KR101970902B1 - 교류를 생성하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 교류(iG)를 생성하기 위한 방법에 관한 것으로, 하기 단계들 즉, 다수의 부분 전류(i1, i2, in)를 생성하는 단계 및 전체 전류(iG)를 형성하도록 부분 전류(i1, i2, in)들을 중첩하는 단계를 포함하고, 이 경우 각각의 부분 전류(i1, i2, in)는 변조 방법의 이용 하에 생성되고, 상기 변조 방법은 허용 오차 한계(T1, T2)를 포함하는 허용 오차 대역 방법을 이용하고, 허용 오차 한계(T1, T2)들은 변경될 수 있다.

Description

교류를 생성하기 위한 방법{METHOD FOR GENERATING AN ALTERNATING ELECTRIC CURRENT}
본 발명은 전기 공급 그리드 내로의 공급을 위한 교류를 생성하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 해당 공급 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 공급 장치를 포함하는 풍력 발전 설비에 관한 것이다.
특히 풍력 발전 설비에 대해, 다수의 전류 인버터가 각각의 부분 전류를 생성하고 상기 부분 전류들이 중첩되어 전체 전류를 형성하며 이러한 중첩된 전체 전류가 그리드 내로 공급됨으로써, 전기 공급 그리드 내로의 공급을 위한 교류를 생성하는 것이 공개되어 있다.
이러한 부분 전류들은 변조 방법에 의해 생성되고, 상기 변조 방법은 펄스폭 변조라고도 할 수 있다. 이러한 교류를 생성하기 위한 기본적인 방법은 소위 삼각 변조(triangle modulation)이다. 이 경우, 간단히 말해서 소정의 정현파 곡선에 톱니파 신호가 중첩되고, 이때 소정의 정현파 곡선과 톱니파 신호의 각각의 교차점마다 해당하는 반도체 스위치가 폐쇄 또는 개방됨으로써, 전압 펄스가 트리거(trigger)되거나 종료될 수 있다. 본 발명의 대상이 아닌 이러한 방법은 간단하게 제어라고 할 수도 있는데, 그 이유는 미리 정해진 정현파 신호는 물론 중첩된 톱니파도 생성된 결과에 기인하지 않기 때문이다.
다른 방법은 허용 오차 대역 방법이다. 이 경우 소정의 전류에 해당하는 삼각 함수와 관련해서 허용 오차 대역, 즉 하한 편차 한계와 상한 편차 한계가 설정된다. 생성된 출력 전류가 검출되고, 상기 허용 오차 대역과 비교된다. 전류가 하한 허용 오차 대역 한계에 도달하면, 스위칭 펄스가 트리거되고, 검출된 전류가 상한 허용 오차 대역 한계에 도달하면, 상기 스위칭 펄스는 종료된다. 그 결과 전류는 상기 허용 오차 대역 내에서 미리 정해진 바람직한 정현파 곡선에 맞게 변한다.
생성된 전류의 품질 개선은 특히 허용 오차 대역의 축소에 의해 이루어질 수 있다. 예컨대 상기 허용 오차 대역이 더 좁아지면, 전류는 상응하게 바람직한 정현파 곡선에 맞게 더 작게 변하고, 이로 인해 일반적으로 스위칭 주파수가 높아지는 것이 야기되는데, 그 이유는 생성된 전류가 더 좁은 한계로 인해 상기 한계에 더 신속하게 도달하여 스위칭 작동이 더 신속하게 트리거되기 때문이다.
그러한 점에서 상기 방법은 바람직하게 공개되어 있고, 중첩되어 전체 전류를 형성하는 개별 부분 전류들을 위해 이용될 수도 있다. 이와 같이 생성된 상기 전체 전류는 이 경우 전기 공급 그리드 내로 공급될 수 있다.
결과적으로 상기 부분 전류들의 합인 이러한 중첩에 의해 기본적으로 각각의 시점마다 전류들이 가산된다. 즉, 각각의 시점마다 전류들의 순시값이 가산된다. 이로 인해 중첩된 전체 전류에서 확실한 평활화가 이루어질 수도 있다. 이는, 다수의 개별 부분 전류의 바람직한 정현파와 각각의 포지티브 편차 및 네거티브 편차가 전체적으로 또는 부분적으로 두드러짐으로써 이루어질 수 있다. 특히, 이러한 개별 포지티브 편차 및 네거티브 편차가 통계적으로 균일하게 분포될 때에 그러하다. 그러나 개별 부분 전류들의 다수의 포지티브 편차 또는 다수의 네거티브 편차가 동시에 발생하고 이때 상응하게 특히 높은 전체 편차가 나타나는 것이 발생할 수도 있다.
