KR101350290B1

KR101350290B1 - 높은 개방 회로 전압을 갖는 광전지 어레이의 스타트 업

Info

Publication number: KR101350290B1
Application number: KR1020127016197A
Authority: KR
Inventors: 라인하르트 레만
Original assignee: 에스엠에이 솔라 테크놀로지 아게
Priority date: 2009-11-24
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2014-01-14
Also published as: DK2504909T3; CA2780152A1; ES2469825T3; EP2504909B1; EP2325984A1; US9331564B2; WO2011064232A3; KR20120086361A; AU2010323204A1; US20120228951A1; WO2011064232A2; CN102640404A; JP2013511946A; JP5417676B2; CN102640404B; EP2504909A2; CA2780152C; AU2010323204B2

Abstract

본 발명은 입력 측에 DC 링크를 포함하는 인버터를 통해 PV 어레이를 AC 파워 그리드에 연결하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 인버터의 입력 DC 링크를 AC 파워 그리드로 선-충전 (pre-charging)하는 단계, 상기 DC 링크 의 링크 전압를 AC 파워 그리드에 연결된 인버터에 의해, 미리 설정된 값으로 조정하는 단계로서, 상기 미리 설정된 값은 PV 어레이의 개방 회로 전압보다 낮은 조정 단계, 및 상기 조정 단계를 계속 수행하면서, 상기 PV 어레이를 상기 DC 링크에 연결하는 단계를 포함하며, 상기 연결 단계에서, 상기 PV 어레이는 그 개방 회로 전압에서 상기 DC 링크에 직접 연결된다.

Description

높은 개방 회로 전압을 갖는 광전지 어레이의 스타트 업{Start-up of a photovoltaic array with high open circuit voltage}

본 출원은 2009년 11월 24일 출원된 계류 중인 "높은 오프-로드 (off-load) 전압을 갖는 광전지 장의 스위칭 (Zuschalten eines Photovoltaikfeldes mit hoher Leerlaufspannung)"이란 제목의 유럽 특허 출원 EP 09 176 900.0의 우선권을 주장한다.

본 발명은 일반적으로 인버터를 통해 광전지 (PV) 어레이를 AC 전력 그리드에 연결시키는 것에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 입력 측에 DC 링크를 포함하는 인버터를 통해 PV 어레이를 AC 파워 그리드에 연결하는 방법에 관한 것으로서, 상기 인버터의 입력 DC 링크가 AC 파워 그리드로 선-충전 (pre-charging)된다.

나아가, 본 발명은 PV 어레이로부터 AC 파워 그리드로 전기 에너지를 급전하는 장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 인버터, 인버터 입력 측의 DC 링크, 상기 DC 링크의 링크 전압을 위한 전압 제어 유닛, PV 어레이를 상기 DC 링크에 연결하기 위한 적어도 하나의 스위치, 및 인버터를 상기 AC 파워 그리드에 연결하기 위한 적어도 하나의 간선 스위치 (mains switch)를 포함하는, AC 파워 그리드로 전기 에너지를 급전하는 장치에 관한 것이다.

광전지 어레이를 인버터를 통해 AC 파워 그리드에 연결할 때는, 사용된 회로 소자를 흐르는 과전류 발생을 피하고 사용된 회로 소자의 과전압 발생을 방지하기 위해 주의가 요구된다. 원칙적으로 이 소자들의 과부하의 위험은 소자들의 보다 높은 전압 범주 (class) 및 전류 범주에 의해 제거될 수 있다. 하지만 이 접근은 보다 높은 전압 범주 소자들로 인한 과도한 비용 증가 및 전력 손실을 가져온다. 따라서, 광전지 어레이를 AC 파워 그리드에 연결할 때 회로 소자에 고 부하를 방지하는 방법 및 장치가 바람직하다.

이것은 특히, 케이블 단면을 증가시킬 필요 없이 더 높은 전력을 전송할 수 있도로 하기 위해, 광전지 어레이의 보다 높은 출력 전압을 개발하려는 맥락에서 적용된다. 광전지 어레이들의 이와 같은 보다 높은 출력 전압은 정상 동작시 광전지 어레이의 보다 높은 개방 회로 전압과도 잘 매치된다. 이 개방 회로 전압은 각 인버터의 인버터 브리지에 걸친 허용 전압을 쉽게 초과한다.

