KR101302100B1 - 신재생에너지 전원용 인버터 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 신재생에너지 전원용 인버터 시스템에 관한 것으로서, 신재생에너지 전원의 출력단에 연결되며, 신재생에너지 전원에서 출력된 DC 전압을 입력받아 AC 전압으로 변환하여 출력하는 인버터 장치; 및 상기 인버터 장치의 출력단에 연결되며, 상기 인버터 장치로부터 출력된 AC 전압을 입력받아 크기를 변환하여 출력하는 변압기를 포함하며, 상기 인버터 장치는 복수의 U상 단위 모듈 인버터를 직렬로 연결하여 구성한 제1 인버터 그룹; 복수의 V상 단위 모듈 인버터를 직렬로 연결하여 구성한 제2 인버터 그룹; 및 복수의 W상 단위 모듈 인버터를 직렬로 연결하여 구성한 제3 인버터 그룹을 포함하며, 상기 제1 인버터 그룹, 제2 인버터 그룹 및 제3 인버터 그룹 각각의 일 출력단은 상호 연결되어 중성점을 형성하고, 타 출력단은 상기 변압기의 입력단에 연결되며, 상기 신재생에너지 전원은 복수개의 단위 모듈 전원으로 그룹화되며, 각 단위 모듈 전원은 상기 인버터 장치의 각 단위 모듈 인버터에 연결되는 신재생에너지 전원용 인버터 시스템이 제공된다.

Description

신재생에너지 전원용 인버터 시스템 {Inverter system for new renewable energy power}
본 발명은 신재생에너지 전원용 인버터 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에너지저장장치(배터리부)를 가지는 임의의 단위 모듈 인버터에 고장이 발생하더라도 전체 인터버 시스템을 안정적으로 운영할 수 있으며, 정현파 필터 및 변압기의 가격을 줄일 수 있는 신재생에너지 전원용 인버터 시스템에 관한 것이다.
신재생에너지란 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛, 물, 지열, 생물유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지를 의미하며, 지속 가능한 에너지 공급체계를 위한 미래에너지원이다. 이러한 신재생에너지는 유가의 불안정과 기후변화협약의 규제 대응 등으로 그 중요성이 커지게 되었다.
세계적으로 풍력, 태양광 발전 등의 신재생에너지 확대보급에 대한 투자가 집중되고 있으나, 간헐적인 발전특성을 갖는 풍력 및 태양광과 같은 신재생에너지원에 의한 발전은 출력예측이 어렵고 심한 출력변동 특성으로 연계계통의 안정적 운영에 큰 영향을 미치게 된다.
종래 기술의 경우, 신재생에너지 전원의 계통 연계형 인버터는 에너지의 저장부가 없기 때문에 변동이 심한 신재생에너지 전원에서 공급된 에너지의 대부분을 계통으로 환원하는 구조로 되어 있다. 이는 계통 안정도 및 품질을 떨어뜨리는 요인 중에 하나이다. 또한 계통 정전시나 에너지저장부가 없는 경우에는 인버터의 출력을 내보내지 않기 때문에 독립부하에 적용이 불가능한 단점이 있었다.
한편, 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 에너지 저장부(배터리부)를 구비한 신재생에너지 전원용 인버터가 개발되었다.
도 1은 종래 기술에 따른 신재생에너지 전원용 인버터의 개략 구성도이며, 도 2는 종래 기술에 따른 신재생에너지 전원용 인버터의 다른 예를 나타낸 개략 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 신재생에너지 전원용 인버터는 DC-AC 인버터부(20), DC-DC 컨버터부(30), 전원저장부(40) 및 변압기(50), 정현파 필터(60)를 포함한다. 신재생에너지 전원에서 출력되는 DC 전원은 DC-AC 인버터부(20)로 입력되며, DC-AC 인버터부(20)는 신재생에너지 전원에서 입력된 DC 전원을 AC 전원으로 변환하여 출력한다. 변압기(50)는 DC-AC 인버터부(20)로부터 입력된 AC 전원을 변환하여 계통 전원으로 공급하거나 부하에 공급한다. 정현파 필터(60)은 인버터부에서 출력된 PWM 파형을 정현파로 변환하는 기능을 한다. 그리고, DC-DC 컨버터부(30)는 신재생에너지 전원으로 공급받은 DC 전원을 변환하여 출력하고, 전원저장부(40)는 DC-DC 컨버터부(30)에서 출력된 전원을 저장하는 기능을 수행한다.