이를 저지하기 위해, 각각의 부분 전류의 하나의 포지티브 편차의 이론적인 가산도 전체 전류를 위한 소정의 최대값을 초과하지 않도록 개별 허용 오차 대역들이 각각 좁아질 수 있다.
이는 즉, 특히 좁은 허용 오차 대역을 사전 설정하는 것을 의미할 것이고, 상기 허용 오차 대역은 따라서 특히 높은 주파수를 야기한다. 이러한 방식으로 각각의 부분 전류를 생성하는 10개의 전류 인버터의 경우에 전술한 바와 같은 확실한 한계 설정을 실시하고자 한다면, 각각의 허용 오차 대역은 전체 전류의 최대 허용 편차에 상응하는 폭의 1/10로 설정되어야 한다. 결과적으로 전류들의 변조 시 10배의 스위칭 주파수가 유발될 수 있다. 이로써, 이러한 방식으로, 생성된 전체 전류가 너무 큰 값을 취하지 않는 것을 보장하기 위한 비용은 상당히 높다.
본 출원의 우선권 주장 출원 시 독일 특허청에 의해 하기 선행 기술 즉, DE 40 23 207 C1호 및 M.Lopez 등의 "Control design for parallel-connected DC-AC inverters using sliding mode control"에서의 파워 전자장치 및 가변 속도 구동기의 발췌가 조사되었다.
본 발명의 과제는, 전술한 문제들 중 적어도 하나의 문제를 해결하는 것이다. 특히 전체 출력 전류가 미리 정해진 정현파 곡선과 너무 심한 편차를 갖는 것을 가급적 간단하게 그리고 효율적으로 저지하는 해결 방법이 제안되어야 한다. 적어도 지금까지 공개된 해결 방법에 대해 대안적인 해결 방법이 제안되어야 한다.
본 발명에 따라, 청구항 제 1 항에 따른 교류를 생성하기 위한 방법이 제안된다. 상기 방법은 단계들, 즉 다수의 부분 전류를 생성하는 단계 및 전체 전류를 형성하도록 부분 전류들을 중첩하는 단계를 포함한다. 각각의 부분 전류는 변조 방법의 이용 하에 생성되고, 상기 방법은 허용 오차 한계를 갖는 허용 오차 대역 방법을 이용한다. 이를 위해 허용 오차 한계들은 변경될 수 있는 것이 제안된다.
예컨대 이로써 먼저 일반적으로 넓은 허용 오차 대역들이 사용될 수 있다. 예를 들어 전체 전류가 소정의 최적의 정현파 곡선을 위로 초과하면, 다수의 부분 전류들 또는 모든 부분 전류들 중 하나의 부분 전류를 위한 허용 오차 한계가 예를 들어 감소함으로써 이를 저지할 수 있다. 상기 감소는 상이할 수도 있다. 하한 한계는 이 경우 함께 감소될 수도 있고, 따라서 반드시 더 높은 주파수가 발생하는 것은 아니다.
따라서, 바람직하게는 이러한 허용 오차 한계들은 생성된 전체 전류에 따라서 변경된다. 이로써 조절과 관련해서 간접적인 피드백이 달성될 수 있지만, 이 경우 각각의 개별 전류는 직접적으로 조절되지 않는다. 오히려 허용 오차 한계의 변경에 의해 전체 전류의 이러한 피드백이 작용한다. 실시예에 따라, 각각의 변조 방법의 허용 오차 한계들은 상한 허용 오차 한계 및 하한 허용 오차 한계를 포함하는 허용 오차 대역을 형성하고, 상한 허용 오차 한계 및 하한 허용 오차 한계는 서로 무관하게 변경될 수 있거나, 또는 하한 허용 오차 한계와 상한 허용 오차 한계 사이의 일정한 간격을 유지하면서 허용 오차 대역이 이동되는 것이 제안된다.
예컨대 부분 전류들 중 하나의 부분 전류의 생성을 위한 각각의 변조 방법의 허용 오차 대역은 상한 허용 오차 한계 및 하한 허용 오차 한계를 갖고, 이를 위해 상한 허용 오차 한계 및 하한 허용 오차 한계가 서로 무관하게 변경될 수 있는 것이 제안된다. 예를 들어 필요 시 상한 허용 오차 한계는 감소될 수 있고 이 경우 하한 허용 오차 한계는 변경되지 않거나, 역으로도 가능하다. 대안으로서, 허용 오차 대역이 전체적으로 이동되는 것이 제안된다. 허용 오차 대역의 이동에 의해 특히, 각각의 부분 전류의 진폭이 이로 인해 영향을 받고, 스위칭 주파수는 변경되지 않는 것이 달성된다.
