KR20120110070A - Ｄｃ 에너지 저장장치를 위한 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자립 모드, 고립 모드, 및 일반 모드를 포함한 하나 이상의 다른 모드에서 작동되는, 보조장치(68)를 포함한 DC 에너지 저장장치(2)에 관한 것이다. 자립 모드에서 제1 제어 장치(24)는 AC/DC 전력 컨버터의 AC 단자에서 필요한 AC 전압의 전압 요구량 신호 지수(VACr)를 이용하여 AC/DC 전력 컨버터의 반도체 스위칭 기기를 제어하여 전압 요구량 신호 (VACr)에 부합하는 필요 수준의 AC 전압을 얻는다. 전압 요구량 신호 (VACr)은 전압 피드백 신호(VACfb)와 DC 에너지 저장장치의 보조 장치(68)에 필요한 AC 전압을 제공하도록 미리 설정된 제2 전압 요구량 신호(VACsr)를 비교함으로서 얻는다. 제2 제어 장치(46)는 필요한 DC 링크 전류의 전류 요구량 신호(Ior)를 이용하여 DC/DC 전력 컨버터의 반도체 스위칭 기기를 제어하여 전류 요구량 신호(Ior)에 부합하는 필요 수준의 DC 링크 전류를 얻는다. 전류 요구량 신호(Ior)는 필요한 DC 링크 전압의 DC 링크 전압 요구량 신호(VDCr) 지수와 DC 링크 전압 피드백 신호(VDCbus)를 비교하여 얻는다.

Description

ＤＣ 에너지 저장장치를 위한 회로{Circuits for DC energy stores}
본 발명은 DC 에너지 저장장치용 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 DC 에너지 저장장치가 예를 들어 팬 또는 펌프와 같은 DC 에너지 저장장치의 보조 장치에 전력을 공급가능하게 하는 회로에 관한 것이다.
종래의 DC 에너지 저장장치는 배터리(예를 들어, 리튬 및 소듐 설퍼 타입), 고용량 축전기(supercapacitor) 및 초고용량 축전기(ultracapacitor)를 포함하는 축전기, 및 후로셀(예를 들어, 바나듐 레독스 후로셀)과 같이 다른 많은 기술 분야에서 이용될 수 있다. 에너지가 DC 에너지 저장장치에 저장되고 필요할 때 방출된다. 에너지를 저장하고 방출하는 이러한 능력은 과도한 풍력 에너지를 저장하고 추후에 에너지가 덜 필요할 때 그 에너지를 AC 공급망 또는 파워 그리드(power grid)에 방출하는 것을 포함하는 등 다수의 다른 응용 분야에서 유용하게 이용된다. 다른 응용 분야는 전기 발전기가 작동을 멈추는 경우 에너지를 비축하는 것이다. DC 에너지 저장장치에 저장된 에너지는 그 후 대기(stanby) 또는 백업(back-up) 발전기가 개시하여 작동될 때까지 필수 시스템 및 서비스의 작동을 유지하는데 이용될 수 있다. 또한 몇몇 환경에서는 에너지를 천천히 저장하여 DC 에너지 저장장치에 저장된 그 에너지를 롤러코스터를 개시하는데 이용되는 선형 전기모터와 같은 고전력 펄스 에너지가 필요한 응용체를 위해서 매우 빠르게 방출하도록 하는 것이 유용할 수도 있다.
DC 에너지 저장장치는 전형적으로 펌프, 팬, 제어 유닛과 같은 보조 장치 및 AC 공급망에 연결된 다른 장치들을 구비한다. AC 공급망이 단절되거나 전압 또는 진동수 과도 현상(frequency transient)을 경험하는 경우, 보조 장치는 전력을 받지 않게 되며 이는 DC 에너지 저장장치가 실제로 작동할 때 문제를 유발할 수 있다. 예를 들어 DC 에너지 저장소를 식히는데 이용되는 팬이 작동을 멈추는 경우, 허용 불가능할 정도의 온도 상승을 초래할 수 있다. 또한 특정 타입의 DC 에너지 저장장치는 최적 효율로 펌프가 계속 작동될 필요가 있다.
본 발명은, 보조 장치(예를 들어 펌프, 팬, 제어 유닛 및 DC 에너지 저장장치)에 연결되며 AC 전력망 또는 파워 그리드에 연결된 일반적 에너지 소모부 (consumer loads)와는 반대로 전형적으로 그들의 일반 또는 표준 작동에 필수적인 다른 장치)를 갖는 DC 에너지 저장장치;
다수의 반도체 전력 스위칭 기기를 포함하며, 바람직하게는 필터 및/또는 변압기에 의해 AC 전력 공급망 또는 파워 그리드에 전기적으로 연결된 DC 단자 및 AC 단자를 갖는 AC/DC 컨버터;
다수의 반도체 전력 스위칭 기기를 갖고, DC 연결에 의해 AC/DC 전력 컨버터의 DC 단자에 전기적으로 연결된 제 1 DC 단자 및 바람직하게는 DC 인덕터(inductor) 및 필터 축전기에 의하여 DC 에너지 저장장치의 DC 단자에 전기적으로 연결된 제2 DC 단자를 구비한 DC/DC 전력 컨버터;
AC/DC 전력 컨버터용 제1 제어 장치; 및
DC/DC 전력 컨버터용 제2 제어 장치로 이루어지는 DC 에너지 저장장치 회로를 제공하는데 목적이 있다.
DC 에너지 저장장치 회로는 환경에서 필요한 경우 바람직하게는 작동 모드 간에 전환되면서, 셋 중 하나 이상의 모드에서 작동할 수 있다. “자립 모드(self-supporting mode)”에서, DC 에너지 저장장치 회로는 전력을 AC 공급망에서 이용할 수 없는 경우 DC 에너지 저장장치부터 DC 에너지 저장장치의 보조 장치로 전력을 공급하는데 이용된다. 상기 모드에서 DC 에너지 저장장치 회로는 전형적으로는 AC 공급망에서 고립되어 AC 공급망에서의 오류(fault)로 인해 자립 모드에서의 작동이 방해되지 않도록 보장한다. DC 에너지 저장장치 회로는 어떠한 적합한 수단, 예를 들어 스위치에 의해서도 고립될 수 있다. “고립 모드(island mode)”에서는, DC 에너지 저장장치 회로는 DC 에너지 저장장치부터 보조 장치 및 DC 에너지 저장장치가 주요 전력 공급원인 경우 AC 공급망에 연결된 다른 전기 로드에 전력을 공급하는데 이용된다. “일반 모드(normal mode)”인 경우, AC 공급망은 일반적으로 작동하여 다른 발전기에 연결된다. DC 에너지 저장장치 회로는 예를 들어 DC 에너지 저장장치를 각각 충전 및 방전시키기 위하여 AC 공급망으로부터 DC 에너지 저장장치로 전력 공급 및 DC 에너지 저장장치로부터 AC 공급망으로 전력을 공급하는데 이용된다.
전력이 DC 에너지 저장장치로부터 DC 에너지 저장장치의 보조 장치로 공급되는 자립 모드에서 DC 에너지 저장장치 회로가 작동되는 경우:
상기 제1 제어 장치는 상기 AC/DC 전력 컨버터의 반도체 전력 스위칭 기기를 제어하여 전압 요구 신호에 부합하는 필요 수준의 AC 전압을 얻도록 상기 AC/DC 전력 컨버터의 AC 단자에서의 필요 AC 전압의 전압 요구량 신호 지수(indicative)를 이용하며, 상기 전압 요구량 신호 지수는 상기 전압 피드백 신호와 상기 DC 에너지 저장장치의 보조장치에 필요한 AC 전압을 제공하도록 미리 설정된 제2 전압 요구량 신호를 비교함으로써 얻어지며;
상기 제2 제어 장치는 상기 DC/DC 전력 컨버터의 반도체 스위칭 기기가 전류 요구량 신호에 부합하는 필요 수준의 DC 링크 전류를 얻도록 제어하기 위해 필요 DC 링크 전류의 전류 요구량 신호 지수를 이용하며, 상기 전류 요구량 신호는 필요 DC 링크 전압의 DC 링크 전압 요구량 신호 지수와 DC 링크 전압 피드백 신호를 비교함으로써 얻어진다.
자립 작동 모드는 보조 장치에 전력을 일반적으로 공급하는 AC 공급망 또는 파워 그리드를 어떤 이유로도(예를 들면, 오류) 이용할 수 없게 되는 경우 통상적으로 이용된다. DC 에너지 저장장치에 저장된 전력은 따라서 보조 장치에 전력을 공급하여 그들을 통상적으로 트립하거나 또는 셧다운(shutdown) 과정이 일어나도록 하는데 이용될 수 있다.
