KR20110124776A - 계통연계형 부하의 국부전원을 위한 전력전송관리 - Google Patents

Abstract

전력 전송 시스템은 생성된 전력의 역률 조절을 제공한다. 전력은 국부 전원으로부터 수신되고, 이용가능한 AC 전력으로 변환되며, 역률이 원하는 값으로 조절된다. 원하는 값은 유니티 또는 유니티에 가까운 역률일 수 있고, 또는 원하는 역률은 전력 계통의 조건, 확립된 요금, 및/또는 국부 전원에 대해 원격적으로 만들어진 결정에 응답할 수 있다. 많은 소스 및 전력 전송 시스템은 함께 놓일 수 있고 특정 역률 특징을 갖춘 계통에 대해 전력을 전달하도록 전원 팜(power source farm)으로서 제어된다. 팜은 다중 국부 소비자 구역의 그룹일 수 있다. AC 전력은 또한 더욱 효율적인 DC 전력 변환을 위해 AC/DC 전원 공급기에 의해 이용되기 이전에 조절될 수 있다.

Description

계통연계형 부하의 국부전원을 위한 전력전송관리{POWER TRANSFER MANAGEMENT FOR LOCAL POWER SOURCES OF A GRID-TIED LOAD}

본 발명의 실시 예는 전력변환에 관한 것이며, 보다 바람직한 실시 예는 국부전원로부터 유틸리티 전력계통과 연계되어 있는 부하에 전송되는 전력관리에 관한 것이다.

유틸리티 전력계통으로부터 에너지 요구사항을 보완하기 위하여 많은 노력을 해왔다. 하나의 예로, 태양광(PV) 인버터를 가진 솔라셀을 포함한다. 다른 예로, 풍력 또는 지열과 같은 자연적으로 발생하는 소스를 사용할 수 있다. 그러한 소스들은 계통으로부터 오는 전력감소(비용감소)를 위하여 전통적인 전력계통으로부터 가져온 전력과 연계하여 사용되어진다. 그러한 시스템은 소스로부터 국부적인 부하와 전력계통 모두를 포함하는 부하에 전력을 공급하도록 설계되어 있다. 그래서, 국부 소스를 찾는 것으로부터, 전통적인 설계는 시스템으로부터 전력전송을 위하여 국부 부하와 계통을 일괄적으로 다룬다. 그래서 실질적으로 그러한 시스템은 국부 부하에 유효전력과 무효전력이 항상 공급되어진다.

국부소스에서 국부 부하로의 전력전송은 전형적으로 비효율적이고, 계통으로부터 사용자들의 에너지 낭비를 초래해 왔다. 그래서, 국부 부하의 수요를 외견상으로 충족하는 충분한 량의 에너지를 생성해 왔다. 국부 부하는 전형적으로 고객에게 비용을 측정 가능한 계통으로부터 유효 및 무효전력으로 공급하여야 한다.

유틸리티전력계통 소비자에게 전기사용비용을 적용한 요금(tariff)은 고객의 베이스부하, 요구하는 전기의 공급시간, 요구되는 전기형태(유효 또는 무효전력) 등의 많은 요소(factors)에 의존한다. 요금구조는 고객에게 더 많이 지불받도록 요구하고 있다. 예를 들면, 비상시 사용을 위하여 약간 보유한 유틸리티를 피크시간 동안 사용한 전력 또는 무효전력 대신에 유효전력 형태로 사용하는 것이다. 일반적으로, 거주자 고객들은 현재의 요금제도에서는 무효전력에 대하여서는 비용을 지불하지 않으며, 산업체 고객은 지불한다.

무효전력은 여러 가지 이유로 과거 한 때보다 생산을 위한 유틸리티에 더 많은 비용이 소요되고 있다. 첫째로, 무효전력에 대한 요구가 유효전력에 대한 요구보다 급속히 증가하고 있다. 왜냐하면, 많은 새로운 전자 및 전기 제품들이 과거보다 더 많은 무효전력을 요구하고 있기 때문이다. 이러한 제품은 플라즈마, LCD TVs, 컴퓨터 전원공급장치, 계통과 연계된 자동차이다. 둘째로, 무효전력은 유효전력보다 원거리 전송위한 비용이 더 많이 소요된다. 왜냐하면, 유효전력과 대비하여 약 10 배의 전압 감쇄가 있다. 셋째, 무효전력은 국부적인 분배라인에 대하여 보상을 할 수 있고, 그렇게 하여 수 킬로미터 떨어진 곳에 더 큰 발전소를 건설할 필요성을 없앨 수 있지만 보상기를 구입하여 유지하는데 많은 비용이 소요된다.

국부전원로부터 유틸리티 전력계통과 연계되어 있는 부하에 전송되는 전력관리를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1-2는 본 발명의 하나의 실시 예로 역률조정기능을 가지고 국부소스로부터 계통연계형 부하로 전력을 전송하는 시스템을 블록도로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시 예로 역률조정기능을 가지고 국부소스로부터 계통연계형 부하로 전력을 전송하는 과정의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시 예로 다수의 전원, 전력추출기, 및 다수의 AC 부하를 가진 시스템을 블록도로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시 예로 하드웨어 파형 콘트롤러와 연결된 소프트웨어 피드백 제어서브시스템을 구비한 고조파 왜곡을 제어하기 위한 시스템을 블록도로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시 예로 고조파 왜곡을 제어하기 위한 시스템을 블록도로 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 하나의 실시 예로 다수의 전원, 전력추출기, 및 다수의 부하들을 가진 시스템을 블록도로 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 하나의 실시 예로 전력추출기를 블록도로 도시한 것이다.
도 9-13은 본 발명의 하나의 실시 예로 전력전송회로의 하나의 예를 설명한 것이다.
도 14는 본 발명의 하나의 실시 예로 국부소스와 유틸리티 계통으로부터 국부소스와 이웃한 계통부하로 전력의 코제너레이션을 블록도로 도시한 것이다.
도 15는 본 발명의 하나의 실시 예로 역률이 개선된 전력공급을 블록도로 도시한 것이다.
도 16a-b는 본 발명의 하나의 실시 예로 역률조절로 제어된 위상, 유효 및 무효 전력을 설명한 것이다.
도 17은 본 발명의 하나의 실시 예로 국부 부하에서 역률 제어를 위한 시스템을 블록도로 도시한 것이다.
도 18은 본 발명의 하나의 실시 예로 국부 부하에서 계통방향(그리드-페이싱) 연결에서 역률을 제어하는 시스템을 블록도로 도시한 것이다.
도 19는 본 발명의 하나의 실시 예로 전원 지역에서 역률 제어에 의한 계통 연결에서 역률을 제어하는 시스템을 블록도로 도시한 것이다.
도 20은 본 발명의 하나의 실시 예로 역률 피드백 메커니즘을 블록도로 도시한 것이다.
도 21은 본 발명의 하나의 실시 예로 원격으로 역률을 제어하는 통신시스템을 블록도로 도시한 것이다.
도 22는 본 발명의 하나의 실시 예로 마스터/슬레이브 구성으로 역률을 제어하는 시스템을 블록도로 도시한 것이다.
도 23은 본 발명의 하나의 실시 예로 역률 제어를 위한 과정을 블록도로 도시한 것이다.

역률의 실시간 조정은 국부소스에서 계통연계형 국부 부하로 보다 효율적으로 전력을 전송할 수 있다. 부가적으로, 소스에서 부하로 전력전송은 총 고조파왜곡 제어에 따라 고조파 왜곡의 감소 및 동적 임피던스 매칭과 안정되지 아니하고 가변하는 에너지 소스로부터 최대 전력 추출에 의하여 더 개선되어질 수 있다. 국부소스로부터 전력을 사용하는 현재 시스템들은 가변하는 또는 불안전한 소스로부터 생성되는 전력의 역률을 조정하지 않는다. 여기서 사용되어지는 "메타스테이블(metastable)"은 전력제품이 불안정하고 변화하는 전력을 의미한다. 그러한 소스의 예는 솔라 어레이, 풍력발전 또는 "그린(green)" 소스 등이다. 여기서 사용되어지는 "국부(local)" 부하와 "국부(local)" 소스는 서로에 대하여 국부(local)이다. 국부는 서로에 대하여 동일한 전기 시스템에 대하여 적용되고, 보다 구체적으로 전력계통 연결의 동일한 측면에서 이루어진다(즉, 전력메터와 차단기박스를 통해서 전송되는 전형적인 계통으로 "선로(line in)"임. 국부는 반듯이 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 시스템 설계에 대한 실질적인 제한이 될 수 없고 다른 어떤 구체적인 지리적인 요건을 의미하는 것은 아니다. 계통연계형 부하(집, 아파트 캐빈, 다른 거주지)에 전원로서 메타스테이블 소스가 장착된 종래 시스템에서, 계통전력에 대한 역률조정은 고려되지 않는다. 역률은 유틸리티 전력수요자에 대하여서는 중요하게 고려되지 않고, 전력 유틸리티와 대형유도기계를 구비한 산업체 수요자에 대하여 더 고려하여야 한다. 유틸리티 수요자에 대한 역률보정, 특별히 메타스테이블 소스로부터 생성되는 전력에 대하여 고려되어질 수 없다. 왜냐하면, a) 일반적으로 임피던스 부하를 역률 콘트롤러로 생각해 왔었고, 부하에 전력을 공급할 인버터가 없다. b) 전력 흐름을 고려한 엔지니어링 모델에 있어서, 국부 부하는 유틸리티 전력계통의 측면에서 일반부하와 구별할 수 없다(국부소스에서 볼 때). 그래서, 국부 부하에 전력전송을 극대화하기 위한 것으로 전력 계통에 메타스테이블 소스의 부착과 관련된 엔지니어링 모델에서 고려되지 않고 있다.

그러나, 유틸리티 전력계통 측면에서 일반적인 부하와 분리된 국부 부하를 고려하고, 국부 부하에 전송되는 전력을 고려하며, 생성된 전력의 역률을 조정하고 부하에 전력 전송을 극대화하는 것들은 전력 전송효율을 크게 개선하는 결과를 가져올 수 있다. 부가적으로, 아래 자세히 기술될, 역률조정 사용은 메타스테이블 소스에 의하여 공급되어질 실전력과 계통에 공급되어질 모든 무효전력요건에 의하여서만 발생할 수 있다. 어떤 환경하에서, 계통은 무효전력만을 공급할 수 있고, 부하에 실전력은 공급하지 않을 수 있다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시 예로 역률조정기능을 가지고 국부소스로부터 계통연계형 부하로 전력을 전송하는 시스템을 블록도로 도시한 것이다. 시스템(100)은 메타스테이블 소스(110), 인버터(120), 부하(Z102) 및 유틸리티 전력계통(130)을 포함하는 전력 시스템을 나타낸 것이다. 부하(Z102)는 계통(130)과 연계된 수요자 구역(홈)을 나타낸 것이다. 메타스테이블 소스(110)(즉, 솔라 셀/어레이, 풍력 발전기 또는 다른 시간변화 또는 그린 전력 소스)와 인버터(120)는 부하(Z102)의 로컬이며, 부하에 전력을 공급한다. 보다 구체적으로, 메타스테이블 소스(110)는 가변/불안정한 DC 전력 소스(표시된 Psource, 또는 소스전력)를 생산한다. 그 소스는 시간에 따라 변화하거나, 환경에 의하여 이용 가능한 전력이 변화한다. 인버터(120)는 동적 전력 추출기와 인버터 장치를 나타낸다.

정상적인 동작하에서, DC 전력은 소스(110)에서 나와서, 추출되고, 인버터되며, 인버터(120)에 의하여 동적으로 처리되고, 상대적으로 고조파 왜곡과 변동이 없는 최대 AC 전류를 생산하며, AC 전류 생산과 함께 전력계통(130)으로부터 완전한 AC 전압신호를 생성한다. 계통 AC 전압과 함께 생성된 AC 전류는 부하(Z102)에 유니티(1, unity)에 가까운 역률 가진 AC 전력을 생산하는 생산계통(130)으로부터 나오는 모든 무효전력을 의미한다. 만약, 소스(110)가 부하(Z102)의 실질전력요건을 만족하는 충분한 에너지를 생산한다면, 부하에 의하여 계통(130)으로부터 나오는 AC 전력은 오직(거의) 무효전력이다. 소스(110)가 부하에 충분한 DC 전력을 공급할 수 없을 때, 일반적인 형태에서 실전력이 계통으로부터 생성될 수 있다.

선택적으로, 아래 자세하게 기술될, AC 전류는 의도적으로 계통의 AC 전압신호에 대하여 어느 정도로 위상을 벗어나 변경될 수 있다. 그래서 하나의 인버터(120)는 전력계통(130)에서 전력조건을 보상하기 위하여 어떤 원하는 역률로 전송할 수 있다.

인버터 전류(Iinverter)와 계통전류(Igrid)는 계통(130)이 일정 방향으로 향하고 있음을 보여주며, 충분한 에너지를 부하전류(IL)를 가진 부하(Z102)에 실질적으로 제공하기 위하여 소스(110)에 의하여 공급되고, 계통에 돌려주는 시나리오를 설명하고 있다. 일반적으로 전력은 계통에 돌려질 수 있고, 수요자는 계통에 공급되어지는 전력을 거의 보상받을 수 있다. 부가적으로 돌려주는 시나리오는 이웃 수요자에게 전력을 공급하는 것을 포함하며, 아래 도 14에서 자세히 설명되어진다.

계통(130)은 부하(Z102)에 의하여 소비되는 실전력(real power)을 측정하기 위한 전력계기(132)를 포함한다. 전형적으로, 전압 및 전류를 측정하며, 전력을 계산한다. 계통으로부터 무효전력이 나올 경우에는 전력계기(132)는 부하(Z102)에 의하여 소비되는 전력사용량을 측정할 수 없다.

앞서 기술한 바와 같이, 하나의 실시 예에서, 역률은 부하(Z102)에 인버터(120)에서 전송하는 역률은 국부 부하와 전력계통 도입시에 1.0에 가깝다. 부가적으로 역률보정을 위하여 인버터(120)는 고조파 왜곡을 보정하여 제공한다. 앞서 고조파 왜곡에 관한 기술은 하드웨어에 기초한 방법을 사용하거나 고속 퓨리에변환(FFT)을 사용한다. 마이크로프로세서 또는 콘트롤러에 탑재된 테이블에 기초한 방법은 인버터당 가격을 낮추며 전형적인 하드웨어 구현보다 크기가 작다.

부가하여 인버터(120)로부터 공급되는 전력에 대하여 유니티(1) 또는 유니티에 가까운 역률발생에 관하여, 인버터는 동작상태를 모니터하고, 동적으로 소스(110)로부터 최대전력을 공급하며, 에너지소스와 부하전류의 변화를 실시간으로 볼 수 있다. 그래서, 소스(110)에서 생성되는 에너지 량이 변화하면, 인버터(120)는 실시간으로 그 소스에 기초하여 출력을 변화시킬 수 있다. 부가적으로, 부하(Z102)가 저항상태(즉, 진공이 걸린 유도모터)이면, 역률보정은 부하의 요구에 따라 자동으로 이루어지고, 부하에서 실시간으로 이루어진다. 부가적으로, 총 고조파 왜곡은 규정에서 요구하는 것보다 더 효율적으로 고조파 왜곡을 조정한다. 그래서 규정을 수용하고 부하의 변화와 가변하고 안정적이지 않는 전력 소스를 동적으로 제어함에 의하여 시스템 성능을 개선할 수 있다.

이것은 인버터(120)의 출력 전압 및 전류가 서로 매치되고 계통상에서 전압이 매치되면(즉, 위상검출기법을 통해서, 발전 샘플링과 피드백 메카니즘을 통해), 필요한 임의의 무효전력이 계통으로부터 흡수될 것이다. 소스(110)에서 공급되는 실전력이 많으면 많을수록, 계통전압과 계통전류의 위상 상이의 심화가 부하(Z102)에서 국소적으로 발생할 것이다. 모든 실전력이 국소적으로 공급되어지면, 계통의 전류와 전압은 부하(Z102)에서 국소적으로 위상을 벗어난 90°가 될 것이다. 계통실질전력 기여의 발생으로 인하여 위상 상이는 0으로 떨어진다(Preal=(Vmax*Imax/2)cos(Vphase-Iphase).