바람직하게는 각각의 부분 전류들의 개별 변조 방법의 허용 오차 한계들은 각각, 전체 전류가 사전 설정된 허용 오차 한계 내에 있도록 선택되거나 또는 이로 인해 변경된다. 따라서 전체 전류를 위한 허용 오차 한계 또는 허용 오차 대역이 사전 설정된다. 이러한 허용 오차 한계의 준수는, 부분 전류들의 개별 허용 오차 한계가 조정됨으로써 달성된다. 즉, 허용 오차 대역 방법에서 각각의 개별 전류에 대한 경우처럼, 전체 전류가 그 허용 오차 한계에 도달하는 경우에, 직접적인 스위칭 작동의 트리거가 이루어지는 것이 아니라, 제어는 간접적으로 개별 부분 전류들의 허용 오차 한계들의 변경에 의해 이루어진다.
이러한 개별 허용 오차 한계들의 변경은, 전체 전류가 그 허용 오차 한계 또는 허용 오차 대역의 2개의 허용 오차 한계들 중 하나의 허용 오차 한계에 도달하는 것을 기다리지 않아도 된다. 그 대신 또는 바람직하게 전체 전류와 그 허용 오차 한계 사이의 간격들은 개별 부분 전류의 변조 방법들의 허용 오차 한계의 변경, 특히 이동을 야기할 수 있다. 또한, 추가로 또는 대안으로서, 달성될 최적의 곡선과, 특히 최적의 정현파 곡선과 전체 전류의 간격이 평가될 수 있고, 그것에 따라서 부분 전류들의 개별 변조 방법의 허용 오차 한계들이 변경될 수 있다. 즉, 예를 들어 전체 전류가 그것의 최적의 값을 초과하면, 부분 전류를 위한 변조 방법들의 상한 허용 오차 한계들도 감소될 수 있다. 전체 전류가 그것의 최적의 값을 훨씬 더 초과한다면, 허용 오차 한계들 또는 이러한 예에서 각각의 부분 전류의 각각의 변조 방법의 상한 허용 오차 한계들은 더 감소될 수 있다. 물론 최적값 미만으로의 감소에 대해서도 마찬가지로 동일하게 이루어질 수 있다.
바람직하게 허용 오차 한계의 설정을 위해 부분 전류들 및 전체 전류가 측정된다. 각각의 개별 변조 방법은 이로써 각각의 부분 전류의 측정을 위한 입력으로서 전체 전류의 측정값도 포함한다. 이는, 전체 전류가 다수의, 부분적으로 매우 많은 변조 방법을 위한 측정 변수로서 동시에 작용하는 것을 입증한다. 제안된 방법에 의해, 예를 들어 전체 전류가 너무 큰 경우 갑작스럽게 모든 변조 방법이 반응하여 바로 인가하는 각각의 펄스가 종료될 수 있는 경우에 나타날 수 있는 과잉 반응이 발생할 수 있는 것도 방지된다. 바람직하게 개별 변조 방법의 허용 오차 한계들은 기초가 되는 곡선의 각각의 최적의 값까지 최대로, 즉 최적의 정현파 곡선까지 이동된다. 이러한 기초가 되는 최적의 곡선은 예컨대 허용 오차 대역 상한 한계를 위해 최소값을 형성하고, 허용 오차 대역 하한 한계를 위해 최대값을 형성한다. 이로 인해 너무 큰 편차를 갖는 전체 전류에 대해 신속하게 반응할 수 있고, 개별 부분 전류들은 그럼에도 불구하고 그것의 최적의 값만큼, 즉 설정될 정현파 곡선의 근처로 이동된다.
실시예에 따라, 부분 전류들 및 전체 전류가 공통의 좌표 시스템으로 변환되고, 상기 좌표 시스템에서 준수할 한계들이 사전 설정되므로, 전체 전류는 하나의 또는 사전 설정된 허용 오차 한계 내에 있는 것이 제안된다. 바람직하게는 이러한 변환은 회전 좌표 시스템으로의 변환일 수 있다. 이로써 측정값과 최적의 값 및 한계값은 특히 크기와 위상에 따라 미리 정해질 수 있다. 최적의 값을 위해 이 경우 위상만이 변경되고, 크기는 변경되지 않을 것이다. 한계값들은 회전 좌표 시스템에서 더 간단하게 규정될 수 있다. 그러나 측정값은 매번 환산되어야 한다.
그러한 점에서 부분 전류들이 상이한 값들로 가중되는 것도 이러한 변환에 포함된다. 이러한 가중은 따라서 변환이고, 이는 예를 들어 상이한 부분 전류를 위한 허용 오차 한계들이 전체 전류에 따라서 상이하게 변경되는 것을 의미할 수 있다.
