KR20090125288A - 교류 네트워크 내부로 전력을 공급하기 위한 인버터 - Google Patents

교류 네트워크 내부로 전력을 공급하기 위한 인버터 Download PDF

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스테판 뵈르거
피터 드레우스
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에스엠에이 솔라 테크놀로지 아게
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Abstract

본 발명은 전기 에너지를 발생시키는 제너레이터에 입력 측이 연결될 수 있는, 교류 네트워크 내부로 전력을 공급하기 위한 인버터(14)에 관한 것으로서,
데이터 네트워크에 대한 데이터 링크(25)가 존재하며, 이 경우 상기 데이터 네트워크에는 교류 네트워크 내부로 전류를 공급하기 위한 추가 전류 발생기를 구비하는 다수의 추가 인버터(11-13; 41-71; 81)가 연결되어 있으며,
이 경우 상기 데이터 네트워크는 상기 하나의 인버터(11-14; 41-71; 81)와 함께 하나의 통신 유닛을 형성하며,
상기 개별 인버터(11-14; 41-71; 81)가 제어 유닛에 의해서 데이터 링크(25)를 통해 제어됨으로써, 결과적으로 전력 공급 파라미터와 관련하여 통일된 표준 발전소 유닛(30)이 존재하게 되며, 상기 표준 발전소 유닛은 외부 유닛으로서의 기능을 하는 전기 시스템 내에서, 통합된 조절- 및 제어 구조에 연결되어 있다.

Description

교류 네트워크 내부로 전력을 공급하기 위한 인버터{INVERTER FOR POWER SUPPLY SYSTEM FEEDING INTO AN AC POWER SUPPLY SYSTEM}
본 발명은 교류 네트워크 내부로 전력을 공급하기 위한 인버터에 관한 것으로서, 상기 인버터의 입력 측은 전기 에너지를 발생하는 제너레이터에 연결될 수 있다.
전력 공급 복합 시스템 내부에서는 주된 파워를 발생시키는 발전소가 상위 에너지 제어 시스템에 연결되어 있다. 다른 무엇보다도 원자력 발전소, 석탄 화력 발전소, 가스 터빈 발전소, 수력 발전소, 다시 말해 소위 대형 발전소들이 연결되어 있다.
광발전 설비 또는 예컨대 소형의 블록 가열 발전소들은 전술된 발전소들에 비해 훨씬 더 적은 파워를 공급하기 때문에, 결과적으로 상기 설비들은 개수가 다수라는 이유 때문에도 제어 시스템에 직접 연결되어 있지 않다. 한 편으로는 기술적인 비용이 실행 불가능할 정도로 높고, 다른 한 편으로는 제어 시스템에 연결하기 위한 연결 비용도 높다. 이와 관련해서는 다음과 같은 공개문들이 존재한다:
1. Mauch, K.: 2004년 12월 1일~3일, 브뤼쎌, First International Conference on the Integrated of RE and DER(RE와 DER의 통합에 관한 1차 국제 회 의). Power Electronic Interfaces for DER(DER을 위한 파워 전자 인터페이스);
2. Jahn, J.; Reekers, J.; Meinhardt, M.: 2006년, Dezentrale Energieerzeugung(분산 방식의 에너지 발생): Weiterentwicklung von der reinen Einspeisung zum intelligenten System NEuK(인텔리전트 시스템 NEuK에 전력을 공급하기 위한 지속적인 개발);
3. Meinhardt, M.: 2006년 4월 24일, 하노버, Zukuenftige netztechnische Einbindung von Photovoltaik-Anlagen(광발전 설비의 미래적인 네트워크 기술적 연결).
광발전 설비들은 kW-범위의 파워, 다시 말하자면 대형 발전소의 파워보다 훨씬 더 낮은 범위의 파워를 공급한다. 이와 같은 설비들의 개수 증가로 인하여, 전기 에너지의 공급은 에너지 제어 시스템을 위한 제어의 문제점을 점점 더 많이 야기하게 된다. 에너지 양에 대한 예측들은 정확하게 예상될 수 없는데, 그 이유는 에너지 발생이 예를 들어 태양 광선 또는 일반적인 날씨 영향들에 의존하기 때문이다. 대형 발전소, 특히 기저 부하용 발전소(base load power station)는 심하게 변동되는 여러 상황들에 거의 반응할 수 없다. 예를 들어 기저 부하용 발전소가 스위치-오프 되면, 새로운 가속 과정을 개시하기 위해서는 비교적 긴 시간이 소요된다. 문제점은, 광발전 설비들의 에너지 공급이 심하게 변동된다는 것이다. 따라서, 피크 타임 밖에서는 네트워크를 위한 광발전 전류에 대한 필요성이 전혀 존재하지 않는 상황이 발생할 수 있다. 광발전 설비에서는 전기 저장기, 특히 축전지가 자주 버퍼로서 사용되지만, 이와 같은 처리 방식은 상대적으로 비용이 많이 소요되고 버퍼 용량도 제한한다. 다른 측면에서는 사용되지 않은 태양 에너지도 바람직하지 않은데, 그 이유는 이와 같은 사용되지 않은 태양 에너지가 설비의 경제성을 확연하게 떨어뜨리기 때문이다.