자립 모드에서, 상기 제1 제어 장치는 바람직하게는 전압 요구량 신호 및 AC 공급망의 필수 주파수에 기초하여 상기 AC/DC 전력 컨버터의 반도체 전력 스위칭 기기를 위한 구동 신호를 얻는 펄스 폭 변조용 모듈레이터(pulse width modulation(PWM) modulator)를 구비한다.
상기 DC 에너지 저장장치 회로가 전력이 상기 DC 에너지 저장장치로부터 AC 공급망 및 DC 에너지 저장장치의 보조 장치로 공급되는 고립 모드에서 작동되는 경우:
상기 제1 제어장치는 상기 AC/DC 전력 컨버터의 AC 말단에서의 AC 전압의 전압 요구량 신호 지수를 이용하여 상기 AC/DC 전력 컨버터의 반도체 전력 스위칭 기기를 제어하여 전압 요구량 신호에 부합하는 필요 수준의 AC 전압을 얻으며, 상기 전압 요구량 신호는 전압 피드백 신호와 AC 공급망에 대한 필요 AC 전압을 제공하도록 미리 설정된 제2 전압 요구량 신호를 대비함으로써 얻어지며;
상기 제2 제어 장치는 필요 DC 링크 전류에 대한 전류 요구량 신호 지수를 이용하여 상기 DC/DC 전력 컨버터의 반도체 전력 스위칭 기기를 제어하여 전류 요구량 신호에 부합하는 필요 수준의 DC 링크 전류를 얻으며, 상기 전류 요구량 신호는 필요 DC 링크 전압의 DC 링크 전압 요구량 신호 지수와 DC 링크 전압 피드백 신호를 비교함으로써 얻어진다.
고립 작동 모드는 통상적으로 DC 에너지 저장 장치가 AC 공급망 또는 파워 그리드에 연결된 외부 로드(loads)의 주요 전력 공급원인 경우 이용된다.
고립 작동 모드에서 상기 제1 제어 장치는 바람직하게는 전압 요구량 신호 및 주파수 요구량 신호에 기초하여 상기 AC/DC 전력 컨버터의 반도체 전력 스위칭 기기를 위한 구동 신호를 얻는 PWM 모듈레이터를 포함하며, 상기 주파수 요구량 신호는 주파수 피드백 신호와 AC 공급망에 대한 필요 AC 주파수를 제공하도록 미리 설정된 주파수 요구량 신호를 대비함으로써 얻을 수 있다.
자립 및 고립 작동 모드에서, 상기 제2 제어장치는 바람직하게는 전압 요구량 신호 및 위상각 인풋을 기초하여 상기 DC/DC 전력 컨버터의 반도체 전력 스위칭 기기를 위한 구동 신호를 얻는 PWM 모듈레이터를 포함하며, 상기 전압 요구량 신호는 전류 피드백 신호와 전류 요구량 신호 및 전류 리미터(limiter)에서 얻은 제한 버전의 전류 요구량 신호 중 하나를 비교함으로써 얻을 수 있다.
자립 및 고립 작동 모드에서, 상기 제2 제어장치는 상기 DC 에너지 저장장치의 DC 단자에서의 최대 허용 전류의 전류 제한 신호 지수를 이용하는 제한 버전의 전류 요구량 신호를 얻는 전류 리미터를 포함할 수 있다. 예를 들면 전류 제한 신호는 DC 에너지 저장장치 또는 그에 연결된 제어장치에 의해 제공될 수 있다. 전류 리미터는 전류 요구량 신호가 전류 제한 신호보다 큰 경우 제어 신호를 제공할 수 있다. 자립 또는 고립 작동 모드에서 제어 신호는 통상적으로 DC 에너지 저장장치 회로를 트립하게 하거나(trip) 셧다운(shutdown) 시키는데 이용된다. 추가적 트립 신호는 AC/DC 전력 컨버터의 AC 단자에서의 AC 전류가 최대 허용 전류 이상인 경우 제공될 수 있다.
DC 에너지 저장장치 회로는 또한 전력이 AC 공급망에서 DC 에너지 저장장치로 공급되어 DC 에너지 저장장치를 충전하거나 또는 전력이 DC 에너지 저장장치로부터 AC 공급망으로 공급되어 DC 에너지 저장장치를 방전하는 일반 모드에서 작동될 수 있다. 일반 작동 모드에서, DC 에너지 저장장치의 보조 장치를 위한 전력은 AC/DC 전력 컨버터의 AC 단자에서의 필요 AC 전력 요구량 신호 지수 수치(value)에 따라서, AC 공급망 또는 DC 에너지 저장장치 중 어느 하나로부터 올 수 있다. 보조장치는 바람직하게는 선택적인 변압기(transformer)의 한 측면에서 AC 공급망에 전기적으로 연결된다. 보다 바람직하게는, 보조장치는 AC 공급망에 직접적으로 예를 들어 나머지 DC 에너지 저장장치 회로와 병렬 연결되거나, 또는 선택적인 변압기 또는 어떠한 다른 연동 전기적 부품에 의해서도 간접적으로 연결된 각각의 AC 단자를 구비할 수 있다. DC 에너지 저장장치 회로가 일반 모드에서 작동되는 경우:
상기 제1 제어 장치는 상기 AC/DC 전력 컨버터의 반도체 스위칭 기기를 제어하여 실제 및 무효 전류 요구량 신호에 부합하는 필요 수준의 실제 및 무효 전류를 얻기 위하여 상기 AC/DC 전력 컨버터의 AC 단자에서 실제 및 무효 전류 요구량 신호 지수의 목표 수준의 실제 및 무효 전류를 이용하며, 상기 실제 전류 요구량 신호는 필요 DC 링크 전압의 DC 링크 전압 요구량 신호 지수와 DC 링크 전압 피드백 신호를 비교함으로써 얻어지고(그로 인하여 DC 링크 전압이 바람직하게는 일반 작동 모드 동안 대체로 일정하게 유지되도록 보장된다);
상기 제2 제어 장치는 DC 에너지 저장장치의 DC 단자에서의 필요 DC 전류의 전류 요구량 신호 지수를 이용하여, 상기 DC/DC 전력 컨버터의 반도체 전력 스위칭 기기를 제어하여 전류 요구량 신호에 부합하는 필요 수준의 DC 전류를 얻을 수 있도록 하며, 상기 전류 요구량 신호는 (ⅰ) AC/DC 전력 컨버터의 AC 단자에서의 필요 AC 전력의 전력 요구량 신호 지수(즉, 상기 전력 요구량 신호), (ⅱ)DC 에너지 저장장치의 DC 단자에서의 DC 전압의 전압 피드백 신호 지수, 및 (ⅲ)DC 에너지 저장장치에서의 어떠한 손실(즉, AC/DC 전력 컨버터를 AC 공급망에 연결한 AC 회로에서, DC/DC 전력 컨버터(14)의 DC 단자에 연결된 DC 회로에서 및 DC 에너지 회로의 보조 장치에서)도 기초하여, 전력 측정 유닛에 의하여 얻어진다.
일반 작동 모드에서, 상기 제1 제어 장치는 D-축 및 Q-축 전압 요구량 신호 및 통상적으로는 위상 동기 루프(phase-locked loop(PLL)) 유닛으로부터 얻은 AC 공급망 위상각 인풋을 기초로 하여, 비교적 통상적인 방법을 이용하여 상기 AC/DC 전력 컨버터의 반도체 스위칭 기기를 위한 구동 신호를 얻는 PWM 모듈레이터를 포함한다. 무효 전류 요구량 신호는 필요 수준의 AC 공급 무효 전류를 정의하고 필터의 무효 전류를 무효화하며(cancel) AC 공급망 또는 파워 그리드에서 위상 전환을 교정하여, 예를 들면 필요한 전원을 AC 공급망에서 특정 지점에 전달하는 하나 이상의 전류 요구량 신호로부터 얻을 수 있다. 따라서 무효 전류 요구량 신호는 통상적으로는 AC 회로에 필요한 AC 무효 전력 전류의 지수이다. Q-축 전압 요구량 신호는 실제 전류 요구량 신호와 AC/DC 전력 컨버터의 AC 단자에서의 실제 AC 전류의 전류 피드백 신호 지수를 비교함으로써 얻을 수 있다. 마찬가지로, D-축 전압 요구량 신호는 무효 전류 요구량 신호와 AC/DC 전력 컨버터의 AC 단자에서의 무효 AC 전류의 전류 피드백 신호 지수를 비교함으로써 얻을 수 있다.