도 2는 본 발명의 하나의 실시 예로 역률조정기능을 가지고 국부소스로부터 계통연계형 부하로 전력을 전송하는 시스템을 블록도로 도시한 것이다. 시스템(200)은 도 1의 시스템(100)의 하나의 실시 예로 제공된다. 메타스테이블 소스(210)는 가변 또는 불안정한 소스이다. 시스템(200)은 DC/DC 컨버터(222)를 구비한 인버터(220)를 포함하고, DC/AC 인버터(224)와 연결되며, 이들 둘은 서로 연결되고 콘트롤러(CPU)에 의하여 제어된다. 부가적으로, 스위칭 디바이스(S226)(즉, 릴레이)는 인버터에 선택적으로 접촉되어 부하(Z202)와 계통(230)을 연결한다.

콘트롤러(240)는 DC/AC 인버터(224)로 이동하는 AC 전류를 모티터하고, 부하(Z202)를 통과하는 계통(230) 생성된 전압을 모니터한다. 콘트롤러(240)는 적어도 하나의 파라미터를 제어하며, 컨버터(222)의 동작 파라미터(242)와 인버터(224) 동작을 위한 파라미터(244)이다. 파라미터(242 및/또는 244)는 전력추출 디바이스(device)의 스위칭 신호의 듀티사이클일 수 있다(아래 더 기술될 내용 및 도면을 참고하라). 파라미터의 변형은 모니터되는 전류 및 전압의 질에 따라 달라진다. 적절히 조정된 전력이 부하에 의해 사용될 수 있도록, 콘트롤러(240)는 부하와 생성된 전력을 연결하는 스위칭소자(S226)를 제어한다.

동작에서, 콘트롤러(240)는 계통(230)에 공급되는 AC 전압에 대하여 선택된 역률에서 소스(210)로부터 AC 전류 추출 및 생산을 위한 시스템을 자동으로 모니터한다. 전류가 충분하게 공급되고 부하와 함께 사용하기에 충분할 때, 부하와 계통은 최대 실전력이 제공되어지고, 전력계통으로부터 전송되어온 대부분 또는 오직 무효전력을 의미한다. 왜냐하면, 전력계기(232)는 부하(Z202)에 의하여 계통(230)으로부터 실전력만 기록하고, 무효전력은 기록하지 않으며, 국부 부하에 의하여 가져온 실전력은 요금에 포함되지 않는다.

하나의 실시 예로, 유틸리티 전력계통(230)은 부하(Z202)에서 바의 사용을 측정하기 위하여 바(var, volt-amperes reactive, 이하 '바'라 한다) 메터(234)를 포함한다. 바(vars)는 부하에서 계통전력의 전류 및 전압 위상에 기초하여 측정을 수행함에 의하여 모니터할 수 있고, 측정된 값을 바탕으로 연산을 수행한다.

하나의 실시 예로, 인버터(220)는 역률 제어를 위하여 테이블-베이스 방법으로 제공된 테이블(250)을 포함한다. 테이블은 시스템으로부터 측정된 입력조건에 기반하여 얻은 항목이 포함될 수 있고, 바라는 역률을 얻을 수 있다. 계통연계형 노드로부터 피드백은 전압제로크로싱, 전압진폭 및 전류파형정보를 포함할 수 있다. 그러한 정보를 가지고, 콘트롤러(240)는 컨버터(222) 및/또는 인버터(224)의 동작을 조정하기 위한 테이블(250)을 사용한다. 테이블은 시스템 생성 시도를 위한 이상적인 출력 신호를 제공하는 설정점(setpoints)를 포함할 수 있다. 입력전력(input power)을 이상적인 값에서 출력성능을 매칭함에 의하여 전통적인 방법에 의하여 출력을 필터하고 조정하는 단순한 시도보다 보다 나은 시스템 성능이 가능할 수 있다.

일반적으로, 시스템(100) 및 (200)에 대하여 앞서 기술하였으며, 시스템은 앞으로도 더 기술되어질 것이다. 메타스테이블 DC 전력은 역률 1과 낮은 고조파 왜곡에서 최대 AC 전력을 생산하기 위한 장치로 동적으로 처리된다. 장치는 부하에 메타스테이블 소스와 연결한 회로로 공급할 수 있다. 예를 들면, 부하의 계통 연결에 의하여 이룰 수 있다. 장치는 적어도 하나의 동적으로 변형 가능한 파라미터를 가진 DC/DC 컨버터와 DC/AC 컨버터(인버터)를 포함할 수 있고, 발전기 콘트롤러에 의하여 제어된다.

콘트롤러(240)는 낮은 왜곡 AC 전류를 생산하기 위하여 파라미터를 동적으로 변형한다. 하나의 실시 예로, AC 전류는 계통에서 공급되는 전압과 전적으로 동상이며, 역률은 거의 유니티(1; unity)를 가지므로, 그래서 실전력 요건의 전부 또는 대부분으로 장치에 의하여 제공된다. 결과적으로, 전부 또는 거의 대부분의 무효전력을 계통으로부터 얻을 수 있다. 이러한 접근은 계통으로부터 에너지를 나오게 하는 비용을 최소화하면서 메타스테이블 DC 에너지 소스로부터 나오는 에너지로 부하를 처리하는 이점을 극대화한다.

하나의 실시 예로, 파라미터의 동적인 변형은 역률을 보정하고 총 고조파왜곡을 감소하기 위하여 생성된 AC 전류 파형을 적절히 변형하기 위한 테이블-베이스 방법에 의하여 이루어진다. 부가적으로, 에너지 전송은 추출된 전력에 대하여 동적수단을 사용하여 극대화시킨다. 예를 들면, Besser 등 전력 추출기를 가진 다중부하시스템, 다중 소스(Multi source)와, 미국 공보 No. 2008/0122518 A1에 기술되어 있고, 도 4에서 아래 자세히 기술되어 있다.

도 3은 본 발명의 하나의 실시 예로 역률조정기능을 가지고 국부소스로부터 계통연계형 부하로 전력을 전송하는 과정의 흐름도이다. 여기 설명된 흐름도는 다양한 공정작업의 시퀀스를 제공한다. 별도로 명시하지 않는 한, 특정 시퀀스 또는 순서로 표시되더라도, 작업의 순서는 변형 수정할 수 있다. 그래서 설명되어진 구현은 하나의 예로 이해해야하고, 소스 채널을 수립하기 위한 과정은 다른 순서로 수행할 수 있으며, 몇 가지 작업은 동시에(parallel) 수행될 수 있다. 또한, 하나 또는 그 이상의 작업을 발명의 다양한 실시 예로부터 생략할 수 있다; 모든 작업이 모든 구현을 요구하는 것은 아니다. 다른 흐름도 가능하다. 또한, 모든 동작이 모든 실시 예에 반듯이 기술되거나 설명되는 것은 아닌 것으로 이해하여야할 것이며, 몇 가지 동작은 선택사항이 될 수 있다.

동적 조건에 대하여 상기 기술한 장치의 동작은 일반적으로 4 부분으로 설명할 수 있다. 첫 번째 부분(302-308)은 장치에 의하여 생성되는 AC 전압은 유틸리티 전력계통의 AC 전압과 완전히 동일한 위상을 가지는 조건이다. 그 조건은 생성된 AC 전압과 계통전압이 동상을 이루게 한다. 두 번째 부분(310-314)에서, 컨버터의 하나 또는 그 이상 파라미터들을 장치로부터 생성된 AC 전류가 유틸리티 전력 계통의 AC 전압에 대하여 원하는 위상으로 되는 조건에 도달할 때까지 제어하는 것이다(생성된 AC 전압과 동일한 위상이어야 함). 하나의 실시 예로, 원하는 위상은 완전히 일치하는 동일한 위상이고, 그래서 발생된 전력의 역률이 1이 되어야 한다. 세 번째 부분(318-320)에서, 하나 또는 그 이상 파라미터들을 장치로부터 AC 전류의 총고조파 왜곡이 만족스러운 레벨로 감소할 때까지 더 제어할 수 있다. 네 번째 부분(322-326)에서, 하나 또는 그 이상 파라미터들을 변하지 않는 또는 상수 방법으로 DC 전원로부터 최대 실전력을 추출하고 공급할 수 있도록 제어할 수 있다.

첫 번째 부분에서, 생성된 AC 전력의 전압은 계통(302) 전압의 위상에 위상이 고정된다. 수신된 소스 전력은 AC 전압과 전류(306)로 변환된다. 계통전압은 측정할 수 있고, 생성된 AC전압의 위상은 계통 위상(308)에 고정된다. 국부 부하를 통과하는 유틸리티 계통에서 AC 전압은 콘트롤러에 의하여 주기적으로 모니터할 수 있다. 예를 들면, 위상고정루프를 가지고, 인버터 AC 전압이 전력계통 전압과 동상일 때까지 하나 또는 그 이상의 파라미터를 변경할 수 있다.

두 번째 부분에서, 역률을 조정한다(310). 인버터에서 생성된 AC 전류를 주기적인 간격으로 계통전압 위상을 검출한다(312). 하나의 실시 예로, AC 전류 모니터링의 주기적인 간격 비는 초당 320번 이하로 수행한다. 미리 설정된 값을 가진 테이블에 기초하여 인버터 파라미터의 동적인 변경은 인버터에 의하여 생산된 AC 전류의 변화가 부하를 통과하는 유틸리티 계통 전압과 동일한 위상이거나 거의 동일할 때까지 시도한다. 그래서, 생성된 AC 전류의 위상이 계통전압위상(314)에 고정되어진다.

세 번째 부분에서, 장치에서 생성된 AC 전류는 총고조파 왜곡(316)을 감소시키기 위하여 더 조정되어진다. 발생된 출력신호는 측정되고, 샘플링되며(316), 출력신호는 룩업 테이블(320)을 통해서 이상적인 신호에 기초하여 조정되어진다. 예를 들면, 콘트롤러는 사인파 값의 테이블을 총 고조파왜곡이 설정된 값을 만족할 때까지 각 주기 1/320초 간격동안 동적으로 변경할 수 있다.

네 번째 부분에서, DC 전력을 극대화시켜서, 최대 전력전송을 이루는 것이다. 장치는 소스와 부하사이에 임피던스 매칭을 할 수 있다. 콘트롤러는 현재 상태에서 추출된 전류를 극대화하기 위하여 전력추출 파라미터(즉, 장치의 파라미터 212, 222)를 변경할 수 있다. 그러한 전력변환은 아래에서 더 기술되어질 것이다.

도 4는 본 발명의 하나의 실시 예로 다수의 전원, 전력추출기 및 다수의 AC 부하를 가진 시스템을 블록도로 도시한 것이다. 시스템(400)은 인버터를 가진 전력전송시스템을 나타낸다. 당해 기술분야에서, 인버터는 DC 전류로부터 AC 전류를 발생하는 전자 디바이스 또는 시스템이다. 일반적으로 DC에서 AC로 변환은 구형파 DC전류에서 사인파 AC전류로 변환함으로써 이루어진다. 인버터는 이러한 에너지 시스템과 다양한 전기부하사이에서 전기흐름의 제어를 책임을 지는 것으로 일반적으로 전통적인 광발전(PV)과 다른 재생에너지 시스템에 사용되는 중요한 소자이다. 인버터는 가변하는 DC 소스를 50내지 60㎐사이의 사이파 AC 전류로 변환을 수행한다. 또한 인버터는 가능한한 효율적으로 발전을 유지하기 위하여 표면상으로 최대전력점 추적을 수행한다. 여기서 기술된 인버터 역시 통계 및 경보(alerts)의 전송을 위하여 중앙 스테이션과의 통신을 위한 통신 인터페이스를 구비할 수 있다.

앞서 기술한 바와 같이, 전력 추출기(422)는 인버터(420) 소자를 보상할 수 있다. 그래서 인버터시스템은 전력전송소자로써 전력 추출기를 포함할 수 있다. 시스템(400)은 하나 또는 그 이상의 전원(412-414)를 포함하고, 전원는 DC 전류를 공급하기 위하여 전력추출기(422)와 동적으로 연결 또는 분리될 수 있다. 전력 전송에 부가하여, 시스템(400)에서 반전회로가 전력추출기(422)의 출력의 소비자로 작용한다. 하나 또는 다수의 AC 부하(442-444)는 선택적 동적으로 반전회로(424)로부터 전력을 전송받기 위하여 인버터(420)와 연결 또는 분리될 수 있다.

반전회로(424)는 효율적으로 전송된 전력추출기(422)의 출력을 변환하고 효율적인 방식으로 전력을 변환하고 필터한다. 그 결과 전통적으로 구현된 시스템보다 훨씬 높은 효율을 가진 인버터이다. 전력분배전략에 대하여 기술하면, 하나 또는 그 이상의 부하 또는 다른 전력전송에 전력을 분배할 때, 다른 기술된 실시 예에서와 같이 시스템(400)에서 매우 균일하게 적용한다. 유사하게 출력모니터링의 이슈도 전력 추출기(422)에서와 같이 반전회로(424)에 적용될 것이다. 출력 모니터링 메카니즘은 전력추출기(422)와 비교하여 반전회로(424)와 다를 수 있다.

반전회로(424)는 알고리즘적으로 동작하는 비선형 전류모드 전력컨버터이다. 반전회로(424)와 대비되는 인버터(420)는 전력추출기(422)에서 공급되는 전력을 전류 스위칭을 수행하기 위하여 기하학적 구조 또는 토폴로지를 사용한다. 전류스위칭 토폴로지 전략은 마이크로프로세서 제어하에서 DC 전력에서 AC 전력으로 변환한다. 마이크로프로세서는 전력추출기에 채용될 수 있는 마이크로프로세서와 분리될 수 있다. 전압, 주파수 및/또는 위상에 대한 AC 부하(442-444)의 부하 요건은 소프트웨어 제어하에서 이루어지고, 그렇게 하여 원하는 전압, 주파수, 및/또는 위상이 구현되어진다. 선택적으로, 또는 부가적으로, 전압, 주파수, 및/또는 위상에 대한 부하요건은 제어된 구성으로 이룰 수 있다. 부하 모니터(426)는 하나 또는 그 이상 구성요소로 이루어지며, 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 결합(즉, 펨웨어제어가 탑재된 하드웨어), 전압(V), 주파수(FREQ), 및/또는 위상에 대한 반전회로(424)의 출력을 모니터한다. 검출된 것에 기초하거나 규칙 또는 외부 입력에 기초하여, 부하 모니터(426)는 반전회로(424)의 구성을 제공한다. 부하 모니터(426)가 하드웨어로 구현되어질 때, 반전회로(424)의 입력을 반전회로(424)의 마이크로프로세서의 입력으로 구성하면 소프트웨어 제어를 고려할 수 있다. 또한, 부하 모니터(426)는 예를 들면, 반전회로(424)를 통과한 구성의 파라미터들을 전송하는 중앙스테이션과의 통신을 위하여 통신연결부를 포함할 수 있다.

부가적으로 또는 선택적으로, 부하 모니터(426), 인버터(420)는 "수동(manual)" 구성 메카니즘을 포함할 수 있다. 그러한 구성 메카니즘은 스위치들이 포함될 수 있다(예를 들면, 일반적으로 DIP(dual in line package) 스위치가 사용됨). 다른 스위치 또는 이와 균등한 메카니즘이 사용될 수 있다. DIP 스위치들은 전형적으로 열 슬라이드 또는 로커(rockers)를 가지고, 하나 또는 다른 위치와 서로 세트(set)할 수 있도록 구성되어 있다. 각각의 스위치 위치는 다른 항목으로 구성하거나 스위치 위치의 합성으로 마이크로프로세서에 바이너리로 입력을 공급할 수 있다. 주파수 선택(432)은 인버터(420)의 출력주파수를 설정하기 위한 구성 메카니즘이다. 전압 선택(434)은 인버터(420)의 출력전압을 선택 사용할 수 있다. 위상 선택(436)은 인버터(420)의 출력위상을 선택 사용할 수 있다. 주파수 선택(432), 전압 선택(434) 및 위상 선택(436)의 사용은 인버터(420)가 동작하는 상태에서 계통으로부터 부정확하게 공급되는 주파수, 전압, 위상 정보의 경우에 인버터가 정확하게 동작할 수 있도록 한다.

도 5는 본 발명의 하나의 실시 예로 하드웨어 파형 콘트롤러와 연결된 소프트웨어 피드백 제어서브시스템을 구비한 고조파 왜곡을 제어하기 위한 시스템을 블록도로 도시한 것이다. 시스템(500)은 전원(504), 부하(506) 및 출력 및 제어 시스템(502)을 포함한다. 전력 통로(510)는 출력시스템(502) 제어에 있어서 소스(504)에서 부하(506)로 이동하는 전기전력의 통로를 나타낸다.

