KR20040079860A - 전력변환기 및 전력유닛 - Google Patents

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캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

각 상의 전력파형의 위상차의 전체가 상기 전력 파형의 주기를 n 등가부로 분할된 값에 정합되는 동시에 각 상의 전체 전력 값이 일치하도록 제어 되어서, 직류전원과 전압변환으로 유닛 사이에 설치된 평활 수단과 직류전원에 접속된 n 교류출력(n은 n ≥2 으로 기능하는 정수)를 가진 전력변환 유닛은 용량이 작게 되는 제어수단을 형성한다.

Description

전력변환기 및 전력유닛{POWER CONVERTER AND POWER UNIT}
본 발명은 직류전원에 접속된 n 상 교류전류 출력(n은 n ≥2 인 정수)을 가진 전원변환 유닛과, 상기 직류 전원과 전원 변환부 사이에 설치된 평활 수단과로 이루어진 전력 변환기 및 이를 이용한 전력유닛에 관한 것이다.
최근에, 태양광 발전 시스템등의 시스템이 결합되어 배전된 전원이 널리 이용되고 있다.
이러한 전력 유닛에서, 직류 전원으로부터 출력된 직류전력은 전력 변환유닛으로 기능하는 인버터의 입력부에 입력되어, 부하로서 기능하는 시스템에 출력된다. 또한, 상기 인버터의 입력부는 평활수단에 접속되고 이에 의해 직류전원의 전압 및 전류를 안정화시킨다. 일반적으로, 이 평활수단은 상기 인버터의 입력부에 병렬로 접속된 평활 캐퍼시터를 가지고 있다.
한편, 2배의 교류출력 주파수로 단상 인버터의 순시 전력이 변동하므로, 직류전원과 상기 직류전원으로부터의 출력전력 사이에 2배의 출력 주파수로 전력변동이 발생하게 되어, 비교적 저 주파수 변동을 흡수하는 평활 캐퍼시터가 큰 용량을 가져야 한다. 따라서, 상기 평활 캐퍼시터에 대해서는, 전기용량당 크기 및 질량이 작고, 비용이 저렴한 것을 특징으로 하는 알루미늄 전해 캐퍼시터를 선택한다(예를 들면, 일본국 특개평 01-107661호 공보 참조).
또한, 3상 출력을 형성하는 인버터에 대해서는, 평활 캐퍼시터의 전해 용량이 작아지는 것이 공지되어 있다( 예를 들면, 일본국 특개소 58-33976호 공보 참조).
그러나, 평활 수단으로 이용된 평활 캐퍼시터의 전해 용량이 한층 더 작아지는 경우에, 부수적인 소형화, 중량 절감 및 저비용화를 실현 가능하고, 따라서 상기 평활수단의 용량이 한층 더 작아지는 것이 바람직하다.
또한, 주위 온도 및 자체 가열의 증가로 인하여 상기 알루미늄 전해 캐퍼시터는 극히 수명이 단축되는 것이 공지되어 있다. 전력유닛에 대해 긴 수명을 부여할 가능성을 고려하는 경우, 상기 알루미늄 전해 캐퍼시터의 수명이 발생되는 것이문제이다. 박막 캐퍼시터, 적층 세라믹 캐퍼시터 등 보다 긴수명을 부여하는 것으로 알려진 고체 캐퍼시터를 이용하는 것이 생각될 수 있지만, 크기, 질량 및 비용이 증가한다는 문제에 당면한다.
다른 한편, 상기 3상 출력을 형성하는 인버터에 대해서는, 실존하는 환경하에서 단순히 3상 출력을 형성하는 것 만으로는 충분하게 적은 전기용량을 형성하지 않는다.
또한, 직류전원의 전압 및 전류를 안정화시키는 평활 리액터(smoothingreactor), 액티브 파워 필터(active power filter) 등의 평활 캐퍼시터 및 다른 평활 캐퍼시터 에 대해서, 마찬가지로 용량을 작게 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은 상기 직류전원에 접속된 n 상의 교류전류 출력(n 은 n ≥2 인 정수)을 가진 전력변환 유닛과 직류전원 사이에 형성된 용량이 작은 평활수단을 형성하는 데 있다.
도 1은 본 발명의 제 1기본 구성도.
도 2는 본 발명의 제 2기본 구성도.
도 3은 본 발명의 제 3기본 구성도.
도 4는 본 발명의 제 4기본 구성도.
도 5는 본 발명의 제 1실시예를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 제 2실시예를 도시한 도면.
도 7는 본 발명의 제 3실시예를 도시한 도면.
도 8은 본 발명에 의한 전압 유닛의 다른 실시예를 도시한 도면.
도 9는 본 발명에 의한 전압 유닛의 또 다른 실시예를 도시한 도면.
<간단한 도면부호에 대한 설명>
1: 직류전원 2: 평활수단
3: 전력변환유닛 4: 다상부하
5: 주회로 9, 19, 39: 제어수단
11: 태양전지 12, 22: 평활 캐퍼시터
13: 절환회로 15: 전류 검출수단
16: 링키지 리액터 17: 개폐수단
18: 전압 검출수단 21: DC/DC 변환기
23: 부스팅 코일 24: 절환수단
25: 다이오드 100, 101,102: 전력유닛
200, 201, 202: 전력 변환기
상기 목적을 위해서, 본 발명은 직류전원에 접속된 n상 교류전류 출력(n 은 n ≥2 인 정수)을 가진 전원변환 유닛과, 상기 직류 전원과 전원 변환부 사이에 설치된 평활 수단과로 이루어진 전력 변환기로서, 상기 전원 변환 유닛은, 각 상의 전력파형의 위상차 전체가 상기 전력 파형의 주기를 n 등가부로 분할된 값에 정합되는 동시에 각 상의 전력값 전체가 일치하도록 제어되는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기를 제공한다.
또한, 상기 본 발명은 다음의 바람직한 자체 모드를 포함한다;
각 상의 출력전압을 검출하고, 또한 상기 출력전압에 반비례하는 상전류가 되도록 제어되는 제어수단;
직류전원과 전력변환 유닛 사이에 직류전원과 병렬로 접속된 제 1기억부와, 상기 제 1기억부와 병렬로 접속된 한쪽의 단자를 가진 양방향 전력 변환 유닛과, 상기 양방향 전력 변환 유닛의 다른 쪽 단자에 접속된 제 2기억부와, 상기 제 1기억부의 리플이 작아지도록 상기 양방향 변환 유닛의 전력 흐름을 제어하는 평활 제어수단과, 를 포함하는 평활 수단;
검출된 리플이 작아지도록 상기 제 1기억부의 리플을 검출하여 상기 양방향 전력변환 유닛의 전력흐름을 제어하는 평활 제어수단;
상기 전력변환 유닛의 출력 전압 및/ 또는 출력 전류의 낮은 고조파를 검출하고, 상기 낮은 하조파에 따라서 제 1기억부의 리플이 작아지도록 상기 양방향 전력변환 유닛을 제어하는 평활 제어수단;
각 상의 전압 및 전류의 위상차가 90°인 2 상의 교류전류를 출력하는 전력변환 유닛;
전력 변환 유닛의 각 상의 출력 전압 및 출력전류의 위상차 전체가 일치하도록 제어하는 제어수단;
상기 전력변환 유닛과 동일한 개수의 n 상 교류 시스템의 각 상에 접속되어, 계통 연결용(system-tie)출력을 형성하는 전력변환 유닛의 각 출력 상;
태양전지 또는 연료전지인 직류 전원; 및
태양전지 또는 연료전지 및 태양전지 또는 연료 전지로부터의 직류 출력을 전압변환 하여 출력하기 위한 DC/DC 변환기를 포함하는 직류 전원.
또한, 본 발명은 직류전원 및 직류전원에 접속된 전력변환기중의 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환기를 제공한다.
본 발명에서, n 상 교류전류를 출력하지만, 상기 n 상의 각 상의 전력 파형의 전체 위상 차는 상기 전력 파형의 주기를 n 등가부로 분할된 값에 정합되는 동시에 각 상의 전체 전력 값이 일치하도록 제어 되어, 각 상의 부하 임피던스 및 시스템전압이 다른 경우에도 각 상에 대한 순시전력의 합계가 대략 일정하게 되고,같은 이유로, 전력변환 유닛의 순시 입력전력이 절환 성분을 제외하고는 대략 일정하게 되어, 처리될 에너지가 최소로 되고, 이에 의해 평활수단의 용량을 작게 만든다.
또한, 본 발명의 다른 모드는, 직류전원에 접속되어 3 상 교류전류를 출력하는 전력변환 유닛과, 직류전원과 전력변환 유닛 사이에 형성된 평활 수단과를 포함한 전력 변환기로서, 3상인 제 1상 ,제 2상 및 제 3상의 전압을 검출하는 전압검출 수단과; 상기 3상 중에서 제 1상에 의거해서, 제 2상 전류의 제 2상 성분이 상기 제 2상의 전압에 따라서 조정되도록 제 2상 선 전류의 제 2상 성분과를 증감시키고 또한 제 1상의 선류와 제 3상 선전류에 배분시킴으로써 조정되도록 제 2상 선분의 조정된 부분의 역코드의 양을 증감시키고, 또한 3상중에서 제 1상에 의거하여, 제 3상의 선전류에 따라서 조정되도록 제 3상의 선전류의 제 3성분을 증감시키고 또한 제 1상의 선전류와 제 2상의 선전류에 배분시킴으써 조정되도록 제 3상 성분의 조정된 부분의 역코드의 양을 증감시키고, 동시에 3상의 순시전력의 합계값 psum(t)인,
psum(t) = 제 1상의 상전압 x 제 1상의 선전류 + 제 2상의 상전압 x 제 2상의 선전류 + 제 3상의 상전압 x 제 3상의 선 전류
에 대해서,
의 식을 를 만족시키는 제어 수단 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기이다.