DE 20 2006 001 063 U1에는 예컨대 벅 컨버터 (buck converter)와 같은, 인버터의 인버터 브리지에 선행하는 DC/DC 컨버터를 갖는 것을 개시하는데, 상기 DC/DC 컨버터는 상기 광전지 어레이와 상기 인버터 사이에 전압 적응 (voltage adaption)을 제공한다. 하지만, 상기 벅 컨버터는 장치의 복잡성을 높인다. 이것이 추가 전력 손실을 유발한다. DE 20 2006 001 063 U1는 높은 개방 회로 전압에서 광전지 어레이를 인버터에 연결하는 것을 다루지 않는다. 인버터에 선행하는 벅 컨버터의 전용 (dedicated) 동작에 의해 광전지 어레이의 완전 개방 회로 전압으로 인버터 브리지의 부하를 방지하는 것이 가능할 수 있다; 하지만, 만일, 광전지 어레이의 정상 동작 중에 발생되는, 개방 회로 전압의 출력 전압으로의 감소가 일어났을 때, 벅 컨버터가 추가 수단에 의해 전류 경로에 브리지되어 (bridged) 있지 않다면, 정상 동작 중 벅 컨버터에 의해 야기되는 추가 전력 손실이 계속될 수 있다.

JP 11312022 A에는 인버터의 인버터 브리지를 연결 라인들 중의 하나에 배열된 저항기 (resistor) 및 인버터 브리지에 병렬 연결된 저항기로 구현되는 전압 분할기에 의해 광전지 어레이의 높은 개방 회로의 높은 전압으로부터 보호하는 것이 개시된다. 상기 연결 라인의 저항기를 단락시키고 상기 인버터 브리지에 병렬 연결된 저항기를 스위치 오프 (switching off) 함으로써, 전압 분할기가 정상 상태에서 디스에이블 (disable)되며, 따라서 저항기에 의한 계속적인 손실을 피하게 된다. 상기 전압 분할기는 특히정상 상태에서 상기 저항기를 스위칭 오프하기 위한 추가의 노력을 내포한다.

광전지 어레이로부터의 전기 에너지를 급전하기 위한 인버터는 통상 소위 최고 전력 포인트 (Maximum Power Point (MPP))-트래킹의 수행을 허용하기 위해 DC 링크를 위한 전압 제어 유닛을 갖는다. MPP-트래킹에서, 광전지 어레이의 출력 전압은 DC 링크의 전압을 통해, 실제 동작 조건에서 광전지 어레이가 최대 전력을 생산하는 값으로 조정된다.

US 2009/0167097 A1는 광전지 어레이와 인버터 간의 광전지 인버터 인터페이스를 개시한다. 스타트 업 (start-up) 과정 중에, 상기 인버터의 DC 링크는 소프트 스타트 스위치 기어 (soft start switch gear) 또는 광전지 어레이를 사용하여 동작 전압으로 선-충전 (pre-charge)된다. 그 후, 광전지 어레이의 연결 라인 중의 하나에서 접촉기 스위치가 아직 개방 중인 동안에 상기 인버터가 턴 온 된다. 상기 접촉기 스위치를 폐쇄함으로써 상기 광전지 어레이가 인버터의 DC 링크에 연결되기 전에, 정상 동작 조건 하에서 개방 회로 전압으로부터 출력 전압으로 출력 전압으로 낮추도록 광전지 어레이가 션트 스위치에 의해 의도적으로 단락된다.

광전지 어레이의 높은 개방 회로 전압 문제를 해결하면서 동시에 기술적 복잡도를 낮추는 것이 가능한, 광전지 어레이를 인버터에 의해 AC 파워 그리드로 연결하는 방법 및 광전지 어레이로부터의 전기 에너지를 AC 파워 그리드로 급전하는 장치에 대한 필요가 여전히 존재한다.

일 관점에서, 본 발명은 입력 측에 DC 링크를 포함하는 인버터를 통해 PV 어레이를 AC 파워 그리드에 연결하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 인버터의 입력 DC 링크를 AC 파워 그리드로 선-충전 (pre-charging)하는 단계, 상기 DC 링크 의 링크 전압를 AC 파워 그리드에 연결된 인버터에 의해, 미리 설정된 값으로 조정하는 단계로서, 상기 미리 설정된 값은 PV 어레이의 개방 회로 전압보다 낮은 조정 단계, 및 상기 조정 단계를 계속 수행하면서, 상기 PV 어레이를 상기 DC 링크에 연결하는 단계를 포함하며, 상기 연결 단계에서, 상기 PV 어레이는 그 개방 회로 전압에서 상기 DC 링크에 직접 연결된다.

