KR101669786B1 - 계통연계형 전력 변환 시스템에서 임의적인 전기적 파형의 적응적 발생 및 제어 - Google Patents

Abstract

전력 변환 시스템은 원하는 출력 파형의 이상적인 버전을 나타내는 참조 파형을 향하여 출력 파형을 수렴한다. 시스템은 목표 주기 파형의 형상 및 위상에 관한 특징적 정보를 수신하고, 출력 파형을 발생시키며, 참조 파형에 대해 출력 파형을 비교한다. 비교는 참조 파형에 더욱 가깝게 매칭되도록 출력 파형을 변화시키기 위해 출력 하드웨어를 변화시키는 것에 대해 올바른 신호를 초래할 수 있게 된다. 시스템은 이상적 전압 또는 전류 파형을 향해 출력 파형을 수렴시킬 수 있게 되고, 위상 쉬프팅을 유도하게 된다. 전력 시스템은 특정 고조파 왜곡 분석을 수행하는 것 없이 출력 파형에서 감소된 고조파 왜곡을 갖춘 전력 신호를 출력할 수 있게 된다.

Description

계통연계형 전력 변환 시스템에서 임의적인 전기적 파형의 적응적 발생 및 제어{ADAPTIVE GENERATION AND CONTROL OF ARBITRARY ELECTRICAL WAVEFORMS IN A GRID-TIED POWER CONVERSION SYSTEM}

본 출원은 2008년 9월 26일에 출원된 미국 가출원 제61/100,628호 및 2009년 2월 19일에 출원된 미국 가출원 제61/153,940호에 대한 우선권의 이익을 주장한다.

본 발명의 실시예는 전기적 파형의 발생 및 제어에 관한 것으로, 구체적으로는 하드웨어 파형 발생기 및 제어기에 연계된 소프트웨어 처리를 이용하여 임의적인 전기 파형의 적응적 발생 및 제어에 관한 것이고, 더욱 구체적으로는 전기적 계통연계형 전력 변환(electrical grid-tied power conversion)에 이용하는 것에 관한 것이다.

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파형의 고조파 왜곡(harmonic distortion)은 기본 주파수(fundamental frequency)(기본 주파수의 "고조파"로 알려짐)의 정수 배(interger multiples)인 파형 내에서 원하지 않은 주파수의 존재에 의해 특징지워진다. 푸리에 분석을 사용하면, 모든 교류 파형(alternating waveforms)은 기본 정현파 주파수(fundamental sinusoidal frequency)와 그것의 고조파의 합으로 특징지워질 수 있다. 에너지를 전송하기 위한 이상적인 파형은 순수한 정현파이다. 따라서, 원하는 이상적인 전력 신호 파형은 고조파 왜곡이 없는 50/60㎐(국가에 따라 다름)의 기본 주파수를 갖는 순수한 정현파이다.

전력 계통(electrical power grid)에서는 원하지 않는 고조파 왜곡이 유도 모터, 변압기, 캐패시터의 가열을 초래할 수 있고, 중립적 전원 라인에 과부하를 발생시킬 수 있다. 정확한 전압 파형 형상을 요하는 장비, 예컨대 SCR(silicon controlled rectifiers) 또한 고조파 왜곡에 의해(예컨대, 과열) 영향을 받게 된다.

다중 위상 시스템에 있어서, 단상 왜곡 부하에 기인하는 고조파는 활성 라인(active line) 전류 보다 더 큰 값을 중립 전류(예컨대, 중립 라인 상의 전류)에 부여하는 다른(예컨대, 3) 위상을 가로질러 분산될 수 있다. 고조파가 없을 때, 중립 라인(neutral line)은 전형적으로 작은 전류만을 운반한다. 단일 위상 부하가 고조파를 유입시킬 때, 중립 라인의 과부하의 위험성이 증가하게 된다. 중립 라인이 과부하로 되면 과열의 위험성과 화재의 위험성이 증가하고, 접지 문제(grounding problem)를 야기하게 된다.

전력 계통 시스템에서의 고조파는 변전소 변압기(substation transformers) 및 역률 보정 캐패시터(power factor correction capacitors)에 영향을 미친다. 변압기는 과도한 열을 발생시켜 기대 수명을 단축시키는 왜곡된 전류 파형에 의해 영향을 받는다. 캐패시터는 폭발의 부수적인 위험을 갖는 과도한 열을 생성하는 전압 파형에 의해 영향을 받는다.

전원과 부하 양쪽에서의 고조파 왜곡은 문제가 되고 조심스러운 관리가 요구된다. 미국의 전력 계통에 연계하는 태양광 인버터(photovoltaic inverters)와 같은 전기 시스템은 UL 1741 상호연결 표준을 준수해야 한다. 이러한 표준은 고조파 전압의 전체 실효값(root mean square)이 기본 실효값 출력 전압율(섹션 45.4.1)의 30%를 초과하지 않는 것을 요구한다. 임의의 단일 고조파가 기본 실효값 출력의 15%를 초과하지 않을 수 있다. 이들 측정은 저항성 부하에 대한 그 출력 비율의 100%를 전달하는 인버터로 행해져야만 한다.

통상적으로 태양광 또는 풍력 발전 시스템에서 나타나는 DC-AC 전력 인버터는 사인파 발생을 위해 펄스 폭 변조기(PWM; pulse width modulator)를 이용한다. 이는 비교적 순수한 사인파를 발생시키지만, 고조파 성분이 남아있게 되고, 실질적으로는 인버터 내의 다른 하드웨어에 의해 유입될 수 있다. 인버터 전력 출력은 고조파를 감소시키면서 최대 수행능력을 달성할 수는 없다. 부가적으로, 고조파는 전기적 전력 계통에 연계된 장비를 위한 상호연결 표준에 따르도록 제어 및/또는 감소되어질 필요가 있을 수 있다. 고조파 왜곡을 제거하기 위하여, PWM을 이용하는 인버터 전원(inverter supply)에서 필터가 통상적으로 이용된다. 이들은 상당한 비용과 전력 전송 비효율성을 부가한다. 이러한 필터에 대한 대안은 고조파 왜곡을 제거하기 위해 역 고조파 신호를 생성하고 이를 PWM에 적용함으로써 검출된 고조파에 대해 보상하는 것이다. 이러한 접근은 과도한 소프트웨어 처리 또는 추가 비용이 많이 드는 하드웨어를 필요로 한다. 이들 전통적인 시스템에 있어서, 장비의 비용은 제어를 필요로 하는 고조파의 수가 증가함에 따라 상승한다. 비용과 복잡도를 삭감하기 위해, 소정 고조파는 종종 무시되고, 이는 원하는 효과에 상반되는 것이다.

계통 전압과 전류 간의 위상 쉬프트(phase shift)는 "무효 전력(reactive power)"의 전송에 있어서 계통에서 중요한 역할을 한다. 이러한 위상 쉬프트가 일어날 때, 전송 라인은 유도성 부하로서 작용하고, 이는 라인을 따라서 전압을 감소시킨다. 전송 라인 상의 이러한 효과는 전압 저하(brownouts) 및 정전(blackouts)을 초래한다. 이는 계통 상의 모든 곳에서 어느 정도까지 이러한 위상 쉬프팅(phase shifting)을 감소시키는 것이 공익사업(utilities)의 최대의 관심사이다. 통상 관례는 공진 현상이 발생하는 것을 방지하기 위해 약 0.90 또는 0.95 역률에서 위상 쉬프트를 유지한다. 위상 쉬프팅은 유도성 부하에 의해 유도되지만, 통상적으로 멀리 떨어진 대형 발전기에 의해 공급된다. 이러한 위상 쉬프팅은 정적 용량성 보상기(static capacitive compensator)에 의해 더욱 지역적으로(locally) 상쇄될(offset) 수 있지만, 비용이 많이 든다.

