KR20080036167A - 2 개 이상의 전기장치들의 접속 타입을 결정하기 위한 방법및 여러 개의 전기장치를 구비한 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 2 개의 전기장치들 (5) 의 접속 타입을 결정하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 전기장치들의 각각은 유사한 접속배치를 구비한다. 본 발명의 목적은 여러 개의 전기유닛 (5) 을 구비한 시스템의 개시 과정 및 작동 동안 신뢰도를 높이는 것이다. 이를 위해, 본 발명에 따르면 제 1 장치 (5) 의 접속배치 (11) 에서의 전압을 변경하며, 상기 변경된 전압을 제 1 전압으로 결정하고, 또한 제 2 장치 (5) 의 적어도 접속배치 (11) 에서 제 2 전압을 결정하며, 그리고 상기 전압들을 비교함으로써 상기 장치들 (5) 의 접속배치들 (11) 사이에 전기연결이 존재하는지 아닌지의 여부를 결정한다.
DC-DC 컨버터, 접속배치

Description

2 개 이상의 전기장치들의 접속 타입을 결정하기 위한 방법 및 여러 개의 전기장치를 구비한 시스템 {METHOD FOR DETERMINING THE TYPE OF CONNECTION OF AT LEAST TWO ELECTRICAL DEVICES AND SYSTEM COMPRISING SEVERAL ELECTRIC DEVICES}
본 발명은 2 개 이상의 전기장치들의 접속 타입을 결정하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 전기장치들의 각각은 유사한 접속배치 (connection arrangement) 를 구비한다. 또한, 본 발명은 여러 개의 전기장치 및 제어장치를 구비한 시스템에 관한 것으로서, 상기 전기장치들의 각각은 유사한 접속배치를 구비한다.
이하, 본 발명은 재생 가능 에너지의 여러 개의 소스 (source) 가 제공되어 있는 시스템을 근거로 기술된다. 상기 소스는 태양, 바람, 수력 또는 자연적으로 생기는 그 밖의 에너지를 전기 에너지로 전환하는 장치이다. 이 에너지는 '녹색 에너지' 라고도 명칭된다.
하기의 설명에서 태양전지 (solar cell) 는 녹색 에너지를 생산하기 위한 예로 사용된다. 태양전지는 태양빛을 전기 에너지로 전환하기 위해 사용된다. 개별 태양전지에 의해 제공될 수 있는 것보다 더 높은 전압 및 전력을 생산하기 위해, 태양전지들은 자주 패널 (panel) 로 통합된다. 여러 개의 패널은 스트링 (string) 을 형성하도록 직렬로 접속된다.
전형적인 광전지 시설은 교환 전력을 제공하는 태양전지-스트링을 사용한다. 이 전력은 예컨대 조사 (아침, 점심, 저녁), 차광 및 주변온도에도 좌우된다. 이 전력은 DC-DC 컨버터를 통해 일정한 중간회로 전압으로 전환된다. 그러면, 인버터 단계는 예컨대 가정용품에서 바로 사용될 수 있거나 또는 상위에 놓인 네트워크 안으로 피드될 수 있는 교류전압을 발생시킨다. 이 경우, 싱글 페이스 (single phase)-전압뿐만 아니라 폴리페이스 (polyphase)-전압일 수도 있다.
보다 큰 전력이 요구될 때는, 시스템 안에 서로 분리된 여러 개의 태양전지-스트링을 갖는 것이 바람직하다. 그러면, 이 스트링들은 서로 병렬로 DC-DC 컨버터의 입력과 연결될 수 있다. 하지만 이 태양전지-스트링들은 상기 태양전지-스트링들이 유사한 타입이고, 동일한 크기를 가지며, 태양과 관련하여 동일한 정렬 및 동일한 차광을 가질 때에만 그 출력에서 본질적으로 동일한 성능을 보일 것이다. 이에 상응하여, 많은 경우에서는 출력 전력들, 예컨대 출력전압이 서로 구별될 것이다. 그러면 이는 태양전지-스트링의 최적의 사용을 야기하지 않는다.
따라서, 개별 태양전지-스트링들에 각각 자신의 DC-DC 컨버터를 장치하는 것이 제안되었다. 그러면, 각각의 DC-DC 컨버터들은 사전 결정된 전압을 예컨대 전압 버스를 통해 전력 컨버터의 중간회로 안으로 피드한다.
이와 같은 형태는 예컨대 DE 101 36 147 A1 으로부터 알려져 있다.
다른 한편으로는, 태양전지-스트링들이 그 타입, 크기, 정렬, 차광 및 다른 요소들의 관점에서 유사하여 상기 태양전지-스트링들이 어느 정도 동일한 출력크기, 예컨대 출력전압을 생산하는 시스템 또는 설비가 있다. 이 경우, DC-DC 컨버터들을 그 출력들에서뿐만 아니라 DC-DC 컨버터들의 입력들도 병렬로 접속하는 것이 바람직할 수 있다.
일반적으로 DC-DC 컨버터는 여러 관점에서 불리한 2 가지 특성을 갖는다.
한편으로는, DC-DC 컨버터를 손상시키기 않고는 초과될 수 없는 입력 전력을 위한 상한이 있다. 다른 한편으로는, DC-DC 컨버터는 낮은 입력 전력으로 작동하면 감소된 효율을 자주 갖는다.
