KR102658388B1 - 단상 에너지 활용 추적 인버터 - Google Patents

단상 에너지 활용 추적 인버터 Download PDF

Info

Publication number
KR102658388B1
KR102658388B1 KR1020217002531A KR20217002531A KR102658388B1 KR 102658388 B1 KR102658388 B1 KR 102658388B1 KR 1020217002531 A KR1020217002531 A KR 1020217002531A KR 20217002531 A KR20217002531 A KR 20217002531A KR 102658388 B1 KR102658388 B1 KR 102658388B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
phase
power
pulse width
width modulator
sinusoidal
Prior art date
Application number
KR1020217002531A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210024609A (ko
Inventor
지오프리 원-타이 수이
Original Assignee
엘티 (유에스에이), 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘티 (유에스에이), 코포레이션 filed Critical 엘티 (유에스에이), 코포레이션
Publication of KR20210024609A publication Critical patent/KR20210024609A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102658388B1 publication Critical patent/KR102658388B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/49—Combination of the output voltage waveforms of a plurality of converters
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/66—Regulating electric power
    • G05F1/67—Regulating electric power to the maximum power available from a generator, e.g. from solar cell
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/40—Synchronising a generator for connection to a network or to another generator
    • H02J3/44—Synchronising a generator for connection to a network or to another generator with means for ensuring correct phase sequence
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J5/00—Circuit arrangements for transfer of electric power between ac networks and dc networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/007—Plural converter units in cascade
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/4807—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode having a high frequency intermediate AC stage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/497—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode sinusoidal output voltages being obtained by combination of several voltages being out of phase
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/30—Electrical components
    • H02S40/32—Electrical components comprising DC/AC inverter means associated with the PV module itself, e.g. AC modules
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • H02J2300/26—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin involving maximum power point tracking control for photovoltaic sources
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

2개의 DC/AC 변환 모듈을 포함하는 단상 에너지 활용 트래커(Energy Utilization Tracker)(EUT) 인버터. 결합된 2개의 모듈은 언제든지 DC 에너지 소스에 의해 제공되는 대부분의 전력을 순차적으로 추출하여 2개의 AC 전력 (전압) 열로 변환할 수 있다. 제1 AC 전력 (전압) 열은 전력 그리드 규약을 준수한다; 반면, 제2 AC 전력열은 특정한 전력선 쌍과 90도 위상차를 갖는다. 본 명세서에 설명된 원리에 따르면, 이 단상 EUT 인버터는 제1 AC 전력열과 동기화되도록 제2 AC 전력 (전압) 열의 위상을 90도만큼 조정하는 위상 조정기를 더 포함한다; 그러면, 양쪽 AC 전력열이 동일한 전력선에 전달하기에 적합하게 된다.