본 발명은 계통연계형 전력 변환 시스템에서 임의적인 전기적 파형의 적응적 발생 및 제어 방법과 이를 위한 전력 변환 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 하드웨어 파형 제어기와 결합된 소프트웨어 피드백 제어 서브시스템으로 고조파 왜곡을 제어하는 시스템의 실시예의 블럭도이고,
도 2는 고조파 왜곡을 제어하는 시스템의 일 실시예의 블럭도이며,
도 3은 중첩된(nested) 피드백 제어 시스템의 내부 제어 루프의 실시예의 블럭도이고,
도 4는 이상적인 참조 신호에 기초하여 출력 신호를 생성하기 위한 프로세스의 일 실시예의 흐름도이다.

다음의 상세한 설명에서는 본 발명의 실시예의 예시적인 방식의 실행에 의해 주어진 실례를 갖는 도면에 논의를 포함한다. 도면은 예시적인 방식으로 이해될 수 있고, 한정하는 방식으로 이해될 수 없다. 여기서 사용된 것처럼, 하나 이상의 "실시예"에서의 참조번호는 본 발명의 적어도 하나의 실행에서 포함되는 구체적인 특징, 구조, 또는 특성을 설명하는 것으로 이해될 수 있다. 따라서, 여기서 나타나는 "일 실시예에서" 또는 "택일적인 실시예에서"와 같은 문구는 본 발명의 다양한 실시예 및 실행을 설명하고, 반드시 모두 같은 실시예와 관련되지 않는다. 그러나 그것들은 또한 서로 배타적이지 않다.

도면의 설명을 포함한 어떤 상세한 설명 및 실시는, 여기서 설명된 발명적인 개념의 그 밖의 잠재적인 실시예 또는 구현을 언급하는 것뿐만 아니라, 아래 설명되는 어떤 또는 모든 실시예를 설명한다. 본 발명의 실시예의 개관은 아래에서 도면의 참조번호와 함께 보다 상세한 설명이 제공된다.

본 명세서에서 설명된 바와 같이, 출력은 이상적인 출력에 기초하여 발생되고, 이는 소정의 입력 신호를 위해 출력 신호의 고조파 왜곡 제어를 제공한다. 일 실시예에서, 하드웨어 파형 생성 및 제어와 관련된 소프트웨어 처리는 출력 파형의 형상(shape), 비율(proportion) 및 타이밍(timing)을 보장한다. 출력 파형은, 타이밍(timing), 위상(phasing), 및/또는 주파수 정보를 포함하지만 이에 한정되지 않는 입력 동기화 정보(input synchronization information), 실제 출력 파형의 순간적인 형태(instantaneous form), 및 테이블형식(tabula) 데이터에 의해서 표현된 "이상적" 참조 파형(reference "ideal" waveform)에 기초한다. 실제 출력을 측정하고, 제어/발생 메커니즘에 보정을 제공함으로써, 시스템은 타이밍, 위상 및 그 밖의 주파수 특성과 관련된 구체적인 입력 정보, 실제 출력 파형, 및 이상적 목표 파형을 나타내는 특정한 테이블(table)을 고려하여 임의의 출력 파형에 수렴한다. 이러한 시스템은 원치않는 낮은 고조파 왜곡을 갖는 어떤 임의의 출력 전기적 파형을 만들어 내기 위해서 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 이상적 파형을 나타내는 테이블형식의 참조 데이터와 관련된 임의의 위상을 만들어 내기 위해서 사용될 수 있다. 따라서, 출력 신호의 위상 및 고조파 왜곡 양쪽 모두가 제어될 수 있다.

본 명세서에서 설명된 바와 같이, 부하로부터 수 마일 떨어진 "무효 전력(reactive power)" 문제를 처리하는 것이 아니라, 무효 전력이 지역적으로 발생될 수 있어서, 계통 연계 시스템에 현재 존재하는 "무효 전력(reactive power)" 문제를 처리하기 위해서 더욱 비용 효과적인 방법을 초래한다. 일 실시예에서, 계통 연계 전력 변환 시스템은 수요에 따라(on demand) 동적으로 유효 및 무효 전력의 혼합을 제공하고, 이는 비용을 절약하며 보다 안정적인 전기적 전력 계통을 제공한다. 일 실시예에서, 전력 변환 시스템은 수요에 따라 유효 및 무효 전력의 혼합을 제공하기 위해 그것의 출력 전류(지역적으로)와 계통 전압 간의 위상 쉬프트를 동적으로 변화시킨다.

지역적으로 무효 전력을 생성하는 것과 목표 주기 파형에 대해 출력 파형의 위상을 쉬프트하는 것은 유사한 목적을 성취하기 위한 것으로 이해될 수 있다. 일 실시예에서, 역률은 전기 계통을 마주하면서 출력 파형의 위상 쉬프트를 제어함으로써 부하에서 지역적으로 제어된다. 따라서, 부하를 살펴보면, 출력 파형 위상 쉬프트를 부하의 것에 매칭함으로써 역률은 1 또는 1에 아주 근접하게 유지될 수 있다. 따라서, 출력 파형 및 부하가 전기 계통에 관해서 위상이 어긋날(out of phase) 수 있고, 부하에서 지역적으로 효과적인 "무효 전력을 생성"한다. 위상은, 출력을 필터링하거나 계통 및/또는 부하에 출력을 매칭하기 위해 노력하기 보다는, 출력 파형을 이상적인 원하는 출력 파형에 매칭함으로써 제어될 수 있다.

제어 프로세스(예컨대, 마이크로프로세서 또는 그 밖의 형태의 제어기의 소프트웨어 처리를 통해 구현됨)는 목표 또는 동기화 신호를 위해 구체적인 원하는 주기적인 타이밍, 위상 또는 그 밖의 주파수 정보에 대한 정보를 수신한다. 제어 프로세스는 또한 생성된 출력 파형의 순간적인 크기를 샘플링한다. 주파수 정보 및 순간적인 크기는 부하 특성에 의존할 수 있다. 제어 프로세스는 디지털화된 이상적인 참조 파형(reference digitized ideal waveform)(예컨대, 테이블 형태(tabular form)로 저장된 참조 파형)의 세트포인트와 수신된 데이터를 포인트별로 하나씩(point by point) 비교하고, 에러 데이터를 포인트별로 하나씩 산출한다. 일 실시예에서, 비교 및 연산은 병렬적으로 수행된다. 이상적인 파형은 목표 또는 동기화 신호에 정확하게 동기화될 수 있고, 또는 이상적인 파형은 고정된 위상 옵셋(fixed phase offset)을 가질 수 있다. 위상 옵셋이 적용되는 경우에, 위상 옵셋은 하드코딩되거나(hard coded), 동적으로 변화될 수 있다.

본 시스템은 발생된 에러 데이터를 적절한 피드백 제어 서브시스템(예컨대, 비례-적분-미분(proportional-integral-derivative: PID) 제어기)에 적용하고, 이것은 신호 업데이트(singal update)를 생성한다. 일 실시예에서, 에러 데이터는 참조 신호와 마찬가지로 포인트 단위(point-to-point)이고, 특정 출력 포인트에서 변화를 가리키거나 아무것도 하지 않을 수 있다. 에러 데이터의 합은 업데이트 테이블형식 데이터(update tabular data)라고 지칭될 수 있으며, 이는 하드웨어 파형 발생기 및/또는 제어기에 적용된다. 파형 발생기는 참조되는 이상적 파형에 보다 가깝게 일치하는(match) 출력 파형을 생성한다. 본 시스템은 어떤 임의의 참조 파형을 위해 수정된 데이터 테이블에 또는 업데이트 알고리즘에 대하여 동적으로 적응적인 개선을 가능하게 한다.

전력 변환 실시예에서, 전력원은 MPPT(최대 전력 포인트 트래킹) 또는 동적 임피던스 매칭(예컨대, "전력 변화를 검출하는 전력 추출기"라는 제목으로 동일한 공동 양수인에게 양수된 2007년 7월7일에 출원된 제11/774,562호 계속 특허 출원에 설명된 것처럼)과 같은 알려진 기술을 통해서 제어 프로세스에 의해서 샘플링되고 제어된다. 전력 변환을 위한 전력원을 샘플링하고 제어하는 것은 입력 전력 컨버터에 의한 전력 전송을 최대화하는 것을 돕는다.