이제 개별 태양전지-스트링들을 (이하, 상기 개별 태양전지-스트링들은 간략히 '태양전지'로 명칭된다) 여러 개의 DC-DC 컨버터와 연결하면, 한편으로는 전력이 균일하게 DC-DC 컨버터들에 분배될 수 있다. 다른 한편으로는, 전기 입력 전력이 너무 낮게 되면 개별 DC-DC 컨버터들을 스위치 오프할 수 있다. 즉, DC-DC 컨버터는 상기 DC-DC 컨버터가 전력을 변경하지 않을 때에도 일종의 기본 소모를 갖는다. 상기 스위치 오프는 공급된 전기 에너지에 따라 제어장치를 통해 행해진다.
이제 상기 제어장치는 어떤 구성에서 개별 DC-DC 컨버터들이 시스템 안에 배치되어 있는 가를 '알아야만 한다'. 상기 제어장치는 예컨대, 그 태양전지들이 다른 DC-DC 컨버터들과 연결되어 있는 DC-DC 컨버터만을 스위치 오프해도 된다.
정보를 수동식 입력을 통해 상기 제어장치에 제공할 수 있다. 기계 조립 기사는 예컨대 스위치를 옮기거나 또는 키보드를 통해 파라미터를 입력할 수 있다. 하지만 이때, 특히 수백 개의 태양전지-스트링들이 존재하는 보다 큰 광전지 시설에서는 잘못된 입력을 할 수 있는 위험이 크게 존재한다.
상기 제어장치에 결함이 있게 정보가 제공되면, 이는 태양전지-스트링들의 비효율적 사용을 초래할 수 있다.
본 발명의 목적은 여러 개의 전기장치를 구비한 시스템의 개시 및 작동시 신뢰도를 높이기 위한 것이다.
상기 목적은, 상기 전술된 타입의 방법에서, 제 1 장치의 접속배치에서의 전압을 변경하여, 상기 변경된 전압을 제 1 전압으로 결정하고, 또한 제 2 장치의 적어도 접속배치에서 제 2 전압을 결정하며, 상기 전압들을 비교함으로써 상기 장치들의 접속배치들 사이에 전기연결이 존재하는지 아닌지의 여부를 결정함으로써 달성된다.
준자동화된 방법에서, 이 절차를 수단으로, 개별 전기장치들이 그 접속배치들과 병렬로 접속되어 있는지 아닌지의 여부를 결정하는 것이 가능하다. 즉, 상기 기술된 광전지 시설과 관련하여, 개별 태양전지-스트링들이 단지 개별적으로 하나의 DC-DC 컨버터와 연결되어 있는지, 또는 여러 개의 DC-DC 컨버터가 그 입력들과 서로 및 태양전지들과 연결되어 있는지의 여부를 결정할 수 있다. 이때, 양 접속배치들이 서로 연결되어 있으면 하나의 전기장치의 접속배치에서의 전압의 변경은 다른 전기장치의 접속배치에서의 전압의 상응하는 변경을 수반한다는 인식을 활용한다. 연결이 존재하지 않으면, 제 1 장치의 접속배치에서의 변경은 다른 장치의 접속배치에서의 전압의 상응하는 변경을 일으키지 않을 것이다. 이는 특히, 접속배치들이 직접 서로 연결되어 있으면, 즉 그 밖의 유닛 (라인 및 커넥터를 제외하고) 이 상기 접속배치들 사이에 배치되어 있지 않으면 유효하다.
바람직하게는, 제 1 장치에 부하가 가해짐으로써 상기 제 1 장치에서의 전압이 변경된다. 특히 재생 가능 에너지의 소스, 예컨대 태양전지에는 일종의 내부저항이 있다. 즉, 전압은 부하를 받을 시 무부하 전압으로부터 작동전압으로 내려간다. 2 개의 장치들의 접속배치들이 서로 연결되어 있으면 부하는 양 장치들에 영향을 끼치며, 따라서 양 장치들에서의 전압들은 내려갈 것이다. 이에 반해 접속배치들 사이에 이와 같은 연결이 존재하지 않으면, 전압들은 상응하여 바뀌지 않을 것이다.
바람직하게는, 상기 결정을 반복하며, 연속하는 결정들에서의 제 1 장치로서 다른 장치를 사용한다. 예컨대 각 개시시 결정을 반복할 수 있거나 또는 시설 또는 시스템이 상위에 놓인 네트워크 안으로 전력을 피드할 때면 항상 반복할 수 있다. 이를 보장하기 위해, 아마도 작동 휴지시 발생한 구성의 변경은 간과될 수 없다. 상기 변경은 의도하지 않았음에도 일어날 수 있다. 이때, 동일한 장치를 제 1 장치로 항상 사용하지 않고 소위 완전히 바꾸는 것이 유리할 수 있다.
유리하게는, 접속배치로는 각각 에너지 소스와 연결되어 있는 입력-접속배치 (input-connectionn arrangement) 를 사용한다. 이러한 방식으로, 전압변경을 야기하기 위해 에너지 소스의 내부저항을 사용한다.
이 경우, 에너지 소스로는 재생 가능 에너지를 사용하는 것이 선호된다. 이와 같은 소스는 재생 에너지 소스 또는 재생 에너지의 소스로도 명칭된다. 이와 같은 소스에서는 특별한 정도로 문제가 나타난다.
이에 대해 대안적으로, 접속배치로 출력-접속배치 (output-connection arrangement) 도 사용할 수 있다. 이 경우, 예컨대 전기장치의 내부저항은 출력전압을 변경시키기 위해 사용된다.