Description

단상 에너지 활용 추적 인버터
AC 전력 그리드 시스템("AC 전력 그리드", "전력 그리드" 또는 간단히 "그리드"라고도 함)은 적어도 한 쌍의 전력선을 갖는 전력 시스템으로서, 하나 이상의 잠재적으로 분산된 발전소에서 생성된 전기를 전력선에 병렬로 접속된 부하를 갖는 분산된 소비자에게 전달하기 위한 것이다. 이러한 부하는 본 명세서에서는 집합적으로 "부하" 또는 "그리드 부하"라고 한다.
그리드의 전력선 내로 전달되는 임의의 전기는 "전력 그리드 규약"을 준수해야 한다. 전력 그리드 규약에 따르면, 전력 그리드에 전달되는 에너지는 정현파로 진동하는 교류(AC) 전압열(voltage train)의 형태여야 한다. 전력 그리드 규약에 따르면, 각각의 전력선 쌍에 대한 AC 전력열(power train)은 명시된 고정 피크 전압을 가져야 하고, 명시된 고정 주파수를 가져야 하며, 전력선 쌍의 전력선들 사이에서 명시된 고정 위상차와 동기화되어야 한다.
그리드-접속된 단상 DC/AC 변환기는 직류(DC) 전기를, 그리드의 전력선들 중 특정한 전력선 쌍에 관하여 전력 그리드 규약을 준수하는 AC 전력으로 변환할 수 있고, 그 AC 전력을 특정한 전력선 쌍에 제공하는 변환기이다. 이러한 DC/AC 변환기는 전력 그리드 접속 인버터라고 지칭되거나, 본 명세서에서는 "단상 DC/AC 변환기"라고 지칭된다. 단상 DC/AC 변환기에 접속된 특정한 전력선 쌍은 본 명세서에서는 "전력선 쌍"이라고 지칭된다.
광기전(photovoltaic)(PV) 발전소는 태양광 에너지를 변환하여 DC 전기 에너지를 생성한다. 그 다음, 생성된 DC 에너지는 단상 DC/AC 변환기에 의해 AC 전력열로 변환되어 전력선 쌍을 통해 전달되고 부하에 의해 소비된다. 이 AC 전력열은 시간 도메인에서 진동하는 정현파 전압열의 형태이며; 전력 그리드 규약을 준수한다. 본 명세서에서 PV 발전소는 "PV 스테이션"이라고 명명된다.
본 명세서에서 청구되는 주제는, 임의의 단점을 해결하거나 전술된 것 등의 환경에서만 동작하는 실시예로 제한되지 않는다. 오히려, 본 배경은 여기서 설명된 일부 실시예들이 실시될 수 있는 하나의 예시적인 기술 분야를 예시하기 위해 제공되는 것일 뿐이다.
본 명세서에서 설명된 실시예들은 위상 조정기와 2개의 DC/AC 변환 모듈을 이용하는 단상 인버터를 포함하는 디바이스에 관한 것이다. 본 명세서에서 설명된 원리에 따라, 단상 인버터는 DC 소스에서 에너지를 추출하고 변환하여 전력 그리드 규약을 준수하고 그리드의 전력선 쌍과 동기화되는 제1 정현파 AC 전력열을 생성하는 제1 DC/AC 변환 모듈을 포함한다. 이 단상 인버터는 본 명세서에서 보완(또는 잉여) 전력이라고 지칭되는 나머지 DC 전력의 적어도 일부를 추출하고 변환하며; 이 제2 정현파 AC 전력열이 전력선 쌍과 90도 위상차라는 점을 제외하고는, 전력 그리드 규약을 준수하는 제2 정현파 AC 전력열을 생성하는 제2 DC/AC 변환 모듈을 더 포함한다. 이들 2개의 변환 디바이스는 시간 도메인에서 중첩되지 않고(예를 들어, 순차적으로) 그들의 에너지를 추출한다. 이 잉여 전력은 전형적으로 열로 상실될 것이다.
본 명세서에 설명된 적어도 일부 실시예에 따르면, 단상 변환기는 제2 정현파 AC 전압열의 위상을 90도만큼 조정하는 위상 조정기를 더 포함한다. 그 다음, 제2 정현파 AC 전력열은 제1 정현파 AC 전력열과 위상 동기화되어, 양쪽 정현파 AC 전력열 모두가 전력 그리드 규약을 준수하고 전력 그리드의 전력선 쌍과 동기화되는 것을 허용한다. 따라서, 양쪽 AC 전력열 모두가 전력선 쌍에 제공될 수 있다. 본 명세서에 설명된 일부 실시예에 따르면, 디바이스는 3상 전력 그리드의 각각의 전력선 쌍에 대해 하나씩, 3개의 이러한 단상 DC/AC 변환기를 포함한다.
본 요약은, 이하의 상세한 설명에서 더 설명되는 선발된 개념들을 간략화된 형태로 소개하기 위해 제공되는 것이다. 본 요약은 청구 대상의 핵심 피처나 본질적 피처를 식별하기 위함도 아니고, 청구 대상의 범위를 결정하는데 있어서 보조물로서 이용하고자 함도 아니다.
전술된 및 기타의 이점들 및 피처들이 획득될 수 있는 방식을 설명하기 위해, 다양한 실시예의 더 구체적인 설명이 첨부된 도면을 참조하여 이루어질 것이다. 이들 도면들은 샘플 실시예들만을 도시하는 것이고 그에 따라 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 것을 이해하면서, 첨부된 도면들의 이용을 통해 추가적인 구체성 및 상세사항과 함께 실시예들이 기술되고 설명될 것이다:
도 1a는 본 명세서에서 언급되는 용어로서, 에너지 추출, 준비, 컨디셔닝, DC/AC 변환, 및 AC 전력 전달을 예시하고 명료화하기 위해 태양광 발전 시퀀스의 모듈들을 도시한다;
도 1b는 전력 그리드 시스템의 특정한 전력선 쌍을 통해 전송되는 AC 신호(DC/AC 변환기 출력)를 나타내는 정현파 시변 (진동) AC 전압열을 상징적으로 도시한다;
도 2a는 본 명세서에서 설명된, 부스트 DC/DC 변환기, 단상 에너지 추출/준비(컨디셔닝) 디바이스의 전형적인 회로를 도시한다;
도 2b는 본 명세서에서 설명된, 벅(Buck) DC/DC 변환기, 단상 에너지 추출/변환 디바이스 디바이스의 전형적인 회로를 도시한다;
도 2c는 DC/DC 벅 변환기 출력의 극성을 제어하는 스위치들의 브릿지 구조를 도시한다; 따라서 도 1b에 도시된 결과적인 AC 전압열 출력을 생성한다;
도 2d는 도 2c의 스위치들의 브릿지 내로 전송되는 DC/AC 인버터 전력 출력의 맥동 정현파(pulsating sinusoidal) AC 전력열을 상징적으로 도시한다;
도 3은 하나의 PWM 사이클에서 벅 변환기에 의해 컨디셔닝되는 DC 에너지 펄스를 상징적으로 도시한다; 이것은 3개의 구역으로서 기술된다; 구역-I는 추출된 에너지를 나타내고, 구역-II 및 구역-III는 잉여 에너지 구역을 나타낸다;
도 4a는 본 명세서에서 설명된 원리에 따른 태양광 전력의 모듈 및 단상 EUT 인버터 시퀀스에 대한 입력/출력 시퀀스를 도시한다;
도 4b 및 도 4c는, 2개의 DC/AC 변환 모듈, 2개의 극성 제어기로 별개로 전송되는 2개의 90도 위상차 맥동 정현파 AC 전력열, 위상차 고정 스위치 브릿지들의 출력을 개략적으로 도시한다;
도 4d는 각각의 위상차 다른 브릿지 구조에 제공되는 2개의 전력열을 개략적으로 도시한다;
도 4e 및 도 4f는 위상차 브릿지 구조의 2개의 출력을 개략적으로 도시한다; 및
도 4g 및 도 4h는 하나의 전력열이 위상 조정에 의한 지연의 결과(405B)인 최종 2개의 동기화된 전력열을 개략적으로 도시한다. 지연 부분은 도 4i에서 파선으로 도시된다.
미국 특허 공보 US2016/0036232 및 US2017/0149250 A1은, 종래의 단상 변환기가 직류(DC) 전력 입력의 절반 미만만을 추출 및 변환할 수 있다는 발견을 개시하고 있다. 이들 특허 공보는, 에너지 활용을 위한 생성된 DC 전기를 효율적으로 추출하기 위해, 에너지 추출 디바이스의 특성이 생성된 DC 전기 에너지를 효과적이고 효율적으로 추출하도록 정합되어야 한다고 교시하고 있다.
또한, 이들 특허 공보는 효율적인 에너지 활용을 위해, 관련 디바이스가 또한, 추출된 전기를 컨디셔닝하거나 및/또는 전달하도록 정합되어야 한다고 교시하고 있다. 최대 전력 포인트 트래킹(Maximum Power Point Tracking)(MPPT) 디바이스를 태양광 발전소의 최적화기로서 이용하는 것 대신에, 참조 문헌들은, 발전소, 특히 PV 발전소의 최적화기로서 "최대 에너지 활용 포인트 트래커"를 이용할 것을 제안했다. 이러한 최적화기는 본 명세서에서 "MEUPT 최적화기"라고 지칭될 것이다.
참조 특허 공보들에 따르면, MEUPT 최적화기는, 생성되긴 했지만 활용을 위해 추출되거나 및/또는 전력 그리드에 전달되지 않은 전기 에너지(또는 각각, 전력)로서 정의하는 "잉여 에너지" 또는 "잉여 전력"이라고 지칭되는 것을 포집하도록 설계되었다. 이러한 잉여 에너지(또는 잉여 전력)의 정의는 본 명세서에서도 이용된다. 이 잉여 전력은 전력 그리드와는 약 90도의 위상차를 가지므로, 잉여 에너지는 전력 그리드에 직접 판매될 수 없다. MEUPT 최적화기는 또한, 포집된 모든 잉여 에너지를 에너지 저장소 내에 임시 저장한 다음, 이 전기 에너지를 활용을 위해 준비하고 전력 그리드에 전달하도록 설계되었다. 따라서, MEUPT 최적화기를 통합하면 PV 발전소의 전기 판매 수익이 향상될 수 있다.
