システム、又はハイブリッド発電システムといった、他のタイプの電力システムについては、実装に関して太陽光発電システムを参照されたい。この出願のこの実施形態において、他のタイプの電力システムについて詳細を説明することはしない。以下、太陽光発電システムを詳細に説明する。
太陽光発電システムでは、第１ノード及び第２ノードのうち一方のみがグランドに結合される必要があり、すなわち、第１ノードがグランドに結合されるか、第２ノードがグランドに結合されるかする。一部の実施形態では、代わりに第１ノード及び第２ノードの両方がグランドに結合されてもよい。第１ノード及び／又は第２ノードがグランドに結合されることで、電源１及び電源２の出力電力又は出力電圧が非対称であるとき、又は第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの入力電力又は入力電圧が非対称であるときに、電圧等化を達成するように電流ループを設けることができ、それにより、システムの正常動作が確保されるとともに、１本のケーブルのコスト及び建設コストが低減される。
太陽光発電システムでは、電圧源を結合することによってＰＩＤ現象を除去し得る。図１２ａは、この出願の一実施形態に従った電圧源を備えた電力システムの概略図１である。第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子に対応する変圧器巻線の中点とグランド点との間に電圧源を結合して、グランドに対する該中点の電位を調節する。太陽光発電システムが稼働のために正常にグリッドに接続されるとき、電圧源を用いて三相Ａ／Ｂ／Ｃとグランドとの間に電圧と電流を注入することで、グランドに対する電源１及び電源２の負出力端子の電圧が０に等しいこと、又はグランドに対する電源１及び電源２の正出力端子の電圧が０に等しいことを確保する。これは、太陽光発電アレイ（電源１及び電源２）内のセルパネルがＰＩＤ現象を発生するのを防止する。また、この出願のこの実施形態では、（グランドに対する負出力端子ＰＶ－の電圧が０より低いときにＰＩＤ現象を発生するセルパネルに対して）グランドに対する電源１及び電源２の負出力端子の電圧が０より高くなるように、又は（グランドに対する正出力端子ＰＶ＋の電圧が０より高いときにＰＩＤ現象を発生するセルパネルに対して）グランドに対する電源１及び電源２の正出力端子の電圧が０より低くなるように、電圧を調節することができる。これは、セルパネルのＰＩＤ修復機能を実現し、グランドに対する電源１及び電源２の正出力端子及び負出力端子の電圧がセルパネルの最大印加システム電圧を超えないことを確保し、システム安全性を確保する。この電圧は代わりに、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子に対応する変圧器巻線の中点とグランド点との間に電圧源を結合することによって調節されてもよい。これは、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子に対応する変圧器巻線の中点とグランド点との間に電圧源を結合することの前述の原理と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
図１２ｂは、この出願の一実施形態に従った電圧源を備えた電力システムの概略図２である。この実施形態では、電圧源が、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の位置の外部相線とグランド点との間に結合されて、グランドに対する対応する出力相線の電位を調節する。例えば、出力側の外部相線がＡＢＣケーブルである場合、つまりはＡＢＣケーブルである３つのケーブルに別々に電圧源が接続され得る。太陽光発電システムが稼働のために正常にグリッドに接続されるとき、電圧源を用いて三相Ａ／Ｂ／Ｃとグランドとの間に電圧と電流を注入することで、グランドに対する電源１及び電源２の負出力端子の電圧が０に等しいこと、又はグランドに対する電源１及び電源２の正出力端子の電圧が０に等しいことを確保する。これは、太陽光発電アレイ（電源１及び電源２）内のセルパネルがＰＩＤ現象を発生するのを防止する。これは、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子に対応する変圧器巻線の中点とグランド点との間に電圧源を結合することの前述の原理と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。これはまた、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力側の外部相線とグランド点との間に電圧源を結合することの原理と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
図１２ｃは、この出願の一実施形態に従った電圧源を備えた電力システムの概略図３である。この実施形態では、電圧源が、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の内部相線とグランド点との間に結合されて、グランドに対する対応する出力相線の電位を調節する。太陽光発電システムが稼働のために正常にグリッドに接続されるとき、電圧源を用いて三相Ａ／Ｂ／Ｃとグランドとの間に電圧と電流を注入することで、グランドに対する電源１及び電源２の負出力端子の電圧が０に等しいこと、又はグランドに対する電源１及び電源２の正出力端子の電圧が０に等しいことを確保する。これは、太陽光発電アレイ（電源１及び電源２）内のセルパネルがＰＩＤ現象を発生するのを防止する。これは、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子に対応する変圧器巻線の中点とグランド点との間に電圧源を結合することの前述の原理と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。これはまた、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の内部相線とグランド点との間に電圧源を結合することの原理と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
一部の取り得る実施形態では、同様の機能を実現するために、代わりに、電圧源を補償パワーモジュールで置き換えてもよい。詳細をここで再び説明することはしない。
図１３は、この出願の一実施形態に従った絶縁ユニットを備えた電力システムの概略図である。太陽光発電システムにおいて、第１段ＤＣ－ＡＣユニットは内部に更に、ＡＣ－ＤＣ絶縁ユニットを含み得る。絶縁ユニットの入力端子が、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の位置の内部相線に結合される。絶縁ユニットの第１の出力端子がグランドに結合され、絶縁ユニットの第２の出力端子が、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子及び／又は負入力端子に結合される。絶縁ユニットは、グランドに対する第１電源及び／又は第２電源の出力電圧を調節するように構成され得る。同様に、第２段ＤＣ－ＡＣユニットも内部にＡＣ－ＤＣ絶縁ユニットを含み得る。該絶縁ユニットの入力端子が、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の位置の内部相線に結合され得る。ＰＩＤ現象を除去するように、該絶縁ユニットの第１の出力端子がグランドに結合され、該絶縁ユニットの第２の出力端子が、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子及び／又は負入力端子に結合されて、グランドに対する第１電源及び／又は第２電源の出力電圧を調節する。
一部のケースにおいて、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの内部に絶縁ユニットが配置され、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの内部に絶縁ユニットは配置されない。他の一部のケースにおいて、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの内部に絶縁ユニットは配置されず、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの内部に絶縁ユニットが配置される。他の一部のケースにおいて、第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの各々の内部に絶縁ユニットが配置される。第１段ＤＣ－ＡＣユニットの内部の絶縁ユニットを第１のＡＣ－ＤＣ絶縁ユニットと称することがあり、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの内部の絶縁ユニットを第２のＡＣ－ＤＣ絶縁ユニットと称することがある。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
一部の実施形態では、太陽光発電システムにおいて、第１電源及び第２電源は、太陽光発電アレイであって、図３ｂに示したように、太陽電池パネルの出力端子をオプティマイザ又は遮断装置に直列又は並列に接続してから直列又は並列の組み合わせで接続することによって形成された太陽光発電アレイとし得る。この太陽光発電システムにおいて、オプティマイザ又は遮断装置の出力端子に接続された直流ケーブルに通信信号が結合することができ、第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び／又は第２段ＤＣ－ＡＣユニットは、該通信信号を用いることによってオプティマイザ又は遮断装置と通信し、オプティマイザ又は遮断装置の高速遮断を実施するようにオプティマイザ又は遮断装置を制御し得る。
一部の実施形態において、太陽光発電システムは更にコンバイナユニットを含み得る。図１４ａは、この出願の一実施形態に従ったコンバイナユニットを有する電力システムの概略図１である。この太陽光発電システムは、２つのコンバイナユニットを含んでおり、一方のコンバイナユニットを第１のコンバイナユニットとし、他方のコンバイナユニットを第２のコンバイナユニットとする。第１のコンバイナユニットの入力端子が、電源１の出力端子に結合される。第１のコンバイナユニットの正出力端子が、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合される。第１のコンバイナユニットの負出力端子が、第２のコンバイナユニットの正の出力端子に結合され、次いで第２ノードに結合される。第２のコンバイナユニットの負出力端子が、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合される。実際の適用では、第１のコンバイナユニットの正出力端子に接続された直流ケーブルを正のバスと称することができ、第１のコンバイナユニットの負出力端子に接続された直流ケーブルを負のバスと称することができる。同じルールが第２のコンバイナユニットにも適用され、詳細をここで再び説明することはしない。コンバイナユニットを用いた太陽光発電システムは、より多くの電源１及び電源２に接続されることができ、それにより、太陽光発電効率を向上させ得る。
図１４ｂは、この出願の一実施形態に従ったコンバイナユニットを有する電力システムの概略図２である。一部の実施形態において、太陽光発電システムはコンバイナユニットを含み得る。該コンバイナユニットの入力端子は、電源１の出力端子に結合されることができ、あるいは電源２の出力端子に結合されることができる。該コンバイナユニットは３つの出力端子を持っている。第１の出力端子が、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合され、第２の出力端子が第２ノードに結合され、第３の出力端子が、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合される。理解され得ることには、第１の出力端子、第２の出力端子、及び第３の出力端子は、相対的な広い意味での単なる呼び名である。実際の適用では、出力端子は代わりに別の適切な呼び名を持ち得る。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。また、実際の用途では、コンバイナユニットの第１の出力端子に接続された直流ケーブルを正のバスと称することがあり、コンバイナユニットの第３の出力端子に接続された直流ケーブルを負のバスと称することがある。コンバイナユニットを用いた太陽光発電システムは、より多くの電源１及び電源２に接続されることができ、それにより、太陽光発電効率を向上させ得る。
一部の実施形態において、太陽光発電システムは更に、少なくとも１つのエネルギー貯蔵ユニットを含み得る。電源１、電源２、第１段ＤＣ－ＡＣユニット、及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットに接続された少なくとも２つの直流ケーブルが、エネルギー貯蔵ユニットに並列に結合される。図１５ａは、この出願の一実施形態に従ったエネルギー貯蔵ユニットを含む電力システムの概略図１である。この出願のこの実施形態では、電源１の正出力端子が、第１の直流ケーブルを用いて第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合される。第１ノードが、第２の直流ケーブルを用いて第２ノードに結合される。電源２の負出力端子が、第３の直流ケーブルを用いて第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合される。エネルギー貯蔵ユニットは、第１の直流ケーブル及び第２の直流ケーブルに並列に結合されている。図１５ｂは、この出願の一実施形態に従ったエネルギー貯蔵ユニットを含む電力システムの概略図２である。該エネルギー貯蔵ユニットは、第１の直流ケーブル及び第３の直流ケーブルに並列に結合されている。図１５ｃは、この出願の一実施形態に従ったエネルギー貯蔵ユニットを含む電力システムの概略図３である。該エネルギー貯蔵ユニットは、第２の直流ケーブル及び第３の直流ケーブルに並列に結合されている。図１５ｄは、この出願の一実施形態に従ったエネルギー貯蔵ユニットを含む電力システムの概略図４である。該エネルギー貯蔵ユニットは、３つの直流ケーブルに並列に結合されている。この出願のこの実施形態で提供される太陽光発電システムにおいて、エネルギー貯蔵ユニットは、エネルギーを収集し、当該エネルギー貯蔵ユニットに接続された装置にエネルギーを提供することができる。
エネルギー貯蔵ユニットを備えたこの実施形態において、エネルギー貯蔵ユニットは、エネルギー貯蔵装置であってもよいし、直流変換ユニットとエネルギー貯蔵装置とを含んでいてもよい。これは、実施形態１におけるエネルギー貯蔵ユニットの説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
エネルギー貯蔵ユニットを備えたこの実施形態において、エネルギー貯蔵ユニットは、直流ケーブルに結合される通信信号を用いることによって、電源１、電源２、第１段ＤＣ－ＡＣユニット、及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットと通信し得る。これは、実施形態１におけるエネルギー貯蔵ユニットの説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
実施形態３
図１６は、この出願の一実施形態に従った電力システムの実施形態３の概略図である。当該電力システムは、Ｎ個の電源、Ｎ個のＤＣ－ＤＣユニット、及びＭ個のＤＣ－ＡＣユニットを含む。Ｎ個の電源は、電源１、電源２、…、及び電源Ｎを含む。これらの電源は、太陽光発電アレイ、エネルギー貯蔵電源、風力発電直流源、又はこれらに類するものとすることができ、実施形態１におけるものと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。Ｍ個のＤＣ－ＡＣユニットは、ＤＣ－ＡＣユニット１、ＤＣ－ＡＣユニット２、…、及びＤＣ－ＡＣユニットＭを含む。これらのＤＣ－ＡＣユニットは、例えばインバータといった、直流を交流に変換することができる装置とすることができ、実施形態１におけるものと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
図１７は、この出願の一実施形態に従ったＤＣ－ＤＣユニットの概略図である。この出願のこの実施形態において、Ｎ個のＤＣ－ＤＣユニットは、ＤＣ－ＤＣユニット１、ＤＣ－ＤＣユニット２、…、及びＤＣ－ＤＣユニットＮを含む。図１７に示すように、各ＤＣ－ＤＣユニットが、正入力端子、負入力端子、正出力端子、及び負出力端子を有して構成され得る。この出願のこの実施形態では、説明を容易にするために、特に断らない限り、ＤＣ－ＤＣユニットの左上部分の入力端子を概して正入力端子として参照し、左下部分の入力端子を概して負入力端子として参照し、右上部分の出力端子を正出力端子として参照し、そして、右下部分の出力端子を負出力端子として参照する。理解され得ることには、この出願のこの実施形態において、ＤＣ－ＤＣユニットは、例えばＤＣ／ＤＣコンバータといった、直流を直流に変換することができる装置とし得る。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
図１６に示すように、電源１の出力端子がＤＣ－ＤＣユニット１の入力端子に結合される。具体的には、電源１の正出力端子がＤＣ－ＤＣユニット１の正入力端子に結合され、電源１の負出力端子がＤＣ－ＤＣユニット１の負入力端子に結合される。他の電源と他のＤＣ－ＤＣユニットとの間の結合は、ここに記載した結合と同様である。例えば、電源２の出力端子がＤＣ－ＤＣユニット２の入力端子に結合される。詳細をここで再び説明することはしない。
理解され得ることには、この出願のこの実施形態における電源番号、ＤＣ－ＤＣユニット番号、及びＤＣ－ＡＣユニット番号は、説明を容易にするために、１からＮ又はＭまでのシーケンス番号が使用しているが、実際のシーケンスを表すものではない。実際の適用では、各電源、各ＤＣ－ＤＣユニット、及び各ＤＣ－ＡＣユニットを、実際の状況に基づいて番号付けることができる。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
図１６に示すように、ＤＣ－ＤＣユニット１の正出力端子がＤＣ－ＡＣユニット１の正入力端子に結合され、ＤＣ－ＤＣユニットＮの負出力端子がＤＣ－ＡＣユニットＭの負入力端子に結合され、ＤＣ－ＤＣユニット１の負出力端子がＤＣ－ＤＣユニット２の正出力端子に結合され、結合ノードが第１ノードとして参照され、ＤＣ－ＤＣユニット２の負出力端子がＤＣ－ＤＣユニット３の正出力端子に結合され、結合ノードが第１ノードとして参照され、等々で複数の第１ノードを形成する。ＤＣ－ＡＣユニット１の負入力端子がＤＣ－ＡＣユニット２の正入力端子に結合され、結合ノードが第２ノードとして参照され、ＤＣ－ＡＣユニット２の負入力端子がＤＣ－ＡＣユニット３の正入力端子に結合され、結合ノードが第２ノードとして参照され、等々で複数の第２ノードを形成する。この出願のこの実施形態では、ＤＣ－ＤＣユニットの出力端子がカスケード接続され、且つＤＣ－ＡＣユニットの入力端子がカスケード接続される。ＤＣ－ＤＣユニットとＤＣ－ＡＣユニットとの間の電流を減少させ、ＤＣ－ＤＣユニットからＤＣ－ＡＣユニットへのケーブルのコスト及び損失の問題を解決するように、ＤＣ－ＤＣユニットの出力端子がカスケード接続されて、出力電圧を高める。例えば、各ＤＣ－ＤＣユニットの最大出力電圧はＸボルトであり、Ｎ個のＤＣ－ＤＣユニットがカスケード接続された後、最大出力電圧はＮＸボルトである。同じ電力の場合、電圧が増すと、出力電流が減少し、使用するケーブルの線径仕様が低くなり、コストが減少する。
この出願のこの実施形態では、少なくとも１つの第１ノードと少なくとも１つの第２ノードとが結合される。例えば、一部の実施形態において、１つの第１ノードが１つの第２ノードに結合され、他の第１ノードは他の第２ノードに結合されない。他の一部の実施形態において、２つの第１ノードが２つの第２ノードにそれぞれ結合され、他の第１ノードは他の第２ノードに結合されない。他の一部の実施形態において、第１ノードの数は第２ノードの数に等しく、各第１ノードが、対応する第２ノードに結合される。他の一部の実施形態において、第１ノードの数は第２ノードの数とは異なり、各第１ノードが、対応する第２ノードに結合され、残りの第１ノード又は残りの第２ノードは結合されない。実際の適用では、代わりに他の結合方式が用いられてもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。この出願のこの実施形態では、ＤＣ－ＤＣユニットとＤＣ－ＡＣユニットとの間に接続されるケーブルの数が、第１ノード及び第２ノードの方式で減少され、電力システムのコストが低減される。
この出願のこの実施形態において、ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の出力は絶縁される。例えば、ＤＣ－ＡＣユニット１の出力端子はＤＣ－ＡＣユニット２の出力端子から絶縁され、ＤＣ－ＡＣユニット２の出力端子はＤＣ－ＡＣユニット３の出力端子から絶縁される。実際の適用では、各ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子が異なる巻線に結合され、各巻線が三相電圧又は単相電圧を出力し得る。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。この出願のこの実施形態において、ＤＣ－ＡＣユニットのカスケード接続された入力及び絶縁された出力は、電力変換デバイスの仕様を低くすることができる。従って、現在の産業界における電力変換デバイスの仕様不足（一般に、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）では最大１７００Ｖ）及び高コストの問題が解決される。さらに、低い仕様の回路遮断器を用いてコストを低減させ得る。
一部の実施形態において、図１６の電源１、電源２、…、及び電源Ｎは、電源の１つの組み合わせと見なされてもよい。ＤＣ－ＤＣユニット１、ＤＣ－ＤＣユニット２、…、及びＤＣ－ＤＣユニットＮは、ＤＣ－ＤＣユニットの１つの組み合わせと見なされてもよい。ＤＣ－ＡＣユニット１、ＤＣ－ＡＣユニット２、…、ＤＣ－ＡＣユニットＭは、ＤＣ－ＡＣユニットの１つの組み合わせと見なされてもよい。従って、１つの電力システムが、少なくとも、電源の１つの組み合わせ、ＤＣ－ＤＣユニットの１つの組み合わせ、及びＤＣ－ＡＣユニットの１つの組み合わせを含む。ＤＣ－ＤＣユニットの複数の組み合わせ及び／又はＤＣ－ＡＣユニットの複数の組み合わせが存在する場合、ＤＣ－ＤＣユニットの少なくとも２つの組み合わせの同一タイプの出力端子が並列に接続され、ＤＣ－ＡＣユニットの少なくとも２つの組み合わせの同一タイプの入力端子が並列に接続される。並列接続された同一タイプの出力端子と並列接続された同一タイプの入力端子との間に結合された少なくとも１つのケーブルが存在する。同一タイプの出力端子及び同一タイプの入力端子の意味は、実施形態１で説明したものと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。理解され得ることには、ＤＣ－ＤＣユニット１、ＤＣ－ＤＣユニット２、…、及びＤＣ－ＤＣユニットＮの出力端子はカスケード接続されて、少なくとも１つの第１ノードを形成し得る。ＤＣ－ＡＣユニット１、ＤＣ－ＡＣユニット２、…、及びＤＣ－ＡＣユニットＭの入力端子はカスケード接続されて、少なくとも１つの第２ノードを形成し得る。少なくとも１つの第１ノードが、少なくとも１つの第２ノードに結合され、換言すれば、並列接続された同一タイプの出力端子と並列接続された同一タイプの入力端子との間に結合された少なくとも１つのケーブルが存在する。この出願のこの実施形態において、電源の複数の組み合わせが存在する場合、電源のそれら複数の組み合わせが直列／並列に接続されてから、ＤＣ－ＤＣユニットの組み合わせに接続され得る。これらの電源の具体的な結合接続方式は、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