상술한 바와 같이, 본 시스템은 특정 고조파 왜곡에 대한 지식 또는 분석 없이도 출력 신호를 이상적인 참조 신호에 수렴시킬 수 있다. 그러나, 출력 신호 및 그것의 파형을 이상적인 신호/파형에 수렴시키는 덕택에, 본 시스템은 개별 고조파 주파수와 관련된 상대적인 전력 수준에 대한 지식 없이도 입력 동기 신호에 대한 위상 옵셋에 관계없이 출력 파형의 다차(multi-order) 고조파 왜곡을 감소시킨다. 하나의 관점에서, 고조파 왜곡 제어는 출력 파형의 특정한 고조파에 대한 정보와 상관없이 출력 파형의 발생에 더욱 신중하게 초점을 맞춤으로 달성된다. 따라서, 특정한 고조파에 집중하는 것보다 이상적 출력 파형을 발생시키는 것에 집중하는 것이, 더욱 효과적으로 왜곡을 줄이면서 왜곡 갱신 시스템의 복잡성을 감소시킨다.

본 명세서에서 설명된 바와 같이, 출력 파형은 임의의 형상 및 위상 정렬로 이루어진 동기(synchronizing) 또는 목표(target) 파형에 수렴될 수 있다. 출력 파형은 전류 파형 또는 전압 파형 중의 하나일 수 있다. 본 시스템은 단순히 수정을 시도는 것 및/또는 입력 신호를 필터링하는 것이 아니라 출력 신호를 생성한다. 따라서, 본 시스템은 타이밍, 위상 및 그 밖의 동기 파형의 특징과 관련된 입력 정보만으로 출력을 동기 (목표) 파형에 수렴시킬 수 있다. 생성된 출력 신호는 시스템의 액티브 오퍼레이션(active operation) 또는 실행시간 동안에 출력 파형을 수정하기 위해 이상적 목표 파형 정보와 비교된다. 이러한 비교는 출력 파형의 고조파 내용을 분석하기 위한 필요 없이 업데이팅 값(updating value)들로 하여금 원래 표현된(originally expressed) 것보다 이상적인(ideal) 것에 더욱 가까운 새로운 출력 파형을 생성할 수 있게 한다.

일 실시예에서, 이상적 목표 파형은 값 엔트리들로 이루어진 테이블(a table of value entries) 또는 다른 한편으로는 한 그룹의 세트포인트들(a group of setpoints)로 저장된다. 파형 엔트리(또는 세트포인트)들은 임의의 길이 또는 형식, 정수 또는 비정수(non-integer)이다. 이상적 목표 파형 엔트리들은 실행시간에 동적으로 발생될 수 있고, 또는 미리 계산되어 하드코딩되거나 프리컴파일될(pre-compiled) 수 있다. 파형의 동적 또는 미리 발생은 원하는 출력 파형의 이상적 형태를 기초로 하여 이상적 참조 포인트들의 값들을 연산하는 것을 포함한다. 값들은 정규화된 파형(normalized waveform)(예컨대, 1의 피크값)에 비례할 수 있고, 또는 배율기(multiplier)(파형을 업 또는 다운 스케일링하는)로 계산될 수 있다. 파형 형상은 표현되는 형태에 있어서 정현파 또는 비정현파일 수 있다. 이런 이상적 파형은, 예컨대 사인파, 구형파, 톱니파, 또는 그 밖의 주기파일 수 있다.

일 실시예에서, 파형 엔트리들은 균등한 간격을 가지지만(시간 영역 또는 주파수 영역 둘 다에서), 이들이 반드시 필수적으로 균등한 간격을 가지는 것은 아니다. 이상적 파형의 세트포인트에 대응하도록 샘플들이 취해져야 하는 때를 가리키기 위하여 타이밍 정보가 시스템 내에 포함될 수 있을 것이다. 파형 값 엔트리들은 시간의 순방향 또는 시간의 역방향 또는 이들의 임의의 조합으로 이루어질 수 있다. 엔트리들은 압축되거나 압축되지 않는 형식 또는 상태로 저장될 수 있다. 일 실시예에서, 데이터는 이상적인 파형의 형식에 있어서 그 밖의(예컨대, 다른) 이상적인 파형으로의 변경에 영향을 주기 위하여 실행시간 동안에 변경될 수 있다.

시스템 내의 비교 메커니즘은 비교 알고리즘을 실행하고, 이는 2개의 멤버(member)를 비교하는 임의의 표준 또는 비표준 알고리즘일 수 있다. 비교는 샘플링 기술을 포함할 수 있지만, 이러한 기술이 필수적으로 요구되는 것은 아니다. 일 실시예에서, 비교는 포인트별로 하나씩 실행된다. 이와 달리, 복수의 포인트들이 샘플링되고 비교될 수 있고, 또는 샘플링은 다른 한편으로 포인트별로 하나씩 고려되지 않을 수 있다.

제어 프로세스는 선택 메커니즘을 포함할 수 있고, 이는 임의의 표준 또는 비표준 선택 알고리즘을 수행한다. 하나의 예시적인 선택 알고리즘은 비례-적분-미분(PID) 제어기이다. 선택 알고리즘 자체는 연산을 수행하거나 수행하지 않을 수 있고, 선택 프로세스의 일부로서 시간 영역에서부터 주파수 영역으로 변환하거나 변환하지 않을 수 있고 주파수 영역에서부터 시간 영역으로 변환하거나 변환하지 않을 수 있다. 일 예에서, 선택 메커니즘은 데이터를 포인트별로 하나씩 선택한다. 택일적으로, 선택 메커니즘은 그룹 단위로(by group) 데이터를 선택할 수 있다.

본 시스템은 출력 파형을 생성하는 출력 하드웨어를 포함한다. 하드웨어가 출력 파형을 생성하도록 하기 위해서 출력 하드웨어는 제어 메커니즘에 의해서 구동된다. 업데이트된 테이블 값들은 출력 파형의 발생을 구동하기 위해서 임의의 표준 또는 비표준 기술을 사용하는 출력 하드웨어에 적용된다. 일 실시예에서, 출력 하드웨어가 펄스-폭 변조(PWM)으로 구동된다. 그러나, 그 밖의 디지털, 가변 전력 제어 메커니즘이 사용될 수 있다. 또한, 아날로그 또는 단계 제어 메커니즘이 출력을 구동하기 위해서 사용될 수 있다.

상술한 바와 같이, 일 실시예에서, 생성된 출력 파형은 동기 파형과 관련하여 위상이 쉬프트될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 타이밍은 동기 파형에 대한 위상 옵셋으로 출력 파형 발생을 구동하기 위해서 제어기에 의해서 조정될 수 있을 것이다. 이러한 위상 쉬프팅은 입력 신호를 필터링하거나 조정하는 종래의 시스템과는 대조적으로, 고조파 왜곡을 증가시키지 않으면서 동적으로 성취될 수 있다.

도 1은 하드웨어 파형 제어기와 결합된 소프트웨어 피드백 제어 서브시스템을 가지고 고조파 왜곡을 제어하는 시스템의 실시예의 블럭도이다. 시스템(100)은 전력원(power source)(104), 부하(load)(106), 및 출력 및 제어 시스템(output and control system)(102)을 포함한다. 전력 경로(power path: 110)는, 출력 시스템(102)에 의해서 제어되는 바와 같은, 전력원(104)에서부터 부하(106)까지의 전력의 경로를 나타낸다.