추가의 문제점은, 광발전 설비들 및 재생 전류를 발생시키기 위한 다른 설비들이 소형 풍력 발전소들과 마찬가지로 상호 멀리 떨어져서 배치된다는 것이다.
본 발명의 과제는, 한 편으로는 신뢰할 만한 에너지 공급을 보증하기 위하여 다수의 소형 전류 발생기를 경제적인 방식으로 제어 시스템 내부에 결합시킬 수 있으며, 다른 한 편으로는 네트워크 내부로 공급될 발전소 파워의 최적화를 가능케 하는 해결책을 발견하는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따라, 전기 에너지를 발생시키는 제너레이터에 입력 측이 연결될 수 있는, 교류 네트워크 내부로 전력을 공급하기 위한 인버터가 데이터 네트워크에 대한 데이터 연결부를 포함하며, 상기 데이터 네트워크가 교류 네트워크 내부로 전력을 공급하기 위한 추가의 전류 발생기를 구비한 다수의 추가 인버터를 포함하며, 상기 데이터 네트워크가 하나의 인버터와 함께 하나의 통신 유닛을 형성하며, 매스터(master)로서 작동하는 상기 하나의 개별 인버터가 슬레이브(slave)로서 작동하는 다수의 추가 인버터와 함께 상기 통신 유닛을 위한 제어 유닛을 형성하며, 상기 제어 유닛에 의해 통신 유닛이 제어됨으로써 전력 공급 파라미터와 관련된 통일된 표준 발전소 유닛이 존재하게 되고, 조절- 및 제어 구조가 통합된 외부 유닛으로서 작동하는 전력 공급 복합 시스템에 상기 표준 발전소 유닛이 연결됨으로써 해결된다.
본 발명은 데이터 통신에 의하여 인버터들을 상호 교차 결합시킴으로써, 비교적 작은 파워를 전달하는 분산형 전류 발생 설비들을 하나의 통일된 표준 발전소로 통합시키려는 구상을 기초로 하고 있다. 이와 같은 구상에서는 통신 유닛 안에 있는 하나의 인버터, 즉 상위 인버터가 매스터로서 작동하고, 다른 인버터, 즉 상기 상위 인버터에 종속된 하위 인버터가 슬레이브로서 작동한다. 매스터로서 작동하는 인버터가 고장 난 경우에는, 인버터들로 이루어진 데이터 네트워크 안에 있는 다음 인버터, 즉 바람직하게 계층적으로 그 아래에 배치된 인버터가 매스터의 역할을 담당하게 된다.
상기와 같은 매스터-슬레이브 해결책은 신뢰할 만하며, 실제로 수많은 적용 분야에서 실험되었다. 본 발명에 따른 인버터의 네트워크 통신의 독특성은, 매스터 또는 슬레이브로서 작동하는 개별 네트워크 가입자들의 역할뿐만 아니라 통신 복합 시스템 내부에 통합시키는 과정도 수동적인 개입 없이 필요에 따라 자동으로 실행된다는 것이다.
앞에서 인용된 종래 기술과 반대로 개별 에너지 발생 설비들은 하나의 "발전소 구성 요소"로 통합되고, 제어 동작은 내부에서, 즉 통신 유닛 내에서 이루어지며, 이 경우에는 매스터로서 작동하는 인버터에 의하여 다른 인버터가 트리거링 된다. 단지 상기 하나의 매스터-인버터만 외부로부터 트리거링 되지만, 종래 기술에 따른 내용과 마찬가지로 각각의 모든 인터버가 트리거링 되지는 않는다.
인버터들의 교차 결합은 비교적 적은 비용으로 가능하다. 추가의 모듈들이 필요치 않은데, 그 이유는 데이터 통신을 위한 인터페이스들이 하나의 인버터 하우징 안에 배치될 수 있기 때문이다. 이와 같은 사실은 또한 인버터 안에 존재하는 반도체까지의 제어 경로가 짧다는 장점을 제공하며, 이와 같은 장점은 인버터의 신속한 조절을 가능하게 한다.