출력 시스템(502)은 소스(504)부터 입력전력을 수신하는 입력전력 컨버터(520)를 포함하고 그것을 다른 형태로 변환한다(DC에서 AC). 입력전력 컨버터(520)는 변환을 위한 전력신호를 수신하기 위한 하드웨어소자를 포함하고, 적절한 전력소자를 포함할 수 있다. 하나의 실시 예로, 입력전력 컨버터(520)는 소스(504)로부터 최대 전력을 전송하기 위하여 입력 전자소자를 사용하여 동적 임피던스 매칭수단이 구현되어 있다. 동적 임피던스 매칭은 최대 전력 점을 추적하는 수단을 포함하며, 가능한한 전력기울기를 평탄(flat)하게 유지하기 위하여 입력전력 커풀러를 구동하는 수단을 구비한다. 입력전력 컨버터(520)는 콘트롤러(530)로부터 제어신호 또는 정보를 받을 수 있고, 컨버터의 동작을 표시하기 위한 입력을 제공할 수 있다.

입력피드포워드(512)는 콘트롤러(530)에 소스전력에 관한 정보(즉, 최대전력 값, 적절한 주파수, 또는 입력전력 컨버터 하드웨어를 제어하기 위한 다른 정보)를 제공한다. 콘트롤러(530)는 입력전력에 관한 입력정보에 기초하여 입력전력컨버터(520)를 제어한다. 프로세서 콘트롤러의 형태를 대표하는 콘트롤러(530)는 임의 형태의 마이크로콘트롤러, 디지털신호 처리기(DSP), 로직어레이, 또는 다른 제어로직을 포함하거나 포함할 수 있다. 부가적으로, 콘트롤러(530)는 미리 설정되거나, 동작하는 동안 생성되거나 얻어진 값 또는 코드를 저장하기 위한 적절한 메모리 또는 저장소자(즉, RAM, ROM, 레지스터, 및/또는 후레쉬)를 포함할 수 있다.

콘트롤러(530)는 원하는 출력파형을 생성하기 위하여 프로그램가능 파형생성기(540)를 구동한다. 생성기(540)는 전력통로(510)에 위치하며, 출력을 위하여 입력전력컨버터(520)로부터 입력전력을 받는다. 전력이 전송되는 동안에 수신한 것과 동일한 파형을 반듯이 출력할 필요는 없다. 예를 들면, DC 신호는 도 5에서의 예와 같이 사인파 신호로 출력할 수 있다. 다른 전력 변환들은 앞서 보여지고 기술된 것과 유사하게 수행되어질 수 있다. 하나의 실시 예로, 생성기(540)는 콘트롤러(530)로부터 제어신호와 정보를 수신하여 상태 또는 동작정보를 제공할 수 있고, 콘트롤러(530)로 피드백시킬 수 있다. 출력 파형은 전류 또는 전압이 될 수 있다.

출력 시스템(502)은 구체적인 타이밍, 위상, 또는 다른 주파수 정보를 출력파형 발생과 연계하여 구성할 수 있다. 그러한 타이밍, 위상, 또는 다른 주파수 정보는 "입력동기화 데이터"로 부를 수 있다. 하나의 실시 예로, 그러한 입력동기화 데이터는 실시간으로 "부하동기화 입력"이라고 부를 수 있는 부하 정보로부터 얻는다. 부하동기화 입력 또는 입력동기화 데이터는 앞서 기술한 동기화 신호를 결정하는데 필요한 정보를 나타낸다. 그러한 정보는 출력 싱크(514)를 통해 출력 시스템((502)에 표시되어진다. 출력이 예상되는 시스템(예, 전기적 계통과 연결됨), 임의의 전압, 또는 예측되는 다른 정보를 예측할 수 있고(예, 60㎐에서 520V), 초기의 추정치는 프로그램에 의하거나 시스템에 의하여 만들 수 있다. 부하 동기화 데이터에 기초하여, 초기 추정치를 조정할 수 있다.

콘트롤러(530)는 생성기(540)에 의하여 생성되는 실질 출력을 결정하기 위하여 통로(510)를 차단하고, 출력 피드백(516)을 측정한다. 실질 출력은 원하는 출력이 생성되고 있는지를 결정하는 이상적인 기준 값과 비교된다. 하나의 실시 예로, 출력 피드 백(516)은 콘트롤러(530)에 의하여 측정된 출력을 나타내는 값(추정치)이고, 그 자체로 분리된 소자를 포함하지 않는다. 하나의 실시 예로, 출력 피드백(516)은 샘플링 메카니즘을 포함하거나 이상적인 기준 값과 비교하기 위한 다른 데이터 선택 메카니즘을 포함한다. 출력 피드백(516)은 콘트롤러(530)로부터 분리된 소자를 포함한다면, 그것은 콘트롤러(530)에 의하여 구동할 수 있고, 콘트롤러(530)로부터 비교 데이터를 수신하며, 에러 및 피드백 정보를 제공한다. 하나의 실시 예로, 출력 피드 백(516)은 출력 라인과 인터페이스되어 피드백제어를 위하여 필요한 하드웨어 소자를 구비한 것으로 이해된다. 부가적으로, 출력 피드백(516)은 측정 및 연산을 수행하기 위한 소자를 포함할 수 있고, 실행 처리를 위한 소자를 포함할 수 있다.

출력 싱크(514)와 출력 피드백(516)은 피드백 루프를 고려할 수 있다. 이것은 출력 싱크(514)와 출력 피드백(516)이 동일한 것이 아니고, 다른 목적으로 제공되는 것으로 이해될 것이다. 출력 싱크(514)는 참조 파형 테이블(532)에 저장된 것으로부터 이상적인 기준 신호가 어떤 형태이어야 하는지를 표시한다. 출력 피드백(516)은 기준신호를 바탕으로 실질출력이 변화를 보여준다. 갱신 테이블(534)은 출력 피드백(516)에 대응하여 생성된 데이터를 나타낸다. 다른 하나의 실시 예로, 출력 싱크(514)는 전력통로(510) 출력에서 전압 정보에 기초하는 반면에, 출력 피드백(516)은 전력통로(510)로 출력되는 출력전류에 기초한다.

출력 싱크(514)(또는 출력 싱크의 초기 추정치에 기초함)에 기초함에 있어서, 출력 시스템(502)은 생성기(540)에 의하여 생성되는 원하는 출력파형의 이상적인 형태를 구비한 참조 파형 테이블(532)을 저장 및/또는 생성한다. 참조 파형 테이블(532)은 출력파형이 어떻게 보여야 하는지 반영하는 테이블 또는 설정점들의 세트로서 저장될 수 있다. 테이블 또는 설정점을 저장할 수 있고, 참조 파형 테이블(532)은 선택적으로 참조 파형소스로 언급될 수 있다.

출력 피드백(516)에 기초하여, 출력 시스템(502)은 갱신 테이블(534)을 생성한다. 갱신 테이블(534)은 참조 파형테이블(532)의 파형에 보다 근접하게 매칭되는 출력을 제공하기 위하여 생성기(540)의 동작을 변경하는 방법을 나타내는 요소(entries) 또는 포인트들을 포함할 수 있다. 테이블에 표시되는 동안에, 갱신 테이블(534)은 임의의 기간(측정된 에러데이터의 반영이 필요한 각 요소(entry)가 갱신됨)에서 변경되어 저장된 테이블일 수 있고, 또는 각 갱신 기간에서 새롭게 갱신된 테이블일 수 있다. 갱신테이블(534)은 갱신데이터 소스로 언급될 수 있다. 갱신(update)은 오래된 데이터(과거데이터)의 변경, 값의 대치이거나 콘트롤러가 접근 가능한 다른 위치에 있는 메모리에 저장할 수 있다. 하나의 실시 예로, 갱신 테이블(534)의 각각의 값은 업(up) 다운(down)으로 표시할 수 있고, 설정점은 변화하지 않는다. 그러한 값은 원하는 이상적인 파형에 수렴하는 출력신호를 생성하는 생성기(540)의 출력을 제어하는 하드웨어에 적용된다.

하나의 견해로, 출력 시스템(502)은 5가지의 특징 또는 소자를 가지는 것으로 볼 수 있다. 이러한 특징은 도 5에서 임의의 블록도로 도시되고, 그것은 하나 또는 그이상의 이러한 특징들이 구현되어 사용할 수 있는 다양한 다른 소자와 다른 구성으로 이해될 것이다. 기술에 의하여 구성이 제한되지 아니하며, 이러한 특징은 예를들어 도1, 도2 등에 도시된 참조들과 함께 상세한 설명에 기술되어 있다.

이러한 변환은 기술된 특징 또는 구성요소의 핵심에 대한 간단한 언급일 뿐이고, 순서 또는 중요성에 대하여 반듯이 무엇을 의미하는 것은 아니다.

도 1은 구체적인 타이밍, 위상 또는 다른 주파수 정보를 연동시키기 위한 수단을 포함한다. 수단은 출력싱크(514)에 기초하여 앞서 기술한 입력동기화 데이터 또는 부하동기화 입력을 생성하거나 수신하기 위한 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함한다. 도 2는 출력 파형(508)의 이상적인 형태를 나타내는 소프트웨어 내의 함수 또는 데이터 테이블을 포함할 수 있는 참조 파형 테이블(532)을 포함한다. 도 3은 생성기(540)에서 생성된 실질출력 파형과 참조 파형 테이블(532)에 의한 표로 만든 이상적인 형태를 비교하는 알고리즘을 구비하거나 구비할 수 있는 콘트롤러(530)를 포함한다. 도 4는 갱신 테이블(534)에 의하여 표시되는 갱신 데이터를 연산하거나 또는 선택 생성하는 알고리즘이 탑재된 콘트롤러(530)를 포함한다. 도 5는 원하는 형상, 비율, 타이밍 및 위상의 출력 파형(508)을 생성하기 위하여 갱신테이블(534)로부터 갱신데이터를 사용하는 생성기(540)를 포함한다.

특징 1에 있어서, 특정 타이밍, 위상, 또는 다른 주파수 정보는 콘트롤러(530)에서 비교 및 갱신 알고리즘에 싱크 정보를 제공한다. 이 정보는 테이블, 수식, 실시간 하드웨어 모니터 신호의 샘플링, 또는 다른 소스를 통해서 올 수 있다.

특징 2에 있어서, 참조 파형을 표현하는 데이터는 테이블 내에 있다면 정수이거나 정수가 아닌, 임의의 포맷 및 임의의 길이로 구성될 수 있다. 이러한 테이블은 실시간으로 동적으로 생성될 수 있고 또는 컴파일 시점에서 하드-코딩될 수 있다. 표현된 파형의 이상적인 형태는 사인곡선이거나 사인곡선이 아닐 수 있다. 파형은 시간적으로 앞으로 또는 시간적으로 뒤로 시간 영역에서 균일하거나 균일하지 않은 간격의 데이터 값들 또는 이들의 임의의 혼합에 의해서 표현될 수 있다. 이와 달리, 파형은 주파수 영역에서 데이터 값들에 의해 표현될 수 있고, 임의의 방식으로 구성될 수 있다. 데이터는 압축되거나 압축되지 않을 수 있다. 데이터는 계산된 데이터의 설정점보다는 수식 또는 수식의 일부 및 테이블의 일부에 의해서 표현될 수 있다. 일 실시 예에서, 테이블에 저장된 설정점은 수식의 계산된 결과이다. 데이터는 이상적인 파형의 형태를 다른 이상적인 파형으로 바꾸기 위해 실시간으로 처리하는 동안 변경될 수 있다. 참조 파형 테이블(532)에서 값들은 실시간으로 변경된다면 다른 값들로 수정되거나 교체될 수 있다. 데이터는 입력 파형과 위상을 맞추어 정렬되거나 또는 위상 천이될 수 있다.

특징 3에 있어서, 콘트롤러(530)는 임의의 전형적인 또는 표준 비교 알고리즘을 포함할 수 있다. 제어 알고리즘은 하드웨어에 의해 샘플링되어 표준 또는 비표준 샘플링 테크닉을 통해서 소프트웨어 데이터 값들로 변형된, 출력 파형을 표현하는 데이터 값들을 비교한다. 일 실시 예에서, 콘트롤러는 수식 계산들 또는 테이블의 이상적인 설정점들을 점 단위로 싱크 정보와 비교해서 점 단위로 에러 데이터를 생성한다. 일 실시 예에 있어서, 콘트롤러는 점 단위 대신 한 번에 여러 점들을 처리할 수 있다.

특징 4에 있어서, 콘트롤러(530)는 임의의 표준 또는 비표준 기술을 이용해서 새로운 데이터를 만들거나 생성하는 선택 알고리즘을 포함한다. 일 실시 예에서, 선택 알고리즘은 계산을 수행하는 것을 포함한다. 이와 달리, 선택 알고리즘은 프로세싱을 수행하거나 계산을 수행하지 않고 단지 데이터를 선택할 수 있다. 선택 알고리즘은 설정점들의 테이블에서 데이터 값들을 교체하거나, 또는 다른 스토리지 영역을 이용하길 원하는 테이블에 데이터 값들을 남겨놓을 수 있다. 선택 알고리즘은 선택 과정의 일부로서 시간 영역으로부터 주파수 영역으로 데이터를 변환할 수 있고, 주파수 영역으로부터 시간 영역으로 데이터를 변환할 수 있다. 적용될 때 출력 파형을 정정할 데이터 값들을 식별한다는 점에서 이 알고리즘은 에러 갱신 메카니즘(예컨대, 알고리즘)을 제공한다. 그러므로, 데이터 값들의 적용 후에 출력 파형은 바람직한 이상적인 파형과 더욱 비슷하게 보인다.

특징 5에 있어서, 갱신 테이블(534)에 의해서 표현되는 새로운 데이터 값들은 출력 파형을 생성하도록 하기 위해 표준 프로세스를 통해서 생성기(540)에서 하드웨어로 적용된다. 일 실시 예에서, 새로운 데이터 값들은 PWM 메카니즘 또는 이산 데이터 값들을 아날로그 출력 형태로 변환하는 임의의 다른 메카니즘을 통해서 적용된다.

도 6은 고조파 왜곡을 제어하는 시스템의 실시 예의 블록도이다. 일 실시 예에서, 도 6의 시스템(600)은 도 5의 시스템(500)을 구현하는 계통-연계 전력 변환 시스템의 예이다. 그러므로, 입력(602)은 소스(502)로부터의 입력 전력에 대응할 수 있고, 출력(650)은 부하(506)에서 출력에 대응할 수 있다. 일 실시 예에서, 시스템(600)은 계통-연계 태양광 발전 또는 다른 소스의 DC/AC 전력 변환 시스템의 출력 전류 신호와 계통 전압 사이의 위상 천이 및 출력 전류 신호의 고조파 왜곡을 제어한다.

시스템(600)은 출력(650)에서 입력 DC 전력(602)을 출력 AC 전력으로 반전시킨다. 일 실시 예에서, 출력(650)에서의 전압 및 전류는 양쪽 모두 스퓨리어스(spurious) 고조파에 의해 왜곡된 이상적인 60 Hz의 사인곡선의 파인데, 여기서 전류는 위상 천이에 의해 전압보다 뒤지거나 앞선다. 이러한 구현은 계통-연계 시스템에 채용될 수 있고, 여기서 출력 전압은 출력(650)에서 계통-연계에 의해서 확고하게 수립되지만, 전류는 그렇지 않다.

규정(Regulation) UL 1247은 전류가 고조파 왜곡에서 감소될 것을 요한다. 도시된 바와 같이, 시스템(600)은 적어도 계통의 고정된 전압으로부터 위상 천이는 되었지만 외관상 왜곡되지 않은 이상적인 사인곡선 파형의 형성을 제공한다.

일 실시 예에서, 시스템(600)의 동작은 세 개의 요소로 분리될 수 있다. 첫 번째는 왜곡 없는 원하는 위상 천이의 각을 가진 원하는 파형을 위해 이상적인 전류 파형 값들의 테이블을 수립하는 것이다. 출력 전류 파형 및 이상적인 전류 파형에 대해서 더욱 구체적으로 서술하지만, 이것은 비제한적인(non-limiting) 예이고, 시스템(600) 관점에서의 논의는 당업자에 의해 이해될 변형을 가진 출력 전압 파형을 제어하는 것에도 적용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 두 번째는 파형 생성기에 의해서 생성된 실제 출력 신호를 이상적인 파형과 비교하는 것이다. 세 번째는, 입력 타이밍 정보 및 에러 정보를 가지고, 파형 생성기가 실제 출력을 정정하는 것을 허용하는 값들의 갱신 테이블을 생성하는 것이다. 이러한 동작은 이상적인 파형(예컨대, 사인곡선)을 향하는 경향이 있는 출력 파형을 반복적으로 향상시킨다. 그러므로, 이러한 동작의 결과는 순수 60 Hz 전류 파형을 계통 전압 파형과 동상(in-phase)이거나, 계통 전압 파형보다 앞서거나, 또는 계통 전압 파형에 뒤지게 배치한다.