この出願のこの実施形態において、ＤＣ－ＡＣユニットの複数の組み合わせの同一タイプの出力端子は、並列に結合されることができ、あるいは、それら同一タイプの出力端子の出力は絶縁されることができる。これは、前述の実施形態における図５ｃに対応する説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
一部の実施形態において、電源とＤＣ－ＤＣユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合される。ＤＣ－ＤＣユニットとＤＣ－ＡＣユニットとの間に接続された直流ケーブルにも通信信号が結合される。好ましくは、通信信号はＰＬＣ信号とし得る。これは、実施形態１における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。実際の適用において、電力システムは、通信信号を認識することができる電源、ＤＣ－ＤＣユニット、及びＤＣ－ＡＣユニットを使用してもよいし、電源、ＤＣ－ＤＣユニット、及びＤＣ－ＡＣユニットが通信信号を認識することができるように、電源、ＤＣ－ＤＣユニット、及びＤＣ－ＡＣユニットを変更してもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
一部の実施形態において、電源は、太陽電池パネルの出力をオプティマイザ又は遮断装置に接続してから直列又は並列結合にて接続することによって形成された太陽光発電アレイである。電源、ＤＣ－ＤＣユニット、及びＤＣ－ＡＣユニットの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されるとき、通信信号はオプティマイザ又は遮断装置も通り抜け、電源、ＤＣ－ＤＣユニット、又はＤＣ－ＡＣユニットは、通信信号を用いることによって、高速遮断を実施するようにオプティマイザ又は遮断装置の遮断を制御し得る。すなわち、電源、ＤＣ－ＤＣユニット、又はＤＣ－ＡＣユニットは、遮断命令を搬送する通信信号をオプティマイザ又は遮断装置に送信し得る。遮断命令を搬送する通信信号を受信した後、オプティマイザ又は遮断装置は、高速遮断を実施するために遮断命令を実行する。通信信号の状況は、実施形態１における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
一部の実施形態において、電力システムは更に、少なくとも１つのエネルギー貯蔵ユニットを含む。エネルギー貯蔵ユニットは、ＤＣ－ＤＣユニットとＤＣ－ＡＣユニットとの間に接続された少なくとも２つの直流ケーブルに並列に結合される。この出願のこの実施形態において、ＤＣ－ＤＣユニットとＤＣ－ＡＣユニットとの間に接続される直流ケーブルは、ＤＣ－ＤＣユニット１の正出力端子とＤＣ－ＡＣユニット１の正入力端子とを結合するための直流ケーブルであってもよいし、ＤＣ－ＤＣユニットＮの負出力端子とＤＣ－ＡＣユニットＭの負入力端子とを結合するための直流ケーブルであってもよいし、第１ノードと第２ノードとを結合するための直流ケーブルであってもよい。例えば、エネルギー貯蔵ユニットは、ＤＣ－ＤＣユニット１の正出力端子とＤＣ－ＡＣユニット１の正入力端子とを結合するための直流ケーブルと、ＤＣ－ＤＣユニットＮの負出力端子とＤＣ－ＡＣユニットＮの負入力端子とを結合するための直流ケーブルとの間に並列に結合される。あるいは、エネルギー貯蔵ユニットは、第１ノードと第２ノードとを結合するための３つの直流ケーブルの間に並列に結合される。理解され得ることには、１つの電力システムに含まれるエネルギー貯蔵ユニットの数は限定されず、すなわち、同時に複数のエネルギー貯蔵ユニットが並列に結合されてもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
エネルギー貯蔵ユニットを含む実施形態において、エネルギー貯蔵ユニットは、エネルギー貯蔵装置であってもよいし、直流変換ユニットとエネルギー貯蔵装置とを含んでもよいし、エネルギーを蓄積することができる他の装置であってもよい。これは、実施形態１におけるエネルギー貯蔵ユニットの説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。エネルギー貯蔵ユニットとＤＣ－ＤＣユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、エネルギー貯蔵ユニットがＤＣ－ＤＣユニットと通信してもよい。エネルギー貯蔵ユニットとＤＣ－ＡＣユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、エネルギー貯蔵ユニットがＤＣ－ＡＣユニットと通信してもよい。通信信号の状況及び通信を実装するための原理は、実施形態１における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
実施形態４
図１８は、この出願の一実施形態に従った電力システムの実施形態４の概略図である。当該電力システムは、電源１と、電源２と、第１段ＤＣ－ＤＣユニットと、第２段ＤＣ－ＤＣユニットと、第１段ＤＣ－ＡＣユニットと、第２段ＤＣ－ＡＣユニットとを含む。電源１及び電源２は、実施形態１における電源と同様の、太陽光発電アレイ、エネルギー貯蔵電源、又は風力発電直流源とすることができ、詳細をここで再び説明することはしない。第１段ＤＣ－ＤＣユニット及び第２段ＤＣ－ＤＣユニットは、実施形態３におけるＤＣ－ＤＣユニットと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットは、例えばインバータといった、直流を交流に変換することができる装置とし得る。第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットは、実施形態１におけるＤＣ－ＡＣユニットと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
この出願のこの実施形態では、電源１の出力端子が第１段ＤＣ－ＤＣユニットの入力端子に結合される。例えば、電源１の正出力端子が第１段ＤＣ－ＤＣユニットの正入力端子に結合され、電源１の負出力端子が第１段ＤＣ－ＤＣユニットの負入力端子に結合される。同様に、電源２の出力端子が第２段ＤＣ－ＤＣユニットの入力端子に結合される。図１８に示すように、電源１、電源２、第１段ＤＣ－ＤＣユニット、及び第２段ＤＣ－ＤＣユニットの入力端子及び出力端子の対応する位置に、マーク“＋”及びマーク“－”を付している。マーク“＋”は正出力端子又は正入力端子を示す。マーク“－”は負出力端子又は負入力端子を示す。この出願のこの実施形態で提供される他の図中のマーク“＋”及びマーク“－”の意味も同様である。詳細を再び説明することはしない。
この出願のこの実施形態において、第１段ＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子が、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合される。第２段ＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子が、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合される。第１段ＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子が、第２段ＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子に結合される。第１段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子が、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合される。従って、第１段ＤＣ－ＤＣユニットと第２段ＤＣ－ＤＣユニットの出力がカスケード接続され、第１段ＤＣ－ＡＣユニットと第２段ＤＣ－ＡＣユニットの入力がカスケード接続される。この出願のこの実施形態では、ＤＣ－ＤＣユニットとＤＣ－ＡＣユニットとの間の電流を減少させて、ＤＣ－ＤＣユニットからＤＣ－ＡＣユニットへのケーブルのコスト及び損失の問題を解決するように、ＤＣ－ＤＣユニットの出力端子がカスケード接続されて、出力電圧を高める。例えば、第１段ＤＣ－ＤＣユニット及び第２段ＤＣ－ＤＣユニットの各々の最大出力電圧は１５００Ｖであり、第１段ＤＣ－ＤＣユニットと第２段ＤＣ－ＤＣユニットの出力がカスケード接続された後、最大出力電圧は３ｋＶである。同じ電力の場合、電圧が増すと、出力電流が減少し、使用するケーブルの線径仕様が低くなり、コストが減少する。
この出願のこの実施形態において、第１段ＤＣ－ＡＣユニットと第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の出力は絶縁され、異なる巻線に接続される。これは、実施形態１におけるＤＣ－ＡＣユニットの出力が絶縁されるケースと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。この出願のこの実施形態では、ＤＣ－ＡＣユニットのカスケード接続された入力及び絶縁された出力が、電力変換デバイスの仕様を下げる。現在の産業界における電力変換デバイスの仕様は不十分である（一般に、ＩＧＢＴでは最大１７００Ｖ）。しかし、この出願のこの実施形態で提供される電力システムでは１５００Ｖの回路遮断器を使用することができ、コストを低減させる。現在の産業界における電力変換デバイスの仕様不足という技術的問題が解決される。
第１段ＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子と第２段ＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子とを結合するノードを第１ノードと称する。第１段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子と第２段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子とを結合するノードを第２ノードと称する。
一部の実施形態において、第１ノードは第２ノードに結合される。第１段ＤＣ－ＤＣユニット及び第２段ＤＣ－ＤＣユニットのうち一方の入力電圧及び／又は入力電流及び／又は入力電力が所定値未満であるとき、対応するＤＣ－ＤＣユニットは動作するのを停止する。例えば、第１段ＤＣ－ＤＣユニットの入力電圧が所定値未満であるとき、第１段ＤＣ－ＤＣユニットは動作を停止する。他の一例において、第２段ＤＣ－ＤＣユニットの入力電力が所定値未満であるとき、第２段ＤＣ－ＤＣユニットは動作を停止する。第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットのうち少なくとも一方が動作する。この出願のこの実施形態では、第１段ＤＣ－ＤＣユニット又は第２段ＤＣ－ＤＣユニットの入力電圧及び／又は入力電流及び／又は入力電力が過度に低いとき、低い電圧及び／又は電流及び／又は電力を有するユニットが停止され、適切なユニットが選択されて動作する。これは、不要な無駄を回避し、システム全体の変換効率及び利用率を向上させることができる。
図１９は、この出願の一実施形態に従った電力システムの一実施形態の概略図である。図１９に示すように、一部の実施形態において、第１段ＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子が、第１の導線を用いて第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合される。第２段ＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子が、第２の導線を用いて第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合される。第１ノードと第２ノードとが、第３の導線を用いて結合される。理解され得ることには、この出願のこの実施形態において、第１の導線、第２の導線、及び第３の導線は全て、ＤＣ－ＤＣユニット（第１段ＤＣ－ＤＣユニット及び第２段ＤＣ－ＤＣユニット）とＤＣ－ＡＣユニット（第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニット）との間に接続される直流ケーブルである。ケーブルの材料及び線径仕様は、実際の状況に基づいて設定され得る。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。理解され得ることには、従来技術では、第１段ＤＣ－ＤＣユニットと第２段ＤＣ－ＤＣユニットとで合計４つの出力端子を持ち、それ故に４本のケーブルが接続される。しかし、この出願のこの実施形態においては、第１段ＤＣ－ＤＣユニットと第２段ＤＣ－ＤＣユニットとがカスケード接続され、第１ノードと第２ノードが、１本のケーブルを用いて結合され、その結果、４本のケーブルという既存の技術的ソリューションが、３本のケーブルのみを必要とするソリューションへと改良される。従って、これは、１本のケーブルのコスト及び建設コストを低減させることができる。
一部の実施形態において、第１の導線、第２の導線、及び第３の導線は、分散二重（ＤＣ）バスを形成する。第１の導線及び第２の導線が正のバスを形成する。第２の導線及び第３の導線が負のバスを形成する。第３の導線は、分散二重バスの中性線（Middle Cable）である。第１の導線、第２の導線、及び第３の導線は、直流導線である。３Ｄテクノロジ（three direct-Cable）では、３本のケーブルを用いて直流バスが構築され、第１の導線及び第２の導線を用いて正のバスが構築され、第２の導線及び第３の導線を用いて負のバスが構築される。
また、第１ノードは、第１段ＤＣ－ＤＣユニットと第２段ＤＣ－ＤＣユニットとをカスケード接続する中点であり、第２ノードは、第１段ＤＣ－ＡＣユニットと第２段ＤＣ－ＡＣユニットとをカスケード接続する中点であるので、第３の導線の電流値は第１の導線の電流値以下とし得る。第３の導線の電流値が第１の導線の電流値以下である場合、第３の導線の線径仕様を下げてもよく、第３の導線のコストが低減される。取り得る他の一ケースにおいて、同様に、第３の導線の電流値は、第２の導線の電流値以下である。従って、第３の導線の電流値が第２の導線の電流値以下である場合、第３の導線の線径仕様を下げてもよく、第３の導線のコストが低減される。確かなことには、第３の導線の電流値は代わりに、第１の導線の電流値未満且つ第２の導線の電流値未満とし得る。これも、第３の導線の線径仕様を下げて、第３の導線のケーブルコストを低減させ得る。
図２０は、この出願の一実施形態に従った電力システムの他の一実施形態の概略図である。図２０に示すように、一部の実施形態において、第１ノード及び第２ノードの両方がグランドに結合される。この出願のこの実施形態では、第１ノード及び第２ノードの両方がグランドに結合され、その結果、第１段ＤＣ－ＤＣユニット及び第２段ＤＣ－ＤＣユニットの出力電力又は出力電圧が非対称であるとき、又は第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの入力電力又は入力電圧が非対称であるときに、電圧等化を達成するための電流ループが提供され、それにより、システムの正常動作が確保される。また、第１ノードと第２ノードとの間のケーブル接続が不要であり、それ故に１本のケーブルのコスト及び建設コストを低減させることができる。
図２１ａは、図１８から図２０に対応した、この出願の一実施形態に従った電力システムの他の一実施形態の概略図である。図２１ａに示すように、一部の実施形態において、第１段ＤＣ－ＤＣユニットは具体的にＢＯＯＳＴ ＤＣ／ＤＣユニットであり、第２段ＤＣ－ＤＣユニットは具体的に、ＤＣフリップユニットにカスケード接続されたＢＯＯＳＴ ＤＣ／ＤＣユニットである。この出願のこの実施形態では、ＢＯＯＳＴ ＤＣ／ＤＣユニットの負入力電極と負出力電極とが直接接続される。ＤＣフリップユニットの負入力電極と正出力電極とが直接接続される。一部の実施形態において、太陽光発電システムは、複数の第１段ＤＣ－ＤＣユニット及び複数の第２段ＤＣ－ＤＣユニットを含む。全ての第１段ＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子が、全ての第２段ＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子に接続される。
第１ノードと第２ノードとが結合されない場合、電源不一致の影響が考慮される。例えば、太陽光発電システムでは、異なる照射により、電源１の出力電圧が電源２の出力電圧より大きくなることがあり、第１段ＤＣ－ＤＣユニット及び第２段ＤＣ－ＤＣユニットの出力電圧も異なる。すなわち、第１段ＤＣ－ＤＣユニット及び第２段ＤＣ－ＤＣユニットによって出力される電圧及び／又は電力は非対称になることがあり、出力電力におけるキャスク（cask）効果を生じさせる。従って、第１ノードと第２ノードとが結合されない場合、電力システムは、第１段ＤＣ－ＤＣユニットと第２段ＤＣ－ＤＣユニットによって出力される電圧及び／又は電力の非対称性を防止するための等化回路を備え得る。以下にて、複数の等化回路を提供する。実際の適用では、代わりに他の等化回路が存在してもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
図２１ｂは、この出願の一実施形態に従った第１の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。一部の実施形態において、電力システムは更に第１の等化回路ユニットを含む。第１の等化回路ユニットは、第１のインタフェース、第２のインタフェース、及び第３のインタフェースを有して構成される。第１のインタフェースは第２ノードに結合される。第２のインタフェースは第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合される。第３のインタフェースは第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合される。第１の等化回路ユニットは、第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの入力電圧及び／又は電力及び／又は電流をバランスさせ得る。第１の等化回路ユニットの動作原理は、次の通りである。第１の等化回路ユニットは、第１のインタフェース及び第２のインタフェースを介して第１段ＤＣ－ＡＣユニットの入力端子からエネルギーを取得し、第１のインタフェース及び第３のインタフェースを介して第２段ＤＣ－ＡＣユニットへのエネルギーを補償する。あるいは、第１の等化回路ユニットは、第１のインタフェース及び第３のインタフェースを介して第２段ＤＣ－ＡＣユニットの入力端子からエネルギーを取得し、第１のインタフェース及び第２のインタフェースを介して第１段ＤＣ－ＡＣユニットへのエネルギーを補償する。
取り得る一実施形態において、第１の等化回路ユニットは４つのインタフェースを含んでもよく、すなわち、第１の等化回路ユニットは更に第４のインタフェースを有して構成される。第４のインタフェースは第１ノードに結合される。図２１ｂに示すように、取り得る一実施形態において第４のインタフェースが第１ノードに結合されることを破線が示している。４つのインタフェースを含む第１の等化回路を用いてエネルギー補償が実行される場合、第１の等化回路は更に、第１段ＤＣ－ＤＣユニット及び第２段ＤＣ－ＤＣユニットのエネルギーを補償することができる。すなわち、対応する電圧及び／又は電力及び／又は電流をバランスさせ、調節することができる。
図２２ａは、この出願の一実施形態に従った第２の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図１である。一ケースにおいて、第２の等化回路ユニットは、第５のインタフェース及び第６のインタフェースを有して構成される。第５のインタフェースは第２ノードに結合される。第６のインタフェースは、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合される。第２の等化回路ユニットの動作原理は、第１の等化回路ユニットの動作原理と同様である。具体的には、第２の等化回路ユニットは、第１段ＤＣ－ＡＣユニットのエネルギーを第２段ＤＣ－ＡＣユニットに対して補償することができ、あるいは、第２段ＤＣ－ＡＣユニットのエネルギーを第１段ＤＣ－ＡＣユニットに対して補償することができる。従って、第２の等化回路ユニットは、第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの入力電圧及び／又は電力及び／又は電流をバランスさせるように構成され得る。図２２ｂは、この出願の一実施形態に従った第２の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図２である。他の一ケースにおいて、第２の等化回路ユニットは、第５のインタフェース及び第６のインタフェースを有して構成される。第５のインタフェースは第２ノードに結合される。第６のインタフェースは、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合される。第２の等化回路ユニットは、第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの入力電圧及び／又は電力及び／又は電流をバランスさせるように構成され得る。これは、図２２ａに対応する第２の等化回路ユニットと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
図２３は、この出願の一実施形態に従った第３の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。第３の等化回路ユニットは、第７のインタフェース、第８のインタフェース、及び第９のインタフェースを有して構成される。第７のインタフェースは第１ノードに結合される。第８のインタフェースは、第１段ＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子に結合される。第９のインタフェースは、第２段ＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子に結合される。第３の等化回路ユニットの動作原理は、第１の等化回路ユニットの動作原理と同様である。具体的には、第３の等化回路ユニットは、第１段ＤＣ－ＤＣユニットによって出力されるエネルギーを第２段ＤＣ－ＤＣユニットに対して補償することができ、あるいは、第２段ＤＣ－ＤＣユニットによって出力されるエネルギーを第１段ＤＣ－ＤＣユニットに対して補償することができる。従って、第３の等化回路ユニットは、第１段ＤＣ－ＤＣユニット及び第２段ＤＣ－ＤＣユニットの出力電圧及び／又は電力及び／又は電流をバランスさせるように構成され得る。
