KR20120012470A - 교류 전력망에 태양광 발전 장비를 접속시키기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

교류 전력망에 태양광 발전 장비를 접속시키기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

태양광 발전 장비를 교류 전력망에 접속하기 위한 방법이 제안되는데, 상기 태양광 발전 장비에 의해 생성된 직류 전압이 측정되고, 상기 직류 전압에 의해 접속 시도 최소 전압에 도달되면 직류 전압을 출력 교류 전압으로 전환하는 인버터가 활성화되고, 상기 출력 교류 전압이 교류 전력망의 전력망 교류 전압과 동기화되고, 상기 동기화가 이루어져서 직류 전압이 접속 시도 최소 전압 이하인 접속 지속 최소 전압을 계속 초과하면 상기 인버터가 상기 교류 전력망과 결합되며, 되는 방법으로서, 상기 태양광 발전 장비에 의해 생성된 직류 전압이 하강하면 상기 교류 전력망과 접속된 상기 인버터가 먼저 비활성화되고, 상기 인버터가 비활성화된 상태에서 직류 전압이 전력망 교류 전압의 피크 값 이상이면서 접속 지속 최소 전압 이하인 셧 다운 (shut-down) 최고 전압을 초과하면 그 때에서야 비로소 상기 비활성화된 인버터가 상기 교류 전력망으로부터 분리되어, 상기 교류 전력망(3)으로부터 상기 태양광 발전 장비로의 전류 흐름이 방지된다.

Description

교류 전력망에 태양광 발전 장비를 접속시키기 위한 방법 및 장치 {Method and device for connecting a photovoltaic system to an alternating-current network}
본 발명은 방법 청구항 중 독립항의 전제부에 기재된 기술적 특징을 갖는 교류 전력망에 태양광 발전 장비를 접속시키기 위한 방법 및 장치 청구항 중의 독립항의 전제부에 기재된 기술적 특징을 갖는 상기 방법의 구현을 위한 장치에 관한 것이다.
원칙적으로 태양광 발전 장비는 지속적으로, 즉 동작의 개시부터 종결시까지 교류 전력망과 결합되어, 이 전력망에 상기 태양광 발전 장비가 생산한 전기 에너지가 급전된다. 하지만 이것은 만일 상기 태양광 발전 장비의 방사가 감소하여 충분한 역전압을 생성하지 못하면, 교류 전력망의 전류가 태양광 발전 장비로 흘러갈수도 있다는 것을 의미한다. 이 결과, 상기 태양광 발전 장비에는 예컨대 야간에도 전압 (electric voltage)가 존재할 수 있다. 교류 전력망으로부터의 전류 유입 및 야간의 태양광 발전 장비에의 전압 생성을 방지하기 위해, 실무에서는 저녁에는 태양광 발전 장비를 전력망으로부터 분리하고 아침에 다시 접속하는 것이 이루어져 왔다.
한편으로는 태양광 발전 장비를 교류 전력망에 접속하는 것은 가능한 한 조기에 그리고 가능한 한 많은 전력을 교류 전력망에 저장하기 위해, 가능한 한 빨리 이루어져야 한다. 마찬가지로 저녁의 교류 전력망으로부터의 분리도 이와 같은 이유로 가능한한 늦게 이루어져야 한다. 다른 한편, 전력망에 저장하기 위해 필요한 전력을 태양광 발전 장비가 아직 급전하지 않았기 때문에 중단되어야 하는 접속 시도는 가능한한 적어야 한다. 교류 전력망에 태양광 발전 장비를 접속시키는 것에 실패한 각 시도는 전력 스위치를 위한 추가의 스위칭 싸이클 (switching cycle)을 의미하며, 보통 태양광 발전 장비를 교류 전력망에 접속시키는 에어갭 스위치 (air gap switch)를 의미한다. 만일 통상 그러하듯이 배선 안전 스위치가 안전 조치로서 태양광 발전 장비와 교류 전력망 사이에 마련되어야 한다면, 이것은 고 품질의 에어 갭 스위치를 투입하여 일련의 배선 안전 스위치 (line safety switch)로 이것들을 스위칭하도록 하게 한다. 배선 안전 스위치는 원칙적으로 많은 스위치 사이클에 대해 에어 갭 스위치보다 훨씬 작은 공차를 갖는다.