관련 기술 분야의 수 개의 기술이, DC 에너지 추출, 에너지 준비, 에너지 컨디셔닝, 및 에너지 전달에 채용될 수 있다. 본 명세서에 설명된 원리는 DC 에너지 소스에 관계없이 이용될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 본 개시내용은 DC 에너지 소스의 예로서 태양광 발전 스트링을 이용하여 본 명세서에 언급된 에너지 추출, 준비, 컨디셔닝, 및 전달이라는 용어를 예시하고 명료화한다. 즉, 본 명세서에 설명된 원리는, 태양광 전력의 맥락에서의 추출, 준비, 컨디셔닝 및 전달로 제한되지 않는다. 이들은 상이한 물리적 의미를 갖지만, "에너지" 및 "전력"이라는 용어는, 달리 나타내지 않는 한, 본 기술분야에서 및 본 명세서에서 서로 바꾸어 사용될 수 있다. 또한, "AC 전력열" 및 "AC 전압열"이라는 용어는, 달리 나타내지 않는 한, 본 명세서에서 서로 바꾸어 사용될 수 있다.
도 1a는 태양광 발전 시퀀스(10)의 컴포넌트들을 도시한다. 이 시퀀스는, 1차 에너지 소스로서 광 에너지(예를 들어, 태양광 에너지)로부터 전기 에너지를 생성하는 광전 에너지 변환 디바이스(PV 태양광 스트링)(101)에서 시작한다. 이 전기 에너지는, 구름-덮힘, 태양의 각도, PV 전지의 효율 및 많은 다른 요인에 따라 달라지는 시변 전압을 갖는다. 그 다음, 전기 에너지는 DC/DC 부스트 변환기(201)에 의해 준비되고 고정 전압을 갖는 DC 에너지 소스로 컨디셔닝된다. 극성 스위칭 제어기(224)를 추가하면, DC/AC 변환 모듈(223)은 준비된 고정 전압 DC 전력을 도 1b에 도시된 정현파 시변 (진동) AC 전압열로 변환한다.
한 예로서, DC/AC 변환 모듈(223)은, 펄스 폭 변조기(PWM)에 의해 동작되는 벅 모듈(Buck module)일 수 있다. 이렇게 동작되는 벅 모듈은 DC/AC 변환기라고도 한다. 도 2c는 브릿지 구조(224)의 한 예를 예시한다. 도시된 바와 같이, 브릿지 구조(224)는, 이 DC/AC 변환기의 AC 출력 전압열의 동기 및 극성을 제어하는 한 세트의 4개의 스위치(S1, S2, S3 및 S4)로 구성된다. 여기서, "부하"는 브릿지 구조(224)로부터 변압기(225) 쪽으로 바라본 부하를 나타낸다. 디바이스들(201 및 223)의 조합은 본 명세서에서 "PWM 추출기"라고 지칭될 수 있다.
브릿지 구조(224)에 의해 생성된 AC 전압 전력열은 전력 그리드 규약을 준수한다. 다시 도 1a를 참조하면, AC 전력열이 변압기(225)를 통해 공급되어 전력을 그리드 부하에 접속된 그리드(300)에 전달한다. 도 2a는 가변 전압 DC 에너지 소스를 고정 전압 DC 소스로 조절할 수 있는 부스트 DC/DC 변환기(201)의 한 예시적인 전형적인 회로 설계를 도시한다. 도 2b는 고정 전압 DC 소스를 정현파 AC 전력열로 변환하기 위한 단상 DC/AC 인버터(223)의 전형적인 PWM 동작형 벅 모듈 회로 설계의 한 예를 도시한다. (도 2c에 도시된) 스위치 브릿지 구조(224)는, 이 단상 DC/AC 변환기(223)의 출력의 극성 및 동기를 제어한다. 단상 DC/AC 변환기(223)(또는 부스트 DC/DC 변환기(201)와 단상 DC/AC 변환기(223)를 결합할 때는 PWM 추출기)는 또한, 3개의 단상 인버터로 구성된 종래의 3상 DC/AC 변환기의 종래의 단상 반전 모듈에서 에너지 추출/변환 모듈로서 작용할 수 있다.
섹션 1: 종래의 DC/AC 변환에 관한 검토
일반적으로, 실제 태양광 스트링에서 최대 전력 생성점(MPPPV)에서의 전압은 시변적이고, AC 전력 그리드의 명시된 피크 전압보다 작다. 에너지 추출 및 준비를 위해 PV 스테이션에서 전압-부스트 에너지 추출기가 필요하다; 이것은, 시변 저전압 DC 소스를 고정 고전압 DC 에너지 소스로 컨디셔닝한다.
도 2a는, 인덕터(L); 피드백 제어 듀티 팩터 조정기(feedback control duty factor adjuster)(FCDFA)(미도시)에 의해 조절되는 제어가능한 스위치(Q); 다이오드(D); 및 커패시터(C)로 구성된 DC/DC 부스트 모듈(201)의 전압 부스터 회로를 도시한다. 스위치(Q)는, 조정가능한 듀티 팩터로 높은 주파수(전형적으로 상용 제품에서 약 18kHz)로 스위칭된다. 피드백 제어 듀티 팩터 조정기(FCDFA)는, 이 DC/DC 부스트 모듈(201)이 실질적으로 일정한 DC 출력 전압(v0)을 생성하도록 조정가능한 듀티 팩터를 조절한다. 즉, 이 DC/DC 부스트 모듈(201)은, 시변 전압을 갖는 DC 에너지 소스를, 시퀀스 내의 후속 디바이스(즉, 도 1a의 경우 DC/AC 변환 모듈(223))에 적합한 고정 DC 전압 v0(전형적으로 v0 = vpk, 여기서 vpk는 AC 그리드의 피크 전압)을 갖는 에너지 소스로 수정한다. 이 후속 DC/AC 변환 모듈은, 명시된 피크 전압을 갖는 DC 전력을 전력 그리드 규약을 준수하는 정현파 전력열 형태의 AC 전력으로 변환한다.
스위치(Q)가 온인 기간 동안, 설계된 인덕터(L)는, 입력 유닛(도 1a의 경우, PV 태양광 스트링(101))으로부터 에너지를 추출한다. 구체적으로, 인덕터(L)는, PWM 스위치의 피드백-제어형 듀티 팩터에 의해 명시된 기간 내에 입력 전력에 의해 충전된다. 이 충전은, 스위치 양단의 전압 vSW가 적절한 값에 도달할 때까지 스위치(Q) 양단의 전압 vSW를 입력 전압 vin을 향하여 밀어 올리면서 발생한다. 스위치(Q)가 오프인 기간 동안, 전류는 인덕터 L로부터 다이오드 D를 통해 흘러 설계된 커패시터(C)를 충전하여, 원하는 출력 전압과 동일한 정상-상태 전압을 생성한다(그리드 접속의 경우 v = v0 = vpk). 적절히 설계된 고정 PWM 주파수의 스위치(Q)의 온-오프 기간의 듀티 팩터를 조정하기 위해 피드백 제어를 이용함으로써, 출력 전압을 vin으로부터 AC 전력 그리드 명시된 피크 전압 v0 = vpk로 부스트할 수 있다. 따라서, 이 전압-부스트 회로는 후속 DC/AC 변환 모듈로 출력하기에 적합한 피크 전압을 생성할 수 있다. 전술된 회로는, 본 기술분야에서 "부스트 DC/DC 변환기" 또는 "부스트 변환기"라고 명명된다.
전술된 바와 같이, 부스트 변환기는, 시변 전압 DC 소스(예를 들어, PV 스트링)를 AC 전력 그리드에 대해 명시된 피크 전압 값과 동일할 수 있는 실질적으로 일정한 전압을 갖는 DC 소스로 수정하도록 설계된다. 정상 동작의 하나의 AC 사이클에서 공급 피크 전압이 감쇠하는 것을 방지하기 위해 도 2a에 도시된 부스트 회로의 커패시터 C에 대해 적절한 커패시턴스가 설계되었다는 점에 유의한다. 즉, 이 커패시터 C는, 하나의 AC 사이클에 걸쳐 전압을 실질적으로 일정하게 유지하기 위한 것이다. 이 설명된 기능을 수행하는 커패시터는 종종 본 기술분야에서 "DC-링크" 커패시터라고 지칭된다. 전력 그리드 규약은 DC-링크 양단에서 매우 적은 전압 변동을 용인한다. 따라서, 큰 잉여 에너지를 저장하는 것은 AC 전력 그리드의 최대 용인 전압 변동을 유지하기 위해 막대한(및 그에 따라 고가의) 커패시터를 요구할 것이므로, DC-링크 커패시터는 큰 잉여 에너지를 저장하도록 설계되지 않았다.
도 2b는, 인덕터(LL), 듀티 팩터 조정기(DFA)에 의해 조절되는 제어가능한 스위치(QQ), 다이오드(DD) 및 DC-링크 커패시터(CC)로 구성된 전형적인 DC/AC 변환 모듈(223)을 도시한다. 스위치(QQ)는 조정가능한 듀티 팩터를 이용하여 높은 주파수(전형적으로 상용 제품의 경우 약 18kHz)로 스위칭된다. 스위치(QQ)(종종 "PWM 스위치"라고 함)는, 펄스 폭 변조기(PWM) 신호에 의해 조절된다. 이 PWM 스위치의 듀티 팩터는 듀티 팩터 조정기(DFA)에 의해 조절되어, 이 변환 모듈(223)의 생성된 AC 전력열이 전력 그리드 규약을 준수하게 한다. 도시된 DC/AC 변환 모듈(223)은, 본 기술분야에서 "벅 변환기"라고 지칭된다. DFA와 연관된 벅 변환기(223)는, 명시된 피크 전압을 갖는 DC 에너지 소스를 정현파 AC 전력열로 변환할 수 있다. 이 맥동 AC 전력열은, (도 1a의 극성/동기 제어기(224)의 한 예인) 도 2c에 도시된 스위치 브릿지 구조를 통해 전송된다; 그 다음, 변압기(예를 들어, 도 1a의 변압기(225))를 통해 그리드(예를 들어, 도 1a의 그리드(300)) 내로 들어간다. 설명된 바와 같이, 스위치 브릿지 구조는 극성 및 동기 제어기로서 작용한다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 스위치들(S1 및 S2) 양쪽 모두가 온이고, 스위치들(S3 및 S4) 양쪽 모두가 오프이면, 양의 전압이 부하 양단에 인가된다. 반대로, 스위치들(S3 및 S4) 양쪽 모두가 온이고, 스위치들(S1 및 S2) 양쪽 모두가 오프이면, 부하 양단에 음의 전압이 인가된다. 이 스위칭이 전력 그리드에서 양의/음의 전압(또는 제로 전압 교차) 천이를 감지하는 동기화 조절기(도 2c에는 미도시)에 의해 제어될 때, (듀티 팩터 조정기 DFA와 결합된) 이 브릿지 구조(224)는, 단상 DC/AC 변환기의 출력 극성 및 동기를 효과적으로 제어한다.