부분 전류들의 이러한 가중은, 개별 부분 전류들 사이에, 즉 개별 전류 인버터들 사이에 보상 전류들이 설정되는 경우에, 특히 바람직하다. 이러한 보상 전류들이 또한 입력측에서 동일한 직류 입력부에 갈바니 전기 접속되면, 상기 보상 전류는 특히 개별 전류 인버터들 사이에 발생할 수도 있다. 이러한 보상 전류들이 공개되는 한, 상기 보상 전류들은 각각의 관련 부분 전류에 구성 요소로서 함께 포함되지만, 이 경우 전체 전류에 함께 포함되지 않는다. 변조 방법을 위해서도 재도입되는 상응하게 측정된 부분 전류는 실제로 전체 전류에 속하는 부분 전류에 해당하지 않는다. 이는 허용 오차 한계에 적절하게 영향을 미치는 경우에 가중에 의해 고려될 수 있다. 즉, 더 이상 해당 부분 전류로 고려되는 것이 아니라, 이러한 가중에 의한 변환이 고려된다.
본 발명에 따라 또한 청구항 제 8 항에 따른 전기 공급 그리드 내로 전류를 공급하기 위한 공급 장치가 제안된다. 이러한 공급 장치는 각각의 부분 전류 출력부를 가진 다수의 전류 인버터를 포함하고, 이 경우 부분 전류 출력부에서 각각의 부분 전류가 생성되고 또는 거기에 제공된다.
또한, 합산 전류 출력부가 제공되고, 상기 출력부는 부분 전류들을 합산하여 전체 전류를 형성하고, 이 경우 부분 전류 출력부들은 합산 노드에서 합산 전류 출력부에 연결된다. 또한, 전술한 실시예들 중 하나의 실시예에 따른 전류를 생성하기 위한 방법이 제안된다. 바람직하게 전류 인버터들은 병렬 접속되고, 부분 전류 출력부에 각각 그리드 초크(grid choke)를 갖는다. 바람직하게는 추가 출력 필터 없이 그리드 초크만이 제공된다. 특히 그 외의 일반적인 L-C-L 필터가 사용되는 것이 아니라, 그리드 인덕턴스 또는 그리드 초크만이 사용된다. 이러한 방법에서 요컨대 전술한 바와 같은 필터는 생략될 수 있다. 허용 오차 대역들의 전체 전류에 따른 변경에 의해 전술한 바와 같은 그 외의 일반적인 L-C-L 필터는 쓸모없을 수 있다. 개별 전류들의 특수한 평활화 또는 필터링은 이로써 생략될 수 있고, 따라서 상기 개별 전류들은 중첩되어 평균적으로 가급적 바람직한 전체 전류가 형성되고, 상기 전체 전류는 특히 가급적 최적값에 근사하게 경과한다.
바람직하게 각각의 부분 전류 출력부와 합산 노드 사이에 각각 인덕턴스 또는 그리드 인덕턴스만이 제공되고, 상기 인덕턴스는 L-필터라고 할 수도 있다. 일반적으로 또한 부분 전류 출력부들은 3상으로 형성되고, 인덕턴스로서 바람직하게 3상 그리드 초크가 제안되고, 상기 그리드 초크에서 상들은, 예를 들어 5-각 철심을 갖는 초크가 사용됨으로써 자기 결합된다.
바람직하게는 합산 전류 출력부에서 추가 그리드 초크가 생략될 수도 있는데, 그 이유는 제안된 방법이 개별 전류들을 야기하고, 상기 개별 전류들은 합산되어 바람직하게 전체 전류를 형성하기 때문이다.
또한, 허용 오차 한계를 설정하기 위해 각각의 부분 전류 출력부에 각각의 부분 전류를 측정하기 위한 측정 수단이 제공되고, 추가로 합산 전류 출력부에 전체 전류를 측정하기 위한 측정 수단이 제공되는 것이 제안된다. 이 경우 측정된 값들을 다양한 전류 인버터로 재도입하는 측정 수단이면 충분하다.
다른 실시예에 따라, 전류 인버터들 또는 전류 인버터들 중 소수의 전류 인버터들은 입력측에서 그리고 추가로 또는 대안으로서 출력측에서 갈바니 전기적으로 분리되는 것이 제안된다. 입력측 분리는 예를 들어, 입력측 버스바들(busbars) 또는 직류 공급부들이 갈바니 전기적으로 분리되는 것을 의미할 수 있다. 또한, 특히 풍력 발전 설비가 사용되는 경우에, 예를 들어 제너레이터에서 직류의 생성은 다수의 시스템에서 갈바니 전기적으로 별도로 이루어지고, 따라서 별도로 개별 전류 인버터에 안내될 수 있다.