출력 시스템(102)은 전력원(104)으로부터 입력 전력을 수신하고 그것을 다른 형태로(예컨대 직류에서 교류로) 변환하기 위한 입력 전력 컨버터(120)를 포함한다. 입력 전력 컨버터(120)는 변환하려는 전력 신호를 수신하기 위한 하드웨어 구성요소를 포함하고 적절한 전력 구성요소를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 입력 전력 컨버터(120)는 동적 임피던스 매칭을 실행하고, 이는 입력 전자장치로 하여금 전력원(104)으로부터 최대 전력을 전달하는 것을 가능하게 한다. 동적 임피던스 매칭은 가능한 한 전력 기울기(예컨대, 기울기 0)를 평탄하게 유지하기 위해서 입력 전력 커플러를 구동할뿐만 아니라 지속적으로 최대 전력 지점을 트랙킹하는 것을 포함한다. 입력 전력 컨버터(120)는 컨버터의 동작을 지시하기 위한 입력을 제공할 뿐만 아니라, 제어기(130)로부터 제어 신호 또는 정보를 수신할 수 있다.

입력 피드포워드(112: feedforward)는 소스 전력(source power)에 대한 정보(예컨대, 최대 전력값, 적절한 주파수, 또는 입력 전력 컨버터 하드웨어를 제어하기 위한 다른 정보)를 제어기(130)에 제공한다. 제어기(130)는 입력 전력에 대한 입력 정보에 기초하여 입력 전력 컨버터(120)를 제어한다. 제어기(130)는 출력 시스템(102) 내에 임베디드될 수 있는 임의의 타입의 프로세서 제어기를 나타낸다. 제어기(130)는 임의의 타입의 마이크로컨트롤러, DSP(digital signal processor), 로직 어레이, 또는 다른 제어 로직이거나 이것들을 포함할 수 있다. 더욱이, 미리-계산된 또는, 실행시간 동작 동안 얻어지거나 발생된 코드 또는 값들을 저장하기 위해, 제어기(130)는 적절한 메모리 또는 저장 소자들(예컨대, RAM(random access memory), ROM(read only memory), 레지스터, 및/또는 플래쉬(Flash))를 포함할 수 있다.

제어기(130)는 원하는 출력 파형을 발생시키기 위해 프로그램 가능한 파형 발생기(140)를 구동한다. 발생기(140)는 또한 전력 경로(110) 상에 있고, 출력을 위해 입력 전력 컨버터(120)로부터 입력 전력을 수신한다. 전력이 전송될 수 있지만, 그것은 반드시 수신된 것과 같이 동일한 파형을 갖는 출력인 것은 아니다. 예컨대, DC 신호가 도 1의 예에 도시된 바와 같이, 정현파 신호로서 출력될 수 있다. 다른 전력 변환들도 도시되고 설명된 바와 같이 유사하게 달성될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 발생기(140)는 출력 파형(108)을 발생시키기 위해 PWM을 포함한다. 발생기(140)는 제어기(130)로부터 제어 신호들 및 정보를 수신하고, 상태 또는 동작 정보를 제어기(130)에 제공하거나 제어기(130)에 피드백할 수 있다. 출력 파형은 전류 또는 전압 중 어느 하나일 수 있다.

출력 시스템(102)은 구체적인 타이밍, 위상, 또는 다른 주파수 정보를, 출력 파형(108)을 발생시키는 것에 통합시킬 수 있다. 이러한 타이밍, 위상, 또는 다른 주파수 정보는 "입력 동기화 데이터(input synchronization data)"라고 지칭될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 이러한 입력 동기화 데이터는 실시간 부하 정보로부터 도착하고, 이러한 경우에 있어서 이것은 "부하 동기화 입력(load synchronization inpu)"이라고 지칭될 수 있다. 부하 동기화 입력 또는 입력 동기화 데이터는 상술한 정현파 신호를 결정하기 위해 필요한 정보를 가리킨다. 이러한 정보는 출력 시스템(102) 내에서 출력 동기(114)로 표시된다. 출력이 (예컨대, 전기적 계통(grid)에 연결되는 것과 같이) 예상되는 시스템에 있어서, 소정의 전압, 타이밍, 또는 다른 정보는 (예컨대, 60Hz에서 120V와 같이) 예상될 수 있고, 최초 추정값이 시작시점에서 시스템에 의해 만들어지거나 프로그램밍될 수 있다. 부하 동기화 데이터에 기초하여, 최초 추정값은 조정될 수 있다.

제어기(130)는 또한 발생기(140)에 의해 발생된 실제 출력을 결정하기 위해, 전력 경로(110)로부터 떨어져 출력 피드백(116)을 측정한다. 원하는 출력이 발생되고 있는지를 결정하기 위해, 실제 출력이 이상적인 참조(ideal reference)와 비교된다. 일 실시예에 있어서, 출력 피드백(116)은 제어기(130)에 의한 출력 측정을 나타내는 추상적 개념이고, 내부에 별도의 소자들을 포함하지 않는다. 일 실시예에 있어서, 출력 피드백(116)은 이상적인 참조 신호와 비교하기 위해 샘플링(sampling) 메카니즘을 포함하거나 다른 데이터 선택 메카니즘을 포함한다. 출력 피드백(116)이 제어기(130)와는 별도로 소자들을 포함한다면, 그것은 제어기(130)에 의해 구동될 수 있고, 제어기(130)로부터 비교 데이터를 수신할 수 있으며, 에러 또는 피드백 정보를 제공할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 출력 피드백(116)은 출력 라인과 인터페이스하기 위한 피드백 제어 프로세스를 위해 필요한 적어도 하드웨어 소자들을 포함하는 것으로 이해된다. 더욱이, 출력 피드백(116)은 측정, 계산, 및/또는 프로세싱을 수행하기 위해 다른 하드웨어를 포함할 수 있다.

출력 동기(114)와 출력 피드백(116) 둘 다는 피드백 루프(loop)라고 여겨질 수 있다. 출력 동기(114)와 출력 피드백(116)이 동일한 것이 아니고, 서로 다른 목적을 수행한다는 점이 이해될 것이다. 출력 동기(114)는, 참조 파형 테이블(reference waveform table)(132)에 저장된 바와 같이, 이상적인 참조 신호가 무엇처럼 보여야 하는지를 가리킨다. 출력 피드백(116)은 실제 출력이 참조 신호로부터 어떻게 변화하는지를 가리킨다. 업데이트 테이블(134)은 출력 피드백(116)에 응답하여 발생된 데이터를 나타낸다. 일 실시예에 있어서, 출력 피드백(116)은 전력 경로(110)의 출력에서 발생된 출력 전류를 기초로 하는 반면에, 출력 동기(114)는 전력 경로(110)의 출력에 대한 전압 정보를 기초로 한다.

출력 동기(114)에 기초하여(또는 출력 동기의 최초 추정치에 기초하여), 출력 시스템(102)은 발생기(140)에 의해 발생되어지길 원하는 출력 파형의 이상적인 형태를 나타내는 참조 파형 테이블(132)을 저장하고 그리고/또는 발생시킨다. 참조 파형 테이블(132)은 출력 파형이 무엇처럼 보여야 하는지를 반영하는 테이블 또는 다른 세트의 포인트들(또는 세트포인트들)로서 저장될 수 있다. 정현파 파형이 표시되지만, 임의의 주기적인 파형이 사용될 수 있을 것이다. 참조 파형 테이블(132)은 선택적으로 참조 파형 소스(reference waveform source)라고 지칭될 수 있다.

출력 피드백(116)에 기초하여, 출력 시스템(102)은 업데이트 테이블(update table)(134)을 발생시킨다. 업데이트 테이블(134)은 참조 파형 테이블(132)의 파형에 더욱 가깝게 일치하는 출력을 제공하기 위해 발생기(140)의 동작을 어떻게 수정할지를 가리키기 위한 포인트들 또는 엔트리들(entries)을 포함한다. 테이블로서 표시되어 있지만, 업데이트 테이블(134)은 소정 간격으로(예컨대, 각 엔트리가 측정된 에러 데이터를 반영하기 위해 필요할 때 업데이트됨) 수정되는, 저장된 테이블일 수 있고, 또는 각 업데이트 간격마다 새롭게 생성될 수 있다. 업데이트 테이블(134)은 또한 업데이트 데이터 소스라고 지칭될 수 있다. "업데이트들(updates)"은 오래된 값들의 수정들(modifications), 값들의 대체(replacement)일 수 있고, 또는 제어기(130)에 의해 액세스되는 메모리 내의 다른 위치들 안에 저장될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 업데이트 테이블(134)의 각 값은 한 세트의 포인트들의 각각에 대한 "올림(up)", "내림(down)", 또는 변화없음(no change)을 가리킨다. 이러한 값들은 출력 신호가 원하는 이상적인 파형에서 수렴하도록 야기하기 위해 발생기(140)의 출력을 제어하는 하드웨어에 적용된다.