독립항의 전제부에 기재된 것과 같은 공지된 교류 전력망에 태양광 발전 장비를 접속시키기 위한 방법 및 장치에서는 태양광 발전 장비에 의해 생성된 직류 전압이 교류 전력망에 접속된 후에도 접속 지속 최소 전압 (minimum connection continuation voltage)를 넘지 못하는 경우에, 접속 시도가 종료되고 전력망 접속을 행하는 전력 스위치가 다시 개방된다. 여기서, 접속 지속 최소 전압은 종종 이것이 태양광 발전 장비로부터의 전력을 교류 전력망으로 급전하는 데 필요한 하한값으로 선택된다.
독일 특허 T5-11 2007 000 197은 독립항의 전제부에 기재된 것과 같은 교류 전력망에 태양광 발전 장비를 접속시키기 위한 태양광 발전 장비 인버터가 개시되는데, 여기에 접속 시도 최소 전력의 계절별 값을 갖는 표가 저장된다. 만일 태양광 발전 장비에 의해 생산된 직류 전압이 접속 시도 최소 전압의 실제 계절값에 도달하면, 태양광 발전 장비 인버터를 통한 태양광 발전 장비의 교류 전력망으로의 성공적 접속이 가능하다. 이런 방식으로, 태양광 발전 장비의 직류 전압에 미치는 계절적 영향들이 고려되는데, 이것이 접속 시도를 위한 태양광 발전 장비의 충분한 성능의 기준으로서 사용된다. 특히, 이 계절적 영향은 접속 시도가 이루어질 때의 아침 온도에 기초하고 있다.
미국 특허 B2-7 269 936에는 독립항의 전제부에 기재된 것과 같은 교류 전력망에 태양광 발전 장비를 접속시키기 위한 방법 및 장치가 개시되는데, 여기서는 접속 시도 최소 전압에 기반한 이전의 접속 시도가 실패한 겨우, 접속 시도 최소 전압을 높임으로써 아침에 태양광 발전 장비를 교류 전력망에 접속하는 시간이 정해진다.
전술한 2가지의 방법에서는 한편으로는 가능한 한 많은 양의 전기 에너지를 태양광 발전 장비로부터 전력망으로 급전하는 것과 다른 한편으로는 가능한 한 적은 수의 실패하는 접속 시도 간의 근본적 갈등이 제거되지 않는다. 가능한 한 많은 전기 에너지를 태양광 발전 장비로부터 교류 전력망으로 급전하기 위해, 이에 의해 아침에 첫 접속 시도가 감행되는 태양광 발전 장비로부터 생산된 직류 전압이 비교적 낮게 설정되거나, 아니면 결국 중단될 접속 시도의 수를 낮추기 위해 직류 전압이 높게 설정된다. 물론 접속 시도 최소 전압의 적용이 범위를 보다 잘 제한할 수 있다. 하지만 이를 위해서는 2개의 언급된 기준 하에서 구체적인 접속 시도 최저 전압이 확정되어야 한다.
일본 특허 08 126207에는 교류 전력망에 태양광 발전 장비를 접속시키기 위한 방법이 개시되는데, 여기서는 태양광 발전 장비로부터 생산된 직류 전압이 측정되어, 직류 전압에 의해 접속 전압에 도달하면 직류 전압을 출력 교류 전압으로 전환하는 인버터가 활성화되어 교류 전력망에 결합되며, 직류 전압이 전력망의 교류 전압의 피크 값을 초과하는 종료 (shut-down) 전압 이하가 되면 상기 인버터가 다시 비활성화된다.
본 발명은 방법 청구항 중 독립항의 전제부에 기재된 기술적 특징을 갖는 교류 전력망에 태양광 발전 장비를 접속시키기 위한 방법 및 장치 청구항 중의 독립항의 전제부에 기재된 기술적 특징을 갖는 상기 방법의 구현을 위한 장치를 제시하여, 태양광 발전 장비를 교류 전력망에 접속하기 위해 사용되는 전력 스위치의 스위칭 싸이클의 수를 근본적으로 감소하는 것을 그 목적으로 한다.
본원의 상기 과제는 방법 청구항 중 독립항의 전제부에 기재된 기술적 특징을 갖는 교류 전력망에 태양광 발전 장비를 접속시키기 위한 방법 및 장치 청구항 중의 독립항의 전제부에 기재된 기술적 특징을 갖는 상기 방법의 구현을 위한 장치에 의해 해결된다. 새로운 방법 및 새로운 장치의 바람직한 실시예들이 종속항에 정의된다.