출력측에서 공통의 변류기에서도 갈바니 전기적 분리가 이루어질 수 있다. 변류기는 상이한 탭을 가질 수 있다. 이때 공통의 변류기의 갈바니 전기적으로 분리된 부분 와인딩에 전류가 공급된다. 갈바니 전기적 합산 노드 대신에 자기적 합산이 제공된다. 변류기는 이때 합산 노드를 형성할 수 있다. 이러한 분리는 특히 양호하게 전류 의존적인 전체 허용 오차 대역 조정의 제안된 방법과 관련된다. 이 경우 개별 전류들은 특히 바람직하게 생성되고, 따라서 양호하게 중첩되어 전체 전류를 형성할 수 있다. 보상 전류들은 이로 인해 방지될 수 있다.
본 발명에 따라 또한 전류의 생성과 공급을 위해 준비되고 이를 위해 전술한 실시예들 중 하나의 실시예에 따른 공급 장치를 포함하는 풍력 발전 설비가 제안된다. 풍력 발전 설비는 요컨대 다수의 전류 인버터를 포함하고, 상기 전류 인버터들은 함께 공급 그리드 내로 공급을 위한 풍력 발전 설비용 전체 전류를 생성한다.
계속해서 본 발명은 예시적으로 실시예들을 참고로 첨부된 도면과 관련해서 설명된다.
도 1은 풍력 발전 설비를 도시한 사시도.
도 2는 전체 전류를 생성하기 위한 다수의 전류 인버터의 회로 설계를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 허용 오차 대역 방법을 설명하는 도면.
도 4는 실시예에 따른 조절 방법의 부분을 설명하기 위한 개략적인 구조를 도시한 도면.
도 1은 타워(102)와 나셀(104)을 구비한 풍력 발전 설비(100)를 도시한다. 나셀(104)에는, 3개의 로터 블레이드(108)와 스피너(110)를 가진 로터(106)가 배치된다. 로터(106)는 풍력에 의해 작동 시 회전 운동하고, 이로 인해 나셀(104) 내의 발전기를 구동한다.
도 2에 따른 회로 구조는 공급 장치(1)를 설명하고, 또한 3개의 전류 인버터(2)를 도시하며, 상기 전류 인버터들은 예시적으로 다른 전류 인버터를 대표한다. 그러한 점에서 상기 3개의 전류 인버터(2)는 또한 부분 전류(i1, i2 및 in)를 생성한다. 전류 인버터들(2)은 각각 직류 입력부(4)를 갖고, 상기 직류 입력부는 DC-입력부라고도 할 수 있다. 상기 DC-입력부(4)를 통해 전류 인버터(2)는 입력 전력을 받는다. 전류 인버터들(2)의 상기 DC-입력부들(4)은 DC-버스(6)를 통해 연결된다. 그러나 실시예에 따라, 상기 DC-입력부들(4)이 연결되는 것이 아니라, 각각 각자의 DC-소스(8)에 접속되는 것도 제안된다. 도 2는 이러한 2가지 가능성을 도시한다. 각각의 DC-입력부(4)가 각자의 DC-소스(8)를 가질 수 있도록 DC-입력부들(4)을 분리하는 것은, 예를 들어, 특히 풍력 발전 설비의 제너레이터가 별도의 DC-소스(8)에 전류를 공급하도록 구현될 수 있다.
전류 인버터들(2)은 각각 부분 전류 출력부(10)라고 하는 출력부에서 각각의 출력 전류(i1, i2 및 in)를 생성한다. 각각의 전류 인버터의 출력부는 또한 출력 인덕턴스(12)를 갖는다. 각각의 출력 인덕턴스란, 각각의 전류 인버터(2)가 3상 전류를 생성하는 것을 의미한다. 따라서 도 2에서 또한, 제안된 방법의 경우 각각의 부분 전류 출력부(10)에서 이러한 출력 인덕턴스(12)면 충분할 수 있는 것을 알 수 있다. 그 외의 일반적인 필터, 특히 L-C-L 필터는 불필요하다. 출력 부분 전류(i1, i2 및 in)는 합산 노드(14)에서 중첩되고, 즉 합산되며, 합산 전류 출력부(16)에 전체 전류(iG)로서 안내된다. 합산 전류 출력부는 공통의 그리드 인덕턴스(18)를 갖지만, 상기 그리드 인덕턴스는 쓸모없을 수도 있다. 전체 전류(iG)는 변류기(20)를 통해 전기 공급 그리드(22) 내로 공급될 수 있다.
다른 작동 원리는 전류를 고려해서 설명된다. 이 경우, 각각의 전류 인버터(2)의 출력부 상의 부분 전류들은 물론 합산 전류 출력부(16) 상의 전체 출력 전류도 3상인 것이 고려되어야 한다. 추가 설명들은 이러한 3상 전류들의 하나의 상에만 관련된다. 하나의 상만이 고려되고, 나머지 상들은 유사하게 작동한다.