일 실시 예에서, 경로를 통과하는 메인(main) 전력 흐름은 다음과 같이 일어난다: 입력(602)은 DC 입력 전력이다. PWM 생성기(630)는 갱신된 값들의 테이블(PWM 테이블 엔트리 갱신(680))을 이용해서 DC/AC 컨버터(642)를 구동한다. 일 실시 예에서, 갱신 테이블(680)은 도 5의 테이블(540)에 대응한다. 입력 DC 전력(602)는 인버터 하드웨어(640)의 DC/AC 컨버터(642)로 지나가고, 출력 AC 전류 파형(650)으로 떠난다. 전류 파형 검출기(644)는 출력(650)에서 전류 파형을 검출한다. 입력 파형은 PWM 생성기(630)에서 완벽한 사인곡선 파로 도시되고, 전류 파형 검출기(644)에서 왜곡된다. 왜곡의 양은 과장될 수 있으나, 출력 파형이 초기에조차 이상적인 원하는 파형과 같이 보이지 않을 수 있다는 것을 나타낸다. 하지만, 파형은 피드백을 통하여 수렴된다. 인버터 하드웨어(640)는 또한, 도 5의 출력 싱크 정보에 대응하는 싱크 정보(648)를 생성하는 전압 파형 검출기(646)를 포함한다.

제어 루프 흐름 검출 및 피드백 구현은 다음과 같이 일어난다: DC 입력 전력(604) 및 입력 위상 천이 정보(606)에 대한 정보는 이상적인 참조 파형(610)을 개량한다. 상술한 바와 같이, 이상적인 참조 파형은 테이블로서 저장될 수 있다. 일 실시 예에서, 동시에 PWM 생성기(630)의 출력은 피크가 검출되고(622), 참조 파형 레벨 제어(624)에서 이상적인 테이블을 스케일하는 것이 허용된다. 레벨 제어(624)의 출력은 즉시 일어나는 원하는 이상적인 파형이다. 실제 출력 및 참조 파형 레벨 제어(624)로부터의 참조 파형은 PID(proportional-integral-derivative) 콘트롤러(660)에서 수신된다.

PID 콘트롤러(660)는, 스케일된 참조 파형과 실제 출력 파형을 수신하는 PWM 테이블 에러 검출기(662)를 포함한다. 에러는 비례 에러 블록(664), 적분 에러 블록(666), 및 미분 에러 블록(668)을 위한 에러 입력이 된다. 에러 신호의 합은 PWM 테이블 에러 합이고, 이것은 PID 콘트롤러 출력을 PWM 테이블 엔트리 갱신(680)에 제공한다. 이 갱신된 테이블 값들은 PWM 생성기(630)로 피드백되고 생성기가 인버터 하드웨어(640)의 출력을 조정하도록 하여 출력 신호를 참조 파형(610)으로 수렴시킨다.

도 7은 복수의 전원, 전력 추출기, 및 복수의 부하를 가진 시스템의 실시 예의 블록도이다. 시스템(700)은 전력 추출기(730)에 대한 일반적인 사용 사례 시나리오를 제공한다. 전력 추출기(730)는 본 명세서에서 설명된 임의의 실시 예에 따른 전력 추출기의 예이다. 전력 추출기(730)에 연결된 하나 이상의 전원이 존재할 수 있다. 상이한 전원들은 상이한 커플링 하드웨어를 요할 수 있다는 것에 유의하라. 입력 커플링 하드웨어(720)는 입력 전원들을 전력 추출기(730)에 연결하는 인터페이스 회로를 포함한다. 일부 실시 예에서, 인터페이스 회로(722)는 인터페이스 회로(724)와 다르다. 하지만, 이들은 같을 수도 있다.

전원들(712-714)은 임의의 타입의 DC 전원(전원 또는 에너지 소스라고 함)일 수 있다. 일반적으로, 전력 추출기의 실시 예에 따라서 사용될 수 있는 DC 전원의 예는 광전지의 셀 또는 패널, 배터리 또는 배터리들, 및 바람, 물(예컨대, 수력-전기), 조력, 열(예컨대, 열전쌍(thermal couple)), 수소 전력 생성, 가스 전력 생성, 방사능, 기계적 변형, 압전, 및 운동(예컨대, 걷기, 달기기, 또는 다른 운동과 같은 인간의 운동)을 통해서 전력을 유도하는 소스들을 포함하고, 이에 한정되지는 않는다. 본 명세서에서 설명된 계통-연계 시스템과 관련하여 더욱 상세하게는, 전원들(712-714)은 계통-연계 부하에 전력을 제공할 수 있는 임의의 전원을 포함한다.

일반적으로, 전원은 천연 에너지원 및 인간이 만든 전원을 포함할 수 있고, 안정적일(크기에 있어서 변하지만 근본적으로는 일정한 전력을 제공) 수도 있고 안정적이지 않을(시간에 따라서 변하는 전력을 제공) 수도 있다. 입력 커플링 하드웨어(720)는 전체 인터페이스(예컨대, 케이블/와이어/트레이스에서부터 회로에 대한 커넥터/핀까지)를 포함하거나 단순히 인터페이스 회로를 포함하도록 고려될 수 있다. 인터페이스 회로는 본 명세서에서 설명된 바와 같은 그렇지 않으면 본 기술분야에서 알려진 임의의 타입의 개별 부품(예컨대, 저항, 커패시터, 인턱터/변압기, 다이오드, 또는 다른 전자 부품)을 포함할 수 있다.

게다가, 일부 실시 예들에서, 입력 커플링 하드웨어(720)는 스위치(예컨대, 전력 FET(field effect transistor)) 또는 하나 이상의 전원이 선택적으로 전력 추출기(730)와 연결되지 않도록 또는 분리되도록 하는 다른 유사한 메카니즘을 포함한다. 전원의 커플링(coupling) 및 디커플링(decoupling)은 예컨대, 전력 추출기의 관리부로부터 제어 신호를 통해서 수행될 수 있다.

입력측과 유사하게, 전력 추출기(730)가 출력 커플링 하드웨어(740)를 포함하거나 시스템(700)에서 전력 추출기(730)에 연결된 출력 커플링 하드웨어(740)가 존재할 수 있다. 출력 커플링 하드웨어(740)는 인터페이스 엘리먼트들(742-744)을 포함한다. 인터페이스 엘리먼트들(742-744)과 부하들(752-754) 사이에 일대일 관계가 존재할 수 있으나, 이러한 관계가 엄격하게 필수적인 것은 아니다. 하나 이상의 부하는 동일한 출력 커플링 하드웨어를 통해서 연결될 수 있다. 유사한 구성이 입력 커플링 하드웨어(720)에서 존재할 수 있는데, 소스들에 대한 엘리먼트들의 관계가 일대일일 수 있고 또는 다른 비율일 수 있다.

일대일이 아닌 비율에 있어서, 선택적으로 개별 소스들 또는 부하들을 온라인 및 오프라인하는 것에 대한 제한이 존재할 수 있다. 그룹 매칭이 반드시 덜 효율적인 것은 아니라도, 이러한 제한은 임피던스 매칭에 있어서 (이상적이지만 잠재적으로 달성가능한 것으로부터) 감소된 효율을 초래할 수 있다. 그러므로, 부하 및/또는 소스는 그룹으로 취급될 수 있고, 이것은 그룹으로 온라인 또는 오프라인될 수 있고, 그룹으로 임피던스 매칭될 수 있다.

부하들(752-754)은 또한 출력 커플링 하드웨어(740)를 통해서 선택적으로 전력 추출기(730)에 연결될 수 있다. 하나 이상의 부하는 관리 전략에 따라서 제어 신호를 통해서 연결되거나 분리될 수 있다. 전력 전송 관리기(734)는 일반적으로 임의의 타입의 전력 전송 관리 회로를 나타내고, 마이크로프로세서, FPGA(field programmable gate arrays), ASIC(application specific integrated circuits), PLA(programmable logic arrays), 마이크로콘트롤러, 또는 다른 하드웨어 제어 로직과 같은 하나 이상의 프로세싱 회로 엘리먼트를 포함할 수 있다. 전력 전송의 관리는 전력 전송 관리기(734)에 의해서 수행되고, 이것은 전력 전송 관리 전략에 따라 동작하도록 고려될 수 있다. 이러한 전략은 전력이 어떻게 전송될지 또는 전력 전송 관리기(734)가 전력 전송을 관리하기 위해 어떻게 동작할지를 제어한다. 전력 전송을 관리하기 위한 동작은 유효하거나 유효하지 않은 상태로 출력 라인들을 설정하는 것(예컨대, 마이크로프로세서 I/O 핀을 토글링하는 것), 혹은 다른 회로로 설정 콘트롤을 보내는 것을 포함할 수 있다.

전력 전송 관리기(734)는 전력 전송 회로(732)의 동작을 어떻게 제어할지를 결정하기 위하여 전력 변화에 대해 입력 전력을 모니터한다. 전력 전송 회로(732)는 이하에서 더욱 상세하게 설명되고, 일반적으로 전력 추출기(730)가 소스로부터의 전력을 부하로 보내기 위한 전력으로 변환하는 것을 가능하게 한다. 소스들 및 부하들을 선택적으로 연결 또는 분리하기 위한 능력에 있어서, 전력 전송 관리기(734)는 많은 전력 전송 시나리오들 중 임의의 것에 따라서 전력 전송을 조정하기 위한 로직을 포함할 수 있다. 이러한 능력은 전력 추출기(730)가 전송 효율을 유지하면서 동적 시스템 설정이 변화하는 것을 가능하게 한다.

전력 전송 관리기(734) 및 전력 추출기(730)는 시스템 설정에 따라 동적으로 그리고 연속적으로 조정할 수 있고, 입력 및/또는 출력 전력 커브를 연속적으로 모니터한다. 이 로직은 소스의 입력 및 부하의 요구사항에 대해 설명한다. 일부 실시 예들에서, 부하의 요구사항은 하드웨어를 모니터함으로써 결정될 수 있다. 더욱 간단한 방법은 의도된 부하의 전력 프로파일을 포함하는 것이고, 이것은 특정 부하를 위한 출력을 제어하도록 전력 전송 관리기(734)에게 알려준다. 전력 전송 관리기(734)는 부하 검출/모니터링을 기초로 해서 및/또는 외부 소스에 의한 부하 표시를 통해서(예컨대, 부하 자체가 어느 부하가 존재하는지를 나타내는 시스템 관리 개체 또는 마이크로프로세서상의 부하 핀을 트리거링하는 신호를 보냄) 어느 부하가 존재하는지, 그래서 어느 프로파일이 적용가능한지를 식별할 수 있다.

전형적인 시스템의 비효율 중 하나는 스위칭 공급기에 대해 "항상 온(always on)" 관점이라는 것이다. 전형적인 전력 전송 기술은 부하가 전력을 요구하지 않는 때조차 및/또는 소스가 이용가능하지 않은 때조차 전력을 소모했었다. 그러므로, 전력 전송 회로의 일부 부분은 항상 전력을 소모했었다. 일부 실시 예들에서, 전력 전송 관리기(734)는 전력 및/또는 부하의 존재를 기초로 하여 전력 추출기(730)를 자동으로 켜거나 끌 수 있다. 그러므로, 예를 들어 만일 입력 전력이 임계값(예컨대, 5V에서 1.0mA) 아래로 떨어진다면, 전력 전송 관리기(734)는 자동으로 슬립(sleep) 상태로 들어갈 수 있다. 전력이 임계값보다 높으면, 전력 전송 관리기(734)는 임의의 부하가 연결되었는지 또는 연결되어야 하는지를 결정할 수 있다. 소스 및/또는 부하의 부재시 전력 전송 관리기(734)는 제어 신호를 제공하지 않을 수 있고, 이것은 전력 전송을 하지 않도록 하거나 유효 회로를 비활성화시키기 위한 신호를 생성할 수 있다. 전력 전송 관리기(734)는 정교하게 구성될 수 있고 또는 이와 달리 시스템의 상태를 다시 체크하도록 시스템이 일정 시간(예컨대, 5분) 후에 웨이크 업(wake up)하는 것을 가능하게 하는 타이머 메카니즘을 포함할 수 있다.

일부 실시 예들에서, 전력 전송 관리기(734)에 의해서 구체화된 전력 관리의 개념은 여러 관점을 포함하도록 고려될 수 있다. 예를 들어, 전력 관리는 비즈니스 규칙 또는 제어를 포함할 수 있는데, 여기서 각각의 규칙은 전력 제어의 상이한 관점을 제어할 수 있고, 상이한 방식으로 동일한 전력 제어 관점을 제어할 수 있다. 비즈니스 규칙 및 제어는 하드웨어, 소프트웨어, 또는 일부 조합으로 구현될 수 있다. 비즈니스 규칙은 계획 규칙들로 나누어질 수 있는데, 이것은 임피던스 매칭을 볼 수 있고 전력 커브를 모니터할 수 있는 전략적 규칙이다. 관리 규칙은 복수의 입력들 및 복수의 출력들을 어떻게 처리할지에 대해 결정하는 전략적 규칙일 수 있다. 이 규칙들은 전력 추출기(730)의 특정 기능을 제공하는 파라미터들을 제공 및/또는 구현할 수 있다. 이러한 제어는 액션을 구현할 수 있고, 비즈니스 규칙을 실행할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 예들에서, 임피던스 매칭은 하나의 전원만을 매치할 수 있다. 선택적 매칭은 최고로 감지하도록 하는 입력 소스에 대해서 매치하도록 수행될 것이다.

일부 실시 예들에서, 부하에 전력을 어떻게 전송할지 결정하는 것 또는 전력 전송 전략을 결정하는 것은 전력 분배 규칙을 결정 또는 식별 및 선택하는 것을 포함한다. 이후, 전력 전송은 선택된 전력 분배 규칙에 따라서 일어난다. 전력 분배 규칙은 단순하거나 복잡할 수 있고, 일반적으로 다음과 같이 분류된다.

계층적 규칙은 다른 부하에 대해서 하나의 부하가 단지 우선하게 한다. 소스 전력이 아래 위로 오르내림에 따라, 부하로 전송된 전력은 다른 부하에 대해서 하나의 부하에 우선 대우를 줄 수 있다. 여러 백업 배터리들 중 하나의 재충전에 대해서는 낮은 선호도를 주면서, 임무수행에 필수적인 동작 회로를 선호하는 것이 일 예가 될 수 있다.

라운드 로빈(Round robin) 규칙은 전력을 분배하기 위한 스케줄을 도입한다. 예를 들어, 전력은 일정 시간 동안 하나의 부하에, 이후 다른 부하에, 이후 다른 부하에 분배될 수 있다. 그러므로, 모든 부하들은 주어진 일정 시간에 분배된 전력의 어느 일부를 받을 것이다. 할당-기반(Allocation-based) 규칙은 각각의 부하에 대해서 고정된 할당을 도입할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 모든 분배된 전력의 80%를 메인 배터리 충전에 할당하고, 하나 이상의 다른 부하들을 위해 20%를 남긴다.

시간 기반(Time based) 규칙은 시각(time of day) 또는 한 주의 시간을 기초로 하여 전력의 분배가 이루어지는 것을 허용한다. 예를 들어, 시스템은 일출/일몰 스케줄을 가지고 프로그램될 수 있고, 피크 태양 시간을 결정할 로직을 가질 수 있다. 그러므로, 전력은 특정 시각에 태양 패널로부터 피크에 있을 것으로 예상될 수 있다. 시각을 기초로 하여, 시스템을 하나의 전략 또는 다른 전략에 따라서 전력을 분배할 수 있다. 다른 시나리오에서, 시스템은 피크 부하 사용을 가리키는 이력 데이터를 가질 수 있다. 전력은 예상된 사용에 따라서 특정 시각에 분배될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 피크 입력 전력 및 피크 부하는 유효하게 결정되고 동적으로 처리될 수 있다는 점에 유의하라. 그리고, 시간 기반 규칙은 적용될 다른 규칙들을 위한 프레임워크로서 기능할 수 있다. 예를 들어, 특정 시각 동안 라운드 로빈이 이용되는 반면, 요구 기반(Demand based) 전략이 다른 시각에 채택될 수 있다.

기능 기반(Functionality based) 규칙은 시스템에서 부하의 기능 또는 목적에 따라 시스템이 전력을 할당하는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 기능적인 회로는 배터리 충전에 대해 우선권이 주어질 수 있다. 유사하게, 항공기에서 네비게이션 장비는 객실 조명에 비하여 우선 대우를 받을 수 있다. 요구 기반 규칙은 부하의 요구에 상응하도록 전력 전송을 조정할 수 있다. 요구 기반 규칙은 출력 커플링 하드웨어(740)에 검출 회로(도시하지 않음)의 추가를 요할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 전력 추출기(730)는 요구 기반 규칙을 구현하기 위하여 로드 밸런싱 로직(하드웨어 및/또는 소프트웨어)을 포함한다. 일부 실시 예들에서, 명령 기반(Command based) 규칙 또한 적용될 수 있다. 다시 말해, 중앙 스테이션 또는 다른 제어 개체는 전력이 어떻게 분배되어야 하는지에 대한 규칙을 제공할 수 있고, 이것은 시스템에 이미 있는 다른 규칙 또는 조건을 오버라이드(override)할 수 있다.

이미 제시된 바와 같이, 전력 분배 규칙은 연속적으로 적용될 수 있고, 많은 시나리오(예컨대, 요구, 시간, 전원의 수/힘, 또는 다른 변하는 조건에서의 변화) 중의 어느 하나에 대해서 조정될 수 있다.

전력 전송 관리기(734)는 연계된 임피던스 제어(736)를 포함하거나 가질 수 있다. 임피던스 제어(736)는 입력 커플링 하드웨어(720) 및/또는 출력 커플링 하드웨어(740)의 임피던스를 연계된 소스 또는 부하에 각각 매치시키는 하드웨어 및 소프트웨어를 가리킬 수 있다. 임피던스 매칭을 위한 기술은 상술하였으며, 여기서 반복하지는 않을 것이다.

도 8은 전력 추출기의 실시 예의 블록도이다. 전력 변화 분석 회로(820)는 전력 변화 검출 회로(830)를 포함한다. 전력 전송 회로(870)는 회로들(872, 874, 및 876)을 포함한다. 회로들(872 및 876)은 변압기 Tl(인덕터 Ll 및 L3을 포함함) 및 변압기 T2(인덕터 L2 및 L4를 포함함)를 포함한다. 회로(874)는 커패시터 Cl 및 C2와, Cl과 C2를 분리하고 인덕터 L3 및 L4에 연결된 노드 N5를 포함한다. 전원(802)은 노드 Nl의 컨덕터(804), 인터페이스 커넥터, 및 노드 Nl*를 통해서 인덕터 Ll에 연결된다. (*)는 외부로부터 시스템을 들여다 볼 때 보이는 등가 노드 또는 유효 노드를 나타낸다(Nl*는 소스(802)로부터 보이고, N2*는 부하(890)로부터 보임). 예들 들어, 인터페이스 커넥터는 플러그 용기일 수 있다. 만일, Nl, 인터페이스 커넥터, 및 Nl* 사이의 임피던스 차이가 상대적으로 작다면, 이들은 하나의 노드로 고려될 수 있다. 그렇지 않다면, 이들은 하나 이상의 노드로 고려될 것이다. 노드 N2*, 해당 인터페이스 커넥터, 및 노드 N2와 유사하게, 인덕터 Ll이 노드 Nl*와 N3 사이에 있고, 인덕터 L2가 노드 N4와 N2* 사이에 있다.

전력 변화 검출 회로(830)는 노드 Nl*에서 전력의 전력 변화를 검출하고, (엘리먼트(836)으로부터의) 컨덕터(838) 상의 스위칭 제어 신호를 비교 회로(840)의 하나의 입력에 제공한다. 일 실시 예에서, 전력 변화 검출 회로(830)는 전력 변화의 기울기를 검출하고, 전력 기울기 검출 회로(830)라고 불리 수 있고, 전력 기울기 표시 신호를 제공할 수 있다. 일 실시 예에서, 전력 기울기는 즉각적인 전력 기울기이다. 비교 회로(840)의 다른 입력은 파형 생성기 회로(826)로부터 톱니파와 같은 파형을 수신한다. 비교 회로(840)는 스위치들(Sl 및 S2)의 듀티 사이클(duty cycle)을 제어한다. 일 실시 예에서, 동시에 양쪽 모두 열리거나 닫히지 않는다(이들이 스위칭할 때 짧은 순간 천이하는 가능한 예외를 가짐). 파형 생성기 회로(826) 및 비교 회로(840)는 스위칭 제어 회로(880)에서 회로의 예이다.

S1이 닫히면, Cl 및 C2를 지나는 정전기 퍼텐셜이 변경되는 동안 Tl 및 T2에서 전자기장이 변하고, Cl 및 C2에서 정전기 퍼텐셜로 있는 동안 전원(802)으로부터의 에너지가 Tl 및 T2로 전자기적으로 분배된다. S1이 열리면, S2는 닫히고, T1에서의 자속(magnetic flux)이 감소하기 시작한다. 그러므로, Tl에 저장된 에너지는 N3을 통해서 회로(874)의 커패시터들(Cl 및 C2)을 통해서 흐르고, 에너지의 일부를 Cl 및 C2 상에 정전기장으로 보관하고, 에너지의 일부는 노드 N5 및 인덕터 L4를 통해서 회로(876)의 T2로 흐른다. T2에서 여분의 플럭스(flux) 또한 감소하기 시작하고, N2를 통해서 부하(890)로 에너지를 전송한다. 다시 S1이 닫히고 S2가 열리면, Cl 및 C2 상에 이전에 저장되어 있던 정전기 에너지의 일부를 소모하면서 자속 T2가 증가하는 동안 T1에서의 자속이 증가하기 시작한다. 그래서 회로(874)에 저장된 에너지는 방전되어 T2 및 부하로 전송된다. 적절한 주파수에서 스위치를 구동함으로써, Tl 및 T2가 포화(saturation)되도록 할 수 있고, 소스(802)로부터의 에너지를 부하에 효율적으로 전송하게 한다.

다중위상 에너지 전송은 입력들의 각도 바이섹터(bisector)와 등가인 자기 코어(magnetic core)에서 결과로 생긴 플럭스를 생성하도록 둘 이상의 단계적인 입력을 결합한다(주의: 각도의 각도 바이섹터는 각도를 형성하는 두 개의 선들(반직선들(half-lines))로부터 등거리인 점들의 궤적으로 알려져 있다). 전력 추출기의 이러한 실시 예에서, 커패시터들 Cl 및 C2은 Tl 및 T2의 2차 권선(각각 L3 및 L4)에 적용될 전류의 위상을 천이하기 위해 사용된다. 그러므로, 다중위상된 입력들은 T2 및 T3의 코어로 적용된다. 다중위상 입력의 합은, 변압기의 1차 권선 Ll 및 L3에서 플럭스의 증가 및 감소 동안 존재하는 기전력을 변경한다. 그 결과는 회로들(872 및 876)이 소스 및 부하에 각각 드러내는 임피던스의 무효 성분에서 높은 주파수 차이들의 (전력 추출기의 동작 주파수의 대역폭 내에서) 중화(neutralization)이다. 회로들(872 및 876)은 회로(874)와 인터페이스하고 다중위상 바이섹터 에너지 전송을 야기하는 다중위상 바이섹터 에너지 전송 회로일 수 있다.

회로(872)의 동적 속성에 기인하여, 전원(102)은 전력 추출기(810)의 인덕터 L1에서 등가의 임피던스를 "본다(see)". 인덕터 L2 및 부하(890)에서도 유사하다. 전력 추출기(810)의 입력 및 출력 임피던스는 Sl 및 S2의 듀티 사이클을 제어함으로써 조정된다. 전원(802)으로의 최적 임피던스 매칭은 전원으로부터 최대 전력 추출이 달성될 때 일어난다.

전력 기울기 검출 회로(830), 전력 변화 표시 신호, 및 비교 회로(840)는 전원(802)으로부터 최대 전력 추출(즉, ΔP/ΔV = 0)을 달성하기 위해 스위칭 회로(850)의 듀티 사이클을 제어하는 제어 루프의 일부이다. 제어 루프는 또한 전력 전송 회로(870)를 통해서 전력 전송의 효율에 영향을 주기 위해 스위칭 회로(850)의 스위칭 주파수를 제어할 수 있다. 단지 예로서, 주파수는 인덕터의 포화 한계에 따라서 100 KHz 내지 250 KHz 범위에 있을 수 있다. 그러나, 다른 실시 예들에서, 주파수들이 상당히 상이할 수 있다. 인덕터 및 관련 코어들 및 커패시터와 같은 다른 구성요소의 사이즈 및 다른 관점은 원하는 전력 전송 능력, 효율, 및 이용가능한 공간을 포함하는 다양한 기준을 만족하도록 선택될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 주파수는 파형 생성기 회로(826)로부터 파형의 주파수를 변화시킴으로써 변화될 수 있다. 일부 실시 예에서, 주파수는 전류의 온(on)-시간 상승이 에너지 전송 회로에서 최소 및 최대 전류 사이에 있는지 여부의 함수로서 제어 루프에 의해 제어된다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 스위칭 회로(850)의 듀티 사이클은 Sl 및 S2의 전체 온-시간에 대한 S1의 온-시간의 비율이다(즉, 듀티 사이클 = Sl/ (S1+S2)). 듀티 사이클은 다른 실시 예들에서 Sl 및/또는 S2와 연계된 상이한 비율에 의해 정의될 수 있다. 전원(802) 및 부하(890)의 전압들이 동일하고, 듀티 사이클이 50%일 때, 일부 실시 예들에서 전력 추출기(810)를 통해서 제로(zero) 전력 전송이 존재할 수 있다. 전원(802) 및 부하(890)의 전압이 상이하다면, 더 높거나 더 낮은 듀티 사이클이 전력 추출기(810)를 통해서 제로 전력 전송을 초래할 수 있다. 그러므로, 스위칭 회로(850)의 특정 듀티 사이클은 전력 전송 회로(870)를 통한 전력 전송의 특정 방향 또는 양에 구속되지 않는다.

전력 변경은 연속적으로 검출될 수 있고, 스위칭 제어 신호는 연속적으로 갱신될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 아날로그 회로를 사용하는 것은 연속적인 검출 및 갱신을 수행하기 위한 하나의 방법이다. (프로세서와 같은) 디지털 회로를 사용하는 것은 연속적인 검출 및 스위칭 제어 신호 갱신을 수행하기 위한 다른 방법이다. 일부 디지털 회로로부터 갱신이 어떤 의미에 있어서 정확히 연속적이지 않더라도, 모든 실용적 목적을 위해서 진정한 연속적 갱신으로서 동일한 결과를 낳으며 연속적이라고 고려될 수 있다. 예로서, 스위칭 제어 신호의 갱신은 또한 변화의 주파수가 제어 루프 대역폭 밖에 있으면 연속적이라고 고려될 수 있다. 일부 경우들에서, 스위칭 제어 신호의 갱신은 또한 변화의 주파수가 제어 대역폭 안에 있으면 연속적이라고 고려될 수 있다. 단지 예로서, 일부 구현에 있어서, 제어 루프 대역폭은 약 800 Hz일 수 있다. 다른 실시 예들에서, 제어 루프 대역폭은 800 Hz보다 더 높고, 아마 800 Hz보다 훨씬 더 높다. 또 다른 실시 예들에서, 제어 루프 대역폭은 800 Hz보다 낮고, 원하는 구현 및 수행에 따라서 400 Hz보다 낮을 수 있다.

프로세서/ASIC 및/또는 FPGA(field programmable gate array)(822)(이하, 프로세서(822)), 스케일링(scaling) 회로(824), 전류 센서들(CS)(862 및 864)이 또한 포함될 수 있다. 프로세서(822)는 노드 Nl*의 전압뿐 아니라 감지된 전류를 표시하는 신호를 수신한다. 문자 A 및 B는 전류 센서와 프로세서(822) 사이의 커넥션을 나타낸다. 일 실시 예에서, 프로세서(822)는 또한 정보를 모으고, 및/또는 서브(sub)-부하들로 제어를 제공한다. 전류 정보는 전력 전송의 비율, 양, 및 효율과 같은 정보를 표시하기 위해서 이용될 수 있다. 이러한 정보를 모으기 위한 하나의 이유는 (제2 모드와 같은) 보호 모드에 있는지 또는 (제1 모드와 같은) 보통 모드에 있는지를 결정하는 프로세서(822)를 위해서이다.

보호 모드에서, 프로세서(822)가 전력 추출기(810) 및 부하(890)에 보호를 제공하기 위해서 할 수 있는 다양한 것들이 존재한다. 한가지 옵션은 스위치 Sl 및 S2를 둘 다 개방하는 것이다. 다른 옵션은, 컨턱터(838) 상에서 스위칭 제어 신호를 생성하기 위해 전력 기울기 표시 신호와 함께 회로(836)에서 결합된 스케일링 회로(824)에 바이어스 신호를 제공하는 것이다. 예를 들어, 바이어스 신호가 스위칭 제어 신호가 매우 높도록 초래한다면, 듀티 사이클은 전류가 작도록 낮을 수 있다. 보호 모드에서 전력의 규제는 전력을 완전히 멈추도록 또는 단지 전력을 감소하도록 될 수 있다. 보호 모드에서, 목표는 전송된 전력을 더 이상 최대화하는 것이 아니다. 일부 실시 예들에서, 바이어스 신호는 단순히 보호 모드가 아닌 다른 목적을 위해서 행사된다.

게다가, 전류 센서들(852 및 854)은 스위치들(Sl 및 S2)을 통하는 전류를 표시하는 신호를 제공하고, 이것은 합산기(summer)(856)에서 합산된다. 전력은 합산기(856)로부터의 평균 전류와 관련이 있을 수 있다. 이들은 전력을 나타내는 신호를 제공하도록 적분기(858)에 제공될 수 있고, 이것은 미분기(832)에 의해서 미분되고, 증폭기(834)에 의해서 증폭된다.

도 9 내지 13은 각각 전력 전송회로의 실시 예의 블록도를 도시한다. 도 8의 전력 전송 회로는 도 9에서 다시 제작되고, 도 10 내지 13에서 도시된 다른 전력 전송 회로와 비교될 수 있다. 저항, 커패시터, 및 인덕터의 값들(Rl, R2, Cl, C2, C3, C4, Ll, L2, L3, L4, L5, 및 L6처럼)은 각 도면에서 반드시 동일한 것은 아니다. 회로들(872, 874, 및 876)의 변형에 대한 이하의 참조는 도 9에서 도시된 것을 참조하여 변형으로 이해될 것이다.

도 10을 참조하면, 회로(872 및 876)는 인덕터들(L3 및 L4)과 그라운드(그라운드) 사이에 RC 회로를 포함하도록 수정된다. 그러므로, 도 9에서 그라운드에 연결된 L3의 노드는 병렬로 Rl 및 C3에 연결되고, 이것은 차례로 그라운드에 연결된다. 유사하게, L4는 병렬로 R2 및 C4에 연결되고, 이것은 차례로 그라운드에 연결된다. 게다가, 회로(874)는 L3 및 L4 사이에 연결된 L5를 포함하도록 변형되고, L3 및 L4에 연결되는 것보다는 차라리 N5가 (가장 논리적으로 중간인) L5의 권선에 연결된다

도 11을 참조하면, 회로(872)는 L3과 그라운드 사이에서 저항(R1)을 포함하도록 변형되고, 회로(876)는 L4와 그라운드 사이에서 저항(R2)을 포함하도록 변형된다. 게다가, 회로(874)는 L3과 노드 N5 사이에서 인덕터(L5)를 그리고 L3과 L4 사이에서 커패시터(C3)를 포함하도록 변형된다.

도 12를 참조하면, 회로(872)는 L3에 연결된 인덕터 L5를 포함하도록 변형되고, 차례로 L5는 Rl 및 C3의 병렬 RC 회로에 연결되고 그라운드된다. 유사하게, 회로(876)은 L4에 연결된 인덕터(L6)를 포함하도록 변형되고, 여기서 L6은 병렬로 R2 및 C4에 연결되고 그라운드된다.

도 13을 참조하면, 회로(872)는 L3과 그라운드 사이에서 인덕터(L5)를 포함하도록 변형되고, 회로(876)는 L4와 그라운드 사이에서 인덕터(L6)를 포함하도록 변형된다. 회로(874)는 L3과 N5 사이에서 R1을 연결하도록 변형되는 한편, R2는 IA 및 N5 사이에서 연결된다. 게다가, 커패시터(C3) L3과 Rl과 그라운드 사이에서 연결된다. 유사하게, 커패시터(C4)는 IA와 R2와 그라운드 사이에서 연결된다.