도 2를 참조하면, 종래 기술의 다른 예에 따른 신재생에너지 전원용 인버터는 DC-AC 인버터부(20), 제1 변압기(55), 제2 변압기(60), AC-DC 컨버터부(70) 및 전원저장부(80)를 포함한다. 신재생에너지 전원에서 출력되는 DC 전원은 DC-AC 인버터부(20)로 입력되며, DC-AC 인버터부(20)는 신재생에너지 전원에서 입력된 DC 전원을 AC 전원으로 변환하여 출력한다. 제1 변압기(55)는 DC-AC 인버터부(20)로부터 입력된 AC 전원을 변환하여 계통 전원으로 공급하거나 부하에 공급한다. 그리고, 제2 변압기(60)는 계통 전원으로부터 공급되는 AC 전원을 변환하여 AC-DC 컨버터부(70)로 공급하며, AC-DC 컨버터부(70)는 입력된 AC 전원을 DC 전원으로 변환하여 출력하고, 전원저장부(80)는 출력된 전원을 저장하는 기능을 수행한다. 정현파 필터(90, 95)는 인버터부에서 출력된 PWM 파형을 정현파로 변환하는 기능을 한다.
한편, 종래 기술에 따른 신재생에너지 전원용 충방전 및 인버터 시스템은 대용량 시스템으로 변화하고 있는 추세이기 때문에 어느 한 부분에 고장이 발생하더라도 전체 시스템이 작동할 수 없으므로 경제적 손실이 컸다. 또한 시스템을 구성할 때도 신재생에너지원의 전압이 낮기 때문에 반드시 절연 및 승압을 하기 위하여 변압기를 사용하며, 2레벨의 PWM 방식을 사용하기 때문에 인버터의 출력을 정현파로 만들기 위해서 정현파 필터를 반드시 사용을 해야한다. 하지만 대용량 시스템의 경우, 저압, 대전류이기 때문에 필터 및 변압기의 가격이 상당히 고가이다.
따라서 시스템의 가격을 상승시키는 가장 큰 요인중에 하나이다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 임의의 단위 모듈 인버터에 고장이 발생하더라도 전체 인터버 시스템을 안정적으로 운영할 수 있는 신재생에너지 전원용 인버터 시스템을 제공하고 단위 모듈의 인버터를 직렬로 쌓아 멀티 레벨의 고전압, 저전류 시스템을 운영하기 위한 것이다. 충방전부 및 에너지 저장장치(배터리부)를 각 단위 모듈별로 두어 충방전부의 용량을 저감하였으며, 직렬 연결 모듈수에 따른 멀티 레벨 구성으로 인하여 PWM의 형태가 유사 정현파형태로 구성되어 정현파 필터 및 변압기의 부담을 줄일 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 신재생에너지 전원의 출력단에 연결되며, 신재생에너지 전원에서 출력된 DC 전압을 입력받아 멀티레벨 AC 전압으로 변환하여 출력하는 인버터 장치; 및 상기 인버터 장치의 출력단에 연결되며, 상기 인버터 장치로부터 출력된 멀티 레벨 PWM형태의 전압을 정현파 필터를 거침으로써 정현파 AC 전압으로 변환하여 입력받아 크기를 변환하여 출력하는 변압기를 포함하며, 상기 인버터 장치는 복수의 U상 단위 모듈 인버터를 직렬로 연결하여 구성한 제1 인버터 그룹; 복수의 V상 단위 모듈 인버터를 직렬로 연결하여 구성한 제2 인버터 그룹; 및 복수의 W상 단위 모듈 인버터를 직렬로 연결하여 구성한 제3 인버터 그룹을 포함하며, 상기 제1 인버터 그룹, 제2 인버터 그룹 및 제3 인버터 그룹 각각의 일 출력단은 상호 연결되어 중성점을 형성하고, 타 출력단은 상기 변압기의 입력단에 연결되며, 상기 신재생에너지 전원은 복수개의 단위 모듈 전원으로 그룹화되며, 각 단위 모듈 전원은 상기 인버터 장치의 각 단위 모듈 인버터에 연결되는 신재생에너지 전원용 인버터 시스템이 제공된다.