일반 작동 모드에서, 상기 제2 제어장치의 전류 요구량 신호는 추가로 DC 링크 전압의 DC 링크 피드백 신호 지수에 기초하여 상기 전력 측정 유닛에 의해 얻을 수 있으며, 상기 제1 제어장치의 실제 전류 요구량 신호는 추가적으로 제2 제어 장치의 전력 측정 유닛에 의하여 제공되는 전류 신호로부터 얻을 수 있다.
일반 작동 모드에서, 상기 제2 제어장치는 바람직하게는 전압 요구량 신호 및 위상각 인풋에 기초하여 상기 DC/DC 전력 컨버터의 반도체 전력 스위칭 기기를 위한 구동 신호를 유도하는 PWM 모듈레이터를 포함하며, 상기 전압 요구량 신호는 전류 피드백 신호와 전류 요구량 신호 및 전류 리미터로부터 얻은 제한 버전의 전류 요구량 신호의 중 하나를 비교함으로써 얻을 수 있다.
일반 작동 모드에서, 상기 제2 제어장치는 바람직하게는 DC 에너지 저장장치의 DC 단자에서의 최대 허용 전류의 전류 제한 신호 지수를 이용하여 제한 버전의 전류 요구량 신호를 얻는 전류 리미터를 포함한다. 전류 리미터는 전류 요구량 신호가 전류 제한 신호보다 클 경우 전력 측정 유닛에 제어 신호를 제공할 수 있다. 전력 측정 유닛이 제어 신호를 받는 경우 작동은 계속되나 필요한 전력을 제공 또는 흡수할 수 없다고 시스템의 이용자에게 경고를 줄 수 있다.
일반 작동 모드에서, 전류 요구량 신호는 AC 공급망에서 AC 전력의 전력 피드백 신호 지수에 기초하여 전력 측정 유닛에 의하여 추가로 얻을 수 있다. 전력 피드백 신호는 전력 측정 유닛에 의하여 이용되어, DC 에너지 저장장치 회로에서의 손실에 대해 느리게 작용하는 교정(slow acting correction)을 적용한다.
상기 AC/DC 및 DC/DC 전력 컨버터는 어떠한 적합한 토폴로지(topology)도 가질 수 있고, 어떠한 적합한 반도체 전력 스위칭 기기도 이용할 수도 있다. 상기 AC/DC 및 DC/DC 전력 컨버터에서의 반도체 전력 스위칭 기기의 작동은 종래의 PWM 전략에 의해 얻은 게이트 드라이브 제어 신호를 이용하여 제어할 수 있다. 여러 타입의 PWM 전략을 고려할 수 있다는 것은 자명한 사항이다.
DC 에너지 저장장치는 또한 배터리, 축전기 및 후로셀 기술과 같은 어떠한 적합한 기술도 실시할 수 있다
상기 DC 에너지 저장장치 회로는 2개의 독립된 제어장치를 제안하나, 제어장치들의 기능을 하나의 물리적 제어 장치로 통합하는 것도 가능하다. 마찬가지로, 상기 AC/DC 및 DC/DC 전력 컨버터를 위한 각 제어장치의 기능은 상기 DC 에너지 저장장치 회로의 실용적 실시에 용이하다면 하나 이상의 제어장치(예를 들어, DC 에너지 저장장치의 각 작동 모드에 대해 다른 물리적 제어장치)에 나눠져 분포될 수 있다.
AC 공급망은 단일 또는 다중 상(예를 들어, 3상) 구조를 가질 수 있다.
본 발명은 나아가 보조장치를 갖는 DC 에너지 저장장치;
다수의 반도체 전력 스위칭 기기를 구비하고 DC 단자 및 선택적으로는 필터 및/또는 변압기에 의하여 AC 공급망에 전기적으로 연결된 AC 단자를 구비한 AC/DC 전력 컨버터;
다수의 반도체 전력 스위칭 기기를 구비하며 제1 DC 단자가 DC 링크에 의하여 AC 전력 컨버터의 DC 단자에 전기적으로 연결되며 제2 DC 단자가 선택적으로는 DC 인덕터 및 필터 축전기에 의하여 DC 에너지 저장장치의 DC 단자에 전기적으로 연결된 DC/DC 전력 컨버터;
AC/DC 전력 컨버터를 위한 제1 제어장치; 및
DC/DC 전력 컨버터를 위한 제2 제어장치로 이루어지는 DC 에너지 저장장치 회로의 작동 방법을 제공하며,
상기 방법은 상기 DC 에너지 저장장치로부터 DC 에너지 저장장치의 보조장치로 전력을 공급하는 자립 모드에서 DC 에너지 저장장치를 작동하는 방법을 포함하며, 상기 제1 제어 장치가 상기 AC/DC 전력 컨버터의 반도체 스위칭 기기를 제어하여 전압 요구량 신호에 부합하는 필요 수준의 AC 전압을 얻을 수 있도록 상기 AC/DC 전력 컨버터의 AC 단자에서의 필요 AC 전압의 전압 요구량 신호 지수를 이용하며, 상기 전압 요구량 신호는 전압 피드백 신호와 DC 에너지 저장장치의 보조장치에 필요한 AC 전압을 제공하도록 미리 설정된 제2 전압 요구량 신호를 비교함으로써 얻을 수 있고;
상기 제2 제어장치는 상기 DC/DC 전력 컨버터의 반도체 전력 스위칭 기기를 제어하여 전류 요구량 신호에 부합하는 필요 수준의 DC 링크 전류를 얻을 수 있도록 필요 DC 링크 전류의 전류 요구량 신호 지수를 이용하며, 상기 전류 요구량 신호는 필요 DC 링크 전압의 DC 링크 전압 요구량 신호 지수와 DC 링크 전압 피드백 신호를 비교함으로써 얻을 수 있다.
본 발명은 추가적으로 또는 대체적으로 DC 에너지 저장장치로부터 AC 공급망 및 DC 에너지 저장장치의 보조장치로 전력이 공급되는 고립 모드에서 DC 에너지 저장장치 회로를 작동하는 단계를 포함한 방법을 제공하며,
상기 DC 에너지 저장장치는 상기 제1 제어 장치가 상기 AC/DC 전력 컨버터의 반도체 스위칭 기기를 제어하여 전압 요구량 신호에 부합하는 필요 수준의 AC 전압을 얻을 수 있도록 상기 AC/DC 전력 컨버터의 AC 단자에서의 필요 AC 전압의 전압 요구량 신호 지수를 이용하며, 상기 전압 요구량 신호는 전압 피드백 신호와 AC 공급망에 필요한 AC 전압을 제공하도록 미리 설정된 제2 전압 요구량 신호를 비교함으로써 얻어지며;
상기 제2 제어장치는 상기 DC/DC 전력 컨버터의 반도체 전력 스위칭 기기를 제어하여 전류요구량 신호에 부합하는 필요 수준의 DC 링크 전류를 얻을 수 있도록 필요 DC 링크 전류의 전류 요구량 신호 지수를 이용하며, 상기 전류 요구량 신호는 필요 DC 링크 전압의 DC 링크 전압 요구량 신호 지수와 DC 링크 전압 피드백 신호를 비교함으로써 얻어진다.
본 발명은 추가적으로 또는 대체적으로 AC 공급망으로부터 DC 에너지 저장장치로 전력을 제공하여 상기 DC 에너지 저장장치를 충전하거나 또는 DC 에너지 저장장치로부터 AC 공급망으로 전력을 제공하여 상기 DC 에너지 저장장치를 방전하는 일반 모드에서 DC 에너지 저장장치를 작동하는 단계를 포함하는 방법을 제공하며,
상기 DC 에너지 저장장치는 상기 제1 제어장치가 상기 AC/DC 전력 컨버터의 반도체 전력 스위칭 기기를 제어하여 실제 및 무효 전류 요구량 신호에 부합하는 필요 수준의 실제 및 무효 전류를 얻도록 상기 AC/DC 전력 컨버터의 AC 단자에서의 목표하는 실제 및 무효 전류의 실제 및 무효 전류 요구량 신호 지수를 이용하며, 상기 실제 전류 요구량 신호 지수는 필요한 DC 링크 전압의 DC 링크 전압 요구량 신호 지수와 DC 링크 전압 피드백 신호를 비교함으로써 얻어지며(그로 인하여 DC 링크 전압은 바람직하게는 일반 작동 모드 동안 대체로 일정하게 유지하도록 보장한다); 및
상기 제2 제어 장치가 상기 DC/DC 전력 컨버터의 반도체 스위칭 기기를 제어하여 전류 요구량 신호에 부합하는 필요 수준의 DC 전류를 얻도록 상기 DC 에너지 저장장치의 DC 단자에서 필요한 DC 전류의 전류 요구량 신호 지수를 이용하며,
상기 전류 요구량 신호는 ⅰ)AC/DC 전력 컨버터의 AC 단자에서 필요한 AC 전력의 전력 요구량 신호 지수, ⅱ)DC 에너지 저장장치의 DC 단자에서의 DC 전압의 전압 피드백 신호 지수, 및 ⅲ) DC 에너지 저장장치 회로에서의 어떠한 손실도 기초로 하여 전력 측정 유닛에서 얻어진다.
본 발명은 자립 모드, 고립 모드, 및 일반 모드를 포함한 하나 이상의 다른 모드에서 작동되는, 보조장치(68)를 포함한 DC 에너지 저장장치(2)에 관한 것이다.
도 1은, 본 발명에 의한 DC 에너지 저장장치 회로를 보여주는 개략도.
도 2는, DC 에너지 저장장치가 일반 모드에서 작동되는 경우 제어장치 배열을 보여주는 개략도.
도 3은, DC 에너지 저장장치가 일반 모드에서 작동되는 경우 대체적인 제어장치 배열을 보여주는 개략도.
도 4는, DC 에너지 저장장치가 자립 모드에서 작동되는 경우 제어장치 배열을 보여주는 개략도.
도 5는, DC 에너지 저장장치가 자립 모드에서 작동되는 경우 대체적인 제어장치 배열을 보여주는 개략도.
도 6는, DC 에너지 저장장치가 고립 모드에서 작동되는 경우 제어장치 배열을 보여주는 개략도.
도 7은, DC 에너지 저장장치가 고립 모드에서 작동되는 경우 대체적인 제어장치 배열을 보여주는 개략도.
[실시예 1]
도 1에 대하여, DC 에너지 저장장치를 위한 회로(2)는 AC/DC 전력 컨버터(4)를 포함한다. 상기 AC/DC 전력 컨버터(4)는 펄스 폭 변조(PWM) 전략을 이용하여 충분히 제어 및 조절된 일련의 반도체 전력 스위칭 기기(예를 들어 IGBT, IEGT 또는 IGCT)를 구비한 종래의 3상 2단계 토폴로지를 갖는 인버터일 수 있다. 그러나 실제로 AC/DC 전력 컨버터(4)는 예를 들면 3단계 중립점 클램프 토폴로지 또는 다단계 토폴로지와 같은 어떠한 적합한 토폴로지도 가질 수 있다.
AC/DC 전력 컨버터(4)의 AC 단자는 변압기(8), 수동 조화 필터 회로(10) 및 PWM 조화 전류를 제한하는 종래의 반응장치(2)에 의하여 3상 AC 공급장치(6)에 연결된다. 필터 회로(10)는 가장 간단한 형태로 도시되었으나, 실제로는 다수의 다른 필터 회로들이 결합되어 AC 공급장치(6)에서 필요한 조화 전압을 얻으며, 이는 변압기(8) 및 필터 회로(10) 간에 AC 연결시 추가적 반응장치를 더 포함한다.
DC/DC 전력 컨버터(14)는 DC 링크(16)에 의하여 AC/DC 전력 컨버터(4)의 DC 단자에 연결된다. DC/DC 전력 컨버터(14)는 PWM) 전략을 이용하여 충분히 제어 및 조절된 일련의 반도체 전력 스위칭 기기(예를 들어 IGBT, IEGT 또는 IGCT)를 구비한 AC/DC 전력 컨버터에 유사한 3상 2단계 토폴로지를 가질 수 있다. 그러나 실제로는 상기 AC/DC 전력 컨버터에서 상술한 바와 같이, DC/DC 전력 컨버터(14)는 어떠한 적합한 토폴로지도 가질 수 있다. AC/DC 및 DC/DC 전력 컨버터의 반도체 전력 스위칭 기기를 제어하는데 이용되는 게이트 드라이브 명령 신호(gate drive command signal)의 유도는 하기에서 더욱 구체적으로 상술한다.
DC/DC 전력 컨버터(14)는 DC 에너지 저장장치(2) 내에 에너지를 저장하거나 또는 DC 에너지 저장장치(2)로부터 에너지를 유출하도록 제어되는 3 종류의 DC 전류를 제공한다. DC 에너지 저장장치(2)는 PWM 조화 전류를 선택적인 평활화 축전기(smoothing capacitor)(22) 및 DC 에너지 저장장치로 제한하는 DC 반응장치(18)에 의하여 DC/DC 전력 컨버터(14)에 연결된다.
DC 에너지 저장장치(2)는 어떠한 적합한 타입(예를 들어, 리튬 배터리, 고용량 축전기, 관성 바퀴(flywheel) 및 후로셀)도 이용할 수 있다. AC/DC 전력 컨버터에 있는 DC/DC 전력 컨버터(14)의 DC 단자는 대체로 일정한 DC 전압이 유지되도록 조절되나, DC 에너지 저장장치(2)의 DC 전압은 다른 작동 모드 동안 DC 전력의 저장 또는 방출에 따른 DC 에너지 저장장치의 전압 변화의 결과로 생긴 DC 단자 전압의 상당한 변이에 종속된다.
전력이 AC 공급장치(6)로부터 DC 에너지 저장장치(2)에 공급되거나 또는 그 반대인 경우에 따라 AC/DC 전력 컨버터(4)가 능동정류기(active rectifier) 또는 인버터로 작동한다는 것은 자명한 사실이다. 예를 들어 전력이 AC 공급장치(6)에서 DC 에너지 저장장치(2)로 공급되는 경우(즉, DC 에너지 저장장치가 충전되는 경우), AC/DC 전력 컨버터(4)는 능동정류기로 작용하며 AC 전력을 연동 DC/DC 전력 컨버터(14)에 의하여 DC 에너지 저장장치의 DC 단자 전압과 호환되는 DC 전력으로 변환한다. 전력이 DC 에너지 저장장치(2)로부터 AC 공급장치(6)로 공급되는 경우(즉, DC 에너지 저장장치가 방전되는 경우) AC/DC 전력 컨버터(4)가 인버터로 작용하여 DC 전력을 AC 전력 공급장치와 호환 가능한 AC 전력으로 변환시킨다. AC/DC 및 DC/DC 전력 컨버터(4,16)는 따라서 양방향 전력 조류(power flow) 일 수 있다.
AC/DC 전력 컨버터의 반도체 전력 스위칭 기기는 제어장치(24)에 의하여 제어되며 DC/DC 전력 컨버터의 반도체 전력 스위칭 기기는 제어장치(46)에 의해 제어된다. 제어장치는 에너지 저장장치(2)의 다른 작동 모드에 대해서는 하기에서 상술할 것이다.
상기의 상세한 설명에 의하면, 전체 DC 에너지 저장장치 회로가 (ⅰ) AC/DC 전력 컨버터(4)를 AC 공급장치(6)에 연결하는 AC 회로; (ⅱ) AC/DC 전력 컨버터(4); (ⅲ) AC/DC 전력 컨버터(4)의 DC 단자를 DC/DC 전력 컨버터(14)에 연결하는 DC 링크 회로(16); (ⅳ) DC/DC 전력 컨버터(14); 및 (ⅴ) DC/DC 전력 컨버터(14)의 DC 단자를 DC 에너지 저장장치(2)에 연결하는 DC 회로(20)로 이루어진 5개의 부회로로 나누어진다는 것은 자명한 사항이다.
[실시예 2] 도 2 및 도 3에서 도시한 일반 작동 모드
A. AC/DC 전력 컨버터 제어
AC/DC 전력 컨버터(4)를 위한 제어장치(24)는 등급지수(indicative of magnitude)인 아웃풋 신호 및 AC 공급장치(6)의 위상각을 제공하는 위상 동기 루프(PLL) 유닛(26)을 포함한다. AC에서 DC로의(AC to DC) 제어 유닛(28)은 PLL 유닛(26)의 아웃풋 신호를 이용하여, AC 회로 상의 AC 전류 센서(30)로부터 측정된 AC 전류 신호를 실제 AC 전력 전류 및 AC 회로 상의 실제 무효 전류 조류(flowing)에 대한 지수인 DC 전류 피드백 신호 Iqfb 및 Idfb로 변환시킨다.
AC 회로를 위해 필요한 AC 전력 전류는 전류 신호 IQ1 및 IQ2에 의하여 정의된다. 전류 신호 IQ2는 일반적으로 전력 측정 유닛(48)에 의해 공급되어(하기 참조) 하기에 상술할 DC 에너지 저장장치 회로의 안정성에 도움이 되도록 요구된 전력 상의 상당한 변화에 대해서는 피드포워드 신호를 제공한다.
전압 피드백 신호 VDCbus는 DC 링크 회로 상의 DC 전압 센서(32)에 의해 제공되며 이는 DC 링크 전압의 지수이다. 전압 피드백 신호 VDCbus는 AC/DC 및 DC/DC 전력 컨버터(4,14)의 등급 제한 범위(예를 들면, 1kV DC) 내에서 필요한 DC 링크 전압 지수인 전압 요구량 신호 VDCr에 대해서 비교된다. 도면에 나타난 다양한 배치들은 실제 신호와 필요 신호값을 비교하는 다수의 증폭기를 이용하며, 그 결과 두 신호 간의 차이가 증폭되어 그들 사이의 오류 감소에 이용된다는 것은 자명한 사항이다. 상기 증폭기는 통상적으로 빠른 신호를 위한 비례 이득(P) 및 보다 정확한 장기 반응을 위해 적분 이득(I)을 갖는 회로를 포함하여, 이를 P+I 증폭기라고도 한다. 전압 피드백 신호 VCDbus와 전압 요구량 신호 VCDr의 비교는 AC/DC 전력 컨버터(4)의 제어장치(24)를 위한 전류 신호 IQ1을 제공하는 P+I 전압 증폭기(34)에서 이루어진다. 이는 DC 링크 전압이 DC 에너지 저장장치(2)가 작동되는 동안 필요 수준의 정확도로 제어되도록 보장한다.
전류 신호 IQ1 및 IQ2는 IQ 가산기(36)에서 합쳐져서 AC 회로에서 요구되는 네트 AC 전력 전류 지수인 네트 전류 요구량 신호 Iqr을 이룬다.
전류 요구량 신호 Iqr를 P+I 회로를 구비한 구조(Q) 축 오류 증폭기(38)와 비교하여 AC/DC 전력 컨버터(4)를 위한 구조축 전압 요구량 신호 Vqr을 얻는다. 구조축 전압 요구량 신호 Vqr은 AC 공급장치(6)의 위상각을 제시하는 PLL 유닛(26)으로부터의 아웃풋 신호를 이용하여 AC/DC 전력 컨버터(4)의 반도체 전력 스위칭 기기를 위한 정확한 구동 신호로 전환되는 DC 신호이다. 그 결과로 전류 요구량 신호 Iqr에 의해 정의되는 AC 전력 전류의 조류(flow)를 얻을 수 있다.
AC 회로를 위해 필요한 AC 공급 무효 전류는 전류 요구량 신호 IVARr, ICAPr, 및 IPAr에 의하여 정의된다. 전류 요구량 신호 IVARr는 통상적으로 DC 에너지 저장장치(2)의 이용자에 의하여 제공되어 DC 에너지 저장장치 회로가 확정값(defined value)의 AC 공급 무효 전류를 제공하도록 요청한다. 이렇게 하는 일반적인 이유는 AC 공급장치(6)의 특정 지점에서 AC 공급 전압을 제어하기 위함이다. 전류 요구량 신호 ICAPr은 일반적으로 조화 필터 회로(10)의 무효 전류를 무효화하도록(cancel) 미리 설정된다. 전류 요구량 신호 IPAr은 일반적으로 IQ 가산기(36)에 의해 제공되어 AC 공급장치(6)에서 위상 전환을 교정하여 정확한 전력을 AC 공급장치의 특정 지점에 전달한다. 전류 요구량 신호 IVARr, ICAPr, 및 IPAr은 ID 가산기(40)에서 합쳐져서 AC 회로에 요구되는 AC 무효 전력 전류의 지수인 네트 전류 요구량 신호 Idr을 제공한다.
전류 요구량 신호 Idr를 P+I 회로가 구비된 직축(D) 오류 증폭자(42)에서의 DC 전류 피드백 신호 Idfb에 대해 비교하여 AC/DC 전력 컨버터(4)를 위한 직축 전압 요구량 신호 Vdr을 얻는다. 직축 전압 요구량 신호 Vdr은 AC 공급장치(6)의 위상각을 나타내는 PLL 유닛(26)으로부터의 아웃풋 신호를 이용하여 AC/DC 전력 컨버터(4)의 반도체 전력 스위칭 기기를 위한 정확한 구동 신호로 전환되는 DC 신호이다. 이 결과로 전류 요구량 신호 Idr에 의해 정의되는 바와 같이 AC 공급 무효 전류의 조류를 얻을 수 있다.
구조축 및 직축 전압 요구량 신호 Vqr 및 Vdr은 PWM 모듈레이터(44)에서의 구동 신호로 전환된다.
AC/DC 전력 컨버터 제어가 AC 전기 장치(예를 들어 모터)를 AC 공급장치에 접속(interface)하는데 이용되는 전력 컨버터 드라이브와 기능적으로 비교절 유사한 것은 자명한 사항이다.
도 2 및 도 3에 도시되지는 않았지만, DC 에너지 저장장치(2)는 그들의 일반적 작동에 필수적인 ·보조 장치(68)(도4 및 도5 참조)를 구비한다. 예를 들면, 보조장치는 전해질을 바나듐 레독스 배터리, 냉각팬, DC 에너지 저장장치를 제어하기 위한 제어 유닛을 통하여 순환시키기 위한 펌프 등도 구비할 수 있다. 보조 장치(68)는 AC 공급장치(6)에 연결되며 변압기(8)의 한 면으로부터 공급될 수 있다. 일반 작동 동안, 보조 장치(68)는 AC 공급장치(6)로부터 직접 에너지를 얻는다.
B. DC/DC 전력 컨버터 제어
DC/DC 전력 컨버터(14)를 위한 제어장치(46)는 DC 회로에서 요구되는 DC 전류의 전류 요구량 신호 지수 Ior을 제공하는 전력 측정 회로(48)를 포함한다. 전류 요구량 신호 Ior은 AC 회로에서 요구되는 AC 전력의 전력 요구량 신호 지수 Powerr, DC 회로에서의 DC 전압 지수이며 DC 전압 센서(50)에 의하여 제공되는 전압 피드백 신호 Vofb 및 DC 아웃풋 전력에 대한 회로의 손실의 참조표(look-up table)를 이용하여 얻어진다. 전력 요구량 신호 Powerr은 통상적으로 DC 에너지 저장장치(2)의 이용자에 의하여 DC 에너지 저장장치 회로가 확정값의 AC 공급 전력(예를 들어 1.0MW)을 제공하도록 요청한다. 이렇게 하는 일반적인 이유는 AC 공급장치(6)로의 전력 조류 및 AC 저장장치(6)에서 나오는 전력 조류를 제어하여, AC 공급장치의 다른 이용자에 의해 만들어진 전력 요구량을 만족시키기 위함이다. 전력 조류는 또한 AC 공급장치(6)의 안정성 또는 주파수를 제어하거나 또는 이용자에 의해 요구되는 다른 용도로 이용될 수 있다.
전류 요구량 신호 Ior의 유도(derivation)는 하기에서 좀더 구체적으로 상술하기로 한다.
전류 요구량 신호 Ior은 전력 요구량 신호 Powerr을 통해 과도한 요구량이 필요한 경우 회로가 과전류 상태로 트리핑되는 것을 방지하기 위하여 전류 리미터(52)에서 제한된다. 전류 리미터(52)의 아웃풋은 전류 요구량 신호 Iorl의 제한 버전이다. 도 3에 대해서는 하기에서 상술하겠지만, 최대 허용 전류는 DC 에너지 저장장치(2) 또는 그들의 제어장치(미도시)에 의하여 제공되는 전류 제한 신호 Ilimit로 정의할 수 있다. 이는 전류 요구량 신호 Ior이 전류 제한 신호 Ilimit보다 더 작거나 또는 같은 경우 전류 요구량 신호 Ior이 제한되지 않는다는 것을 의미한다(예를 들어, Iorl = Ior). 그러나 전류 요구량 신호 Ior이 전류 제한 신호 Ilimit보다 더 큰 경우 전류 요구량 신호 Ior이 최대 허용 전류(예를 들어 Iorl = Ilimit)로 제한된다. 전류 제한 신호 Ilimit에 의해 설정된 최대 허용 전류는 DC 에너지 저장장치(2)의 작동 파라미터에 의해 고정되거나 또는 변경될 수 있다.
제한 버전의 전류 요구량 신호 Iorl은 DC 회로 상의 DC 전류의 지수이며 DC 전류 센서(54)에 의해 제공되는 전류 피드백 신호 Iofb에 대해 비교한다. 동일한 신호는 또한 DC 반응장치(18) 상의 3가지 DC 전류를 측정하고 그 신호들을 통합함으로서 얻을 수 있다.