인버터들의 내부 데이터 통신에 의하여 최상의 파라미터 적응이 이루어짐으로써, 상위 제어 시스템의 명령들이 최적으로 수행될 수 있다. 따라서, 서로 교차 결합된 상이한 에너지 발생 설비들도 내부 데이터 통신에 의하여 전원 시스템의 여러 가지 요구 사항에 적응될 수 있음으로써, 결과적으로는 예를 들어 태양 전기(solar electricity)가 최상으로 활용된다.
또한, 상대적으로 가격이 비싼 전기 저장기의 용량을 확연하게 줄이는 것도 가능하다. 따라서, 본 발명에 의해서는, 태양 전기에 상대적으로 더 높은 우선 순위가 할당됨으로써 태양 전기가 항상 최대로 네트워크에 공급될 수 있으며, 그 결과 예를 들어 전력 공급 복합 시스템에서 피크 부하 발전소로 사용되는 물 저장기 발전소는 시간상으로 볼 때 더 뒤떨어진 에너지 저장기를 제공할 수 있게 된다.
본 발명에 의해서는 최상의 에너지 활용이 가능할 뿐만 아니라, 반도체 인버터의 트리거링에 의한 전원 시스템의 효율적인 안정화도 달성될 수 있다.
좀 더 상세하게 말하자면, 본 발명은 하나의 발전소로 통합되는 모든 전력 공급 장치가 하나의 통일된 표준 통신 유닛을 형성한다는 사실을 기초로 한다. 다시 말해, 인버터가 통신 유닛을 형성한다는 것이다.
통신 수단들과 상호 교차 결합된 전력 공급 장치에 의해서는, 전력 공급 장치들을 하나의 발전소 유닛으로 통합시킬 수 있기 위해서 필요한 "국소적 지능(local intelligence)"을 영구적인 데이터 상호 교환에 의해서 야기하는 것이 가능해진다.
추후에 복잡한 제어 과제들 및 조절 과제들까지도 담당할 수 있는 추가의 조절 기관을 데이터- 또는 전력 공급 네트워크의 인터페이스상에 삽입하는 것도 가능하다. 이와 같은 가능성은 특히 다수의 상이한 전류 발생기를 구비한 구조에서 바람직하다.
본 발명의 중요한 한 가지 장점은, 다수의 전류 발생기로 이루어진 발전소의 제어 과정이 상위 제어 시스템의 외부 개입 없이도 이루어질 수 있다는 것이다. 본 발명을 유리하게 활용하는 경우에는, 바람직하게 본 발명에 의해 만들어진 발전소의 매스터를 모든 발전소 가입자들과의 통신 교차 결합을 토대로 하여 변환시킬 수 있는 상위 목적들을 정의할 수 있게 된다. 상기 상위 목적들은 제어 유닛의 하나 또는 다수의 제어 과제일 수 있다.
제어 유닛은 예를 들어 위상 대칭 방식의 전력 공급을 위하여, 전체 설비와 관련하여 최적의 작업 영역에서 동작하기 위하여, 초과량 분의 에너지를 전기 저장기 안에, 특히 축전지 안에 저장하기 위하여, 특히 주파수 정역학(frequence static)을 참조하여 공급되는 파워를 줄이기 위하여, 비효율적인 전류 발생기를 분리하기 위하여 그리고 파워 저장기를 구비한 전류 발생기에 의한 보상을 위하여 간단한 방식으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 통신 유닛은 발전소와 같은 전기 에너지 발생 설비 또는 다른 전류 공급 장치의 오퍼레이터로 하여금 자체 에너지 발생 설비에 공급되는 파워를 복합 네트워크 내부에서 발생하는 한 가지 상황에 상응하는 요구 사항들에 적응시킬 수 있도록 해준다. 이와 같은 가능성은 특히 발전소가 자립적으로 에너지 공급하기에 적합한 다수의 개별 에너지 발생기 또는 에너지 저장기로 이루어지는 경우에 바람직하다. 본 발명에서 바람직한 사실은, 전류 공급 장치들이 통일적인 외형을 보여준다는 것이다. 이와 같은 특징은, 하나의 발전소 복합 시스템 안에 있는 가입자들이 데이터 네트워크 내에서 본 발명에 따른 인버터에 의하여 자동으로 상호 연결됨으로써 달성된다.