상기 신재생에너지 전원은 복수개의 태양광 발전부로 구성된 태양광 발전기를 포함한다.
상기 신재생에너지 전원은 복수의 풍력 발전부로 구성되며, 상기 각 풍력 발전부는 풍력 발전기와 상기 풍력 발전기에서 출력되는 AC 전압을 DC 전압으로 변환하여 출력하는 AC-DC 컨버터부를 포함한다.
상기 각 단위 모듈 인버터는 상기 단위 모듈 전원으로부터 입력된 DC 전압을 AC 전압으로 변환하여 출력하는 단위 모듈 인버터부; 상기 단위 모듈 전원으로부터 입력된 DC 전압의 크기를 변환하여 출력하는 단위 모듈 DC-DC 컨버터부; 및 상기 단위 모듈 DC-DC 컨버터부로부터 입력된 DC 전압을 충전하는 단위 모듈 배터리부를 포함한다.
상기 신재생에너지 전원용 인버터 시스템은 상기 인버터 장치의 동작을 제어하는 마스터 제어기를 더 포함하며, 상기 각 단위 모듈 인버터는 상기 단위 모듈 인버터부, 단위 모듈 DC-DC 컨버터부 및 단위 모듈 배터리부의 동작을 제어하는 단위 모듈 제어부를 더 포함하며, 상기 단위 모듈 제어부는 상기 마스터 제어기와 통신하며, 상기 마스터 제어기의 제어신호에 따라 단위 모듈 인버터의 동작을 제어한다.
상기 각 단위 모듈 인버터는 상기 단위 모듈 인버터부, 단위 모듈 DC-DC 컨버터부 및 단위 모듈 배터리부의 동작 이상 유무를 감지하는 단위 모듈 이상 감지부; 및 단위 모듈 인버터의 구성요소에 이상이 발생한 경우, 해당 단위 모듈 인버터를 상기 인버터 장치로부터 분리시키는 단위 모듈 바이패스부를 더 포함한다.
상기 단위 모듈 바이패스부는 상기 단위 모듈 인버터부의 제1 출력단에 형성되는 제1 스위치; 상기 단위 모듈 인버터부의 제2 출력단에 형성되는 제2 스위치 및 상기 제1 출력단과 제2 출력단 사이에 형성되는 제3 스위치를 포함한다.
상기 단위 모듈 인버터가 정상적으로 동작하는 경우, 상기 제1 스위치와 제2 스위치는 ON되고, 상기 제3 스위치는 OFF되며, 상기 단위 모듈 인버터에 이상이 발생한 경우, 상기 제1 스위치 및 제2 스위치는 OFF되고, 상기 제3 스위치가 ON되어, 상기 단위 모듈 인버터를 인버터 장치로부터 분리시킨다. 마스터 제어기는 각 모듈의 DC-DC 컨버터를 이용하여 단위 모듈의 인버터의 입력전압을 승압시켜 출력에는 변동이 없도록 제어한다.
본 발명에서와 같이, 각 상마다 복수의 단위 모듈 인버터를 직렬 연결하여 인버터 시스템을 구성하게 되면 단일의 대용량 시스템을 구축하지 않더라도 고압 인버터 시스템을 구현할 수 있게 된다.
또한, 임의의 단위 모듈 인버터에 고장이 발생하더라도 해당 단위 모듈 인버터만을 바이패스시켜고 나머지 단위 모듈 인버터의 입력전압을 승압하여 작동시킬 수 있게 되어 전체 인터버 시스템의 안정도 및 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 설비 유지비를 감소시킬 수 있게 된다.
그리고, 단위 인버터 모듈을 개별 제어가 가능하므로, 계통 전원의 3상 불평형 계통에 대한 불평형을 해소할 수 있다. 또한 인버터의 출력이 멀티레벨의 PWM형태를 취하며, 전류용량이 작아지기 때문에 필터 및 변압기의 가격이 모듈수의 증가보다 작아질 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 신재생에너지 전원용 인버터의 개략 구성도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 신재생에너지 전원용 인버터의 다른 예를 나타낸 개략 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 신재생에너지 전원용 인버터 시스템의 개략 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지 전원용 인버터 시스템의 단위 모듈 인버터의 개략적인 구성도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 신재생에너지 전원용 인버터 시스템의 단위 모듈 인버터의 개략적인 구성도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 신재생에너지 전원용 인버터 시스템의 단위 모듈 인버터의 개략적인 구성도이다.