또한, 3상의 순시 라인전류의 합계 값(isum(t)에 대해서
isum(t)= 제 3상 전류+제 3상 전류+ 제 3상
전류이며,
본 발명의 다른 모드는
isum(t)= 0.
의 식을 만족시키는 것이 바람직하다.
또한, 제 1상의 전압 v1, 제 2상의 전압 v2 및 제 3상의 전압 v3 은,
v1= V1 x sin(θ)
v2= V2 x sin(θ+ 2π/3)
v3= V3 x sin(θ+ 4π/3),
이고, 제 1상에 의거하여
Ga = V2 / V1
Gb = V3 / V1
로 주어진 경우에는.
Ka = (V2 - V1) / (2 x V2 + V1) = (Ga - 1) / (2 x Ga + 1)
Kb = (V3 - V1) / (2 x V3 + V1) = (Gb - 1) / (2 x Gb + 1)
을 조건으로 할때,
i1 = I0 x ( sin(θ) + I12 x sin(θ+ 2π/3) + I13 x sin(θ+ 4π/3))
i2 = I0 x ((1 - 2 x Ka) x sin(θ+ 2π/3) + I23 x sin(θ+ 4π/3))
i3 = I0 x ( I32 x sin(θ+ 2π/3) + (1 - 2 x Kb) x sin(θ+ 4π/3))
I12 + I32 = 2 x Ka
I13 + I23 = 2 x Kb
(I0 는 임의의 수)
가 되도록 제 1상의 전류(i1),제 2상의 전류(i2) 및 제 3상의 전류(i3)를 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 제 1상의 전압 v1,제 2상의 전압 v2 및 제 3상의 전압 v3은,
v1= V1 x sin(θ)
v2= V2 x sin(θ+ 2π/3)
v3= V3 x sin(θ+ 4π/3)
의 식이고,
제 1상에 의거하여
Ga = V2 / V1
Gb = V3 / V1
로 주어진 경우에는.
Ka = (V2 - V1) / (3 x V2) = (Ga - 1) / (3 x Ga )
Kb = (V3 - V1) / (3 x V3) = (Gb - 1) / (3 x Gb )
의 조건으로 할때
i1 = I0 x ( sin(θ) + I12 x sin(θ+ 2π/3) + I13 x sin(θ+ 4π/3))
i2 = I0 x ((1 - 2 x Ka) x sin(θ+ 2π/3) + I23 x sin(θ+ 4π/3))
i3 = I0 x ( I32 x sin(θ+ 2π/3) + (1 - 2 x Kb) x sin(θ+ 4π/3))
I12 + I32 = 2 x Ka
I13 + I23 = 2 x Kb
(I0 는 임의의 수)
의 식이 되도록 제 1상의 전류(i1),제 2상의 전류(i2) 및 제 3상의 전류(i3)를 제어하는 것이 바람직하다.
또한,
I12 = I32 = Ka
I13 = I23 = Kb
에 의해, 제 1상의 전류(i1),제 2상의 전류(i2) 및 제 3상의 전류(i3)는,
i1 = I0 x ( sin(θ) + Ka x sin(θ+ 2π/3) + Kb x sin(θ+ 4π/3))
i2 = I0 x ((1 - 2 x Ka) x sin(θ+ 2π/3) + Kb x sin(θ+ 4π/3))
i3 = I0 x ( Ka x sin(θ+ 2π/3) + (1 - 2 x Kb) x sin(θ+ 4π/3))
의 식이 되도록 제어되는 것이 바람직하다.
또한, 제 1상의 전류(i1),제 2상의 전류(i2) 및 제 3상의 전류(i3)은,
I12 = 2 x Ka x (V3 / (V1 + V3))
I32 = 2 x Ka x (V1 / (V1 + V3))
I13 = 2 x Kb x (V2 / (V1 + V2))
I23 = 2 x Kb x (V1 / (V1 + V2))
의 식이 되도록 제어되는 것이 바람직하다.
또한, 각 상 전류는 또한 동상을 가진 진상 또는 지상으로 전류제어되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 3상 중에서 2번째 최대크기를 가진 상이 제 1기준 상으로서 선택되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 직류전원 및 직류전원에 접속된 다른 모드의 전력변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력유닛을 제공한다.
본 발명에 의하면, 각 상의 부하 임피던스 및 시스템전압이 다른 경우에도 각 상에 대한 순시전력의 합계가 대략 일정하게 되고, 같은 이유로, 전력변환기 의 순시 전력이 절환 성분을 제외하고는 대략 일정하게 되므로, 입력전력과 출력전압 사이의 순시 위상차가 거의 제로가 되고, 평활수단이 처리될 에너지가 최소로 만들고, 이에 의해 평활수단의 용량을 작게 만든다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 첨부도면과 관련하여 주어진 다음 설명으로부터 자명해질 것이다.
<바람직한 실시예의 설명>
우선, 본 발명의 기본 구성을 도 1 내지 도 4에 의거하여 이하 설명한다. 도 1 내지 도 4에서, 동일한 참조번호는 동일 구성요소를 나타내는 것에 유의하여야한다.
도 1에서 전력유닛(100)은 직류전원(1) 및 직류전원에 접속된 전력 변환기 (200)로 구성된다. 상기 전력변환기(200)는 전력변환유닛(3)을 포함하고, 전력변환기는 직류전원(1)으로부터 출력된 직류전력을 입력하고, 직류전력을 다상 부하(4)및 직류전원(1)과 전력변환 유닛(3) 사이에 설치된 평활수단(2)에 대해 출력될 다상 교류전력으로 변환한다.
직류전원(1)은 특별히 자체 타입에 제한되지 않고 직류전원, 배터리 등을 출력하는 직류발전기에 적용 가능하다. 그러나, 본 발명은 출력이 큰 임피던스 직류전원에 대해서 효과적이며, 이 견지로부터 예를 들면, 태양전지, 연료전지, 열전 변환 등이 바람직하다. 또한, DC/DC 변환기에 의해 직류전력을 전압변환하고, 평활수단(2)에 대해 직류전력을 출력하도록 직류전원(1)이 구성될 수 있다. DC/DC 변환기에 대해서는, 초퍼 시스템(chopper system), 플라이 백 시스템(fly back system), 푸시 풀 시스템(push pull system) 등의 회로 시스템과, 절연 시스템, 비 절연 시스템 등의 절연 타입이 적절하게 이용가능 하며, 상기 내용에 대해 제한을 두는 것은 아니다.
전력전환 유닛(3)은 직류를 n상의 교류전력( n 은 n ≥2 인 정수)으로 변환하는 주회로(5)와, n 상의 각 상의 전력파형의 위상차 전체가 전력파형의 주기를 n 등가부로 분할하는 값에 정합할 수 있게 하는 동시에, 각 상의 전체 전력값이 동일하게 되도록 변환 주회로를 제어하는 제어수단(9)을 포함한다.
상기 변환 주회로(5)는 직류전원(1)으로부터 직류전원을 n 상의 교류전류으로 변환할 수 있는 회로이다. 예를 들면, 3상 브리지 회로 및 예를 들면 n 상의 각 상에 대해 복수의 단상 브리지 인버터회로를 출력하여 구성된 회로(예를 들면, 단상 브리지 인버터회로의 두 개의 세트는 2상의 각 상에 대해 출력됨)가 입수가능하며, 다양한 타입의 회로가 공지된 회로 시스템을 사용하여 구성될 수 있다.
제어수단(9)은 경우에 따라서 요구될 수 있는 각 상의 전압, 전류 및 전력 의 일부 또는 전체를 위한 검출수단을 포함하는 동시에, 각 상의 전력파형의 위상 차 전체가 전력파형의 주기를 n 등가부로 분할하는 값에 정합될 수 있게 하고, 각 상의 전체 전력값이 일치하도록 조정하는 조정수단을 포함한다.
상기 조정수단은 CPU, RAM ,ROM, I/O 등으로 구성되는 DSP 또는 아나로그 처리회로, 디지털 처리회로 등으로 적절하게 구성된다. 예를 들면, 각 상의 검출된 전력을 정헙할 수 있도록 각 상에 대해 출력을 조정함으로써, 또는 각 상의 검출된 전압 및 전류의 곱인 피상전력(apparent power)이 맞춰질 수 있도록 각 상에 대해서 출력의 크기를 조정함으로써, 또는 각 상의 전압에 따라 역비례하게 될 각 상의 전류값을 조정함으로써, 각 상의 전력 값의 조정은 상기 조정수단에 의해, 실현 될 수 있다. 각 상의 전압에 따라 역비례하게 될 각 상의 전류값을 조정하는 것은 간단한 계산을 행하는 것으로 충분하므로 제어가 간단하다는 점에서 장점이 있다. 또한, 각 조정수단에 의해 각 상의 전력파형의 위상차의 조정을 하는 것은 예를 들면, 기준 진동수단이 내부에 형성되고, 소정의 클럭 차이의 주파수 분주신호를 이용하여 n 상에 대응하는 기준 주파수 신호가 생성되고, 상기 기준 주파수에 의거하여 교류전류 출력이 형성되는 등의 다양한 구성에 의해 실현 가능하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 변환 주회로 (5a, 5b)및 제어 수단(9a, 9b) 각각 과 입력 및 출력을 하는 n 상을 포함하는 복수의 전력변환 유닛(3a, 3b)의 입력 및 출력이 병렬로 접속되도록 구성될 수도 있다.