도 14는 국부 소스에 이웃하는 계통 부하로의 유틸리티 계통 및 국부 소스로부터의 전력의 코제너레이션(cogeneration)의 실시 예의 블록도이다. 시스템(1400)은 역률을 조절하면서 국부 소스로부터의 전력을 계통-연계 부하로 전송한다. 시스템(1400)은 메타스테이블 소스(1410), 인버터(1420), 부하(Z1402), 및 유틸리티 전력 계통(1430)을 포함하는 전력 시스템을 나타낸다. 부하 Z1402는 계통(1430)에 연계된 제1 소비자 구역을 나타내고, 부하 Z1404는 계통(1430)에 연계된 제2 소비자 구역을 나타낸다. 부하 Z1404는 부하 Z1402처럼 계통(130)으로의 커넥션 포인트와 관련하여 동일한 전기 시스템 내에 있지 않으며, 그래서 부하 Z1402에 대해 국부(local)이 아니다.

하지만, 부하 Z1402에 대해 국부인 전원으로부터 생성된 전력 출력이 주목할만한 효과를 가지고 부하 Z1404로 향해진다는 점에서 부하 Z1404는 이웃(neighbor)일 수 있다. 부하가 지리적으로 충분히 멀리 떨어져 있어서 부하 Z1402로부터 Z1404로의 전력 전송의 효과가 전체로서 계통에 대한 효과보다 무시할만한 정도로 더 크다면, 부하는 전원의 전기적 목적을 위한 이웃이 아니다.

소스(1410) 및 인버터(1420)는 부하(Z1402)에 대해 국부이고, 부하에 전력을 제공한다. 일 실시 예에서, 정상적인 동작하에서, DC 전력은 소스(1410)로부터 인출되고, 인버터(1420)에 의해서 추출되고, 반전되고, 동적으로 취급되어, 전력 계통(1430)으로부터의 AC 전압 신호와 완전히 동상으로, 고조파 왜곡 및 차이가 상대적으로 없는 최대 AC 전류를 동적으로 생성한다. 계통 AC 전압과 동상으로 생성되 AC 전류를 놓는 것은 유니티(unity) 또는 유니티에 가까운 역률을 가지고 AC 전력을 부하 Z1402로 생성하고, 부하에 의해 인출된 모든 무효 전력이 계통(1430)으로부터 온다는 것을 의미한다. 만일 소스(1410)가 부하 Z1402의 실제 전력 요구를 만족시키기 위해 필요한 것보다 더 많은 에너지를 생성한다면, 교정된 전력 및 왜곡이 필터링된 전력이 추가적 분배를 위해서 계통(1430)에 전달될 수 있다.

계통(1430)으로 전력을 전송하기 위한 임계 전압이 계통의 평균 전압보다 3-5% 넘을 수 있다. 이상적으로, 부하 Z1402에 연계된 소비자는, 계통(1430)으로부터 소비된 전력의 비용으로부터 공제로서 또는 현금 지불의 형태로, 계통(1430)에 제공된 과잉 전력의 값에 대해 보상받을 것이다.

계통(1430)에 피드백되는 소스(1410)로부터의 과도 전력은 이웃 부하(예컨대, 제2 계통 소비자의 부하 Z1404)의 부하 요구조건을 만족시키기 위해 전달될 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 전력은 하나의 변압기를 넘어서 전송될 수 있다. 계통(1430)에 전형적인 코제너레이션 전력(원하는 역률 및 왜곡 특징을 갖는 전력)을 제공하는 것뿐 아니라, 시스템(1400)의 동작은 특히 피크 전력 소비의 시점에서 계통(1430)(예컨대, 유틸리티(utility) 회사)에 더욱 바람직할 수 있는 다른 특징을 갖는 전력을 제공하도록 변형될 수 있다.

더욱 구체적으로, 인버터(1420)는 다른 것보다 앞서거나 뒤지는 전류 및 전압을 갖는 전력을 생성하도록 (정적으로 또는 동적으로) 설정될 수 있다. 이러한 식으로, 부하 Z1402의 영역 내에서 용량성 또는 유도성 전력, 각각의 증가에 대응하거나 오프셋하도록 유틸리티에 의해서 이용될 수 있는 유도성 또는 용량성 무효 전력을 나타내는 전력 삼각형을 가지고 전력이 만들어질 수 있다. 다시 말해, 계통 상에서 하나의 인버터(120)에 의해 생성된 전위 효과(potential effect)는 전력 계통을 따라서 한 개 또는 두 개의 홉(hop)을 넘지 않고 전송될 수 있다. 하지만, 영역에서 하나 또는 복수의 인버터는 예컨대, 이웃의 그룹들 중 그 국부 영역에서 제어를 제공하는데 효과적일 수 있다. 다수의 이웃들에서 그러한 인버터를 가짐으로써 이러한 효과가 배가되는 경우에, 계통은 유틸리티 전력 계통 제어뿐 아니라 국부에 의해서 더욱 효과적으로 관리될 수 있다.

도 15는 역률 강화 전원 공급기의 실시 예의 블록도이다. 다양한 실시 예들에서, 전원 공급기의 효율은 역률 강화를 기초로 하여 증가될 수 있다. AC/DC 전원 공급기는 공급기에 공급된 AC 전력을 부하에 전달된 DC 전력과 비교함으로써 측정된 효율을 가진다. 시스템(1500)에서 도시된 바와 같은 역률 조절에 있어서, 더 높은 효율의 전원 공급기는 본 명세서에서 도시된 바와 같은 역률 제어의 원리를 기초로 하여 제공될 수 있다.

시스템(1500)은 계통 AC(1510)을 포함하고, 이것은 AC 전원이다. 전형적인 시스템에서 수행되었을 바와 같이 AC/DC 컨버터(1524)에 AC 입력을 직접 보내는 것보다는 차라리, 역률(PF) 강화 전원 공급기(1520)(이하, "전원 공급기(1520)")가 먼저 들어오는 AC 전력의 역률을 조절한다. 역률 조절기(1522)는 입력에서 유니티의 또는 유니티에 가까운 역률을 갖는 전원 공급기(1520)로 전력을 전달하기 위해 소스(1510)로부터의 입력 AC 신호를 변형한다. 유니티에서 또는 유니티에 가깝게, 또는 다른 것과 동상으로 하나의 신호를 놓는 것은 역률이 유니티로부터 작은 퍼센티지 점수의 공차(tolerance) 내에 있다는 것을 의미한다고 이해될 수 있다. 역률은 즉각 유니티로 도달할 수 없지만, 시스템이 원하는 값으로 역률을 조절하도록 수 초에 달하는 조정 시기가 존재할 수 있다는 것이 이해될 것이다.

전원 공급기의 입력에서 유니티의 또는 유니티에 가까운 역률을 생성함으로써, 더 많은 실전력(real power)이 전원 공급기(1520)로 전달될 수 있고, 이것은 차례로 DC 부하(1530)로의 전력 전달의 효율을 증가시킨다. 그러므로, 소스(1510)에 의해서 제공된 전력의 관점에서 결합된 역률 조절기 및 전원 공급기의 효율은 전형적인 전원 공급기만의 것보다 크다.

도 16a 내지 16b는 역률 조절에 의해 제어되는 위상, 유효 전력, 및 무효 전력의 실시 예를 도시한다. 본 기술분야에서 이해되는 바와 같이, 용어 "무효 전력(reactive power)"은 90도로 위상의 차이가 나는 전압 및 전류와 관련된 전력을 가리킨다. 다른 양, 예컨대, 80도 또는 30로 위상의 차이가 나는 각도의 전력은 유효 및 무효 전력 양자의 "혼합(mixture)"이다.

도 16a에서 도시된 바와 같은 직각 삼각형을 고려하라, 이 삼각형에서, 밑변(1606)은 전압 파형을 나타내고, 빗변(1604)은 전류 파형을 나타낸다. 전압 파형과 전류 파형 사이의 각도(1602)는 유효 전력과 피상 전력 사이에서와 동일한 각도이다. 전류 파형과 전압 파형 사이의 각도를 조정하는 것은 역률을 원하는 값으로 또는 원하는 값을 향하여 조절하는 것이다.

도 16b에서 유효 전력의 양을 나타내는 밑변(1614)과 무효 전력을 나타내는 수직변(1616)을 가진 직각 삼각형을 도시한다. 그러므로, 수평 또는 밑변과 빗변(피상 전력(1612)) 사이의 각도(1602)는 이들 전력을 함께 생성하는 전압과 전류 사이의 각도와 동일하다. 빗변(1612)의 길이는 일정해서, 원주(1610)를 탄다는 것이 이해될 것이다. 빗변(1612)은 "피상(apparent)" 전력을 나타낸다. 각도(1602)가 증가함에 따라서, 유효 전력(1614)이 감소하는 반면, 무효 전력(1616)이 증가한다. 그러므로, 위상 각도를 조절함으로써 유효 전력 및 무효 전력을 제어하는 것이 가능하다.

용어 "역률(power factor)"은 피상 전력(apparent power)(1612)에 대한 유효 전력(active power)(1614)의 비율로 언급된다. 피상 전력은 여전히 불변임을 이해하게 되고; 따라서 각도(1602)가 증가함에 따라, 역률은 감소한다. 따라서, 정확하게 의미하지만, 상당히 짧은, "전압 및 전류 사이의 위상각"에 대한 용어가 "역률"이다. 기술적 언어에서, 두 용어는 서로 교환하여 사용할 수 있다. 위상각(1602)이 0의 값을 갖을 때, 최대 역률은 1과 동등하다. 위상각(1602)이 90도일 때, 최소 역률은 0과 동등하다.

역률에 의한 전기 계통 연계에서 임의 파형의 적응형 생성 및 제어의 출현은 인버터의 출력에서 관리 및 제어될 수 있다. 이는 무효 전력을 구비하는 국부 분배 시스템을 제공하는 양자택일 수단을 제공하기 때문에, 인버터의 출력에서 역률의 제어는 유틸리티들에 대해 유익하다. 따라서, 그들이 그를 스스로 산출하거나 그를 국부적으로 보상해야만 하는 것 보다, 국부 소스(예컨대, 태양 광전지 시스템(solar photovoltaic (PV) systems))가 이 무효전력을 공급할 때, 유틸리티들은 상당히 금액(sums)을 절약하게 된다.

미국 캘리포니아주는 최근 태양 PV 소유자가 계통에 대해 유효 및 무효 전력 공급할 때 유효 및 무효 전력 양쪽에 대해 태양 PV 소유자에게 요금을 지불하는 상태에서 동작하는 유틸리티들을 요구한다. 이는 다른 주(states)가 적절하게 뒤따르게 됨이 기대된다. 따라서, 그들의 동의된 요금 및/또는 PPA에 따라 양쪽 형태의 전력의 혼합을 공급하는 PV 소유자에 대해 상당한 이익이 있게 된다.

따라서, 유틸리티들은 역률 제어 PV 시스템을 구축하도록 PV 소유자를 격려하는 요금을 산출하는데에 대해 인센티브를 갖는 한편, PV 소유자는 PV 시스템 상에서 그들을 이용하는데에 대해 인센티브를 갖는다. 계통 조절(예컨대, 시각, 무효 및/또는 유효 전력 요구)을 기초로 하는 PV(예컨대, 다른 국부 소스)로부터 계통에 대한 전력 공급은 유틸리티와 소비자 양쪽에 대해 이익을 야기시킬 수 있게 된다,

도 17은 국부 부하에서 역률을 제어하는 시스템의 실시 예의 블록도이다. 시스템(170)은, 전기 측정 계기(1730)(이하, 계기(1730)로 칭함)를 통해 유틸리티 전기 계통(1740)(이하, "계통(grid)(1740)"으로 칭함)에 연계된, 포인트 "A"에서 역률을 제어하는, 전형적인 인버터(1720)(예컨대, 태양 PV 인버터)를 나타낸다. 포인트 B는 국부 부하(Z1702) 및 그와 관련된 전기 시스템(예컨대, 소스(1710) 및 인버터(1720)를 포함하는)을 위한 계통(1740)에 대한 연결의 포인트를 나타낸다. 유효 및 무효 전력의 적절한 혼합(mix)을 제공함으로써, 계기(1730)에서 요금의 동의된 엘리먼트에 따라, 소스(1710)의 소유자에 대한 이익은 최대화된다. 이러한 제어 및 관리는, 양쪽이 인버터(1720) 자체에 내장된, 예컨대 원격 제어 알고리즘(1728)에 대한 원격 제어 통신에 의해, 또는 자동 소프트웨어 알고리즘(1726)에 의해 주문을 야기시킬 수 있다. 인버터(1720)는 또한 상기한 바와 같이 전력 전송 기능을 제공하는 반전 프로세서(1722)를 포함한다. 반전 콘트롤러(1724)는 전력을 변환하고 역률을 조절하도록 반전 프로세서(1722)의 동작을 제어한다.

포인트 A에서 역률을 제어함으로써 포인트 B 또는 포인트 C에서 역률을 제어하는 것이 가능하다. 포인트 C는 계통 상의 어디에서라도 해석될 수 있음을 이해하게 된다. 계기(1730)로부터 너무 멀리 떨어진 역률을 제어하기 위해 시도하는데에 대한 거리에는 실질적 한계가 있다. 따라서, 포인트 C는 계기를 바로 지나거나, 계기를 지나는 몇몇 합당한 거리일 수 있다. 모니터링이 이웃이나 지역(geographic area)에 있는 전체 또는 많은 어레이를 위한 유틸리티(예컨대, WiFi(예컨대, 802.1X 무선 시스템))에 의해 수행되어질 수 있는 구현이 존재한다. 역률에 대해 자동적으로 보정을 하는 PV 어레이의 이웃이 있는 것으로 가정하면, 그들은 유틸리티가 그 출력 역률을 제어하도록 이웃하는 소유자와의 요금 동의를 갖고 있다면 유틸리티의 이익에 대해 조정할 수 있다. 이러한 구현에 있어서, 그 인버터는 계기를 지나는 역률을 알기를 필요로 하지만, 의미가 없는 너무 멀리 떨어진 것은 아니다.

도 18은 국부 부하에서 역률을 제어함으로써 계통-직면 연결(grid-facing connection) 상의 역률을 제어하는 시스템의 실시 예의 블록도이다. 시스템(1800)은 포인트 A에서 역률을 제어함으로써 포인트 B 또는 포인트 C에서의 역률을 제어하는 것을 설명한다. 시간의 어느 순간에서, 국부 부하(Z1802)로 흐르는 전력의 양은 부하의 특징만에 의해 영향을 미치고, 그외의 다른 것에 의하지는 않는다. 해당 전력은 인버터(1810)(국부 소스로부터)로부터, 계통(1830)으로부터, 또는 양쪽 모두로부터 도래할 수 있다. 인버터(1810) 및 계통(1830) 양쪽은 (상기 도 16a 및 도 16b에서 언급된) 유효 및 무효 전력 양쪽을 구성하는 피상 전력을 생산한다.

따라서, 확립된 요금이 계통(1830)에 의해 공급된 유효 전력에 대해서만 지불하는 Z1802의 소비자를 갖는다면, 소비자에 대한 최상의 이익은 계기(1820)를 가로지르는 계통으로부터의 유효 전력의 흐름을 감소시키는 것이다. 이 경우, 국부 부하(Z1802)의 요구를 만족시키기 위해, 인버터(1810)는 무효 전력이 없는 모든 유효 전력을 공급해야 한다. 이때 부하(Z1802)에 의해 필요로 된 무효 전력은 계통에 의해 전체적으로 공급된다. 포인트 A에서의 위상각의 감소는 계통으로부터 도래하도록 모든 무효 전력을 야기시키는 필요성이 있게 된다. 인버터(1810)로부터의 전력의 역률이 유니티(unity)(1)이면, 이때 인버터(1810)로부터 도래하는 무효 전력 성분은 제로이고, 모든 무효 전력은 계통(1830)에 의해 공급되어야함을 이해하게 된다. 따라서, 포인트 A에서 전력 전달의 제어는 반드시 포인트 B로부터 전기 시스템으로 도입되는 전력에 영향을 미친다.

한편, 확립된 요금이 소비자로 하여금 유효 전력 보다 무효 전력에 대해 더 높은 비용을 지불하도록 요구하면, 계통이, 전체가 아닌, 대부분의 부하의 유효 전력 요구를 공급하게 하는 동안, 최상의 이익은 무효 전력을 위한 부하(Z1802)의 모든 요구를 제공하는 인버터를 위한 것이다. 포인트 A에서의 위상각의 증가는 상기와 유사한 이유를 위한 목표를 달성하게 된다.