도 2에서, 각각의 부분 전류(i1, i2 및 in)를 위해 전류 센서(24)가 제공되는 것을 알 수 있다. 또한 전체 전류(iG)를 위한 전류 센서(26)가 제공된다.
각각의 전류 인버터(2)는 부분 전류, 즉 i1, i2 또는 in의 측정값을 사용하고, 또한 전체 전류(iG)의 측정값을 사용한다. 전체 전류(iG)는 예컨대 각각의 전류 인버터(2)에 유입된다. 각각의 전류 인버터는 전체 전류(iG)에 따라서 해당하는 허용 오차 대역 또는 허용 오차 대역의 해당하는 허용 오차 한계를 설정하고, 해당하는 전류를 변조하기 위해, 부분 전류에 따라서 해당하는 반도체 스위치를 제어한다.
따라서 전류(i1, i2 및 in)가 생성되고, 상기 전류들은 이미 그것의 회로 방식으로 인해 그리고 출력 인덕턴스(12)로 인해 바람직한 저진동 상태를 갖고, 합산 노드(14)에서 중첩된다. 결과는 전체 전류(iG)이고, 상기 전류의 측정값은 전술한 바와 같이 각각의 전류 인버터(2)에 재도입된다.
도 3은 허용 오차 대역 방법의 경우에 최적의 정현파 곡선(30)을 설명하고, 상기 정현파 곡선과 관련해서 상한 허용 오차 한계(T1)와 하한 허용 오차 한계(T2)를 갖는 허용 오차 대역이 설정된다. 설명을 위해 상기 허용 오차 대역은 매우 넓게 표시되고, 실제로는 물론 훨씬 좁을 수 있다.
이러한 허용 오차 대역에서 한계 T1과 T2 사이에 여기에서 예시적으로 사용되는 생성된 전류 i1이 위치한다.
전류는, 포지티브 펄스를 생성하기 위한 스위치가 폐쇄됨으로써 생성된다. 이러한 포지티브 펄스가 인가되는 한, 전류는 증가하고, 상한 한계(T1)에 도달하는 즉시, 해당 스위치는 다시 개방되고 펄스는 종료된다. 그리고 나서 하한 한계(T2)에 도달할 때까지 전류는 강하하고, 따라서 상기 스위치는 다시 폐쇄되며, 이로써 과정이 간단하고 명료하게 설명될 수 있다.
도 3은 최적의 정현파(30)가 중앙에 위치한, 즉 상한 한계(T1) 및 하한 한계(T2)와 균일하게 큰 간격을 갖는 허용 오차 대역을 도시한다. 예를 들어 높은 전체 전류를 고려하기 위해 또는 저지하기 위해, 상한 한계(T1)는 하향 이동될 수 있고, 따라서 상기 상한 한계는 최적의 정현파(30)에 더 근접해진다. 하한 한계(T2)도 계속해서 하향 이동될 수 있거나, 또는 변경되지 않고 유지된다.
허용 오차 대역의 이러한 이동, 즉 상한 한계(T1)의 예시적인 전술한 이동 후에 도 3에 예시적으로 도시된 부분 전류(i1)를 위한 기본적인 허용 오차 대역 방법은 그 밖의 경우에는 변경되지 않고 계속해서 진행된다. 이 방법은 또한, 전류가 상승하는 기울기에 따라 이제는 그러나 어딘가 다른 곳에 위치한 상한 허용 오차 한계(T1)에 도달했는지 여부, 또는 전류가 하강하는 기울기에 따라 하한 허용 오차 한계(T2)에 도달했는지 여부를 검사한다.
상기 방법은 도 4에서 개략적인 구조로 도시되고, 상기 구조는 공급 장치(41)를 설명하거나 또는 간단하게 도시한다. 부분 전류(i1)의 실제 생성은 여기에서 개략적으로 직류 전압 중간 회로(44)를 간략히 나타내는 전류 인버터(42)에서 이루어진다. 포지티브 노드와 네거티브 노드 사이에 2개의 스위치(S1 및 S2)가 배치되고, 상기 스위치들은 전압 펄스 패턴을 형성하므로, 부분 전류(i1)는 부분 전류 출력부(50)에서 출력 인덕턴스(52)로 인해서도 발생한다. 상기 부분 전류(i1)는 다양한 다른 부분 전류(i2 내지 in)와 합산되어 전체 전류(iG)를 형성한다. 전체 전류(iG)를 위해 그리드 인덕턴스(58)가 제공될 수 있지만, 상기 그리드 인덕턴스는 쓸모없을 수도 있다.