일 견지로부터, 출력 시스템(102)은 5 개의 특징들 또는 소자들을 갖는 것과 같이 보여질 수 있다. 이러한 특징들이 소정 블록 다이어그램들을 매개로 도 1에 도시되지만, 다양한 다른 소자들 및 다른 구성들이 이러한 특징들의 하나 이상을 실행하는데 사용될 수 있다는 것은 이해될 것이다. 제한의 방법이 아니라 논의를 목적으로, 이러한 특징들은 "특징 1", "특징 2" 등과 같은 참조를 가지고 이하 설명된다. 이러한 규칙이 단지 설명된 특징 또는 소자의 주요한 내용과 관련되어 단지 기재된 것이고 규칙 또는 표식과 관련된 어떤 것을 반드시 지칭하는 것은 아니라는 것은 이해될 것이다.

특징 1은 구체적인 타이밍, 위상 또는 다른 주파수 정보에 대한 수단을 포함할 수 있다. 이러한 수단은 출력 동기(114)에 기초한, 상기한 바와 관련된 입력 동기화 데이터 또는 부하 동기화 입력을 발생시키고 수신하기 위해 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함한다. 특징 2는 출력 파형(108)의 이상적인 형태를 나타내는 소프트웨어를 갖는 방정식 또는 데이터의 테이블을 포함할 수 있는 참조 파형 테이블(132)을 포함한다. 특징 3은 참조 파형 테이블(132)에 의해 나타난 바와 같이 이상적인 테이블형식 표현(ideal tabula representation)과 발생기(140)에 의해 발생된 실제 출력 파형을 비교하는 소프트웨어 알고리즘일 수 있거나 소프트웨어 알고리즘을 포함할 수 있는 제어기(130)를 포함한다. 특징 4는 업데이트 테이블(134)에 의해 나타난 업데이트 데이터를 계산하거나 다른 한편으로 선택하고 발생시키는 제어기(130) 내에 알고리즘을 포함한다. 특징 5는 원하는 형상, 비율, 타이밍, 및 위상의 출력 파형(108)을 발생시키기 위해 업데이트 테이블(134)로부터의 업데이트 데이터를 이용하는 발생기(140)를 포함한다.

특징 1과 관련하여, 구체적인 타이밍, 위상, 또는 다른 주파수 정보는 비교를 위해 동기화 정보를 제공하고 제어기(130) 내의 알고리즘을 업데이트한다. 정보는 실시간 하드웨어 모니터링 신호(real-time hardware monitored signal), 또는 다른 소스의 테이블, 방정식, 샘플링에 의해 일어날 수 있다.

특징 2와 관련하여, 참조 파형을 나타내는 데이터는 테이블 내에 있다면, 임의의 길이 및 임의의 포맷(format), 정수 또는 비정수일 수 있다. 이러한 테이블은 실행시간(runtime)에 동적으로 발생될 수 있고 또는 컴파일 시간(compile time)에 하드코딩(hard-coded)될 수 있다. 나타난 파형의 이상적인 형태는 정현파이거나 비정현파일 수 있다. 파형은 시간 영역에서 균등한 간격을 가지거나 균등하지 않은 간격을 가지는, 시간의 순방향 또는 시간의 역방향 또는 이들의 임의의 조합으로 이루어진 데이터 값들에 의해 표현될 수 있다. 파형은 주파수 영역 내에서 데이터 값들에 의해 선택적으로 표현될 수 있고, 임의의 형태로 조직화될(organized) 수 있다. 데이터는 압축되거나 비압축될 수 있다. 데이터는 계산된 데이터 세트포인트들에 의해서가 아니라 방정식에 의해 표현될 수 있고, 또는 방정식에 의해 일부가 표현되고 테이블에 의해 일부가 표현될 수 있다. 데이터는 실행시간에서 프로세싱하는 동안 이상적인 파형의 형태를 다른 이상적인 파형으로 바꾸기 위해 변경될 수 있다. 참조 파형 테이블(132) 내의 값들은 실행시간에 변경된다면 다른 값으로 수정되거나 대체될 수 있다. 데이터는 입력 파형과 정확한 위상 내에 있도록 정렬될 수 있고 또는 위상이 쉬프트(shifted)될 수 있다.

특징 3과 관련하여, 제어기(130)는 임의의 종래의 또는 표준 비교 알고리즘을 포함할 수 있다. 제어 알고리즘은 표준 또는 비표준 샘플링 기술들을 통해 하드웨어에 의해 샘플링되고 소프트웨어 데이터 값들로 변환되는, 출력 파형을 나타내는 데이터 값들을 비교한다. 일 실시예에 있어서, 제어기는 테이블의 이상적인 세트포인트들 또는 방정식 산출값들을 포인트별로 하나씩 동기화 정보와 비교하고, 에러 데이터를 포인트별로 하나씩 발생시킨다. 일 실시예에 있어서, 제어기는 포인트별로 하나씩 프로세싱하는 대신에 한 번에 복수의 포인트들을 프로세싱할 수 있다.

특징 4와 관련하여, 제어기(130)는 임의의 표준 또는 비표준 기술을 사용하여 새로운 데이터를 발생시키거나 생성하는 선택 알고리즘을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 선택 알고리즘은 계산을 수행하는 것을 포함한다. 선택적으로, 선택 알고리즘은 프로세싱 또는 계산을 수행하지 않고 데이터를 단순히 선택할 수 있다. 선택 알고리즘은 세트포인트들의 테이블 내에 데이터 값들을 대체할 수 있고, 또는 다른 저장 영역을 사용하는 것을 선호하는 테이블 내에 데이터 값들을 남겨둘 수 있다. 선택 알고리즘은 선택 프로세스의 일부로서 시간 영역에서 주파수 영역으로 데이터를 변환할 수 있고, 또는 주파수 영역에서 시간 영역으로 데이터를 변환할 수 있다. 알고리즘은 에러 업데이트 메카니즘(예컨대, 알고리즘)을 제공하는데, 적용시 출력을 정정할 데이터 값들을 식별한다는 점에서 그러하다. 따라서, 데이터 값들의 적용 후의 출력 파형은 더욱 바람직한 이상적인 파형처럼 나타난다.

특징 5와 관련하여, 업데이트 테이블(134)에 의해 나타나는 새로운 데이터 값들은 출력 파형의 발생을 구동하도록 표준 프로세스를 통해 발생기(140) 내의 하드웨어에 적용된다. 일 실시예에 있어서, 새로운 데이터 값들은 이산 데이터 값들을 아날로그 출력 파형으로 변환하는 임의의 다른 메카니즘 또는 PWM 메카니즘을 통해서 적용된다.

도 2는 고조파 왜곡을 제어하는 시스템의 실시예의 블록 다이어그램이다. 일 실시예에 있어서, 도 2의 시스템(200)은 도 1의 계통연계형 전력 변환 시스템 실행 시스템(100)의 예이다. 따라서, 입력(202)은 소스(102)로부터의 입력 전력에 대응할 수 있고, 출력(250)은 부하(106)에서의 출력에 대응할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 시스템(200)은 출력 전류 신호의 고조파 왜곡 및 계통연계형 태양광 또는 다른 소스, DC 대 AC 전력 변환 시스템의 출력 전류 신호와 계통 전압 사이의 위상 쉬프트를 제어한다.