도 7은 도 6에 도시된 단위 모듈 인버터의 회로도이다.
도 8은 임의의 단위 모듈 인버터 고장시 단위모듈 바이패스부의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 9는 풍력 발전부를 신재생에너지 전원으로 사용한 경우의 신재생에너지 전원용 인버터 시스템의 단위 모듈 인버터의 개략적인 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 신재생에너지 전원용 인버터 시스템의 개략 구성도이다.
도 3을 참조하면, 신재생에너지 전원은 햇빛, 물, 지열, 바람, 생물유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 이용하여 전력을 생산하여 제공하는 전원을 의미한다. 본 실시예의 경우, 신재생에너지 전원으로는 복수개의 태양광 발전부로 구성된 태양광 발전기(100)가 이용된다.
인버터 장치(200)는 태양광 발전기(100)의 출력단에 연결되어, 태양광 발전기(100)로부터 생성되어 출력된 DC 전압을 입력받아 AC 전압으로 변환하여 출력한다. 그리고, 태양광 발전기(100)에서 출력된 DC 전압을 입력받아, DC 전압의 전압 크기를 변환하여 배터리부에 저장 또는 방출하는 기능을 수행한다.
변압기(600)는 인버터 장치(200)의 출력단에 연결되며, 인버터 장치(200)로부터 출력된 AC 전압을 입력받아 승압 또는 강압하여 출력하는 기능을 수행한다.
변압기(600)의 출력단에는 계통 전원이 연결되어, 변압기(600)에서 출력된 AC 전압이 계통 전원(700)으로 공급된다. 이와는 달리, 변압기(600)의 출력단에 부하 연결될 수도 있다.
위 인버터 장치(200)의 구성을 살펴보면, 인버터 장치(200)는 복수의 U상 단위 모듈 인버터를 직렬로 연결하여 구성한 제1 인버터 그룹(300), 복수의 V상 단위 모듈 인버터를 직렬로 연결하여 구성한 제2 인버터 그룹(400) 및 복수의 W상 단위 모듈 인버터를 직렬로 연결하여 구성한 제3 인버터 그룹(500)을 포함하며, 제1 인버터 그룹(300), 제2 인버터 그룹(400) 및 제3 인버터 그룹(500) 각각의 일 출력단은 상호 연결되어 중성점을 형성하고, 타 출력단은 변압기(600)의 입력단에 연결된다.
즉, 제1 인버터 그룹(300)은 n개의 U상 단위 모듈 인버터(M-U1, M-U2,..., M-Un-1, M-Un)를 포함하며, 제2 인버터 그룹(400)은 n개의 V상 단위 모듈 인버터(M-V1, M-V2,..., M-Vn-1, M-Vn)를 포함하고, 제3 인버터 그룹(500)은 n개의 W상 단위 모듈 인버터(M-W1, M-W2,..., M-Wn-1, M-Wn)를 포함한다.
제1 인버터 그룹의 제1 단위 모듈 인버터(M-U1), 제2 인버터 그룹의 제1 단위 모듈 인버터(M-V1) 및 제3 인버터 그룹의 제1 단위 모듈 인버터(M-W1)의 일 출력단은 중성점(N')에 상호 연결되며, 각 인버터 그룹의 단위 모듈 인버터는 상호 직렬 연결된다. 그리고, 제1 인버터 그룹의 제n 단위 모듈 인버터(M-Un), 제2 인버터 그룹의 제n 단위 모듈 인버터(M-Vn) 및 제3 인버터 그룹의 제n단위 모듈 인버터(M-Wn)의 타 출력단 각각은 3상 변압기(600)의 U상 입력, V상 입력 및 W상 입력에 각각 연결된다.
복수의 U상 단위 모듈 인버터 각각은 각 태양광 발전부에서 입력된 DC 전압을 스위칭하여 U상 AC 전압으로 변환하여 출력하고, 복수의 V상 단위 모듈 인버터 각각은 각 태양광 발전부에서 입력된 DC 전압을 스위칭하여 V상 AC 전압으로 변환하여 출력하며, 복수의 W상 단위 모듈 인버터 각각은 각 태양광 발전부에서 입력된 DC 전압을 스위칭하여 W상 AC 전압으로 변환하여 출력한다. 그리고, 각 U상 단위 모듈 인버터에서 출력되는 U상 AC 전압, 각 V상 단위 모듈 인버터에서 출력되는 V상 AC 전압 및 각 W상 단위 모듈 인버터에서 출력되는 W상 AC 전압은 상호 중첩되어 3상 고압 전원을 생성하게 된다.