본 명세서에 기술되어 있는 상기와 같은 발전소는 다음과 같은 유형의 다수의 전력 공급 장치로 이루어질 수 있다: 특히 네트워크에 전력을 공급하기 위한 적어도 하나의 광발전-설비, 적어도 하나의 연료 전지-전류 발생기, 네트워크 전력 공급 장치 또는 인버터를 구비한 배터리 시스템, 적어도 하나의 바이오매스-발전소, 적어도 하나의 블록 가열 발전소, 연료 모터를 기초로 하고 이동 및 고정이 가능한 적어도 하나의 전류 발생 장치, 그리고 네트워크에 전력을 공급하기 위한 적어도 하나의 풍력 제너레이터 또는 풍력 컨버터, 네트워크에 전력을 공급하기 위한 적어도 하나의 수력 제너레이터 및/또는 네트워크에 전력을 공급하기 위한 적어도 하나의 가스 터빈 제너레이터. 더 구체적으로 말해서 본 발명의 한 가지 장점은, 다수의 개별 전력 공급 장치로 이루어진 상기와 같은 발전소가 전술된 모든 에너지 발생기들의 혼합으로부터 완전히 혼성으로(heterogeneously) 구성될 수 있다는 것이다. 상이한 에너지 발생 설비들로 이루어진 상기와 같은 혼합 형태도 적합한 게이트웨이(프로토콜 변환을 위한 국소적 지능/마이크로 프로세서를 갖춘 인터페이스)에 의하여 통신 유닛의 네트워크 안에 결합될 수 있다. 상기 게이트웨이는 바람직하게 각각 상이하고 특이한 방식의 통신 또는 상이한 에너지 발생기를 이용한 제어를 주도한다.
외적인 요구 사항들에 대한 상기와 같은 적응을 효과적으로 실행할 수 있기 위해서는, 발전소가 특정 사건들에 대한 준비를 하고 있으며, 짧은 반응 시간 안에 상기 특정 사건들을 인식할 수 있고, 상기 특정 사건들에 반응할 수 있는 경우가 바람직하다. 상기와 같은 사건들은 특히 예컨대 발전소의 최대 출력 파워를 필요하게 하는 복합 네트워크 내부에서의 파워 요구의 증가, 발전소의 제한되고 적응된 출력 파워를 야기하는 복합 네트워크 내부에서의 파워 요구의 감소, 3상 시스템 내부에서 세 가지 위상으로 이루어지는 대칭적인 전력 공급에 대한 요구, 부하 분포의 평가 그리고 개별 전력 공급 장치들을 한 가지 공급 파워로 적응시키는 것이며, 그 결과 발전소는 유닛으로서 대칭 방식의 전력 공급을 실행하게 되고 그리고/또는 전기 시스템의 다른 개별 발전소들의 고장을 보상할 수 있게 되거나 또는 자동 결합 방식에 의해 다른 개별 발전소들이 복합 시스템에 접속된다.
전류 공급 장치를 상대적으로 크기가 작은 파워와 통합시킴으로써, 본 발명에 따른 인버터에 연결된 개별 전류 발생기가 실제로 에너지를 공급하기 위한 목적에 중대한 기여를 하지 않는 경우에라도, 상위 제어 시스템에 의하여 전기 시스템의 개별 발전소에 작용이 미칠 수 있다. 따라서, 풍력 설비, 파워가 큰 가스 터빈 발전소, 화석 연료를 기초로 하는 대형 발전소 또는 원자력 발전소와 같은 새로운 발전소, 특히 주로 재생 에너지를 기초로 하는 새로운 분산형 발전소가 전기 시스템에 통합될 수 있다. 다수의 전력 공급 장치에 의하여 필요한 전력 공급 파워에 도달하게 된다.
특히 유리한 사실은, 본 발명에 따른 발전소에 의해서는 고가의 에너지 양 그리고 그와 더불어 상대적으로 더 높은 판매 가격에 도달할 수 있다는 것이다. 본 발명에 의해서는 필요시 피크 부하를 매우 짧은 시간 안에 공급하는 것 또는 비교적 비싼 전류의 공급이 가능해진다. 그럼으로써, 극단의 경우에는 심지어 복합 네트워크의 파괴도 방지될 수 있다. 따라서, 매우 짧은 시간 안에 다수의 축전지가 전력 공급 장치로서 접속될 수 있고, 심지어 인버터의 버퍼링 커패시터 안에 저장된 에너지도 비록 단시간 동안이지만 매우 신속하게 복합 네트워크로 송출될 수 있으며, 그 결과 예컨대 복합 시스템 내부에서 발생하는 단락 에러는 밀리 세컨드 범위 안에서 교락(bridge over)될 수 있다. 이미 미합중국과 캐나다에서 발생된 것과 같은 연쇄 반응 및 대규모의 네트워크 고장도 경우에 따라서는 피해질 수 있다. 그로 인해 전류 공급 안전성이 증가하게 된다.