바람직한 실시형태에 따르면, 결정시에 제 1 장치가 다른 장치와 연결되어 있지 않은 것을 확인할 때면 다른 장치를 제 1 장치로서 사용하며, 그리고 상기 제 1 장치를 남아있는 장치들과 관련하여 테스트한다. 이로써, 상이한 접속 타입들도 탐지되는 것을 보장한다. 시스템 또는 시설에서, 다른 장치들이 절연되어 작동되는 동안, 전적으로 여러 개의 장치가 병렬로 접속되어 있을 수 있다. 이는 상기 제안된 절차를 수단으로 하여 신뢰도 있게 찾아질 수 있다.
이때, 결정들을 반복하고, 그리고 한 장치를 제외한 모든 장치들이 제 1 장치로서 사용되었을 때까지 다른 장치를 제 1 장치로서 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 그 어떤 병렬연결들이 존재하는지, 즉 접속배치들이 서로 연결되어 있는지 아닌지의 여부를 확인하기 위해 소위 모든 연결들을 철저히 테스트한다.
바람직한 실시형태에 따르면, 유사한 작동을 구비하고, 그 접속배치들이 서로 연결되어 있는 여러 개의 장치를 공동으로 제 1 장치로서 사용한다. 이 경우, 이 장치들이 서로 연결되어 있는 것이 이미 알려져 있다. 그러면, 한 그룹의 장치들을 '마스터' 로 사용할 수 있으며, 남아있는 장치들이 상기 그룹과 연결되어 있는지 아닌지의 여부를 검사할 수 있다.
또한, 교류전압에서는 특성값 (characteristic value) 을 찾아내는 것이 유리하다. 특성값이란, 교류전압과 동일한 주파수와 함께 변하지 않는 값, 예컨대 유효값, 평균치가 구해진 피크-피크-전압 또는 정류된 중간값이다. 이와 같은 값은 상대적으로 쉽게 찾아질 수 있다. 상기 값은 상기 언급된 결정들을 실행하기 위해 충분히 신빙성이 있는 크기이다.
본 발명은, 상기 전술된 타입의 시스템에서, 각 접속배치에는 센서가 배치되고, 상기 센서는 제어장치와 연결되며, 이때 상기 제어장치는 각 접속배치에서의 전압을 변경하기 위한 수단, 여러 가지 접속배치들에서의 전압들을 서로 비교하기 위한 비교기 (comparator) 및 저장장치를 구비하고, 상기 제어장치는 전기장치들의 접속배치들이 서로 연결되어 있는지 아닌지의 여부를 상기 비교기의 출력신호에 따라 상기 저장장치 안에 저장함으로써 해결된다.
즉, 상기 제어장치는 상기 기술된 방법을 실행하며, 어떤 전기장치들이 서로 연결되어 있고 어떤 전기장치들이 그렇지 않은지를 '저장한다'. 이때, 서로 연결된 전기장치들의 여러 그룹이 있는 일이 전적으로 생길 수 있다. 그러면, 상기 제어장치는 최적의 작동방식을 위해 유리한 것과 똑같이 각 그룹 안에서 개별 장치들을 제어하는 가능성을 갖는다.
바람직하게는, 전기장치들은 DC-DC 컨버터로서 형성된다. 그러면 상기 제어장치는, DC-DC 컨버터들이 서로 연결되어 있을 때면, 입력 전력이 충분하지 않은 경우 개별 DC-DC 컨버터들을 스위치 오프할 수 있다.
유리하게는, DC-DC 컨버터들의 출력-접속배치들은 병렬로 접속된다. 즉, DC-DC 컨버터들은 공동의 출력전압을 갖는다.
바람직하게는, 출력-접속배치들은 인버터와 연결된다. 즉, DC-DC 컨버터들은 중간회로를 피드하며, 상기 중간회로로부터 인버터는 전력을 인출한다.
대안적인 실시형태에 따르면, 전기장치들은 인버터로서 형성된다. 여기에서는 실제로 마찬가지가 적용된다.
이때, 인버터의 출력-접속배치들이 병렬로 접속되는 것이 유리하다. 그러면, 이와 같은 시스템에서, 어떤 인버터들이 그 출력들에서 병렬로 접속되어 있는지, 공동으로 작동될 수 있는지, 또한 어떤 것이 개별적인 작동에서 사용되어야만 하는지가 확인될 수 있다.
유리하게는, 접속배치들은 입력-접속배치들로서 형성될 수 있으며, 상기 입력-접속배치들은 각각, 재생 가능 에너지의 소스와 연결된다. 이 소스는 예컨대 태양전지-스트링, 풍력 시설, 수력 시설, 연료전지 또는 이와 유사한 것일 수 있다.
이하, 본 발명을 도면을 참조로 바람직한 실시예들을 통해 상세히 설명한다.
도 1 은 태양전지-스트링을 구비한 시설을 설명하기 위한 개략도,
도 2 는 여러 개의 태양전지-스트링을 구비한 시설,
도 3 은 태양전지-스트링들의 각각이 자신의 DC-DC 컨버터를 구비하는, 여러 개의 태양전지-스트링을 구비한 시설,
도 4 는 도 3 에 따른 시설의 가능한 상호 연결,
도 5 는 순서도,
도 6 은 도 4 에 따른 시설의 제 1 배선,
도 7 은 도 4 에 따른 시설의 제 2 배선,
도 8 은 도 4 에 따른 시설의 제 3 배선,
도 9 는 여러 개의 태양전지-스트링을 구비한 시설의 변경된 실시형태,
도 10 은 시설의 그 밖의 변경예의 섹션,
도 11 은 직류전압 컨버터에서 전압을 변경하기 위한 장치,
도 12 는 구성의 그 밖의 변경예의 섹션이다.