태양광 발전 장비를 교류 전력망에 접속하기 위한 새로운 방법 및 장치에서는 인버터가 상기 태양광 발전 장비에 의해 생성된 직류 전압이 전력망 교류 전압의 피크 값보다 낮지 않으며 접속 지속 최소 전압보다 높지 않은 셧 다운 최고 전압 아래로 내려가기 이전에 교류 전력망으로부터 분리되지 않는다. 셧 다운 최고 전압이 전력망 교류 전압의 피크 값보다 낮지 않기 때문에, 인버터를 통한 교류 전력망으로부터 태양광 발전 장비로의 전류 흐름을 방지할 수 있다. 여기서 셧 다운 최고 전압은 바람직하게 전력망 교류 전압의 피크 값에 1 내지 10 %, 특히 3 내지 7 % 즉 약 5 %의 작은 추가 값 (surcharge)를 더한 값과 같다. 새로운 방법에서는 셧 다운 최고 전압이 계절, 온도 또는 이전의 접속 시도와 무관하다. 전력망이 규칙적으로 측정되기 때문에, 셧 다운 최고 전압이 이 측정 결과에 기초하여 지속적으로 최적값으로 조정될 수 있다. 전력망 교류 전압의 피크 값에 셧 다운 최고 전압의 안전 추가값을 약간 추가함으로써 셧 다운 최고 전압이 태양광 발전 장비에 의해 공급된 직류 전압보다 훨씬 낮은데, 종래 기술에 따르면 이 전압에서 태양광 발전 장비를 교류 전력망에 이미 접속 한 후에 새로 전력 스위치를 개방함으로써 이루어지는 접속 시도는 중단된다. 새로운 방법에서는 교류 전력망으로의 스위치의 재개방이 아주 드물게 이루어진다. 이상적으로는 하루에 한번, 저녁 경에 이루어진다. 이것은 특히, 접속 시고 최소 전압이 가능한한 이른 시간에 교류 전력망에 전력 급전의 관점에서 비교적 작게, 즉 셧 다운 최고 전압을 많이 초과하지 않도록 선택될 때, 특히 유용하다.
교류 전력망으로의 전력 스위치를 재개방하는 대신에 새로운 방법은 전력이 아직 매우 작기 때문에 우선 교류 전력망과 연결된 인버터를 비활성화함으로써, 태양광 발전 장비에 의해 생성된 직류 전압의 하강에 반응한다.
태양광 발전 장비에 의해 생성된 직류 전압이 최소 급전 직류 전압 아래로 내려가면 그 때 비활성화가 이루어지는데, 여기서 최소 급전 직류 전압은 셧 다운 최고 저압을 초과하며, 이상적으로는 활성화되어 교류 전력망에 결합된 인버터에서도 교류 전력망으로부터 태양광 발전 장비로의 전력의 이동을 방지할 수 있도록 선택된다.
그 밑으로 내려가면 태양광 발전 장비에 의해 생성된 직류 전압에 의해 교류 전력망에 결합된 인버터가 비활성화되는 최저 급전 직류 전압을 교류 전력망으로부터의 전력이 인버터로 흐르는 것을 방지하도록 선택하는 대신에, 인버터에 의해 전달된 전력의 지속적 측정이 이루어지면, 전력망과 연결된 인버터도 간접적으로는 다음과 같이 조절될 수 있다. 즉, 원하는 전력 흐름의 방향이 태양광 발전 장비로부터 교류 전력망으로 역전되도록 조절될 수 있다. 새로운 방법의 이 실시예가 바람직하다.
인버터의 비활성에 의해 태양광 발전 장비가 더 이상 전력 추출의 부담을 지지 않아도 된다. 이로 인해, 태양광 발전 장비가 이미 접속 시도 최소 전압에 도달하면, 적어도 셧 다운 최고 전압을 유지하는 것은 성공하는 부가 없는 (no-load) 동작 상태에 놓인다. 새로운 방법에서는 태양광 발전 장비가 셧 다운 최고 전압을 유지하는 것조차 성공하지 못하는 경우에만, 이미 비활성화된 인버터가 교류 전력망으로부터 분리된다.