또한, 각 단위 모듈 인버터는 단위 모듈화된 배터리부를 포함하며, 각 태양광 발전부에서 입력된 DC 전압의 크기를 변환하여 배터리부에 저장 또는 방출하는 기능을 수행한다.
이와 같이, 복수의 단위 모듈 인버터를 이용하여 인버터 시스템을 구성하게 되면, 임의의 단위 모듈 인버터가 고장이 발생할 경우 해당 단위 모듈 인버터를 교체하거나 수리하면 정상적으로 운영이 가능하므로 인버터 시스템의 유지 및 관리가 용이하게 된다. 또한, 직렬 연결되는 단위 모듈 인버터의 수를 조절함으로써 출력되는 3상 전원의 크기 및 PWM의 형태를 용이하게 조절할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지 전원용 인버터 시스템의 단위 모듈 인버터의 개략적인 구성도이다.
도 4를 참조하여, 제1 인버터 그룹을 구성하는 n개의 U상 단위 모듈 인버터 각각의 개략적인 구성을 살펴본다. 제1 인버터 그룹, 제2 인버터 그룹 및 제3 인버터 그룹에 속하는 단위 모듈 인버터의 구성은 동일한 바, 이하에서는 제1 인버터 그룹의 단위 모듈 인버터의 구성에 대하여 살펴본다.
단위 모듈 인버터는 단위 모듈 인버터부(310), 단위 모듈 DC-DC 컨버터부(320) 및 단위 모듈 배터리부(330)를 포함한다.
단위 모듈 인버터부(310)는 태양광 발전부로부터 입력된 DC 전압을 AC 전압으로 변환하여 출력한다. 단위 모듈 인버터부(310)의 출력단은 이전 단위 모듈 인버터부의 출력단과 다음 단위 모듈 인버터부의 출력단에 직렬로 연결된다.
단위 모듈 DC-DC 컨버터부(320)는 태양광 발전부로부터 입력된 DC 전압을 변환하여 단위 모듈 배터리부(330)에 공급한다.
단위 모듈 배터리부(330)는 단위 모듈 DC-DC 컨버터부(320)로부터 입력된 DC 전압을 충전하는 기능을 수행한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 신재생에너지 전원용 인버터 시스템의 단위 모듈 인버터의 개략적인 구성도이다.
도 5를 참조하면, 단위 모듈 인버터는 단위 모듈 인버터부(310), 단위 모듈 DC-DC 컨버터부(320), 단위 모듈 배터리부(330) 및 단위 모듈 제어부(390)를 포함한다.
단위 모듈 인버터부(310)는 태양광 발전부로부터 입력된 DC 전압을 AC 전압으로 변환하여 출력한다. 단위 모듈 DC-DC 컨버터부(320)는 태양광 발전부로부터 입력된 DC 전압을 변환하여 단위 모듈 배터리부(330)에 공급하거나 필요시에 배터리부의 에너지를 인버터부에서 사용할 수 있도록 한다. 단위 모듈 배터리부(330)는 단위 모듈 DC-DC 컨버터부(320)로부터 입력된 DC 전압을 충전 또는 방전하는 기능을 수행한다.
단위 모듈 제어부(390)는 인버터 장치(200)의 동작을 제어하는 마스터 제어기(250)와 통신하며, 마스터 제어기(250)의 제어신호에 따라 단위 모듈 인버터의 동작을 제어하는 기능을 수행한다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 신재생에너지 전원용 인버터 시스템의 단위 모듈 인버터의 개략적인 구성도이며, 도 7은 도 6에 도시된 단위 모듈 인버터의 회로도이고, 도 8은 임의의 단위 모듈 인버터 고장시 단위모듈 바이패스부의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6을 참조하면, 단위 모듈 인버터(300)는 단위 모듈 인버터부(310), 단위 모듈 DC-DC 컨버터부(320), 단위 모듈 배터리부(330), 단위 모듈 이상 감지부(340), 단위 모듈 바이패스부(350) 및 단위 모듈 제어부(390)를 포함한다.