도 1 은 태양 에너지를 전기 에너지로 전환하기 위한 시스템 (1) 의 개략도를 나타낸다. 이하, '시스템' 이라는 개념과 '시설' 이라는 개념은 동의어로 사용된다.
시스템 (1) 은 개략적으로 도시되어 있는 태양전지 (solar cell; 3) 들을 갖는 스트링 (string; 2) 을 구비한다. 일반적으로, 각각, 여러 개의 태양전지 (3) 가 하나의 패널 (panel) 또는 전광판 상에 배치된다. 그러면, 이와 같은 여러 개의 패널은 직렬로 스트링 (2) 을 형성한다. 스트링 (2) 의 출력에서 태양전지 (3) 는 직류전압을 공급한다. 이 경우, 전압 강도는 예컨대 조사, 차광, 주변온도 또는 다른 영향에 따라 변화한다.
스트링 (2) 은 전력 컨버터 (power converter; 4) 와 연결되며, 상기 전력 컨버터는 전력 전환기라고도 명칭될 수 있다. 전력 컨버터 (4) 는 우선 DC-DC 컨버터 (5) 를 구비한다. DC-DC 컨버터 (5) 는 스트링 (2) 에 의해 공급되는 가변 직류전압을 일정한 직류전압으로 전환하며, 상기 일정한 직류전압을 중간회로 (intermediate circuit; 6) 에 출력한다. 중간회로 (6) 는 인버터 (inverter; 7) 와 연결되며, 상기 인버터는 중간회로 (6) 로부터의 직류전압을 싱글 페이스 또는 폴리페이스 교류전압으로 전환하고, 상기 교류전압을 네트워크 (8) 에 출력한다.
개별 스트링의 출력 전력이 충분하지 않으면, 도 2 에 도시된 바와 같이 여러 개의 스트링 (2) 을 사용할 수 있다. 상기 스트링 (2) 의 출력들은 서로 연결된다. 상기 연결된 출력들은 도 1 에서와 동일한 방식으로 조립될 수 있는 전력 컨버터 (4) 와 연결된다.
도 2 에서와 같은 배치는 개별 스트링들 (2) 이 그 출력에 있어 유사한 작동을 보이면 가능한데, 특히 동일한 전압을 방출하면 가능하다. 하지만, 스트링들 (2) 과 태양전지들 (3) 이 동일한 타입이고, 동일한 방식으로 배치되며, 동일한 조사를 경험하고, 동일한 방식으로 차광되며, 기타 등등의 경우에만 그에 근거를 둘 수 있다. 이는 대부분의 경우 그러하지 않다. 그러므로, 도 3 에 도시된 바와 같이 각 스트링 (2) 을 위해 자신의 DC-DC 컨버터 (5) 가 존재하도록 전력 컨버터 (4) 를 조립하는 것이 바람직하다. 그러면, 모든 DC-DC 컨버터들 (5) 은 중간회로 (6) 안으로 피드한다. 이와 같은 형태는 상기에서 언급한 바와 같이 예컨대 DE 101 36 147 A1 으로부터 알려져 있다.
도 3 에 따른 형태는 한편으로는 각 DC-DC 컨버터 (5) 가 상기 DC-DC 컨버터 에 할당된 스트링 (2) 에 의해 공급된 전력을 견뎌낼 것을 요구한다. 상기 공급된 전력이 상한을 초과하면, 이는 DC-DC 컨버터의 손상 또는 심지어 파괴를 초래할 수 있다. 다른 한편으로는, 대부분의 DC-DC 컨버터들 (5) 은 낮은 전력에서는 나쁜 효율을 갖는다. 상기 DC-DC 컨버터들은 상기 DC-DC 컨버터들이 약간의 출력 전력만을 방출하거나 또는 전혀 출력 전력을 방출하지 않을지라도 전력을 소모한다.
이러한 이유로 인해, 개별 스트링들 (2) 을 이미 DC-DC 컨버터들 (5) 전에 병렬로 접속하는 것, 즉 그 출력들을 서로 연결하는 것, 그리고 그 후 DC-DC 컨버터들 (5) 을 공동의 중간회로 (6) 안으로 피드하도록 하는 것이 매우 바람직하다.
이 경우, 제어장치 (9) 가 필요하다. 상기 제어장치 (9) 는 파선으로 도시된 라인 경로 (10) 로 나타낸 바와 같이 개별 DC-DC 컨버터들 (5) 을 요구에 따라 제어한다. 개별 스트링들 (2) 의 병렬접속은, 스트링들 (2) 로부터 방출된 전력들을 DC-DC 컨버터들 (5) 에 분배하고, 따라서 과부하가 초래되지 않을 수 있다. 다른 한편으로는, 상기 제어장치 (9) 는, 스트링들 (2) 로부터 공급된 전력이 너무 적으면 개별 DC-DC 컨버터들을 간단히 스위치 오프할 수도 있다. 이 경우, 각 DC-DC 컨버터 (5) 가 필요로 하는 손실 전력은 스위치 오프된 DC-DC 컨버터들 (5) 에서 절약된다.