새로운 방법에서는 보통 인버터 하방 (downstream)에 연결되는 싸인파 필터가 인버터가 비활성화 되었을 때만 교류 전력망에 결합되며 무효 전력 (reactive power)가 싸인파와 교류 전력망 사이를 오간다 (oscillate). 이에 의해 한번 접속에 도달하면 전력 스위치와 무관하게 유지되며, 교류 전력망에 전력을 새로 급전하기 위해서는 인버터만 활성화되면 된다.
교류 전력망과 출력 교류 전압을 동기화할 때 직류 전압이 접속 시도 지속 압력 아래이면, 접속 시도의 시작 시에 아직 교류 전력망과 결합되지 않은 인버터가 다시 비활성화된다. 이 경우, 태양광 발전 장비의 전력은 인버터의 출력 교류 전압을 전력망 교류 전압에 동기화하기에 필요한 정도의 작은 부하를 감당할 정도이면 충분하다. 조기 중단되는 저속 시도는 교류 전력망으로의 전력 스위치에 아직 부담을 주지 않는다.
바람직하게, 새로운 방법에서는 인버터가 교류 전력망과 결합되기 전에 또는 그 이후에 활성화되고/되거나 인버터가 전력망으로부터 분리되며 시간 소자가 트리거되며, 상기 시간 소자는 일전 시간 동안 인버터의 새로운 활성화 내지 인버터와 전력망과의 새로운 결합을 제지한다.
새로운 방법에서는 접속 시도 최소 전압이 계절 및/또는 태양광 발전 장비의 온도에 독립적이고/이거나 이전의 접속 시도에서의 경험에 근거하여 적응적으로 결정될 수 있다. 여기서 새로운 방법에서의 접속 시도 최소 전압의 적응적 조정 (tuning)은 종래 기술과 다음과 같은 점에서 구별된다. 즉, 조정이 인버터 출력 전압의 전력망 전압과의 이미 수행된 동기화에서의 경험에 기반하며 이로 인해 태양광 발전 장비의 매우 작은 부하에만 기반하며, 교류 전력망으로의 전력 스위치의 폐쇄 시의 경험에는 기반하지 않는다는 점에서 구별된다.
접속 시도 최소 전압은 전력망 교류 전압에 종속되게 주어진다. 새로운 방법에서는 인버터 출력 전압의 교류 전력망과의 동기화조차 성공하지 못하는 때에만 접속 시도가 실제로 실패한다는 것이 고려되어야 한다. 그 후, 교류 전력망으로의 전력 스위치가 폐쇄되는데, 이것은 동기화에 의한 부하 없이 또는 실무에서는 최소한 거의 부하 없이 가능하다. 전압 강하를 낳을 수 있는 태양광 발전 장비의 이어지는 부하는 오직 태양광 발전 장비로부터 교류 전력망으로의 전력 급전에 기초하며, 교류 전력망으로의 스위치의 재개방을 필요로 하지 않으면서, 인버터의 비활성화에 의해 0으로 감소될 수 있다.
실제 수행되는 전력 스위치의 스위칭 싸이클의 수가 현격히 줄어듬으로써, 새로운 방법에서는 접속이 모터 구동되는 배선 안전 스위치에 의해 수행될 수 있는데, 이 스위치는 에어 갭 스위치와 비교했을 때, 훨씬 작은 수의 허용가능한 스위칭 싸이클, 즉 스위칭 싸이클에서의 훨씬 짧은 수명 (life time)을 포함한다.
본 발명에 따른 장치는 제어기를 포함하는데, 이 제어기는 직류 전압 측정 장치에 의해 측정된 직류 전압이 셧 다운 최고 전압 아래로 내려가는 것보다 먼저 인버터를 교류 전력망으로부터 분리하지 않으며, 여기서 셧 다운 최고 전압은 제어기가 교류 전압 측정 장치에 의해 측정된 전력망 교류 전압의 피크 값에 따라 생성한다.
바람직하게, 상기 제어기는 전력망 교류 전압과 안전 추가값으로부터 셧 다운 최고 전압을 생성하는데, 여기서 안전 추가값의 퍼센트 값은 제어기에 프로그램되어 있다.
나아가, 인버터로부터 전력망으로 제공되는 전력의 측정 값이 0보다 작아지면, 제어기는 인버터의 전력 측정 장치에 따라 전력망과 결합되어 있는 인버터를 비활성화한다.