이 경우에, 복수의 전력변환유닛(3a, 3b)의 절환타이밍을 이동시킴으로써(예를 들면, 캐리어 신호의 상이 초핑 파 및 변조 신호 등의 캐리어 신호를 비교함으로써 PWM신호를 발생하는 변환유닛 및 전력(a)으로 이동됨) 절환 작동 자체로부터 발생하는 리플을 감소시킬 수 있으므로, 본 발명에 의해 용량이 작아지고, 절환 리플의 영향이 비교적 강화된 전력변환유닛이 자체 감소된 용량의 효과를 한층 더 강화 할 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 기본구성은 변환 주회로 (5a, 5b) 및 제어수단(9a, 9b)각각을 포함하고, 입력하는 것이 병렬로 접속되어 있는 입력부와, 각 출력이 분리된 n 상의 부하(4a, 4b)에 출력되는 출력부가 되도록 구성될 수 있다. 이 경우에, 변환 유닛(3a)으로부터의 부하(4a)에 대한 출력전력 및 변환유닛 (3a)으로부터의 부하(4b)에 대한 출력전력의 크기, 상 및 주파수는 항상 정합하여야 할 필요는 없다. 제어수단 (9a, 9b)은 공통의 사용을 위해 일부 또는 전체를 공유하여 소형화 및 비용절감을 실현할 수 있는 장점을 가진다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 기본 구성은 전력변환유닛(3c), 단상 출력을 위한 복수의 변환 주회로(6a, 6b) 및 각 변환 주회로(6a, 6b)를 제어하고, 단상 부하(7a , 7b)에 대해 각각 변환 주회로(6a, 6b)의 단상교류 전력을 출력하는 제어수단(9)를 포함하여 형성될 수 도 있다. 도 4의 제어수단(9)은 도 1에 기술된 것과 동일하므로, 출력전력의 상 및 신호상을 출력하는 변환 주회로(6a, 6b) 의 출력의 크기를 마찬가지로 제어한다.
도 1 내지 도 4의 어느 것에서도, 전력변환 유닛(3, 3a, 3b)의 상기 제어수단(9, 9a, 9b)에 의해 제어된 n 상 교류전력의 상이 상기 n 상 교류전력의 주기를n 등가부로 분할하여도, 3상 교류 전력인 경우에는, 예를 들면, 각 위상 차가 120도가 되도록 제어된다. 이것은 전압 및 전류의 주기에서 120도가 되도록 각 상의 전압 위상차 및 전류위상 차를 제어한다는 것을 의미한다. 또한, 2상 교류전력의 경우에는, 각 상 차이를 교류전력주기에 대해서 180도가 되도록 각 위상차를 제어한다. 이것은 전압 및 전류의 주기에서 90도가 되도록 각 상의 전압상 차이 및 전류위상차를 제어한다는 것을 의미한다. 4상 이상의 경우에도 동일하게 적용한다. n 이 소수(素數)가 아닌 경우에, 소인수 분해로 얻어진 복수의 소수의 다상 시스템의 조합으로서 이해될 수 있다.
도 1 내지 도 4의 어느 것에서도, 전력변환 유닛의 구성에 따라, 평활수단 (2)은 전압 타입의 경우에, 직류전원(1)의 출력과 병렬로 접속된 용량 수단 (capacitive means)을 사용하고, 전류타입의 경우에, 상기 직류전원(1)과 전력변환 유닛(3) 사이에 직렬로 접속된 유도 수단(inductive means)을 사용한다.
상기 용량 수단에 대해서는, 예를 들면, 캐퍼시터를 들 수 있다. 사용전압, 리플전압, 리플전류, 등가직렬저항(ESR), 허용손실, 사용조건 등의 서비스조건에 적응시키는 경우에, 특별히 상기 캐퍼시터의 제한을 두지 않는다. 예를 들면, 필름 캐퍼시터, 적층 세라믹 캐퍼시터, 탄탈륨 전해캐퍼시터, 알루미늄 전해캐퍼시터 등이나 또는 이들 캐퍼시터의 조합을 이용할 수 있다. 캐퍼시터가 평활수단으로서 사용되는 경우, 동일한 타입의 캐퍼시터의 용량의 최소화에 의해 등가직렬저항(ESR)이 강화되므로, 유전체 소산율이 작고, 등가직렬저항(ESR)이 동일한 용량에서 작은 것이 바람직하다.
특히, 유전체 소산율이 작은 필름 캐퍼시터, 적층 세라믹 캐퍼시터가 바람직하다.
상기 유도 수단에 대해서는, 코일을 들 수 있고, 사용전류, 리플전압, 리플전류, 등가직렬저항(ESR), 허용손실, 사용조건 등의 서비스조건에 적응시키는 수단을 사용한다. 그 타입, 자성 재료의 형상, 코일의 권선 구조에 특별한 제한을 두지는 않지만, 예를 들면, 소형화를 실현하기 위해서 포화 자속밀도의 밀도가 고밀도인 자성재료를 선택하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 용량 수단 및 유도 수단은 L 타입, π타입, T 타입 등을 구성하기 위해 조합가능하다.
또한, 용량 수단으로서는, 직류전원(1)의 출력에 병렬로 접속된 제 1기억수단, 상기 제 1기억수단에 병렬로 접속된, 상기 곳의 한쪽 단자를 가진 양방향 전원 변환유닛, 이 양방향 전원 변환부의 다른 쪽 단자와 병렬로 접속된 제 2기억수단 및 전력흐름을 제어하는 평활제어수단으로 이루어진 구성을 이용할 수 있다. 상기 제 2기억수단의 전압 이용율을 강화함으로써, 제 1기억수단에 의해 용량을 뚜렷하게 작게할 수 있고, 전체적으로도 용량을 적게 할 수 있다. 상기 평활수단은 제어수단을 공유함으로써 구성될 수 있고, 이에 의해 소형화 및 비용절감의 장점을 가진다는 것에 유의한다. 또한, 상기 양방향 전력 변환유닛과 변환 주회로 사이에 절환 타이밍의 동기화가 용이하게 형성되므로, 제 1기억수단의 절환 작동에 의해 수반되는 비트 및 리플을 저하시키는 장점이 있다.
상기와 같이 일종의 능동필터가 형성된 경우에, 상기 리플을 한층 더 저하시킬 수 있다. 또한, 종래 인버터에 대해서 능동필터를 이용하는 구성과 비교하여, 본 발명의 구성은 처리될 에너지를 작게하고, 양방향 전력변환 유닛의 순시 처리용량 및 기억수단의 용량이 뚜렷하게 작게 할 수 있으므로, 소형화 및 비용절감이 가능하다. 또한, 전체 전력 유닛의 전력을 위한 양 방향전력 변환유닛에 의해 처리된 전력이 종래 구성 보다 극히 작아지므로, 변환 효율을 향상시키는 장점이 있다. 또한, 제 1기억수단의 리플, 특히 제 1기억수단의 리플전압이 검출되고, 상기 검출된 리플전압이 작게 형성되도록 상기 양방향 전력 변환유닛의 전력흐름을 제어하는 경우, 전력의 맥동을 제 2기억부에 의해 단순하고 신뢰성 있게 흡수 가능하므로 용량면에서 제 1기억부를 작게 형성할 수 있는 장점이 있다. 또한, 상기 평활 제어수단은 상기 전력변환 유닛의 출력 전압 및/ 또는 출력 전류의 낮은 고조파를 검출하고, 상기 낮은 고조파에 의해 발생되는 고조파에 따라서 제 1기억부의 리플이 작아지도록 상기 양방향 전력변환 유닛을 제어하여, 특정의 리플을 제 2기억수단에 의해 효과적으로 흡수할 수 있고, 이에 의해 제 1기억부의 용량을 작게 형성할수 있다. 낮은 고조파의 차수가 더 낮을수록, 리플 억제의 효괴는 더 높아지게 된다. 상기 낮은 고조파는 10차 이하가 바람직하며, 5차 이하가 보다 바람직하다.
다상 부하(4) 및 단상 부하(7a, 7b)에 대해서는, 저항 부하, 모터 부하 및;이들 부하의 시스템 또는 조합 등의 다양한 부하를 채용가능하다. 다상 부하(4)의 경우에, 각 상의 임피던스 또는 전압이 항상 일치할 필요는 없으며, 다른 타입을 사용할 수 있다. 또한, 각 상의 역률이 다른 경우에도, 본 발명의 이점은 얻을 수 있다. 그러나, 각 상의 역률은 균일하게 되는 것이 바람직하며, 일치하는 것이 한층 더 바람직하다. 상기 부하가 시스템인 경우에, 전압과 전류간의 위상차를 각 상에서 항상 일치하도록 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예를 이하 설명한다.
<제 1실시예>
도 5는 본 발명의 제 1실시예를 도시한다.
전력유닛(101)은 태양전지(11) 및 이 태양전지에 접속된 전력변환기(201)에 의해 구성된다. 상기 전력 변환기(201)는 태양전지(11)의 출력에 병렬로 접속된 평활 캐퍼시터(12), 상기 태양전지에 의해 발생된 직류전력을 3상 교류전력으로 변환하는 절환회로(13) 및 링키지 리액터(linkage reactor)(16)와 평활전류를 위한 중성선 리액터(neutral wire reactor)(16b)로 이루어지고, 개폐수단(17)를 게재한 3상 4선식의 3상 시스템에 대해 3상 교류 전력을 출력한다 .이 것을 소위 태양전지 및 시스템-타이(system-tie) 인버터로 이루어지는 시스템-타이 태양광 발전 시스템으로 칭한다, 또한, 이 전력 발전 시스템은 각 상의 전류(Ia, Ib, Ic)를 검출하는 전류 검출수단(15), 각 시스템의 선 사이의 전압(Vab, Vbc, Vca)를 검출하는 전압 검출수단(18)으로 이루어지며, 제어수단(19)에 각 검출된 신호를 출력한다.