동기식 조절기는, 요구되는 AC 각주파수 ω, 요구되는 AC 피크 전압 vpk 및 그리드의 대응하는 전력선 쌍과 동기인 위상 θ를 갖는 cos2(ωt + θ)로 표시되는 순수한 정현파 전력 파형이 생성되도록, 시변 PWM 듀티 팩터 조정을 적시에 조절할 수 있다. 고정 전압 DC 입력과 기생 인덕턴스 및 기생 커패시턴스로 그리드에 통합될 때, 인덕터(LL)와 커패시터(CC)는 실제로 작게 되거나 생략될 수 있다. 관련 기술분야에서, 용어 "변환기" 및 "인버터"(및 해당 사안에서는, "변환" 및 "반전")는, 본 명세서에서 서로 바꾸어 사용될 수 있다.
듀티 팩터 조정기(DFA)는, 벅 변환기의 스위치(QQ)를 턴 온/오프하도록 설계에 따라 듀티 팩터를 시간의 함수로서 조정한다. 따라서, 적절하게 설계된 회로와 준비된 피크 전압을 이용하여, 이 변환 모듈은, AC 전력 그리드 규약의 요건을 포함한 설계 요건을 준수하는 원하는 출력 전압 값, 전력 형태, 주파수 및 위상, 및 그리드의 대응하는 전력선의 위상을 생성할 수 있다. 그리드-접속형 유닛의 경우, (전형적으로 DC/AC 변환기에 내장되는) AC 동기 조절기는, 전력 그리드의 피크 전압 표류의 경우 및/또는 전력 그리드의 주파수 표류의 경우에 전력 그리드와 함께 준비된 AC 전력 출력이 표류하게 하기 위해 채용된다. 이러한 생성된 AC 전력 신호가 도 3에 도시되어 있다. 다시 말해서, 전술된 PWM 에너지 추출기를 이용하여, 단상 DC/AC 변환기는 고정 전압 DC 에너지 소스로부터 DC 전기 에너지를 추출하고 전력 그리드 규약을 준수하는 AC 전력으로 변환할 수 있다.
매우 중요하게는, 상기 단상 인버터의 출력 전력 P(t)는, cos2(ωt + θ)의 형태로 시간에 따라 변한다는 점에 유의한다. 따라서, 특정한 기간에 걸쳐, 전력 그리드의 전력선을 통해 전달되는 에너지는 이 기간 동안 그 시변 출력 전력열의 적분과 같다. 결과적인 적분 값은, 동일한 기간 동안 에너지 소스의 일정한 DC 전력의 적분의 절반에 불과하다. 다시 말해서, 전술된 종래의 단상 인버터는 DC 에너지 소스에 의해 제공된 에너지의 최대 절반만을 추출하고 변환할 수 있다. 따라서, 잔여 에너지와 미사용 에너지는 이용가능한 입력 에너지의 절반 이상이다. 이 잔여량은 상기 참조된 특허 공보에서 설명된 대부분의 잉여 에너지에 기여한다.
이하의 분석 목적을 위해, DC 에너지 소스는 수 개의 AC 전력 사이클의 기간에서 일정한 전력(Pmx)인 것으로 가정한다. 도 3은 하나의 PWM 사이클(기간 D를 가짐)에서 추출된 DC 에너지 펄스를 도시한다. 예시되는 바와 같이, 추출된 DC 전력 Px는, DC 전력 Pmx보다 작거나 같다. 이 PWM 사이클에서 듀티 팩터 d(t)/D는, 생성된 전력이 전력 그리드 규약을 준수하는 Px*cos2(ωt + θ)(여기서 θ는 그리드의 대응하는 전력선 쌍의 위상임)와 실질적으로 동일하도록, d(t)/D = cos2(ωt + θ)와 동일한 값으로 조정된다. 도 3(구체적으로는, 도 3의 하반부)은 또한, 하나의 PWM 주기로서 시간 간격 D를 갖는 전력-시간 공간(에너지 공간이라고 함)을 도시하며; 입력 DC 전력은 Pmx이고; 추출된 전력은 Px이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 이 에너지 공간은 3개의 구역으로 분할된다. 구역-I는, 추출된 전력 Px를 갖고; D*cos2(ωt + θ)의 지속 시간을 갖는 추출된 DC 에너지 펄스를 나타내며, 이 추출된 DC 에너지 펄스는, PWM 추출 시간에 대응하는 임의의 시간 t에서 단상 AC 전력 P(t) = Px*cos2(ωt + θ)로 변환된다. 구역-I는 "에너지 추출된 영역" 또는 "에너지 추출 구역"이라고도 한다. 에너지 소스의 전력 Pmx와 전력 Px 사이의 영역은 구역-III이다. 구역-II는 PWM 주기 D에서 에너지 추출된 영역 이후의 영역이다. 구역들-II 및 III의 결합된 영역은 이 에너지 공간에서의 잉여 에너지 영역을 나타낸다. 잉여 에너지 영역(구역)의 에너지는 추출되지 않고, AC 전력으로 변환되지 않으므로, 종래에는 이용되지 않는다. 대신에, 이 잉여 에너지는 궁극적으로 열로서 흡수된다.
반복하면, 종래의 DC/AC 단상 변환기는 전압-부스트 모듈을 채용하여 시변 전압을 갖는 DC 전원을, 그리드의 피크 전압 등의, 실질적으로 일정하고 특정한 전압을 갖는 DC 전원으로 수정한다. 이 DC 소스는, PWM 추출기가 DC 입력 에너지를 추출하여 변환하는 입력 DC 소스로서 역할한다. 하나의 PWM 사이클에서 듀티 팩터가 시간 t에서 cos2(ωt + θ)에 의해 조절될 때(여기서, 위상 θ는 전력 그리드의 대응하는 전력선의 위상임), 출력 전력 형태는 AC 전력 규약을 준수한다. 높은 레벨에서, 각각의 PWM 사이클의 에너지 공간은, 2개의 구역 - 추출된 에너지 구역(예를 들어, 도 3의 구역-I)과 잉여 에너지 구역(예를 들어, 도 3의 구역-II와 구역-III의 조합)으로 구성된다. 따라서, 추출된 에너지는 AC 전력으로 변환되어 전력 그리드의 대응하는 전력선 쌍에 제공된다; 반면, 잉여 에너지는 포집되어 MEUPT 최적화기 등의 디바이스에 저장되지 않는 한, 열로 전환된다.
전술된 바와 같이, 참조된 특허 공보는, 잉여 에너지의 양이 수개의 AC 기간을 통해 적분될 때 적어도 추출된 에너지만큼 크다고 교시하고 있다. 즉, 종래의 단상 DC/AC 변환기는 입력 DC 에너지의 최대 절반만 추출하고 변환할 수 있다. 즉, 종래의 단상 DC/AC 변환기를 이용할 때, 입력 DC 에너지의 적어도 절반이 잉여 에너지가 될 것이다; 이것은 추출되지 않고, 변환되지 않고, 전력 그리드에 전달되지 않고, 부하에 의해 이용되지 않으며; 궁극적으로 열로 전환될 것이다.
섹션 2: 단상 EUT 인버터의 원리
본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 인식되지는 않지만, 실제로 단상 인버터에 대해 전술된 바람직하지 않은 결과를 완화하는 2개의 방식이 있다. 제1 방식은, MEUPT 최적화기를 에너지 시스템에 통합하기 위해 참조 특허 공보에 설명된 원칙을 따르는 것이다. 다른 방식은, 한 세트의 2개의 DC/AC 변환 모듈과 위상 조정기로 구성된 단상 인버터를 설계하고 2개의 DC/AC 변환 모듈 사이에서 교대로 - 교대는 위상 조정기에 의해 야기됨 - 순차적으로 에너지를 추출하는 것을 제안하는 본 명세서에서 설명된 원리를 따르는 것이다. 이 새로운 단상 인버터는, 단상 에너지 활용 추적 인버터 또는 단상 EUT 인버터라고 한다.
단상 EUT 인버터의 제1 DC/AC 변환 모듈은, 각각의 PWM 사이클의 에너지 공간에서 제1 에너지 구역(예를 들어, 도 3의 구역 I)을 추출하고 변환함으로써 제1 AC 전력열을 생성한다. 반대로, 단상 EUT 인버터의 제2 DC/AC 변환 모듈은 구역-I 이후의 에너지 구역(예를 들어, 도 3의 구역-II)을 추출하고 변환함으로써 제2 AC 전력열을 생성한다. 따라서, 시간 t에서, 제1 AC 전력은 P(t) = Px * cos2(ωt+θ)인 반면; 제2 AC 전력은 P'(t) = Px - Px * cos2(ωt+θ) = Px * (1 - cos2(ωt+θ)) = Px * sin2(ωt+θ);)이다. 이들 2개의 출력 AC 전력열은, 동일한 피크 전력, 및 동일한 주파수를 갖지만, 서로 90도 위상차가 있다. 이것은, 제1 AC 전력열이 전력 그리드 규약 및 대응하는 전력선 쌍의 위상을 준수할 때, 제2 AC 전력열은 그리드의 대응하는 전력선 쌍과 90도 위상차가 날 것임을 의미한다. 즉, 전력 그리드의 대응하는 전력선 쌍에 제1 AC 전력열이 전달되어 전기 에너지를 제공할 수 있다; 반면, 제2 AC 전력열은 동일한 전력선 쌍에 전력을 전달하고 제공하는데 적합하지 않다.