확립된 요금에 따른 소비자에 대한 최상의 이익은 유효 및 무효 전력의 혼합을 생산하는 것이 될 수 있다. 어느 정도까지 양쪽은 국부 전원으로부터 공급되어질 수 있고, 국부 부하의 필요성은 국부 소스에 의해 만족될 수 있다. 어느 정도까지 국부 소스는 국부 부하 요구 이상을 공급하고, 생성되어 조절된 전력의 나머지는 계통(1830) 상으로 흘러나갈 수 있다.

따라서, 소비자에 대한 "최상의 이익(best benefit)"은 무엇이 확립된 요금에 영향을 미치는가에 의존하게 됨을 이해할 수 있게 된다. 많은 경우에 있어서, 최상의 이익은 동적으로 계산되어 실시간에서 적용될 수 있다. 예컨대, 인버터(1810)의 제어장치에 매립된 소프트웨어 알고리즘은 계산을 수행할 수 있다. 다른 시간 및 상황에서, "최상의 이익" 설정은 통신 링크를 통해 원격적으로 적용되어질 수 있다.

도 19는 전원 팜(power source farm)에서 역률을 제어함으로써 계통 연결에서 역률을 제어하는 시스템의 실시 예의 블록도이다. 매우 큰 PV 어레이, 또는 그린 에너지 팜(farm)"("솔라 팜(solar farm)과 같은)과 같은, 큰 국부 전원의 경우, 몇몇 특정 순간에서의 "최상의 이익"은 소비자의 요구 대신 유틸리티의 요구에 의해 제어될 수 있다. 예컨대, 유틸리티는 강하되는 전압을 지지하도록 계통에 대해 무효 전력의 삽입의 필요가 있을 수 있다. 이러한 경우, 유틸리티는 솔라 팜의 출력에서 역률 설정을 제어하는 권한을 유틸리이에 부여하는, PPA(power purchase agreement)에 첨부된, 요금을 생각하게 된다. 역률 설정은 국부 결정으로 만들어지기 보다는 유틸리티에 의해 원격적으로 제어될 수 있다.

시스템(1900)은 마스터 콘트롤러에 의해 제어된 전원 "팜(farm)"의 이러한 시나리오를 설명한다. 시스템(1900)은 다중 인버터(1912∼1916)를 포함한다. 각 인버터는 각각 관련된 원격 제어 메카니즘(1922∼1926)을 갖는다. 원격 제어 메카니즘은 (코넥터, 물리적 네트워킹 인터페이스, 프로토콜 스택, 및 원격적으로 명령을 수신 및 통신하는데 필요한 그 외의 것을 포함하는) 통신 인터페이스를 포함한다. 이때, 원격 제어 메카니즘은 또한 성능을 조정하기 위해 원격적으로 수신된 명령 또는 관련된 인버터의 출력을 인가하는 제어 로직을 갖는다.

인버터의 동작은 다른 도면과 관련하여 앞에서 설명되었다. 피드백 신호에 응답하여 변화의 적용에 부가하여, 또는 피드백 신호에 응답하여 변화의 적용 대신, 인버터는 원격 명령에 응답하여 변화를 적용할 수 있다. 명령은 원하는 역률, 델타 또는 보정 값, 적용되어질 수 있는 상대 값을 나타내거나, 국부적 측정 및 측정된 값을 기초로 하는 보정을 나타낸다.

마스터 콘트롤러(1932)는 유틸리티에 위치할 수 있거나, (예컨대, 계통(1950)에 대한 포인트의 동일 측 상의) 인버터와 동일한 전기 시스템 내에 위치된 마스터 콘트롤러일 수 있다. 마스터 콘트롤러(1932)는 계통의 조절을 기초로 어떠한 역률이 인버터로부터 인가되어야 하는가를 결정하기 위해 마스터 콘트롤러를 인에이블하는 소프트웨어 알고리즘 메카니즘(1934)을 포함한다. 원격 제어 알고리즘(1936)은 인버터와 통신하도록 마스터 콘트롤러(1932)에 의해 이용된 메카니즘을 나타낸다.

각 인버터(1912∼1916)는 특정 역률에 대해 개별적으로 설정될 수 있고, 공동 작용에서 다중 장치의 누적 효과는 특정 역률에서 조절되고 필터링된 전력을 제공하게 됨을 이해하게 된다. 인버터는 개별적으로 다른 역률에서 동작하는 것을 생각할 수 있는 한편, 전체 시스템으로서 특정 역률에서 전력을 제공하고, 목표 전력 전달 조건(역률, 전압, 및 주파수)에서 각 인버터를 동작시킴에 있어 더욱 효율적일 수 있다. 이러한 접근에 대한 하나의 이점은 계기(1940)에서 포인트 B를 통해 계통(1950)에 대한 인버터의 인터페이싱이, 각 인버터가 다른 설정에서 동작하는 것 보다, 더욱 간단하고 더욱 효과적이라는 것이다.

시스템(1900)의 구성에 따르면, 비상사태 동안, 유틸리티는 대다수의 무효 전력을 생산하도록 팜의 인버터의 전체 또는 몇몇을 원격적으로 명령하게 된다. 시스템(1900)에 있어서 국부 부하는 없지만 오히려 계통(1950)은 전력의 무한 싱크(sink)로서 기능하게 됨을 이해하게 된다. 계통은 유효 또는 무효 전력을 취하게 된다. 따라서, 유틸리티는 어떠한 경우에도 그들은 계통 전압을 안정화하는데 필요한 전력의 혼합을 생산하도록 인버터를 명령할 수 있다. 따라서, 다양한 포인트 Al, A2, ..., AN에서의 제어는, 적어도 소정 영역 내에서, 포인트 B 및 C에서 계통에 영향을 미칠 수 있다.

설명된 바와 같이, 역률 조절은 각 인버터(1912∼1916)의 출력(포인트 A1∼AN)에서, 그리고 각 인버터 내에 매립된 소프트웨어 알고리즘(들)을 자동적으로 이용하는 계통 연계형 전기 계기(포인트 B 및/또는 포인트 C)에서 유효 및 무효 전력의 혼합의 선택을 위한 메카니즘을 제공한다. 더욱이, 시스템(1900)은 각 인버터에 내장된 소프트웨어 프로토콜을 이용하여 통신 인터페이스(예컨대, 인터넷 브라우저, 전화, 무선 또는 다른 통신 방법)를 거쳐 이러한 혼합의 원격 선택 및 확립을 위한 메카니즘을 제공한다. 더욱이, 시스템(1900)은 각 인버터의 자동 메카니즘 및/또는 원격 통신 메카니즘을 이용해서, 하나 이상의 슬레이브 인버터(slave inverters)로부터 방사하는 유효 및 무효 전력의 원하는 혼합을 제어하도록 마스터 콘트롤러(1932)를 위한 메카니즘을 제공한다.

도 20, 도 21, 도 22는 부하에 전력을 제공하고 전기 계통에 대해 초과 전력을 전달하는데 이용된 다양한 메카니즘을 설명한다. 도 20은, 정보를 단일 인버터에 공급하는, 계통에서 역률을 확인하도록 계통 모니터링의 이용에 촛점이 맞추어져 있고, 여기서 내부 알고리즘은 유효 및 무효 전력의 바람직한 혼합을 결정한다. 도 21은 통신 매체 또는 인터넷, 셀 폰 라인인 통신 라인, 또는 원격 역률 설정을 허용하는 다른 통신 매체를 거치는 통신 프로토콜의 이용에 촛점이 맞추어져 있다. 원격 통신은 소유자 제어 보다는 역률 설정의 유틸리티 제어를 위해 허용될 수 있다. 이러한 제어는 시스템(2100)의 그것과 같은 구성에서 가능하다. 도 22는 단일 인버터 또는 인버터의 그룹에 대한 원하는 출력 혼합에 영향을 미치는, 마스터 콘트롤러의 이용에 촛점이 맞추어져 있다. 마스터 콘트롤러는 그 내부 소프트웨어 알고리즘에 의존하는 자동 메카니즘, 또는 원격 통신에 의존하는 원격 통신 메카니즘에 따라 기능할 수 있다.

도 20은 역률 피드백 메카니즘의 실시 예의 블록도이다. 시스템(2000)은, 반전 프로세서(2022), 반전 콘트롤러(2024), 및 소프트웨어 알고리즘(2026)을 포함하는, 인버터(2020)에 대해 DC 전력을 제공하는 소스(2010)를 설명한다. 전력은 인버터(2020)로부터 부하(Z2002)로 전달된다. 시스템(2000)은 또한 역률 피드백(2032)에 따른 포인트 B에서의 역률의 모니터링을 설명한다. 한편, 모니터링은 계기(2030) 너머의 포인트 C 뿐만 아니라 포인트 B에서도 야기된다.

포인트 B 또는 포인트 C에서 역률의 모니터링은 실제 역률과 원하는 역률을 비교하도록 소프트웨어 알고리즘(2026)(예컨대, 제어 로직)을 허용하고, 따라서 포인트 A에서 인버터(2020)의 출력 전력을 자체-규제(self-regulate)한다. 위에서 나타낸 바와 같이, 포인트 A에서 출력을 제어함으로써, 인버터(2020)는 계통-연계형 연결의 역률 또는 최상의 이익의 값을 향하는 계통에 대해 찾아지는 연결의 포인트를 이동시킨다. 최상의 이익은 항상 유니티(unity)의 역률일 수는 없다. 상기한 바와 같이, 역률은 전력 계통 조절 뿐만 아니라 요금 조절을 기초로 하는 값에서 최상의 세트일 수 있다. 알고리즘(들)(2026)은, 유틸리티가 이러한 요금을 요구하는 어느 그리고 모든 팩터를 포함하는, 현재 적용가능한 요금에 의존하는 "최상의 이익" 계산을 이용한다.

도 21은 원격적으로 역률을 제어하는 통신 시스템의 실시 예의 블록도이다. 시스템(2100)은, 반전 프로세서(2122), 반전 콘트롤러(2124), 소프트웨어 알고리즘(2126), 및 원격 제어 메카니즘(2128)을 포함하는, 인버터(2120)에 대해 DC 전력을 공급하는 소스(2110)를 설명한다. 전력은 인버터(2120)로부터 부하(Z2120)로 전달된다. 계통(2140)으로부터의 전력은 계기(2130)에서 측정된다. 역률은 포인트 B(또는 몇몇 다른 포인트 C)에서 측정되어질 수 있고 역률 피드백(2132)으로서 소프트웨어 알고리즘(2126)에 대해 제공된다.

시스템(2100)은 원격 통신(2162)의 이용을 또한 설명한다. 통신의 각 형태는 다른 통신 프로토콜을 이용할 수 있다. 원격 제어(2128)는 하나 또는 다중 통신 메카니즘을 위한 지지를 포함한다. 이러한 메카니즘은, 예컨대 웹 브라우저(2152)에 의한 인터넷을 거치는, 셀-폰 또는 다른 이동 적용(2154)에 의한, (RF 대역에서의 어느 신호에 의한) 무선 전송기(2156)에 의한, 가정 또는 통신 무선 시스템(예컨대, IEEE 802.1x 시스템)(2158)에 의한, 텔넷(2160; Telnet) 또는 다른 다이얼-업 메카니즘을 매개로, 또는 다른 통신 메카니즘에 의한, 통신을 포함한다. 이러한 통신 포탈(communication portals)은 인버터(2120)의 역률 콘트롤러 메카니즘(예컨대, 소프트웨어 알고리즘(2126), 반전 콘트롤러(2124), 및 반전 프로세서(2122))에 대해, 부하(Z2102)에 대해 원격 위치에서 만들어지는, 명령을 공급한다. 반전 콘트롤러(2124)는, 계통(2140) 상의 포인트 B 및 C에서 역률을 궁극적으로 변화시키는, 포인트 A에서 역률을 변화시킨다. 통신 프로토콜은, 원격 콘트롤러에 대해 만들어지는 포인트 A, 포인트 B, 및/또는 포인트 C에서, 현재 역률 설정 상의 정보를 허용하는, 2개의 방향 통신(two direction communications)을 포함한다. 1실시 예에 있어서, 원격 콘트롤러는 국부적으로 만들어지는 이러한 결정을 허용하는 대신, 또는 국부적으로 만들어진 이러한 결정을 오버라이드(override)하도록, "최상의 이익" 역률 설정의 결정을 만든다.

도 22는 마스터/슬레이브 구성을 갖는 역률을 제어하는 시스템의 실시 예의 블록도이다. 시스템(2200)은, 각각 관련 원격 제어 메카니즘(2222∼2226)을 갖는, 다중 인버터(2212∼2216)를 포함한다. 각 인버터는 계기(2240)를 통해 계통(2250)으로 전달하도록 유효 및 무효 전력의 특정 혼합을 제공할 수 있다. 각 인버터(2212∼2216)는 유효 포인트(effective 포인트) A: Al, A2, ..., AN를 갖춘 것을 나타낸다. 소정 실시 예에 있어서 모든 이들 포인트는 동일한 포인트로 됨을 이해하게 된다. 모든 인버터의 출력은 결합되어 계통으로 전달된다.

마스터 콘트롤러(2232)는 원격 통신 메카니즘을 이용해서 시스템(2200)의 하나 이상의 개별 인버터(2212∼2216)로 명령을 보낸다. 마스터 콘트롤러(2232)는 원격 제어(2222-2226)를 매개로 통신 시스템을 통해 개별 인버터 "슬레이브(slaves)"를 제어한다. 1실시 예에 있어서, 마스터 콘트롤러(2232)는 개별 인버터의 동작을 어떻게 안내하는가를 결정하도록 그 자신의 내부 소프트웨어 알고리즘(2234)을 인가하고, 이는 상기 도 19에서 설명되었다. 한편, 마스터 콘트롤러(2232)는 하나 이상의 원격 위치를 갖는 통신에 대한 원격 통신 알고리즘(2236)을 매개로 그 자신의 통신 채널(들)을 이용할 수 있다. 원격 통신의 경우, 명령은 웹 브라우저(2252)에 의한 인터넷을 거치는, 셀-폰 또는 다른 이동 적용(2254)에 의한, 무선 전송기(2256)에 의한, 무선 시스템(2258)에 의한, 텔넷(2260)을 매개로, 또는 다른 형태의 대화형 채널 및 프로토콜과 같은 통신 포탈을 거쳐 마스터 콘트롤러(2232)에 나타날 수 있다. 이러한 명령은, 처리 후, 슬레이브 인버터(2212∼2216)에 대해 마스터 콘트롤러(2232)에 의해 향해지게 된다. 이때, 따라서 슬레이브 인버터는 A에서 역률을 변화시키고, 따라서 계통(2250) 상의 포인트 B 및 C에서 역률에 영향을 미치게 된다.

도 23은 역률 제어를 위한 제어 프로세스의 실시 예의 블록도이다. 제어 프로세스는, 예컨대 위에서 무엇이 설명되었는가에 따라, 인버터 또는 마스터 콘트롤러의 소프트웨어 알고리즘에 의해, 구현될 수 있음이 설명된다. 비교 알고리즘(2310)은 시각(2314), 연결된 전원(2316)으로부터 현재 이용가능한 전력, 및 요금 특징(2312)에 관한 입력을 수신한다. 비교 알고리즘은 가변 계산(variable calculations)으로서, 또는 상태 머신(state machine)에서, 테이블 룩업(table lookups)으로서 구현되어질 수 있다. 시각(시각)(2314)은 클럭 입력에 의해 결정된다. 요금 특징(2312)은 유틸리티 회사로부터 적절한 가장 현재의 요금을 나타내도록 시스템에 구성된다. 요금 특징은 규칙의 세트로서 또는 상태 머신에서 구현되어진다. 이용가능 전력(2316)은 전원을 만들어 내는 장치에서 출력을 측정함으로써 결정된다. 비교는 요금을 기초로 하는 조건의 세트를 나타내는 결과를 생성한다.

비교 알고리즘 결과는 비교 결과 및 다중의 다른 조건 또는 팩터를 기초로 최상의 이익 역률(2330)을 계산하는, 결정 알고리즘(2320)에서 수신되어진다. 요금의 특징은, 시각, 이용가능한 전력, 및 요금 특징의 교점을 해석하는데 이용되는 규칙의 세트인, 관련된 최상의 이익 기준(2322)을 갖는다. 결정 알고리즘(2320)은 또한 계기(2324)(포인트 B 또는 C에서)에서 측정된 역률을 고려에 넣는다. 1실시 예에 있어서, 프로세스를 원격적으로 제어하거나 영향을 미치는 가능성이 있고; 따라서 원격 오버라이드(remote override; 2326)가 원격 또는 외부 명령 또는 제어가 결정에 영향을 미치는가를 결정하도록 결정 알고리즘에 의해 고려되어진다.