또한, 전기 에너지는 예컨대 광발전 설비의 전기 저장기를 통해서 저장될 수 있으며, 이와 같은 사실은 상위 제어 시스템에 의하여 사전에 결정될 수 있다. 다시 말하자면, 예를 들어 중요한 축구 경기의 하프타임 휴식 시간 후와 같은 특정한 사건들 후의 에너지 수요 또는 잘 알려진 정오-소비 피크는 통계적인 조사로부터 사전에 공지되는 경우가 많다. 따라서, 상기와 같은 수요 피크(peak of demand)가 정확히 표현되어야 하는 경우에는 저장기가 완전히 충전될 수 있다. 본 발명은 에너지 관리에 중대한 기여를 한다.
본 발명은, 본 발명에 따른 발전소로 통합되는 모든 전력 공급 장치가 통일된 표준 통신 유닛을 형성한다는 인식을 토대로 하며, 이 경우 상기 통신 유닛은 추후에 예를 들어 전력 공급 장치의 실제값, 파라미터 및 상태 정보를 조회하여 적합한 방식으로 전력 공급 장치로 전달할 수 있으며, 상호 간의 통신을 위해서 또는 발전소에 속하는 다른 전력 공급 장치와의 통신을 위해서 적합한 인터페이스, 특히 이서넷, RS 485, CAN 또는 ISM-대역 무선 데이터 전송을 이용할 수 있거나 또는 발전소를 위한 국부적인 제어 시스템과의 통신도 만들 수 있고, 전체 발전소 클러스터(cluster)를 위한 초지역적인 제어 시스템들과의 통신을 제공할 수 있으며 그리고 인터넷을 통해서 최대로 광범위한 임의의 데이터 포탈과의 통신도 가능하게 할 수 있다.
본 발명에 따른 인버터의 한 바람직한 개선예에서는 적어도 하나의 제너레이터가 광발전 제너레이터이다. 바람직하게 다수의 광발전 제너레이터는 하나의 발전소로 교차 결합되었다. 광발전 제너레이터들은 주로 비교적 적은 파워를 갖고, 단 하나의 건물을 위해서 설치되었다. 예를 들어 광발전 모듈들은 한 채의 가옥의 지붕에 장착된다. 이용 가능한 면적은 제한되었다. 그렇기 때문에 파워도 예컨대 원자력 발전소에 비해 적다. 다수의 세대가 하나의 발전소로 교차 결합되면, 상당한 양의 에너지가 제어된 방식으로 복합 네트워크 내부에 공급될 수 있다.
특별한 장점은, 적어도 하나의 전류 발생기가 파워가 작은 연료 전지-전류 발생기, 배터리 시스템, 바이오매스 발전소, 블록 가열 발전소, 연료 모터-제너레이터, 풍력 제너레이터, 수력 제너레이터 및/또는 가스 터빈 제너레이터라는 것이다. 상이한 타입의 발생기들의 교차 결합 및 통신에 의하여 에너지 관리는 더욱 개선될 수 있다. 데이터 통신에 의해서는 예컨대 지나쳐 가는 악천후 지역이 고려될 수 있는데, 이 경우에는 상기 악천후 지역의 방향이 고려되고 그로부터 에너지 발생을 위한 예보가 작성된다. 파워 분포 및 상기 파워 분포의 변경은 간단한 방식에 의해서 상응하는 하나의 데이터 세트로 통합 편집될 수 있다. 상기와 같은 예보는 상위 제어 시스템의 에너지 관리를 위해서 매우 바람직하다. 다양한 형태의 소수의 전력 공급 장치로 이루어진 발전소의 연결은 임의의 데이터 포털에 의해서 이루어질 수 있다.
본 발명의 추가의 한 바람직한 실시예에서 데이터 링크는 적어도 부분적으로는 무선 링크이다. 이와 같은 무선 링크는 ISM 무선 Bluetooth/WLAN, ZigBee, Z-Wave, NanoNet, EnOcean과 같은 공지된 전송 기술들에 의해서 간단한 방식으로 구현될 수 있다. 상기 무선 전송에 의해서는 다수의 에너지 발생기들이 교차 결합될 수 있다. 또한, 상대적으로 넓은 간격들도 교락될 수 있다.