시스템(200)은 출력(250)에서 입력 DC 전력(202)을 출력 AC 전력으로 인버트시킨다(invert). 일 실시예에 있어서, 출력(250)에서의 전압 및 전류는, 스프리어스(spurious) 고조파에 의해 왜곡되지 않은, 이상적인 60Hz 정현파인데, 여기서 전류는 위상 쉬프트에 의해 전압에 대해서 진상(lead)이거나 지상(lag)이다. 이러한 실행은 계통연계형 시스템 내에서 채용될 수 있고, 여기서 출력 전압은 출력(250)에서 계통연계에 의해 확고하게 설정되지만, 전류는 그렇지 않다. 규정 UL 1247은 전류가 고조파 왜곡에서 감소되는 것을 요구한다. 설명된 바와 같이, 시스템(200)은 적어도 계통의 고정된 전압으로부터 위상이 쉬프트된, 하지만 그 양상에 있어서 왜곡되지 않은, 이상적인 정현파 파형의 형성을 제공한다.

일 실시예에 있어서, 시스템(200)의 동작은 세 개의 요소로 분리될 수 있다. 첫 번째 요소는 왜곡 없이 위상 쉬프트의 원하는 각을 갖는 원하는 파형을 위한 이상적인 전류 파형 값들의 테이블을 설정하는(establish) 것이다. 출력 전류 파형들 및 이상적인 전류 파형들에 대해 보다 구체적으로 설명하지만, 이러한 것은 비-제한적인 예이고, 시스템(200)과 관련된 논의는 본 분야에서 통상의 기술을 가진 자에 의해 이해될 변형들을 갖는 출력 전압 파형들을 제어하는데 또한 적용될 수 있다고 이해될 것이다. 두 번째 요소는 이상적인 파형과 파형 발생기에 의해 발생된 실제 출력 신호를 비교하는 것이다. 세 번째 요소는 입력 타이밍 정보 및 에러 정보를 가지고, 파형 발생기가 실제 출력 파형을 바로잡는 것을 가능하게 하는 값들의 업데이트 테이블을 발생시키는 것이다. 동작들은 이상적인 파형(예컨대, 정현파)을 향하는 경향이 있는 출력 파형을 반복적으로(iteratively) 개선한다. 따라서, 동작들의 결과는 계통 전압 파형에 대하여 동상(in-phase)인, 진상(leading)인 또는 지상(lagging)인 순수 60 Hz 전류 파형을 위치시킨다.

일 실시예에서, 메인 전력 흐름-통과 경로(power flow-through path)는 다음과 같이 발생한다: 입력(202)은 DC 입력 전력이다. PWM 발생기(230)는 갱신된 값의 테이블(PWM 테이블 엔트리 갱신(280))을 사용하여 DC-AC 컨버터(DC-to-AC converter)(242)를 구동한다. 일 실시예에서, 갱신 테이블(280)은 도 1에서의 테이블(140)에 해당한다. 입력 DC 전력(202)은 인버터 하드웨어(240)의 DC-AC 컨버터(DC-to-AC converter)(242)로 흘러들어가고 출력 AC 전류 파형(250)으로서 나온다. 전류 파형 검출기(244)는 출력(250)에서 전류 파형을 검출한다. 입력 파형은 PWM 발생기(230)에서 완벽한 사인파(sine wave)로서 나타나고, 전류 파형 검출기(244)에서 왜곡된다. 왜곡의 양은 과장될 수 있지만, 출력 파형이 처음에도 이상적인 희망 파형처럼 보이지 않을 수 있다는 것을 도시한다. 하지만, 파형은 피드백을 통해서 수렴한다. 인버터 하드웨어(240)는 또한 전압 파형 검출기(246)를 포함하고, 이것은 도 1에서의 출력 동기(sync) 정보에 해당하는 동기 정보(248)를 생성한다.

피드백을 검출하고 구현하는 제어 루프 흐름은 다음과 같이 발생한다: DC 입력 전력 정보(204) 및 입력 위상 쉬프트 정보(206)는 참조 이상 파형(reference ideal waveform)(210)을 정제한다(refine). 참조 이상 파형은, 상술한 바와 같이, 테이블로서 저장될 수 있다. 일 실시예에서, 동시에 PWM 발생기(230)의 출력은 피크가 검출되고(222), 참조 파형 레벨 제어(224)에서 이상적인 테이블의 스케일을 조정하는 것이 허용된다. 레벨 제어(224)의 출력은 원하는 순간적인 이상적 파형(ideal waveform)이다. 참조 파형 레벨 제어(224)로부터의 참조 파형 및 실제 출력은 PID(proportional-integral-derivative) 제어기(260)에서 수신된다.

PID 제어기(260)는 스케일이 조정된 참조 파형 및 실제 출력 파형을 수신하는 PWM 테이블 에러 검출기(262)를 포함한다. 에러는 비례 에러 블록(264), 적분 에러 블록(266), 및 미분 에러 블록(268)을 위한 에러 입력이 된다. 에러 신호들의 합은 PWM 테이블 에러 합이고, 이것은 PWM 테이블 엔트리 갱신(280)에 PID 제어기 출력을 제공한다. 이들 갱신된 테이블 값들은 PWM 발생기(230)로 피드백되고, 인버터 하드웨어(240)의 출력을 조정하기 위해 발생기를 구동해서 출력 신호를 참조 파형(210)으로 수렴시킨다.

도 3은 중첩된(nested) 피드백 제어 시스템의 내부 제어 루프의 일 실시예의 블록도이다. 참조 파형 제어(300)는 계통연계형(grid-tied) 시스템의 제어기이다. 참조 파형 제어(300)는 중첩된 피드백 제어 시스템의 내부 제어 루프(310)를 포함한다. 중첩된 루프들은 상호의존적이다. 다시 말해, 하나의 제어 루프의 기능이 다른 제어 루프로의 입력으로서 사용되는 신호에 영향을 미친다. 외부 제어 루프는 상술한 바와 같이 출력 파형에서의 천이 고조파 왜곡에 대해서 정정한다. 내부 제어 루프(310)는 외부 제어 루프 내에서 완전히 중첩된다. 내부 제어 루프(310)는 내부 제어 루프(310)가 피드백을 제공하는 값들과 관련된 정보를 입력으로서 수신한다.

내부 제어 루프(310) 내에서, 입력 전력 정보(302)가 수신되어 에러 신호 테이블 피크 조정(352)과 결합된다. 본 문서에서 사용된 바와 같이, "결합(combining)"은 입력을 기초로 하여 또는 입력과 함께 하나 이상의 동작을 수행하는 것을 가리키고, 덧셈 또는 누적 함수에만 한정된 것으로 이해되지 않는다. 입력 전력 정보(302) 및 테이블 피크 조정(352)의 선택적 결합은 참조 이득 제어(354)를 생성하는데, 이것은 입력 전력 및 로컬 계통(local grid) 특성을 포함하는 전류 동작 조건을 맞추도록 동적으로 인버터 출력을 조정하기 위해서 참조 파형 이득(360)에서 참조 파형(304)의 이득을 설정하고 조정한다.

일 실시예에서, 참조 파형 제어(300)는 다음과 같이 참조 파형을 제어한다: 가장 최근 또는 대부분의 전류 사인파 발생기 테이블(308)이 조사되고, 피크 테이블 값이 피크 검출기(320)에 의해서 추출된다. 실제 피크값(332)은 목표 피크값(334)과 비교되어, 피크 에러값(336)을 생성한다. 목표 피크값(334)은 전형적인 하드웨어 특성을 기초로 하여 하드코딩될(hard-coded) 수 있고, 또는 실시간으로 결정될 수 있다. 에러 신호는 외부 제어 루프 응답과 부적절하게 상호작용하는 것을 막도록 내부 제어 루프(310)의 주파수 응답을 조정하기 위해서 PID 제어 또는 제어기(340)에 의해 조절된다.

PID 제어(340)의 출력은 테이블 피크 조정 신호(352)이고, 이것은 참조 파형 이득 제어 신호(354)를 유도하기 위해서 입력 전력 정보(302)와 결합된다. 참조 이득 제어 신호(354)를 사용하여, 참조 파형 이득(360)은 전력 변환을 위해 시스템의 동작 조건으로 요구되는 것에 정확히 부합하도록 참조 파형 출력(306)을 조정하기 위해서 참조 파형(304)의 진폭을 증가시키거나 감소시킬 수 있다.