상기 제어수단(19)은 각 시스템의 선 사이의 전압(Vab, Vbc, Vca)의 크기 및 주파수를 감시하여, 상기 크기 및 주파수가 소정의 범위 외부에 있는 경우, 회로를 정지하고 동시에 개폐수단(17)을 폐쇄한다. 정규시에는, 전류 제어를 각 상의 전류(Ia, Ib, Ic)를 소정의 크기로 증대되게 하여, 절환 회로에 대한 PWM 구동 신호의 효율을 조정한다. 이러한 전류제어를 행하는 제어수단은 제어성이 높고 상기계통 연결용 인버터에 적합하다.
시스템-타이의 경우에, 기계적인 작동 접촉을 가진 상기 개폐수단(17)이 일반적으로가 사용되고, 예를 들면, 전자 접촉기 또는 릴레이가 사용된다.
상기 전압 검출수단(18)은 상기 계통 연결용 인버터(system-tie inverter) 로서 일반적으로 필요로하는 전압의 크기 및 주파수(또는 상)를 검출할 수 있는 경우에는 어떤 것도 될 수 있고, 상기 내용에 대해서 정해진 다른 제한은 특별히 없다. 별도로 전압의 크기 및 주파수(또는 상)을 검출하는 수단이 되어도 된다. 이 경우에는, 물론, 검출수단으로서도 기능을 할 수 있다.
상기 시스템-타이 인버터에 일상적으로 사용되는 홀 센서 시스템 및 병렬 저항 시스템에 적용 가능하지만, 이에 제한 되는 것은 아니다. 이러한 계통 연결용 인버터로서는, 일반적으로 MPPT제어에 의해 태양전지(11)로부터의 출력이 최대가 되도록, 출력 명령값을 생성한다.
상기 설명된 구성에서는, 제어수단(19)은 델타 스타 변환(delta star conversion)에 의해 시스템의 선간 전압(Vab, Vbc, Vca)로부터 상전압을 찾는다. 정규시에는, 각 상 전압으로서 동일한 상 전류를 출력하는 각 상의 전류기준 신호가 생성된다. 또한, 각 상의 전압의 크기에 대한 역비례율을 출력 명령값에 적용함으로써, 각 상의 전류 명령값의 크기를 산출한다. 각 상의 전류 타겟 파형이 각 상의 전류 명령값에 의한 전류기준 신호를 곱함으로써 생성된다.
상기 설명된 바와 같이 본 실시예를 구성함으로써, 역률(1)에서의 각 상에 동일한 전력이 출력된다. 이 방식으로, 3상의 각 상의 전력 파형의 위상차 전체는전력파형의 주기를 3등가부로 분할하여 120도로 맞추고, 동시에 각 상의 전력값 전체가 일치하도록 제어 가능하고, 시스템 전압이 평형이 안맞는 경우에도 각 상에 대해 순시 전력의 합계가 대략 일정하게 유지될 수 있다. 입력 전력과 출력 전력간의 순시전력 차는 대략 제로가 되고, 최소로 처리될 에너지를 형성함으로써 평활 캐퍼시터(12)의 전해 용량을 최소로 형성 할 수 있다.
또한, 각 상의 전압과 전류간의 위상차가 일치하게 되고, 동시에 피상전력이 일치하도록 전류 기준신호를 발생하는 경우에, 동일한 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 진상 무효 전력제어(phase advancing reactive power control)를 하는 경우, 상기 제어를 상기 설명된 바와 같이 행하여도 된다.
상 전압의 검출은 상기내용에 제한되지 않는 것에 유의하여야 한다. 예를 들면, 본 발명의 실시예는 상기 캐퍼시터가 각 상의 스타결선 되도록 구성될 수 있어, 각 상에 대해 상기 캐퍼시터의 내부 접속점으로부터 캐퍼시터의 양단에서의 전압을 검출한다.
<제 2실시예>
도 6은 본 발명의 제 2실시예를 도시하며, 대부분이 제 1실시예룰 도시한 도 5와 같은 구성을 가진다. 동일한 참조번호를 붙인 부재는 동일한 부재를 나타낸다. 이 제 2실시예는 태양전지(11)와 평활 캐퍼시터(12) 사이에 DC/DC 변환기가 배치된 다는 점에서 제 1실시예와 차이가 있다. (202)는 전력 변환기를, (102)는 전력유닛을 나타낸다.
도 6에 도시된 상기 DC/DC 변환기(21)는 태양전지(11)와 평활 캐퍼시터(22)에 병렬로 접속되어 태양전지(11)의 직류전력을 받고, 동시에 부스팅 코일(23)에 의해 직류전압을 상승시키는 소위 부스팅 초퍼회로, 절환수단(24) 및 역전류를 막는데 이용하는 다이오드(25)로 이루어져 있으며, 평활 캐퍼시터(23)에 출력되도록 소망의 전압에 대해 태양전지로부터 직류전압을 상승시킨다. 상기 평활 캐퍼시터 (23)가 DC/DC 변환기(21)의 절환 작동에 의해 수반되는 고주파 성분만을 가져도 되므로, 용량이 적은 캐퍼시터를 선택할 수 있다.
이 방식으로 DC/DC 변환기(21)를 삽입함으로써, 태양전지(11)의 전압이 낮은 경우에도, DC/DC 변환기(21)에 의해 상기 게통연결용 인버터에 필요한 전압을 얻을 수 있으므로, 적용범위가 넓어지게 되는 장점이 있다.
DC/DC 변환기(21)의 절환제어는 상기 제어수단(19)으로 부터 별도로 형성되어도 된다. 이 경우에, DC/DC 변환기(21)가 제어수단(19)으로부터 떨어진 위치에 형성되는 장점이 있다. 또한, DC/DC 변환기(21)의 절환제어에 의해 제어수단을 공유하는 경우에, 소형화 및 비용절감을 용이하게 실현할 수 있고, DC/DC 변환기(21)와 절환회로(13)의 절환 타이밍의 동기화도 용이하게 형성할 수 있다. 따라서, 평활 캐퍼시터(12)의 절환작동에 의해 수반되는 비트의 감소 및 리플의 감소를 실현 할 수 있는 장점이 있다.
<제 3실시예>
도 7은 본 발명의 제 3실시예를 도시한 도면이며, 도 5와 동일한 참조번호로 동일한 부재를 나타낸다. (203)은 전력변환기를 나타낸다.
본 실시예의 전력유닛(103)은 제 1실시예와 뚜렷한 차이 점은 단상 저항부하(34d, 34e) 각각에 출력되는 2 개의 단상 인버터를 포함한다는 점이다. 각 단상 인버터의 입력에 의해 공통 평활 캐퍼시터를 이용하여 단상 브리지(33d, 33e) 각각에 의해 단상교류전류로 변환하고 링키지 리액터(16)에 의해 저항 부하(34d, 34e)각각에 대해 평활전류를 출력한다. 각 단상 인버터의 출력전류(Id, Ie)는 전류검출 수단에 의해 검출되어, 각 저항(34d, 34e)에 인가되는 출력전압(Vd, Ve)은 전압검출수단에 의해 검출되고, 상기 출력 전류 및 출력전압은 제어수단(39)에 출력된다.
상기 제어수단(39)은 내부에 형성된 90도의 위상차를 가지고 제 1사인파형 기준신호 및 제 2사인파형 기준신호를 발생한다. 각 단상 인버터는 출력 명령값에 의해 기준신호를 곱함으로써, 변조신호를 산출하고, 단상 브리지(33)를 구동하도록 캐리어 신호인 초핑웨이브 신호와 그 결과를 비교함으로써 PWM 신호를 발생한다. 제 1기준신호는 단상 브리지(33d)를 구동하도록 구성되고, 제 2기준신호는 단상 브리지(33e)를 구동하도록 구성된다. 여기서, 각상의 출력전력은 각 단상 인버터의 출력전류(Id, Ie) 및 출력전압(Vd, Ve)으로 부터 산출된다. 다음에, 각 상의 출력 명령값을 조정하여 각 상의 출력전력의 전력값이 맞취져서, 큰 값을 가진 출력전력의 출력 명령값이 작아지고, 작은 값을 가진 출력전력의 출력 명령값이 커진다.
이러한 방법으로 본 발명 실시예를 구성함으로써, 90도의 위상차를 가진 사인파 전압 및 전류를 2개의 저항 부하(34d, 34e)에 공급한다. 이 때, 각 저항 부하 (34d, 34e)의 전력은 주파수 2회 전압 및 전류의 교류성분이 되는 반면에, 각 저항 부하(34d, 34e)의 전력의 위상 차가 이 전력의 주기를 2개의 등가부로 분주하여 180도가 된다. 또한, 각 저항 부하(34d, 34e)에서 전력을 일치하도록 제어하여, 각2개의 저항 부하(34d, 34e)의 순시전력의 합계는 ((sinθ)2+(cosθ)2=1)에 의해 증명되는 바와 같이 일정하게 되고, 각 단상 인버터의 입력전력의 합계는 절환성분을 제외하고는 일정하게 된다. 이 방식으로, 입력전력과 출력전력 사이에 순시전력의 차가 거의 존재하지 않으므로, 평활 캐퍼시터(12)의 전해용량을 충분히 작게 할 수 있다.