새로운 장치의 상업적으로 특히 유익한 실시예에서는 인버터를 전력망에 접속시키는 전력 스위치가 모터 구동되는 배선 안전 스위치이다. 이와 같은 배선 안전 스위치가 10,000 내지 20, 000의 비교적 작은 수의 허용가능한 스위칭 싸이클을 갖는다고 해도, 새로운 장치의 수명은 20년 넘게 달성되는데, 왜냐하면 통상적으로 스위칭 싸이클이 하루 한번만 사용되기 때문이다.
본 발명의 기타의 유리한 개선은 청구항, 상세한 설명 및 도면으로부터 이루어진다. 상세한 설명에 언급된 기술적 특징 및 기술적 특징들의 결합의 장점들은 오직 예시일 뿐이며, 이 장점들이 오직 본 발명의 실시예들에 의해서만 달성되지 않고도 대안적으로 또는 집합적으로 효과에 도달할 수 있다. 기타 특징들은 도면들-특히 여러개의 부품의 상호 결합과 이것들의 기능의 결합-으로부터 도출될 수 있다. 본 발명의 상이한 특징들의 결합 또는 상이한 청구항의 특징들의 결합은 선택된 청구항 인용을 벗어나서 가능하며 이것으로부터 동기를 부여받는다. 이것은 개별 도면들에 도시되거나 상세한 설명에 설명된 특징들에도 해당된다. 이 특징들은 청구항의 특징들과 결합될 수 있다. 마찬가지로, 청구항에 기재된 특징들은 본 발명의 기타 실시예를 위한 특징들로서 사용될 수 있다.
이하에서 본 발명이 도면에 도시된 바람직한 실시예를 통해 보다 자세히 설명될 것인데, 여기서
도 1은 태양광 발전 장비를 교류 전력망에 접속하는 새로운 장치의 구조를 도시하는 제 1 실시예를 도시하는데, 여기서 교류 전력망은 단상 망이며;
도 2는 교류 전력망이 삼상 망인 경우의 새로운 장치의 구조를 도시하며;
도 3은 도 2에 따른 장치의 인버터의 기본 구조를 도시한다.
도 1에 도시된 장치 (1)는 태양광 발전 장비 (2)를 교류 전력망에 접속하기 위해 사용된다. 장치 (1)는 기본적 구성요소로서 인버터 (4)와 전력 스위치 (5)를 포함하는데, 여기서 상기 전력 스위치 (5)는 상기 인버터 (4)의 하방 (downstream) 에 연결되는 싸인 곡선 (sinusoidal) 필터 (6)와 변압기 (7) 사이에 마련되고, 상기 전력 스위치 (5)는 전력을 교류 전력망 (3)에 결합 (coupling) 하면서 동시에 갈바닉 (galvanic) 분리를 제공하기 위해 마련된다. 상기 변압기 (7)는 생략될 수 있다. 상기 인버터 (4) 및 전력 스위치 (5)는 제어기 (8)에 의해 제어된다. 상기 제어기 (8)는 입력 값으로서 직류 전압 측정 장치 (9)에 의해 측정된 태양광 발전 장비 (2)에 의해 생성된 직류 전압, 교류 전압 측정 장치 (10)에 의해 측정된 인버터 (4)의 출력 교류 전압, 교류 전압 측정 장치 (11)에 의해 측정된 전력망 교류 전압 및 전력 측정 장치 (12)에 의해 측정된 인버터 (4)를 지나 흐르는 전력을 사용한다. 여기서 교류 전압 측정 장치 (10, 11)로는 각 교류 전압값 뿐만 아니라 그것의 위상도 측정된다. 상기 태양광 발전 장비 (2)에 의해 직류 전압이 생성되지 않고 상기 전력 스위치 (5)가 개방되어, 장치 (1)가 본질적으로 전압을 갖지 않는 밤을 기본으로 하여, 장치 (1)의 기능, 특히 제어기 (8)의 기능이 설명된다. 직류 전압 측정 장치 (9)로 측정되는 직류 전압이 접속 시도 최소 전압에 도달할 때까지, 인버터 (4)는 비활성인 채로, 전력 스위치 (5)는 개방된 채로 있다. 이 접속 시도 최소 전압에 도달되면, 우선 전력 스위치 (5)가 계속 개방된 상태에서 제어기 (8)가 인버터 (4)를 활성화한다. 