데이터 링크는 또한 부분적으로 또는 전체적으로 케이블 연결된 링크로 구현될 수도 있다. 이와 같은 링크는 인버터가 인터넷에 접속된 경우에 장점이 된다. 상기와 같은 케이블 연결은 상대적으로 장애가 없다. 인버터의 케이블 연결 교차 결합은 예컨대 RS485, 이서넷, CAN-테크놀로지에 기반을 둘 수 있다.
바람직하게 데이터 네트워크는 상위 제어 장치, 특히 국부적인 또는 초지역적인 제어 시스템에 연결되어 있으며, 이 경우 상위 제어 장치는 인버터로 이루어진 네트워크로 목표값, 명령 및/또는 파라미터를 전송한다. 제어 시스템에 연결됨으로써 에너지 관리는 완전히 개선될 수 있다.
본 발명의 추가의 한 개선예에서 통신 유닛 내에는 실제값, 파라미터 및/또는 상태 정보가 저장되어 있다. 그럼으로써 상태 정보들, 측정값들 및/또는 진단 정보들에 대한 조회가 언제든지 이루어질 수 있다. 데이터 저장에 의해서는, 결정에 도달할 수 있기 위하여 상위 제어 시스템의 특정 데이터에 언제든지 액세스할 수 있다. 상기와 같은 결정은 예컨대 해당 전력 공급 장치-네트워크 복합 시스템 안에 있는 석탄 화력 발전소 파워를 조절하거나 또는 상승시키는 것일 수 있다.
데이터 네트워크에 측정값-센서가 접속되는 경우에는 분석이 더욱 개선될 수 있다. 특히 2차 장치들, 국부적인 데이터 로거(logger), 온도, 태양 광선, 풍속 등과 같은 기상학적인 데이터를 검출하기 위한 측정 장치들 그리고/또는 계수기의 계수를 전자식으로 검출하기 위한 장치들이 존재할 수 있다.
제어 명령, 파라미터 변경 및/또는 작동 소프트웨어의 발송이 전류 발생기를 위해서 이루어지는 것이 바람직하다. 상기와 같은 데이터의 발송에 의해서는 갱신이 자동화된 방식으로 이루어질 수 있다. 통신 링크 또는 네트워크에 의해서는 개별 정보 발생기들이 다른 유닛들에 참여하게 되고, 따라서 바람직하게는 시스템 진단 및 작동 최적화에 대한 추론을 할 수 있게 된다.
본 발명의 추가의 바람직한 실시예들은 종속 청구항들의 특징부를 이룬다.
본 발명은 실시예를 참조하여 아래에서 예로 상세하게 설명된다.
도 1은 무선- 및 케이블 교차 결합된 개별 발전소 및 발전소 클러스터를 교차 결합하기 위한 이서넷-Backbone-해결책을 도시한 개략도이고,
도 2는 무선 교차 결합된 솔라 인버터의 개략도이며,
도 3은 무선을 토대로 하여 인터넷에 연결된, 다수의 케이블 교차 결합된 솔라 인버터의 개략도이다.
각 도면에서 동일한 부분들에는 동일한 도면 부호들이 제공되어 있다.
도 1은 무선- 및 케이블 교차 결합된 개별 발전소 또는 발전소 유닛(1, 2, 3)을 교차 결합하기 위한 이서넷-Backbone-해결책을 도시하고 있다.
각각의 발전소 유닛(1, 2, 3)은 도면에 도시되지 않은 인버터 네트워크 내부로 전력을 공급하기 위한 다수의 인버터(11, 12, 13, 14)로 이루어진다. 본 경우에 통신 복합 시스템 내부에 있는 추가의 에너지 발생 설비들로서는 풍력 발전소(35) 및 수력 발전소(36)를 대표적인 예로 들 수 있다. 이와 같은 이미 언급된 추가의 발전소 타입들은 통신 복합 시스템 내부에서 공존할 수 있다. 인버터들(11 내지 14) 사이에는 데이터 링크가 존재하며, 상기 데이터 링크는 케이블 연결 또는 예컨대 Bluetooth-링크일 수 있다. 각각의 인버터는 입력 측이 전기 에너지를 발생시키는 광발전 제너레이터에 연결되어 있다. 상기 예가 보여주는 바와 같이, 다수의 발전소 유닛들은 하나의 발전소 유닛 또는 발전소로 통합될 수 있다.