출력전력의 전력값이 서로 맞춰지도록 구성되면서, 각 단상 인버터의 변환효율이 출력전압, 출력전류 등의 작동 조건에 따른 데이터로서 미리 준비되고, 상기 출력전력 대신에 작동조건에 대응하는 변환효율에 의해 출력전력을 분할함으로써 각 단상 인버터의 입력출력을 산출하고, 이 입력 출력은 서로 정합되도록 제어될 수 있는 것에 유의한다. 다른 저항부하를 사용하는 경우에도, 환산효율의 차로부터 발생하는 전력에러는 대략 보정가능하며, 각 단상 인버터의 입력출력의 합계를 절환 성분을 제외하고는 일정하게 할 수 있다. 회로시스템 및 보상부분이 다른 경우에도, 변환효율을 이용한 보상에 의해 전력에러를 작게 할 수 있으므로, 바람직한 결과를 얻을 수 있다.
또한 본 실시예는 출력전력을 검출하는 대신에 각 단상 인버터의 입력출력을 서로 일치하도록 검출하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 본실시예는 각 입력전류의 평균값이 서로 맞춰지도록 각 단상 브리지의 입력부의 각 전류가 검출되도록 구성될 수 있다.
또한, 본 실시예는 상기 내용에 제한 되지는 않지만, 링키지 출력이 90도의전압 위상차를 가진 2상 시스템에 형성되는 경우에도, 본 발명이 적용될 수 있다. 이 경우에, 3상 시스템에 대해 2상 시스템은 스코트 접속형 변압기(Scott connection transformer), 변경된 우드 브리지형 접속 변압기(modified Woodbridge connection transformer) 등에 의해 가능하다.
<제 4실시예>
여기서, 제 4실시예를 이하 설명한다. 제 4실시예는 제 1실시예에 도시된 도 5와 동일한 구성을 채택지만, 제어수단(19)의 전류 제어방법에 관한 구성이 다르다. 보다 상세하게는, 전류 명령값의 생성이 다르다.
우선, 단상 만의 상 전압이 3상과 다른 경우를 고려한다.
C상의 전압이 3상 (A상, B상, C상)중의 2상과 다른 경우,각 상 전압의 순시치(va, vb, vc)은,
θ = 2 π x f x t (f는 3상 시스템의 주파수, t는 시간)을 조건으로 하면
va = Vo x sin(θ)
vb = Vo x sin(θ+ 2π/3)
vc = Vo x k1 x sin(θ+ 4π/3)
의 식으로 나타낼 수 있다:
Vo는 기준 상전압(va, vb)(여기서, 전압은 일정함)이고, k1은 상기 Vo를 이용함으로써 상 전압(vc)의 진폭을 나타내는 계수이며,
k1 = (C 상 전압 진폭 값) / (A 상 전압 진폭 값 Vo )
여기서,
k2 = (k1- 1)/(2 x k1 +1)
의 식으로 표현된다.
상기 계수 k2를 이용하여, 각 상 선 전류의 순시전압(va, vb,vc)이 C상 성분 전류를
ia = Io x (sin(θ) + k2 x sin(θ+ 4π/3))
ib = Io x (sin(θ+2π/3) + k2 x sin(θ+ 4π/3))
ic = Io x (1 - 2 x k2) x sin(θ+ 4π/3))
의 식으로 조정함으로써 제어된다:
즉, C상 전류로부터, 상기 C상 성분을 대략 2 x k2 만큼 감소되도록 조정하고, C상 성분의 조정된 부분 2 x k2 는 대신에 다른 2개의 선 전류에 균등하게 배분된다. 다음에, A상 선 전류 및 B상 선 전류는 C상 성분이 대략 k2만큼 증가된다.
상기 3상의 순시전력(pa, pb, pc)은:
pa = va x ia
pb = vb x ib
pc = vc x ic
상기 3상의 순시전력의 총합계 psum은
psum = pa +pb + pc
= va x ia + vb x ib + vc x ic
의 식으로 표현된다;
각 상 전압 및 각 상 선 전류를 상기 식에 의해 대입하면,
psum = 3/2 x Vo x Io + Vo x Io x sin2(θ+4π/3) x [-k2 x (2 x k1 +1)+ k1- 1]
의 식이 유도된다.
여기서, 상기 식의 제 1항목은 상수이다. 또한. 제 2항목에 대해서는
k2 = (k1 - 1) / (2 x k1 + 1)이므로, [-k2 x (2 x k1 +1)+ k1- 1] = 0
이된다. 따라서, 상기식의 제 2항목은 0이 되고, 3상의 순시전력의 합계값 psum은
psum = 3/2 x Vo x Io (정상값)
의 식으로되고 출력 전력의 맥동은 발생되지 않는다. 이 방식으로, 입력 전력과 출력 전력간의 순시전력 차이는 대략 0이 되고 처리될 에너지를 최소화함으로써 평활 캐퍼시터(12)의 전해용량을 작게 할 수 있다.
일예로서, 3상의 전압이 각각 115V, 115V 및 117V인 경우, 출력전력의 맥동을 산출한다.
지금, 출력전력 리플율은,
출력 전력 리플율 = (psum의 피크에서 피크까지의 값) / ( psum의 평균값)
의 식으로 정의한다.
종래 3상의 선전류에 관해서는, 동일한 크기 및 역률을 가진 전류가 흐르는 경우, 산출된 출력 전력 리플율은 1.327%이다. 반면에, 본 실시예에 의거하여, 조정및 제어를 하는 경우에는:
k1 = 117/115 = 1.01739, k2 = 0.00537, (1 -2 x k2) =0.98854
이므로, 상기 출력 리플율은 0.000%로 산출된다. 이 방식으로, 하나의 상의 전압이 다른 경우, 기준상과 유효전력이 동일하게 되는 조정 대상의 상의 전류가 조정되는 동시에, 무효전력을 방지하도록, 조정된 전류의 역코드의 전류가 기준 상의 전류 및 다른 상 전류에 배전되는 2개의 상에 대해서 전류조정을 하고, 이에 의해 순시출력 전력의 합계 값(psum)의 시간 지터(time jitter)를 정밀하게 제어하고, 입력전력의 맥동(pulsation)도 제어한다. 상기 설명된 전류배전시에, 전류를 배전하기위해 유효전력의 변동을 고려함으로써 상기 전류배전에 의해 전류를 조정한다.
이 방식으로, 처리될 에너지가 최소화되고, 이에 의해 평활 캐퍼시터(12)의 전해용량을 작게 할 수 있다.
다음에, 3상(A상, B상, C상)중의 어느 한 상이 다른 경우를 고려하면, 각 상 전압의 순시전압(va, vb,vc)은
θ = 2 π x f x t (f는 3상 시스템의 주파수, t는 시간)을 조건으로 할때,
va = Vo x sin(θ)
vb = Vo x sin(θ+ 2π/3)
vc = Vo x k1 x sin(θ+ 4π/3)
Vo 는 기준 상전압(va, vb)(여기서, 전압은 일정함)
의 식으로 표현되고, k1b 및 k1c는 상기 Vo를 이용함으로써 상 전압(vc)의 진폭을 나타내는 계수이며,
k1b = (B 상 전압 진폭 값) / (A 상 전압 진폭 값 Vo )
k1c = (C 상 전압 진폭 값) / (A 상 전압 진폭 값 Vo )
여기서,
k2b = (k1- 1)/(2 x k1b +1)
k2c = (k1- 1)/(2 x k1c +1).
의 식으로 표현된다.
상기 계수 k2b 및 k2c를 이용하여, 각 상 선 전류의 순시전류(Ia, Ib, Ic)가 C상 성분 전류는,
ia = Io x (sin(θ) + k2 x sin(θ+ 2π/3))+ k2c x sin(θ+ 4π/3))
ib = Io x ((1 -2 x k2b) x sin(θ+2π/3) + k2c x sin(θ+ 4π/3))
ic = Io x (k2b x sin(θ+ 2π/3))+ (1 - 2 x k2c) x sin(θ+ 4π/3))
의 식으로 조정함으로써 제어된다:
즉, B상 선전류로부터, 상기 B상 성분을 2 x k2b 만큼 대략 감소되도록 조정하고, 대신에 B상 성분의 조정된 부분 2 x k2b 는 다른 2개의 선 전류에 균등하게 배분되어서, A상 선전류 및 C상 선전류는 B상 성분을 대략 k2b만큼 증가시킨다.
또한, C상 선전류로부터, 상기 C상 성분을 2 x k2b만큼 대략 감소되도록 조정하고, C상 성분의 조정된 부분 2 x k2c는 대신에 다른 2개의 선 전류에 균등하게 배분되어서, A상 선전류 및 B상 선전류는 C상 성분을 대략 k2c만큼 증가시킨다.
일예로서, 3상의 전압이 각각 117V, 115V 및 119V인 경우, 출력전력의 맥동을 산출한다.
종래 3상의 선전류에 관해서는, 동일한 크기 및 역률을 가진 전류가 흐르는 경우, 산출된 출력 전력 리플율은 1.974%이다. 반면에, 본 실시예에 의거하여, 조정및 제어를 하는 경우에는:
k1b = 115/117 = 0.98291, k2b = -0.00576, (1 -2 x k2b) =1.01153,
k1c = 119/117 = 1.01709, k2c = -0.00563, (1 - 2 x k2c) =0.98873,
이므로, 상기 출력 리플율은 0.013%로 산출된다. 이 방식으로, 하나의 상의 전압이 다른 경우에도, 기준상과 유효전력이 동일하게 되는 조정 대상의 상의 전류가 조정되는 동시에, 무효전력을 방지하도록, 조정된 전류의 역코드의 전류가 기준 상 및 다른 상에 배분되는 2개의 상에 대해서 전류조정을 하고, 이에 의해 순시출력 전력의 합계 값(psum)의 시간 지터(time jitter)를 정밀하게 제어하고, 입력전력의 맥동도 제어하는 것으로 이해된다. 상기 설명된 전류배전시에, 전류를 배전하기 위해 유효전력의 변동을 고려함으로써 상기 전류배분에 의해 전류를 조정한다. 이 방식으로, 처리될 에너지가 최소화되고, 이에 의해 평활 캐퍼시터(12)의 전해용량을 작게 할 수 있다.