단위 모듈 이상 감지부(340)는 단위 모듈 인버터부(310), 단위 모듈 DC-DC 컨버터부(320) 및 단위 모듈 배터리부(330)의 동작에 이상이 있는지 유무를 감지하는 기능을 수행한다. 이상이 발생한 경우, 단위 모듈 제어부(390)로 감지 결과를 전송한다.
단위 모듈 바이패스부(350)는 단위 모듈 인버터(300)의 구성요소에 이상이 발생한 경우에 해당 단위 모듈 인버터(300)로 인하여 전체 인버터 시스템 작동에 영향을 끼치지 않도록 하기 위하여, 해당 단위 모듈 인버터(300)를 인버터 장치로부터 분리시키는 기능을 수행한다.
단위 모듈 제어부(390)는 단위 모듈 이상 감지부(340)로부터 수신한 이상 감지 신호에 따라 단위 모듈 바이패스부(350)의 동작을 제어하는 기능을 수행한다. 단위 모듈 제어부(390)는 마스터 제어기(250)의 제어신호에 따라 단위 모듈 바이스패스부(350)의 동작을 제어할 수도 있다.
도 7을 참조하면, 단위 모듈 인버터부(310)는 복수의 스위칭 소자 즉, IGBT로 구성되며, 입력된 DC 전압을 스위칭하여 단상 AC 전압으로 변환하여 출력한다.
단위 모듈 바이패스부(350)는 단위 모듈 인버터부(310)의 제1 출력단(O1)에 형성되는 제1 스위치(S1), 단위 모듈 인버터부(310)의 제2 출력단(O2)에 형성되는 제2 스위치(S2) 및 제1 출력단(O1)과 제2 출력단(O2) 사이에 형성되는 제3 스위치(S3)를 포함한다. 단위 모듈 인버터(300)가 정상적으로 동작하는 경우에는 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2)는 ON되고, 제3 스위치(S3)는 OFF된다. 한편, 단위 모듈 인버터(300)에 이상이 발생한 경우에는, 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)는 OFF되고, 제3 스위치(S3)가 ON되어, 해당 단위 모듈 인버터(300)를 인버터 장치로부터 분리시킨다.
도 8은 제1 인버터 그룹의 제2 단위 모듈 인버터 고장시 단위모듈 바이패스부의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
제2 단위 모듈 인버터에 고장이 발생한 경우, 제1 및 제3 단위 모듈 인버터는 정상적으로 동작하므로, 제1 스위치(S11, S31)와 제2 스위치(S12, S32)는 ON되고, 제3 스위치(S13, S33)는 OFF된다. 제2 단위 모듈 인버터(M-U2)는 제1 스위치(S21) 및 제2 스위치(S22)는 OFF되고, 제3 스위치(S23)가 ON되어, 제2 단위 모듈 인버터(M-U2)를 제1 단위 모듈 인버터(M-U1)와 제3 단위 모듈 인버터(M-U3)로부터 분리시킨다.
도 9는 풍력 발전부를 신재생에너지 전원으로 사용한 경우의 신재생에너지 전원용 인버터 시스템의 단위 모듈 인버터의 개략적인 구성도이다. 도 9는 신재생에너지 전원으로 태양광 발전기를 사용하지 않고 풍력 발전기를 사용한 경우이며, 나머지 구성은 위의 실시예와 동일하다.