다른 관점에서, 본 발명은 PV 어레이로부터의 전기 에너지를 AC 파워 그리드로 급전하는 장치에 관한 것으로서, 상기 장치는 인버터, 상기 인버터의 입력 측의 DC 링크, 상기 DC 링크의 링크 전압을 위한 전압 제어 유닛, 상기 PV 어레이를 상기 DC 링크에 연결하기 위한 적어도 하나의 스위치, 상기 인버터를 상기 AC 파워 그리드에 연결하기 위한 간선 스위치 (mains switch), 및 상기 PV 어레이를 상기 인버터를 통해 상기 AC 파워 그리드에 연결하기 위한 연결 제어기를 포함하며, 상기 연결 제어기는 먼저 상기 간선 스위치를 폐쇄하고, 그 후 상기 PV 어레이의 개방 회로 전압보다 낮은 미리 설정된 값으로 조정하는 전압 제어 유닛을 활성화하고, 상기 PV 어레이를 위한 스위치를 폐쇄하여, 전압 제어 유닛이 계속해서 상기 링크 전압을 상기 미리 설정된 값으로 조정하는 동안 상기 PV 어레이가 그것의 개방 회로 전압에서 상기 DC 링크에 직접 연결된다.

본 발명의 다른 특징 및 장점들은 아래의 도면 및 상세한 설명을 참조할 때 당업자에게 명백해질 것이다. 이 명세서에 포함된 이와 같은 모든 추가의 장점 및 특징들은 청구항에 정의된 본 발명의 범위에 포함된다.

본 발명은 아래의 도면을 참조하여 더 잘 이해될 수 있다. 도면의 구성요소들은 실제 크기를 반영한 것은 아니며, 대신에 본 발명의 원리를 명백하게 설명하기 위해 강조되었다. 도면에서 동일한 참조 번호는 여러 개의 도면에서 동일한 부분을 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 싱글 라인 (single-line) 다이어그램이고,
도 2는 본 발명에 따른 방법의 일 실시예의 블록 다이어그램이며,
도 3은 도 1에 따른 인버터 장치의 일 실시예를 도시한다.

본 발명에 따라 광전지 어레이를 인버터를 통해 AC 파워 그리드에 연결하는 방법에서, 인버터의 입력 측에서 DC 링크가 AC 파워 그리드에 의해 선 충전 (pre-charge)된다. 상기 DC 링크의 링크 전압은 AC 파워 그리드에 연결된 인버터에 적어도 선 충전 종료 즈음에 미리 설정된 값으로 조정된다. 그 후, 상기 PV 어레이는 DC 링크에 연결되며, 이 DC 링크의 링크 전압은 계속해서 미리 설정된 값으로 조정된다. 이 연결은 미리 선 적응 (previously adapt)되어 있거나 PV 어레이의 개방 회로 전압을 동시에 링크 전압으로 적응하는 일 없이 이루어진다. 전압의 기존 차이 (existing differences)는 조악한 방식으로 (hard manner)으로 브리지 (bridge)된다. 하지만, 이것이 부정적인 영향을 갖지는 않는데, 왜냐하면 PV 어레이로부터 결과적으로 얻는 전하들이 제한되며 이것들이 한편으로는 DC 링크의 버퍼 용량에 의해, 다른 한편으로는 이미 활성화되어 AC 파워 그리드로 전류를 공급하는 인버터에 의해 흡수되기 때문이다. 기존의 그리고 상업적으로 구입가능한 인버터의 링크 전압을 위한 전압 제어 유닛은 선 충전을 위한 방향으로부터 PV 어레이가 연결된 후의 방향으로 전력 흐름을 바꾸기에 충분히 빠르다는 것이 입증되며, 이 방법은 링크 전압이 임계 레벨에 도달하기 전에 링크 전압의 증가를 방지한다. 또한, 새로운 방법 구현시, DC 링크의 기존 용량이 충분하며, 이것이 PV 어레이 연결 시 전압이 현저하게 상승하는 것을 방지하기 위해 증가될 필요가 없다.