일 실시예에서, 입력 전력 정보(302)는 내부 제어 루프(310)와 비교하여 일정하게 또는 매우 천천히 움직인다(예를 들어, 약 10배 이상 느리다). 입력 전력 정보(302)가 천천히 움직이는 경우, 내부 제어 루프(310)는 실시간으로 참조 파형(304)의 진폭을 미세 조정하여, PWM 테이블 값들이 특정 최소값 및 최대값을 포함하는 특정 범위의 값들에 걸쳐서 존재하는 것을 보장한다. 특정 범위의 값들 내에서 PWM 테이블 값들을 포함하는 것은 최대 파형 제어 해상도를 유지하면서 최대 출력 전력을 전달하기 위한 계통 연계형 컨버터의 능력을 향상시킨다.

상호의존적인 제어 루프들을 가지는 것은 시스템 불안정을 초래할 수 있는데, 하나에 의해서 생성된 에러가 전파될 수 있고, 스파이럴링-업(spiraling-up) 방식으로 다른 것에 의해서 증폭될 수 있기 때문이다. 안정성 취득을 돕기 위한 한 방법은 내부 제어 루프(310)의 정정 동작보다 덜 빈번하게 외부 제어 루프의 정정 동작을 수행하는 것이다. 이러한 방식으로, 내부 제어 루프(310)는 고조파 왜곡 에러를 정정하기 위하여 외부 루프 동작에 앞서 참조 파형 출력(306)의 주어진 값에 대하여 안정화를 하는 시간을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 외부 제어 루프는 내부 제어 루프(310)에 대한 10x의 주파수와 비교하여 1x의 주파수로 수행된다. 더 안정적인 동작을 위해 조정 주파수에서 어느 정도의 크기 차이가 허용된다. 1Ox는 크기의 10배의 한 예이고, 성능의 주파수에서의 비교는 약 10 이상일 수 있다는 것이 이해될 것이다.

도 4는 이상적인 참조 신호를 기초로 하여 출력 신호를 생성하기 위한 프로세스의 일 실시예의 흐름도이다. 본 명세서에서 도시된 바와 같은 흐름도는 다양한 프로세스 동작의 시퀀스의 예들을 제공한다. 구체적인 시퀀스 또는 순서로 도시되었을지라도, 다르게 특정되지 않았다면, 동작의 순서는 변경될 수 있다. 그래서, 도시된 구현은 단지 예로서 이해되어야 하고, 안전한 채널을 수립하기 위한 채널은 다른 순서로 수행될 수 있고, 일부 동작은 병렬로 수행될 수 있다. 부가적으로, 하나 이상의 동작은 발명의 다양한 실시예에서 생략될 수 있다; 그래서, 모든 동작들이 모든 구현을 요하는 것은 아니다. 다른 흐름의 프로세스가 가능하다.

전력 컨버터 시스템은 입력 전력을 수신한다(402). 시스템은 수신된 전력을 다른 형태로 변환하거나 입력 전력 신호를 클린하게 만들기 위한 부스트(boost)로서 작동하여 클린한 신호를 계통상으로 돌려보낸다. 참조 세트포인트 발생기는 입력 전력 정보를 얻는다(404). 도 4와 관련하여 설명한 바와 같이, 참조 세트포인트 발생기와 같은 다양한 프로세스 엘리먼트들이 시스템의 별도의 구성요소로서 설명될 수 있다. 이 엘리먼트들은 상기 특정 실시예에서 설명된 것에 따라 별도의 구성요소일 수도 있고, 주 시스템 제어기(primary system controller)의 모든 부분일 수도 있다. 시스템은, 입력 전력을 샘플링해서 신호 발생기로 보내질 정보를 생성하기 위한 소정의 계산을 하는 로직을 포함할 수 있다. 참조 세트포인트 발생기는 참조 (이상적인 출력) 파형을 나타내는 한 그룹의 세트포인트를 생성한다(406). 참조 파형은 시스템의 가장 가능성 있는 출력(또는 이상적인 출력)으로 보이는 것이다.

일 실시예에서, 참조 세트포인트 발생기는 추후의 사용을 위해서 테이블 내에 참조 파형 세트포인트를 저장한다. 이와 달리, 참조 세트포인트는 방정식을 구현하는 알고리즘으로부터 계산될 수 있다. 참조 세트포인트 발생기는 스케줄 방식으로(예컨대, 시간의 양을 기초로 하여) 또는 입력 신호에서 차이를 검출한 것에 대한 응답으로 참조 세트포인트를 때때로 업데이트할 수 있다.

기본 출력 파형 발생기는 출력 파형을 생성한다(410). 일 실시예에서, 시스템은 출력 파형을 샘플링하기 위한 샘플링 회로를 포함한다(412). 샘플러(sampler)는 출력 파형 샘플을 피드백 시스템으로 보낸다. 피드백 시스템은 샘플의 값이 무엇이어야 하는지를 가리키는 대응하는 참조 파형 세트포인트를 획득한다(414). 피드백 시스템은 출력 파형 샘플을 참조 파형 세트포인트와 비교하고(416), 출력 파형 샘플 및 참조 파형 세트포인트 사이의 차를 기초로 하여 정정 제어 신호를 생성한다(418).

시스템 제어기는 정정 제어 신호를 수신하는 것을 기초로 하여 기본 출력 파형 발생기의 동작을 조정한다. 따라서, 정정 제어 신호를 수신하는 것에 대한 응답으로, 시스템은 출력 하드웨어의 동작을 조정한다(420). 일 실시예에서, 출력 파형의 생성 및 샘플링 및 이어지는 에러 정정은 연속적인 동작으로 고려될 수 있다. 다시 말해, 이 동작은 시스템이 가동되는 동안 계속될 것이다. 때때로, 시스템은 참조 파형을 조정할 수 있다. 그래서, 시스템은 참조 파형을 재계산할지 여부를 결정할 수 있다(422). 만일 시스템이 재계산하지 않는다면(424), 시스템은 참조 파형과 비교하여 출력 파형을 조정하는 "내부 루프"의 수행을 계속할 것이다. 만일 시스템이 재계산하는 것으로 결정했다면(424), 참조 세트포인트 발생기는 입력 전력 신호에 대한 정보를 갱신하고, 참조 파형을 재계산하며, 시스템은 출력 신호를 갱신된 참조 파형과 비교한다.

다양한 동작들 또는 기능들이 본 명세서에서 설명되었는데, 이들은 소프트웨어 코드, 명령어, 설정, 및/또는 데이터로서 설명 또는 정의될 수 있다. 내용은 직접 실행 가능한 ("객체" 또는 "실행가능한" 형태의) 소스 코드 또는 다른 코드("델타" 또는 "패치" 코드)일 수 있다. 본 명세서에서 설명된 실시예들의 소프트웨어 내용은 저장된 내용을 가진 제조 물품에 의해서 또는 통신 인터페이스를 통해 데이터를 보내기 위한 통신 인터페이스를 동작시키는 방법에 의해서 제공될 수 있다. 기계 판독가능한 매체는 기계가 설명된 기능들 또는 동작을 수행하도록 하고, 기록가능한/기록가능하지 않은 매체(예를 들어, ROM(read only memory), RAM(random access memory), 자기 디스크 저장 매체, 광학 저장 매체, 플래시 메모리 장치 등)와 같이, 기계(예를 들어, 컴퓨팅 장치, 전자 시스템 등)에 의해서 접근가능한 형태로 정보를 제공하는 (즉, (예를 들어, 컴퓨터 판독가능 매체를) 저장하는 및/또는 (즉, 통신 매체를) 전송하는) 임의의 메커니즘을 포함할 수 있다. 통신 인터페이스는 메모리 버스 인터페이스, 프로세서 버스 인터페이스, 인터넷 접속, 디스크 제어기 등과 같은 다른 장치로 통신하도록 임의의 유선, 무선, 광학 등의 매체로 인터페이스하는 임의의 메카니즘을 포함한다. 통신 인터페이스는 소프트웨어 내용을 설명하는 데이터 신호를 제공하기 위한 통신 인터페이스를 제공하기 위해 신호를 보내는 것 및/또는 설정 파라미터를 제공하는 것에 의해서 설정될 수 있다. 통신 인터페이스는 통신 인터페이스로 보내진 하나 이상의 명령어 또는 신호를 통해서 액세스될 수 있다.