어떤 상전압이 기준 상전압이 되어도 출력전력의 맥동을 더 낮게 할 수 있다. 또한, Vo가 3상의 상 전압중에 중간 전압값인 상 전압에 의거하여 주어지는 경우, 출력전력의 맥동을 바람직하게 극히 저하시킬 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는. 중성선(intermediate line)으로 흐르는 전류가 0이 되므로, 3상 3선식의 3상 시스템(14b)에 출력되도록 전력 유닛 (104)을 구성할 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 3상 3선식의 3상 시스템(14b)에 출력되도록 DC/DC변환기를 포함하는 전력유닛(105)을 구성할 수 있다. 도 8의 (204)는 전력변환기를 나타내며, 도 8의 (13b)는 절환회로, 도 9의 (205)는 전력변환기를 나타내는 것에 유의하여야 한다. 또한, 도 5및 도6의 참조번호와 동일한 도 8 및 도 9의 참조번호는 동일 부재를 나타낸다.
<제 5실시예>
여기서, 제 5실시예를 이하에 설명한다. 제 5실시예는 제 4실시예와 동일하고, 제 1실시예를 도시한 도 5와 같은 구성을 채택하지만, 제어수단(19)의 전류 제어방법에 관한 구성, 보다 상세하게는 전류 명령값의 생성이 다르다.
3상(A상, B상, C상)중의 어느 한 상이 다른 경우를 고려하면, 각 상 전압의 순시전압(va, vb, vc)은,
θ = 2 π x f x t (f는 3 상 시스템의 주파수, t는 시간)을 조건으로 하여
va = Vo x sin(θ)
vb = Vo x k1b x sin(θ+ 2π/3)
vc = Vo x k1c x sin(θ+ 4π/3)
Vo 는 기준 상전압(va, vb)(여기서, 전압은 일정함)
의 음식으로 표현되고, k1b 및 k1c는 상기 Vo를 이용함으로써 상 전압(vc)의 진폭을 나타내는 계수이며,
k1b = (B 상 전압 진폭 값) / (A 상 전압 진폭 값 Vo )
k1c = (C 상 전압 진폭 값) / (A 상 전압 진폭 값 Vo )
여기서,
k2b = (k1b- 1)/(2 x k1b +1)
k2c = (k1c- 1)/(2 x k1c +1)
의 식으로 표현된다. 상기 계수 k2b와 k2c 및 k1b와 k1c를 이용하여, 각 상 선 전류의 순시전류(Ia, Ib, Ic)가 B 상 성분 전류 및 C상 성분 전류는,
ia = Io x {(sin(θ) + k2b x (k1c / (l + k1c) sin(θ+ 2π/3) + k2c x (k1b / (l + k1b) x (sin(θ+ 4π/3)}
ib = Io x {((1 -2 x k2b) x sin(θ+ 2π/3) + k2c x (1/(1 + k1b) x sin(θ+ 4π/3)}
ic = Io x (k2b x (1/(1 + k1c) x sin(θ+ 2π/3))+ (1 - 2 x k2c) x sin(θ+ 4π/3))
의 식과 같이 조정함으로써 제어된다.
즉, B상 전류로부터, 상기 B상 성분을 2 x k2b만큼 대략 감소되도록 조정하고, 대신에 B상 성분의 조정된 부분 2 x k2b 는 다른 2개의 선 전류에 상전압의 크기에 반비례하게 배분되어서, A상 선 전류에 대해서 대략 k2b x (k1c/(l + k1c)만큼 B상 성분이 증가되고, C상 선 전류에 대해서 대략 (k2b x (1/(1 + k1c) 만큼 B 상 성분이 증가된다.
또한, C상 전류로부터, 상기 C상 성분을 대략 2 x k2c만큼 감소되도록 조정하고, C상 성분의 조정된 부분 2 x k2c는 대신에 다른 2개의 선 전류에 상전압의 크기에 반비례로 배분되어서, A상 선 전류에 대해서 대략 k2c x (k1b/(l + k1b)만큼 C상 성분이 증가되고, B상 선 전류에 대해서 대략 (k2c x (1/(1 + k1b) 만큼 C 상 성분이 증가된다.
일예로서, 3상의 전압이 각각 117V, 115V 및 119V인 경우, 출력전력의 맥동을 산출한다.
종래 3상의 선전류에 관해서는, 동일한 크기 및 역률을 가진 전류가 흐르는 경우, 산출된 출력 전력 리플율은 1.974%이다. 반면에, 본 실시예에 의거하여, 조정 및 제어를 하는 경우에는:
k1b = 115/117 = 0.98291, k2b = -0.00576, (1 -2 x k2b) =1.01153,
k1c = 119/117 = 1.01709, k2c = -0.00563, (1 - 2 x k2c) =0.98873
이므로, 상기 출력 리플율은 0.003%로 산출된다. 이 방식으로, 하나의 상의 전압이 다른 경우에도, 기준상과 유효전력이 동일하게 되는 조정 대상의 상전류가 조정되는 동시에, 무효전력을 방지하도록, 조정된 전류의 역코드의 전류가 기준 상 및 다른 상에 배분되는 2개의 상에 대해서 전류조정을 하고, 이에 의해 순시출력 전력의 합계 값(psum)의 시간 지터(time jitter)를 정밀하게 제어하고, 입력전력의 맥동도 제어하는 것으로 이해되어야한다. 상기 설명된 전류배전시에, 전류를 배전하기 위해 유효전력의 변동을 고려함으로써 상기 전류분배에 의해 전류를 조정한다. 이 방식으로, 처리될 에너지가 최소화되고, 이에 의해 평활 캐퍼시터(12)의 전해용량을 작게 할 수 있다.
또한, 본 실시예는 제 4실시예 보다 약간 큰 산출값을 가지고, 제 4실시예보다 작은 출력 전력 리플율을 가지므로, 바람직하게는 상기 출력의 맥동이 정밀하게 제어된다.
어떤 상전압이 기준 상전압이 되어도 출력전력의 맥동을 더 낮게 할 수 있다. 또한, 상기 3상의 상전압 중에 중간 전압값인 상 전압이 주어지는 경우, 출력전력의 맥동을 바람직하게 극히 저하시킬 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는. 중성선으로 흐르는 전류가 0 이 되므로, 3상 3선식의 3상 시스템(14b)에 출력되도록 전력 유닛(104)을 구성할 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 3상 3선식의 3상 시스템(14b)에 출력되도록 DC/DC변환기를 포함하는 전력유닛(105)을 구성할 수 있다.
<제 6실시예>
여기서, 제 6실시예를 이하에 설명한다. 제 6실시예는 제 4실시예와 동일하고, 제 1실시예를 도시한 도 5와 같은 구성을 채용하지만, 제어수단(19)의 전류 제어방법에 관한 구성이 다르므로, 보다 상세하게는 전류 명령값의 생성이 다르다.
3상(A상, B상, C상)중의 어느 한 상이 다른 경우를 고려하면, 각 상 전압의 순시치(instantaneous values)(va, vb,vc)은,
θ = 2 π x f x t (f는 3상 시스템의 주파수, t는 시간)을 조건으로 하면
va = Vo x sin(θ)
vb = Vo x k1b x sin(θ+ 2π/3)
vc = Vo x k1c x sin(θ+ 4π/3)
Vo는 기준 상전압(va, vb)(여기서, 전압은 상수)
의 식으로 표현된다.
k1b 및 k1c는 상기 Vo를 이용함으로써 상 전압(vc)의 진폭을 나타내는 계수이며,
k1b = (B 상 전압 진폭 값) / (A 상 전압 진폭 값 Vo )
k1c = (C 상 전압 진폭 값) / (A 상 전압 진폭 값 Vo )
여기서,
k2b = (k1b- 1)/(3 x k1b) = (1 - 1 / k1b)/3
k2c = (k1c- 1)/(3 x k1c) = (1 - 1 / k1c)/3
의 식으로 표현된다:
본 실시예는 상기 계수 k2b와 k2c 및 k1b와 k1c를 이용한다는 점에서 제 4실시예 및 제 5실시예와 다르다. 순시치(Ia, Ib, Ic)가 B상 성분 전류 및 C상 성분 전류는,
ia = Io x {(sin(θ) + k2b x (k1c / (l + k1c) sin(θ+ 2π/3) + k2c x (k1b / (l + k1b) x (sin(θ+ 4π/3)}
ib = Io x {((1 -2 x k2b) x sin(θ+ 2π/3) + k2c x (1/(1 + k1b) x sin(θ+ 4π/3)}
ic = Io x (k2b x (1/(1 + k1c) x sin(θ+ 2π/3))+ (1 - 2 x k2c) x sin(θ+ 4π/3))
의 식과 같이 조정함으로써 제어된다.
즉, B상 전류로부터, 상기 B상 성분을 2 x k2b만큼 대략 감소되도록 조정하고, 대신에 B상 성분의 조정된 부분 2 x k2b 는 다른 2개의 선 전류에 상전압의 크기에 반비례하여 배분되어서, A상 선 전류에 대해서 대략 k2b x (k1c/(l + k1c)만큼 B상 성분이 증가되고, C상 선 전류에 대해서 대략 (k2b x (1/(1 + k1c) 만큼 B 상 성분이 증가된다.