본 명세서에서 설명된 원리에 따르면, 제안된 단상 EUT 인버터는 위상 조정기를 더 포함한다. 이 위상 조정기는 상기 언급된 제2 AC 전력열의 위상을 90도만큼 조정할 수 있다. 따라서, 제2 AC 전력열은 그리드의 대응하는 전력선 쌍과 동기화되도록 변환된다. 설명된 바와 같이, 단상 EUT 인버터의 출력들 양쪽 모두(제1 및 제2 AC 전력열)는 동일한 전력선 쌍의 전력 그리드 규약을 준수할 수 있다. 따라서, 2개의 단상 AC 전력열은 접속 부하에 의한 후속 소비를 위해 그리드의 동일한 전력선 쌍 내에 전달될 수 있다.
도 4a는 에너지 생성 및 단상 EUT 인버터(400)로의 입력을 보여주는 블록도를 개략적으로 도시한다. (시변 전압을 갖는 것을 특징으로 하는) 입력 에너지는 PV 태양광 스트링(401)에 의해 생성된다. 입력 에너지는, 에너지 컨디셔닝을 수행하여 고정 전압을 갖는 DC 에너지 소스를 생성하는 부스트 모듈(402)을 통과한다. 부스트 모듈(402)은 도 2a의 부스트 모듈(201)에 대해 전술된 바와 같이 구조화될 수 있다.
부스트 모듈(402)로부터의 고정 전압 DC 에너지는 제1 PWM 동작 DC/AC 벅 모듈(403A)에 의해 부분적으로 추출되어 제1 AC 전력열(4031A)(도 4b 참조), P(t) = Px * cos2(ωt + θ)을 생성하며, 이것은 전력 그리드 규약을 준수하고 전력 그리드의 대응하는 전력선과 동일한 위상 를 갖는다. 도 2b를 참조하면, 이것은 듀티 팩터 d1(t)/D = cos2(ωt + θ)를 갖도록 듀티 팩터 조정기(DFA)가 스위치(QQ)를 제어함으로써 달성된다는 것을 기억한다. 제1 PWN 동작형 DC/AC 벅 모듈(403A)은, DFA가 위상차 고정 모듈(out of phase locking module)(405)에도 결합된다는 점을 제외하고는, 도 2b와 관련하여 전술된 DC/AC 벅 모듈(223)과 동일하게 구조화될 수 있다.
부스트 모듈로부터의 고정 전압 DC 에너지는 또한, 제2 PWM 동작형 DC/AC 벅 모듈(403B)에 의해 부분적으로 추출된다. 제2 DC/AC 벅 모듈(403B)은 제1 DC/AC 벅 모듈(403A)과 동일하게 구조화될 수 있고, 제1 DC/AC 벅 모듈(403A)의 스위치(QQ), 다이오드(DD), 인덕터(LL) 및 커패시터(CC)가 서로 접속되는 방법과 유사하게 서로 접속되는 스위치(SQQ), 다이오드(SDD), 인덕터(SLL) 및 커패시터(SCC)를 포함한다. 또한, 제2 DC/AC 벅 모듈(403B)의 스위치(SQQ), 다이오드(SDD), 인덕터(SLL) 및 커패시터(SCC)는, 제1 DC/AC 벅 모듈(403A)의 스위치(QQ), 다이오드(DD), 인덕터(LL) 및 커패시터(CC)와 동일한 각각의 크기를 가질 수 있다.
그러나, 제2 DC/AC 벅 모듈(403B)의 스위치(SQQ)는 위상차 고정 모듈(405)을 통해 듀티 팩터 조정기(DFA)에 결합된다. 위상차 고정 모듈(405)은, 제1 DC/AC 벅 모듈의 스위치(QQ)가 온일 때, 제2 DC/AC 벅 모듈의 스위치(SQQ)가 오프이고, 그 반대의 경우도 마찬가지임을 보장한다. 따라서, 스위치(SQQ)의 듀티 사이클은 1-d1(t)=1- cos2(ωt+θ)= sin2(ωt+θ)이다. 따라서, 제2 DC/AC 벅 모듈(403B)에 의해 생성된 제2 AC 전력열(4031B)(도 4c 참조)은 시변 전력열 P'(t) = Px * sin2(ωt)을 갖는다. 아래에서 더 설명되는 바와 같이, 이 제2 AC 전력열의 위상은 위상 조정기에 의해 추가로 조정되어 제2 AC 전력열의 위상이
도 4b의 전력열(4031B)은 후속해서 90도 조정되어 AC 전력열 P''(t) = Px * sin2(ωt + θ + 90°)이 된다. 위상 조정 후, (P(t) = Px * cos2(ωt) + θ인) 제1 AC 전력열(4031A) 전력열과, (조정에 의해, P''(t) = Px * sin2(ωt + θ + 90°) = Px * cos2(ωt) + θ가 되는) 제2 AC 전력열(4031B)이 동기화되고 그리드의 동일한 전력선 쌍에 제공하기에 적합하게 되기 때문에, 양쪽 AC 전력열 P(t)와 P''(t)는 동기화된다. 지금은 제1 전력열 P(t)(즉, 도 4b의 신호 4031A)는 고정 브릿지 스위치 구조(404A)에 제공되고, 제2 전력열 P'(t)(즉, 도 4c의 싱글 4031B)는 제1 고정 브릿지 구조(404A)와 위상차가 있는 제2 고정 브릿지 구조(404B)에 제공된다고 말해두자. 위상차 고정 브릿지 구조(404A 및 404B)의 동작 및 구조는 도 4d 내지 도 4h와 관련하여 아래에서 더 설명된다.
섹션 3: 원리는 3상 EUT 인버터에 적용된다
종래의 단상 DC/AC 변환기의 비효율적인 에너지 추출의 근본 원인은 종래의 3상 DC/AC 변환기에도 존재한다. 본질적으로, 종래의 3상 DC/AC 변환기는, 추출 및 변환을 수행하고 3쌍의 전력선에 120도 위상차와 함께 유사한 시간 평균 AC 전력을 전달하는 3개의 단상 DC/AC 변환기를 동작시킨다. 따라서 단상 DC/AC 변환기에서 발생하는 잉여 에너지는 종래의 3상 DC/AC 변환기의 3개 단상 DC/AC 변환기 각각에서도 발생한다. 나쁜 소식은, 단상 DC/AC 변환기의 에너지 추출 비효율성의 근본 원인이 종래의 3상 DC/AC 변환기에서 3번 이상 지속된다는 것이다. 좋은 소식은, 단상 인버터의 에너지 추출 결점에 적용될 수 있는 효과적인 구제책이 3상 인버터의 에너지 추출 결점에 대해 3번 적용가능한 효과적인 구제책이 될 수 있다는 것이다.
3상 DC/AC 인버터가 위에서 설명된 3개 세트의 단상 EUT 인버터로 구성될 때, 3상 DC/AC 인버터는 3상 EUT 인버터라고 한다. 3상 EUT 인버터의 각각의 단상 EUT 인버터는 DC 에너지 소스(예를 들어, PV 스트링 또는 스테이션)에 의해 제공되는 DC 전력의 삼분의 일(1/3)을 추출하여 2개의 단상 AC 전력열로 변환해 이들을 3상 전력 그리드의 동일한 전력선 쌍에 전달할 수 있다. 예를 들어, 제1 단상 EUT 인버터는 DC 에너지 소스에 의해 제공되는 DC 전력의 삼분의 일을 제1 세트의 2개의 동기화된 단상 AC 전력열로 추출하고 그 제1 세트의 동기화된 단상 AC 전력열을 그리드의 제1 대응하는 전력선 쌍에 전달한다. 제2 단상 EUT 인버터는 DC 에너지 소스에 의해 제공되는 DC 전력의 또 다른 삼분의 일을 (제1 세트의 동기화된 단상 AC 전력열과는 120도 위상차가 있지만, 그리드의 제2 전력선 쌍과는 동기화된) 제2 세트의 2개의 동기화된 단상 AC 전력열로 추출하여 그 제2 세트의 동기화된 단상 AC 전력열을 그리드의 제2 대응하는 전력선 쌍에 전달한다. 제3 단상 EUT 인버터는 DC 에너지 소스에 의해 제공되는 DC 전력의 또 다른 삼분의 일을 (제1 및 제2 동기화된 단상 AC 전력열과는 120도 위상차가 있지만, 그리드의 제3 전력선 쌍과는 동기화된) 제3 세트의 2개의 동기화된 단상 AC 전력열로 추출하여 그 제3 세트의 동기화된 단상 AC 전력열을 그리드의 제3 대응하는 전력선 쌍에 전달한다.
따라서 3상 EUT 인버터 내의 3개의 단상 EUT 인버터의 결합된 노력은, 에너지 소스에 의해 제공되는 거의 모든 전체 입력 DC 전력을 추출하여 3상 전력 그리드의 3쌍의 전력선 내로 전달할 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 설명된 원리에 따르면, 3상 EUT 인버터를 이용하여 종래의 3상 DC/AC 인버터를 대체하면, DC 에너지 소스로부터 추출된 에너지의 양을 2배로 추출할 수 있고, 출력 AC 전력을 소비를 위해 3상 전력 그리드에 전달할 수 있다.
섹션 4: 위상 조정기의 예
본 명세서에서 언급된 위상 조정기를 설계하기 위해 본 기술분야의 여러 기술이 채용될 수 있다. 예를 들어, 본 기술분야에 널리 공지된 바와 같이, 단상 변압기는 극성 반전과 연관된 AC 사이클의 절반만큼 단상 AC 전압열을 지연시킬 수 있다. 이것은, 단상 변압기는 파형 또는 주파수를 변경하지 않고 AC 전력열의 위상을 90도 시프트할 수 있다는 것을 의미한다. 이상적인 변압기(1차 및 2차 권선비가 1과 같음)는 입력 AC 전력열의 피크 전압을 더욱 보존할 수 있다. 권선비가 1인 실제 변압기는 약간의 피크 전압 강하를 도입할 수 있다. 그러나, 이 유도된 피크 전압 강하는 2차 대 1차 권선비를 적절한 값으로 조정함으로써 보정될 수 있다. 따라서, 단상 변압기는 본 명세서에서 설명된 원리에 대한 매우 실용적인 위상 조정기가 될 수 있다. 모든 단상 EUT 인버터는 그 위상 조정기로서 하나의 적절한 단상 변압기를 채용할 수 있다. 3상 EUT 인버터는, 각각이 이러한 위상 조정기를 갖는 3개의 단상 EUT 인버터를 채용할 수 있다. 즉, 위상 조정은 또한, 인덕터 또는 커패시터를 이용하여 달성될 수 있다.