시설의 조립시, 스트링들 (2) 의 출력들 사이의 개별 연결들이 규정대로 제조되지 않거나 또는 고의적으로 누락되는 일이 생길 수 있다. 작동시에도, 이와 같은 연결이 예컨대 폭풍, 물로 인한 피해 또는 다른 자연 사건으로 인해 중단 되는 일이 생길 수 있다. 사람에 의한 간섭도 있을 수 있다. 그러한 발생할 수 있는 3 개의 상이한 상황들이 도 6 내지 도 8 에 도시되어 있다. 이는 하기에서 더욱 상세히 설명된다. 도 6 에서 예컨대 스트링들 (2) 은 서로 전혀 연결되어 있지 않다. 도 7 에서는 모든 스트링들이 서로 연결되어 있다. 도 8 에서는 2 개의 스트링 (2) 만이 서로 연결되어 있다.
어떤 구성에서 스트링들 (2) 이 전력 컨버터 (4) 와 연결되어 있는 가를 제어장치 (9) 가 확인할 수 있도록 각 DC-DC 컨버터 (5) 의 입력-접속배치 (11) 에는 센서 (12) 가 배치되며, 상기 센서는 일점쇄선으로 도시되어 있는 라인 경로 (13) 를 통해 제어장치 (9) 와 연결된다. 라인 경로들 (10, 13) 은 상이한 형태를 가질 수 있다. 전기 라인이나 또는 광학 라인일 수 있다. 제어장치 (9), DC-DC 컨버터 (5) 및 센서 (12) 사이의 상응하는 경로들을 라인 없이 형성하며, 그 후, 전자기 파동, 빛, 음향 또는 이와 유사한 것을 통해 상응하는 신호전달을 야기할 수 있다.
DC-DC 컨버터 (5) 의 입력-접속배치 (11) 에서의 센서 (12) 는 여기에서는 분리된 요소로서 형성된다. 제어장치 (9) 가 상응하는 정보를 예컨대 입력-접속배치 (11) 에서의 전압측정을 통해 DC-DC 컨버터 (5) 안에서도 직접 경험할 수 있는 것은 당연하다.
이제 어떤 구성에서 스트링들 (2) 이 전력 컨버터 (4) 와 연결되어 있는 가를 제어장치 (9) 가 확인할 수 있도록, 상기 제어장치는 적어도 개시 후, 바람직하게는 자주, 예컨대 전력이 없는 각 주기 후 또는 규칙적인 간격으로 알고리즘 (algorithm) 을 수행하는데, 상기 알고리즘 다음과 같이 간략히 기술될 수 있다:
제어장치 (9) 는 하나의 제 1 DC-DC 컨버터 (5) 를 선택하고, 그곳에서 전압을 내린다. 이는 바람직하게는, 상기 DC-DC 컨버터가 전기 에너지를 중간회로 (6) 안으로 공급하도록 상기 제어장치가 상기 DC-DC 컨버터를 제어함으로써 행해진다. 이를 위한 다른 수단은 개략적으로 도 11 에 도시되어 있다. 제어장치 (9) 는 스위치 (15) 를 닫는 전자석 (14) 을 작동시킨다. 상기 스위치의 닫힘과 함께 입력-접속배치에 대해 평행하여 저항 (16) 이 놓이고, 따라서 상기 저항 (16) 을 통해 전류가 흐른다. 스트링 (2) 이 내부저항을 구비하기 때문에, 이는 입력-접속배치 (11) 에서 전압의 하강을 야기한다. 이와 반대로 다른 DC-DC 컨버터들 (5) 의 입력-접속배치들 (11) 에서는 전력이 인출되지 않는다. 다른 DC-DC 컨버터들 (5) 의 입력-접속배치들 (11) 에서의 전압이 측정된다. 특정한 입력에서 측정된 전압이 상기 제 1 DC-DC 컨버터의 입력에서의 전압과 동일한 방식으로 변하면, 스트링들 (2) 의 출력들이 의심이 되는 DC-DC 컨버터들 (5) 의 입력-접속배치들 (11) 과 연결되어 있음을 (다른 말로 하자면: 병렬접속되어 있음을) 추론할 수 있다. 이는, 전압들이 상응하여 변하지 않으면 그러하지 않다. 제어장치 (9) 는 이를 확인하며, 그 후 저장장치 (17, 개략적으로만 도시되어 있음) 안에, 장래를 위해, 즉 다음번 검사까지 스트링 (2) 들이 병렬접속되어 있는가 또는 그렇지 않은가를 기재한다.
즉, 제어장치 (9) 는 하나의 DC-DC 컨버터 (5) 를 '마스터' 로 선택한다. 남아있는 DC-DC 컨버터들 (5) 은 '슬래이브 (slave)' 로 취급된다. 상기 마 스터는, 상기 마스터의 입력에서 전력이 인출됨으로써 작동하기 시작한다. 상기 슬래이브들은 이와 같은 전력 인출이 시작되지 않는 상태로 옮겨진다. 상기 마스터에서는 무부하 전압, 즉 상기 마스터와 연결된 스트링 (2) 의 무부하 전압으로부터의 전압이 내려갈 것인데, 왜냐하면 상기 스트링 (2) 은 내부저항을 갖고 있기 때문이다. 입력-접속배치 (11) 에서 인출된 전력은, 마스터에서의 입력전압이 무부하 전압의 사전 결정된 값으로 하강하여 이를때까지 상승된다. 사전 결정된 시간 후, 마스터와 각 슬래이브간의 전압차이는 계산되거나 또는 다른 방식으로 결정된다. 스트링 (2) 의 예컨대 80 V 의 출력전압에서 차이들이 15 V 보다 크면, DC-DC 컨버터들 (5) 에 대해 스트링 (2) 의 병렬연결이 있지 않다는 것을 가정할 수 있다. 차이가 10 V 보다 작으면, 마스터와 슬래이브의 입력들 사이에 병렬연결이 있다는 것을 가정할 수 있다.