取り得る一実施形態において、第３の等化回路ユニットは４つのインタフェースを含んでもよく、すなわち、第３の等化回路ユニットは更に第１０のインタフェースを有して構成される。第１０のインタフェースは第２ノードに結合される。図２１ｂに示すように、取り得る一実施形態において第１０のインタフェースが第２ノードに結合されることを破線が示している。４つのインタフェースを含む第３の等化回路を用いてエネルギー補償が実行される場合、第３の等化回路は更に、第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットのエネルギーを補償することができる。すなわち、対応する電圧及び／又は電力及び／又は電流をバランスさせ、調節することができる。
図２４ａは、この出願の一実施形態に従った第４の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図１である。一ケースにおいて、第４の等化回路ユニットは、第１１のインタフェース及び第１２のインタフェースを有して構成される。第１１のインタフェースは第１ノードに結合される。第１２のインタフェースは、第１段ＤＣ－ＤＣユニットの正入力端子に結合される。第４の等化回路ユニットの動作原理は、第２の等化回路ユニットの動作原理と同様である。具体的には、第４の等化回路ユニットは、第１段ＤＣ－ＤＣユニットのエネルギーを第２段ＤＣ－ＤＣユニットに対して補償することができ、あるいは、第２段ＤＣ－ＤＣユニットのエネルギーを第１段ＤＣ－ＤＣユニットに対して補償することができる。従って、第４の等化回路ユニットは、第１段ＤＣ－ＤＣユニット及び第２段ＤＣ－ＤＣユニットの入力電圧及び／又は電力及び／又は電流をバランスさせるように構成され得る。図２４ｂは、この出願の一実施形態に従った第４の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図２である。他の一ケースにおいて、第４の等化回路ユニットは、第１１のインタフェース及び第１２のインタフェースを有して構成される。第１１のインタフェースは第１ノードに結合される。第１２のインタフェースは、第２段ＤＣ－ＤＣユニットの負入力端子に結合される。第４の等化回路ユニットの動作原理は、第１段ＤＣ－ＤＣユニット及び第２段ＤＣ－ＤＣユニットの入力電圧及び／又は電力及び／又は電流をバランスさせるように構成され得る。これは、図２４ａに対応する第４の等化回路ユニットと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
一部の実施形態において、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子が、それぞれ、異なる変圧器に接続される。あるいは、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子が、それぞれ、同一の変圧器の異なる巻線に接続される。
一部の実施形態において、第１段ＤＣ－ＤＣユニット及び第２段ＤＣ－ＤＣユニットは、ＤＣ－ＤＣユニットの１つの組み合わせと見なされる。図２５は、この出願の一実施形態に従った、並列に接続されたＤＣ－ＤＣユニットの複数の組み合わせの概略図である。図２５に示すように、ＤＣ－ＤＣユニットの複数の組み合わせが並列に接続される場合、ＤＣ－ＤＣユニットの異なる組み合わせに対応する同一タイプの出力端子が並列に接続される。例えば、ＤＣ－ＤＣユニットの第１の組み合わせ内の第１段ＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子が、ＤＣ－ＤＣユニットの第２の組み合わせ内の第１段ＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子に結合される。同一タイプの出力端子の意味は、実施形態２で説明したものと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。ＤＣ－ＡＣユニットの複数の組み合わせの並列接続は、実施形態２における説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。理解され得ることには、ＤＣ－ＡＣユニットの複数の組み合わせの同一タイプの出力端子の出力は、並列に結合されるか絶縁されるかし得る。これは、実施形態２における説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
一部の実施形態において、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子とグランド点との間に、絶縁監視装置（ＩＭＤ）が結合される。図２６は、この出願の一実施形態に従ったＩＭＤを備えた電力システムの概略図である。他の一部の実施形態において、ＩＭＤは、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子とグランド点との間に結合される。他の一部の実施形態において、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子とグランド点との間に第１のＩＭＤが結合され、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子とグランド点との間に第２のＩＭＤが結合される。ＩＭＤは、グランドに対する電力システムの絶縁インピーダンスを検出することができる。グランドに対する絶縁インピーダンスが所定値よりも低い場合、この出願のこの実施形態では、好ましくは、第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び／又は第２段ＤＣ－ＡＣユニットと変圧器巻線との間の結合接続を切断することができ、その結果、システム全体が動作を停止し、それにより、システム動作の安全性が更に確保される。
この出願のこの実施形態において、電源１、電源２、第１段ＤＣ－ＤＣユニット、第２段ＤＣ－ＤＣユニット、第１段ＤＣ－ＡＣユニット、及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの間で通信を実施するために、電源１、電源２、第１段ＤＣ－ＤＣユニット、第２段ＤＣ－ＤＣユニット、第１段ＤＣ－ＡＣユニット、及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合される。通信信号は好ましくはＰＬＣ信号であり、これは、前述の実施形態における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
この出願のこの実施形態において、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子に接続された交流ケーブルに通信信号が結合され、該交流ケーブルが更に、他の装置に結合され得る。第１段ＤＣ－ＡＣユニットは、通信信号を用いることにより、該交流ケーブル上で他の装置と通信し得る。ＤＣ－ＡＣユニットの複数の組み合わせが並列に接続され、且つ複数の第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力が並列に接続される場合、該複数の第１段ＤＣ－ＡＣユニットの並列接続された出力端子が、接続された交流ケーブル上の通信信号を用いることによって、該交流ケーブルに結合された他の装置と通信し得る。上述の他の装置は、交流を使用する交流装置とし得る。同様に、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の通信の状況は、第１段ＤＣ－ＡＣユニットのそれと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。通信信号は好ましくはＰＬＣ信号であり、これは、前述の実施形態における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
一部の実施形態において、この出願のこの実施形態で提供される電力システムは更にリーク電流センサを有して構成され得る。リーク電流センサは、電源１の出力端子、電源２の出力端子、第１段ＤＣ－ＤＣユニットの入力端子及び出力端子、第２段ＤＣ－ＤＣユニットの入力端子及び出力端子、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの入力端子及び出力端子、並びに第２段ＤＣ－ＡＣユニットの入力端子及び出力端子に配置され得る。リーク電流センサが、電源１の出力端子、電源２の出力端子、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの入力端子及び出力端子、並びに第２段ＤＣ－ＡＣユニットの入力端子及び出力端子に配置されるケースは、図１１に対応する実施形態と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。リーク電流センサが第１段ＤＣ－ＤＣユニットの入力端子及び出力端子並びに第２段ＤＣ－ＤＣユニットの入力端子及び出力端子に配置されるケースを図２７に示す。図２７は、この出願の一実施形態に従ったリーク電流センサを有して構成された電力システムの概略図である。分かり得ることには、リーク電流センサが、第１段ＤＣ－ＤＣユニットの入力端子及び出力端子並びに第２段ＤＣ－ＤＣユニットの入力端子及び出力端子に配置され得る。なお、リーク電流センサが第１段ＤＣ－ＤＣユニットの出力端子と第２段ＤＣ－ＤＣユニットの出力端子とに構成される場合、リーク電流センサは、第１ノードに対応する直流ケーブルに結合され得る。第１ノード及び第２ノードがグランドに結合される場合、リーク電流センサは、リーク電流検出機能を実現するようにグランドケーブルに接続され得る。実際の適用では、図２７に示すように、３つのリーク電流センサを構成してもよいし、これらのリーク電流センサのうちの１つ以上を選択して構成してもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。リーク電流センサが、対応するリーク電流値が所定の閾値よりも大きいことを検出すると、リーク電流センサは、電源１、電源２、第１段ＤＣ－ＤＣユニット、第２段ＤＣ－ＤＣユニット、第１段ＤＣ－ＡＣユニット、及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットのうちのいずれか１つ以上又は全てに信号を送信し得る。そして、電源１、電源２、第１段ＤＣ－ＤＣユニット、第２段ＤＣ－ＤＣユニット、第１段ＤＣ－ＡＣユニット、及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットのうちのいずれか１つ以上又は全ては、それらに接続されたホストコンピュータにアラームを報告することができ、あるいは電力システムを停止させるための信号を送信することができ、あるいは他の手段を採ることができる。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
一部の実施形態において、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力の高速遮断を実装するために、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子に接続された内部出力相線に直列に少なくとも１つのスイッチが接続される。該スイッチは、リレー、回路遮断器、又は接触器とすることができ、あるいは他のタイプのスイッチであってもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。同様に、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子に接続された内部出力相線にも、直列にスイッチが接続され得る。これは、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力相線に直列にスイッチが接続される場合と同様である。詳細をここで再び説明することはしない。
この出願のこの実施形態において、電源１及び電源２が太陽光発電アレイである場合、電力システムは太陽光発電システムと称され得る。この出願のこの実施形態において、電源１は第１の太陽光発電アレイと称されることができ、電源２は第２の太陽光発電アレイと称されることができる。実際の適用では、他の名称が用いられ得る。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。例えば、風力発電システム、エネルギー貯蔵システム、又はハイブリッド発電システムといった、他のタイプの電力システムについては、実装に関して太陽光発電システムを参照されたい。この出願のこの実施形態において、他のタイプの電力システムについて詳細を説明することはしない。以下、太陽光発電システムを詳細に説明する。
太陽光発電システムでは、第１ノード及び第２ノードのうち一方のみがグランドに結合される必要があり、すなわち、第１ノードがグランドに結合されるか、第２ノードがグランドに結合されるかする。一部の実施形態では、代わりに第１ノード及び第２ノードの両方がグランドに結合されてもよい。第１ノード及び／又は第２ノードがグランドに結合されることで、第１段ＤＣ－ＤＣユニット及び第２段ＤＣ－ＤＣユニットの出力電力又は出力電圧が非対称であるとき、又は第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの入力電力又は入力電圧が非対称であるときに、電圧等化を達成するように電流ループを設けることができ、それにより、システムの正常動作が確保されるとともに、１本のケーブルのコスト及び建設コストが低減される。
太陽光発電システムでは、図１８に示すように、好ましくは、第１段ＤＣ－ＤＣユニットの負入力端子及び負出力端子が直接結合され、又は小さい電圧降下のみで接続される。小さい電圧降下のみでの接続は、２つの接続される端子における電圧降下が小さいことを意味する。電圧降下は、ヒューズを結合することによって生じることもあれば、他のケースによって生じることもある。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。同様に、第２段ＤＣ－ＤＣユニットの負入力端子及び正出力端子が直接結合され、又は小さい電圧降下のみで接続される。図１８に対応する実施形態において、第１の太陽光発電アレイ（電源１）及び第２の太陽光発電アレイ（電源２）の負出力電極は等電位である。通常、グランドに対するシステム全体のインピーダンスは対称的に分布される。システムが稼働のために正常にグリッドに接続されるとき、第１ノード、第２ノード、及びグランドが等電位である。この場合、第１の太陽光発電アレイ及び第２の太陽光発電アレイのセルパネルのＰＶ－における、グランドに対する電圧は略０Ｖである。これは、グランドに対するセルパネルのＰＶ－における負バイアス電圧を除去し、（ＰＶ－においてグランドに対して負の電圧を持ち、ＰＩＤ現象を発生するセルパネルに対して）セルパネルのＰＩＤ現象を回避する。
図２８は、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの概略図である。好ましくは、第１段ＤＣ－ＤＣユニットの正入力端子及び負出力端子が直接結合され、又は小さい電圧降下のみで接続される。第２段ＤＣ－ＤＣユニットの正入力端子及び正出力端子が直接結合され、又は小さい電圧降下のみで接続される。小さい電圧降下のみでの接続は、２つの接続される端子における電圧降下が小さいことを意味する。これは、図１８に対応する実施形態の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。この出願のこの実施形態では、第２の太陽光発電アレイの正出力電極及び第１の太陽光発電アレイの正出力電極が等電位であることを確保するために、直接接続又は小さい電圧降下のみの接続の異なる方式が使用され得る。通常、グランドに対するシステム全体のインピーダンスは対称的に分布される。システムが稼働のために正常にグリッドに接続されるとき、第１ノード、第２ノード、及びグランドが等電位である。この場合、第１の太陽光発電アレイ及び第２の太陽光発電アレイのセルパネルのＰＶ＋における、グランドに対する出力電圧は略０Ｖである。これは、グランドに対するセルパネルのＰＶ＋における正バイアス電圧を除去し、（ＰＶ＋においてグランドに対して正の電圧を持ち、ＰＩＤ現象を発生するセルパネルに対して）セルパネルのＰＩＤ現象を回避する。同様に、第１の太陽光発電アレイ及び第２の太陽光発電アレイの出力が負端子を共有する場合にも、同じ効果を達成することができる。
この出願のこの実施形態では、太陽光発電システムにおいて、ＰＩＤ現象は代わりに、電圧源を結合することによって除去され得る。一部の実施形態において、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子に対応する変圧器巻線の中点とグランド点との間に電圧源を結合して、グランドに対する該中点の電位を調節するようにする。太陽光発電システムが稼働のために正常にグリッドに接続されるとき、電圧源を用いて三相Ａ／Ｂ／Ｃとグランドとの間に電圧と電流を注入することで、グランドに対する第１の太陽光発電アレイ及び第２の太陽光発電アレイの負出力端子の電圧が０に等しいこと、又はグランドに対する第１の太陽光発電アレイ及び第２の太陽光発電アレイの正出力端子の電圧が０に等しいことを確保する。これは、太陽光発電アレイ（第１の太陽光発電アレイ及び第２の太陽光発電アレイ）内のセルパネルがＰＩＤ現象を発生するのを防止する。また、この出願のこの実施形態では、（負出力端子ＰＶ－においてグランドに対して負の電圧を持ち、ＰＩＤ現象を発生するセルパネルに対して）グランドに対する第１の太陽光発電アレイ及び第２の太陽光発電アレイの負出力端子の電圧が０より高くなるように、又は（正出力端子ＰＶ＋においてグランドに対して正の電圧を持ち、ＰＩＤ現象を発生するセルパネルに対して）グランドに対する第１の太陽光発電アレイ及び第２の太陽光発電アレイの正出力端子の電圧が０より低くなるように、電圧を調節することができる。これは、セルパネルのＰＩＤ修復機能を実現し、グランドに対する第１の太陽光発電アレイ及び第２の太陽光発電アレイの正出力端子及び負出力端子の電圧がセルパネルの最大印加システム電圧を超えないことを確保し、システム安全性を確保する。この電圧は代わりに、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子に対応する変圧器巻線の中点とグランド点との間に電圧源を結合することによって調節されてもよい。これは、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子に対応する変圧器巻線の中点とグランド点との間に電圧源を結合することの前述の原理と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
一部の実施形態では、太陽光発電システムにおいて、第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び／又は第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力側の外部相線とグランド点との間に電圧源を結合して、グランドに対する対応する出力相線の電位を調節し、ＰＩＤ現象を除去し得る。これは、図１２ｂに対応する実施形態における原理と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
一部の実施形態では、太陽光発電システムにおいて、第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び／又は第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の位置の内部相線とグランド点との間に電圧源を結合して、グランドに対する対応する出力相線の電位を調節し、ＰＩＤ現象を除去し得る。これは、図１２ｃに対応する実施形態における原理と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
図２９ａは、図２７及び図２８に対応した、この出願の一実施形態に従った電力システムの他の一実施形態の概略図である。図２９ａに示すように、一部の実施形態において、第１段ＤＣ－ＤＣユニットは具体的に、ＤＣフリップユニットにカスケード接続されたＢＯＯＳＴ ＤＣ／ＤＣユニットであり、第２段ＤＣ－ＤＣユニットは具体的にＢＯＯＳＴ ＤＣ／ＤＣユニットである。この出願のこの実施形態では、ＢＯＯＳＴ ＤＣ／ＤＣユニットの負入力電極と負出力電極とが直接接続される。ＤＣフリップユニットの負入力電極と正出力電極とが直接接続される。一部の実施形態において、太陽光発電システムは、複数の第１段ＤＣ－ＤＣユニット及び複数の第２段ＤＣ－ＤＣユニットを含む。全ての第１段ＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子が、全ての第２段ＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子に接続される。
図２９ｂは、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。一部の実施形態では、太陽光発電システムにおいて、第１段ＤＣ－ＡＣユニット又は第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子に対応する変圧器巻線の中点が、グランドに対する当該中点の電圧が０Ｖに近い又は等しくなるようにし、グランドに結合されるか、電流制限デバイスを用いてグランドに結合されるかして、ＰＩＤ現象を除去する。図２９ｂに示すように、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子に対応する変圧器巻線は第２巻線であり、該第２巻線は、三相四線（ＡＢＣＮ）二重分割（double-split）変圧器である。一般に、Ｎ線は変圧器の中点に接続されて接地される。第２巻線のＮ線は、接地に結合され、又は電流制限デバイスを用いてグランドに結合される。システムがグリッドに接続されて正常に動作するとき、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力電極（第２ノード）の電位は、グランド電位よりも高く、それ故に、グランドに対する第２太陽光発電アレイの負出力電極及び第１太陽光発電アレイの負出力端子の電圧は０Ｖ以上となる。セルパネルのＰＩＤ抑制及び修復機能が実現される。同様に、図２８で第１の太陽光発電アレイ及び第２の太陽光発電アレイの正出力端子がともに結合される用途において、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子に対応する変圧器巻線（第１の巻線）のＮ線が、グランドに結合され、又は電流制限デバイスを用いてグランドに結合され、それ故に、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子の電位がグランド電位よりも低くなる。この場合、第１の太陽光発電アレイ及び第２の太陽光発電アレイの正出力端子の電位は、第２ノードの電位に等しく、グランド電位より低く、すなわち、≦０Ｖである。これは、グランドに対するセルパネルのＰＶ＋における正バイアス電圧を除去し、（ＰＶ＋においてグランドに対して正の電圧を持ち、ＰＩＤ現象を発生するセルパネルに対して）セルパネルのＰＩＤ現象を回避する。他の一態様では、この出願のこの実施形態において、太陽光発電アレイの入力電圧は、グランドに対する太陽光発電アレイの負極の電圧と入力電圧との和がセルパネルの最大印加システム電圧を超えないように、ＤＣ－ＤＣユニットの最大電力点追跡（maximum power point tracking，ＭＰＰＴ）機能を用いることによって制御されることができ、システム動作の安全が確保される。
図３０は、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。一部の実施形態において、第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子が、それぞれ、同一の変圧器の異なる巻線に結合される場合、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子に対応する巻線の中点と、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子に対応する巻線の中点とが、２つの直列抵抗又は電流制限デバイスを用いて結合されるとともに、これら２つの直列抵抗又はこれら２つの電流制限デバイスの間の中点がグランドに結合される。図３０に示すように、第１の巻線及び第２の巻線のＮ線同士が、２つの直列抵抗又は電流制限デバイスを用いて結合され、これら２つの直列抵抗又はこれら２つの電流制限デバイスの間の中点がグランドに結合される。システムが稼働のために正常にグリッドに接続されるとき、第１ノード、第２ノード、及びグランドが等電位になる。図２８に対応する実施形態では、第２の太陽光発電アレイの正出力電極、第１の太陽光発電アレイの正出力電極、及びグランドが等電位になることができ、それにより、太陽光発電アレイがＰＩＤ現象を生じるのを防止する。図２９ｂの例では、第２の太陽光発電アレイの負出力電極、第１の太陽光発電アレイの負出力電極、及びグランドが等電位になることができ、それにより、太陽光発電アレイがＰＩＤ現象を生じるのを防止する。
一部の実施形態では、太陽光発電システムにおいて、太陽光発電システムは更に絶縁ユニットを含む。絶縁ユニットは、ＡＣ－ＤＣ絶縁ユニットとも称され、第１段ＤＣ－ＡＣユニット内に配置され得る。絶縁ユニットの入力端子が、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の位置の内部相線に結合されてエネルギーを得る。絶縁ユニットの第１の出力端子がグランドに結合され、絶縁ユニットの第２の出力端子が、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子及び／又は負入力端子に結合される。絶縁ユニットは、ＰＩＤ現象を除去するように、グランドに対する第１電源及び／又は第２電源の出力電圧を調節するように構成され得る。絶縁ユニットは代わりに、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの内部に配置されてもよい。ＰＩＤ現象を除去するため、グランドに対する第１電源及び／又は第２電源の出力電圧を調節するように、該絶縁ユニットの入力端子が、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の位置の内部相線に結合され、該絶縁ユニットの第１の出力端子がグランドに結合され、該絶縁ユニットの第２の出力端子が、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子及び／又は負入力端子に結合される。これは、特に、図１３に対応する実施形態と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
一部の実施形態では、太陽光発電システムにおいて、第１の太陽光発電アレイ及び第２の太陽光発電アレイは各々、太陽パネルの出力端子をオプティマイザ又は遮断装置に直列に接続してから直列又は並列結合にて接続することによって形成された太陽光発電アレイとすることができ、オプティマイザ又は遮断装置の出力端子に接続された直流ケーブルに通信信号が結合される。第１段ＤＣ－ＤＣユニット及び／又は第２段ＤＣ－ＤＣユニット及び／又は第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び／又は第２段ＤＣ－ＡＣユニットは、該通信信号を用いることによってオプティマイザ又は遮断装置と通信し、オプティマイザ又は遮断装置の高速遮断を実施するようにオプティマイザ又は遮断装置を制御し得る。
一部の実施形態において、第１段ＤＣ－ＡＣユニット、第２段ＤＣ－ＡＣユニット、第１段ＤＣ－ＤＣユニット、及び第２段ＤＣ－ＤＣユニットの間の直流ケーブルに、通信信号が結合される。第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び／又は第２段ＤＣ－ＡＣユニットは、該通信信号を用いて、第１段ＤＣ－ＤＣユニットの入力端子及び／又は第２段ＤＣ－ＤＣユニットの入力端子の高速遮断を実施するように第１段ＤＣ－ＤＣユニット及び／又は第２段ＤＣ－ＤＣユニットを制御する。
一部の実施形態において、太陽光発電システムは更に、少なくとも１つのエネルギー貯蔵ユニットを含む。第１段ＤＣ－ＤＣユニット、第２段ＤＣ－ＤＣユニット、第１段ＤＣ－ＡＣユニット、及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットに接続された少なくとも２つの直流ケーブルが、エネルギー貯蔵ユニットに並列に接続される。これは特に、実施形態３におけるエネルギー貯蔵ユニットと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
エネルギー貯蔵ユニットを含む実施形態において、エネルギー貯蔵ユニットは、エネルギー貯蔵装置であってもよいし、直流変換ユニットとエネルギー貯蔵装置とを含んでもよいし、エネルギーを蓄積することができる他の装置であってもよい。これは、実施形態１におけるエネルギー貯蔵ユニットの説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。エネルギー貯蔵ユニットとＤＣ－ＤＣユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、エネルギー貯蔵ユニットがＤＣ－ＤＣユニットと通信してもよい。エネルギー貯蔵ユニットとＤＣ－ＡＣユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、エネルギー貯蔵ユニットがＤＣ－ＡＣユニットと通信してもよい。通信信号の状況及び通信を実装するための原理は、実施形態１における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
図３１は、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。一部の実施形態において、第１の太陽光発電アレイの負出力端子と第２の太陽光発電アレイの負出力端子とが第１の結合点として結合される。第１段ＤＣ－ＤＣユニットの負入力端子と第２段ＤＣ－ＤＣユニットの負入力端子とが第２の結合点として結合される。第１の結合点と第２の結合点は、１つのケーブルを用いて接続される。この実装では、１つのケーブルで第１の結合点と第２の結合点を接続することができ、ケーブルが減少し、コストが低減される。他の一部の実施形態では、電力フローを実現するように第１の結合点及び第２の結合点が別々に接地されてもよい。これは更にケーブルの数を減少させてシステムコストを低減させ得る。同様に、図２８に示した太陽光発電システムにおいて、第１の太陽光発電アレイ及び第２の太陽光発電アレイの正出力端子が結合され、第１段ＤＣ－ＤＣユニット及び第２段ＤＣ－ＤＣユニットの正入力端子が結合され、そして、電力フローを実現するように、それら２つの結合点が、１つのケーブルを用いて接地され、又は両方の端子が接地される。
図３２ａは、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。一部の実施形態において、太陽光発電システムは更にコンバイナユニットを含む。コンバイナユニットは、少なくとも３つの入力端子を含み、それらは、それぞれ、第１段ＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子、第１ノード、及び第２段ＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子に接続される。実際の適用では、コンバイナユニットは、より多くの第１段ＤＣ－ＤＣユニット及びより多くの第２段ＤＣ－ＤＣユニットを接続するために、より多くの入力端子を更に含み得る。理解され得ることには、第１段ＤＣ－ＤＣユニットは第１の太陽光発電アレイに結合され、第２段ＤＣ－ＤＣユニットは第２の太陽光発電アレイに結合される。コンバイナユニットの出力端子は、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子、第２ノード、及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に接続される。この出願のこの実施形態では、ＤＣ－ＤＣユニットとＤＣ－ＡＣユニットとの間にコンバイナユニットが結合されることで、太陽光発電システムを、より多くの第１の太陽光発電アレイ及びより多くの第２の太陽光発電アレイに結合することができ、それにより、太陽光発電システムの規模の拡張を容易にする。取り得る他の一実施形態において、コンバイナユニットは、第１のバスバー、第２のバスバー、及び第３のバスバーを含む３つのバスバーを備え得る。第１のバスバーは第１段ＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子に結合され、第２のバスバーは第１ノードに結合され、第３のバスバーは第２段ＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子に結合される。別の観点において、第１のバスバーは第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合され、第２のバスバーは第２ノードに結合され、第３のバスバーは第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合される。図３２ｂは、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。図３２ｂに示すように、太陽光発電システムが複数の第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットを含む場合、太陽光発電システムは代わりに、上記３つのバスバーに複数の第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットを結合してもよい。コンバイナユニットを用いることにより、組み合わせ行われる。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
図３３は、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。一部の実施形態において、第２段ＤＣ－ＤＣユニットがコンバイナユニットによって置き換えられてもよい。該コンバイナユニットを用いて第２の太陽光発電アレイの出力が実装される。また、第１ノードと第２ノードが接続されない場合、及びシステムが稼働のために正常にグリッドに接続される場合、第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの入力電圧は、第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力電圧及び電力に基づいて決定される。この場合、第１段ＤＣ－ＤＣユニットが自身の出力電圧及び電流を制御し、すなわち、第２の太陽光発電アレイによって出力される電圧及び電流は、第２の太陽光発電アレイのＭＰＰＴ追跡を実施するように調節され得る。
図３４は、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。一部の実施形態において、第２段ＤＣ－ＤＣユニットがコンバイナユニットによって置き換えられ得るとともに、第１ノード及び第２ノードが別々にグランドに結合される。第２の太陽光発電アレイの出力は、コンバイナユニットを用いて結合され、そして、この結合の後に、第１段ＤＣ－ＤＣユニットの出力端子に直列に結合される。この結合ノードが第１ノードであり、第１ノード及び第２ノードは接地され、電力接続を実装するように結合される。
図３５ａは、図３３及び図３４に対応した、この出願の一実施形態に従った電力システムの他の一実施形態の概略図である。図３５ａに示すように、一部の実施形態において、第１段ＤＣ－ＤＣユニットは具体的に、ＤＣフリップユニットにカスケード接続されたＢＯＯＳＴ ＤＣ／ＤＣユニットである。この出願のこの実施形態では、ＢＯＯＳＴ ＤＣ／ＤＣユニットの負入力電極と負出力電極とが直接接続される。ＤＣフリップユニットの負入力電極と正出力電極とが直接接続される。
図３５ｂは、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。一部の実施形態において、同様に、第１段ＤＣ－ＤＣユニットもコンバイナユニットによって置き換えられ得る。原理は、第２段ＤＣ－ＤＣユニットをコンバイナユニットで置き換えることの原理と同様である。詳細をここで再び説明することはしない。この出願のこの実施形態において、第１ノード及び第２ノードは結合されてから接地され得る。一部の実施形態において、コンバイナユニット及び第２段ＤＣ－ＤＣユニットは、同じ全体として使用されてもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
図３６ａは、図３５ｂに対応した、この出願の一実施形態に従った電力システムの他の一実施形態の概略図である。図３６ａに示すように、一部の実施形態において、第２段ＤＣ－ＤＣユニットは具体的に、ＤＣフリップユニットにカスケード接続されたＢＯＯＳＴ ＤＣ／ＤＣユニットである。この出願のこの実施形態では、ＢＯＯＳＴ ＤＣ／ＤＣユニットの負入力電極と負出力電極とが直接接続される。ＤＣフリップユニットの負入力電極と正出力電極とが直接接続される。
図３６ｂは、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。この実施形態では、第２段ＤＣ－ＤＣユニットがコンバイナユニットで置き換えられ得る。また、この太陽光発電システムは等化回路を備えている。第１の太陽光発電アレイ及び第２の太陽光発電アレイの出力電力及び／又は出力電圧が非対称であるとき、第１の太陽光発電アレイ及び第２の太陽光発電アレイの出力電力及び／又は出力電圧の適用を最大化するように、等化回路が第１の太陽光発電アレイ及び第２の太陽光発電アレイの出力電力及び／又は電圧をバランスさせるように構成される。等化回路は、第１のインタフェース、第２のインタフェース、及び第３のインタフェースを含む。第１のインタフェースは、第１ノード（コンバイナユニットの負出力端子と第１段ＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子との結合点）に結合される。第２のインタフェースは、コンバイナユニットの正出力端子に結合される。第３のインタフェースは、第１段ＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子に結合される。等化回路の動作原理は、次の通りである。等化回路ユニットは、第２のインタフェース及び第３のインタフェースを介してエネルギーを取得し、低い出力電力及び／又は電圧を有する第１の太陽光発電アレイ又は第１段ＤＣ－ＤＣユニットへのエネルギーを補償する。あるいは、等化回路は、第１のインタフェース及び第２のインタフェースを介して第２の太陽光発電アレイからエネルギーを取得し、第１のインタフェース及び第３のインタフェースを介して第１段ＤＣ－ＤＣユニットへのエネルギーを補償する。あるいは、等化回路ユニットは、第１のインタフェース及び第３のインタフェースを介して第１段ＤＣ－ＤＣユニットからエネルギーを取得し、第１のインタフェース及び第２のインタフェースを介して第２の太陽光発電アレイへのエネルギーを補償する。一部の実施形態において、等化回路ユニットは更に第４のインタフェースを含んでもよい。第４のインタフェースは第２ノードに結合される。これは、特に、図２３に対応する実施形態における第３の等化回路ユニットと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
図３７は、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の概略図である。一部の実施形態において、第１段ＤＣ－ＤＣユニットは具体的にＢＯＯＳＴ ＤＣ／ＤＣユニットであり、第２段ＤＣ－ＤＣユニットは具体的にＢＵＣＫ－ＢＯＯＳＴ ＤＣ／ＤＣユニットであり、ＢＯＯＳＴ ＤＣ／ＤＣユニットとＢＵＣＫ－ＢＯＯＳＴ ＤＣ／ＤＣユニットとでＭＰＰＴコンバイナボックスを形成する。この出願のこの実施形態では、ＢＯＯＳＴ ＤＣ／ＤＣユニットの負入力電極と負出力電極とが直接接続される。ＢＯＯＳＴ ＤＣ／ＤＣユニットの正入力電極が第１の太陽光発電アレイの正出力電極に接続され、ＢＯＯＳＴ ＤＣ／ＤＣユニットの負入力電極が第１の太陽光発電アレイの負出力電極に接続される。ＢＵＣＫ－ＢＯＯＳＴ ＤＣ／ＤＣユニットの負入力電極と正出力電極とが直接接続される。ＢＵＣＫ－ＢＯＯＳＴ ＤＣ／ＤＣユニットの正入力電極が第２の太陽光発電アレイの正出力電極に接続され、ＢＵＣＫ－ＢＯＯＳＴ ＤＣ／ＤＣユニットの負入力電極が第２の太陽光発電アレイの負出力電極に接続される。一部の実施形態において、太陽光発電システムは、複数の第１段ＤＣ－ＤＣユニット及び複数の第２段ＤＣ－ＤＣユニットを含む。全ての第１段ＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子が、全ての第２段ＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子に接続されて、ＭＰＰＴコンバイナボックスの第３の出力端子を形成する。全ての第１段ＤＣ－ＤＣユニットの正出力電極が、ＭＰＰＴコンバイナボックスの第１の出力端子を形成する。全ての第２段ＤＣ－ＤＣユニットの負出力電極が、ＭＰＰＴコンバイナボックスの第２の出力端子を形成する。
図３７において、第１段ＤＣ－ＡＣユニットと第２段ＤＣ－ＡＣユニットとでインバータを形成している。太陽光発電システムが複数のインバータを含む場合、全ての第１段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力電極が、全ての第２段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力電極に接続されてインバータの第３の入力端子を形成し、全ての第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力電極がインバータの第１の入力端子を形成し、全ての第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力電極が接続されてインバータの第２の入力端子を形成し、全ての第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子がインバータの第１の出力端子を形成し、全ての第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子がインバータの第２の出力端子を形成する。
図３７において、ＭＰＰＴコンバイナボックスの第１の出力端子がインバータの第１の入力端子に結合される。ＭＰＰＴコンバイナボックスの第２の出力端子がインバータの第２の入力端子に結合される。ＭＰＰＴコンバイナボックスの第３の出力端子がインバータの第３の入力端子に結合される。インバータの第１の出力端子及び第２の出力端子が、それぞれ、二重分割変圧器の第１の巻線及び第２の巻線に接続される。太陽電池パネルのＰＩＤ現象の発生を抑制するために、例えば絶縁ユニット及び電圧源を構成するなど、前述の実装例と同じ実装を用いてもよい。ＤＣ－ＤＣユニットの出力端子の結合方式、ＤＣ－ＡＣユニットの入力端子の結合方式、ＤＣ－ＤＣユニットの出力端子とＤＣ－ＡＣユニットの入力端子との結合方式については、前述の実装例と同じ実装を用いることができ、詳細をここで再び説明することはしない。
実施形態５
図３８は、この出願の一実施形態に従った電力システムの実施形態５の概略図である。当該電力システムは、電源と、ＤＣ－ＤＣユニットと、Ｎ個のＤＣ－ＡＣユニットとを含む。電源の出力端子がＤＣ－ＤＣユニットの入力端子に結合され、電源は、太陽光発電アレイ、エネルギー貯蔵電源、風力発電直流源、又はこれらに類するものとし得る。これは、実施形態３における電源と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。ＤＣ－ＤＣユニットの出力端子は、正出力端子、負出力端子、及び第３の出力端子を含む。ＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子は、１番目のＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合される。ＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子は、Ｎ番目のＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合される。少なくとも１つのＤＣ－ＤＣユニットの第３の出力端子は、少なくとも１つの第１ノードに結合される。第１ノードは、ｎ番目のＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子と、（ｎ＋１）番目のＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子とを直列に結合することによって形成され、ｎは０より大きくＮより小さい整数である。すなわち、ＤＣ－ＡＣユニット１の負入力端子がＤＣ－ＡＣユニット２の正入力端子に直列に結合されて第１ノードを形成し、ＤＣ－ＡＣユニット２の負入力端子がＤＣ－ＡＣユニット３の正入力端子に直列に結合されて第１ノードを形成し、等々である。これは、実施形態３におけるＤＣ－ＡＣユニットと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
この出願のこの実施形態において、ＤＣ－ＤＣユニットは、例えばＤＣ／ＤＣコンバータといった、直流を直流に変換することができる装置とし得る。ＤＣ－ＤＣユニットの入力端子は、１つの電源に接続されてもよいし、複数の電源に接続されてもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。ＤＣ－ＤＣユニットの入力端子と電源との結合方式は、概して、電源の正出力端子がＤＣ－ＤＣユニットの正入力端子に結合され、且つ電源の負出力端子がＤＣ－ＤＣユニットの負入力端子に結合されるというものである。この出願のこの実施形態において詳細を再び説明することはしない。
この出願のこの実施形態では、ＤＣ－ＡＣユニットの入力端子がカスケード接続されて、ＤＣ－ＤＣユニットとＤＣ－ＡＣユニットとの間の電流を減少させ、ＤＣ－ＤＣユニットからＤＣ－ＡＣユニットへのケーブルのコスト及び損失の問題を解決する。ＤＣ－ＤＣユニットが複数の電源に接続される場合、ＤＣ－ＤＣユニットとＤＣ－ＡＣユニットとの間の電流を減少させて、ＤＣ－ＤＣユニットからＤＣ－ＡＣユニットへのケーブルのコスト及び損失の問題を解決するように、出力電圧が高められ得る。
この出願のこの実施形態では、少なくとも１つのＤＣ－ＤＣユニットの第３の出力端子が、少なくとも１つの第１ノードに結合される。例えば、一部の実施形態において、１つの第３の出力端子が１つの第１ノードに結合され、他の第３の出力端子は他の第１ノードに結合されない。他の一部の実施形態において、２つの第３の出力端子が２つの第１ノードにそれぞれ結合され、他の第３の出力端子は他の第１ノードに結合されない。他の一部の実施形態において、第３の出力端子の数は第１ノードの数に等しく、各第３の出力端子が、対応する第１ノードに結合される。他の一部の実施形態において、第３の出力端子の数は第１ノードの数とは異なり、各第３の出力端子が、対応する第１ノードに結合され、残りの第３の出力端子又は残りの第１ノードは結合されない。実際の適用では、代わりに他の結合方式が用いられてもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。この出願のこの実施形態では、ＤＣ－ＤＣユニットとＤＣ－ＡＣユニットとの間に接続されるケーブルの数が、第３の出力端子及び第１ノードの方式で減少され、電力システムのコストが低減される。
この出願のこの実施形態において、ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の出力は絶縁される。例えば、ＤＣ－ＡＣユニット１の出力端子はＤＣ－ＡＣユニット２の出力端子から絶縁され、ＤＣ－ＡＣユニット２の出力端子はＤＣ－ＡＣユニット３の出力端子から絶縁される。実際の適用では、各ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子が異なる巻線に結合され、各巻線が三相電圧又は単相電圧を出力し得る。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。この出願のこの実施形態において、ＤＣ－ＡＣユニットのカスケード接続された入力及び絶縁された出力は、電力変換デバイスの仕様を低くする。従って、現在の産業界における電力変換デバイスの仕様不足（一般に、絶縁ゲートバイポーラトランジスタＩＧＢＴでは最大１７００Ｖ）及び高コストの問題が解決される。さらに、低い仕様の回路遮断器を用いてコストを低減させ得る。
一部の実施形態において、ＤＣ－ＡＣユニット１、ＤＣ－ＡＣユニット２、…、及びＤＣ－ＡＣユニットＮは、ＤＣ－ＡＣユニットの１つの組み合わせと見なされてもよい。従って、１つの電力システムが、少なくとも１つの電源と、１つのＤＣ－ＤＣユニットと、ＤＣ－ＡＣユニットの１つの組み合わせとを含む。複数の電源及び／又は複数のＤＣ－ＤＣユニット及び／又はＤＣ－ＡＣユニットの複数の組み合わせが存在する場合、直列及び並列に接続された複数の電源の出力端子が、１つのＤＣ－ＤＣユニットの入力端子に接続され、又は複数の異なるＤＣ－ＤＣユニットの入力端子にそれぞれ接続される。複数のＤＣ－ＤＣユニットの同一タイプの出力端子が並列に結合され、ＤＣ－ＡＣユニットの少なくとも２つの組み合わせの同一タイプの入力端子が並列に接続される。少なくとも１つの並列接続された第３の出力端子が、少なくとも１つの並列接続された第１ノードに結合される。この出願のこの実施形態において、ＤＣ－ＡＣユニットの複数の組み合わせの同一タイプの出力端子は、並列に結合されることができ、あるいは、同一タイプの出力端子の出力は絶縁されることができる。これは、前述の実施形態における図５ｃに対応する説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
一部の実施形態において、電源とＤＣ－ＤＣユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合される。ＤＣ－ＤＣユニットとＤＣ－ＡＣユニットとの間に接続された直流ケーブルにも通信信号が結合される。好ましくは、通信信号はＰＬＣ信号とし得る。これは、実施形態１における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。実際の適用において、電力システムは、通信信号を認識することができる電源、ＤＣ－ＤＣユニット、及びＤＣ－ＡＣユニットを使用してもよいし、電源、ＤＣ－ＤＣユニット、及びＤＣ－ＡＣユニットが通信信号を認識することができるように、電源、ＤＣ－ＤＣユニット、及びＤＣ－ＡＣユニットを変更してもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
一部の実施形態において、電源は、太陽電池パネルの出力をオプティマイザ又は遮断装置に接続してから直列又は並列結合にて接続することによって形成された太陽光発電アレイである。電源、ＤＣ－ＤＣユニット、及びＤＣ－ＡＣユニットの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されるとき、通信信号はオプティマイザ又は遮断装置も通り抜け、電源、ＤＣ－ＤＣユニット、又はＤＣ－ＡＣユニットは、通信信号を用いることによって、高速遮断を実施するようにオプティマイザ又は遮断装置の遮断を制御し得る。すなわち、電源、ＤＣ－ＤＣユニット、又はＤＣ－ＡＣユニットは、遮断命令を搬送する通信信号をオプティマイザ又は遮断装置に送信し得る。遮断命令を搬送する通信信号を受信した後、オプティマイザ又は遮断装置は、高速遮断を実施するために遮断命令を実行する。通信信号の状況は、実施形態１における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
一部の実施形態において、電力システムは更に、少なくとも１つのエネルギー貯蔵ユニットを含む。エネルギー貯蔵ユニットは、ＤＣ－ＤＣユニットとＤＣ－ＡＣユニットとの間に接続された少なくとも２つの直流ケーブルに並列に結合される。この出願のこの実施形態において、ＤＣ－ＤＣユニットとＤＣ－ＡＣユニットとの間に接続される直流ケーブルは、ＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子とＤＣ－ＡＣユニット１の正入力端子とを結合するための直流ケーブルであってもよいし、ＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子とＤＣ－ＡＣユニットＮの負入力端子とを結合するための直流ケーブルであってもよいし、第３の出力端子と第１ノードとを結合するための直流ケーブルであってもよい。例えば、エネルギー貯蔵ユニットは、ＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子とＤＣ－ＡＣユニット１の正入力端子とを結合するための直流ケーブルと、ＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子とＤＣ－ＡＣユニットＮの負入力端子とを結合するための直流ケーブルとの間に並列に結合される。あるいは、エネルギー貯蔵ユニットは、第３の出力端子と第１ノードとを結合するための３つの直流ケーブルの間に並列に結合される。理解され得ることには、１つの電力システムに含まれるエネルギー貯蔵ユニットの数は限定されず、すなわち、同時に複数のエネルギー貯蔵ユニットが並列に結合されてもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
エネルギー貯蔵ユニットを含む実施形態において、エネルギー貯蔵ユニットは、エネルギー貯蔵装置であってもよいし、直流変換ユニットとエネルギー貯蔵装置とを含んでもよいし、エネルギーを蓄積することができる他の装置であってもよい。これは、実施形態１におけるエネルギー貯蔵ユニットの説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。エネルギー貯蔵ユニットとＤＣ－ＤＣユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、エネルギー貯蔵ユニットがＤＣ－ＤＣユニットと通信してもよい。エネルギー貯蔵ユニットとＤＣ－ＡＣユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、エネルギー貯蔵ユニットがＤＣ－ＡＣユニットと通信してもよい。通信信号の状況及び通信を実装するための原理は、実施形態１における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
実施形態６
図３９は、この出願の一実施形態に従った電力システムの実施形態６の概略図である。当該電力システムは、電源と、ＤＣ－ＤＣユニットと、第１段ＤＣ－ＡＣユニットと、第２段ＤＣ－ＡＣユニットとを含む。電源の出力端子がＤＣ－ＤＣユニットの入力端子に結合される。電源は、太陽光発電アレイ、エネルギー貯蔵電源、風力発電直流源、又はこれらに類するものとし得る。ＤＣ－ＤＣユニットは、例えばインバータといった、直流を交流に変換することができる装置とし得る。これは、実施形態５における説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。ＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子が第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合される。ＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子が第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合される。第１段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子が第２段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合される。
この出願のこの実施形態では、ＤＣ－ＡＣユニットの入力端子がカスケード接続されて、ＤＣ－ＤＣユニットとＤＣ－ＡＣユニットとの間の電流を減少させ、ＤＣ－ＤＣユニットからＤＣ－ＡＣユニットへのケーブルのコスト及び損失の問題を解決する。ＤＣ－ＤＣユニットが複数の電源に接続される場合、ＤＣ－ＤＣユニットとＤＣ－ＡＣユニットとの間の電流を減少させ、ＤＣ－ＤＣユニットからＤＣ－ＡＣユニットへのケーブルのコスト及び損失の問題を解決するように、出力電圧が高められ得る。
この出願のこの実施形態において、第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の出力は絶縁され、異なる巻線に接続される。これは、実施形態１におけるＤＣ－ＡＣユニットの出力が絶縁されるケースと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。この出願のこの実施形態では、ＤＣ－ＡＣユニットのカスケード接続された入力及び絶縁された出力が、電力変換デバイスの仕様を下げる。現在の産業界における電力変換デバイスの仕様は不十分である（一般に、ＩＧＢＴでは最大１７００Ｖ）。しかし、この出願のこの実施形態で提供される電力システムでは１５００Ｖの回路遮断器を使用することができ、コストを低減させる。現在の産業界における電力変換デバイスの仕様不足という技術的問題が解決される。
ＤＣ－ＤＣユニットの第３の出力端子は、出力端子電位の中点として参照されたり、第１ノードとして参照されたりすることもある。第１段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子が、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合され、この結合後の結合ノードが第２ノードである。
図４０は、この出願の一実施形態に従った電力システムの一実施形態の概略図である。図４０に示すように、一部の実施形態において、ＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子が、第１の導線を用いて第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合される。ＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子が、第２の導線を用いて第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合される。第１ノードと第２ノードとが、第３の導線を用いて結合される。理解され得ることには、この出願のこの実施形態において、第１の導線、第２の導線、及び第３の導線は全て、ＤＣ－ＤＣユニットとＤＣ－ＡＣユニット（第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニット）との間に接続される直流ケーブルである。ケーブルの材料及び線径仕様は、実際の状況に基づいて設定され得る。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
一部の実施形態において、第１の導線、第２の導線、及び第３の導線は、分散二重（ＤＣ）バスを形成する。第１の導線及び第２の導線が正のバスを形成する。第２の導線及び第３の導線が負のバスを形成する。第３の導線は、分散二重バスの中性線（Middle Cable）である。第１の導線、第２の導線、及び第３の導線は、直流導線である。３Ｄテクノロジ（three direct-Cable）では、３本のケーブルを用いて直流バスが構築され、第１の導線及び第２の導線を用いて正のバスが構築され、第２の導線及び第３の導線を用いて負のバスが構築される。
また、第１ノードは、ＤＣ－ＤＣユニットの出力端子電位の中点であり、第２ノードは、第１段ＤＣ－ＡＣユニットと第２段ＤＣ－ＡＣユニットとをカスケード接続する中点であるので、第３の導線の電流値は第１の導線の電流値以下とし得る。第３の導線の電流値が第１の導線の電流値以下である場合、第３の導線の線径仕様を下げてもよく、第３の導線のコストが低減される。取り得る他の一ケースにおいて、同様に、第３の導線の電流値は、第２の導線の電流値以下である。従って、第３の導線の電流値が第２の導線の電流値以下である場合、第３の導線の線径仕様を下げてもよく、第３の導線のコストが低減される。確かなことには、第３の導線の電流値は代わりに、第１の導線の電流値未満且つ第２の導線の電流値未満とし得る。これも、第３の導線の線径仕様を下げて、第３の導線のケーブルコストを低減させ得る。
図４１は、この出願の一実施形態に従った電力システムの一実施形態の概略図である。図４１に示すように、一部の実施形態において、第１ノード及び第２ノードの両方がグランドに結合される。この出願のこの実施形態では、第１ノード及び第２ノードの両方がグランドに結合され、その結果、ＤＣ－ＤＣユニットの出力電力又は出力電圧が非対称であるとき、又は第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの入力電力又は入力電圧が非対称であるときに、電圧等化を達成するための電流ループが提供され、それにより、システムの正常動作が確保される。また、第１ノードと第２ノードとの間のケーブル接続が不要であり、それ故に１本のケーブルのコスト及び建設コストを低減させることができる。
図４２は、この出願の一実施形態に従った第１の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。一部の実施形態において、電力システムは更に第１の等化回路ユニットを含む。第１の等化回路ユニットは、第１のインタフェース、第２のインタフェース、及び第３のインタフェースを有して構成される。第１のインタフェースは第２ノードに結合される。第２のインタフェースは第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合される。第３のインタフェースは第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合される。第１の等化回路ユニットは、第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの入力電圧及び／又は電力及び／又は電流をバランスさせ得る。第１の等化回路ユニットの動作原理は、次の通りである。第１の等化回路ユニットは、第１のインタフェース及び第２のインタフェースを介して第１段ＤＣ－ＡＣユニットの入力端子からエネルギーを取得し、第１のインタフェース及び第３のインタフェースを介して第２段ＤＣ－ＡＣユニットへのエネルギーを補償する。あるいは、第１の等化回路ユニットは、第１のインタフェース及び第３のインタフェースを介して第２段ＤＣ－ＡＣユニットの入力端子からエネルギーを取得し、第１のインタフェース及び第２のインタフェースを介して第１段ＤＣ－ＡＣユニットへのエネルギーを補償する。
取り得る一実施形態において、第１の等化回路ユニットは４つのインタフェースを含んでもよく、すなわち、第１の等化回路ユニットは更に第４のインタフェースを有して構成される。第４のインタフェースは第１ノードに結合される。これは、図２１ｂに対応する実施形態と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
図４３は、この出願の一実施形態に従った第２の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図１である。第２の等化回路ユニットは、第５のインタフェース及び第６のインタフェースを有して構成される。第５のインタフェースは第２ノードに結合される。一部の実施形態において、第６のインタフェースは、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合される。一部の実施形態において、第６のインタフェースは、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合される。これは、図２２ｂに対応する実施形態と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
図４４は、この出願の一実施形態に従った第３の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。第３の等化回路ユニットは、第７のインタフェース、第８のインタフェース、及び第９のインタフェースを有して構成される。第７のインタフェースは第１ノードに結合される。第８のインタフェースは、ＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子に結合される。第９のインタフェースは、ＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子に結合される。一部の実施形態において、第３の等化回路ユニットは更に第１０のインタフェースを有して構成される。第１０のインタフェースは第２ノードに結合される。第３の等化回路ユニットの原理は、図２３に対応する実施形態におけるものと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
図４５は、この出願の一実施形態に従った第４の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。第４の等化回路ユニットは、第１１のインタフェース及び第１２のインタフェースを有して構成される。第１１のインタフェースは第１ノードに結合される。一部の実施形態において、第１２のインタフェースは、ＤＣ－ＤＣユニットの正入力端子に結合される。第３の等化回路ユニットの原理は、図２４ａに対応する実施形態におけるものと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。一部の実施形態において、第１２のインタフェースは、ＤＣ－ＤＣユニットの負入力端子に結合される。第３の等化回路ユニットの原理は、図２４ｂに対応する実施形態におけるものと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
一部の実施形態において、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子が、それぞれ、異なる変圧器に接続される。あるいは、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子が、それぞれ、同一の変圧器の異なる巻線に接続される。
一部の実施形態において、複数の電源及び／又は複数のＤＣ－ＤＣユニット及び／又は複数のＤＣ－ＡＣユニットが存在する。電力システムは特に、少なくとも１つの電源、少なくとも１つのＤＣ－ＤＣユニット、及び少なくとも一対のＤＣ－ＡＣ変換ユニットを含む。一対のＤＣ－ＡＣ変換ユニットは、第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットを含む。少なくとも１つの電源と、少なくとも１つのＤＣ－ＤＣユニットと、少なくとも一対のＤＣ－ＡＣ変換ユニットとが結合されるとき、各ＤＣ－ＤＣユニットが、少なくとも１つの電源に結合される。あるいは、各ＤＣ－ＤＣユニットの同一タイプの入力端子が並列に結合されてから各電源に結合される。各対のＤＣ－ＡＣ変換ユニットが、少なくとも一対のＤＣ－ＤＣ変換ユニットに結合される。あるいは、各対のＤＣ－ＡＣ変換ユニットの同一タイプな入力端子が並列に結合されてから各ＤＣ－ＤＣユニットに結合される。これは、実施形態５における複数のユニットの並列接続の説明と同様であり、詳細についてここで再び説明することはしない。
一部の実施形態において、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子とグランド点との間に、絶縁監視装置が結合される。他の一部の実施形態において、ＩＭＤは、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子とグランド点との間に結合される。他の一部の実施形態において、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子とグランド点との間に第１のＩＭＤが結合され、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子とグランド点との間に第２のＩＭＤが結合される。ＩＭＤは、グランドに対する電力システムの絶縁インピーダンスを検出することができる。グランドに対する絶縁インピーダンスが所定値よりも低い場合、この出願のこの実施形態では、好ましくは、第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び／又は第２段ＤＣ－ＡＣユニットと変圧器巻線との間の結合接続を切断することができ、その結果、システム全体が動作を停止し、それにより、システム動作の安全性が更に確保される。これは、図２６に対応する実施形態と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
この出願のこの実施形態において、電源、ＤＣ－ＤＣユニット、第１段ＤＣ－ＡＣユニット、及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの間で通信を実施するために、電源、ＤＣ－ＤＣユニット、第１段ＤＣ－ＡＣユニット、及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合される。通信信号は好ましくはＰＬＣ信号であり、これは、前述の実施形態における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
この出願のこの実施形態において、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子に接続された交流ケーブルに通信信号が結合され、該交流ケーブルが更に、他の装置に結合され得る。第１段ＤＣ－ＡＣユニットは、通信信号を用いることにより、該交流ケーブル上で該他の装置と通信し得る。ＤＣ－ＡＣユニットの複数の組み合わせが並列に接続され、且つ複数の第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力が並列に接続される場合、該複数の第１段ＤＣ－ＡＣユニットの並列接続された出力端子が、接続された交流ケーブル上の通信信号を用いることによって、該交流ケーブルに結合された他の装置と通信し得る。上述の他の装置は、交流を使用する交流装置とし得る。同様に、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の通信の状況は、第１段ＤＣ－ＡＣユニットのそれと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。通信信号は好ましくはＰＬＣ信号であり、これは、前述の実施形態における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