또한, 3상 변압기는 파형 또는 주파수를 변경하지 않고 3상 AC 전력열의 각각의 위상을 90도 시프트할 수 있다. 따라서, 전술된 바와 같이, 3상 EUT 인버터는 또한, 결합된 위상 조정기로서 단 하나의 3상 변압기만을 채용하여 3상 전력 그리드의 3쌍의 전력선과 동기화되도록 3개의 위상차 AC 전압열 모두를 조정할 수 있다. 3상 EUT 인버터 내의 3개의 조정기를 단 하나의 결합된 조정기로 교체함으로써, 이 후보 위상 조정기는 3상 EUT 인버터의 비용을 더욱 감소시킬 수 있다.
섹션 5: 요약
섹션 1에서 분석된 바와 같이, 종래의 AC 단상 추출기는 PWM 추출기를 채용하여 DC 입력 전력을 추출한다. 하나의 PWM 사이클의 듀티 팩터가 시간 t에서 cos2(ωt + θ)에 의해 조절되면, 출력 전력은 적절한 동기화된 위상 θ를 가정하는 AC 전력 규약을 준수한다. 각각의 PWM 사이클의 에너지 공간은 2개의 구역으로 구성된다; 하나는 추출된 에너지 구역인 반면 다른 하나는 잉여 에너지 구역임에 유의한다. 참조된 특허 공보는, 잉여 에너지의 양이, 수개의 AC 기간을 통해 적분될 때 적어도 추출된 에너지만큼 크다고 교시하고 있다. 즉, 단상 DC/AC 변환기는 입력 DC 전력의 최대 절반만 추출하고 변환할 수 있다. 추출된 에너지는 AC 전력으로 변환되어 전력 그리드에 제공된다; 반면, MEUPT 디바이스 등의 디바이스에 포집되어 저장되지 않는 한 잉여 에너지는 열로 전환된다.
섹션 2에서 설명된 바와 같이, 제안된 새로운 단상 DC/AC 변환기 설계는 한 세트의 2개의 DC/AC 변환 모듈과 위상 조정기를 포함하며, 이를 이용하여 순차적 에너지 추출을 실행한다. 새로운 단상 DC/AC 변환기는 본 명세서에서는 "단상 EUT 인버터"라고도 명명된다. 단상 EUT 인버터의 제1 DC/AC 변환 모듈은 각각의 PWM 사이클의 에너지 공간에서 제1 에너지 구역(예를 들어, 도 3의 구역 I)을 추출하고 변환하여 제1 AC 전력열을 생성한다; 반면, 제2 DC/AC 변환 모듈은 그 후의 에너지 구역(예를 들어, 도 3의 구역 II)을 추출하고 변환하여 제2 AC 전력열을 생성한다. 따라서, 시간 t에서, 제1 AC 전력은 P(t) = Px * cos2(ωt + θ)인 반면; 제2 AC 전력은 P'(t) = Px * sin2(ωt + θ)이다. 이들 2개의 출력 AC 전력열은, 동일한 피크 전력, 동일한 주파수를 갖지만, 서로 90도 위상차가 있다(도 4b 및 4c 비교). 이것은, 제1 AC 전력열이 전력 그리드 규약을 준수하고 전력 그리드의 대응하는 전력선 쌍과 동기화되지만, 제2 AC 전력열은 그리드의 동일한 전력선 쌍과 90도 위상차가 있다는 것을 의미한다. 즉, 전력 그리드의 대응하는 전력선 쌍에 제1 AC 전력열이 전달되어 전기 에너지를 제공할 수 있다; 반면, 제2 AC 전력열은 동일한 전력선 쌍에 전력을 전달하고 제공하는데 적합하지 않다.
단상 EUT 인버터는 위상 조정기를 더 포함한다. 이 위상 조정기는 상기 언급된 제2 AC 전력열의 위상을 90도만큼 조정할 수 있다. 따라서, 제2 AC 전력열은 그리드의 대응하는 전력선 쌍과 동기화되도록 변환된다. 설명된 바와 같이, 단상 EUT 인버터의 출력들 양쪽 모두(제1 및 제2 AC 전력열)는 동일한 전력선 쌍의 전력 그리드 규약을 준수할 수 있다. 따라서, 단상 EUT 인버터의 출력인 2개의 단상 AC 전력열은 그리드의 동일한 전력선 쌍 내에 전달되고 접속 부하에 의해 소비될 수 있다.
섹션 3에서 설명된 바와 같이, 3상 DC/AC 인버터가 전술된 한 세트의 3개의 단상 EUT 인버터로 구성될 때, 3상 DC/AC 인버터는 3상 EUT 인버터라고 지칭된다. 3상 EUT 인버터의 각각의 단상 EUT 인버터는 DC 에너지 소스(예를 들어, PV 스트링 또는 스테이션)에 의해 제공되는 DC 전력의 삼분의 일을 추출하여 2개의 단상 AC 전력열로 변환해 이들을 3상 전력 그리드의 동일한 전력선 쌍에 전달할 수 있다. 따라서, 3상 EUT 인버터 내의 3개의 단상 EUT 인버터의 결합된 노력은, 에너지 소스에 의해 제공되는 전체 입력 DC 전력을 추출하여 3상 전력 그리드의 3쌍의 전력선 내로 전달할 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 설명된 원리에 따르면, 3상 EUT 인버터를 이용하여 종래의 3상 DC/AC 인버터를 대체하면, DC 에너지 소스로부터 2배의 전력의 양을 추출할 수 있고, 출력 AC 전력을 소비를 위해 3상 전력 그리드에 전달할 수 있다. 전술된 바와 같이, 종래의 단상 인버터의 구제책은 종래의 3상 인버터의 구제책이기도 하다.
섹션 4에서는 제2 AC 전력열에 대한 요구되는 90도 위상 조정을 수행하고 다른 모든 명세는 유지하여 전력 그리드 규약을 준수할 수 있는 실용적인 디바이스를 설명했다. 또한, 이 후보는 3상 EUT 인버터에도 적합하다.
본 명세서에 설명된 원리에 이용된 관련 용어를 예시하고 명료화하기 위해, 도 4a는 단상 EUT 인버터(400)에 대한 태양광 전력 입력 모듈 및 출력 시퀀스를 도시한다. 이 입력 시퀀스는, 전압 부스트 모듈(402)에 대한 입력 소스로 역할하는 가변 전압을 갖는 에너지 소스로서 태양광 스트링(401)에서 생성된 에너지로 시작한다. 에너지 소스의 출력은 커패시터 C에 저장되며 거의 정전압 DC 소스이다.
즉, 이 전압 부스트 모듈(402)은 가변 전압 DC 에너지 소스를 DC-링크 커패시터 C(도 2a의 커패시터 C 참조)에 저장되는 고정 전압 DC 에너지 소스로 수정한다. 이 고정 전압 DC 에너지 소스는 2 세트의 DC/AC 변환 모듈(403A 및 403B)에 대한 입력으로서 서비스된다. 이들 2개의 변환 모듈은, DC 링크 커패시터 C로부터의 순차적 에너지 추출을 야기하는 위상차 고정 PWM 스위치(QQ 및 SQQ)에 의해 동작된다. 따라서, DC/AC 변환 모듈들 각각은, 서로 90도 위상차가 있는 각각의 맥동 정현파 전력열(4031A 및 4031B)(도 4b 및 4c에도 도시됨)을 생성한다. 도 d에 도시된 바와 같이, 이들 2개의 90도 위상차 맥동 전력열 4031A(P'(t)) 및 4031B(P'(t)) 각각은, 위상차 고정 브릿지 스위치 구조(404A 및 404B) 내로 전송된다(도 4d로도 도시됨). 고정 브릿지 구조(404A 및 404B) 각각은, 스위치 S1 및 SS1은 위상이 벗어나도록 제어되고 스위치 S2 및 S22는 위상이 벗어나도록 제어되며, 스위치 S3 및 S33은 위상이 벗어나도록 제어되고 스위치 S4 및 S44는 위상이 벗어나도록 제어된다는 점을 제외하고는, 도 2c의 브릿지 구조(224)에 대해 설명된 바와 같이 구조화될 수 있다.
이들 브릿지 구조는 입력들(4031A 및 4031B)의 극성을 제어하고; 각각 도 4e 및 도 4f의 405A 및 405B에 도시된 바와 같이, 90도 위상차를 갖는 2개의 AC 전압열을 생성한다. 도 4f에 도시된 바와 같이, 제2 AC 전압열(405B)은 90도 위상 조정기(406)에 제공될 수 있으며, 그 결과 제2 AC 전압열(405B)이 제1 AC 전압열(405A)과 위상 동기화된다. 따라서, 양쪽 AC 전압열은 (변압기를 통해) 그리드의 동일한 전력선 쌍에 전달하는데 적합하다. 완전성을 위해, 도 4g 및 도 4h는 또한, 하나의 전력열이 위상 조정(406)에 의한 지연의 결과 신호(407B)가 되는 최종 2개의 동기화된 전력열을 도시한다. 지연 부분은 도 4h에서 파선으로 도시된다. 다른 결과적인 전력 신호(407A)는 지연되지 않는다.
본 발명은 그 사상 또는 본질적 특성으로부터 벗어나지 않고 다른 특정한 형태로 구현될 수 있다. 설명된 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐이고 제한적인 것은 아니라고 간주되어야 한다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기의 설명이 아니라 첨부된 청구항들에 의해 표시된다. 청구항들의 균등물들의 의미와 범위 내에 드는 모든 변경은 청구항들의 범위 내에 포함되어야 한다.