뒤이어, 인버터 (4)의 상응하는 제어에 의해 제어기 (8)가 교류 전압 측정 장치 (10)에 의해 측정되는 출력 교류 전압을 교류 전압 측정 장치 (11)에 의해 측정되는 전력망 교류 전압과 크기 및 위상의 관점에서 동기화한다. 여기서 태양광 발전 장비 (2)에 의해 생성되는 직류 전압은 태양광 발전 장비 (2)로부터 적은 량의 전력을 취하면서 접속 시도 최소 전압을 넘어서도록 모니터링 (monitoring) 된다. 이렇지 않으면, 접속 시도가 중단되고 정해진 시간 후에 동일한 조건 하에서 새로 시작된다. 태양광 발전 장비 (2)에 의해 생성되는 직류 전압이 하강 (drop) 하지 않으면, 제어기 (8)는 전력 스위치 (5)를 폐쇄하고 인버터 (4)를 교류 전력망 (3)에 연결한다. 출력 교류 전압이 전력망 교류 전압과 동기화되어 있으므로 이것이 최소한 거의 부하 없이 이루어진다. 즉, 이것은 태양광 발전 장비 (2)에 추가의 부담 (burden)이 없다는 것을 의미한다. 이와 같은 추가 부담은 태양광 발전 장비 (2)에 의한 전력이 교류 전력망 (3)에 급전되도록 인버터 (4)가 제어기 (8)로 제어되는 것에 뒤이어서 비로소 발생된다. 이 전력은 전력 측정 장치 (12)에 의해 측정된다. 태양광 발전 장비 (2)의 성능이- 어떤 이유로든 간에- 태양광 발전 장비 (2)에 의한 전력이 인버터 (4)를 통해 교류 전력망 (3)에 급전될 수 없을 정도로 하강하면, 제어기 (8)는 인버터 (4)를 비활성화한다. 하지만 제어기는 전력 스위치 (5)를 폐쇄된 채로 둔다. 교류 전압 측정 장치 (11)에 의해 측정되는 전력망 교류 전압의 피크 값이 태양광 발전 장비 (2)에 의해 생성되는 잔류 직류 전압과 비교해서, 인버터 (4)를 통해 전류가 태양광 발전 장비 (2)로 흘러갈 위험이 존재할 정도로 큰 경우에만, 제어기 (8)가 전력 스위치 (5)를 개방한다. 통상 이것은 태양광 발전 장비 (2)가 밤 동안에 교류 전력망 (3)으로부터 분리되어야 할 정도로 태양광 발전 장비 (2)로의 입사가 줄어드는 저녁에 발생한다. 이 값 아래에서는 태양광 발전 장비 (2)에 의해 생성된 직류 전압에 의해 전력 스위치가 개방되는 셧 다운 (shut down) 최고 전압은 보통 제어기 (8)에 의해 전력망 교류 전압의 피크 값 플러스 예컨대 5%의 퍼센트 안전 추가값 (safety surcharge)로 설정된다. 보통의 경우, 전력 스위치 (5)는 낮에 한번만 개방되고 폐쇄된다. 즉, 한번의 스위칭 싸이클만이 부여된다. 스위칭 싸이클로 인한 이와 같은 작은 부하로 인해, 전력 스위치 (5)는 여기서 모토 구동되는 배선 안전 스위치 (13)로 설계될 수 있으며, 이로 인해 동시에 배선 보호 기능을 완수할 수 있다.
도 2에 따른 장치 (1)의 실시예는 인버터 (4)가 태양광 발전 장비 (2)의 전력을 삼상 교류 전력망 (3)에 급전하고, 전력 스위치 (5)와 교류 전력망 (3) 사이에 변압기가 마련되지 않는다는 점에서만 도 1의 실시예와 구별된다. 여기서 삼상 변압기, 바람직하게 중간 전압 변압기가 마련될 수도 있다. 교류 전압 측정 장치 (10, 11)는 명료함을 위해 여기서 생략된 것 뿐이며 원칙적으로는 존재한다. 장치 (1)의 형성을 위해 인버터 (4) 및 싸인파 필터 (6)의 세목 및 태양광 발전 장비 (2)과 교류 전력망 (3)의 세목은 중요하지 않다. 스위치, 과전압 억제기 (overvoltage suppressor)와 같은 추가의 회로 및 안전 소자들이 태양광 발전 장비 (2)와 인버터 (4) 사이에 존재할 수 있고/있거나 부스트 (boost)/벅 (buck) 변환기및 이와 유사한 것들이 마련될 수 있다.