풍력 발전 장치는 복수의 풍력 발전부(800)로 구성되며, 각 풍력 발전부(800)는 인버터 장치(200)의 각 단위 모듈 인버터의 전원으로 사용된다. 각 풍력 발전부(800)는 풍력 발전기(810)와 풍력 발전기(810)에서 출력되는 AC 전압을 DC 전압으로 변환하여 출력하는 AC-DC 컨버터부(820)로 구성된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 신재생에너지 전원용 고압 인버터 시스템의 예시적인 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100 : 태양광 발전기
200 : 인버터 장치
300 : 제1 인버터 그룹
400 : 제2 인버터 그룹
500 : 제3 인버터 그룹
600 : 변압기
700 : 계통 전원

Claims (8)

  1. 신재생에너지 전원용 인버터 시스템에 있어서,
    상기 신재생에너지 전원의 출력단에 연결되며, 신재생에너지 전원에서 출력된 DC 전압을 입력받아 AC 전압으로 변환하여 출력하는 인버터 장치; 및
    상기 인버터 장치의 출력단에 연결되며, 상기 인버터 장치로부터 출력된 AC 전압을 입력받아 크기를 변환하여 출력하는 변압기를 포함하며,
    상기 인버터 장치는,
    복수의 U상 단위 모듈 인버터를 직렬로 연결하여 구성한 제1 인버터 그룹; 복수의 V상 단위 모듈 인버터를 직렬로 연결하여 구성한 제2 인버터 그룹; 및 복수의 W상 단위 모듈 인버터를 직렬로 연결하여 구성한 제3 인버터 그룹을 포함하며, 상기 제1 인버터 그룹, 제2 인버터 그룹 및 제3 인버터 그룹 각각의 일 출력단은 상호 연결되어 중성점을 형성하고, 타 출력단은 상기 변압기의 입력단에 연결되며, 상기 신재생에너지 전원은 복수개의 단위 모듈 전원으로 그룹화되며, 각 단위 모듈 전원은 상기 인버터 장치의 각 단위 모듈 인버터에 연결되고,
    상기 각 단위 모듈 인버터는,
    상기 단위 모듈 전원으로부터 입력된 DC 전압을 AC 전압으로 변환하여 출력하는 단위 모듈 인버터부; 상기 단위 모듈 전원으로부터 입력된 DC 전압의 크기를 변환하여 출력하는 단위 모듈 DC-DC 컨버터부; 및 상기 단위 모듈 DC-DC 컨버터부로부터 입력된 DC 전압을 충방전하는 단위 모듈 배터리부;를 포함하며,
    상기 신재생에너지 전원용 인버터 시스템은 상기 인버터 장치의 동작을 제어하는 마스터 제어기를 더 포함하며,
    상기 각 단위 모듈 인버터는 상기 단위 모듈 인버터부, 단위 모듈 DC-DC 컨버터부 및 단위 모듈 배터리부의 동작을 제어하는 단위 모듈 제어부를 더 포함하며, 상기 단위 모듈 제어부는 상기 마스터 제어기와 통신하며, 상기 마스터 제어기의 제어신호에 따라 단위 모듈 인버터의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 신재생에너지 전원용 인버터 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신재생에너지 전원은 복수개의 태양광 발전부로 구성된 태양광 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 신재생에너지 전원용 인버터 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 신재생에너지 전원은 복수의 풍력 발전부로 구성되며,
    상기 각 풍력 발전부는 풍력 발전기와 상기 풍력 발전기에서 출력되는 AC 전압을 DC 전압으로 변환하여 출력하는 AC-DC 컨버터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 신재생에너지 전원용 인버터 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 각 단위 모듈 인버터는,
    상기 단위 모듈 인버터부, 단위 모듈 DC-DC 컨버터부 및 단위 모듈 배터리부의 동작 이상 유무를 감지하는 단위 모듈 이상 감지부; 및
    단위 모듈 인버터의 구성요소에 이상이 발생한 경우, 해당 단위 모듈 인버터를 상기 인버터 장치로부터 분리시키는 단위 모듈 바이패스부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신재생에너지 전원용 인버터 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단위 모듈 바이패스부는,
    상기 단위 모듈 인버터부의 제1 출력단에 형성되는 제1 스위치;
    상기 단위 모듈 인버터부의 제2 출력단에 형성되는 제2 스위치 및
    상기 제1 출력단과 제2 출력단 사이에 형성되는 제3 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 신재생에너지 전원용 인버터 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 단위 모듈 인버터가 정상적으로 동작하는 경우, 상기 제1 스위치와 제2 스위치는 ON되고, 상기 제3 스위치는 OFF되며,
    상기 단위 모듈 인버터에 이상이 발생한 경우, 상기 제1 스위치 및 제2 스위치는 OFF되고, 상기 제3 스위치가 ON되어, 상기 단위 모듈 인버터를 인버터 장치로부터 분리시키며, 상기 단위 모듈 DC-DC 컨버터를 이용하여 단위 모듈 인버터의 전압을 상승시키는 것을 특징으로 하는 신재생에너지 전원용 인버터 시스템.
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