Claims (17)

  1. 디바이스로서,
    단상 DC/AC 변환기
    를 포함하고, 상기 단상 DC/AC 변환기는:
    고정된 전압의 DC 에너지 소스로부터 제1 에너지 추출을 수행하도록 펄스 폭 변조기에 의해 동작되고, 상기 펄스 폭 변조기의 펄스 폭 변조기 신호의 듀티 사이클의 제1 부분 내에서 상기 제1 에너지 추출을 수행하여 제1 정현파 AC 전력열(power train)을 생성하도록 구성되는 제1 DC/AC 변환 모듈;
    상기 DC 에너지 소스로부터 제2 에너지 추출을 수행하도록 상기 펄스 폭 변조기에 의해 동작되고, 상기 펄스 폭 변조기의 펄스 폭 변조기 신호의 듀티 사이클의 제2 부분 내에서 상기 제2 에너지 추출을 수행하여 상기 제1 정현파 AC 전력열과 위상이 90도 다른 제2 정현파 AC 전력열을 생성하도록 구성되는 제2 DC/AC 변환 모듈 - 상기 듀티 사이클의 제2 부분은 상기 듀티 사이클의 제1 부분과 중첩되지 않음 -; 및
    상기 제1 및 제2 정현파 AC 전력열들 양쪽 모두가 동일한 위상을 갖도록 90도 위상 시프트에 의해 상기 제1 또는 제2 정현파 AC 전력열들 중 하나를 조정하도록 구성되는 위상 조정기
    를 포함하는, 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 듀티 사이클의 제2 부분은 상기 제1 에너지 추출 및 상기 제2 에너지 추출이 순차적이도록 상기 듀티 사이클의 제1 부분에 인접하는, 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 단상 DC/AC 변환기는 전력 그리드의 전력선 쌍에 결합되고, 상기 제1 및 제2 정현파 AC 전력열들의 위상은 상기 전력 그리드의 전력선 쌍과 동기화되는, 디바이스.
  4. 제1항에 있어서, 상기 위상 조정기는 단상 변압기를 포함하는, 디바이스.
  5. 제1항에 있어서, 상기 위상 조정기는 인덕터를 포함하는, 디바이스.
  6. 제1항에 있어서, 상기 위상 조정기는 커패시터를 포함하는, 디바이스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 단상 DC/AC 변환 모듈을 제1 DC/AC 변환 모듈로서 포함하는 3상 DC/AC 변환 모듈을 포함하고, 상기 위상 조정기는 제1 위상 조정기이고, 상기 펄스 폭 변조기는 제1 펄스 폭 변조기이고, 상기 제1 DC/AC 변환 모듈의 제1 및 제2 정현파 AC 전력열들의 위상은 전력 그리드의 제1 전력선 쌍과 동기화되는, 디바이스.
  8. 제7항에 있어서, 상기 3상 DC/AC 변환 모듈은,
    상기 DC 에너지 소스로부터 제3 에너지 추출을 수행하도록 제2 펄스 폭 변조기에 의해 동작되고, 상기 제2 펄스 폭 변조기의 펄스 폭 변조기 신호의 듀티 사이클의 제1 부분 내에서 상기 제3 에너지 추출을 수행하여 제3 정현파 AC 전력열을 생성하도록 구성되는 제3 DC/AC 변환 모듈;
    상기 DC 에너지 소스로부터 제4 에너지 추출을 수행하도록 상기 제2 펄스 폭 변조기에 의해 동작되고, 상기 제2 펄스 폭 변조기의 펄스 폭 변조기 신호의 듀티 사이클의 제2 부분 내에서 상기 제4 에너지 추출을 수행하여 제4 정현파 AC 전력열을 생성하도록 구성되는 제4 DC/AC 변환 모듈 - 상기 제2 펄스 폭 변조기의 펄스 폭 변조기 신호의 듀티 사이클의 상기 제2 부분은 상기 제2 펄스 폭 변조기의 펄스 폭 변조기 신호의 듀티 사이클의 상기 제1 부분과 중첩하지 않음 -; 및
    상기 제3 및 상기 제4 정현파 AC 전력열들 양쪽 모두가 상기 전력 그리드의 제2 전력선 쌍과 동기화되는 위상을 갖도록 90도 위상 시프트에 의해 상기 제3 또는 제4 정현파 AC 전력열들 중 하나를 조정하도록 구성되는 제2 위상 조정기
    를 더 포함하는, 디바이스.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 위상 조정기는 제1 단상 변압기를 포함하고, 상기 제2 위상 조정기는 제2 단상 변압기를 포함하는, 디바이스.
  10. 제8항에 있어서, 상기 3상 DC/AC 변환 모듈은,
    상기 DC 에너지 소스로부터 제5 에너지 추출을 수행하도록 제3 펄스 폭 변조기에 의해 동작되고, 상기 제3 펄스 폭 변조기의 펄스 폭 변조기 신호의 듀티 사이클의 제1 부분 내에서 상기 제5 에너지 추출을 수행하여 제5 정현파 AC 전력열을 생성하도록 구성되는 제5 DC/AC 변환 모듈;
    상기 DC 에너지 소스로부터 제6 에너지 추출을 수행하도록 상기 제3 펄스 폭 변조기에 의해 동작되고, 상기 제3 펄스 폭 변조기의 펄스 폭 변조기 신호의 듀티 사이클의 제2 부분 내에서 상기 제6 에너지 추출을 수행하여 제6 정현파 AC 전력열을 생성하도록 구성되는 제6 DC/AC 변환 모듈 - 상기 제3 펄스 폭 변조기의 펄스 폭 변조기 신호의 듀티 사이클의 상기 제2 부분은 상기 제3 펄스 폭 변조기의 펄스 폭 변조기 신호의 듀티 사이클의 상기 제1 부분과 중첩하지 않음 -; 및
    상기 제5 및 상기 제6 정현파 AC 전력열들 양쪽 모두가 상기 전력 그리드의 제3 전력선 쌍과 동기화되는 위상을 갖도록 90도 위상 시프트에 의해 상기 제5 또는 제6 정현파 AC 전력열들 중 하나를 조정하도록 구성되는 제3 위상 조정기
    를 더 포함하는, 디바이스.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 위상 조정기는 제1 단상 변압기를 포함하고, 상기 제2 위상 조정기는 제2 단상 변압기를 포함하며, 상기 제3 위상 조정기는 제3 단상 변압기를 포함하는, 디바이스.
  12. 제10항에 있어서, 3상 변압기는 상기 제1 위상 조정기, 상기 제2 위상 조정기, 및 상기 제3 위상 조정기를 포함하는, 디바이스.
  13. 3상 DC/AC 변환 모듈을 포함하는 디바이스로서,
    제1 단상 DC/AC 변환기 및 제2 단상 DC/AC 변환기를 포함하고,
    상기 제1 단상 DC/AC 변환기는,
    고정된 전압의 DC 에너지 소스로부터 제1 에너지 추출을 수행하도록 제1 펄스 폭 변조기에 의해 동작되고, 상기 제1 펄스 폭 변조기의 펄스 폭 변조기 신호의 듀티 사이클의 제1 부분 내에서 상기 제1 에너지 추출을 수행하여 제1 정현파 AC 전력열을 생성하도록 구성되는 제1 DC/AC 변환 모듈;
    상기 DC 에너지 소스로부터 제2 에너지 추출을 수행하도록 상기 제1 펄스 폭 변조기에 의해 동작되고, 상기 제1 펄스 폭 변조기의 상기 펄스 폭 변조기 신호의 듀티 사이클의 제2 부분 내에서 상기 제2 에너지 추출을 수행하여 제2 정현파 AC 전력열을 생성하도록 구성되는 제2 DC/AC 변환 모듈 - 상기 제1 펄스 폭 변조기의 상기 펄스 폭 변조기 신호의 상기 듀티 사이클의 상기 제2 부분은 상기 제1 펄스 폭 변조기의 상기 펄스 폭 변조기 신호의 상기 듀티 사이클의 상기 제1 부분과 중첩되지 않음 -; 및
    상기 제1 및 제2 정현파 AC 전력열들 양쪽 모두가 전력 그리드의 제1 전력선 쌍과 동기화되는 동일한 위상을 갖도록 상기 제1 또는 제2 정현파 AC 전력열들 중 하나를 90도 위상 시프트에 의해 조정하도록 구성된 제1 위상 조정기
    를 포함하고;
    상기 제2 단상 DC/AC 변환기는,
    상기 DC 에너지 소스로부터 제3 에너지 추출을 수행하도록 제2 펄스 폭 변조기에 의해 동작되고, 상기 제2 펄스 폭 변조기의 펄스 폭 변조기 신호의 듀티 사이클의 제1 부분 내에서 상기 제3 에너지 추출을 수행하여 제3 정현파 AC 전력열을 생성하도록 구성되는 제3 DC/AC 변환 모듈;
    상기 DC 에너지 소스로부터 제4 에너지 추출을 수행하도록 상기 제2 펄스 폭 변조기에 의해 동작되고, 상기 제2 펄스 폭 변조기의 상기 펄스 폭 변조기 신호의 듀티 사이클의 제2 부분 내에서 상기 제4 에너지 추출을 수행하여 제4 정현파 AC 전력열을 생성하도록 구성되는 제4 DC/AC 변환 모듈 - 상기 제2 펄스 폭 변조기의 상기 펄스 폭 변조기 신호의 상기 듀티 사이클의 상기 제2 부분은 상기 제2 펄스 폭 변조기의 상기 펄스 폭 변조기 신호의 상기 듀티 사이클의 상기 제1 부분과 중첩되지 않음 -; 및
    상기 제3 및 제4 정현파 AC 전력열들 양쪽 모두가 상기 전력 그리드의 제2 전력선 쌍과 동기화되는 위상을 갖도록 상기 제3 또는 제4 정현파 AC 전력열들 중 하나를 90도 위상 시프트에 의해 조정하도록 구성된 제2 위상 조정기
    를 포함하는, 디바이스.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 위상 조정기는 제1 단상 변압기를 포함하고, 상기 제2 위상 조정기는 제2 단상 변압기를 포함하는, 디바이스.
  15. 제13항에 있어서, 상기 3상 DC/AC 변환 모듈은 제3 단상 DC/AC 변환기를 더 포함하고, 상기 제3 단상 DC/AC 변환기는,
    상기 DC 에너지 소스로부터 제5 에너지 추출을 수행하도록 제3 펄스 폭 변조기에 의해 동작되고, 상기 제3 펄스 폭 변조기의 펄스 폭 변조기 신호의 듀티 사이클의 제1 부분 내에서 상기 제5 에너지 추출을 수행하여 제5 정현파 AC 전력열을 생성하도록 구성되는 제5 DC/AC 변환 모듈;
    상기 DC 에너지 소스로부터 제6 에너지 추출을 수행하도록 상기 제3 펄스 폭 변조기에 의해 동작되고, 상기 제3 펄스 폭 변조기의 상기 펄스 폭 변조기 신호의 듀티 사이클의 제2 부분 내에서 상기 제6 에너지 추출을 수행하여 제6 정현파 AC 전력열을 생성하도록 구성되는 제6 DC/AC 변환 모듈 - 상기 제3 펄스 폭 변조기의 상기 펄스 폭 변조기 신호의 상기 듀티 사이클의 상기 제2 부분은 상기 제3 펄스 폭 변조기의 상기 펄스 폭 변조기 신호의 상기 듀티 사이클의 상기 제1 부분과 중첩되지 않음 -; 및
    상기 제5 및 제6 정현파 AC 전력열들 양쪽 모두가 상기 전력 그리드의 제3 전력선 쌍과 동기화되는 위상을 갖도록 상기 제5 또는 제6 정현파 AC 전력열들 중 하나를 90도 위상 시프트에 의해 조정하도록 구성된 제3 위상 조정기
    를 포함하는, 디바이스.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1 위상 조정기는 제1 단상 변압기를 포함하고, 상기 제2 위상 조정기는 제2 단상 변압기를 포함하며, 상기 제3 위상 조정기는 제3 단상 변압기를 포함하는, 디바이스.
  17. 제15항에 있어서, 3상 변압기는 상기 제1 위상 조정기, 상기 제2 위상 조정기 및 상기 제3 위상 조정기를 포함하는, 디바이스.
KR1020217002531A 2018-06-29 2019-05-01 단상 에너지 활용 추적 인버터 KR102658388B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/024,480 US10516271B2 (en) 2018-06-29 2018-06-29 Single-phase energy utilization tracking inverter
US16/024,480 2018-06-29
PCT/US2019/030253 WO2020005385A1 (en) 2018-06-29 2019-05-01 Single-phase energy utilization tracking inverter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210024609A KR20210024609A (ko) 2021-03-05
KR102658388B1 true KR102658388B1 (ko) 2024-04-16