P+I 전류 루프 증폭기(56)에서 전류 요구량 신호 Iorl와 전류 피드백 신호 Iofb을 비교하여 DC/DC 전력 컨버터(14)를 위한 전압 요구량 신호 Vor을 얻는다. 전압 요구량 신호 Vor는 필요한 DC 아웃풋 전류를 얻기 위하여 위상각 인풋을 이용하여 DC/DC 전력 컨버터(14)의 반도체 전력 스위칭 기기를 위한 정확한 구동 신호로 전환되는 DC 신호이다. 전압 요구량 신호 Vor는 필요한 DC 전류를 얻기 위해 그 등급이 변하는 DC 신호이나, 아웃풋 전류의 고정값이 요구되는 경우 전압 요구량 신호 Vor이 진폭 상수의 DC 신호가 될 것이다.
전압 요구량 신호 Vor가 PWM 모듈레이터(58)에서 구동 신호로 전환된다. DC 아웃풋이 필요한 경우, PWM 모듈레이터(58)의 위상각 신호를 0으로 설정된다.
C. 전력 계산
도 2에 대하여, DC 에너지 저장장치(2)가 방전되는 경우 예를 들어 DC 에너지 저장장치로부터 나오는 전력이 AC 공급기(6)로 제공되는 경우 하기의 식을 적용한다.
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
상기에서 Aac는 “A” 지점에서(예를 들어, AC 공급장치에서) 필요한 AC 전력이고;
Bdc는 “B” 지점(예를 들어, AC/DC 전력 컨버터의 DC 단자에서)에서의 DC 전력이고;
Cdc는 “C” 지점에서(예를 들어, AC/DC 전력 컨버터 쪽에서 DC/DC 전력 컨버터(14)의 DC 단자에서)의 DC 전력이고;
Ddc는 “D” 지점에서(예를 들어, DC 에너지 저장장치(2)에서)의 DC 전력이고;
Lac는 AC 공급장치(6)와 AC/DC 전력 컨버터(4) 사이의 AC 회로에서의 손실이며;
Ldc는 DC/DC 전력 컨버터(4)와 DC 에너지 저장장치(2) 사이의 DC 회로(20)에서의 손실이며;
Vo는 DC 아웃풋 전압, 즉 DC 회로의 DC 전압이며;
Io는 DC 아웃풋 전류, 즉 DC 회로의 DC 전류이다.
DC 링크 전압이 구조축 오류 증폭기(38) 및 P+I 전압 증폭기(34)의 작용에 의해 일정하게 유지되는 경우, "B" 지점에서 DC 전력은 "C" 지점에서 DC 전력과 동일해야 한다.
따라서 수학식 1 내지 수학식 3은 결합되어 AC 공급장치(6)의 AC 전력을 제어하기 위하여 하기의 식을 제공할 수 있다:
Figure pat00004
보조 장치(미도시-상기 참고)는 AC 공급장치(6)로부터 에너지를 얻고, 수식 수학식 4는 보조장치의 손실(Laux)을 포함하도록 추가로 변경될 수 있다.
Figure pat00005
수학식 4 및 수학식 5는 회로 손실이 통상적으로 낮고 DC 에너지 저장장치 회로는 전체적인 AC 전력 루프가 없어도 매우 동적인 반응(response)을 하므로 AC 공급장치(6)에서 AC 전력의 정확한 제어를 위한 기초를 형성한다. AC 공급장치(6)로부터 DC 에너지 저장장치(2)로 전력이 공급되는 경우(즉, DC 에너지 저장장치가 충전되는 경우) 동일한 수학식 4 및 수학식 5이 이용될 수 있으나, 손실 차원(loss term)의 극성은 역전된다.
따라서 전력 측정 유닛(48)이 전압 요구량 신호 Powerr('A' 지점에서 필요한 AC 전압 지수(Aac)), 전압 피드백 신호 Vofb(필요한 DC 아웃풋 전압 지수 Vo), 및 DC 아웃풋 전력을 기초로 하여 DC 에너지 저장장치 회로에서 다양한 손실(Ldc 및 Lac 및 선택적으로는 또한 Laux)을 계산하는데 이용되는 참조표를 기초로 하여 전류 요구량 신호 Ior(필요한 DC 아웃풋 전류 지수 Io)를 결정한다는 것은 자명한 사실이다.
DC 에너지 저장장치 회로의 동적 반응을 개선하기 위하여, 새로운 전력 요구량이 전력 요구량 신호 Powerr에 의하여 형성되자마자 전류 신호 IQ2를 이용하여 그 요구량을 AC/DC 컨버터(4)에 보낼 수 있다. 전류 신호 IQ2을 이용하는 경우, 도 2에 도시한 바와 같이 PPL 유닛(26)으로부터의 전압 피드백 신호 VACfb가 전력 측정 유닛(48)에 공급될 필요가 있다.
상기의 경우 전류 신호 IQ2 = Powerr/(VACfb× √3)이다.
DC 에너지 저장장치 회로는 통상적으로 DC 에너지 저장장치(2)가 AC 공급장치(6)로부터 충전되는 경우 이용자 지정값(value)에서 DC 전력을 저장하고 이용자지정값(value)에서 DC 에너지 저장장치를 방전함으로써 AC 전력을 외부로 유출한다(export). DC 에너지 저장장치 회로는 통상적으로 폐쇄 AC 전력 루프를 필요로 하지 않고도 완전(full) 전력 인풋에서 완전 전력 아웃풋으로의 변화 또는 완전 전력 아웃풋에서 완전 전력 인풋으로의 변화 중 어느 하나를 위한 하나의 주요 서클 상에서 빠른 AC 전력 반응을 하도록 통상적으로 고안되었으며, 이는 느리게 작용하고(slow acting) 고평가(expensive) 경향이 있는 AC 공급장치(6)에서 AC 전력의 측정값을 제공하기 위한 센서를 요구하기 때문이다.
도 2의 DC 에너지 저장장치 회로에 부가될 수 있는 추가적 특징이 도 3에 도시되어 있다. 접촉기 또는 DC 차단기(60)는 DC 회로(20)에 부가되어 DC 에너지 저장장치(2)가 유지 또는 보호 목적으로 고립되도록 한다. 제어 신호 Estorer는 개시 증폭자(62)에서 전압 피드백 신호 Vofb와 비교된다. 개시 증폭자(62)의 아웃풋 신호는 스위치(64)에 의하여 P+I 전류 루프 증폭기(56)에 공급되며, DC 에너지 저정장치 회로가 개시될 때 DC 차단기(60)에 네트 0 전압을 제공하도록 P+I 전류 루프 증폭기의 아웃풋을 미리 설정하여 이용한다. 따라서 DC 차단기(60)는 어떠한 과도 현상(transient)없이도 폐쇄될 수 있으며, 스위치(64)가 개방될 수 있어 DC 에너지 저정장치(2)의 일반 작동이 시작될 수 있다. 또한 개시 증폭기(62)의 이용을 생략하고 제어 신호 Estorer를 직접적으로 스위치(64)를 연결하는 것도 가능하다. 이는 정확도는 떨어지나 실제 이용되기에 충분한 정도의 정확도는 갖는다.
DC 에너지 저장장치(2)가 과부화되어 더 낮은 DC 전류에서 작동될 필요가 있는지를 결정하는 것도 유용할 수 있다. 따라서 전류 제한 신호 ILimit가 DC 에너지 저장장치(2)로부터 전류 리미터(52)로 제공될 수 있다. 전류 제한 신호 ILimit는 DC 에너지 저장장치(2)의 제어장치(미도시)에 의해 측정되고 통상적으로는 최대 허용 전류의 확정값으로 설정되어 DC 에너지 저장장치를 보호한다. 그러나 DC 에너지 저장장치(2)의 어떤 부분이 스트레스를 받는 경우 예를 들어, 과열 되는 경우에도 전류 제한 신호 ILimit는 감소되어 트립되거나 셧다운 될 필요 없이 DC 에너지 저장장치 회로가 작동되도록 할 수 있다.
통상 전류 제한 신호 ILimit은 계속해서 전류 리미터(52)로 제공된다. 전류 리미터(52)는 하기의 몇몇 다른 방식으로 작동될 수 있다.
(ⅰ) 전력 요구량 신호 Powerr가 전류 제한 신호 Ilimit보다 작거나 또는 동일한 전류 요구량 신호 Ior로 설정된 DC 전류가 되는 경우, DC 에너지 저장장치 회로는 전력 조류의 방향에 따라 필요한 전력을 제공하거나 또는 필요한 전력을 흡수한다. 전류 리미터(52)는 전류 제한 신호 Ilimit에 의해 제어되는 양성 및 음성 제한을 받아서 DC 에너지 저장장치(2)가 충전 및 방전될 때 동일하게 작동된다. 전류 신호 IQ2가 이용되는 경우 IQ2 = Powerr/(VACfb× 3)이다.
(ⅱ) DC 에너지 저장장치(2)가 전력을 공급하는 경우 그들의 DC 전압이 떨어지며(fall), 이는 DC 전압 센서(54)에 의해 측정된다. 그 결과 필요한 전력을 위한 전류 요구량 신호 Ior이 증가하여 전류 제한 신호 Ilimit보다 큰 전류 요구량 신호 Ior을 얻을 수 있다. 공급된 전력은 DC 전압을 전류 제한 신호 Ilimit와 곱한 값으로 정의된다. 제어 신호 InLimit가 전력 측정 유닛(48)로 보내지고 전력 요구량 신호 Powerr에 의해 요구된 전력이 제공될 수 없음을 전력 측정 유닛(48)에 알려준다. 상기 모드에서만 전력 공급을 위한 전류 리미터(52)의 제한이 작동된다. 전력 측정 유닛(48)이 제어 신호 InLimit를 받는 경우 이는 작동 중이기는 하나 필요 전력을 제공할 수 없다는 경고를 DC 에너지 저장장치 회로의 이용자에 발송한다. 전류 신호 IQ2가 이용되는 경우 IQ2 = (Vofb× Ilimit)/(VACfb×√3)이다.
(ⅲ) 전력 요구량 신호 Powerr이 전류 제한 신호 ILimit보다 큰 전류 요구량 신호 Ior을 제공하는 값으로 설정되는 경우 공급 전력은 DC 전압과 전류 제한 신호 Ilimit을 곱한 값으로 정의된다. 제어 신호 InLimit이 전력 측정 유닛(48)로 보내져서 전력 요구량 신호 Powerr에 의해 필요 전력을 제공 또는 흡수할 수 없음을 전력 측정 유닛(48)에 알려준다. 전류 리미터(52)는 전류 제한 신호 ILimit에 의해 제어되는 양성 또는 음성 제한을 하여, DC 에너지 저장장치(2)가 충전 또는 방전될 때 동일하게 작동한다. 전력 측정 유닛(48)이 제어 신호 InLimit을 받는 경우 이는 작동 중이기는 하나 필요 전력을 흡수 또는 공급할 수 없다는 경고를 DC 에너지 저장장치 회로의 이용자에게 발송한다. 전류 신호 IQ2가 이용되는 경우 IQ2 = (Vofb× Ilimit)/(VACfb×√3)이다.
(ⅳ) DC 에너지 저장장치가 연장된 기간동안 전력을 제공 또는 흡수하는 경우 이는 정확한 작동 조건을 초과한다. 그 결과 전류 제한 신호 Ilimit가 감소되며, 전류 요구량 신호 Ior이 전류 제한 신호 Ilimit 보다 큰 값에 도달하는 경우 공급 전력은 DC 전압과 전류 제한 신호 Ilimit을 곱한 값으로 정의된다. 제어 신호 InLimit는 전력 측정 유닛(48)로 보내져서 전력 요구량 신호 Powerr에 의해 요구된 전력을 제공 또는 흡수할 수 없음을 전력 측정 유닛(48)에 알려준다. 전류 리미터(52)는 전류 제한 신호 Ilimit에 의해 제어되는 양성 또는 음성 제한을 하여, DC 에너지 저장장치(2)가 충전 또는 방전될 때 동일하게 작동한다. 전력 측정 유닛(48)이 제어 신호 InLimit를 받는 경우 이는 작동 중이기는 하나 필요 전력을 흡수 또는 공급할 수 없다는 경고를 DC 에너지 저장장치 회로의 이용자에게 발송한다. 전류 신호 IQ2가 이용되는 경우 IQ2 = (Vofb× Ilimit)/(VACfb×√3)이다.
DC 에너지 저장장치 회로가 매우 빠른 동적 반응을 하나, 이는 수학식 5에 정의한 바와 같이 손실의 추정치에 의존한다. 좀더 정확한 제어가 필요한 경우 한 세트의 전력 센서들(66)이 변압기(8)와 AC 공급장치(6) 간의 AC 회로에 포함되어 실제 AC 전력 지수인 전력 피드백 신호 Poutfb를 제공할 수 있다. 전력 피드백 신호 Poutfb는 수학식 5에 이용되는 손실 수준에서의 슬로우 액팅 교정을 적용하도록 이용되는 전력 측정 유닛(48)에 제공된다. 이러한 특징이 요구될 경우, 전류 요구량 신호 Ior에 부가될 추가적인 에러신호를 공급하기 위해 전력 측정 유닛(48) 내의 느리게 작용하는 P+I 증폭장치 상에서 전압 요구량 신호 Powerr와 전력 피드백 신호 Poutfb을 비교하게 된다. 이로서 필요한 정확도를 얻을 수 있다. DC 에너지 저장장치 회로는 있을지도 모르는 작은 에러들을 제거하기 위해 느리게 동작하는 보정항목 P+I에 후속하는 수학식 5로 인하여 빠른 응답을 마찬가지로 갖게 될 것이다.
도시되지는 않았지만 DC 에너지 저장장치 회로는 연장되어 각각의 DC/DC 전력 컨버터 및 DC 회로에 의해 통상의 DC 링크에 연결된 다수의 DC 에너지 저장장치를 가질 수 있다. 각각의 DC/DC 전력 컨버터는 그들 자신의 제어 장치에 의해 제어되나(각각의 DC/DC 전력 컨버터를 위한 제어 장치는 선택적으로는 단일한 물리적 조절장치로 통합된다) 어떠한 DC 에너지 저장장치를 위해서는 통상의 전력 측정 유닛(48)으로 제어된다.
2개의 DC 에너지 저장장치가 있는 경우 전력 측정 유닛(48)은 통상의 전력 요구량 신호 Powerr, 각각의 DC 에너지 저장장치의 DC 회로 상에서 필요한 DC 아웃풋 전압 Vo1 및 Vo2의 제1 및 제2 전압 피드백 신호 지수 Vofb1 및 Vofb2, 및 각각의 DC 에너지 저장장치를 위한 최대 허용 전류의 제1 및 제2 전류 제한 신호 Ilimit1 및 Ilimit2 지수를 이용하여 각 제어장치의 각각의 전류 리미터에 적용되는 제1 및 제2 전류 요구량 신호 Ior1 및 Ior2를 얻을 수 있다. 도 2 및 도3에서 도시된 다른 모든 제어 회로도 각각 독립적으로 작동한다.
DC 에너지 저장장치(2)가 방전되는 경우 제1 및 제2 전류 요구량 신호 Ior1(제1 DC 에너지 저장장치의 DC 회로 상에서 필요한 DC 전류 지수 Ior1) 및 Ior2(제2 DC 에너지 저장장치의 DC 회로 상에서 필요한 DC 전류 지수 Ior2)는 하기의 수식을 기초로 얻을 수 있으며, 통상의 전력 측정 유닛(48)에 대한 각 제어 장치의 각각의 전류 리미터에 의해 제공되는 제1 및 제2 제어 신호 Ilimit1 및 Ilimit2의 상태에 따라 하기와 같이 달라진다:
(ⅰ) DC 전류가 각각 제1 및 제2 전류 제한 신호 Ilimt1 및 Ilimit2 보다 작거나 동일한 제1 및 제2 전류 요구량 신호 Ior1 및 Ior2로 설정되는 경우 제1 및 제2 DC 에너지 저장장치는 하기와 같은 필요 전력을 제공하고:
Figure pat00006
Figure pat00007
상기에서 Lac1은 제1 DC 에너지 저장장치 때문에 AC 공급장치와 AC/DC 전력 컨버터 간의 AC 회로 상에 생기는 손실이고;
Ldc1은 DC/DC 전력 컨버터와 제1 DC 에너지 저장장치 간의 DC 회로 상에 생긴 손실이고;
Laux1은 제1 DC 에너지 저장장치의 보조 장치 상에 생긴 손실이고;
Vo1은 제1 DC 에너지 저장장치를 위한 DC 회로의 DC 전압이고;
Lac2는 제2 DC 에너지 저장장치 때문에 AC 공급장치와 AC/DC 전력 컨버터 간의 AC 회로 상에 생긴 손실이고;
Ldc2는 DC/DC 전력 컨버터와 제2 DC 에너지 저장장치 사이의 DC 회로 상에 생긴 손실이고;
Laux2는 제2 DC 에너지 저장장치의 보조 장치 상의 손실이고;
Vo2는 제2 DC 에너지 저장장치를 위한 DC 회로 상의 DC 전압이다.