상응하는 알고리듬이 도 5 에 개략적으로 도시되어 있다. 단계 (21) 에서는, 2 개 이상의 DC-DC 컨버터 (5) 가 준비가 되었음을 알렸는지의 여부를 기다린다. 이는 예컨대, 그 입력-접속배치 (11) 에 충분한 직류전압이 접해 있을 때 그러하다. 결정부 (22) 에서는, 2 개의 DC-DC 컨버터 (5) 가 준비가 되었음을 알렸는지의 여부가 검사된다. 그렇지 않을 경우, 계속 기다린다. 2 개의 준비된 DC-DC 컨버터 (5) 를 가지면, 상기 DC-DC 컨버터들은 단계 (23) 에서 교정된다. 이를 위해, 모든 DC-DC 컨버터들 (5) 은 스위치 오프된다. 제어장치 (9) 는 개별 DC-DC 컨버터들 (5) 사이에서 측정된 전압차이들을 기재한다. 이로써, 예컨대, 각 개별 DC-DC 컨버터 (5) 의 측정된 전압들 안에 있을 수 있는 오프셋 (offsets) 을 보상할 수 있다. 교정 단계가 성공적으로 행해졌으면 (단계 (24)), 단계 (25) 에서는 모든 모듈들, 즉 모든 DC-DC 컨버터들 (5) 이 테스트 되었는지의 여부가 조사된다. 하나의 DC-DC 컨버터 (5) 만이 아직 테스트 되지 않았으면, 이 DC-DC 컨버터 (5) 는 저장장치 (17) 안에 '개별 모드 (individual mode)' 로 기재되며, 제어장치 (9) 는 이 DC-DC 컨버터 (5) 가 다른 DC-DC 컨버터들 (5) 과 입력과 관련하여 병렬로 접속되지 않았음을 확인한다. 결정부 (26) 가 긍정되면, 단계 (27) 에서는 아마 나타날 수 있었던 모든 오류가 출력된다. 그 후, 방법은 종료된다 (단계 (28)).
아직 테스트 되지 않은 DC-DC 컨버터들 (5) 이 있으면, 다음번 DC-DC 컨버터 (5) 가 단계 (29) 에서 테스트 된다. 이 테스트가 중단되면 (결정부 (30)), 단계 (25) 로 되돌아 간다. 결정부 (31) 에서는, 테스트가 끝까지 수행되었는지의 여부가 검사된다. 그렇다면, 단계 (32) 에서는 각 DC-DC 컨버터 (5) 를 위해 작동 모드, 즉 개별적인 작동 또는 다른 DC-DC 컨버터들 (5) 과의 병렬접속에서의 작동이 확정된다.
이는 하기에서 도 6 내지 도 8 을 참조로 보다 상세히 설명된다. 여기에서 센서 (12) 및 소속된 라인 경로 (13) 는 명료함을 이유로 더 이상 표시되어 있지 않다.
도 6 에서 스트링들 (2) 은 각각 그 DC-DC 컨버터 (5) 와만 연결된다. 상기 DC-DC 컨버터들은 보다 쉽게 구별되도록 DC1, DC2 및 DC 3 로 표시된다.
전력 컨버터 (4) 가 네트워크 (8) 와 연결되면 캘리브레이트가 수행되는 반 면, 상기 모든 DC-DC 컨버터들 (5) 은 스위치 오프된다.
그 후, 에너지를 공급하기 위해 DC1 이 스위치 온되는 반면, DC2 및 DC3 는 스위치 오프되어 있다. 사전 결정된 시간, 예컨대 45초 후, 제어장치 (9) 는 DC1 이 DC2 또는 DC3 와 병렬로 접속되어 있지 않은 것을 안다. 그러므로, DC1 은 계속해서 에너지를 생산해도 된다. 저장장치 (9) 는 DC1 이 개별적으로 배치된 것을 저장한다.
그 후, DC2 가 스위치 온되고 에너지를 공급한다. DC3 는 스위치 오프되어 있다. 사전 결정된 시간 후, 제어장치 (9) 는 DC3 의 입력에서 전압변경이 발생하지 않았기 때문에 DC2 와 DC3 가 병렬로 접속되어 있지 않은 것을 안다. DC2 는 개별적인 작동방식에서 계속해서 에너지를 생산 (즉, 공급) 해도 된다.
DC3 는 테스트 되지 않은 마지막 DC-DC 컨버터 (5) 이기 때문에, 그 어떤 다른 DC-DC 컨버터 (5) 와도 병렬로 접속되어 있을 수 없다. 이러한 이유로 인해, 제어장치 (9) 는 DC3 가 마찬가지로 개별적인 작동방식에서 작동되며, 그리고 DC3 가 계속해서 에너지를 생산할 수 있는 것을 저장한다. 여기에서 '에너지를 생산한다' 는 것은, DC-DC 컨버터들 (5) 이 전류를 태양전지 (3) 의 스트링 (2) 으로부터 중간회로 (3) 안으로 피드하는 것을 의미한다.