1실시 예에 있어서, 원격 설정(remote settings; 2318)은 상기한 바와 같이 원격 통신 채널을 거쳐 인가되어질 수 있다. 요금 설정은 원격 시스템으로부터 동적으로 구성되어 변화되어질 수 있다. 요금 특징(2312)을 변화시키는 것에 부가하여, 최상의 이익 기준(2322)이 또한 원격적으로 변화되거나 구성될 수 있다.

결정은 시스템의 역률에 영향을 미치는 설정 파라미터에 의해 시스템에 구현된다. 따라서, 결정 알고리즘의 출력은 현재 역률을 생산하는 현재 시스템 제어 상의 설정을 세트 또는 조정하는데 이용되는 파라미터일 수 있다. 어떻게 설정이 원격적으로 영향을 미치는가와 유사하게, 결정 프로세스는 또한 원격적으로 오버라이드될 수 있다. 프로세스의 오버라이딩은 결정 알고리즘에 의해 계산된 역률 변화를 구현하지 못하도록 시스템을 야기시키는 명령 또는 제어 뿐만 아니라 결정 알고리즘에 의해 계산된 설정을 오버라이드하는 명령에 의해 수행되어진다.

이하의 청구항에서 설명되어지는 바와 같이, 1실시 예에 있어서, 방법은, 국부 전원 및 전력 컨버터가 전력 계통에 연계된 국부 부하로서 유틸리티 전력 계통에 대한 연결의 포인트의 동일 측 상에 전기적으로 위치하고, 국부 부하가 전력 계통의 소비자 구역(consumer premises)을 포함하는, 전력 컨버터에서, 국부 전원으로부터 DC(direct current) 전력을 수신하고, 국부 부하로 전달하도록 전력 컨버터로 DC 전력을 AC(alternating current) 전력으로 변환하고, 전력 계통의 전압의 위상에 관하여 생성된 전류의 위상을 제어하는 것에 의해 AC 전력의 역률을 조절하고, 전력 계통의 국부 부하 측 상에 조절된 AC 전력을 전달하는 것을 포함하여 구현된다.

수신은 메타스테이블 전원으로부터 전력을 수신하고, 또는 소비자 구역 상에 설치된 마이크로-인버터에서 수신하는 것을 포함할 수 있다.

메타스테이블 국부 전원은 태양 전원(solar power source), 조력 전원(tidal power source), 풍력 전원(wind power source), 또는 열적으로 결합된 열원(thermally coupled heat source)을 포함할 수 있다.

역률 조절은, 전력 계통의 AC 전압에 관하여 위상을 갖춘 목표 주기 파형에 관한 특징 형상 및 위상 정보를 수신하고, 출력 하드웨어에 따른 출력 파형을 생성하고, 출력 파형을 샘플링하고, 출력 파형을, 수신된 특징 형상 및 위상 정보를 기초로 목표 주기 파형의 이상적 버전을 나타내는, 대응하는 기준 출력 파형과 비교하고, 출력 파형과 기준 출력 파형의 비교를 기초로 피드백 신호를 생성하고, 기준 출력 파형 및 위상을 향해 출력 파형을 수렴시키도록, 피드백 신호를 기초로 실행시간에서 출력 하드웨어의 동작을 조정하는 것을 포함할 수 있다.

역률 조절은, 테이블을 기초로 하는 위상 조정에 따라 발생된 AC 전류의 위상을 조정하는 것에 의해, 또는 전력 계통의 조건을 기초로 발생된 AC 전류의 역률을 조정하는 것에 의해 역률을 조절하는 것을 더 포함할 수 있다. 전력 계통의 조건을 기초로 하는 조절은, 소비자 구역으로부터 전력 계통의 하나 이상의 조건을 측정하고, 소비자 구역 외측으로부터 측정을 수신하며, 또는 역률 조정을 나타내는 연결의 포인트의 다른 측으로부터 원격 통신을 수신하고, 원격 통신의 수신에 응답하여 역률을 조정하는 것을 포함할 수 있다. 원격 통신 수신은, 인터넷(internet), 셀룰러(cellular), 무선(radio), 또는 WiFi 인터페이스를 매개로 통신을 수신하는 것을 포함할 수 있다.

전력 계통의 조건을 기초로 하는 역률 조절은, 역률 조정을 나타내는 연결의 포인트의 동일 측 상의 마스터 콘트롤러로부터 통신을 수신하고, 통신의 수신에 응답하여 역률을 조정하는 것을 포함할 수 있다. 역률 조절은, 전력 계통의 조건에 응답하는 유니티(unity)로부터 떨어져 역률을 떨어뜨리는 것을 포함할 수 있다.

역률 조절은, 대략적으로 유니티로 또는 유니티에 근접하도록 조절하는 것을 포함할 수 있다. 역률 조절은, 전력 계통의 유틸리티에 의해 설정된 전력 율 요금(power rate tariff)을 고려하는 것을 포함하는, 최상의 이익 분석을 기초로 생성된 AC 전류의 역률을 조절하는 것을 포함할 수 있다.

조절된 AC 전력 전달은, 전력 계통으로 조절된 AC 전력을 전달하는 것을 포함할 수 있다. 전력은 특정 지리적 영역, 또는 이웃하는 부하로 전달될 수 있다.

인버터 장치의 구현에 있어서, 인버터는, 국부 전원 및 인버터가 전력 계통에 연계된 국부 부하로서 유틸리티 전력 계통에 대한 연결의 포인트의 동일 측 상에 전기적으로 위치하고, 국부 부하가 전력 계통의 소비자 구역을 포함하는, 국부 전원으로부터 DC(direct current) 전력을 수신하는 입력 하드웨어와, 국부 부하로 전달하도록 DC 전력을 AC(alternating current) 전력으로 변환하는 인버터 하드웨어,전력 계통의 전압의 위상에 관하여 생성된 전류의 위상을 제어하는 것에 의해 AC 전력의 역률을 조절하는 역률 조절 하드웨어, 및 전력 계통의 국부 부하 측 상에 조절된 AC 전력을 전달하는 출력 하드웨어를 포함할 수 있다.

역률 조절 하드웨어는, 역률 조절을 국부적으로 결정하는 소프트웨어 알고리즘을 포함할 수 있다. 인버터는, 역률 조절을 결정하기 위한 입력을 제공하는 원격 장치로부터 명령을 수신하는 원격 제어 메카니즘을 더 포함할 수 있다.

1실시 예에 있어서, 역률 조절의 구현이 AC/DC 컨버터를 위해 수행되고, 여기서 방법은, AC/DC 전원 공급기에서, AC 전력을 수신하고, 전원 공급기의 AC 전압의 위상에 관하여 AC 전력의 전류의 위상을 제어함으로써, 여기서 위상을 제어하는 것이 AC 전압의 위상과 동상(in phase)으로 되도록 AC 전력의 전류의 위상을 조정하는, AC 전력의 역률을 조절하고, 조절된 AC 전력을 DC 전력으로 변환하고, DC 전력을 전원 공급기의 부하로 전달하는 것을 포함할 수 있다.

역률 조절은, 테이블을 기초로 하는 위상 조정을 기초로 AC 전류의 위상을 조정함으로써 역률을 조절하는 것을 포함할 수 있다.

소프트웨어 코드, 명령, 구성, 및/또는 데이터로서 설명 또는 정의될 수 있는 다양한 동작 또는 기능이 여기서 설명된다. 콘텐트는 직접적으로 실행가능한 ("대상(object)" 또는 "실행가능(executable)" 형태), 소스 코드(source code), 또는 다른 코드("델타(delta)" 또는 "패치(patch)" 코드)일 수 있다. 여기서 설명된 실시 예의 소프트웨어 콘텐트는 그에 저장된 콘텐트에 따른 제조의 조항을 매개로, 또는 통신 인터페이스를 매개로 데이터를 보내기 위한 통신 인터페이스를 동작시키는 방법을 통해 제공될 수 있다. 머신 판독가능 매체(machine readable medium)는 설명된 기능 또는 동작을 수행하도록 머신을 야기시키고, 판독가능/비-기록가능 매체(recordable/non-recordable media)(예컨대, ROM(read only memory), RAM(random access memory), 자기 디스크 저장 매체, 광학 저장 매체, 플래쉬 메모리 장치, 또는 다른 하드웨어 저장 매체)와 같은, 머신(예컨대, 계산 장치, 전자 시스템)에 의해 접근가능한 형태의 정보를 제공(예컨대, 저장 및/또는 전송)하는 소정의 메카니즘을 포함한다. 통신 인터페이스는, 메모리 버스 인터페이스, 프로세스 버스 인터페이스, 인터넷 연결, 또는 디스크 콘트롤러와 같은, 다른 장치에 대한 통신에 대해 하드웨어접속된(hardwired), 무선, 광학, 매체의 어느 것에 인터페이스하는 소정의 메카니즘을 포함한다. 통신 인터페이스는 소프트웨어 콘텐트를 기술하는 데이터 신호를 제공하도록 통신 인터페이스를 준비하기 위한 구성 파라미터를 제공 및/또는 신호를 보내는 것에 의해 구성될 수 있다. 통신 인터페이스는 통신 인터페이스에 전송된 하나 이상의 명령 또는 신호를 매개로 억세스되어질 수 있다.

여기서 설명된 다양한 구성요소는 설명된 동작 또는 기능을 수행하기 위한 수단일 수 있다. 여기에 설명된 각 구성요소는 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합을 포함한다. 구성요소는 소프트웨어 모듈, 하드웨어 모듈, 특수-목적 하드웨어(예컨대, 특정 용도 하드웨어, ASIC(application specific integrated circuits), DSP(digital signal processors), 또는 다른 프로그램가능 장치), 내장된 콘트롤러(embedded controllers), 또는 하드웨어 회로로서 구현될 수 있다.

한편, 본 발명은 상기한 실시 예로 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 실시할 수 있다. 본 발명의 요지는 이어지는 청구항에 대한 참조로서만 판단되어야 한다.

Claims (20)

1. 국부 전원 및 전력 컨버터가 전력 계통에 연계된 국부 부하로서 유틸리티 전력 계통에 대한 연결의 포인트의 동일 측 상에 전기적으로 위치하고, 국부 부하가 전력 계통의 소비자 구역을 포함하는, 전력 컨버터에서, 국부 전원으로부터 DC(direct current) 전력을 수신하는 단계와;
   국부 부하로 전달하도록 전력 컨버터로 DC 전력을 AC(alternating current) 전력으로 변환하는 단계;
   전력 계통의 전압의 위상에 관하여 생성된 전류의 위상을 제어하는 것에 의해 AC 전력의 역률을 조절하는 단계; 및
   전력 계통의 국부 부하 측 상에 조절된 AC 전력을 전달하는 단계를 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
   
2. 제1항에 있어서, 전력 컨버터에서 수신하는 단계가, 소비자 구역 상에 설치된 마이크로-인버터에서 수신하는 단계를 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
   
3. 제1항에 있어서, 국부 전원으로부터 전력을 수신하는 단계가, 메타스테이블 전원으로부터 전력을 수신하는 단계를 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
   
4. 제3항에 있어서, 메타스테이블 국부 전원으로부터 전력을 수신하는 단계가, 태양 전원, 조력 전원, 풍력 전원, 또는 열적으로 결합된 열원으로부터 전력을 수신하는 단계를 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
   
5. 제1항에 있어서, 역률을 조절하는 단계가,
   전력 계통의 AC 전압에 관하여 위상을 갖춘 목표 주기 파형(target periodic waveform)에 관한 특징 형상 및 위상 정보를 수신하는 단계와;
   출력 하드웨어에 따른 출력 파형을 생성하는 단계;
   출력 파형을 샘플링하는 단계;
   출력 파형을, 수신된 특징 형상 및 위상 정보를 기초로 목표 주기 파형의 이상적 버전을 나타내는, 대응하는 기준 출력 파형과 비교하는 단계;
   출력 파형과 기준 출력 파형의 비교를 기초로 피드백 신호를 생성하는 단계; 및
   기준 출력 파형 및 위상을 향해 출력 파형을 수렴시키도록, 피드백 신호를 기초로 실행시간에서 출력 하드웨어의 동작을 조정하는 단계를 더 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
   
6. 제1항에 있어서, 역률을 조절하는 단계가,
   테이블을 기초로 하는 위상 조정에 따라 발생된 AC 전류의 위상을 조정함으로써 역률을 조절하는 단계를 더 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
   
7. 제1항에 있어서, 역률을 조절하는 단계가,
   전력 계통의 조건을 기초로 발생된 AC 전류의 역률을 조정함으로써 역률을 조절하는 단계를 더 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
   
8. 제7항에 있어서, 전력 계통의 조건을 기초로 역률을 조절하는 단계가,
   소비자 구역으로부터 전력 계통의 하나 이상의 조건을 측정하는 단계를 더 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
   
9. 제7항에 있어서, 전력 계통의 조건을 기초로 역률을 조절하는 단계가,
   역률 조정을 나타내는 연결의 포인트의 다른 측으로부터 원격 통신을 수신하는 단계와;
   원격 통신의 수신에 응답하여 역률을 조정하는 단계를 더 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
   
10. 제9항에 있어서, 원격 통신을 수신하는 단계가,
    인터넷, 셀룰러, 무선, 또는 WiFi 인터페이스를 매개로 통신을 수신하는 단계를 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
    
11. 제7항에 있어서, 전력 계통의 조건을 기초로 역률을 조절하는 단계가,
    역률 조정을 나타내는 연결의 포인트의 동일 측 상의 마스터 콘트롤러로부터 통신을 수신하는 단계와;
    통신의 수신에 응답하여 역률을 조정하는 단계를 더 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
    
12. 제7항에 있어서, 역률을 조절하는 단계가,
    전력 계통의 조건에 응답하는 유니티(unity)로부터 떨어져 역률을 떨어뜨리는 단계를 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
    
13. 제1항에 있어서, 역률을 조절하는 단계가,
    대략적으로 유니티로 역률을 조정하는 단계를 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
    
14. 제1항에 있어서, 역률을 조절하는 단계가,
    전력 계통의 유틸리티에 의해 설정된 전력 율 요금을 고려하는 단계를 포함하는, 최상의 이익 분석을 기초로 생성된 AC 전류의 역률을 조절하는 단계를 더 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
    
15. 제1항에 있어서, 조절된 AC 전력을 전달하는 단계가,
    전력 계통으로 조절된 AC 전력을 전달하는 단계를 더 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
    
16. 국부 전원 및 인버터가 전력 계통에 연계된 국부 부하로서 유틸리티 전력 계통에 대한 연결의 포인트의 동일 측 상에 전기적으로 위치하고, 국부 부하가 전력 계통의 소비자 구역을 포함하는, 국부 전원으로부터 DC(direct current) 전력을 수신하는 입력 하드웨어와;
    국부 부하로 전달하도록 DC 전력을 AC(alternating current) 전력으로 변환하는 인버터 하드웨어;
    전력 계통의 전압의 위상에 관하여 생성된 전류의 위상을 제어하는 것에 의해 AC 전력의 역률을 조절하는 역률 조절 하드웨어; 및
    전력 계통의 국부 부하 측 상에 조절된 AC 전력을 전달하는 출력 하드웨어를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
    
17. 제16항에 있어서, 역률 조절 하드웨어가,
    역률 조절을 국부적으로 결정하는 소프트웨어 알고리즘을 더 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
    
18. 제16항에 있어서, 역률 조절을 결정하기 위한 입력을 제공하는 원격 장치로부터 명령을 수신하는 원격 제어 메카니즘을 더 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
    
19. AC/DC 전원 공급기에서, AC 전력을 수신하는 단계와;
    전원 공급기의 AC 전압의 위상에 관하여 AC 전력의 전류의 위상을 제어함으로써, 여기서 위상을 제어하는 것이 AC 전압의 위상과 동상(in phase)으로 되도록 AC 전력의 전류의 위상을 조정하는, AC 전력의 역률을 조절하는 단계;
    조절된 AC 전력을 DC 전력으로 변환하는 단계; 및
    DC 전력을 전원 공급기의 부하로 전달하는 단계를 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
    
20. 제19항에 있어서, 역률을 조절하는 단계가,
    테이블을 기초로 하는 위상 조정을 기초로 AC 전류의 위상을 조정함으로써 역률을 조절하는 단계를 더 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.

Images