본 발명에 따르면 하나의 데이터 네트워크에 대하여 하나의 데이터 링크가 이루어진다. 인버터(14)는 매스터로서 구현되며, 이 경우 인버터(11, 12 및 13)는 슬레이브로서 작동된다. 이때 인버터(14)는 슬레이브로서 작동되는 인버터를 위한 제어 유닛을 형성한다. 각각의 발전소 유닛(1, 2, 3)의 각각의 매스터는 WLAN-라우터(20)에 접속되어 있으며, 상기 WLAN-라우터에는 PC, Laptop, PDA와 같은 통신 장치(21)가 접속될 수 있다.
데이터 네트워크는 하나의 데이터 링크(25)를 만드는 케이블 링크(22) 및 무선 링크(23)를 포함한다. 상기 데이터 네트워크는 인버터(11 내지 14)와 함께 하나의 통신 유닛을 형성한다. 데이터 링크(25)를 통해서는 광발전 제너레이터 또는 인버터를 위한 제어 명령, 파라미터 변동 및/또는 작동 소프트웨어가 전송될 수 있다.
각각의 인버터(11 내지 14)가 제어 장치(24)에 의해서 데이터 링크(25)를 통해 제어됨으로써, 전력 공급 파라미터와 관련하여 통일된 표준 발전소 유닛(30)이 존재하게 된다. 상기 유닛(30)은 외부 유닛으로 기능을 하는 전기 시스템 내에서, 통합된 조절- 및 제어 구조에 연결되어 있다.
도 1에 도시된 데이터 네트워크는 인터넷에 연결되어 있고, 그럼으로써 상위 제어 장치, 특히 국부적인 또는 초지역적인 제어 시스템에 연결되어 있다. 상기 상위 제어 장치는 목표값, 명령 및/또는 파라미터를 인버터(11 내지 14)로 이루어진 네트워크로 전송한다. 각각의 인버터(11 내지 14)는 나머지 인버터들과 통신하기 위한 수단을 포함한다. 상기 나머지 인버터들 내부에는 실제값, 파라미터 및/또는 상태 정보가 저장된다.
또한, 데이터 네트워크는 데이터 로거(28)에 의해서 직접 또는 간접으로 연 결된 측정값-센서(27a, 27b)를 보여준다(도 1).
제어 시스템에 의하여 데이터가 발전소 유닛(30)으로도 전송될 수 있음으로써, 결과적으로 상기 시스템은 특히 네트워크-라우팅 방법에 따라 데이터 패킷을 양방향으로 전달하기에 적합하다.
도 2는 무선 링크 및 트리(tree) 구조를 갖는 솔라 인버터의 한 가지 변형예를 보여주고 있다. 인버터(41 및 42)는 인버터(51) 아래에 배치되어 있으며, 상기 인버터(51)는 두 개의 인버터(41 및 42)를 위해 매스터로서 동작한다. 인버터(43 및 44)는 인버터(52) 아래에 배치되어 있으며, 상기 인버터(52)도 두 개의 인버터(43 및 44)를 위해 매스터로서 동작한다. 인버터(51 및 52)는 인버터(61) 아래에 배치되어 있다. 각각 하위 인버터를 위해 매스터로서 이용되는 두 개의 인버터(61, 62)는 인버터(71)를 위해 마찬가지로 매스터-슬레이브-관계로 통신 연결되어 있다. 인버터(51)에는 통신 장치(21)가 연결되어 있다.
도 2에 도시된 모든 인버터들(41 내지 71)의 제너레이터들이 발전소 유닛(30)을 형성한다. 인버터들(41 내지 71) 사이에는 데이터 무선 링크가 존재한다.
도 3에는 케이블 교차 결합된 솔라 인버터(81)가 도시되어 있다. 상기 솔라 인버터는 케이블 링크에 의해서 다른 인버터들에 연결되어 있다. 솔라 인버터(81)는 무선으로, 특히 WLAN에 의해서 인터넷에 연결되어 있다. 케이블 링크(22)는 모든 인버터들을 버스 형태로 상호 통신 연결한다. 각각의 인버터의 광발전 제너레이터가 하나의 전력 공급 장치를 형성한다. 다수의 전력 공급 장치가 원하는 발전 소 유닛을 만든다.
각각의 솔라 인버터는 DC/AC-인버터로서 구현되었다. 100개 이상의 인버터가 데이터 네트워크에 연결될 수 있으며, 이 경우 각각의 전류 발생기는 바람직하게 1 kW 내지 100 kW의 범위 안에서 공칭 파워를 공급한다.