도 7 은 3 개의 스트링 (2) 이 병렬로 접속되어 있는 예를 보이고 있다. 이 경우 방법은 다음과 같이 진행된다:
전력 컨버터 (4) 는 네트워크 (8) 와 연결된다. 교정은 모든 DC-DC 컨버터들 (5) 이 스위치 오프되어 있는 동안 수행된다. DC-DC 컨버터 (DC1) 가 스 위치 온되고, 즉 그 입력에서 부하를 받는다. 양 DC-DC 컨버터들 (DC2 및 DC3) 은 스위치 오프되어 있다. 사전 결정된 시간 후, 제어장치 (9) 는 DC1 이 DC2 및 DC3 와 병렬인 것을 안다. 즉, 모든 3 개의 DC-DC 컨버터 (5) 는 병렬접속된 것으로 기재된다. 테스트되지 않은 DC-DC 컨버터 (5) 가 남아있지 않기 때문에, 테스트는 종료된다.
도 8 에는 2 개의 스트링 (2) 만이 서로 병렬로 접속되어 있다. 제 3 스트링은 DC-DC 컨버터 (DC3) 하고만 연결된다. 없는 연결은 조립시 잊어버렸던 것일 수 있다. 상기 연결은 폭풍 또는 이와 유사한 것으로 인해 손상되었던 것일 수도 있다. 이 경우, 테스트는 다음과 같이 진행된다:
전력 컨버터 (4) 는 네트워크 (8) 와 연결된다. 모든 DC-DC 컨버터들 (5) 이 스위치 오프된 동안 교정이 수행된다.
DC1 은 스위치 온되는 반면, DC2 및 DC3 는 스위치 오프된다. 사전 결정된 시간 후, 시스템은 DC1 이 DC2 와 병렬로 접속되어 있는 것을 안다. DC1 와 DC2 는 병렬로 접속된 것으로 저장된다.
DC3 가 테스트 되지 않은 마지막 DC-DC 컨버터 (5) 이기 때문에, 상기 DC3 는 그 어떤 다른 DC-DC 컨버터 (5) 와 병렬로 접속되어 있을 수 없다. 그러면, DC3 는 개별적인 DC-DC 컨버터로서 작동된다. 테스트되지 않은 DC-DC 컨버터들 (5) 이 남아있지 않기 때문에, 테스트는 종료된다.
마스터의 입력에서 하강하는 전압은 전력 소스, 본 경우에는 스트링 (2) 의 특성들에 좌우된다. 이 이외에, 전압 측정기술의 민감도, 전압측정의 정확도 및 이와 유사한 요소들도 역할을 할 수 있다. 태양전지로 만들어진 스트링 (2) 으로 작동되는 예컨대 3 kW-컨버터를 사용하면, 예컨대 무부하 전압의 80 % 의 전압이 적합하다.
안정된 상태를 만들어내기 위해, 즉 전압들이 동일하게 또는 상이하게 발생했는지의 여부를 검사하기 위해 경과토록 두는 사전 결정된 시간은 시스템의 과도 (transient) 특성들에 좌우된다. 3 kW-컨버터의 상기 언급된 예에서는, 예컨대 45초의 주기를 전압의 안정화를 위해 충분한 것으로 간주할 수 있다.
위에서 이미 실시된 바와 같이, 제어장치 (9) 는 라인 경로를 통해 DC-DC 컨버터들 (5) 과 연결되어 있다. 상기 라인 경로는 버스 시스템 (bus system) 으로서 또는 무선으로, 아날로그식으로 또는 디지털식으로 실시될 수 있다. 센서들 (12) 의 신호들도 상응하여 전달될 수 있다.
제어장치 (9) 는 DC-DC 컨버터들 (5) 로부터 물리적으로 분리될 필요는 없다. 상기 제어장치는 예컨대 컨버터들 중 하나와 함께 조립될 수 있으며, 또한 그곳으로부터 나머지 DC-DC 컨버터들 (5) 을 상기 기술된 라인 경로의 도움으로 제어할 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 제어장치 (9) 는 매번 다른 DC-DC 컨버터 (5) 와 함께, 즉 첫 번째 테스트에서는 DC1 과 함께, 두 번째 테스트에서는 DC2 와 함께, 세 번째 테스트에서는 DC3 와 함께, 네 번째 테스트에서는 다시금 DC1 과 함께 시작할 수 있다. 이로써, 오류를 찾아낼 수 있다.
상기 절차는 2 개의 또는 이 이상의 DC-DC 컨버터가 DC 셀 (3) 의 연결된 스 트링 (2) 과 함께 마스터 유닛으로서 작동할 때도 기능을 다한다. 이 경우, 제어장치는 특정 타입에서의 부하가 DC-DC 컨버터들 (5) 에 분배되는 것을 보장한다. 이 경우에는, 이 마스터 유닛에 속하지 않는 DC-DC 컨버터 (5) 의 입력이 상기 마스터 유닛에 속하는 그 어떤 DC-DC 컨버터 (5) 의 입력에 대해 병렬로 접속되어 있는지의 여부가 결정될 것이다.
여러 개의 제어장치 (9) 도 사용 가능하며, 예컨대 각 DC-DC 컨버터 (5) 에서 하나씩을 사용할 수도 있다. 그러면, 상이한 이 제어장치들 (9) 은 어떤 DC-DC 컨버터 (5) 가 마스터로서 작동해야 하며 어떤 DC-DC 컨버터가 슬래이브로서 작동해야하는 지를 결정하기 위해 협력할 수 있다.
상기 절차는 전력 컨버터 (4) 가, 스트링 (2) 으로부터의 전력을 직접, 즉 바깥으로 안내된 직류전압 중간회로 (6) 없이 네트워크 (8) 안으로 피드하는 유닛 (unit, 18) 들을 사용할 때 사용될 수도 있다.