Family

ID=64693699

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217002531A KR102658388B1 (ko) 2018-06-29 2019-05-01 단상 에너지 활용 추적 인버터

Country Status (17)

Country Link
US (1) US10516271B2 (ko)
EP (1) EP3815235B1 (ko)
JP (1) JP7252989B2 (ko)
KR (1) KR102658388B1 (ko)
CN (1) CN112368930B (ko)
AU (1) AU2019292002B2 (ko)
BR (1) BR112020026627A2 (ko)
CA (1) CA3104032A1 (ko)
CL (1) CL2020003426A1 (ko)
CO (1) CO2021000829A2 (ko)
EA (1) EA202190144A1 (ko)
IL (1) IL279492B (ko)
MX (1) MX2020014238A (ko)
PH (1) PH12020552200A1 (ko)
TW (1) TWI697191B (ko)
WO (1) WO2020005385A1 (ko)
ZA (1) ZA202100248B (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060181906A1 (en) 2005-02-14 2006-08-17 Issa Batarseh Alternated duty cycle control method for half-bridge DC-DC converter
US20120170336A1 (en) 2010-12-29 2012-07-05 Chung-Hsin Electric And Machinery Manufacturing Corp. Power conversion circuit
WO2012149274A1 (en) 2011-04-27 2012-11-01 Solarbridge Technologies, Inc. Method and system for controlling a multi-stage power inverter
KR101395556B1 (ko) 2012-11-20 2014-05-16 전자부품연구원 3상 z-소스 인버터
KR101668335B1 (ko) 2014-10-08 2016-10-24 창명제어기술 (주) 단상 인버터 장치

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3741171B2 (ja) * 1996-06-17 2006-02-01 株式会社安川電機 多重パルス幅変調方式の電力変換装置
AU2008302264B2 (en) * 2007-09-18 2013-10-03 Flyback Energy, Inc. Current waveform construction to generate AC power with low harmonic distortion from localized energy sources
JP2011522505A (ja) * 2008-05-14 2011-07-28 ナショナル セミコンダクタ コーポレイション 複数個のインテリジェントインバータからなるアレイ用のシステム及び方法
US8872384B2 (en) * 2010-08-18 2014-10-28 Volterra Semiconductor Corporation Switching circuits for extracting power from an electric power source and associated methods
US9065354B2 (en) 2011-04-27 2015-06-23 Sunpower Corporation Multi-stage power inverter for power bus communication
GB2496139B (en) * 2011-11-01 2016-05-04 Solarcity Corp Photovoltaic power conditioning units
DE102012101156A1 (de) * 2012-02-14 2013-08-14 Lti Drives Gmbh Netzeinspeisevorrichtung, Energieeinspeisesystem sowie Verfahren zum Betrieb einer Netzeinspeisevorrichtung
WO2013176735A1 (en) * 2012-05-25 2013-11-28 Massachusetts Institute Of Technology Multi-phase grid interface
EP3055916B1 (en) * 2013-10-07 2018-08-01 Garrity Power Services LLC Smart grid power converter
US9887550B2 (en) * 2013-11-07 2018-02-06 The University Of North Carolina At Charlotte Control system for electrical energy outputting device
KR20160098894A (ko) * 2015-02-11 2016-08-19 삼성에스디아이 주식회사 전력 변환 장치 및 그의 구동 방법
KR101687487B1 (ko) * 2015-05-21 2016-12-16 영남대학교 산학협력단 직류-직류 컨버터 및 이를 구비하는 전력 변환 시스템
US10177575B2 (en) 2015-10-09 2019-01-08 LT Lighting (Taiwan) Corp. Maximum energy utilization point tracking technologies
US20160036232A1 (en) 2015-10-09 2016-02-04 LT Lighting (Taiwan) Corp. Maximum energy utilization point tracking technologies
US10483759B2 (en) * 2016-04-07 2019-11-19 Alencon Acquisition Co., Llc Integrated multi-mode large-scale electric power support system for an electrical grid
KR20170124257A (ko) * 2016-05-02 2017-11-10 엘지전자 주식회사 태양광 모듈 및 이를 구비한 태양광 시스템
US20180166975A1 (en) 2017-12-11 2018-06-14 LT Lighting (Taiwan) Corp. Energy utilization point tracker inverter

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060181906A1 (en) 2005-02-14 2006-08-17 Issa Batarseh Alternated duty cycle control method for half-bridge DC-DC converter
US20120170336A1 (en) 2010-12-29 2012-07-05 Chung-Hsin Electric And Machinery Manufacturing Corp. Power conversion circuit
WO2012149274A1 (en) 2011-04-27 2012-11-01 Solarbridge Technologies, Inc. Method and system for controlling a multi-stage power inverter
KR101395556B1 (ko) 2012-11-20 2014-05-16 전자부품연구원 3상 z-소스 인버터
KR101668335B1 (ko) 2014-10-08 2016-10-24 창명제어기술 (주) 단상 인버터 장치

Also Published As

Publication number Publication date
CN112368930B (zh) 2024-04-30
EA202190144A1 (ru) 2021-04-07
BR112020026627A2 (pt) 2021-03-30
TW202002496A (zh) 2020-01-01
EP3815235A1 (en) 2021-05-05
US10516271B2 (en) 2019-12-24
US20180375335A1 (en) 2018-12-27
CO2021000829A2 (es) 2021-04-19
PH12020552200A1 (en) 2021-06-28
AU2019292002B2 (en) 2023-08-31
CN112368930A (zh) 2021-02-12
ZA202100248B (en) 2022-07-27
JP2021528949A (ja) 2021-10-21
JP7252989B2 (ja) 2023-04-05
WO2020005385A1 (en) 2020-01-02
CA3104032A1 (en) 2020-01-02
IL279492B (en) 2022-06-01
EP3815235A4 (en) 2022-03-30
IL279492A (en) 2021-01-31
MX2020014238A (es) 2021-09-14
KR20210024609A (ko) 2021-03-05
AU2019292002A1 (en) 2021-01-14
EP3815235B1 (en) 2024-07-03
TWI697191B (zh) 2020-06-21
CL2020003426A1 (es) 2021-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8213199B2 (en) Multiphase grid synchronized regulated current source inverter systems
US8130518B2 (en) Multiphase grid synchronized regulated current source inverter systems
EP2805400B1 (en) Power converter circuit, power supply system and method
US9425622B2 (en) Power converter circuit with AC output and at least one transformer
US20130063991A1 (en) Voltage converter configurations for solar energy system applications
EP2270971A1 (en) Three-stage multilevel DC to AC converter
JP4735188B2 (ja) 電力変換装置
KR102658388B1 (ko) 단상 에너지 활용 추적 인버터
Bisenieks et al. Analysis of operating modes of the novel isolated interface converter for PMSG based wind turbines
Xu et al. Closed-loop pulse energy modulation of a three-switch buck-boost inverter
US20180166975A1 (en) Energy utilization point tracker inverter
EA042368B1 (ru) Однофазный инвертор с отслеживанием использования энергии
JP7167156B2 (ja) エネルギー利用点追従器インバータ
RU2408968C1 (ru) Повышающе-понижающий непосредственный преобразователь частоты
Xiao et al. A Novel Single-Phase Non-Isolated Dual-Input Micro-inverter with Active Power Decoupling
Sulong et al. A Grid Connected Flyback Inverter with a DC Active Filter for Photovoltaic Cells
EA041589B1 (ru) Инвертор устройства отслеживания точки использования энергии

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant