KR20120086366A - 전력 변환 시스템 - Google Patents

전력 변환 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20120086366A
KR20120086366A KR20127016505A KR20127016505A KR20120086366A KR 20120086366 A KR20120086366 A KR 20120086366A KR 20127016505 A KR20127016505 A KR 20127016505A KR 20127016505 A KR20127016505 A KR 20127016505A KR 20120086366 A KR20120086366 A KR 20120086366A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power
voltage
inverter
converter
target
Prior art date
Application number
KR20127016505A
Other languages
English (en)
Inventor
더글라스 씨. 폴츠
아널드 피. 켈리
Original Assignee
아메리칸 수퍼컨덕터 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 아메리칸 수퍼컨덕터 코포레이션 filed Critical 아메리칸 수퍼컨덕터 코포레이션
Publication of KR20120086366A publication Critical patent/KR20120086366A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Abstract

일측면에서, 전력 변환 시스템은 전력 변환기, 변압기, 및 전압 조절 장치를 포함한다. 상기 전력 변환기는 전력 생성 장치에 의해 생성된 가변 DC 전력을 수신하도록 하고 상기 수신된 DC 전력을 제1 전압에서 AC 전력으로 변환하도록 구성된다. 상기 변압기는 상기 전력 변환기로부터 상기 AC 전력을 수신하도록 하고 제2 전압에서 AC 전력을 유틸리티 전력 네트워크로 전달하도록 구성된다. 상기 전압 조절 장치는 상기 제1 전압을 상기 DC 전력의 전압에 근거하여 결정된 목표 값으로 조절하도록 구성된다.

Description

전력 변환 시스템{POWER CONVERSION SYSTEMS}
본 발명은 전력 변환 시스템에 관한 것이다.
유틸리티 규모 태양 광발전(Photovoltaic; 이하 PV) 인버터들은 유틸리티 전력 그리드로 전달하기 위해 PV 어레이(array)에 의해 생성된 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는데 사용된다. 상기 생성된 DC 전력은 온도, 부하량, 일사량의 정도, 그리고 수명(age)과 같은 요인들에 의해 가변 전압을 갖는다. PV 시스템의 정상 동작(normal operation) 동안, 인버터는 PV 어레이가 최대 전력점(Maximum Power Point; MPP)에서 동작할 수 있도록 PV 어레이에 부하 상태(loading condition)를 제공한다.
일측면에서, 전력 변환 시스템(power conversion system)은 전력 변환기(power converter), 변압기(transformer), 및 전압 조절 장치(voltage adjustment device)를 포함한다. 상기 전력 변환기는 전력 생성 장치에 의해 생성된 가변 DC 전력을 수신하도록 하고 상기 수신한 DC 전력을 제1 전압에서 AC 전력으로 변환하도록 구성된다. 상기 변압기는 상기 전력 변환기로부터 상기 AC 전력을 수신하도록 하고 제2 전압에서 AC 전력을 유틸리티 전력 네트워크로 전달하도록 구성된다. 상기 전압 조절 장치는 상기 제1 전압을 상기 DC 전력의 전압에 근거하여 결정된 목표 값으로 조절하도록 구성된다.
실시예들은 이하의 하나 또는 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 변환기는 인버터이다. 상기 전압 조절 장치는 상기 변압기와 전기적으로 연결된다. 상기 전압 조절 장치는 상기 변압기의 일 부분을 형성한다. 상기 전압 조절 장치는 부하시 탭 전환장치(on-load tap changer)를 구비한다. 상기 전압 조절 장치는 상기 제1 전압을 미리 설정된 전압의 범위 이내로 조절하도록 더 구성된다.
상기 전력 변환기는 상기 수신된 DC 전력을 제3 전압에서 AC 전력으로 변환하도록 구성된 변환기(converter) 및 상기 제3 전압에서의 상기 AC 전력을 상기 제1 전압에서의 AC 전력으로 변환하도록 구성된 중간 변압기(intermediate transformer)를 포함한다.
상기 전력 변환 시스템은 상기 제1 전압의 상기 목표 값을 결정하도록 구성된 제1 제어기(controller)를 포함한다. 상기 AC 전력의 상기 제1 전압의 상기 목표 값은 적어도 하나의 미리 설정된 설계 마진(design margin)만큼 상기 DC 전력의 상기 전압보다 작다. 상기 AC 전력의 상기 목표 값은 상기 AC 전력과 관련된 전류가 최소화 되도록 결정된다. 상기 제2 전압은 상기 제1 전압보다 더 높다.
상기 DC 전력은 상기 전력 생성 장치의 온도에 근거하여 가변한다. 상기 전력 생성 장치는 광전지(photovoltaic cell)를 포함한다. 상기 전력 생성 장치는 풍력 하베스팅 장치(wind power harvesting device)를 포함한다. 상기 전력 변환 시스템은 미리 설정된 DC 전력량을 생성하기 위하여 상기 전력 생성 장치를 제어하도록 구성된 제2 제어기를 포함한다.
상기 전력 변환 시스템은 복수의 전력 변환기들을 포함하며, 각각의 상기 전력 변환기는 대응하는 전력 생성 장치로부터 DC 전력을 수신하도록 구성된다. 상기 전력 변환 시스템은 상기 복수의 전력 변환기들 각각으로부터 상기 AC 전력을 수신하도록 구성된 컬렉터 버스(collector bus)를 포함한다. 상기 전압 조절 장치는 상기 컬렉터 버스에서 상기 AC 전력의 상기 제1 전압을 조절하도록 구성된다. 상기 전력 변환 시스템은 복수의 컬렉터 버스들을 포함하며, 각각의 상기 컬렉터 버스는 상기 복수의 전력 변환기들의 일부(subset)로부터 상기 AC 전력을 수신하도록 구성된다.
다른 측면에서, 전력 생성 장치에 의해 생성된 가변 DC 전력을 수신하도록 하고 유틸리티 전력 네트워크로 전달하기 위해 상기 수신된 DC 전력을 AC 전력으로 변환하도록 구성된 전력 변환기를 제어하는 방법은 상기 전력 생성 장치에 의해 생성된 상기 가변 DC 전력의 전압에 근거하여 상기 변환된 AC 전력의 목표 전압을 결정하는 단계 및 상기 변환된 AC 전력의 상기 전압을 상기 목표 전압으로 조절하는 전압 조절 장치를 제어하는 단계를 포함한다.
실시예들은 이하의 하나 또는 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 목표 전압은 상기 AC 전력의 상기 목표 전압이 적어도 하나의 미리 설정된 설계 마진만큼 상기 DC 전력의 상기 전압보다 작도록 결정된다. 상기 AC 전력의 상기 목표 전압을 결정하는 단계는 상기 AC 전력과 관련된 최소 전류를 결정하는 단계를 포함한다. 상기 목표 전압은 컴퓨터에 의한 방법을 포함하여 다양한 방법으로 계산될 수 있다.
상기 전압 조절 장치를 제어하는 단계는 상기 전압 조절 장치의 동작 파라미터(operational parameter)를 결정하는 단계를 포함한다. 상기 동작 파라미터를 결정하는 단계는 룩업 테이블(look-up table)을 사용하는 단계를 포함한다. 상기 동작 파라미터는 상기 전력 변환기에 의해 변환된 상기 AC 전력의 상기 전압에 근거하여 피드백 메커니즘을 사용하여 결정된다. 상기 전압 조절 장치는 부하시 탭 전환장치(on-load tap changer; LTC)를 포함하고, 상기 동작 파라미터는 상기 LTC의 탭 설정을 포함한다. 상기 방법은 상기 전력 생성 장치와 관련된 제어기로부터 상기 전력 생성 장치에 의해 생성된 상기 전압에 대한 보고(report)를 수신하는 단계를 포함한다.
상기 전력 변환기는 복수의 전력 생성 장치들에 의해 생성된 DC 전력을 수신하도록 구성되고 상기 목표 전압은 상기 복수의 전력 생성 장치들에 의해 생성된 상기 DC 전력의 최소 전압에 근거하여 결정된다. 상기 목표 전압은 상기 전력 변환기에 의해 수신된 상기 DC 전력의 상기 전압과 상기 전력 변환기에 의해 변환된 상기 AC 전력의 상기 전압 간의 비율에 근거하여 결정된다.
상기 전압 조절 장치를 제어하는 단계는 정해진 시간에 미리 설정된 조절 횟수보다 더 적은 횟수가 되도록 하는 단계를 포함한다. 상기 전압 조절 장치를 제어하는 단계는 상기 DC 전력의 예상된 변화에 근거하여 수행된다. 상기 방법은 상기 DC 전력의 이전 변화(variation)들에 근거하여 상기 DC 전력의 상기 예상된 변화를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 측면에서, 방법은 전력 생성 장치로부터 가변 DC 전력을 수신하는 단계; 상기 수신된 DC 전력을 제1 전압에서 AC 전력으로 변환하는 단계; 상기 AC 전력의 상기 전압을 제2 전압으로 증가시키는 단계; 및 제2 전압에서의 상기 AC 전력을 유틸리티 전력 네트워크로 전달하는 단계를 포함한다. 상기 제1 전압은 상기 수신된 DC 전력의 전압에 근거하여 결정된다.
실시예들은 이하의 하나 또는 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 수신된 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 단계는 상기 AC 전력의 상기 제1 전압을 조절하는 전압 조절 장치를 사용하는 단계를 포함한다. 상기 전압 조절 장치는 부하시 탭 전환장치(on-load tap changer; LTC)를 포함한다. 상기 AC 전력의 상기 제1 전압을 조절하는 단계는 상기 LTC의 탭 설정을 조절하는 단계를 포함한다.
다른 이점 중에서, 이하에서 개시되는 시스템 및 방법은 PV 인스톨레이션(PV installation)의 효율성을 향상시키고 전체 시스템 비용을 줄인다. 인버터의 AC 출력 전압은 인버터에 대하여 최적 수준으로 조절되며, 인버터에서 AC 출력 전류의 크기 및 범위가 감소될 수 있다. 따라서 감소된 전류는 더 낮은 정격(rated)과 덜 비싼 인버터들을 사용할 수 있게 한다. 나아가, 인버터의 출력 전력의 "클리핑(clipping)"이 낮은 온도에서 발생하지 못하여, PV 어레이에 의해 생성되지만 인버터에 의해 AC 전력으로 변환되지 않는 낭비 전력을 최소화하고 PV 어레이로부 수익(revenue)을 증가시킨다. 일반적으로, 인버터에서 감소된 전류는 또한 컬렉터 버스, 인버터와 승압 변압기(step-up transformer) 간의 케이블, 그리고 인버터 내 버스 워크(bus-work)에서도 전류가 감소되도록 하여, 전체 시스템 효율성을 향상시킨다.
본 발명의 다른 특징과 이점은 이하의 서술 및 청구항으로부터 명백하다.
도 1은 그리드 연계형(grid-connected) PV 시스템의 구성도이다.
도 2는 태양 전지의 전류-전압 특성에 대한 온도의 효과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 일정한 온도에서 여러 가지 일사량 크기에 대한 PV 패널들의 스트링 단자(terminal) 특성을 나타내는 그래프이다.
도 4는 여러 가지 일사량 크기에 대한 PV 어레이의 전류-전압 특성과 PV 어레이의 전력-전압 특성의 그래프이다.
도 5는 유틸리티 규모 PV 인스톨레이션의 구성도이다.
도 6a는 표 1에 도시된 실시예에 따른 PV 패널의 온도 계수를 나타낸 표이다.
도 6b는 표 1에 도시된 PV 패널의 단락회로(short-circuit) 전류, 개방회로(open-circuit) 전압, 그리고 최대 전력의 온도 상관성을 나타낸 그래프이다.
도 7은 일 실시예에 따른 PV 어레이의 출력 전력과 전압의 온도 상관성을 나타낸 그래프이다.
도 8은 3상 인버터(three-phase inverter)의 구성도이다.
도 9는 PV 어레이 전력과 인버터의 고정 AC 출력 전압에 대한 인버터 출력 전류 대 온도를 나타낸 그래프이다.
도 10은 인버터의 고정 AC 출력 전압 및 가변 AC 출력 전압에 대한 인버터 출력 전류 대 온도를 나타낸 그래프이다.
도 11은 복수의 탭을 가진 변압기에 연결된 부하시 탭 전환장치(on-load tap changer)의 구성도이다.
도 12는 인버터 DC 버스 전압과 AC 출력 전압 대 온도를 나타낸 그래프이다.
[관련 출원]
본 출원은 2009년 11월 24일에 특허 출원된 미국 출원 번호 12/625,093에 대해 우선권을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 참조로서 포함된다.
[발명의 상세한 설명]
도 1을 참조하면, 그리드 연계형 태양 광발전(Photovoltaic; PV) 시스템(150)에서, 광발전 어레이(100)는 직렬/병렬 배열로 연결된 PV 패널(102)들의 집합을 포함한다. 각 PV 패널은 복수의 상호 연결된 PV 전지("태양 전지")(104)들로 구성된다. 총칭하여 스트링(106)으로 알려진, 직렬로 연결된 PV 패널들은 높은 동작 전압을 획득할 수 있다. 복수의 스트링(106)들은 PV 어레이(100)의 목표 생산 전력 정격(rating)을 획득하도록 병렬로 연결된다. PV 어레이(100)는 인버터(110)의 DC 버스(108)에 연결되어, PV 어레이(100)에 의해 생성된 DC 전력을 AC 전력으로 변환한다. AC 전력의 전압은 중간 전압(예를 들어, 34.5kV)으로 컬렉터 버스(collector bus)(114)에 전달되기 위해 승압 변압기(step-up transformer)(112)에 의해 증가된다. 몇몇 실시예들에서, PV 어레이(100)는 중간 전압을 생성하고 인버터(110)는 변환된 중간 전압 AC 전력을 컬렉터 버스(114)로 직접 전달하는 중간 전압 인버터(medium-voltage inverter)이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 일반적인 태양 전지의 단자 전압 대 전류 특성은 고정된 일사량(즉, 태양 전지에 비치는 햇빛의 양)에 대해 나타낼 수 있다. 개방회로 전압(open-circuit voltage), 또는 부하가 0 A일 때 태양 전지의 전압은 태양 전지 온도에 의해 역변한다(영역 200). 단락회로 전류(short-circuit current), 또는 전지의 제로 전압(zero voltage)에서 전류 흐름은 비교적 일정하다(영역 202).
도 3을 참조하면, PV 어레이의 단자 전압 대 전류 특성의 형태는 개별 태양 전지의 단자 전압 대 전류 특성과 유사하다. 전압 범위는 어레이에서 더 크며, 직렬로 연결된 PV 패널별 복수의 태양 전지들과 복수의 PV 패널들이 반영되어 있다; 전류 범위도 더 크며, 상술한 바와 같이 복수의 태양 전지들과 직렬/병렬 배열로 연결된 복수의 PV 패널들이 반영되어 있다. 도 3에서, 온도는 25℃로 일정하게 유지된다; 각각의 곡선은 각각 다른 일사량을 나타낸다. 더 높은 일사량이 PV 어레이에서 더 많은 전류를 생성한다.
도 3 및 4를 참조하면, PV 어레이에 의해 생성된 전력(그리고 전력 유틸리티로 판매된 값)을 최대화하기 위해서, PV 어레이는 최대 전력점(Maximum Power Point; 이하 MPP)에서 동작된다. MPP는 PV 어레이의 특성인 전압-전류(V-I) 곡선 상에서 PV 어레이 전압과 전류의 곱이 최대에 도달하는 지점이며, 일사량과 온도 둘 다에 의해 결정된다. 일 실시예에 따른 PV 어레이에서 MPP는 각각의 일사량 크기에 대해 도시된 도 3에서 확인된다; MPP 곡선(302)은 PV 스트링의 전력 출력을 최대화하는 이상적인 동작점(operating point)들을 나타낸다. 예를 들어, 1000 W/m2의 일사량에서, MPP는 대략 180V와 6A(지점 300)에서 발생한다. 다른 실시예에 따른 PV 어레이에서, 여러 가지 일사량 크기에 대한 일반적인 V-I 곡선들(가는 선들)과 전력 곡선들(굵은 선들)이 도 4에 도시되어 있다. 각각의 일사량 크기에 대한 MPP는 각 전력 곡선의 최대점(maximum point)에서 감소된다. 예를 들어, 1000 W/m2 전력 곡선에서 400 지점은 그 일사량에서 최대 전력을 나타내며, 도 3에 도시된 MPP(지점 300)와 대응된다.
도 5를 참조하면, 유틸리티 규모의 PV 인스톨레이션(500)에서, 컬렉터 버스(114)는 복수의 인버터(110)들로부터 AC 출력 전력을 수집한다. 각각의 인버터는 PV 어레이(100)와 연결된다. 복수의 컬렉터 버스(114)들 상에 전달된 AC 전력은 예컨대 변전소(substation)(118)에서의 전력 변압기(power transformer)(116)에 의해 송전 전압(transmission voltage)(예컨대, 138kV)으로 승압된다. 송전 전압에서의 AC 전력은 유틸리티 전력 송전 시스템(utility power transmission system)(120)으로 전달된다.
최대 전력점 추적기(maximum power point tracker; 이하 MPPT)로 알려진, 인버터(110)와 관련된 제어기(controller)는 PV 어레이(100)의 MPP와 일치하도록 인버터의 DC 버스 전압을 조절한다. MPP는 온도 및 일사량 변화로 인해 하루 동안(그리고 계절에 의해) 변한다; 제어기는 환경이 변화되더라도 DC 버스 전압을 MPP로 계속 유지한다. MPPT는 일반적으로 잘 알려진 알고리즘으로 소프트웨어로 구현된다. 다른 실시예들에서, MPPT는 회로(circuitry)로 구현된다. 본 명세서의 문맥(context)에서, MPPT는 PV 어레이의 전기적 동작점을 제어한다. 태양이 하늘을 가로질러 이동하듯, PV 패널(102)들이 직접 태양을 향하는 지점으로 물리적으로 조절하는 기계적인 MPPT들도 존재한다. 몇몇 실시예들에서, 소규모 PV 시스템의 MPPT는 태양이 충분한 환경에서 개방회로 PV 전압의 미리 설정된 비율, 예를 들어 76%로, 인버터의 DC 버스 전압을 설정한다.
일반적인 PV 인스톨레이션의 효율성을 최대화하고 비용을 줄이기 위해서, PV 어레이(100)의 개방회로 DC 출력 전압은 각 패널의 최대 시스템 전압 정격(rating)을 초과하지 않고 가능한 높게 설정된다. 일 실시예에 따른 PV 패널의 전기적 특성은 표 1에 주어진다. 이 PV 패널에서, 최대 시스템 전압 정격은 1000V이다.
Figure pct00001
표 1) 캘리포니아주 샌프란시스코의 선테크 파워 홀딩스사(Suntech Power Holdings)에 의해 제조된 예시적인 PV 패널의 전기적 특성에 대한 규격. STC 환경은 1000W/m2 의 일사량, 25℃ 모듈 온도, 그리고 대기 질량 값(AM; air-mass) = 1.5를 포함한다.
최대 시스템 전압은 PV 인스톨레이션의 장소에서 가장 추운 아침(주변 온도)이 될 때 개방회로 부하 상태에서 발생한다. 태양 전지(도 2에 도시)의 온도 상관성은 일반적으로 PV 패널 데이터 시트(sheet)에 수치 및 도표로 명시된다. 도 6a 및 6b를 참조하면, 표 1에 도시된 실시예에 따른 PV 패널에서, 개방회로전압(VOC)의 온도 계수는 -0.34%/℃이다. 표 1에 명시된 것처럼, PV 패널의 전기적 특성은 25℃를 기준으로 한다. 따라서, 만약 본 실시예에 따른 패널을 포함하는 PV 시스템의 장소에서 최소 주변 온도가 -15℃이면, 그 온도에서 개방회로 전압은 ((-15℃ - 25℃)* -0.34%/℃) = +13.6%, 또는 25℃에서의 개방회로 전압보다 13.6% 더 높게 될 것이다. 표 1에서, 25℃에서 VOC = 44.8V이기 때문에, 15℃에서 VOC는 (1.13 * 44.8)V, 또는 50.86V이다.
1000V(-15℃ 및 개방회로 상태에서)의 최대 전압 정격 이하로 PV 시스템의 전압을 유지하기 위해서, 19개의 PV 패널들이 직렬로 연결되어, 967V의 총 시스템 전압을 생성한다. (하나의 PV 패널이 추가되면 1018V를 생성하여, 패널들의 1000V 정격을 초과한다.) 따라서 인버터가 OFF(즉, 대기, 동작하지 않는 상태)일 때 인버터의 DC 버스 상에 발생할 수 있는 최대 전압은 967V이다.
본 실시예에서, 스트링 마다 19개의 PV 패널들을 가진 경우, 25℃에서 1MW의 목표 PV 어레이 전력을 생성하는데 필요한 스트링의 수가 계산될 수 있다. 표 1에 도시된 바와 같이, PV 패널 마다 표준 전력은 280W로, 각 스트링은 19 * 280W = 5.32kW의 전력을 생성한다는 것을 의미한다. 따라서, 1MW PV 어레이는 188개의 병렬 스트링들로 형성될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상술한 온도 계수 계산에 근거하고 PV 어레이의 MPP 전압이 개방회로 전압과 동일한 온도 계수를 가지고 있다고 가정하면, 상술한 실시예에 따른 PV 어레이의 출력 전압(곡선 702) 및 전력(곡선 704)은 계산되고 도시될 수 있다. PV 어레이 전압 및 전력은 온도가 감소함에 따라 증가한다. 일반적인 PV 패널에서, 태양 전지들은 보호 유리로 둘러싸여 있다. 이 유리 케이스 내부에서 태양 전지들은 조용하고 바람이 없는 날에 충분한 태양 환경 하에서 일반적으로 주위 온도보다 더 따뜻한 25-30℃ 온도에 도달한다. 따라서 85℃ 전지 온도는 PV 어레이 출력 전압이 최소인 지점으로 선택될 수 있다. DC 컬렉터 버스(도 1의 108) 상에서 전압 드랍(drop)을 무시하면, 최소 PV 어레이 전압은 인버터가 동작할 수 있는 최소 DC 버스 전압이다.
인버터를 PV 어레이와 정확하게 일치시키기 위해서, 인버터의 AC 출력 전압은 PV 어레이에 의해 생성된 최소 DC 전압에 근거하여 설정되며, 상기 최소 DC 전압은 PV 인스톨레이션의 장소에서 예상되는 가장 높은 주위 온도일 때 발생한다. 인버터의 AC 출력 전압과 PV 시스템의 정격 전력은 인버터의 전류 정격을 결정한다. 주변 온도가 감소하면, 태양 PV 어레이는 더 많은 전압과 더 많은 전력을 생성한다. 결국, 충분히 낮은 온도일 때, 인버터가 명판(nameplate) 전력 정격을 충족하게 될 것이다. 온도가 계속 감소하고 PV 어레이의 출력이 계속 증가하면, 광발전 전력 시스템에서 사용하는 정지형 인버터(Static Inverter)와 충전 컨트롤러(Charge Controller)의 안전에 대한 UL(Underwriters Laboratories Inc.; 미국보험협회안전시험소) 규격인 UL 1741처럼, 안전 에이전시 필요 조건들을 만족시키기 위해서, 인버터는 그것의 명판 정격으로 전력을 제한하거나 "클리핑(clipping)"한다. 더 많은 전력이 이러한 더 낮은 온도에서 PV 어레이로부터 이용될 수 있지만, 인버터는 그것의 명판 정격 이상의 전력을 유틸리티 전력 그리드로 전달하지 않을 것이다. PV 어레이에 의해 생성되지만 전력 그리드로 전달되지 않는 초과 전력은 손실 수익(loss revenue)에 해당한다.
안전 에이전시 정격 필요 조건들의 제약이 없더라도, 충분히 낮은 온도에서, 인버터는 결국 AC 출력 전류 제한에 도달할 것이다. 인버터는 PV 어레이에 의해 생성된 증가 DC 전력을 조절하기 위해서 그것의 출력 전류 제한 이상으로 출력 전류를 더 증가시킬 수 없다. 따라서, 더 많은 전력이 PV 어레이로부터 이용 가능하지만, 인버터는 그 전력을 유틸리티 전력 그리드로 전달하지 않고 또다시 손실 수익을 초래하게 된다. 더 높은 전류 정격을 가지는 더 큰 용량의 인버터는 클리핑을 방지하는데 사용될 수 있으나, 그러한 인버터는 더 많은 비용이 든다.
도 8을 참조하면, 인버터(900)는 "H-bridge"를 갖는 일반적인 3상 인버터(three-phase inverter)이다. 인버터(900)는 DC 버스(108)을 따라 PV 어레이로부터 DC 입력을 수신하고 인버터 출력 전압을 컬렉터 버스(114)의 더 높은 전압으로 승압하는 변압기(112)(도 1 및 도 5에 도시)로 AC 전력을 출력한다. 인버터의 최소 DC 버스 전압은 인버터 제어기가 AC 출력 전류에 대한 적절한 제어를 유지할 수 없는 인버터의 AC 출력 전압으로 상한값이 정해진다. 인버터(900)에서, DC 버스 전압은 약간의 설계 마진 DM(design margin)만큼 선간(line-to-line) AC 전압의 최고값(peak value) 보다 더 큰 값을 가지는 것이 바람직하다.
Figure pct00002
여기서 DM은 인버터 변조기(modulator)가 출력 전류의 충분한 제어를 유지하는 것을 보장하도록 하는 적절한(prudent) 설계 마진을 말하며, VDC는 DC 버스 전압이며, 그리고 VAC는 인버터에서 RMS 선간 AC 출력 전압이다. DM = 1.1은 10%의 설계 마진을 말한다. 본 명세서에서, 인버터가 최대 변조 지수(예를 들어, 최적의 3차 고조파 참조 인젝션(third-harmonic reference injection)을 가진 종래 펄스폭 변조[PWM] 또는 공간 벡터 변조)에서 DC 버스 전압과 동일한 이론적인 AC 전압 피크(peak)를 생성할 수 있는 3상 변조기를 포함하는 것으로 한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 최소 DC 버스 전압(즉, 최소 PV 어레이 전압)은 532.4V(지점 700)이다. 10%의 설계 마진에서, 수학식 1은 인버터 출력으로 최대 AC 전압을 339V로 제공한다. 일반적인 태양 PV 시스템에서, AC 출력 전압은 고정되고, AC 출력 전류는 PV 어레이에 의해 생성된 가변 DC 전력을 조절하기 위해 변한다. AC 출력 전압은 유틸리티 전압 변동, 인버터 효율성, 또는 컬렉터 버스에서의 전압 드랍과 같은 다른 시스템의 설계 제약조건을 조절하기 위해서 일반적으로 계산된 최대값 보다 몇 퍼센트 더 낮은 값이 되도록 선택된다.
도 9를 참조하면, 이러한 설계 제약조건을 고려하지 않고 인버터의 고정된 AC 출력 전압으로 339V를 사용하면, 인버터의 AC 출력 전류가 도 1에 도시된 PV 어레이에 대해 온도 대비하여 도시된다(곡선 900). 낮은 온도일 때, PV 어레이는 더 많은 DC 전력을 생성하고(곡선 902), 따라서 인버터는 더 높은 AC 출력 전류를 생성한다. 온도가 계속해서 떨어지면, 인버터는 그것의 정격 전력 제한 또는 정격 전류 제한에 가까워진다. 예를 들어, 1800A의 최대 AC 출력 전류 정격을 가진 인버터를 생각해보자. 약 14℃ 이하의 온도에서, PV 어레이에 의해 생성된 DC 전력은 1800A 보다 더 큰 인버터에서의 출력 전류에 해당할 것이다. 그러나, 인버터는 이 초과 전력을 수용할 수 없으며, 따라서 인버터에서의 AC 출력 전류는 1800A에서 포화 상태가 된다(점선 904로 표시). 즉, 인버터는 온도가 14℃ 이하로 내려갈 때에 생성된 증가 PV 어레이 전력을 처리할 수 없고, 대신 추운 온도에서 출력을 클리핑한다. 따라서, 클리핑되는 온도 이하에서 증가된 PV 전력 용량에서 얻은 수익(revenue)은 손실된다.
도 10을 참조하면, 인버터에서 AC 출력 전압을 가변하도록 하여, 인버터 AC 출력 전류 범위가 곡선 1002에 도시된 것처럼, 감소될 수 있다. 상술한 바와 같이, PV 어레이 전압은 온도가 감소됨에 따라 증가한다(곡선 1000). 곡선 1004에 도시되고 상술한 바와 같이, 고정 인버터 출력 전압에 대해, 인버터 출력 전류는 그에 상응하여 인버터의 최대 출력 전류 정격으로 증가된다(점선 1006으로 표시). 인버터 출력 전압을 가변 되도록 하면, PV 어레이에 의해 생성된 DC 전력에서 일부 증가량은 인버터 출력 전압에서의 증가로 조절된다. 따라서, 인버터 출력 전류는 더 천천히 증가되고 인버터의 최대 출력 전류 정격 이하가 된다(곡선 1002). AC 출력 전류의 감소는 추운 온도에서 PV 어레이의 출력 클리핑을 제거하여, 전체 PV 시스템의 효율성을 향상시킨다. 더욱이, 감소된 AC 출력 전류 때문에, 더 낮은 전류 정격을 가진 인버터를 사용할 수 있게 되어 PV 인스톨레이션의 비용을 줄일 수 있다.
상술한 실시예를 계속 이용하고 계산의 단순성을 위해 시스템 손실을 고려하지 않으면, 인버터의 AC 출력 전압은 85℃에서 339V이고 AC 출력 전류는 1214A이다. -15℃에서, PV 어레이 전압(그리고 인버터 DC 버스 전압)은 760V로 증가한다(도 7에 도시). 수학식 1에 따르면, 고정 인버터 출력 전압에서, AC 출력 전류는 -15℃에서 2032A가 될 수 있다(도 10의 곡선 1004). 그러나, 인버터의 최대 AC 출력 전류 정격이 1800A인 것을 고려하면, 클리핑이 발생하고 PV 어레이에 의해 생성된 전력의 전부가 인버터에 의해 전달되는 것은 아니다. 반면, 인버터 출력 전압을 가변되도록 하면, 출력 전압은 -15℃에서 483.5V로 증가되고, 483.5V는 인버터에서 단지 1424A의 AC 출력 전류에 해당한다(도 10의 곡선 1002). 전류에서 이러한 감소는 인버터가 PV 어레이의 1192kW 전력(483.5V * 1424A *
Figure pct00003
= 1192kW, 여기서
Figure pct00004
은 인버터의 3상 AC 출력을 반영한다)을 충분히 처리하도록 한다. 즉, -15℃에서, 가변 출력 전압을 가진 인버터에서의 출력 전류는 고정 출력 전압을 가진 인버터에서의 출력 전류 보다 약 30% 더 작고, PV 어레이에 의해 생성된 더 많은 DC 전력은 가변 전압 인버터에 의해 전달된다. 따라서 더 낮은 전류 정격을 가진 인버터가 사용될 수 있다. 인버터의 비용은 그것의 전류 정격과 관련되기 때문에, 가변 출력 전압은 더 낮은 전류 정격과 덜 비싼 인버터의 사용을 가능하게 한다.
인버터에서 가변 AC 출력 전압을 생성하기 위해서, 임의 개수의 가변 전압 변압기 기술들(예를 들어, Variac 또는 Powerstat)이 인버터(110)와 연결된 승압 변압기(도 1의 112)의 저전압측에 사용될 수 있다. 그러나, Variacs은 엄청나게 비싸서 인버터 비용 절약을 상쇄하는 것보다 더 커질 수 있다. 일반적으로, AC 전압 조절을 제어할 수 있는 어떠한 장치라도 사용될 수 있다.
도 5를 다시 참조하면, 태양 PV 인스톨레이션을 유틸리티 그리드(120)에 연결하는 주 전력 변압기(116)와 관련된 부하시 탭 전환장치(on-load tap-changer; 이하 LTC)는 인버터 AC 출력 전압을 가변하기 위해 사용된다. 대규모(예를 들어, 20MW 보다 큰) 태양 PV 인스톨레이션에서, 복수의 PV 어레이(100)들과 인버터(110)들의 집합적인 출력을 결합하는 중간 전압 컬렉터 버스(114)들에게 제공되는 전용 전력 변압기(예를 들어, 변압기(116))를 가지는 것은 일반적이다. 즉, 산업용 또는 주거용 부하에 중간 전압을 공급하는 분배 회로(distribution circuit)가 없다. 따라서, 컬렉터 버스(114) 상에서 전압은 비교적 일정한 전압을 받아들이도록 설계된 부하의 손상 없이 넓은 범위로 가변될 수 있다.
일반적으로, LTC를 가지는 전력 변압기는 높은측(1차 송전 전압)에 가변 전압을 받아들이고 낮은측(2차 중간 전압)에 규정 전압을 제공한다. 예를 들어, +/-10% 입력 전압을 출력(중간 전압)측에 대해 +/-0.625% 이내로 조절하는 것은 LTC를 가지는 전력 변압기에서 일반적인 어플리케이션(application)이다.
도 11을 참조하면, 3상 전력 변압기(도 5의 116)의 각 상(phase)은 몇 개의 전압 탭(1100)들을 포함하도록 휘감겨 있다. LTC(122)는 탭(1100)들 중 하나와 연결되고 부하 전류를 차단하지 않거나 변압기를 단락시키지 않고 한 탭에서 다른 탭으로 변경될 수 있다. LTC는 일반적으로 선형 탭(linear tap)들을 위한 10-22개의 탭 위치를 가진다(도 11에 도시된 바와 같이). 다른 실시예들에서, LTC는 15-35개의 효과적인 탭 위치를 허용하는 코스(coarse)/파인(fine) 또는 플러스(plus)/마이너스(minus) 스위칭 방식의 추가 변압기 권선(windings)과 함께 사용된다.
LTC에서 일반적으로 사용되는 것처럼, 낮은측 전압을 조절하는 LTC를 가진 전력 변압기를 사용하기 보다는, LTC(122)가 낮은측 컬렉터 버스(도 1 및 도 5의 114) AC 전압을 가변하도록 하는데 사용된다. 도 12를 참조하면, PV 어레이에 의해 생성된 DC 전압의 변화를 조절하기 위해서(곡선 1200), 컬렉터 버스의 AC 전압은 339V에서 483.5V까지 변한다(곡선 1202). +/-15% 범위를 가지는 LTC는 컬렉터 버스 AC 전압에서 이러한 30% 변이를 조절하는데 사용된다. 선택적으로, +/-20% LTC의 사용은 송전 라인(도 5의 120) 상의 송전 전압에서 +/-5%의 변이를 또한 조절할 수 있도록 한다. +/-20% LTC는 전력 변압기 제조사들의 역량 내에서 이루어진다.
규격 +/-10% LTC를 가지는 전력 변압기는 일반적으로 LTC가 없는 전력 변압기 보다 약 25% 더 많은 비용이 든다. 넓은 범위 LTC(예를 들어, +/-20%)는 10%의 추가적인 비용이 들 수 있다. $2M의 비용이 드는 100MVA 변압기와 상기 변압기의 비용에 35%가 추가되는 넓은 범위 LTC에서, 컬렉터 버스 상의 가변 AC 전압을 얻기 위한 변압기의 증가 비용은 $700k일 수 있다. 이 비용은 상술한 것처럼 더 낮은 전류 정격을 가진 인버터를 사용하여 얻을 수 있는 대략 30% 절감으로 상쇄된다. 예를 들어, 각 비용이 $250k인, 100개의 1MW 인버터들을 가지는 100MW 태양 PV 인스톨레이션에서, 인버터의 비용 절감은 100개의 인버터들 각각에 대한 $250k의 30%로, 총 $7.5M 절감된다. 즉, 인버터의 비용 절감은 인버터에서 가변 AC 전압을 생성하기 위해 사용된 LTC에 대한 비용의 10배 이상일 수 있다. 일반적으로, 전용 컬렉터 버스와 전력 변압기를 가지는 대규모 유틸리티 PV 인스톨레이션(예를 들어, >20MW)에서, 가변 AC 전압 메커니즘은 PV 인스톨레이션의 전체 비용을 더 낮춘다.
더 작은 규모의 PV 인스톨레이션에서, 분배 전압 조절기(distribution voltage regulator)는 몇몇 PV 인버터들에게 전용된 중간 전압 컬렉터 버스 상에서 사용될 수 있다. 분배 전압 조절기들은 2차 없이 탭이 있는 변압기인 단권 변압기(auto-transformer)와 연결된 LTC를 사용한다. 이러한 설계는 유틸리티 그리드와 연결 지점(point of connection; POC)이 분배 전압(즉, 중간 전압)인 작은 PV 인스톨레이션 및/또는 중간 전압이 다른 부하들로 공급되는 작은 PV 인스톨레이션에게 바람직하다. LTC와 단권 변압기의 결합은 넓은 전압 범위에 대해 설계될 수 있다.
LTC는 주 변압기에 있는 하나의 탭에 의하여 스위치 업 또는 스위치 다운을 시그널링하기 위하여 접속 폐쇄(contact closure) 명령을 받아들인다. 도 5에 도시된 것처럼 태양 PV 인스톨레이션은 통신 라인(126)들을 통해 각각의 개별 PV 인버터(110)들과 통신하는 마이크로프로세서 기반 중앙 마스터 제어기(microporcessor-based central master controller)(124)를 가진다. 각각의 인버터는 인버터의 DC 버스 전압을 인버터로 공급되는 PV 어레이(100)의 MPP로 조절하는 MPPT 제어기를 포함한다. MPP는 태양 전지 온도, 일사량 및 다른 요인들에 대한 함수이며, 하루 동안 바뀐다. 각각의 인버터는 주기적 단위(예를 들어, 2초 마다 한번)로 중앙 마스터 제어기에게 그것의 DC 버스 전압을 보고한다. 마스터 제어기는, 모든 보고된 인버터 DC 버스 전압들의 최소 값을 선택하도록 하고, 수학식 1을 사용하여 최소 DC 버스 전압을 기초로 목표 AC 전압을 계산하도록 하고, 그리고 목표 AC 전압에 가장 가까운 탭과 연결되도록 LTC를 제어하는 LTC 제어기(128)로 적절한 상향 또는 하향 명령(up or down commands)을 내리는 지시(instructions)들을 실행한다.
몇몇 실시예들에서, 마스터 제어기는 PV 인스톨레이션의 모든 인버터들의 평균 DC 버스 전압에 근거하거나 또는 고정 비율을 더한 최소 DC 버스 전압에 근거하여 목표 AC 전압을 계산한다. 다른 실시예들에서, 마스터 제어기는 각 인버터에 대한 측정된 DC 버스 전압과 측정된 AC 출력 전압의 비율을 계산하며, 가장 낮은 비율, 평균 비율, 또는 다른 측정기준(metric)에 근거하여 목표 윈도우(window) 이내로 상기 비율을 제공하기 위하여 상향 또는 하향 탭 전환(up or down tap change)이 필요한지를 결정한다. DC 버스 전압들의 다른 특성은 목표 AC 전압을 결정하기 위한 근거(basis)로 또한 사용될 수 있다.
목표 AC 전압이 결정되면 다수의 방법들이 LTC의 탭 설정을 결정하는데 사용될 수 있다. 개방 루프 제어 방법(open-loop control scheme)은 탭 설정 대 목표 전압 범위의 룩업 테이블을 사용한다. 각 탭 스텝(step)의 전압 범위는 0.5%에서 2%의 전압 범위이며, 변압기에서 효율적인 LTC 탭 위치의 수에 따라 결정된다. 폐쇄 루프 제어 방법(closed-loop control scheme)은 목표 AC 전압에 대해 미리 설정된 목표 윈도우 이내로 측정된 인버터 AC 전압을 제공하기 위하여 상향 또는 하향 탭 전환이 필요한지를 결정하기 위하여 각 인버터에 의해 마스터 제어기로 보고한 AC 출력 전압을 사용한다. 목표 윈도우는 목표 AC 전압에 근거하고 LTC의 그래눌라 레졸루션(granular resolution; 즉, 탭 스텝 마다 전압)을 고려한다.
마스터 제어기에 의해 실행되는 알고리즘들은 LTC가 탭들을 전환하도록 명령하는 횟수를 최소화하기 위한 필터링 및 선행 알고리즘들을 포함한다. LTC의 기계적 및 접촉(contact) 수명은 일반적으로 500,000번 작동 또는 그 이상의 범위이기 때문에, 제어기는 LTC에 대한 최소 수명 20년을 가능하도록 하기 위해서 하루에 68번의 LTC 탭 전환 이하로 명령하는 것이 바람직하다. 탭 전환을 최소화하기 위해서, 목표 AC 전압에 대한 윈도우는 커질 수 있고 및/또는 이력현상(hysteresis)은 탭 전환이 필요한 시기를 결정하기 위한 계산에 추가될 수 있다. 즉, PV 인스톨레이션은, 평균적으로, 수학식 1에 의해 예측된 것보다 더 낮은 AC 전압에서 동작하며, 조금 더 높은 인버터 전류로 변한다. 실제로, 추가의 인버터 전류는 일반적으로 가장 추운 날을 제외하고 모두 이용가능하기 때문에(예를 들어, 도 10 참고), 이러한 상황은 전력 변환 효율성에 거의 부정적인 영향을 주지 않는다.
몇몇 실시예들에서, 마스터 제어기는 매일의 인버터 DC 버스 전압 대 시간 정보를 저장한다. 매일의 프로파일 결과를 사용하여, 인버터는 DC 버스 전압이, 아침에 온도 및 일사량이 증가함에 따라 빨리 변하고, 더운 정오 동안 거의 일정하고, 해가 질 때 다시 빨리 변한다는 것을 "학습"한다. 이러한 학습된 프로파일을 이용하여, 마스터 제어기는 이른 아침과 늦은 오후에 더 많은 탭 전환 예산(budget)을 할당하며, 상대적으로 더 긴 정오 동안에 탭 전환이 거의 필요하지 않다는 것을 알 수 있다. 이러한 학습 알고리즘은 실외 온도, PV 모듈 온도, 및/또는 일사량 센서들로부터의 측정값(reading)을 알고리즘의 입력값으로 제공받아 보다 향상될 수 있다. 태양 PV 인스톨레이션의 장소에 대한 역사적 기상학 및 기후 데이터는 또한 적응 알고리즘과 같이 사전에 설치(pre-loaded)되어 사용될 수 있다.
만일 PV 인스톨레이션이 하나의 큰 에너지원과 하나의 인버터만 포함하면, 중앙 마스터 변환기(centralized master converter)의 기능들은 인버터 제어기의 일부분을 내장하거나 구성하는 제어기에 의해 수행될 수 있다.
가변 인버터 출력 전압 개념은 상술한 태양 PV 인스톨레이션의 문맥에서 설명되었다. 그러나, 가변 출력 전압 인버터는 온도를 이용하여 가변 출력 전압 및 /또는 가변 출력 전력을 생성하는 다른 DC 에너지원들에도 적용될 수 있다. 보다 일반적으로, 가변 출력 전압 인버터는 온도 이외의 또 다른 요인에 기초하여 가변 출력 전압을 생성하는 다른 DC 에너지원들에 적용될 수 있다. 예를 들어, 풍력 인스톨레이션(wind power installation)의 변환 효율성은 이러한 인버터의 사용으로 향상될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 개방회로 전압의 온도 계수는 양의 특성이며 DC 에너지원의 출력은 온도에 따라 증가한다. 상술한 것과 같은 동일한 원리는 또한 이러한 시스템들에 적용된다.
앞서 말한 설명은 예시를 들어 설명하기 위한 것이지 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 첨부된 청구항들의 범위에 의해 정의된다는 것을 이해할 수 있다. 다른 실시예들은 이하의 청구항들의 범위에 포함된다.

Claims (37)

  1. 전력 생성 장치(power generation device)에 의해 생성된 가변 DC 전력을 수신하고 상기 수신된 DC 전력을 제1 전압에서 AC 전력으로 변환하도록 구성된 전력 변환기(power converter);
    상기 전력 변환기로부터 상기 AC 전력을 수신하고 제2 전압에서 AC 전력을 유틸리티 전력 네트워크(utility power network)로 전달하도록 구성된 변압기(transformer); 및
    상기 제1 전압을 상기 DC 전력의 전압에 근거하여 결정된 목표 값으로 조절하도록 구성된 전압 조절 장치(voltage adjustment device)를 구비하는 전력 변환 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변환기는 인버터인 전력 변환 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전압 조절 장치는 상기 변압기와 전기적으로 연결된 전력 변환 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전압 조절 장치는 상기 변압기의 일부분을 형성하는 전력 변환 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 전압 조절 장치는 부하시 탭 전환장치(on-load tap changer)를 구비하는 전력 변환 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전압 조절 장치는 상기 제1 전압을 미리 설정된 전압의 범위 이내로 조절하도록 더 구성되는 전력 변환 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전압의 상기 목표 값을 결정하도록 구성된 제1 제어기(controller)를 더 구비하는 전력 변환 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전력 변환기는,
    상기 수신된 DC 전력을 제3 전압에서 AC 전력으로 변환하도록 구성된 변환기(converter); 및
    상기 제3 전압에서의 상기 AC 전력을 상기 제1 전압에서의 AC 전력으로 변환하도록 구성된 중간 변압기(intermediate transformer)를 구비하는 전력 변환 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 AC 전력의 상기 제1 전압의 상기 목표 값은 적어도 하나의 미리 설정된 설계 마진(design margin)만큼 상기 DC 전력의 상기 전압보다 작은 전력 변환 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 AC 전력의 상기 목표 값은 상기 AC 전력과 관련된 전류가 최소화 되도록 결정되는 전력 변환 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 DC 전력은 상기 전력 생성 장치의 온도에 근거하여 가변되는 전력 변환 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전력 생성 장치는 광전지(photovoltaic cell)를 포함하는 전력 변환 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 전력 생성 장치는 풍력 하베스팅 장치(wind power harvesting device)를 포함하는 전력 변환 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전압은 상기 제1 전압보다 더 높은 전력 변환 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    복수의 전력 변환기(power converter)들을 더 구비하며, 각각의 상기 전력 변환기는 대응하는 전력 생성 장치로부터 DC 전력을 수신하도록 구성된 전력 변환 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 전력 변환기들 각각으로부터 상기 AC 전력을 수신하도록 구성된 컬렉터 버스(collector bus)를 더 구비하는 전력 변환 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 전압 조절 장치는 상기 컬렉터 버스에서 상기 AC 전력의 상기 제1 전압을 조절하도록 구성되는 전력 변환 시스템.
  18. 제15항에 있어서,
    복수의 컬렉터 버스들을 더 구비하며, 각각의 상기 컬렉터 버스는 상기 복수의 전력 변환기들의 일부(subset)로부터 상기 AC 전력을 수신하도록 구성된 전력 변환 시스템.
  19. 제1항에 있어서,
    미리 설정된 DC 전력량을 생성하기 위하여 상기 전력 생성 장치를 제어하도록 구성된 제2 제어기를 더 구비하는 전력 변환 시스템.
  20. 전력 생성 장치에 의해 생성된 가변 DC 전력을 수신하도록 하고 유틸리티 전력 네트워크로 전달하기 위해 상기 수신된 DC 전력을 AC 전력으로 변환하도록 구성된 전력 변환기를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 전력 생성 장치에 의해 생성된 상기 가변 DC 전력의 전압에 근거하여 상기 변환된 AC 전력의 목표 전압을 결정하는 단계;
    상기 변환된 AC 전력의 상기 전압을 상기 목표 전압으로 조절하는 전압 조절 장치를 제어하는 단계를 포함하는 전력 변환기를 제어하는 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 AC 전력의 상기 목표 전압은 적어도 하나의 미리 설정된 설계 마진만큼 상기 DC 전력의 상기 전압보다 작은 전력 변환기를 제어하는 방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 AC 전력의 상기 목표 전압을 결정하는 단계는 상기 AC 전력과 관련된 최소 전류를 결정하는 단계를 포함하는 전력 변환기를 제어하는 방법.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 목표 전압을 결정하는 단계는 상기 목표 전압을 계산하는 단계를 포함하는 전력 변환기를 제어하는 방법.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 전압 조절 장치를 제어하는 단계는 상기 전압 조절 장치의 동작 파라미터(operational parameter)를 결정하는 단계를 포함하는 전력 변환기를 제어하는 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 동작 파라미터를 결정하는 단계는 룩업 테이블(look-up table)을 사용하는 단계를 포함하는 전력 변환기를 제어하는 방법.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 동작 파라미터는 상기 전력 변환기에 의해 변환된 상기 AC 전력의 상기 전압에 근거하여 피드백 메커니즘을 사용하여 결정되는 전력 변환기를 제어하는 방법.
  27. 제24항에 있어서,
    상기 전압 조절 장치는 부하시 탭 전환장치(on-load tap changer; LTC)를 포함하고, 상기 동작 파라미터는 상기 LTC의 탭 설정을 포함하는 전력 변환기를 제어하는 방법.
  28. 제20항에 있어서,
    상기 전력 생성 장치와 관련된 제어기로부터 상기 전력 생성 장치에 의해 생성된 상기 전압에 대한 보고(report)를 수신하는 단계를 더 포함하는 전력 변환기를 제어하는 방법.
  29. 제20항에 있어서,
    상기 전력 변환기는 복수의 전력 생성 장치들에 의해 생성된 DC 전력을 수신하도록 구성되고 상기 목표 전압은 상기 복수의 전력 생성 장치들에 의해 생성된 상기 DC 전력의 최소 전압에 근거하여 결정되는 전력 변환기를 제어하는 방법.
  30. 제20항에 있어서,
    상기 목표 전압은 상기 전력 변환기에 의해 수신된 상기 DC 전력의 전압과 상기 전력 변환기에 의해 변환된 상기 AC 전력의 전압 간의 비율에 근거하여 결정되는 전력 변환기를 제어하는 방법.
  31. 제20항에 있어서,
    상기 전압 조절 장치를 제어하는 단계는 정해진 시간에 미리 설정된 조절 횟수보다 더 적은 횟수가 되도록 하는 단계를 포함하는 전력 변환기를 제어하는 방법.
  32. 제20항에 있어서,
    상기 전압 조절 장치를 제어하는 단계는 상기 DC 전력의 예상된 변화에 근거하여 수행되는 전력 변환기를 제어하는 방법.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 DC 전력의 이전 변화(previous variation)들에 근거하여 상기 DC 전력의 상기 예상된 변화를 결정하는 단계를 더 포함하는 전력 변환기를 제어하는 방법.
  34. 전력 생성 장치로부터 가변 DC 전력을 수신하는 단계;
    상기 수신된 DC 전력을 제1 전압에서 AC 전력으로 변환하는 단계, -상기 제1 전압은 상기 수신된 DC 전력의 전압에 근거하여 결정됨-;
    상기 AC 전력의 상기 전압을 제2 전압으로 증가시키는 단계; 및
    제2 전압에서의 상기 AC 전력을 유틸리티 전력 네트워크로 전달하는 단계를 포함하는 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 수신된 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 단계는 상기 AC 전력의 상기 제1 전압을 조절하는 전압 조절 장치를 사용하는 단계를 포함하는 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 전압 조절 장치는 부하시 탭 전환장치(on-load tap changer; LTC)를 포함하는 방법.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 AC 전력의 상기 제1 전압을 조절하는 단계는 상기 LTC의 탭 설정을 조절하는 단계를 포함하는 방법.
KR20127016505A 2009-11-24 2010-11-05 전력 변환 시스템 KR20120086366A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/625,093 US7989983B2 (en) 2009-11-24 2009-11-24 Power conversion systems
US12/625,093 2009-11-24
PCT/US2010/055552 WO2011066081A2 (en) 2009-11-24 2010-11-05 Power conversion systems

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20120086366A true KR20120086366A (ko) 2012-08-02

Family

ID=43029845

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20127016505A KR20120086366A (ko) 2009-11-24 2010-11-05 전력 변환 시스템

Country Status (7)

Country Link
US (2) US7989983B2 (ko)
EP (1) EP2504901A2 (ko)
KR (1) KR20120086366A (ko)
CN (1) CN102782974A (ko)
AU (1) AU2010325064A1 (ko)
CA (1) CA2780806A1 (ko)
WO (1) WO2011066081A2 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160040198A (ko) 2013-07-10 2016-04-12 제이엔씨 주식회사 환축합 플루오렌 화합물 또는 플루오렌 화합물을 포함하는 발광보조층용 재료
KR20210107933A (ko) * 2020-02-24 2021-09-02 한국철도기술연구원 기계식 탭 절환기 제어장치를 활용한 전자식 탭 절환기 제어장치

Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2567462A1 (en) * 2006-11-08 2008-05-08 Ivan Meszlenyi Spike converter
EP2296244B1 (de) * 2009-08-06 2015-02-18 SMA Solar Technology AG Verfahren und Schaltungsanordnung zum Verbinden mindestens eines Strings einer Photovoltaikanlage mit einem Wechselrichter
EP2284973B1 (de) * 2009-08-06 2012-04-25 SMA Solar Technology AG Rückstromsensor für parallel geschaltete Solarmodule
US7989983B2 (en) * 2009-11-24 2011-08-02 American Superconductor Corporation Power conversion systems
US8243446B2 (en) * 2010-03-11 2012-08-14 First Solar, Inc. Photovoltaic inverter
WO2011139674A2 (en) * 2010-04-27 2011-11-10 Siemens Industry, Inc. Renewable energy collection and distribution system
US8155899B2 (en) * 2010-12-16 2012-04-10 Gregory Smith Efficiency meter for photovoltaic power generation systems
JP2012160667A (ja) * 2011-02-02 2012-08-23 Toshiba Corp 太陽光発電システム
WO2012163398A1 (en) 2011-05-30 2012-12-06 Abb Research Ltd System for distributing electric power to an electrical grid
US9368965B2 (en) 2011-07-28 2016-06-14 Tigo Energy, Inc. Enhanced system and method for string-balancing
US8964435B2 (en) * 2011-09-26 2015-02-24 General Electric Company Methods and systems for operating a power converter
US8624411B2 (en) * 2011-10-14 2014-01-07 General Electric Company Power generation system including predictive control apparatus to reduce influences of weather-varying factors
US9680301B2 (en) * 2011-10-27 2017-06-13 Sunpower Corporation Master-slave architecture for controlling operation of photovoltaic power plants
US8988907B2 (en) * 2011-11-14 2015-03-24 Siemens Aktiengesellschaft Compensating element connected to a power line through an autotransformer
US20130134785A1 (en) * 2011-11-30 2013-05-30 General Electric Company Single stage power conversion system
US9071191B2 (en) * 2011-12-28 2015-06-30 John L Patrick Prefabricated solar array system
WO2013112770A1 (en) 2012-01-24 2013-08-01 Robert Bosch Gmbh System and method for system-level power point control of a photovoltaic device
EP2670033B1 (en) * 2012-05-29 2018-09-26 ABB Schweiz AG Starting of photovoltaic system
WO2014094868A1 (en) * 2012-12-21 2014-06-26 Abb Technology Ltd Overmodulation type pulse dropping in pwm for converter cells in a modular|multilevel ac/dc converter
TW201513541A (zh) * 2013-09-26 2015-04-01 Delta Electronics Inc 太陽能發電系統之微逆變器及其操作方法
CN104518694A (zh) * 2013-09-26 2015-04-15 台达电子工业股份有限公司 太阳能发电系统的微逆变器及其操作方法
ES2535059B1 (es) * 2013-10-31 2016-02-09 Control Techniques Iberia S.A. Método y sistema para controlar un suministro de potencia eléctrica a una carga
US9400512B2 (en) 2013-12-17 2016-07-26 General Electric Company System and method for operating an on load tap changer for regulating voltage on an electric power system
CN103825281B (zh) * 2014-01-22 2016-02-24 清华大学 基于动态无功设备的电力系统中中枢母线电压的控制方法
US9507364B2 (en) 2014-03-10 2016-11-29 Duke Energy Corporation Methods for reducing solar inverter output volatility, and related nodes and solar inverters
EP2930837A1 (en) * 2014-04-10 2015-10-14 GE Energy Power Conversion Technology Ltd Power converters
US9828971B2 (en) * 2014-11-20 2017-11-28 General Electric Company System and method for optimizing wind turbine operation
US10381836B2 (en) * 2014-12-15 2019-08-13 Solantro Semiconductor Corp. Power converter communications
CN105827179B (zh) * 2015-01-04 2018-09-07 华为技术有限公司 一种光伏系统
US10048709B2 (en) 2016-09-19 2018-08-14 General Electric Company System and method for regulation of voltage on an electric power system
TWI631278B (zh) * 2017-01-24 2018-08-01 白金立 Water flow device
CN106786779B (zh) * 2017-03-01 2020-03-24 阳光电源股份有限公司 光伏逆变器
EP3866293A3 (en) 2020-01-21 2021-12-01 Vestas Wind Systems A/S Method of controlling a wind turbine
KR102192000B1 (ko) * 2020-04-29 2020-12-16 주식회사 시너지 분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 장치 및 방법
DE102020134772A1 (de) * 2020-12-22 2022-06-23 Sma Solar Technology Ag Verfahren zum betreiben einer energieversorgungs-anlage, anlagenregler für eine energieversorgungs-anlage sowie energieversorgungs-anlage
US11652349B2 (en) 2021-05-07 2023-05-16 Mitsubishi Power Americas, Inc. Inverter terminal voltage adjustment in power system

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5625539A (en) * 1994-05-30 1997-04-29 Sharp Kabushiki Kaisha Method and apparatus for controlling a DC to AC inverter system by a plurality of pulse-width modulated pulse trains
JPH11215709A (ja) * 1998-01-20 1999-08-06 Mitsubishi Electric Corp インバータ制御装置
US6111767A (en) * 1998-06-22 2000-08-29 Heliotronics, Inc. Inverter integrated instrumentation having a current-voltage curve tracer
US6472850B2 (en) * 2000-12-01 2002-10-29 General Electric Company Method and apparatus for determining voltage regulator tap position
US7064969B2 (en) * 2003-02-21 2006-06-20 Distributed Power, Inc. Monopolar DC to bipolar to AC converter
US8067855B2 (en) * 2003-05-06 2011-11-29 Enecsys Limited Power supply circuits
JP2004336944A (ja) * 2003-05-09 2004-11-25 Canon Inc 電力変換装置及び太陽光発電システム
US7323852B2 (en) * 2005-09-14 2008-01-29 Hoffman Gary R Sensing load tap changer (LTC) conditions
DE502006005188D1 (de) 2006-06-24 2009-12-03 Sma Solar Technology Ag Schaltung zum Einspeisen elektrischer Energie in ein elektrisches Versorgungsnetz
CN201061153Y (zh) * 2007-02-07 2008-05-14 哈尔滨九洲电气股份有限公司 兆瓦级风力发电用全功率并网变流器
US7772716B2 (en) * 2007-03-27 2010-08-10 Newdoll Enterprises Llc Distributed maximum power point tracking system, structure and process
EP2104216A1 (en) * 2008-03-20 2009-09-23 Ansaldo Sistemi Industriali S.p.A. Electric power generating system with a plurality of electric power sources parallely feeding a DC voltage line which supplies power to an AC grid
CN101577509B (zh) 2009-06-09 2011-06-29 华中科技大学 一种光伏变换系统
US8837178B2 (en) * 2009-07-09 2014-09-16 Enphase Energy, Inc. Method and apparatus for single-path control and monitoring of an H-bridge
US7990743B2 (en) * 2009-10-20 2011-08-02 General Electric Company System and method for decreasing solar collector system losses
US7989983B2 (en) * 2009-11-24 2011-08-02 American Superconductor Corporation Power conversion systems

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160040198A (ko) 2013-07-10 2016-04-12 제이엔씨 주식회사 환축합 플루오렌 화합물 또는 플루오렌 화합물을 포함하는 발광보조층용 재료
KR20210107933A (ko) * 2020-02-24 2021-09-02 한국철도기술연구원 기계식 탭 절환기 제어장치를 활용한 전자식 탭 절환기 제어장치

Also Published As

Publication number Publication date
US7989983B2 (en) 2011-08-02
WO2011066081A3 (en) 2011-11-24
CA2780806A1 (en) 2011-06-03
AU2010325064A1 (en) 2012-06-21
EP2504901A2 (en) 2012-10-03
US20100277002A1 (en) 2010-11-04
CN102782974A (zh) 2012-11-14
WO2011066081A9 (en) 2012-07-12
US20120033468A1 (en) 2012-02-09
WO2011066081A2 (en) 2011-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7989983B2 (en) Power conversion systems
Liu et al. Distribution system voltage performance analysis for high-penetration PV
US8880229B2 (en) Grid-interactive photovoltaic generation system with power quality control and energy saving
US7319313B2 (en) Photovoltaic DC-to-AC power converter and control method
US20150021998A1 (en) Stabilized power generation
US20110198935A1 (en) Inverter for a three-phase ac photovoltaic system
JP5363254B2 (ja) 分散型電源システム
KR101926010B1 (ko) 신재생에너지를 이용한 전력변환 시스템
AU2010202873A1 (en) Systems, methods, and apparatus for operating a power converter
Yan et al. Power ramp rate control for grid connected photovoltaic system
WO2019084454A1 (en) SYSTEMS AND METHODS BASED ON TRACKING DEVICE FOR PHOTOVOLTAIC POWER MANAGEMENT
Toumi et al. PV Integrated single-phase dynamic voltage restorer for sag voltage, voltage fluctuations and harmonics compensation
Thammasiriroj et al. Sliding mode control for stabilizing DC-link of DC-DC converter in photovoltaic systems
KR101749270B1 (ko) 역률개선 기능을 갖는 계통연계형 태양광 발전 시스템
Zhang et al. Fast volt-VAR control on PV dominated distribution systems
Yaqobi et al. Control and energy management strategy of standalone DC microgrid cluster using PV and battery storage for rural application
Mujumdar et al. Parallel MPPT for PV based residential DC nanogrid
Gayathri et al. Decentralized droop control in DC microgrid
KR102192000B1 (ko) 분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 장치 및 방법
Howlader et al. Experimental analysis of active power control of the PV system using smart PV inverter for the smart grid system
JP5912957B2 (ja) 電力制御システムおよび電力制御方法
Soltanian A Stable Power Reserve Control Method in Photovoltaic Systems Using IV Curve Characteristics
WO2015170143A1 (en) Configurable inverter apparatus, photovoltaic system comprising such an inverter apparatus
Hashemipour et al. Voltage profile optimization with coordinated control of PV inverters
US20240004413A1 (en) An extender and stabilizer for solar string power generation systems and a method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application