도 3은 도 2에 따른 인버터 (4)의 기본 구조를 도시한다. 인버터는 3개의 하프 브리지 (half bridge:14)를 포함하는데, 이를 통해 삼상 교류 전력망의 각 위상이 교대로 태양광 발전 장비 (2)에 의해 생성된 직류 전압의 양 극과 접촉한다. 각 하프 브리지 (14)는 2개의 펄스 스위치 (15)로 이루어지는데, 이 스위치에 각각 프리 휠링 스위치 (free-wheeling switch: 16)가 병렬 연결된다. 원칙적으로 인버터 (4)가 교류 젼력망에 접속되어 있는 한 이 인버터 (4)가 활성화 되어 있지 않다고 해도, 즉, 스위치 (15)가 펄스되지 않고 계속 개방되어 있다고 해도, 이 프리 휠링 스위치 (16)를 통해 교류 전력망 (3)의 전류가 태양광 발전 장비 (2)로의 반대 방향으로 흐른다. 프리 휠링 스위치를 갖는 인버터에서의 잠재적 흐름이 본원 발명에서는 다음에 의해 방지된다. 즉, 태양광 발전 장비 (2)에 의해 생성된 직류 전압이 교류 전력망의 피크 값에 근접하면, 인버터 (4)가 교류 전력망 (3)으로부터 분리되는 것에 의해 방지된다.
1 장치
2 태양광 발전 장비
3 교류 전력망
4 인버터
5 전력 스위치
6 싸인파 필터
7 변압기
8 제어기
9 직류 전압 측정 장치
10 교류 전압 측정 장치
11 교류 전압 측정 장치
12 전력 측정 장치
13 배선 안전 스위치
14 하프 브리지
15 펄스 스위치
16 프리 휠링 스위치 (free wheeling switch)

Claims (15)

  1. 태양광 발전 장비 (2)를 교류 전력망에 접속하기 위한 방법으로서,
    상기 태양광 발전 장비 (2)에 의해 생성된 직류 전압이 측정되고, 상기 직류 전압에 의해 접속 시도 최소 전압 (connection attempt minimum voltage)에 도달되면 직류 전압을 출력 교류 전압으로 전환하는 인버터 (4)가 활성화되고, 상기 출력 교류 전압이 교류 전력망 (3)의 전력망 교류 전압과 동기화되고, 상기 동기화가 이루어져서 직류 전압이 상기 접속 시도 최소 전압 이하인 접속 지속 최소 전압 (connection continuation minimum voltage)을 계속 초과하면 상기 인버터 (4)가 상기 교류 전력망 (3)과 결합되며,
    상기 태양광 발전 장비 (2)에 의해 생성된 직류 전압이 하강하면 상기 교류 전력망과 접속된 상기 인버터 (4)가 먼저 비활성화되고, 상기 인버터 (4)가 비활성화된 상태에서 직류 전압이 전력망 교류 전압의 피크 값 이상이면서 접속 지속 최소 전압 이하인 셧 다운 최고 전압 (shut-down maximum voltage)을 초과하면 그 때에서야 비로소 상기 비활성화된 인버터 (4)가 다시 상기 교류 전력망 (3)으로부터 분리되어, 상기 교류 전력망(3)으로부터 상기 태양광 발전 장비 (2)로의 전류 흐름이 방지되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 셧 다운 최고 전압은 전력망 교류 전압의 피크값에 안전 추가값 (surcharge)를 더한 것과 같은 값인 것을 특징으로 하는, 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 안전 추가값은 1 내지 10 %에 달하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  4. 제 1항 내지 제 2항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 교류 전력망 (3)과 결합된 상기 인버터 (4)는 직류 전압이 최소 급전 직류 전압 (minimum feeding DC voltage) 아래로 떨어지면 (fall below) 비활성화되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 최소 급전 직류 전압은 셧 다운 최고 전압보다 높은 것을 특징으로 하는, 방법.