상기 절차는 예컨대 도 10 에 도시된 바와 같이 여러 개의 인버터 (7) 를 구비하는 시스템에서 사용될 수도 있다. 여기에는, 파선으로 도시된 선 (19) 으로, 인버터 (7) 의 입력과 관련한 병렬접속에 대한 가능한 연결들이 도시되어 있다. 상기 기술된 입력들은 이 경우 중간회로 (6) 로부터의 인버터들의 입력들이다. 제어장치 (9) 는 이 경우 인버터들 (7) 을 제어하며, 즉 필요한 경우 상기 제어장치는 필요한 전력 상태들을 만들기 위해 상기 인버터들을 스위치 온하거나 또는 스위치 오프한다.
상기 기술된 절차는 인버터들 (7) 이 병렬로 접속되어 있을 때에도 사용될 수 있다. 파선으로 도시된 선 (20) 으로, 가능한 연결들이 도시되어 있다. 이 경우에는 한 출력에서 전력을 생산하고, 그리고 다른 출력들에서 발생하는 전압이 탐지될 수 있는지의 여부를 측정한다. 이와 같은 절차의 장점은, 입력 전력이 너무 작으면 전력을 절약하기 위해 하나 또는 여러 개의 출력단계, 즉 하나 또는 여러 개의 인버터 (7) 를 스위치 오프할 수 있다는 데에 있다.
유닛들이 병렬로 접속되어 있는지 아닌지를 확인하기 위해 전압이 하강했던 것이 상기에서 기술되었다. 당연히 전압을 올릴 수도 있다.
상기 절차는 직류전압에서뿐만 아니라 교류전압에서도 기능을 다한다. 교류전압에서는, 유효값 또는 교류전압의 주파수와 함께 더욱 천천히 변하는 다른 값을 찾아내는 것으로 충분하며, 예컨대 피크 전압의 평균치가 경우에 따라 구해지고, 정류된 전압 또는 이와 같은 것의 중간값이 찾아진다.

Claims (16)

  1. 전기장치들의 각각이 유사한 접속배치를 구비하며, 상기 접속배치는 에너지 소스와 연결되어 있는 2 개 이상의 전기장치들의 접속 타입을 결정하기 위한 방법으로서,
    제 1 장치에 부하를 가함으로써 상기 제 1 장치의 접속배치에서의 전압을 변경하고,
    상기 전압의 변경을 제 1 전압변경으로 결정하고, 또한 제 2 장치의 적어도 접속배치에서 제 2 전압변경을 결정하며,
    상기 전압변경들을 비교함으로써 상기 장치들의 상기 접속배치들 사이에 전기연결이 존재하는지 아닌지의 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 접속 타입 결정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 결정을 반복하며, 연속하는 결정들에서의 제 1 장치로서 다른 장치를 사용하는 것을 특징으로 하는 접속 타입 결정 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 접속배치로는 입력-접속배치를 사용하는 것을 특징으로 하는 접속 타입 결정 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 소스로는 재생 가능 에너지의 소스를 사용하는 것을 특징으로 하는 접속 타입 결정 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 접속배치로는 출력-접속배치를 사용하는 것을 특징으로 하는 접속 타입 결정 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결정시에, 상기 제 1 장치가 다른 장치와 연결되어 있지 않은 것을 확인할 때면, 다른 장치를 제 1 장치로서 사용하고, 상기 제 1 장치를 남아있는 장치들과 관련하여 테스트하는 것을 특징으로 하는 접속 타입 결정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 결정들을 반복하며, 하나의 장치를 제외한 모든 장치가 상기 제 1 장치로서 사용되었을 때까지 다른 장치를 상기 제 1 장치로서 사용하는 것을 특징으로 하는 접속 타입 결정 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    유사한 작동을 구비하며, 상기 접속배치들이 서로 연결되어 있는 여러 개의 장치를 공동으로 상기 제 1 장치로서 사용하는 것을 특징으로 하는 접속 타입 결정 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    교류전압에서는 특성값을 찾아내는 것을 특징으로 하는 접속 타입 결정 방법.
  10. 전기장치들의 각각이 유사한 접속배치 (11) 를 구비하는 여러 개의 전기장치 (5) 및 제어장치 (9) 를 구비한 시스템에 있어서,
    각 접속배치 (11) 에는 센서 (12) 가 배치되고, 상기 센서는 상기 제어장치 (9) 와 연결되며,
    상기 제어장치 (9) 는,
    각 접속배치 (11) 에서의 전압을 변경하기 위한 수단,
    여러 가지 접속배치들 (11) 에서의 전압들을 서로 비교하기 위한 비교기 및 저장장치 (17) 를 구비하며,
    상기 제어장치는 전기장치들 (5) 의 접속배치들 (11) 이 서로 연결되어 있는지 아닌지의 여부를 상기 비교기의 출력신호에 따라 상기 저장장치에 저장하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전기장치들 (5) 은 DC-DC 컨버터로서 형성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 DC-DC 컨버터들 (5) 의 출력-접속배치들이 병렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 출력-접속배치들이 인버터 (7) 와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 전기장치들 (5) 이 인버터로서 형성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 인버터들의 출력-접속배치들이 병렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  16. 제 10 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접속배치들 (11) 이 입력-접속배치들로서 형성되고, 상기 입력-접속배치들은, 각각, 재생 가능 에너지의 소스 (2) 와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
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