또한, C상 전류로부터, 상기 C상 성분을 대략 2 x k2c만큼 감소되도록 조정하고, 대신에 C상 성분의 조정된 부분 2 x k2c는 다른 2개의 선 전류에 상전압의 크기에 반비례하여 배분되어서, A상 선 전류에 대해서 대략 k2c x (k1b/(l + k1b)만큼 C상 성분이 증가되고, B상 선 전류에 대해서 대략 (k2c x (1/(1 + k1b)만큼 C상 성분이 증가된다. 환언하면, 조정된 전류 2x k2b의 크기가 제 5실시예와 다르지만, 조정된 전류의 역코드의 배분 방법은 동일하다.
일예로서, 3상의 전압이 각각 117V, 115V 및 119V인 경우, 출력전력의 맥동을 산출한다.
종래 3상의 선전류에 관해서는, 동일한 크기 및 역률을 가진 전류가 흐르는 경우, 산출된 출력 전력 리플율은 1.974%이다. 반면에, 본 실시예에 의거하여, 조정 및 제어를 하는 경우에는,
k1b = 115/117 = 0.98291, k2b = -0.00580, (1 -2 x k2b) =1.01159,
k1c = 119/117 = 1.01709, k2c = -0.00560, (1 - 2 x k2c) =0.98880
k2b x (k1c/(1 + k1c) = -0.00575, k2b x (1/(1 + k1c) = -0.00585,
k2c x (k1b/(1 + k1b) = 0.00555, k2c x (k1c/(1+k1b) = 0.00565,
이므로, 상기 출력 리플율은 0.003%로 산출된다. 이 방식으로, 하나의 상의 전압이 다른 경우에도, 기준상과 유효전력이 동일하게 되는 조정 대상의 상의 전류가 조정되는 동시에, 무효전력을 방지하도록, 조정된 전류의 역코드의 전류가 기준 상 및 다른 상에 배분되는 2개의 상에 대해서 전류조정을 하고, 이에 의해 순시출력 전력의 합계 값(psum)의 시간 지터(time jitter)를 정밀하게 제어하고, 입력전력의 맥동도 제어하는 것으로 이해된다. 상기 설명된 전류배분시에, 전류배분처에서 유효전력의 변동을 고려함으로써 상기 전류배분에 의해 전류를 조정한다. 이 방식으로, 처리될 에너지가 최소화되고, 이에 의해 평활 캐퍼시터(12)의 전해용량을 작게 할 수 있다.
또한, 전력의 맥동을 충분히 제어하면서, 본 실시예는 제 5실시예보다 더 많은 계산의 양을 감소시키고, 이에 의해 크기가 작고 바람직하게 비용이 적게 드는 제어수단을 구성하는 것이 가능하다.
또한, 제 5실시예와 마찬가지로, 전류배분을 2개의 상의 선전류와 균등하게 할수 있고, 이러한 구성에서 계산량을 한층 더 감소시켜서 바람직하게 크기가 작고 비용이 저렴한 제어수단을 구성하는 것이 가능하다. 이 경우에, 계산된 전력 리플율은 0.019%이며, 상기 전력의 맥동을 충분히 제어할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 상전압이 기준 상전압이 되어도 출력전력의 맥동을 더 낮게 할 수 있다. 또한, 상기 3상의 상전압 중에 중간 전압값인 상 전압이 주어지는 경우, 출력전력의 맥동을 바람직하게 극히 저하시킬 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는. 중성선으로 흐르는 전류가 0이 되므로, 3상 3선식의 3상 시스템(14b)에 출력되도록 전력 유닛(104)을 구성할 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 3상 3선식의 3상 시스템(14b)에 출력되도록 DC/DC변환기를 포함하는 전력유닛(105)을 구성할 수 있다.
또한, 제 4실시예, 제 5실시예 및 제 6실시예의 전류 조정 방법에 대해서, 각 상전류를 진상 또는 지상과 동일하게 또한 상조정을 하는 경우에도, 3상의 순시전력의 합계의 교류성분의 실행값은 변하지 않는다. 따라서, 전류 상의 개략 조정 및 조합은 출력전력의 맥동의 제어를 유지할 수 있고, 유효전력의 합과 무효전력의 합을 제어할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 내용에 제한되지 않으며, 다양하게 변경 가능하다. 예를 들면, Y-Δ 변환(Y to Δ conversion)에 의해 선간전압(line to line voltage) 로 변환되는 상 전압인 수식에 대해서 변경 가능하다.
3상의 순시전력의 합계(psum)의 시간차인 조건을 만족시키는 전류수식은 0 또는 거의 0이 되는 것이 유도되고, 이것에 의거하여 전류가 제어될 수 있고, 출력전력의 맥동이 0이 되거나 또는 0부근이 되도록 제어될 수 있다. 또한,
상기 조건 및 3상의 선 전류의 순시치의 합계를 만족시키는 전류표현식은 0이 되거나 또는 거의 0으로되는 것이 유도되고, 이것에 의거하여 전류가 제어될 수 있고, 출력전력의 맥동이 0이 되거나 또는 0부근이 되도록 제어될 수 있다. 동시에, 중성선의 전류는 0이 되거나 또는 0부근이 되도록 제어될 수 있다. 또한, 3상의 선전류의 순시치의 합계가 0이 됨으로써 3상의 전류가,
θ = 2 π x f x t (f는 3상 시스템의 주파수, t는 시간)을 조건으로 할때,
i1 = I11 x sin(θ) + I12 x sin(θ+ 2π/3) + I13 x sin(θ+ 4π/3))
i2 = I21 x sin(θ) + I22 x sin(θ+ 2π/3) + I23 x sin(θ+ 4π/3))
i3 = I31 x sin(θ) + I32 x sin(θ+ 2π/3) + I33 x sin(θ+ 4π/3))
의 식으로 의해 표현되는 경우, A가 임의의 상수인 조건으로,
I11 + I21 + I31 = I12 + I22 + I32 = I13 + I23 + I33 = A
의 식을 만족시킬 수 있다:
3상의 선 전류 순시치가 0이 되는 조건이 우선적으로 주어지고, 이에 의거하여 3상의 순시전력 합계(psum)의 시간차이가 0 또는 거의 0이 되는 전류표현식으로 전류를 제어하는 경우에, 중성선에 흐르는 전류가 0이 되므로, 3상 3선식 도 실현 가능하다. 이 때, 전류에 대한 바람직한 조건은 다음 조건에 근접하여 존재한다. 3 상의 선전류가 3 상의 교류전류와 상이 같은 상태에 의거하고, 나머지 2개의 상 중의 한 쪽의 상은 물론 3상중에 기준 상에 관하여, 다른 쪽 상의 선전류는 다른 쪽 상 및 기준 상의 상 전압이 다른 쪽 상 및 기준 상의 선전류에 역비례가 되도록 고려된다. 또 하나의 선 전류도 마찬가지로 고려된다. 이 경우에, 3상의 각 전력은 교류시스템의 두배의 주파수를 가지고, 교류성분은 동일한 크기를 가지며, 상은 동일한 간격에 공간을 둔다. 상기 3상 의 전력 합계 값은 일정한 시간방식으로 된다.
또한, 크기가 상기 값의 1/3인 경우에, 다른 쪽 상의 전류값의 크기를 기준 상의 전류값의 크기에서 감산한 쪽 상의 상 전압과 동일한 상의 전류성분을 조정하는 방식에 의해 첫번째 조정값으로 주어지는 바와 같이, 각 상의 선전류는 다른쪽 상의 상전압과 동일한 상에 있고 크기가 상기 첫번째 조정값이 되는 전류가 부가되도록 조정된다. 또한, 다른쪽 상의 상전압과 같은 상에 있는 전류성분의 조정도 마찬가지로 행한다. 이 때 순시전력의 수식이 유도되고 상 전압의 비가 대략 1이 되므로, 순시전력의 변동이 거의 0에 근접 될 수 있다.
예를 들면, 3상 전압 중에 2개의 전압의 크기가 V인 경우, 나머지 전압의 크기는
|ΔV)| ≤ 0.1
을 조건으로 하여,
V x (1 + ΔV)
이되고, psum의 변동성분은
psum = V x A x (ΔV)2x sin2θ / {3 x ( 1 + ΔV)
으로 된다.
따라서,
전력 리플율 = 2 x (ΔV)2 / {3 x ( 1 + ΔV) 및 |ΔV)| ≤ 0.1
에 의해 순시전력의 변동이 잘 억제될 수 있는 식으로부터 명백하게 하는 0.202% 이하의 전력 리플율을 형성한다,
상기 3상의 순시전력의 합계(psum)의 시간 차가 0이되는 사실이 실제로 평활수단의 소형화에 대해서 이상적이지만, 본 발명의 적용된 제어 이전에 전력 리플율이 1/2이하인 것이 바람직하고, 이에 의해 평활수단을 극히 소형화 할 수 있다. 본 발명의 적용된 제어 이전에 전력 리플율이 1/10이하인 것이 보다 바람직하고, 이에 의해 평활수단을 극히 소형화 할 수 있다. 또한, 전력 변환기 또는 전력유닛의 정격전력의 전력 리플율의 관점에서 1%미만이 바람직학다. 이러한 방식으로 평활수단을 현저하게 크기를 소형화할 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 평활수단이크기가 극히 작아질수 있도록 상기 전력 리플율이 0.2%미만이다.
본 발명에 의하면, 직류전원에 접속된 n 상의 교류전류 출력(n은 n ≥2 인 정수임)을 가진 전력변환 유닛과 상기 직류전원 사이에 형성된 용량이 작은 평활수단을 형성할 수 있다.