본 발명에 따라 링크 전압이 조정되는 값이 PV 어레이의 개방 회로 전압보다 훨씬 낫게 설정되어도, 즉 정상 동작 중의 PV 어레이의 출력 전압보다 현저하게 높은 개방 회로 전압 및 이보다 낮은 출력 전압값으로 조정된 링크 전압으로 값이설정되어도 이것이 적용된다. PV 어레이의 최대 개방 회로 전압이 직접 즉, PV 어레이와 DC 링크 간의 전술한 전압 적용 없이, 미리 설정된 값으로 조정된 링크 전압을 갖는 DC 링크에 인가되어도, 새로운 방법은 링크 전압의 현저한 증가를 가져오지 않는다. 따라서, PV 어레이와 DC 링크 간의 전압 적응 (voltage adaption)을 위한 DC/DC 컨버터를 필요로 하지 않는다.

전술한 것처럼, 본 발명의 방법에서, 링크 전압의 값은 PV 어레이를 연결하기 전에 조정되며, 이 값이 PV 어레이의 정상 동작 중의 PV 어레이의 정상 출력 전압에 상응한다, 따라서 통상 AC 파워 그리드의 피크 전압보다 높다. 놀랍게도, 기존의 상업적으로 구입가능한 인버터들에서의 MPP-트래킹을 위해 사용되는 상기 전압 제어 유닛들은 AC 파워 그리드로부터의 전기 에너지를 취함으로써 링크 전압을 AC 파워 그리드이 피크 전압을 넘는 값으로 조정하는 것이 가능하다. 이 목적을 위해, 원칙적으로 인버터의 인버터 브리지와 AC 파워 그리드 사이에 제공된 인덕터들이 부스트 컨버터에서와 같이 전압 제어 유닛에 의해 사용된다. 링크 전압을 AC 파워 그리드의 피크 전압을 초과하는 값으로 조정함으로써, 링크 전압을 위한 제어 유닛은 전기 에너지를 AC 파워 그리드로 공급하여, PV 어레이가 연결된 직후에 DC 링크를방전할 수 있는 안정된 동작 포인트를 갖는다.

링크 전압의 작은 용량 및 링크 전압을 위한 전압 제어 유닛의 늦은 반응으로도 링크 전압을 비 임계 레벨로 제한하기 위해서, 링크 전압이 미리 설정된 값으로 조정되는 동안 상기 PV 어레이가 차례로 DC 링크에 연결되는 세그먼트 (segement)로 분할될 수 있다. 이런 방법으로, 각 세그멘트를 DC 링크에 연결함으로써 DC 링크로 흐르는 전하 및 가능한 링크 전압의 증가가 더 제한된다.

새로운 방법은 다음과 같은 2개의 주 단계 (main step)를 포함한다: (i) 링크 전압을 미리 설정한 값으로 조정하는 단계, 및 (ii) 링크 전압이 상기 미리 설정된 값으로 조정되는 동안 PV 어레이를 DC 링크에 연결하는 단계. 제 1 단계 (i) 는 바람직하게는 상기 DC 링크를 위한 제 1 수동 선-충전 단계와 이에 바로 이어지는, 인버터를 AC 파워 그리드에 연결시키는 단계 및 이어지는 능동 선 충전 단계로 서브-분할 (sub-divide) 되는데, 상기 능동 선 충전 단계에서 AC 파워 그리드의 피크 전압을 초과하여 부스팅되는 방식으로 인버터의 스위치들이 클러킹 (clock)된다. 제 1 서브 단계, 즉 수동 선-충전 단계에서, AC 파워 그리드로부터 DC 링크로 흐르는 충전 전류는 DC 링크를 예비로 선 충전하기 위해, 인버터의 인버터 브리지의 프리 휠링 (free-wheeling) 다이오드에 의해 정류될 수 있다. 이 수동 선-충전 단계 중에, 인버터 브리지의 모든 스위치들이 개방된다. 선 충전 시작 시, 링크를 흐르는 충전 전류가 예컨대 초크 또는 저항기에 의해 제한되지 않는다면, 이 전류가 너무 높을 수 있다. 보통, 인버터의 내재 저항기 (inherent resistor) 및 그리드 초크 및/또는 인버터 출력에서의 EMC-필터의 임피던스는 모두 이 목적에 적합지 않다. 따라서, DC 링크의 예비 선-충전을 위한 충전 전류가 간선 스위치에 병렬로 설치되고, 그 안에 전류 제한 장치가 배치된 바이 패스를 통과하는 것이 바람직하다. 대안으로 또는 추가로, AC 파워 그리드 전압의 상향 컨버팅을 위한 변압기가 DC 링크를 AC 파워 그리드의 피크 전압을 초과하는 링크 전압으로 미리 선-충전하기 위해 바이 패스 내에 제공될 수 있다. 만일 이 제 1 수동 선-충전 단계가 완료되면, 상기 인버터가 공통의 간선 스위치에 의해 그리드에 연결되고 그 후, 바이 패스가 차단 (interrupt)된다. 이 시점에, 링크 전압을 미리 설정된 값으로 조정하기 위한 상기 전압 제어 유닛도 활성화된다. 상기 링크 전압을 위한 전압 제어 유닛은 MPP-트래킹을 위해 공지된, 상업적으로 구입가능한 인버터에 사용되는 것과 동일한 장치 및 조치(measure)를 포함하는 것이 바람직하며, 단지 새로운 방법의 상기 제 1 단계(i)의 능동 제 1 서브-단계 및 상기 제 2 단계 (ii)에서는 고정 값이 링크 전압을 위해 미리 설정된다는 것만이 차이이다.

새로운 방법의 상기 제 2 단계 (ii)는 필요에 따라 PV 어레이의 개별 세그먼트들을 연결하는 서브 단계들로 분할될 수 있다. 전체 PV 어레이가 연결되자마자, 링크 전압을 위한 제어 유닛이 링크 전압을 고정 값 대신 MPP-트래킹에 의해 결정되는 가변 값으로 조정하도록 할당될 수 있다.

새로운 방법을 사용할 때 링크 전압이 인버터의 완전성을 해칠 수 있는 원하지 않는 높은 값으로 계속 증가하면, 손상을 피하기 위해 인버터의 동작이 임계 전압으로부터 중단될 수 있다. 상기 PV 어레이가 그 후 즉각 인버터로부터 단절된다. 링크 전압이 DC 링크의 용량을 위해 보통 구현되는 방전 (de-charging) 장치에 의해 비-임계 레벨로 하강되면, 링크 전압을 미리 설정된 값으로 조정하는 동안 PV 어레이를 연결하기 위한 새로운 시도가 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 장치는 인버터를 AC 파워 그리드에 연결하기 위한 간선 스위치를 먼저 폐쇄하고, 그 후 PV 어레이의 연결을 위한 스위치를 폐쇄한 후에만 링크 전압을 미리 설정된 값으로 제어하기 위한 제어 유닛을 활성화하는 연결 제어기를 포함한다. 전술한 것처럼, 간선 스위치는 평행 전류 경로 (parallel current paths)를 제공하기 위한 다수의 스위치들, 예컨대, 먼저 전류 제한 장치에 의해 인버터를 AC 파워 그리드에 연결하기 위한 제 1 스위치 및 전력을 소멸하는 전류 제한 장치가 더 이상 필요하지 않으면, 인버터를 AC 파워 그리드를 계속 직접 연결하는 제 2 스위치를 포함한다. PV 어레이를 연결하기 위한 스위치도 복수의 부분 스위치로 분할될 수 있으며, 이 때 각 스위치는 오직 PV 어레이의 일 세그먼트를 인버터에 연결한다.

새로운 장치에서, 인버터 브리지의 스위치들은 PV 어레이의 개방 회로 전압보다 낮은 허용가능한 작동 전압을 가질 수 있으며, 따라서 양자는 더 높은 허용가능한 작동 전압을 갖는 스위치들보다 싸며 이보다 적은 전력을 소멸시킬 수 있다.

인버터 브리지의 업 스트림(upstram)에, 특히 PV 어레이를 인버터 브리지에 연결하는 스위치와 새로운 장치의 인버터 사이에는 DC 링크만이 존재한다. 이것은 전압 적응을 위한 DC/DC 컨버터가 PV 어레이를 인버터에 연결하기 위한 스위치의 업 스트림이나 다운 스트림에 제공될 필요가 없다는 것을 의미한다. 바람직하게, 이와 같은 DC-DC 컨버터들이 새로운 장치에서는 완전히 빠지며, 이로 인해 이와 관련된 노력을 줄이고 이와 관련된 전력 손실을 방지하게 된다.

새로운 장치의 추가의 바람직한 상세한 사항들은 본 발명에 따른 방법의 맥락에서 이미 설명되었다.

이제 보다 자세하게 도면을 참조하면, 도 1은 인버터 (3)를 통해 PV 어레이 (2)를 AC 파워 그리드 (4)에 연결하기 위해 사용되는 장치 (1)를 도시한다. 상기 PV 어레이 (2)는 별개의 세그먼트 (5)들로 분할되는데, 이 세그먼트들은 각각 별개의 스위치 (6)에 의해 DC 링크 (7)에 개별적으로 연결되며 (이 도면에 뚜렷하게 도시되지 않음), 여기서 상기 DC 링크 (7)는 인버터 (3)의 입력 링크이다. 이것의 출력에서, 상기 인버터 (3)가 간선 스위치 (mains switch: 8)를 통해 AC 파워 그리드 (4)에 연결될 수 있다. EMC 필터가 (9)가 상기 간선 스위치 (8)와 상기 인버터 (3) 사이에 제공된다. 보조 간선 스위치 (10)가 상기 간선 스위치와 EMC 필터 (9)에 병렬로 제공된다. EMC 필터 (9)보다 훨씬 높은 임피던스를 갖는 초크 (11)가 보조 간선 스위치 (10)와 직렬로 연결된다. 본 발명의 기저가 되는 문제는 상기 PV 어레이 (2) 이것의 각 세그먼트 (5)가 인버터 (3)와 호환가능한 개방 회로 전압을 갖는다는 것이다. 정상 동작에서 PV 어레이 (2) 및 그것의 세그먼트 (5)의 출력 전압, 즉, 전류가 AC 파워 그리드 (4)로 공급될 때의 전압은 인버터 (3)에 해가 되지 않는다. 이와 같은 조건에서 PV 어레이 (2)를 인버터 (3) 안전하게 연결하기 위해, 도 2에 도시된 다음과 같은 단계들이 취해진다.

우선, 상기 보조 간선 스위치 (10)가 폐쇄되어 상기 인버터 (3)를 상기 AC 파워 그리드 (4)에 연결한다. 이 결과 AC 전류가 상기 AC 파워 그리드로부터 인버터 (3)로 흐른다. 인버터 (3)의 내부 구성을 도시하는 도 3으로부터, 출력 라인 (12)을 통해 흐르는 AC 전류가 인버터 (3)의 인버터 브리지 (14)의 프리 휠링 다이오드 (free-wheeling diode: 13)에 의해 입력 라인 (18)을 통해 흐르는 직류로 정류된다는 것이 명백한데, 여기서 상기 다이오드들은 각각은 역 평행 (anti-parallel) 방식으로 인버터 브리지 (14)의 스위치들 중의 하나에 연결된다. 이 직류는 인버터 (3)의 DC 링크 (7)의 용량 (16)을 AC 파워 그리드의 피크 전압까지 충전한다. 이런 방식으로 흐르는 충전 전류는 도 1의 초크 (11)에 의해 제한된다. 이 제한은 AC 파워 그리드의 피크 전압까지 올리는 선-충전의 전체 과정 중에는 필요하지 않다. 오히려, 이 선-충전의 단계 중에, 상기 간선 스위치 (8)가 이미 폐쇄되고 상기 보조 간선 스위치 (10)는 개방될 수 있다. DC 링크 (7)를 수동으로 선-충전하는 이 단계 후에, 상기 인버터 (3)가 활성화된다, 즉, 제어기 (미도시)가 인버터의 스위치들 (15)을 클러킹하지만, AC 파워 그리드과 상기 링크 전압 간의 피크 전압의 전압차가 상기 선 충전 단계에 의해 감소된 후에만 클러킹한다. 스위치들 (15)은 용량 (16)의 링크 전압을 AC 파워 그리드 (4)의 미리 설정된 값으로 조정하기 위해 클러킹된다. 이 능동 선-충전 단계에서, 인버터 (3)의 스위치들 (15)은 EMC 필터의 인덕티비티 (inductivity)와 함께 부스트 컨버터로 동작한다. 도 1에 따른 스위치들 (6)은 차례로 폐쇄되어 링크 전압의 미리 설정된 값이 조정된 때에만 상기 PV 어레이 (2)를 상기 인버터 (3)에 연결시키는데, 이 미리 설정된 값은 PV 어레이 (2)의 전기 에너지를 AC 파워 그리드 (4)에 급전하기 위한 통상의 동작전압의 크기 (order)이다. 이 연결 과정은 PV 어레이 (2)의 각 세그먼트 (5)의 개방 회로 전압과 끊임없이 미리 설정된 값으로 조정되는 링크 전압 간의 전압 차와 무관하게 이루어진다. 하지만, 조악한 방식 (hard manner)으로 PV 어레이 (2)를 연결하는 과정이 결정적이지 않다 (uncritical)는 것이 증명되는데, 왜냐하면 각 세그먼트 (5)로부터 링크 (7)로 흐르는 전하들이 제한되고 용량 (16)의 크기로 인해 비교적 느린 링크 전압의 증가를 가져오기 때문이다. 이 증가는 적어도, 인버터 (3)의 전압 제어 유닛이 링크 전압의 증가에 충분히 빨리 반응하고 스위치들 (15)의 적절한 클러킹 함으로써, 즉 전류를 AC 파워 그리드로 급전함으로써 이것을 보상할 정도로 충분히 빨리 반응할 수 있다. 따라서, PV 어레이를 링크 전압의 미리 설정된 값을 훨씬 초과하는 개방 회로 전압에서 조악한 방식으로 연결함에도 불구하고, 인버터 (3)에 과전압 (excessive voltages)이 발생하지 않는다. 예외적 경우에 만일 상기 링크 전압이 임계값에 도달해야 한다면, 상기 인버터 (3)는 스위치들 (15)을 개방함으로써 차단되며, 도 1의 스위치들 (6)이 다시 개방된다. 그 후에 용량 (16)의 링크 전압이 도 3에 의 저항기로 도시된 방전 (de-charging) 장치 (17)에 의해 감소된다. 그 후에, 연결을 위한 새로운 시도가 행해질 수 있다. 도면에 삼상 인버터로 도시된 인버터 (3)는 단상 인버터일 수도 있다. 전체 PV 어레이가 연결되자마자, 링크 전압을 위한 제어 유닛이 링크 전압을 고정 값 대신 MPP-트래킹에 의해 정해지는 가변 값으로 조정하기 위해 할당될 수 있다.

본 발명의 정신 및 원칙을 실질적으로 벗어나지 않으면서, 본 발명의 바람직한 실시예들에 많은 변형 및 수정이 이루어질 수 있다. 이와 같은 모든 변형 및 수정은 하기의 청구항에 정의된 것과 같은 본 발명의 번위 내에 포함되기 위한 것이다.

참조번호 리스트

1		장치
2		PV 어레이
3		인버터
4		AC 파워 그리드
5		세그먼트(segment)
6		스위치
7		DC 링크
8		간선 스위치(mains switch)
9		EMC 필터
10		보조 간선 스위치
11		초크 (choke)
12		출력 라인 (output line)
13		프리 휠링 (free-wheeling) 다이오드
14		인버터 브리지
15		스위치
16		용량 (capacity)
17		방전 장치 (de-charging device)
18		입력 라인

Claims

입력 측에 DC 링크 (7)를 포함하는 인버터 (3)를 통해 PV 어레이 (2)를 AC 파워 그리드(4)에 연결하는 방법으로서, 상기 방법은
-인버터 (3)의 입력 DC 링크 (7)를 AC 파워 그리드(4)로 선-충전 (pre-charging)하는 단계,
- 상기 DC 링크 (7)의 링크 전압을 PV 어레이 (2)의 개방 회로 전압보다 낮은 미리 설정된 값으로, 상기 AC 파워 그리드(4)에 연결된 상기 인버터 (3)에 의해 조정하는 단계, 및
-상기 조정 단계를 계속 수행하면서, 상기 PV 어레이 (2)를 상기 DC 링크 (7)에 연결하는 단계를 포함하며,
상기 연결 단계에서, 상기 PV 어레이 (2)는 그 개방 회로 전압에서 상기 DC 링크 (7)에 직접 연결되는, 방법.
제 1항에 있어서,
상기 조정 단계에서, 상기 링크 전압이 그에 맞추어 조정되는 상기 미리 설정된 값은 상기 AC 파워 그리드(4)의 피크 전압보다 높은, 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 PV 어레이 (2)는 세그먼트 (segment:5)들로 분할되며, 상기 연결 단계에서 상기 세그먼트 (5)들이 차례로 상기 DC 링크 (7)에 연결되는, 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 선-충전 단계에서, 상기 AC 파워 그리드(4)로부터 상기 DC 링크 (7)로 흐르는 충전 전류는 인버터 (3)의 인버터 브리지 (14) 의 프리 휠링 다이오드 (free-wheeling diode:13)에 의해 정류되는, 방법.
제 4항에 있어서, 상기 선-충전 단계에서, 충전 전류를 제한하기 위한 초크 (choke:11)가 상기 AC 파워 그리드(4)와 상기 인버터 (3) 사이에 연결되는, 방법.
제 5항에 있어서, 상기 초크 (11)는 상기 선-충전 단계의 오직 제 1 부분 (first part) 중에만 상기 AC 파워 그리드(4)와 상기 인버터 (3) 사이에 연결되는, 방법.
제 4항에 있어서, 상기 선-충전 단계에서, 충전 전류를 제한하기 위한 저항기가 상기 AC 파워 그리드(4)와 상기 인버터 (3) 사이에 연결되는, 방법.
제 7항에 있어서, 상기 저항기는 상기 선-충전 단계의 오직 제 1 부분 (first part) 중에만 상기 AC 파워 그리드(4)와 상기 인버터 (3) 사이에 연결되는, 방법.