一部の実施形態において、この出願のこの実施形態で提供される電力システムは更にリーク電流センサを有して構成され得る。電源の出力端子がリーク電流センサに結合され、及び／又はＤＣ－ＤＣユニットの入力端子がリーク電流センサに結合され、及び／又は第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子及び第１段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子がリーク電流センサに結合され、及び／又は第２段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子がリーク電流センサに結合され、及び／又は第１段ＤＣ－ＡＣユニットの内部出力相線がリーク電流センサに結合され、及び／又は第２段ＤＣ－ＡＣユニットの内部出力相線がリーク電流センサに結合される。リーク電流値が所定の閾値よりも大きいことリーク電流センサが検出すると、電源及び／又は第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び／又は第２段ＤＣ－ＡＣユニット及び／又はＤＣ－ＤＣユニットがアラームを報告し、及び／又は電力システムが動作するのを停止する。これは、図２７に対応する実施形態と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
一部の実施形態において、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力の高速遮断を実装するために、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子に接続された内部出力相線に直列に少なくとも１つのスイッチが接続される。該スイッチは、リレー、回路遮断器、又は接触器とすることができ、あるいは他のタイプのスイッチであってもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。同様に、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子に接続された内部出力相線にも、直列にスイッチが接続され得る。これは、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力相線に直列にスイッチが接続される場合と同様である。詳細をここで再び説明することはしない。
この出願のこの実施形態において、電源が太陽光発電アレイである場合、電力システムは太陽光発電システムと称され得る。例えば、風力発電システム、エネルギー貯蔵システム、又はハイブリッド発電システムといった、他のタイプの電力システムについては、実装に関して太陽光発電システムを参照されたい。この出願のこの実施形態において、他のタイプの電力システムについて詳細を説明することはしない。以下、太陽光発電システムを詳細に説明する。
太陽光発電システムでは、第１ノード及び第２ノードのうち一方のみがグランドに結合される必要があり、すなわち、第１ノードがグランドに結合されるか、第２ノードがグランドに結合されるかする。一部の実施形態では、代わりに第１ノード及び第２ノードの両方がグランドに結合されてもよい。第１ノード及び／又は第２ノードがグランドに結合されることで、第１段ＤＣ－ＤＣユニット及び第２段ＤＣ－ＤＣユニットの出力電力又は出力電圧が非対称であるとき、又は第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの入力電力又は入力電圧が非対称であるときに、電圧等化を達成するように電流ループを設けることができ、それにより、システムの正常動作が確保されるとともに、１本のケーブルのコスト及び建設コストが低減される。
この出願のこの実施形態では、太陽光発電システムにおいて、電圧源を結合することによってＰＩＤ現象が除去され得る。一部の実施形態において、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子に対応する変圧器巻線の中点とグランド点との間に電圧源を結合して、グランドに対する該中点の電位を調節するようにする。あるいは、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子に対応する変圧器巻線の中点とグランド点との間に電圧源を結合して、電圧を調節するようにしてもよい。これは、実施形態４における説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
一部の実施形態では、太陽光発電システムにおいて、第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び／又は第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力側の外部相線とグランド点との間に電圧源を結合して、グランドに対する対応する出力相線の電位を調節し、ＰＩＤ現象を除去し得る。これは、図１２ｂに対応する実施形態における原理と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
一部の実施形態では、太陽光発電システムにおいて、第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び／又は第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の位置の内部相線とグランド点との間に電圧源を結合して、グランドに対する対応する出力相線の電位を調節し、ＰＩＤ現象を除去し得る。これは、図１２ｃに対応する実施形態における原理と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
一部の実施形態では、太陽光発電システムにおいて、太陽光発電システムは更に絶縁ユニットを含む。絶縁ユニットは、ＡＣ－ＤＣ絶縁ユニットとも称され、第１段ＤＣ－ＡＣユニット内に配置され得る。絶縁ユニットの入力端子が、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の位置の内部相線に結合される。絶縁ユニットの第１の出力端子がグランドに結合され、絶縁ユニットの第２の出力端子が、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子及び／又は負入力端子に結合される。絶縁ユニットは代わりに、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの内部に配置されてもよい。これは、特に、図１３に対応する実施形態と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
一部の実施形態では、太陽光発電システムにおいて、太陽光発電アレイは、太陽電池パネルの出力端子をオプティマイザ又は遮断装置に直列に接続してから直列又は並列結合にて接続することによって形成された太陽光発電アレイとすることができ、オプティマイザ又は遮断装置の出力端子に接続された直流ケーブルに通信信号が結合される。ＤＣ－ＤＣユニット及び／又は第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び／又は第２段ＤＣ－ＡＣユニットは、該通信信号を用いることによってオプティマイザ又は遮断装置と通信し、オプティマイザ又は遮断装置の高速遮断を実施するようにオプティマイザ又は遮断装置を制御し得る。
一部の実施形態において、第１段ＤＣ－ＡＣユニット、第２段ＤＣ－ＡＣユニット、及びＤＣ－ＤＣユニットの間の直流ケーブルに、通信信号が結合される。第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び／又は第２段ＤＣ－ＡＣユニットは、該通信信号を用いて、ＤＣ－ＤＣユニットの入力端子の高速遮断を実施するようにＤＣ－ＤＣユニットを制御する。
一部の実施形態において、太陽光発電システムは更に、少なくとも１つのエネルギー貯蔵ユニットを含む。ＤＣ－ＤＣユニット、第１段ＤＣ－ＡＣユニット、及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットに接続された少なくとも２つの直流ケーブルが、エネルギー貯蔵ユニットに並列に接続される。これは特に、実施形態５におけるエネルギー貯蔵ユニットと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
エネルギー貯蔵ユニットを含む実施形態において、エネルギー貯蔵ユニットは、エネルギー貯蔵装置であってもよいし、直流変換ユニットとエネルギー貯蔵装置とを含んでもよいし、エネルギーを蓄積することができる他の装置であってもよい。これは、実施形態１におけるエネルギー貯蔵ユニットの説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。エネルギー貯蔵ユニットとＤＣ－ＤＣユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、エネルギー貯蔵ユニットがＤＣ－ＤＣユニットと通信してもよい。エネルギー貯蔵ユニットとＤＣ－ＡＣユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、エネルギー貯蔵ユニットがＤＣ－ＡＣユニットと通信してもよい。通信信号の状況及び通信を実装するための原理は、実施形態１における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
図４６は、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の一実施形態の概略図である。電源は特に、太陽電池パネルの直並列接続によって形成される。ＤＣ－ＤＣユニットは特に、共通正極（common positive）ＤＣ／ＤＣコンバータである。システムが稼働のためにグリッドに接続されるとき、ＢＵＳ０の電位はグランドの電位に等しい。この場合、グランドに対するＰＶ＋の電位が、中点に対するＢＵＳ＋の電位（バスの中点ＢＵＳ０に対するバスの正端子ＢＵＳ＋の電位）と一致する。バスの中点ＢＵＳ０に対するバスの正端子ＢＵＳ＋の電圧が、ＰＶ－に対するＰＶ＋の電圧以上である限り、グランドに対する太陽電池パネルの電圧は０Ｖ以上であり、ＰＩＤ現象が除去される。あるいは、ＢＵＳ０の電位を更に安定化させるために、システムが正常に動作するときにＢＵＳ０の電位がグランドの電位と一致することを確保するように、ＢＵＳ０がグランドに結合され得る。ＤＣ－ＤＣコンバータはブーストコンバータである。ブースト機能は、ＢＵＳ０に対するＢＵＳ＋の電圧がＰＶ－に対するＰＶ＋の電圧以上であること、及びグランドに対する太陽光発電パネルの電圧が０Ｖ以上であることを実現することができる。また、ＢＵＳ０の点が接地される場合、ＤＣ－ＤＣコンバータ内でグランドに対するＶ０＋及びＶ０－の電圧のサンプリングが実施され、そして、使用電圧が所定値を超える場合、ＤＣ－ＤＣコンバータは動作するのを停止する。あるいは、ＢＵＳ０の点がＤＣ－ＤＣコンバータに結合される場合、ＢＵＳ０の点に対するＶ０＋及びＶ０－の電圧のサンプリングが実施され、そして、使用電圧が所定値を超えると、ＤＣ－ＤＣコンバータは動作するのを停止する。
同様に、ＰＩＤ現象を除去するためにはグランドに対する太陽電池パネルの電圧が０Ｖ未満である必要があるという要件を満たすために、使用されるＤＣ－ＤＣユニットは、図４７に示すように、共通負極（common negative）ＤＣ－ＤＣコンバータであってもよい。図４７は、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の一実施形態の概略図である。システムが稼働のためにグリッドに接続されるとき、ＢＵＳ０の電位はグランドの電位に等しい。この場合、グランドに対するＰＶ－の電位が、中点に対するＢＵＳ－の電位（バスの中点ＢＵＳ０に対するバスの負端子ＢＵＳ－の電位）と一致する。バスの中点ＢＵＳ０に対するＢＵＳ－の電圧の絶対値が、ＰＶ－に対するＰＶ＋の電圧以上である限り、グランドに対する太陽電池パネルの電圧は０Ｖ以下であり、ＰＩＤ現象が除去される。あるいは、ＢＵＳ０の電位を更に安定化させるために、システムが正常に動作するときにＢＵＳ０の電位がグランドの電位と一致することを確保するように、ＢＵＳ０がグランドに結合され得る。ＤＣ－ＤＣコンバータはブーストコンバータである。ブースト機能は、バスの中点ＢＵＳ０に対するＢＵＳ－の電圧の絶対値がＰＶ－に対するＰＶ＋の電圧以上であること、及びグランドに対する太陽電池パネルの電圧が０Ｖ以下であることを実現することができる。ＰＩＤ現象が除去される。
図４８ａは、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の一実施形態の概略図１である。ＤＣ－ＤＣユニットは、第１段ＤＣ－ＤＣコンバータ及び第２段ＤＣ－ＤＣコンバータを含み得る。第１段ＤＣ－ＤＣコンバータは、ブースト／バック／バック－ブースト機能を実装し得る。第２段ＤＣ－ＤＣコンバータは、当該第２段ＤＣ－ＤＣコンバータの内部のＤＣ／ＤＣモジュールを制御することによって、Ｃ１上のエネルギーの一部をＣ２に転送して、Ｃ１の平均電圧がＣ２の平均電圧と等しくなるようにする。システムが稼働のためにグリッドに接続されるとき、ＢＵＳ０の電位はグランド及び第２ノードの電位に等しい。この場合、ストリングＰＶ－の電位は第２ノードの電位以上であり、グランドに対するストリングＰＶ－の電圧は０Ｖ以上である。これはＰＩＤ現象を除去する。あるいは、第２ノードの電位を更に安定化させるために、システムが正常に動作するときに第２ノードの電位とグランドの電位とが一致することを確保するよう、ＢＵＳ０を第２ノードに結合したり、ＢＵＳ０及び／又は第２ノードをグランドに結合したりしてもよい。
図４８ｂ及び図４８ｃに示すように、ノード２とＢＵＳ０（第２ノード）とが結合される場合に、第１段ＤＣ－ＤＣユニットの入力電圧及び／又は入力電流及び／又は入力電力が第１の所定値を超えると、第１段ＤＣ－ＤＣユニットはバイパスモードで動作する、及び／又は、第１段ＤＣ－ＤＣユニットによって出力される電圧及び／又は電力が第２の所定値を超えると、第２段ＤＣ－ＤＣユニットは動作を停止する（第１段ＤＣ－ＤＣユニットの出力が直接的にＤＣ－ＡＣユニットに到達する）、及び／又は、第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットのうち少なくとも一方が動作する。この出願のこの実施形態では、第１段ＤＣ－ＤＣユニットの入力電圧及び／又は入力電力及び／又は出力電圧及び／又は出力電力が過度に高いとき、適切なユニット及び／又は適切な動作モードが選択される。これは、リアルタイムでシステムの正常動作を確保するか不要な無駄を回避するかして、システム全体の変換効率を向上させることができる。
前述の第１段ＤＣ－ＤＣユニットは、図４８ｂ及び図４８ｃに示すような２つのケースを含むバイパスモードで動作する。図４８ｂは、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の一実施形態の概略図２である。図４８ｂに示すように、第１段ＤＣ－ＤＣユニットは、当該第１段ＤＣ－ＤＣユニットの正入力端子と正出力端子との間に並列にバイパスユニットが結合されるバイパスモードで動作する。この場合、電力はバイパスユニットを通って第２段ＤＣ－ＤＣユニットの入力側に流れ込み、第１段ＤＣ－ＤＣユニットは動作を停止する。バイパスユニットは、ダイオード、スイッチ、リレー、半導体スイッチチューブ、又はこれらに類するものとし得る。バイパスユニットがダイオードである場合、ダイオードのアノードが正入力端子に結合され、ダイオードのカソードが正出力端子に結合される。図４８ｃは、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の一実施形態の概略図３である。図４８ｃに示すように、このバイパスモードは、第１段ＤＣ－ＤＣユニットの負入力端子と負出力端子との間に並列にバイパスユニットが結合されるものである。この場合、電力はバイパスユニットを通って第２段ＤＣ－ＤＣユニットの入力側に流れ込み、第１段ＤＣ－ＤＣユニットは動作を停止する。バイパスユニットは、ダイオード、スイッチ、リレー、半導体スイッチチューブ、又はこれらに類するものとし得る。バイパスユニットがダイオードである場合、ダイオードのアノードが負出力端子に結合され、ダイオードのカソードが負入力端子に結合される。
一部の実施形態では、図４８ａ、図４８ｂ、及び図４８ｃに示す例において、複数の第１段ＤＣ－ＤＣユニットが存在し、該複数の第１段ＤＣ－ＤＣユニットの出力端子が並列に結合されてから第２段ＤＣ－ＤＣユニットに結合される。
同様に、グランドに対する太陽電池パネルの電圧が０Ｖ未満である場合にのみＰＩＤ現象を除去することができるという要件を満たすために、図４９に示すＤＣ－ＤＣユニットが使用されてもよい。図４９は、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の一実施形態の概略図である。この太陽光発電システムの原理は、図４８ａ、図４８ｂ、及び図４８ｃにおけるものと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
実施形態７
図５０は、この出願の一実施形態に従った電力システムの一実施形態の概略図である。当該電力システムは、Ｎ個の第１電源と、Ｍ個の第２電源と、Ｎ個のＤＣ－ＤＣユニットと、Ｓ個のＤＣ－ＡＣユニットと、を含む。第１電源の出力端子が、ＤＣ－ＤＣユニットの入力端子に結合される。Ｎ個のＤＣ－ＤＣユニットの出力端子及びＭ個の第２電源の出力端子を直列接続することによって形成される正端子が、Ｓ個のＤＣ－ＡＣユニットの入力端子を直列接続することによって形成される正端子に結合される。Ｎ個のＤＣ－ＤＣユニットの出力端子及びＭ個の第２電源の出力端子を直列接続することによって形成される負端子が、Ｓ個のＤＣ－ＡＣユニットの入力端子を直列接続することによって形成される負端子に結合される。Ｎ個のＤＣ－ＤＣユニットの出力端子とＭ個の第２電源の出力端子とが直列に結合され、該直列に結合した点が第１ノードを形成する。Ｓ個のＤＣ－ＡＣユニットの入力端子が直列に結合され、該直列に結合した点が第２ノードを形成する。少なくとも１つの第１ノードと少なくとも１つの第２ノードとが、少なくとも１つのケーブルを用いて結合される。ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子が絶縁される。
この出願のこの実施形態において、Ｎ個のＤＣ－ＤＣユニットの出力端子及びＭ個の第２電源の出力端子を直列に接続することによって形成される正端子は、直列接続に参加しないポートであり、ＤＣ－ＤＣユニットの正端子又は第２電源の正端子であることができる。Ｎ個のＤＣ－ＤＣユニットの出力端子及びＭ個の第２電源の出力端子を直列に接続することによって形成される負端子は、直列接続に参加しないもう１つのポートであり、ＤＣ－ＤＣユニットの負端子又は第２電源の負端子であることができる。Ｎ個のＤＣ－ＤＣユニットの出力端子及びＭ個の第２電源の出力端子を直列に接続することによって形成される第１ノードは、直列結合によって形成される結合ノードであり、ＤＣ－ＤＣユニットを直列接続することによって形成される結合ノード、第２電源を直列接続することによって形成される結合ノード、又はＤＣ－ＤＣユニットと第２電源とを直列接続することによって形成される結合ノードであることができる。
この出願のこの実施形態において、Ｓ個のＤＣ－ＡＣユニットの入力端子を直列に接続することによって形成される正端子は、直列接続に参加しない入力ポートであることができる。例えば、図５０は、ＤＣ－ＡＣユニット１の正入力端子を示している。Ｓ個のＤＣ－ＡＣユニットの入力端子を直列に接続することによって形成される負端子は、直列接続に参加しない入力ポートであることができる。例えば、図５０は、ＤＣ－ＡＣユニットＳの負入力端子を示している。Ｓ個のＤＣ－ＡＣユニットの入力端子を直列に接続することによって形成される第２ノードは、直列接続によって形成される結合ノードである。図５０において、ＤＣ－ＡＣユニット１及びＤＣ－ＡＣユニット２の入力端子を結合することによって形成されるノードは第２ノードであり、ＤＣ－ＡＣユニット３及びＤＣ－ＡＣユニット４の入力端子を結合することによって形成されるノードも第２ノードであり、さらに、ここでは列挙しない他の第２ノードが存在する。
この出願のこの実施形態において、第１電源及び第２電源は、太陽光発電アレイ、エネルギー貯蔵電源、風力発電直流源、又はこれらに類するものとすることができ、これらは、実施形態３における電源と同様である。詳細をここで再び説明することはしない。ＤＣ－ＤＣユニットは、例えばＤＣ／ＤＣコンバータといった、直流を直流に変換することができる装置とし得る。ＤＣ－ＤＣユニットは、実施形態３におけるＤＣ－ＤＣユニットと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。ＤＣ－ＡＣユニットは、例えばインバータといった、直流を交流に変換することができる装置とし得る。ＤＣ－ＡＣユニットは、実施形態３におけるＤＣ－ＡＣユニットと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
この出願のこの実施形態では、第２電源の出力端子がカスケード接続され、ＤＣ－ＤＣユニットの出力端子がカスケード接続され、且つＤＣ－ＡＣユニットの入力端子がカスケード接続されて、出力電圧を高め、ＤＣ－ＤＣユニットとＤＣ－ＡＣユニットとの間の電流を減少させ、ＤＣ－ＤＣユニットからＤＣ－ＡＣユニットへのケーブルのコスト及び損失の問題を解決する。ＤＣ－ＤＣユニットが複数の電源に接続される場合、ＤＣ－ＤＣユニットとＤＣ－ＡＣユニットとの間の電流を減少させて、ＤＣ－ＤＣユニットからＤＣ－ＡＣユニットへのケーブルのコスト及び損失の問題を解決するように、出力電圧が高められ得る。
この出願のこの実施形態では、少なくとも１つの第１ノードと少なくとも１つの第２ノードとが結合される。例えば、一部の実施形態において、１つの第１ノードが１つの第２ノードに結合され、他の第１ノードは他の第２ノードに結合されない。他の一部の実施形態において、２つの第１ノードが２つの第２ノードにそれぞれ結合され、他の第１ノードは他の第２ノードに結合されない。他の一部の実施形態において、第１ノードの数は第２ノードの数に等しく、各第１ノードが、対応する第２ノードに結合される。他の一部の実施形態において、第１ノードの数は第２ノードの数とは異なり、各第１ノードが、対応する第２ノードに結合され、残りの第１ノード又は残りの第２ノードは結合されない。実際の適用では、代わりに他の結合方式が用いられてもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。この出願のこの実施形態では、第２電源、ＤＣ－ＤＣユニット、及びＤＣ－ＡＣユニットの間に接続されるケーブルの数が、第１ノード及び第２ノードの方式で減少され、電力システムのコストが低減される。
この出願のこの実施形態において、ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の出力は絶縁される。これは、実施形態１、３、及び５における説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
一部の実施形態において、対応する第１ノードの少なくとも２つのグループが並列に接続され、対応する第２ノードの少なくとも２つのグループが並列に接続される。少なくとも１つの並列接続された第１ノードが、少なくとも１つの並列接続された第２ノードに結合される。少なくとも１つの並列接続された第３ノードが、少なくとも１つの並列接続された第２ノードに並列に接続される。理解され得ることには、第１電源の複数のグループ、第２電源の複数のグループ、ＤＣ－ＤＣユニットの複数のグループ、及びＤＣ－ＡＣユニットの複数のグループが存在する場合、前述の接続方式が使用され得る。
一部の実施形態において、ＤＣ－ＡＣユニットの複数のグループの同一タイプの出力端子の出力は、並列に接続されるか、絶縁されるかする。これは、実施形態３における説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
一部の実施形態において、第１電源、第２電源、ＤＣ－ＤＣユニット、及びＤＣ－ＡＣユニットのうちの任意の２つの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合され、それ故に、第１電源、第２電源、ＤＣ－ＤＣユニット、及びＤＣ－ＡＣユニットのうちの任意の２つが、該通信信号を用いることによって通信し得る。好ましくは、通信信号はＰＬＣ信号とし得る。これは、実施形態３における説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
一部の実施形態において、電源は、太陽電池パネルの出力をオプティマイザ又は遮断装置に接続してから直列又は並列結合にて接続することによって形成された太陽光発電アレイである。電源、ＤＣ－ＤＣユニット、及びＤＣ－ＡＣユニットの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されるとき、通信信号はオプティマイザ又は遮断装置も通り抜け、電源、ＤＣ－ＤＣユニット、又はＤＣ－ＡＣユニットは、通信信号を用いることによって、高速遮断を実施するようにオプティマイザ又は遮断装置の遮断を制御し得る。すなわち、電源、ＤＣ－ＤＣユニット、又はＤＣ－ＡＣユニットは、遮断命令を搬送する通信信号をオプティマイザ又は遮断装置に送信し得る。遮断命令を搬送する通信信号を受信した後、オプティマイザ又は遮断装置は、高速遮断を実施するために遮断命令を実行する。通信信号の状況は、実施形態１における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
一部の実施形態において、ＤＣ－ＤＣユニットとＤＣ－ＡＣユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合され、ＤＣ－ＡＣユニットは、ＤＣ－ＤＣユニットの入力の高速遮断を実施するように、該通信信号を用いてＤＣ－ＤＣユニットを制御し得る。例えば、ＤＣ－ＡＣユニットが、遮断命令を搬送する通信信号を送信し、該通信信号が、対応する直流ケーブルを通ってＤＣ－ＤＣユニットに到達し、その結果、ＤＣ－ＤＣユニットが、該通信信号を受信した後に遮断命令を実行し、それにより、ＤＣ－ＤＣユニットの入力の高速遮断が実施される。
一部の実施形態において、電力システムは更に、少なくとも１つのエネルギー貯蔵ユニットを含む。エネルギー貯蔵ユニットは、第２電源、ＤＣ－ＤＣユニット、及びＤＣ－ＡＣユニットの間に接続された少なくとも２つの直流ケーブルに並列に結合される。直流ケーブルは、第１ノードと第２ノードとを結合する直流ケーブルであってもよい。例えば、エネルギー貯蔵ユニットは、ＤＣ－ＤＣユニット１の正出力端子とＤＣ－ＡＣユニット１の正入力端子とを結合するための直流ケーブルと、ＤＣ－ＤＣユニット２の負出力端子とＤＣ－ＡＣユニット２の負入力端子とを結合するための直流ケーブルとの間に並列に結合される。あるいは、エネルギー貯蔵ユニットは、第１ノードと第２ノードとを結合するための３つの直流ケーブルの間に並列に結合される。理解され得ることには、１つの電力システムに含まれるエネルギー貯蔵ユニットの数は限定されず、すなわち、同時に複数のエネルギー貯蔵ユニットが並列に結合されてもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。
エネルギー貯蔵ユニットを含む実施形態において、エネルギー貯蔵ユニットは、エネルギー貯蔵装置であってもよいし、直流変換ユニットとエネルギー貯蔵装置とを含んでもよいし、エネルギーを蓄積することができる他の装置であってもよい。これは、実施形態１におけるエネルギー貯蔵ユニットの説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。エネルギー貯蔵ユニットとＤＣ－ＤＣユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、エネルギー貯蔵ユニットがＤＣ－ＤＣユニットと通信してもよい。エネルギー貯蔵ユニットとＤＣ－ＡＣユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、エネルギー貯蔵ユニットがＤＣ－ＡＣユニットと通信してもよい。通信信号の状況及び通信を実装するための原理は、実施形態１における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
実施形態８
図５１ａは、この出願の一実施形態に従った電力システムの概略図１である。図５１ｂは、この出願の一実施形態に従った電力システムの概略図２である。当該電力システムは、電源１と、電源２と、ＤＣ－ＤＣユニットと、第１段ＤＣ－ＡＣユニットと、第２段ＤＣ－ＡＣユニットと、を含む。電源１の出力端子が、ＤＣ－ＤＣユニットの入力端子に結合される。ＤＣ－ＤＣユニットが、電源２の出力端子に直列に結合され、結合点が第１ノードである。第１段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子が、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合され、結合点が第２ノードである。ＤＣ－ＤＣユニットが第２電源の出力端子に直列に結合された後に形成される正出力端子が第１ポート（例えば、図５１ａにおけるＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子、又は図５１ｂにおける電源２の正出力端子）であり、該第１ポートが、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合される。ＤＣ－ＤＣユニットが第２電源の出力端子に直列に結合された後に形成される負出力端子が第２ポート（例えば、図５１ａにおける電源２の負出力端子、又は図５１ｂにおけるＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子）であり、該第２ポートが、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合される。第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の出力が絶縁される。
具体的には、取り得る一ケースにおいて、図５１ａに示すように、ＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子が第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合され、ＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子が電源２の正出力端子に結合されて第１ノードを形成し、電源２の負出力端子が第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合され、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子が第２段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合されて第２ノードを形成する。取り得る他の一ケースにおいて、図５１ｂに示すように、電源１の出力端子がＤＣ－ＤＣユニットの入力端子に結合され、ＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子が第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合され、ＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子が電源２の負出力端子に結合され、電源２の正出力端子が第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合され、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子が第２段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合される。以下の実施形態は図５１ａのケースを説明する。同じルールが図５１ｂのケースにも当てはまり、詳細を再び説明することはしない。
この出願のこの実施形態では、電源２、ＤＣ－ＤＣユニット、及びＤＣ－ＡＣユニットの間の電流を減少させ、ＤＣ－ＤＣユニットからＤＣ－ＡＣユニットへのケーブルのコスト及び損失の問題を解決するように、カスケード接続方式を用いて出力電圧が高められる。
図５２は、この出願の一実施形態に従った電力システムの一実施形態の概略図である。一部の実施形態において、第１ノードが第２ノードに結合され、ＤＣ－ＤＣユニット及び電源２の４つの出力ポートが、３つのケーブルを用いてＤＣ－ＡＣユニットにカスケード接続され、それにより、ケーブルの数が減少し、コストが低減される。また、第１ノードと第２ノードとの間のケーブルの電流値が、他の２つのケーブルの電流値よりも小さい場合、第１ノードと第２ノードとの間に、低い線径仕様のケーブルを使用することができ、それにより、ケーブルコストが更に低減される。これは、実施形態４における図１９の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
一部の実施形態において、第１ポートが、第１の導線を用いて第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合される。第２ポートが、第２の導線を用いて第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合される。第１ノードと第２ノードとが、第３の導線を用いて結合される。一部の実施形態において、第１の導線、第２の導線、及び第３の導線は、分散二重（ＤＣ）バスを形成する。第１の導線及び第２の導線が正のバスを形成する、第２の導線及び第３の導線が負のバスを形成する。第３の導線は、分散二重バスの中性線（Middle Cable）である。第１の導線、第２の導線、及び第３の導線は、直流導線である。３Ｄテクノロジ（three direct-Cable）では、３本のケーブルを用いて直流バスが構築され、第１の導線及び第２の導線を用いて正のバスが構築され、第２の導線及び第３の導線を用いて負のバスが構築される。
一部の実施形態において、第１ノード及び第２ノードの両方がグランドに結合される。この出願のこの実施形態では、第１ノード及び第２ノードの両方がグランドに結合され、その結果、ＤＣ－ＤＣユニットと電源２の出力電力又は出力電圧が非対称であるとき、又は第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの入力電力又は入力電圧が非対称であるときに、電圧等化を達成するための電流ループが提供され、それにより、システムの正常動作が確保される。また、第１ノードと第２ノードとの間のケーブル接続が不要であり、それ故に１本のケーブルのコスト及び建設コストを低減させることができる。
一部の実施形態において、第１ノードは第２ノードに結合される。ＤＣ－ＤＣユニットの入力電圧及び／又は入力電流及び／又は入力電力が所定値未満であるとき、あるいは第２電源の出力電圧及び／又は出力電流及び／又は出力電力が所定値未満であるとき、対応するＤＣ－ＤＣユニット又は第２電源が動作するのを停止する。例えば、ＤＣ－ＤＣユニットの入力電圧が所定値未満であるとき、ＤＣ－ＤＣユニットが動作を停止する。他の一例において、第２電源の出力電圧が所定値未満であるとき、第２電源が動作を停止する。第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットのうち少なくとも一方が動作する。この出願のこの実施形態では、ＤＣ－ＤＣユニットの入力電圧及び／又は入力電流及び／又は入力電力が過度に低いとき、あるいは第２電源の出力電圧及び／又は出力電流及び／又は出力電力が過度に低いとき、対応するＤＣ－ＤＣユニット又は第２電源が動作を停止し、適したユニットが動作するように選択される。これは、不要な無駄を回避し、システム全体の変換効率及び利用率を向上させることができる。
第１ノードと第２ノードとが結合されない場合には、等化回路ユニットを用いて電圧を調節し得る。
図５３は、この出願の一実施形態に従った第１の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。一部の実施形態において、電力システムは更に第１の等化回路ユニットを含む。第１の等化回路ユニットは、第１のインタフェース、第２のインタフェース、及び第３のインタフェースを有して構成される。第１のインタフェースは第２ノードに結合される。第２のインタフェースは第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合される。第３のインタフェースは第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合される。一部の実施形態において、第１の等化回路ユニットは更に第４のインタフェースを有して構成される。第４のインタフェースは第１ノードに結合される。これは、図２１ｂに対応する実施形態と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
図５４は、この出願の一実施形態に従った第２の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図１である。一部の実施形態において、電力システムは第２の等化回路ユニットを含む。第２の等化回路ユニットは、第５のインタフェース及び第６のインタフェースを有して構成される。第５のインタフェースは第２ノードに結合される。第６のインタフェースは、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子、又は第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合される。これは、図２２ａ及び図２２ｂに対応する実施形態と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
図５５は、この出願の一実施形態に従った第３の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。一部の実施形態において、電力システムは第３の等化回路ユニットを含む。第３の等化回路ユニットは、第７のインタフェース、第８のインタフェース、及び第９のインタフェースを有して構成される。第７のインタフェースは第１ノードに結合される。第８のインタフェースは、ＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子に結合される。第９のインタフェースは、電源２の負出力端子に結合される。一部の実施形態において、第３の等化回路ユニットは更に第１０のインタフェースを有して構成される。第１０のインタフェースは第２ノードに結合される。これは、図２３に対応する実施形態と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
図５６は、この出願の一実施形態に従った第４の等化回路ユニットを含む電力システムの概略図である。一部の実施形態において、電力システムは第４の等化回路ユニットを含む。第４の等化回路ユニットは、第１１のインタフェース及び第１２のインタフェースを有して構成される。第１１のインタフェースは第１ノードに結合される。第１２のインタフェースは、ＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子又は電源２の負出力端子に結合される。これは、図２４ａ及び図２４ｂに対応する実施形態と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
一部の実施形態において、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子が、それぞれ、異なる変圧器に接続される。あるいは、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子が、それぞれ、同一の変圧器の異なる巻線に接続される。
一部の実施形態において、電力システムは特に、少なくとも一対の電源、少なくとも１つのＤＣ－ＤＣユニット、及び少なくとも一対のＤＣ－ＡＣ変換ユニットを含む。一対の電源は、電源１及び電源２を含む。一対のＤＣ－ＡＣ変換ユニットは、第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットを含む。少なくとも一対の電源と、少なくとも１つのＤＣ－ＤＣユニットと、少なくとも一対のＤＣ－ＡＣ変換ユニットとが結合されるとき、各ＤＣ－ＤＣユニットが、少なくとも１つの電源１に結合される。各対のＤＣ－ＡＣ変換ユニットが、少なくとも１つのＤＣ－ＤＣ変換ユニットに結合され、又は電源２に結合される。あるいは、各対のＤＣ－ＡＣ変換ユニットの同一タイプの入力端子が並列に結合されてから１つのＤＣ－ＤＣユニット又は１つの電源２に結合される。理解され得ることには、ＤＣ－ＡＣユニットの複数の組み合わせの同一タイプの出力端子の出力は、並列に結合されるか絶縁されるかし得る。これは、実施形態２における説明と同様であり、詳細についてここで再び説明することはしない。
一部の実施形態において、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子とグランド点との間に、ＩＭＤが結合される。他の一部の実施形態において、ＩＭＤは、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子とグランド点との間に結合される。他の一部の実施形態において、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子とグランド点との間に第１のＩＭＤが結合され、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子とグランド点との間に第２のＩＭＤが結合される。ＩＭＤは、グランドに対する電力システムの絶縁インピーダンスを検出することができる。グランドに対する絶縁インピーダンスが所定値よりも低い場合、この出願のこの実施形態では、好ましくは、第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び／又は第２段ＤＣ－ＡＣユニットと変圧器巻線との間の結合接続を切断することができ、その結果、システム全体が動作を停止し、それにより、システム動作の安全性が更に確保される。
この出願のこの実施形態において、電源１、電源２、ＤＣ－ＤＣユニット、第１段ＤＣ－ＡＣユニット、及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの間で通信を実施するために、電源１、電源２、ＤＣ－ＤＣユニット、第１段ＤＣ－ＡＣユニット、及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合される。通信信号は好ましくはＰＬＣ信号であり、これは、前述の実施形態における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
この出願のこの実施形態において、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子に接続された交流ケーブルに通信信号が結合され、該交流ケーブルが更に、他の装置に結合され得る。第１段ＤＣ－ＡＣユニットは、通信信号を用いることにより、該交流ケーブル上で他の装置と通信し得る。ＤＣ－ＡＣユニットの複数の組み合わせが並列に接続され、且つ複数の第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力が並列に接続される場合、該複数の第１段ＤＣ－ＡＣユニットの並列接続された出力端子が、接続された交流ケーブル上の通信信号を用いることによって、該交流ケーブルに結合された他の装置と通信し得る。上述の他の装置は、交流を使用する交流装置とし得る。同様に、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の通信の状況は、第１段ＤＣ－ＡＣユニットのそれと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。通信信号は好ましくはＰＬＣ信号であり、これは、前述の実施形態における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
一部の実施形態において、この出願のこの実施形態で提供される電力システムは更にリーク電流センサを有して構成され得る。リーク電流センサは、電源１の出力端子、電源２の出力端子、ＤＣ－ＤＣユニットの入力端子及び出力端子、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの入力端子及び出力端子、並びに第２段ＤＣ－ＡＣユニットの入力端子及び出力端子に配置され得る。これは、図１１及び図２７に対応する実施形態と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
一部の実施形態において、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力の高速遮断を実装するために、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子に接続された内部出力相線に直列に少なくとも１つのスイッチが接続される。該スイッチは、リレー、回路遮断器、又は接触器とすることができ、あるいは他のタイプのスイッチであってもよい。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。同様に、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子に接続された内部出力相線にも、直列にスイッチが接続され得る。これは、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力相線に直列にスイッチが接続される場合と同様である。詳細をここで再び説明することはしない。
この出願のこの実施形態において、電源１及び電源２が太陽光発電アレイである場合、電力システムは太陽光発電システムと称され得る。この出願のこの実施形態において、電源１は第１の太陽光発電アレイと称されることができ、電源２は第２の太陽光発電アレイと称されることができる。実際の適用では、他の名称が用いられ得る。これは、この出願のこの実施形態において限定されることではない。例えば、風力発電システム、エネルギー貯蔵システム、又はハイブリッド発電システムといった、他のタイプの電力システムについては、実装に関して太陽光発電システムを参照されたい。この出願のこの実施形態において、他のタイプの電力システムについて詳細を説明することはしない。以下、太陽光発電システムを詳細に説明する。
太陽光発電システムでは、第１ノード及び第２ノードのうち一方のみがグランドに結合される必要があり、すなわち、第１ノードがグランドに結合されるか、第２ノードがグランドに結合されるかする。一部の実施形態では、代わりに第１ノード及び第２ノードの両方がグランドに結合されてもよい。第１ノード及び／又は第２ノードがグランドに結合されることで、第１段ＤＣ－ＤＣユニット及び第２段ＤＣ－ＤＣユニットの出力電力又は出力電圧が非対称であるとき、又は第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの入力電力又は入力電圧が非対称であるときに、電圧等化を達成するように電流ループを設けることができ、それにより、システムの正常動作が確保されるとともに、１本のケーブルのコスト及び建設コストが低減される。
図５７は、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの概略図である。一部の実施形態では、太陽光発電システムにおいて、ＤＣ－ＤＣユニットの正入力端子と負出力端子が、直接結合され、又は小さい電圧降下のみで接続される。これは、第２の太陽光発電アレイの正出力電極と第１の太陽光発電アレイの正出力電極とが等電位であることを実現することができる。通常、グランドに対するシステム全体のインピーダンスは対称的に分布される。システムが稼働のために正常にグリッドに接続されるとき、第１ノード、第２ノード、及びグランドが等電位である。この場合、第１の太陽光発電アレイ及び第２の太陽光発電アレイのセルパネルのＰＶ＋における、グランドに対する出力電圧は略０Ｖである。これは、グランドに対するセルパネルのＰＶ＋における正バイアス電圧を除去し、（ＰＶ＋においてグランドに対して正の電圧を持ち、ＰＩＤ現象を発生するセルパネルに対して）セルパネルのＰＩＤ現象を回避する。同様に、他の一部の実施形態において、ＤＣ－ＤＣユニットの負入力端子と正出力端子が、直接結合され、又は小さい電圧降下のみで接続される。これは、図２７に対応する実施形態における原理と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
この出願のこの実施形態では、太陽光発電システムにおいて、ＰＩＤ現象は代わりに、電圧源を結合することによって除去され得る。一部の実施形態において、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子に対応する変圧器巻線の中点とグランド点との間に電圧源を結合して、グランドに対する該中点の電位を調節するようにする。他の一部の実施形態において、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子に対応する変圧器巻線の中点とグランド点との間に電圧源を結合して、電圧を調節してもよい。他の一部の実施形態において、第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び／又は第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力側の外部相線とグランド点との間に電圧源を結合して、グランドに対する対応する出力相線の電位を調節し、ＰＩＤ現象を除去し得る。他の一部の実施形態において、第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び／又は第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の位置の内部相線とグランド点との間に電圧源を結合して、グランドに対する対応する出力相線の電位を調節し、ＰＩＤ現象を除去し得る。これは、図１２ａ、図１２ｂ、及び図１２ｃの実施形態における原理と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
一部の実施形態では、太陽光発電システムにおいて、第１段ＤＣ－ＡＣユニット又は第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子に対応する変圧器巻線の中点が、グランドに対する当該中点の電圧が０Ｖに近い又は等しくなるようにし、グランドに結合されるか、電流制限デバイスを用いてグランドに結合され、ＰＩＤ現象を除去する。一部の実施形態において、第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子が、それぞれ、同一の変圧器の異なる巻線に結合される場合、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子に対応する巻線の中点と、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子に対応する巻線の中点とが、２つの直列抵抗又は電流制限デバイスを用いて結合されるとともに、これら２つの直列抵抗又はこれら２つの電流制限デバイスの間の中点がグランドに結合され、ＰＩＤ現象を除去する。原理は、図２９ｂ及び図３０に対応する実施形態における原理と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
一部の実施形態では、太陽光発電システムにおいて、太陽光発電システムは更に絶縁ユニットを含む。絶縁ユニットは、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの内部又は第２段ＤＣ－ＡＣユニットの内部に配置され得る。これは、図１３に対応する実施形態と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
一部の実施形態では、太陽光発電システムにおいて、第１の太陽光発電アレイ及び第２の太陽光発電アレイは各々、太陽電池パネルの出力端子をオプティマイザ又は遮断装置に直列に接続してから直列又は並列結合にて接続をすることによって形成された太陽光発電アレイとすることができ、オプティマイザ又は遮断装置の出力端子に接続された直流ケーブルに通信信号が結合される。ＤＣ－ＤＣユニット及び／又は第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び／又は第２段ＤＣ－ＡＣユニットは、該通信信号を用いることによってオプティマイザ又は遮断装置と通信し、オプティマイザ又は遮断装置の高速遮断を実施するようにオプティマイザ又は遮断装置を制御し得る。
一部の実施形態において、ＤＣ－ＡＣユニット、第１段ＤＣ－ＤＣユニット、及び第２段ＤＣ－ＤＣユニットの間の直流ケーブルに、通信信号が結合される。第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び／又は第２段ＤＣ－ＡＣユニットは、該通信信号を用いて、ＤＣ－ＤＣユニットの入力端子の高速遮断を実施するようにＤＣ－ＤＣユニットを制御する。
一部の実施形態において、太陽光発電システムは更に、少なくとも１つのエネルギー貯蔵ユニットを含む。第２の太陽光発電アレイ、ＤＣ－ＤＣユニット、第１段ＤＣ－ＡＣユニット、及び第２段ＤＣ－ＡＣユニットに接続された少なくとも２つの直流ケーブルが、エネルギー貯蔵ユニットに並列に接続される。これは特に、実施形態３におけるエネルギー貯蔵ユニットと同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
エネルギー貯蔵ユニットを含む実施形態において、エネルギー貯蔵ユニットは、エネルギー貯蔵装置であってもよいし、直流変換ユニットとエネルギー貯蔵装置とを含んでもよいし、エネルギーを蓄積することができる他の装置であってもよい。これは、実施形態１におけるエネルギー貯蔵ユニットの説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。エネルギー貯蔵ユニットとＤＣ－ＤＣユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、エネルギー貯蔵ユニットがＤＣ－ＤＣユニットと通信してもよい。エネルギー貯蔵ユニットとＤＣ－ＡＣユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、エネルギー貯蔵ユニットがＤＣ－ＡＣユニットと通信してもよい。通信信号の状況及び通信を実装するための原理は、実施形態１における通信信号の説明と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
図５８は、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの一実施形態の概略図である。一部の実施形態において、図５８に示すように、第２の太陽光発電アレイの出力端子がコンバイナボックスに結合される。コンバイナボックスの入力端子が、複数の第２の太陽光発電アレイの出力端子に結合される。コンバイナボックスの正出力端子が、ＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子に直列に結合される。コンバイナボックスの負出力端子が、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合される。コンバイナボックスの入力端子が、複数の第２の太陽光発電アレイの出力端子に結合される。コンバイナボックスの正出力端子が、ＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子に直列に結合される。コンバイナボックスの負出力端子が、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合される。ＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子が、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合される。これは、図３４に対応する実施形態と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。
図５９は、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの一実施形態の概略図である。一部の実施形態において、図５９に示すように、第２の太陽光発電アレイの出力端子がコンバイナボックスに結合される。コンバイナボックスの入力端子が、複数の第２の太陽光発電アレイの出力端子に結合される。コンバイナボックスの負出力端子が、ＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子に直列に結合される。コンバイナボックスの正出力端子が、第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合される。ＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子が、第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合される。これは、図３５ｂに対応する実施形態と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。前述の実施形態において、第１の太陽光発電アレイ及び第２の太陽光発電アレイは、通常、共通ＰＶ＋又は共通ＰＶ－の方式で接続される。例えば、図２８は、第１の太陽光発電アレイ及び第２の太陽光発電アレイの共通ＰＶ＋接続方式を示している。例えば、図２９ｂに対応する実施形態は、第１の太陽光発電アレイ及び第２の太陽光発電アレイの共通ＰＶ－接続方式である。実際の適用では、前述の接続方式は使用できないことがある。例えば、図６０は、この出願の一実施形態に従った太陽光発電システムの他の一実施形態の概略図である。図６０に示すように、第１の太陽光発電アレイの負出力端子が、第１段ＤＣ－ＤＣユニットの負入力端子に結合される。第２の太陽光発電アレイの正出力端子が、第２段ＤＣ－ＤＣユニットの正入力端子に結合される。また、第１段ＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子が第２段ＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子に結合され、この結合点が第１ノードである。従って、この出願のこの実施形態では、第１の太陽光発電アレイの負出力端子と第２の太陽光発電アレイの正出力端子とが同じ電位を持っていて、共通ＰＶ＋又は共通ＰＶ－の接続方式では接続されず、これも、この出願のこの実施形態で提供される接続方式の１つとして理解されるべきである。図６０の補償電力パワーモジュールは、図１２ｂに対応する実施形態における電圧源と同様であり、詳細をここで再び説明することはしない。

Claims (18)

  1. Ｎ個のパワーモジュールと、Ｎ個のＤＣ－ＤＣユニットと、Ｍ個のＤＣ－ＡＣユニットとを有する電力システムであって、Ｎは２より大きい整数であり、Ｍは２より大きい整数であり、
    前記パワーモジュールの出力端子が、前記ＤＣ－ＤＣユニットの入力端子に結合され、
    １番目のＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子が、１番目のＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合され、
    ｎ番目のＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子が、（ｎ＋１）番目のＤＣ－ＤＣユニットの正出力端子に直列に結合されて、第１ノードを形成し、ｎは、０より大きくＮより小さい整数であり、それにより、Ｎ－１個の第１ノードが形成され、
    Ｎ番目のＤＣ－ＤＣユニットの負出力端子が、Ｍ番目のＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合され、
    ｍ番目のＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子が、（ｍ＋１）番目のＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に直列に結合されて、第２ノードを形成し、ｍは０より大きくＭより小さい整数であり、それにより、Ｍ－１個の第２ノードが形成され、
    少なくとも１つの第１ノードと少なくとも１つの第２ノードとが結合され、
    １つ以上の第１ノードがいずれの第２ノードとも接続されず、１つ以上の第２ノードがいずれの第１ノードとも接続されず、
    前記ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の出力が絶縁される、
    電力システム。
  2. 前記パワーモジュールは、太陽光発電アレイ及び／又はエネルギー貯蔵電源及び／又は風力発電直流源であり、
    前記太陽光発電アレイは、太陽電池パネルを直列又は並列結合にて接続することによって形成され、又は前記太陽電池パネルの出力をオプティマイザ若しくは遮断装置に接続してから直列又は並列結合にて接続することによって形成される、
    請求項１に記載の電力システム。
  3. 少なくとも２つのグループのＤＣ－ＤＣユニットの同一タイプの出力端子が、先ず並列に接続されてから直列に接続されて、前記第１ノードを形成し、
    少なくとも２つのグループのＤＣ－ＡＣユニットの同一タイプの入力端子が、先ず並列に接続されてから直列に接続されて、前記第２ノードを形成し、
    前記少なくとも２つのグループのＤＣ－ＡＣユニットの同一タイプの出力端子の出力が、並列に接続される、又は絶縁される、
    請求項１に記載の電力システム。
  4. 前記パワーモジュール、前記ＤＣ－ＤＣユニット、及び前記ＤＣ－ＡＣユニットのうちのいずれか２つに接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、前記パワーモジュール、前記ＤＣ－ＤＣユニット、及び前記ＤＣ－ＡＣユニットの間で通信を実施するのに使用される、請求項１に記載の電力システム。
  5. 前記パワーモジュールは前記太陽光発電アレイであり、前記太陽光発電アレイは、前記太陽電池パネルの前記出力を前記オプティマイザ若しくは前記遮断装置に接続してから直列又は並列結合にて接続することによって形成され、
    前記パワーモジュール、前記ＤＣ－ＤＣユニット、及び前記ＤＣ－ＡＣユニットに接続された直流ケーブルに通信信号が結合され、そして、
    前記ＤＣ－ＤＣユニット及び／又は前記ＤＣ－ＡＣユニットが、高速遮断を実施するように、前記通信信号を用いて前記オプティマイザ又は前記遮断装置を制御する、又は
    前記ＤＣ－ＡＣユニットが、前記ＤＣ－ＤＣユニットの入力の高速遮断を実施するように、前記通信信号を用いて前記ＤＣ－ＤＣユニットを制御する、
    請求項２に記載の電力システム。
  6. 当該電力システムは更に、少なくとも１つのエネルギー貯蔵ユニットを有し、
    前記エネルギー貯蔵ユニットは、前記ＤＣ－ＤＣユニットと前記ＤＣ－ＡＣユニットとの間に接続された少なくとも２つの直流ケーブルに並列に結合される、
    請求項１に記載の電力システム。
  7. 前記エネルギー貯蔵ユニットはエネルギー貯蔵装置である、又は前記エネルギー貯蔵ユニットは、直流変換ユニットと前記エネルギー貯蔵装置とを有し、前記エネルギー貯蔵装置は、スーパーキャパシタ又はバッテリを有する、請求項６に記載の電力システム。
  8. 前記エネルギー貯蔵ユニットと前記ＤＣ－ＤＣユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、前記エネルギー貯蔵ユニットと前記パワーモジュールとの間で通信を実施するのに使用される、又は、前記エネルギー貯蔵ユニットと前記ＤＣ－ＡＣユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合されて、前記エネルギー貯蔵ユニットと前記ＤＣ－ＡＣユニットとの間で通信を実施するのに使用される、請求項６に記載の電力システム。
  9. Ｎ個の第１電源と、Ｍ個の第２電源と、Ｎ個のＤＣ－ＤＣユニットと、Ｓ個のＤＣ－ＡＣユニットとを有する電力システムであって、
    前記第１電源の出力端子が、前記ＤＣ－ＤＣユニットの入力端子に結合され、
    前記Ｎ個のＤＣ－ＤＣユニットの出力端子及び前記Ｍ個の第２電源の出力端子を直列に結合することによって形成される正端子が、前記Ｓ個のＤＣ－ＡＣユニットの入力端子を直列に結合することによって形成される正端子に結合され、又は、前記Ｎ個のＤＣ－ＤＣユニットの前記出力端子及び前記Ｍ個の第２電源の前記出力端子を直列に結合することによって形成される負端子が、前記Ｓ個のＤＣ－ＡＣユニットの前記入力端子を直列に結合することによって形成される負端子に結合され、
    前記Ｎ個のＤＣ－ＤＣユニットの前記出力端子及び前記Ｍ個の第２電源の前記出力端子についての直列結合点によって形成される第１ノードが、少なくとも１つのケーブルを用いることによって、前記Ｓ個のＤＣ－ＡＣユニットの前記入力端子についての直列結合点によって形成される第２ノードに結合され、
    前記ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子が絶縁される、
    電力システム。
  10. 前記第１電源及び／又は前記第２電源は、太陽光発電アレイ及び／又はエネルギー貯蔵電源及び／又は風力発電直流源であり、
    前記太陽光発電アレイは、太陽電池パネルを直列又は並列結合にて接続することによって形成され、又は前記太陽電池パネルの出力をオプティマイザ若しくは遮断装置に接続してから直列又は並列結合にて接続することによって形成される、
    請求項９に記載の電力システム。
  11. 少なくとも２つのグループの対応する第１ノードが並列に接続され、少なくとも２つのグループの対応する第２ノードが並列に接続され、
    少なくとも１つの並列接続された第１ノードが、少なくとも１つの並列接続された第２ノードに結合される、
    請求項９に記載の電力システム。
  12. 前記第１電源、前記第２電源、前記ＤＣ－ＤＣユニット、及び前記ＤＣ－ＡＣユニットのうちのいずれか２つが、接続された直流ケーブルに結合される通信信号を用いることによって互いに通信する、請求項９に記載の電力システム。
  13. 前記第１電源及び／又は前記第２電源が、太陽電池パネルの出力をオプティマイザ又は遮断装置に接続してから直列又は並列結合にて接続することによって形成された太陽光発電アレイである場合に、前記第１電源、前記第２電源、前記ＤＣ－ＤＣユニット、及び前記ＤＣ－ＡＣユニットの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合され、前記ＤＣ－ＤＣユニット及び／又は前記ＤＣ－ＡＣユニットが、高速遮断を実施するように、前記通信信号を用いることによって前記オプティマイザ又は前記遮断装置を制御する、請求項１０に記載の電力システム。
  14. 前記ＤＣ－ＤＣユニットと前記ＤＣ－ＡＣユニットとの間に接続された直流ケーブルに通信信号が結合され、前記ＤＣ－ＡＣユニットが、前記ＤＣ－ＤＣユニットの入力の高速遮断を実施するように、前記通信信号を用いることによって前記ＤＣ－ＤＣユニットを制御する、請求項９に記載の電力システム。
  15. 当該電力システムは更に、少なくとも１つのエネルギー貯蔵ユニットを有し、
    前記エネルギー貯蔵ユニットは、前記ＤＣ－ＤＣユニット、前記第２電源、及び前記ＤＣ－ＡＣユニットの間に接続された少なくとも２つの直流ケーブルに並列に結合される、
    請求項９に記載の電力システム。
  16. 前記エネルギー貯蔵ユニットはエネルギー貯蔵装置である、又は前記エネルギー貯蔵ユニットは、直流変換ユニットと前記エネルギー貯蔵装置とを有し、前記エネルギー貯蔵装置は、スーパーキャパシタ又はバッテリを有する、請求項１５に記載の電力システム。
  17. 第１電源と、ＤＣ－ＤＣユニットと、第２電源と、第１段ＤＣ－ＡＣユニットと、第２段ＤＣ－ＡＣユニットとを有する電力システムであって、
    前記第１電源の出力端子が、前記ＤＣ－ＤＣユニットの入力端子に結合され、
    前記ＤＣ－ＤＣユニットが、前記第２電源の出力端子に直列に結合され、結合点が第１ノードであり、
    前記第１段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子が、前記第２段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合され、結合点が第２ノードであり、
    前記ＤＣ－ＤＣユニットが前記第２電源の前記出力端子に直列に結合された後に形成される正出力端子が第１ポートであり、該第１ポートは、前記第１段ＤＣ－ＡＣユニットの正入力端子に結合され、
    前記ＤＣ－ＤＣユニットが前記第２電源の前記出力端子に直列に結合された後に形成される負出力端子が第２ポートであり、該第２ポートは、前記第２段ＤＣ－ＡＣユニットの負入力端子に結合され、
    前記第１段ＤＣ－ＡＣユニット及び前記第２段ＤＣ－ＡＣユニットの出力端子の出力が絶縁される、
    電力システム。
  18. 前記第１ポートは、第１の導線を用いて前記第１段ＤＣ－ＡＣユニットの前記正入力端子に結合され、前記第２ポートは、第２の導線を用いて前記第２段ＤＣ－ＡＣユニットの前記負入力端子に結合され、前記第１ノードは、第３の導線を用いて前記第２ノードに結合され、
    前記第３の導線の電流値は、前記第１の導線の電流値以下であり、又は
    前記第３の導線の電流値は、前記第２の導線の電流値以下である、
    請求項１７に記載の電力システム。
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