Claims (25)

  1. 직류전원에 접속된 n 상 교류전류 출력(n은 n ≥2 인 정수)을 가진 전원변환 유닛과, 상기 직류 전원과 전원 변환유닛 사이에 설치된 평활 수단과로 이루어진 전력 변환기로서,
    상기 전원 변환 유닛은, 각 상의 전력파형의 위상차 전체가 상기 전력 파형의 주기를 n 등가부로 분할된 값에 정합되는 동시에 각 상의 전력 값 전체가 일치하도록 제어되는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어수단은 각 상의 출력전압을 검출하고, 또한 상기 출력전압에 반비례하는 상전류가 되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 평활 수단은,
    직류전원과 전력변환 유닛 사이에 직류전원과 병렬로 접속된 제 1기억부와;
    상기 제 1기억부와 병렬로 접속된 한쪽의 단자를 가진 양방향 전력 변환 유닛과;
    상기 양방향 전력 변환 유닛의 다른쪽 단자에 접속된 제 2기억부와;
    상기 제 1기억부의 리플이 작아지도록 상기 양방향 전력 변환 유닛의 전력흐름을 제어하는 평활 제어수단과;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 평활 제어수단은 검출된 리플이 작아지도록 상기 제 1기억부의 리플을 검출하여 상기 양방향 전력변환 유닛의 전력흐름을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 평활 제어수단은 상기 전력변환 유닛의 출력 전압 및/또는 출력 전류의 낮은 고조파를 검출하여, 상기 낮은 고조파에 따라서 제 1기억부의 리플이 작아지도록 상기 양방향 전력변환 유닛을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 전력변환 유닛은 각 상의 전압 및 전류의 위상차가 90°인 2상의 교류전류를 출력하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제어수단은 전력 변환 유닛의 각 상의 출력 전압 및 출력전류의 위상차 전체가 일치하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  8. 제 1항에 있어서,
    전력변환 유닛의 각 출력 상이 상기 전력변환 유닛과 동일한 개수의 n 상 교류 시스템의 각 상에 접속되어, 계통 연결용 출력(system-tie output)을 형성하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  9. 제 1항에 있어서,
    직류 전원은 태양전지 또는 연료전지인 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  10. 제 1항에 있어서,
    직류 전원은 태양전지 또는 연료전지 및 태양전지 또는 연료 전지로부터의 직류 출력을 전압변환 하여 출력하기 위한 DC/DC변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  11. 직류전원과, 직류전원에 접속된 제 1항에 기재된 전력 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 유닛.
  12. 직류전원에 접속되어 3상 교류전류를 출력하는 전력변환 유닛과, 직류전원과 전력변환 유닛 사이에 형성된 평활 수단과를 포함한 전력 변환기로서,
    3상인 제 1상 ,제 2상 및 제 3상의 전압을 검출하는 전압검출 수단과;
    상기 3상 중에서 제 1상에 의거해서, 제 2상 전류의 제 2상 성분이 상기 제 2상의 전압에 따라서 조정되도록 제 2상 선전류의 제 2상 성분과를 증감시키고 또한 제 1상의 선류와 제 3상 선전류에 배분시킴으로써 조정되도록 제 2상선분의 조정된 부분의 역코드의 양을 증감시키고, 또한 3상 중에서 제 1상에 의거하여, 제 3상의 선전류에 따라서 조정되도록 제 3상의 선전류의 제 3성분을 증감시키고 또한 제 1상의 선전류와 제 2상의 선전류에 배분시킴으써 조정되도록 제 3상 성분의 조정된 부분의 역코드의 양을 증감시키고, 동시에 3상의 순시전력의 합계값 psum(t)인,
    psum(t) = 제 1상의 상전압 x 제 1상의 선전류 + 제 2상의 상전압 x 제 2상의 선전류 + 제 3상의 상전압 x 제 3상의 선 전류
    에 대해서,
    의 식을 를 만족시키는 제어 수단 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  13. 제 12항에 있어서,
    isum(t)= 제 1상 선전류 + 제 2상 선 전류+제 3상 선 전류
    인 상기 3상의 순시 선전류의 합계 값 isum(t)에 대해서,
    isum(t)= 0
    의 식을 만족시키는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  14. 제 13항에 있어서,
    제 1상의 전압 v1, 제 2상의 전압 v2 및 제 3상의 전압 v3 은,
    v1= V1 x sin(θ)
    v2= V2 x sin(θ+ 2π/3)
    v3= V3 x sin(θ+ 4π/3),
    이고, 제 1상에 의거하여
    Ga = V2 / V1
    Gb = V3 / V1
    로 주어진 경우에는.
    전력변환기는,
    Ka = (V2 - V1) / (2 x V2 + V1) = (Ga - 1) / (2 x Ga + 1)
    Kb = (V3 - V1) / (2 x V3 + V1) = (Gb - 1) / (2 x Gb + 1)
    을 조건으로 할때,
    i1 = I0 x ( sin(θ) + I12 x sin(θ+ 2π/3) + I13 x sin(θ+ 4π/3))
    i2 = I0 x ((1 - 2 x Ka) x sin(θ+ 2π/3) + I23 x sin(θ+ 4π/3))
    i3 = I0 x ( I32 x sin(θ+ 2π/3) + (1 - 2 x Kb) x sin(θ+ 4π/3))
    I12 + I32 = 2 x Ka
    I13 + I23 = 2 x Kb
    (I0 는 임의의 수)
    가 되도록 제 1상의 전류(i1),제 2상의 전류(i2) 및 제 3상의 전류(i3)를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  15. 제 13항에 있어서,
    제 1상의 전압 v1,제 2상의 전압 v2 및 제 3상의 전압 v3은,
    v1= V1 x sin(θ)
    v2= V2 x sin(θ+ 2π/3)
    v3= V3 x sin(θ+ 4π/3)
    의 식이고,
    제 1상에 의거하여
    Ga = V2 / V1
    Gb = V3 / V1
    로 주어진 경우에는.
    Ka = (V2 - V1) / (3 x V2) = (Ga - 1) / (3 x Ga )
    Kb = (V3 - V1) / (3 x V3) = (Gb - 1) / (3 x Gb )
    의 조건으로 할때
    전력 변환기는,
    i1 = I0 x ( sin(θ) + I12 x sin(θ+ 2π/3) + I13 x sin(θ+ 4π/3))
    i2 = I0 x ((1 - 2 x Ka) x sin(θ+ 2π/3) + I23 x sin(θ+ 4π/3))
    i3 = I0 x ( I32 x sin(θ+ 2π/3) + (1 - 2 x Kb) x sin(θ+ 4π/3))
    I12 + I32 = 2 x Ka
    I13 + I23 = 2 x Kb
    (I0 는 임의의 수)
    의 식이 되도록 제 1상의 전류(i1),제 2상의 전류(i2) 및 제 3상의 전류(i3)를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  16. 제 14항 또는 제 15항에 있어서,
    I12 = I32 = Ka
    I13 = I23 = Kb
    에 의해, 제 1상의 전류(i1),제 2상의 전류(i2) 및 제 3상의 전류(i3)는,
    i1 = I0 x ( sin(θ) + Ka x sin(θ+ 2π/3) + Kb x sin(θ+ 4π/3))
    i2 = I0 x ((1 - 2 x Ka) x sin(θ+ 2π/3) + Kb x sin(θ+ 4π/3))
    i3 = I0 x ( Ka x sin(θ+ 2π/3) + (1 - 2 x Kb) x sin(θ+ 4π/3))
    의 식이 되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  17. 제 14항 또는 제 15항에 있어서,
    제 1상의 전류(i1),제 2상의 전류(i2) 및 제 3상의 전류(i3)은,
    I12 = 2 x Ka x (V3 / (V1 + V3))
    I32 = 2 x Ka x (V1 / (V1 + V3))
    I13 = 2 x Kb x (V2 / (V1 + V2))
    I23 = 2 x Kb x (V1 / (V1 + V2))
    의 식이 되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  18. 제 12항에 있어서,
    각 상 전류는 또한 동상을 가진 진상 또는 지상으로 전류제어되는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  19. 제 12항에 있어서,
    상기 3상 중에서 2번째 최대크기를 가진 상이 제 1기준 상으로서 선택되는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  20. 제 12항에 있어서,
    직류전원과 전력변환 유닛 사이에 직류전원과 병렬로 평활 수단을 접속한 제 1기억부와;
    상기 제 1기억부와 병렬로 접속된 한쪽의 단자를 가진 양방향 전력 변환유닛과;
    상기 양방향 전력 변환유닛의 다른 쪽 단자에 접속된 제 2기억부와;
    상기 제 1기억부의 리플이 작아지도록 상기 양방향 전력 변환유닛의 전력흐름을 제어하는 평활 제어수단과;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 평활 제어수단은 검출된 리플이 작아지도록 상기 제 1기억부의 리플을 검출하여 상기 양방향 전력변환 유닛의 전력흐름을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  22. 제 20항에 있어서,
    상기 평활 제어수단은 상기 전력변환 유닛의 출력 전압의 낮은 고조파 및/ 또는 출력 전류의 낮은 고조파를 검출하고, 상기 낮은 고조파에 따라서 제 1기억부의 리플이 작아지도록 상기 양방향 전력변환 유닛을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  23. 제 12항에 있어서,
    직류 전원은 태양전지 또는 연료전지인 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  24. 제 12항에 있어서,
    상기 전원은 태양전지 또는 연료전지 및 태양전지 또는 연료 전지로부터의 직접 출력을 전압변환 하여 출력하기 위한 DC/DC 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기.
  25. 전력유닛은, 직류전원과 이 직류전원에 접속된, 제 12 항에 기재된 전력 변환기와를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 유닛.
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