제 4항에 있어서, 상기 선-충전 단계에서, 정류되기 이전에 충전 전류를 변환하기 위한 변압기가 상기 AC 파워 그리드(4)와 상기 인버터 (3) 사이에 연결되는, 방법.
제 9항에 있어서, 상기 변압기는 상기 선-충전 단계의 오직 제 1 부분 (first part) 중에만 상기 AC 파워 그리드(4)와 상기 인버터 (3) 사이에 연결되는, 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 연결 단계의 완료 후에, 상기 DC 링크 (7)의 링크 전압이 MPP-트래킹에 의해 결정되는 가변 값으로 조정되는, 방법.
PV 어레이 (2)로부터의 전기 에너지를 AC 파워 그리드(4)로 급전하는 장치로서, 상기 장치는
- 인버터 (3),
- 상기 인버터 (3)의 입력 측의 DC 링크 (7)
- 상기 DC 링크 (7)의 링크 전압을 위한 전압 제어 유닛,
- 상기 PV 어레이 (2)를 상기 DC 링크 (7)에 연결하기 위한 적어도 하나의 스위치 (6),
- 상기 인버터 (3)를 상기 AC 파워 그리드(4)에 연결하기 위한 간선 스위치 (mains switch: 8, 10), 및
- 상기 PV 어레이 (2)를 상기 인버터 (3)를 통해 상기 AC 파워 그리드(4)에 연결하기 위한 연결 제어기를 포함하며,
상기 연결 제어기는 먼저 상기 간선 스위치 (8, 10)를 폐쇄하고, 그 후 상기 PV 어레이 (2)의 개방 회로 전압보다 낮은 미리 설정된 값으로 상기 링크 전압을 조정하는 전압 제어 유닛을 활성화하고, 상기 PV 어레이 (2)를 연결하기 위한 스위치 (6)를 폐쇄하여, 전압 제어 유닛이 계속해서 상기 링크 전압을 상기 미리 설정된 값으로 조정하는 동안 상기 PV 어레이 (2)가 자신의 개방 회로 전압에서 상기 DC 링크 (7)에 직접 연결되는, 장치.
제 12항에 있어서, 상기 인버터 (3)의 스위치 (15)는 상기 PV 어레이 (2)의 상기 개방 회로 전압보다 낮은 허용 전압으로 설계된, 장치.
제 12항 또는 제 13항에 있어서, 수개의 스위치 (6) 및 수개의 PV 세그먼트 입력 단자들이 상기 PV 어레이 (2)를 상기 DC 링크 (7)에 세그먼트 별로 연결하기 위해 제공된, 장치.
제 12항 또는 제 13항에 있어서, 상기 인버터 (3)는 상기 AC 파워 그리드(4)로부터 상기 DC 링크 (7)로 흐르는 충전 전류를 수동으로 (passive) 정류하는 프리 휠링 다이오드 (13)를 갖는 인버터 브리지 (14)를 포함하는, 장치.
제 15항에 있어서, 전류 경로에 일시적으로 포함가능한 충전 전류를 제한하기 위한 초크 (11)가 상기 인버터 (3)와 상기 AC 파워 그리드(4) 사이에 제공되는, 장치.
제 15항에 있어서, 전류 경로에 일시적으로 포함가능한 충전 전류를 제한하기 위한 저항기가 상기 인버터 (3)와 상기 AC 파워 그리드(4) 사이에 제공되는, 장치.
제 15항에 있어서, 전류 경로에 일시적으로 포함가능한 충전 전류를 변환하기 위한 변압기가 상기 인버터 (3)와 상기 AC 파워 그리드(4) 사이에 제공되는, 장치.