본 명세서에서 설명된 다양한 구성요소들은 설명된 동작들 또는 기능들을 수행하기 위한 수단이 될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 각각의 구성요소는 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 구성요소들은 소프트웨어 모듈, 하드웨어 모듈, 특수 목적의 하드웨어(예를 들어, 어플리케이션 특정 하드웨어, ASIC(application specific integrated circuit)들, DSP(digital signal processor)들 등), 내장된 제어기, 하드웨어에 내장된 회로 등으로서 구현될 수 있다.

본 명세서에서 설명된 것 외에도, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 발명의 개시된 실시예 및 구현에 대해 다양한 변형이 만들어질 수 있다. 그러므로, 본 명세서에서의 설명 및 예들은 제한의 의미가 아닌 설명의 의미로서 이해되어야 한다. 본 발명의 범위는 이하의 청구항들에 대한 참조에 의해서만 판단되어야 한다.

Claims (12)

1. 지역적으로(locally) 생성된 전력을 전력 계통상으로 출력하기 위하여 상기 전력 계통의 목표 주기 파형(target periodic waveform)에 대한 형상 및 위상을 모니터링하는 단계;
   상기 전력 계통상으로 출력하기 위하여 원하는 파형을 나타내는 형상 및 위상을 갖는 참조 출력 전류 파형을 계산하는 단계로서, 상기 원하는 파형은 상기 전력 계통의 상기 목표 주기 파형에 관하여 임의의 형상 및 위상을 가지고, 상기 참조 출력 전류 파형은 상기 목표 주기 파형의 이상적 버전을 나타내는 테이블형식(tabular) 데이터 포인트들로부터 생성되는 단계;
   상기 참조 출력 전류 파형을 기초로 하여 출력 하드웨어를 가지고 상기 계통에 출력하기 위한 출력 전류 파형을 생성하는 단계로서, 상기 전력 계통의 상기 목표 주기 파형에 관하여 임의의 형상 및 위상을 갖는 상기 참조 출력 전류 파형에 수렴하는 상기 출력 전류 파형을 생성하는 것을 포함하되, 상기 전력 계통의 위상 대신 지역적 부하의 위상에 상기 출력 전류 파형의 위상을 매칭(matching)시키는 것을 포함하는 단계; 및
   생성된 출력 전류 파형을 상기 전력 계통상으로 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 출력 하드웨어를 가지고 상기 출력 전류 파형을 생성하는 단계는,
   상기 출력 전류 파형을 샘플링하는 것;
   상기 출력 전류 파형을 상기 참조 출력 전류 파형과 비교하는 것;
   상기 출력 전류 파형을 상기 참조 출력 전류 파형과 비교한 것을 기초로 하여 피드백 신호를 생성하는 것; 및
   상기 피드백 신호를 기초로 하여 실행시간에 상기 출력 하드웨어의 동작을 조정하는 것;을 포함하고,
   상기 출력 하드웨어의 동작을 조정하는 것이 상기 목표 주기 파형의 형상 및 위상 대신 상기 참조 출력 전류 파형의 형상 및 위상을 향하여 상기 출력 전류 파형을 수렴시키는 것을 특징으로 하는 방법.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 출력 전류 파형을 샘플링하는 것 및 상기 출력 전류 파형을 상기 참조 출력 전류 파형과 비교하는 것이,
   두 파형 간에 포인트별로 하나씩(point by point) 샘플링하는 것 및 비교하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 출력 전류 파형을 상기 참조 출력 전류 파형과 비교하는 것이,
   상기 모니터링을 기초로 하여 미리 계산된(precomputed) 한 세트의 이상적 샘플 포인트(sample point)들에 액세스하는 것을 포함하고,
   상기 한 세트의 이상적 샘플 포인트들은 상기 참조 출력 전류 파형의 원하는 포인트들을 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   고조파 왜곡을 증가시키지 않으면서 상기 목표 주기 파형에 관하여 동적으로 상기 출력 전류 파형의 위상을 쉬프팅시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 참조 출력 전류 파형을 계산하는 단계는,
   상기 참조 출력 전류 파형으로서 비정현파의 파형의 표현을 생성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
   
7. 지역적으로 생성된 전력을 전력 계통상으로 출력하기 위하여 상기 전력 계통의 목표 주기 파형에 대한 형상 및 위상을 모니터링하기 위한 모니터링 하드웨어;
   상기 전력 계통상으로 출력하기 위하여 원하는 파형을 나타내는 형상 및 위상을 갖는 참조 파형을 계산하기 위한 참조 파형 발생기로서, 상기 원하는 파형은 상기 전력 계통의 상기 목표 주기 파형에 관하여 임의의 형상 및 위상을 가지고, 상기 참조 파형 발생기는 상기 목표 주기 파형의 이상적 버전을 나타내는 테이블형식 데이터 포인트들로부터 생성되는 참조 출력 전류 파형을 발생시키기 위한 테이블형식 데이터를 포함하는, 참조 파형 발생기; 및
   상기 참조 출력 전류 파형을 기초로 하여 상기 계통에 출력하기 위한 출력 전류 파형을 생성해서, 생성된 출력 전류 파형을 상기 전력 계통상으로 출력하기 위한 출력 하드웨어로서, 상기 전력 계통의 상기 목표 주기 파형에 관하여 임의의 형상 및 위상을 갖는 상기 참조 출력 전류 파형에 수렴하는 상기 출력 전류 파형을 생성하는 것을 포함하되, 상기 전력 계통의 위상 대신 지역적 부하의 위상에 상기 출력 전류 파형의 위상을 매칭시키는 것을 포함하는, 출력 하드웨어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 시스템.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 출력 전류 파형을 측정하기 위한 피드백 루프; 및
   상기 참조 파형에 대해 출력 전류 파형 측정을 비교하고, 상기 비교를 기초로 하여 피드백 신호를 생성하기 위한 제어기;를 더 포함하고,
   상기 출력 하드웨어는 상기 피드백 신호를 기초로 하여 동작을 조정하고,
   상기 출력 하드웨어의 동작을 조정하는 것이 상기 목표 주기 파형의 형상 및 위상 대신 상기 참조 파형의 형상 및 위상을 향하여 상기 출력 전류 파형을 수렴시키는 것을 특징으로 하는 전력 변환 시스템.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 제어기는 상기 참조 파형을 나타내는 세트포인트에 대해 포인트별로 하나씩(point by point) 상기 출력 전류 파형 측정을 비교하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 시스템.
   
10. 제 7 항에 있어서,
    상기 모니터링을 기초로 하여 미리 계산된 한 세트의 이상적 샘플 포인트들을 저장하기 위한 테이블을 더 포함하고,
    상기 한 세트의 이상적 샘플 포인트들은 상기 참조 출력 전류 파형의 원하는 포인트들을 나타내고,
    상기 출력 하드웨어는 상기 출력 전류 파형을 생성하기 위하여 상기 한 세트의 이상적 샘플 포인트들에 액세스하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 시스템.
    
11. 제 7 항에 있어서,
    상기 출력 하드웨어는 고조파 왜곡을 증가시키지 않으면서 상기 목표 주기 파형에 관하여 동적으로 상기 출력 전류 파형의 위상을 쉬프팅시키는 것을 특징으로 하는 전력 변환 시스템.
    
12. 제 7 항에 있어서,
    상기 참조 파형 발생기는 상기 참조 출력 전류 파형으로서 비정현파의 파형의 표현을 생성하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 시스템.

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