이러한 전체 전류(iG)는 전체 전류 측정기(66)로 측정되어 허용 오차 블록(70)에 입력된다. 허용 오차 블록(70)은 전체 전류에 따라서 그리고 전체 전류를 위한 허용 오차 한계(TG1 및 TG2)에 따라서 도 3에서 설명된 정확한 상한 허용 오차 한계(T1)와 하한 허용 오차 한계(T2)를 사전 설정하거나 또는 변경할 수 있다. 이러한 상한 허용 오차 한계(T1) 및 하한 허용 오차 한계(T2)는 그리고 나서 제어 유닛(72)에 입력된다. 제어 유닛(72)은 또한 이제 부분 전류(i1)를 받은 후에 도 3에서 설명된 바와 같이 작동한다. 상한 허용 오차 한계(T1) 및 하한 허용 오차 한계(T2)에 의해 주어진 허용 오차 대역 내에서 부분 전류(i1)의 위치에 따라 스위칭 신호들(S)이 생성되고, 상기 신호들은 전류 인버터(42)에 제공된다. 전류 인버터(42)는 이 경우 적절하게 스위치(S1 및 S1)를 스위칭한다. 특히 포지티브 펄스의 경우에 스위치(S1)는 폐쇄되고, 스위치(S2)는 개방되며, 포지티브 펄스의 종료 또는 네거티브 펄스의 경우에 스위치(S2)는 폐쇄되고, 스위치(S1)는 개방된다.
다음 계산을 위해 다시 재도입되는 부분 전류(i1)가 설정된다. 전체 전류(iG)를 위한 새로운 값이 또한 설정되고, 즉, 다른 전류들(i2 내지 in) 및 전체 전류(iG)의 상기 값과 함께 전술한 바와 같이 재도입된다.
특히 도 3 및 도 4와 관련해서 이러한 기본적인 개략적 설명에 대해 보완적으로 또한, 허용 오차 범위, 특히 전체 전류(iG)를 위한 정해진 허용 오차 범위, 즉 도 4에서 설명된 허용 오차 한계(TG1 및 TG2)를 적절한 좌표로 변환함으로써, 전체 전류의 준수가 더 양호하게 체크될 수 있고 및/또는 그로부터 더 양호한 반응, 특히 상한 허용 오차 한계(T1) 및 하한 허용 오차 한계(T2)의 변경이 유도될 수 있다. 따라서 전체 전류를 위한 이러한 허용 오차 범위의 준수를 달성할 수 있는 방법이 제안된다.
이로써 다수의 파워 전자 시스템들이 함께, 예컨대 직렬접속 및/또는 병렬접속으로 작동되고 서로 별도로, 허용 오차 대역 조절기라고도 할 수 있고 또는 이러한 조절기를 포함할 수 있는 근사 슬라이딩 모드 조절기(sliding-mode control)를 이용해서 조절되는 경우가 고려된다. 이러한 슬라이딩 모드 조절기는 예를 들어 히스테리시스 조절기로서 구현될 수 있다. 이 경우, 슬라이딩 함수의 조절 편차는, 각각의 부분 시스템을 위해, 정해진 허용 오차 대역 내에서 유지되는 것이 거의 보장될 수 있다.
개별 부분 시스템에서 스위칭 작동의 동기화가 제공되지 않기 때문에, 조절 편차는 상호 접속된 시스템들과 동시에 동일한 방향으로 편차를 가지므로, 바람직하지 않은 중첩이 이루어지는 것이 발생할 수 있다. 이러한 문제를 위해 전술한 해결 방법이 제안된다.
전류 리플 또는 전압 리플의 중첩도 의도대로 영향을 받도록 하기 위해, 실제로 대개 펄스폭 변조 또는 공간 벡터 변조를 사용하는 방법이 이용된다. 이러한 방법에서 스위칭 주파수는 일반적으로 고정되고, 상호 접속된 시스템들의 스위칭 시점은 의도대로 이동되므로, 전류 리플 또는 전압 리플의 의도한 중첩이 달성될 수 있다.
이러한 해결 방법의 단점은, 슬라이딩 모드 조절이 포함하는 장점들, 예컨대 특히 특정한 간섭들이 강하게 억제되는 특성을 포기해야 하는 것이다.
정해진 허용 오차 범위의 준수가 가급적 보장되도록 상호 접속된 파워 전자 시스템들은 근사 슬라이딩 모드에서 작동하는 것이 제안된다. 허용 오차 범위의 적절한 선택에 의해 전술한 설명과 관련해서 고조파의 "바람직하지 않은 중첩"은 방지되거나 이는 상당히 감소될 수 있다.