본 발명은 상기 예에만 한정되지 않으며, 따라서 솔라 제너레이터 대신에 축전지, 풍력 발전기도 전력 공급 장치로서 이용될 수 있다. 통합된 발전소로서 작용을 하는 개별 전력 공급 장치의 결합이 중요하기 때문에, 결국 에너지 공급 기업들의 외부 조절- 및 제어 구조는 단순해진다. 또한, 개별 인버터들이 상위 파워 목적지에서 복합-발전소 또는 유닛(30)의 최상의 작동에 초점을 맞추고 있는 다른 해결책들도 이용될 수 있다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1, 2, 3: 발전소 유닛
11, 12, 13, 14: 인버터(도 1)
20: WLAN-라우터
21: 통신 장치
22: 케이블 링크
23: 무선 링크
24: 제어 유닛
25: 데이터 링크
26: -
27a, 27b: 측정값 센서
28: 데이터 로거
29: -
30: 발전소 유닛
35: 풍력 발전소
36: 수력 발전소
41, 42, 43, 44: 인버터(도 2)
51, 52: 인버터(도 2)
61, 62, 71: 인버터(도 2)
81: 솔라 인버터(도 3)

Claims (12)

  1. 입력 측이 전기 에너지를 발생시키는 제너레이터에 연결될 수 있는, 교류 네트워크 내부로 전력을 공급하기 위한 인버터(14)에 있어서,
    데이터 네트워크에 대한 데이터 링크(25)가 존재하며, 이 경우 상기 데이터 네트워크는 교류 네트워크 내부로 전류를 공급하기 위한 추가 전류 발생기를 구비하는 다수의 추가 인버터(11-13; 41-71; 81)를 포함하며,
    이 경우 상기 데이터 네트워크는 상기 하나의 인버터(11-14; 41-71; 81)와 함께 하나의 통신 유닛을 형성하며,
    이 경우 매스터로서 작동하는 상기 개별 인버터(11-14; 41-71; 81)는 슬레이브로서 작동하는 다수의 추가 인버터와 함께 통신 유닛을 위한 하나의 제어 유닛을 형성하며,
    이 경우에는 상기 제어 유닛에 의해 상기 통신 유닛이 제어됨으로써, 결과적으로 전력 공급 파라미터와 관련하여 통일된 표준 발전소 유닛(30)이 존재하게 되며, 상기 표준 발전소 유닛은 외부 유닛으로서의 기능을 하는 전기 시스템 내에서, 통합된 조절- 및 제어 구조에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 인버터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 제너레이터는 광발전 제너레이터인 것을 특징으로 하는, 인버터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    적어도 하나의 전류 발생기는 연료 전지-전류 발생기, 배터리 시스템, 바이오매스 발전소, 블록 가열 발전소, 연료 모터-제너레이터, 풍력 제너레이터, 수력 제너레이터, 가스 터빈 제너레이터 및/또는 추가의 광발전 제너레이터인 것을 특징으로 하는, 인버터.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 데이터 링크(25)는 적어도 부분적으로 무선 링크(23)로서 형성된 것을 특징으로 하는, 인버터.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 데이터 링크(25)는 적어도 부분적으로 케이블 연결된 링크(22)로서 형성된 것을 특징으로 하는, 인버터.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 데이터 네트워크는 매스터로서 작동하는 인버터에 의해서 데이터 원격 링크, 특히 인터넷에 연결된 것을 특징으로 하는, 인버터.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 데이터 네트워크는 매스터로서 작동하는 인버터에 의해서 상위 제어 장치, 특히 국부적인 또는 초지역적인 제어 시스템에 연결되어 있으며,
    이 경우 상기 상위 제어 장치는 목표값, 명령 및/또는 파라미터를 다수의 인버터로 이루어진 네트워크로 전송하는 것을 특징으로 하는, 인버터.
  8. 제 1 항에 있어서,
    매스터가 고장 난 경우에는 하나의 슬레이브가 매스터 역할을 담당하는 것을 특징으로 하는, 인버터.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통신 유닛 내부에 실제값, 파라미터 및/또는 상태 정보가 저장되도록 구현되는 것을 특징으로 하는, 인버터.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 데이터 네트워크에 측정값-센서들이 연결되는 것을 특징으로 하는, 인버터.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제어 명령, 파라미터 변동 및/또는 작동 소프트웨어의 전송이 전류 발생기를 위해서 이루어지도록 구현되는 것을 특징으로 하는, 인버터.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    데이터 패킷이 특히 네트워크-라우팅 방법에 따라 양방향으로 전달되도록 구현되는 것을 특징으로 하는, 인버터.
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