  6. 제 1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 교류 전력망 (3)에 결합된 상기 인버터 (4)는 상기 교류 전력망 (3)으로부터의 전력이 상기 인버터 (4)로 흘러들어오면 비활성화되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  7. 제 1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 교류 전력망 (3)에 아직 결합되지 않은 인버터 (4)는 출력 교류 전압을 전력망 교류 전압과 동기화했을 때, 상기 직류 전압이 셧 다운 지속 최소 전압 (shut-down continuation minimum voltage) 아래로 떨어지면 비활성화되는, 방법.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 인버터 (4)가 비활성화되고/되거나 상기 교류 전력망 (3)으로부터 분리되면 시간 소자가 트리거되며, 상기 시간 소자는 일정한 시간 동안 상기 인버터 (4)의 새로운 활성화 내지 상기 인버터 (4)와 상기 교류 전력망의 새로운 접속을 방지하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  9. 제 1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 인버터 (4)는 적어도 하나의 모터 구동되는 배선 안전 스위치 (13:line safety switch)를 통해 상기 교류 전력망 (3)에 결합되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  10. 태양광 발전 장비 (2)를 교류 전력망 (3)에 접속하기 위한 장치로서,
    상기 장치는 상기 태양광 발전 장비 (2)에 의해 생성되는 직류 전압을 측정하기 위한 직류 전압 측정 장치 (9), 측정된 직류 전압이 접속 시도 최소 전압에 도달하면 직류 전압을 출력 교류 전압으로 전환하는 인버터 (4)를 활성화하는 제어기 (8), 출력 교류 전압을 위한 제 1 교류 전압 측정 장치 (10), 교류 전력망 (3)의 전력망 교류 전압을 위한 제 2 교류 전압 측정 장치 (11)를 포함하며, 상기 제어기 (8)는 상기 출력 교류 전압을 상기 전력망 교류 전압과 동기화하고, 상기 장치는 동기화가 이루어진 후에 상기 인버터 (4)를 상기 교류 전력망 (3)과 결합하는 적어도 하나의 전력 스위치 (5)를 포함하고, 상기 제어기 (8)는 직류 전압이 상기 접속 시도 최소 전압 이하인 접속 지속 최소 전압을 계속 초과하는 때에만 상기 전력 스위치 (5)를 폐쇄하며,
    상기 제어기 (8)는 상기 태양광 발전 장비 (2)에 의해 생성된 직류 전압이 하강하면 상기 교류 전력망과 결합된 인버터 (4)를 우선 비활성화하고, 상기 인버터 (4)가 비활성화된 상태에서 직류 전압이 셧 다운 (shut-down) 최고 전압 아래로 떨어지면 그 때에서야 비로소 상기 비활성화된 인버터 (4)를 상기 교류 전력망 (3)으로부터 다시 분리하며, 상기 제어기 (8)는 상기 셧 다운 최고 전압을 전력망 교류 전압의 피크 값과 같거나 전력망 교류 전압의 피크 값보다 제어기 (8)에 프로그램된 안전 추가값 만큼 크도록 설정하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 안전 추가값은 퍼센트 값으로 상기 제어기 (8)에 프로그램되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치.
  12. 제 10항에 또는 제 11항에 있어서, 상기 제어기는 상기 직류 전압이 최소 급전 직류 전압 아래로 떨어지면 상기 교류 전력망 (3)과 결합된 상기 인버터 (4)를 비활성화며, 상기 최소 급전 직류 전압은 제어기에 프로그램되어 있거나 상기 제어기 (8)가 전력망 교류 전압의 피크 값과 같거나 상기 제어기 (8)에 프로그램된 값만큼 상기 전력망 교류 전압의 피크 값보다 크도록 설정하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  13. 제 10항, 제 11항 또는 제12항에 있어서, 상기 인버터 (4) 에 의해 전력망으로 흘러들어오는 전력을 위한 전력 측정 장치 (12)가 마련되며, 상기 제어기 (8)는 상기 인버터 (4)로부터 상기 전력망으로 흘러들어오는 전력이 음 (negative)이 되면 상기 전력망과 결합된 인버터 (4)를 비활성화하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  14. 제 10항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 전력 스위치 (5)가 모터에 의해 구동되는 배선 안전 스위치 (13)인 것을 특징으로 하는, 장치.
  15. 제 10항 내지 제14항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 전력 스위치 (5)의 허용 가능한 스위칭 싸이클 (switching cycle)의 최대 수는 20,000을 넘지 않는 것을 특징으로 하는, 장치.
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