Claims (13)

  1. 교류(iG)를 생성하기 위한 방법으로서, 하기 단계들 즉,
    - 다수의 부분 전류(i1, i2, in)를 생성하는 단계, 및
    - 교류를 형성하기 위해, 전체 전류(iG)를 형성하도록 상기 부분 전류(i1, i2, in)들을 중첩하는 단계
    를 포함하고, 이 경우
    각각의 부분 전류(i1, i2, in)는 변조 방법의 이용 하에 생성되고,
    상기 변조 방법은 허용 오차 한계(T1, T2)들을 포함하는 허용 오차 대역 방법을 이용하고,
    상기 허용 오차 한계(T1, T2)들은 변경될 수 있고,
    상기 허용 오차 한계들은 생성된 전체 전류(iG)에 따라서 변경되며,
    상기 부분 전류(i1, i2, in)들의 변조 방법의 상기 허용 오차 한계(T1, T2)들은 각각, 상기 전체 전류(iG)가 사전 설정된 허용 오차 한계(TG1, TG2) 내에 있도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 각각의 상기 변조 방법의 상기 허용 오차 한계(T1, T2)들은 상한 허용 오차 한계(T1) 및 하한 허용 오차 한계(T2)를 포함하는 허용 오차 대역을 형성하고, 상기 허용 오차 한계들은,
    - 상기 상한 허용 오차 한계(T1) 및 상기 하한 허용 오차 한계(T2)가 서로 무관하게 변경되도록, 또는
    - 상기 상한 허용 오차 한계(T1)와 상기 하한 허용 오차 한계(T2) 사이의 일정한 간격을 유지하면서 허용 오차 대역이 이동되도록 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 허용 오차 한계(T1, T2)들의 변경을 위해 상기 부분 전류(i1, i2, in)들 및 상기 전체 전류(iG)가 측정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 부분 전류(i1, i2, in)들 및 상기 전체 전류(iG)는 공통의 좌표 시스템으로 변환되고, 상기 좌표 시스템에 준수할 한계들이 사전 설정되어, 상기 전체 전류(iG)는 상기 사전 설정된 허용 오차 한계(TG1, TG2) 내에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 공통의 좌표 시스템은 회전 좌표 시스템인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 전기 공급 그리드(22) 내로 교류를 공급하기 위한 공급 장치(1)로서,
    - 부분 전류 출력부(10)에서 부분 전류(i1, i2, in)를 각각 생성하기 위한 각각의 부분 전류 출력부(10)를 가진 다수의 전류 인버터(2),
    - 교류를 형성하기 위해, 전체 전류(iG)를 형성하도록 부분 전류(i1, i2, in)들을 합산하기 위한 합산 전류 출력부(16)
    를 포함하고, 상기 부분 전류 출력부(10)들은 합산 노드(14)에서 상기 합산 전류 출력부(16)에 연결되고,
    상기 공급 장치는, 제 1 항에 따른 교류를 생성하기 위한 방법을 이용하도록 형성되고,
    각각의 부분 전류(i1, i2, in)는 변조 방법의 이용 하에 생성되고,
    상기 변조 방법은 허용 오차 한계(T1, T2)들을 포함하는 허용 오차 대역 방법을 이용하고,
    상기 허용 오차 한계(T1, T2)들은 변경될 수 있고, 상기 허용 오차 한계들은 생성된 전체 전류(iG)에 따라서 변경되며,
    상기 부분 전류(i1, i2, in)들의 변조 방법의 상기 허용 오차 한계(T1, T2)들은 각각, 상기 전체 전류(iG)가 사전 설정된 허용 오차 한계(TG1, TG2) 내에 있도록 선택되는 것인 공급 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 전류 인버터(2)들은 병렬 접속되고, 그것의 부분 전류 출력부(10)에 각각 그리드 초크(12; grid choke)를 갖는 것을 특징으로 하는 공급 장치.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 전류 인버터(2)들은 그것의 부분 전류 출력부(10)에서 추가 출력 필터 없이 각각 그리드 초크(12)로 충분한 것을 특징으로 하는 공급 장치.
  9. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 전류 인버터(2)들은 상기 합산 전류 출력부(16)에서 추가 그리드 초크(18) 없이 충분한 것을 특징으로 하는 공급 장치.
  10. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 허용 오차 한계(T1, T2)를 설정하기 위해 각각의 상기 부분 전류 출력부(10)에 각각의 상기 부분 전류(i1, i2, in)를 측정하기 위한 측정 수단이 제공되고, 상기 합산 전류 출력부(16)에 상기 전체 전류(iG)를 측정하기 위한 측정 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 공급 장치.
  11. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 전류 인버터(2)들 또는 상기 전류 인버터들 중 일부의 전류 인버터는 입력측에서 또는 출력측에서 또는 입력측에서 및 출력측에서 갈바닉 전기적으로 분리되는 것을 특징으로 하는 공급 장치.
  12. 전류를 생성하여 제 6 항 또는 제 7 항에 따른 공급 장치(1)를 포함하는 전기 공급 그리드(22) 내로 공급하기 위한 풍력 발전 설비(100).
  13. 삭제
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