(ⅱ) 제1 전류 요구량 신호 Ior1으로 설정된 DC 전류가 제1 전류 제한 신호 Ilimit1보다 크고 제2 전류 요구량 신호 Ior2로 설정된 DC 전류가 제2 전류 제한 신호 Ilimit2보다 작거나 동일한 경우, DC 에너지 저장장치가 하기와 같이 제1 DC 에너지 저장장치의 단자들에서의 전력 Pes1을 제공하며:
Figure pat00008
상기에서 Ilmt1은 제1 전류 제한 신호 Ilimit1 로 설정된 최대 허용 전류값이다.
Figure pat00009
상기에서 Pes1은 그들의 단자에서 제1 DC 에너지 저장장치에 의하여 제공되는 전력이다
Figure pat00010
(ⅲ) 제2 전류 요구량 신호 Ior2로 설정된 DC 전류가 제2 전류 제한 신호 Ilimit2 보다 크고 제1 전류 요구량 신호 Ior1로 설정된 DC 전류가 제1 전류 신호 Ilimit1보다 작거나 동일한 경우, 제1 및 제2 DC 에너지 저장장치가 하기와 같이 제2 DC 에너지 저장장치의 단자에 전력 Pes2을 제공한다.
Figure pat00011
상기에서 Ilmt2이 제2 전류 제한 신호 Ilimit2로 설정된 최대 허용 전류값이고;
Figure pat00012
상기에서 Pes2는 제2 DC 에너지 저장장치가 그들의 단자에 제공한 전력이고;
Figure pat00013
(ⅳ) 제1 및 제2 전류 요구량 신호 Ior1 및 Ior2로 설정된 DC 전류가 각각 제1 및 제2 전류 제한 신호 Ilimit1 및 Ilimit2 보다 큰 경우, 제1 및 제2 DC 에너지 저장장치가 하기와 같이 필요 전력을 제공하며;
Figure pat00014
Figure pat00015
Figure pat00016
Figure pat00017
상기 조건에서는 DC 에너지 저장장치가 작동은 하지만 요구 전력을 제공할 수는 없다. 또한 전력 측정 유닛(48)이 DC 에너지 저장장치 회로의 이용자에게 그것이 작동은 하지만 필요한 전력을 제공하거나 흡수할 수는 없다는 경고를 보낸다. 전류 신호 IQ2가 이용되는 경우 IQ2 = (Vofb1× Ilimit1)/(VACfb×√3)+(Vofb2× Ilimit2)/(VACfb ×√3)이다.
DC 에너지 저장장치(2)가 충전되는 경우, 동일한 수학식 6 내지 수학식 17이 이용되나 손실 항목의 극성은 역전된다.
또한 DC 에너지 저장장치의 수가 어떻든 간에 동일한 수식을 이용할 수 있다는 것은 자명한 사실이다. 일반적으로 전력 측정 유닛은 통상의 전력 요구량 신호, 각 DC 에너지 저장장치를 위한 전압 피드백 신호 및 각 DC 에너지 저장장치를 위한 전류 제한 신호를 얻을 수 있다.
[실시예 3] 도 4 및 도 5에 도시된 자립 작동 모드
자립 작동 모드는 AC 공급장치(6)를 어떤 이유(예를 들어 AC 공급장치가 단절하는 오류)로든 더 이상 이용할 수 없는 경우 이용되며, DC 에너지 저장장치(2)의 전력이 AC 저장장치로부터 에너지를 통상적으로 얻는 보조장치(68)로 전력을 공급하는데 이용된다. 보조장치(68)가 도4 및 도 5의 좌측에 도시되기는 했지만 실제로는 그들이 연결되고 이용되는 DC 에너지 저장장치(2)에 물리적으로 위치하거나 그 근처에 있다는 것은 자명한 사실이다. 도 2 및 도 3에서 도시한 것들과 동일한 DC 에너지 저장장치 회로의 부분들은 동일한 일련번호로 표시하였다.
자립 모드에서 DC 에너지 저장장치 회로는 스위치를 개방하거나(미도시) 또는 다른 적합한 분리 장치에 의하여 AC 공급장치(6)로부터 고립(isolate)된다. 이는 AC 저장장치(6)에서의 오류에 의해 DC 에너지 저장장치 회로가 자립 모드에서 작동되는 것을 방해하지 않도록 보장한다.
자립 작동 모드 동안, 보조 장치(68)는 AC/DC 전력 컨버터(4) 및 보조 장치가 연결된 AC 회로에 의하여 DC 에너지 저장장치(2)로부터의 전력을 받는다. 이는 보조 장치(68)가 주요 AC 공급장치(6)가 복구되자 마자 일반 작동을 재개할 수 있고 DC 에너지 저장장치(2)의 일반 작동을 유지하거나 또는 필요하다면 DC 에너지 저장장치를 셧다운하며 선택적인 셧다운 조건을 유지하는 것도 가능하다는 것을 의미한다. 달리 말하면, AC 저장장치(6)가 없는 경우에도 DC 에너지 저장장치(2)의 적합하고 안전한 작동을 위하여 필요한 팬, 펌프 등이 계속 작동할 수 있다.
자립 작동 모드 동안 DC 에너지 저장장치(2)만이 방전된다(즉 DC 전력이 연결된 AC 회로에 의하여 DC 에너지 저장장치로부터 AC 공급장치(6) 및 나아가 보조장치(68)까지 공급된다)는 것은 자명한 사항이다. 따라서 양방향 전력 조류를 제공할 필요가 없으므로 AC/DC 및 DC/DC 전력 컨버터(4, 14)의 제어가 어느 정도 간단해진다.
A. AC/DC 전력 컨버터 제어
AC/DC 전력 컨버터(4)를 위한 제어장치(24)는 전압 피드백 신호 VACfb를 제공하는 ACV 유닛(70)을 포함한다. 전압 피드백 신호 VACfb은 AC 회로 상의 AC 전압 센서(72)로부터의 측정된 AC 전압 신호로부터 얻을 수 있고 이는 AC 회로 상의 실제 AC 전압 지수이다.
전압 피드백 신호 VACfb을 통상적으로 보조장치(68)를 위한 정확한 AC 전압을 제공하도록 미리 설정된 전압 요구량 신호 VACsr과 비교한다. 전압 피드백 신호 VACfb와 전압 요구량 신호 VACsr을 P+I 전압 증폭장치(74)에서 비교하여 AC/DC 전력 컨버터(4)를 위한 전압 요구량 신호 VACr를 제공한다. 전압 요구량 신호 VACr은 AC/DC 전력 컨버터(4)의 반도체 전력 스위칭 기기를 위한 정확한 구동 신호로 전환되는 DC 신호이다. 그 결과 전압 요구량 신호 VACsr로 정의되는 AC 회로상의 AC 전압을 얻는다. AC 공급장치의 진동수는 전압 요구량 신호 VACr과 함께 PWM 모듈레이터(76)에 공급되는 미리 설정된 AC 공급 진동수 신호 ACF에 의해 결정된다. AC 공급 진동수 신호 ACF는 통상적으로 보조장치(68)을 위한 정확한 AC 진동수를 제공하도록 미리 설정된다.
AC 회로 상의 AC 전류 센서(30)는 최대 허용 AC 전류가 과도한 경우 DC 에너지 저장장치 회로를 셧다운하는 트립 신호 TRIP을 제공한다.
B. DC/DC 전력 컨버터 제어
DC/DC 전력 컨버터(14)를 위한 제어장치(46)는 상술한 제어장치와 유사한 방식으로 작동한다. 그러나 전력 측정 유닛은 없고, DC 회로 상에서 필요한 DC 전류의 전류 요구량 신호 지수 Ior는 DC 링크 전압 지수인 전압 피드백 신호 VCDbus 및 AC/DC 및 DC/DC 전력 컨버터(4,14)의 등급 제한(예를 들어 1kV DC) 내에 있는 전압 요구량 신호 VCDr을 비교함으로써 얻을 수 있다.
전압 피드백 신호 VCDbus 와 전압 요구량 신호 VCDr의 비교는 P+I 전압 증폭기(78)에서 이루어진다.
전류 요구량 신호 Ior은 전류 리미터(52)에서 제한되어 회로가 과전류 상태에서 트립되는 것을 방지한다. 전압 요구량 신호 Vor은 PWM 모듈레이터(58)에서 구동 신호로 전환된다.
도 4에 관하여, DC 에너지 저장장치(2)가 방전되는 경우, 즉 전력이 DC 에너지 저장장치로부터 보조장치(68)로 공급되는 경우 하기의 식을 적용한다.
Figure pat00018
상기에서 AC는 “A" 지점(예를 들어, AC 공급장치에서)에서 요구되는 AC 전력이고;
Bdc는 “B" 지점(예를 들어, AC/DC 전력 컨버터(4)의 DC 단자에서)에서 DC 전력이고;
Lac는 AC 공급장치(6)과 AC/DC 전력 컨버터(4) 사이의 AC 회로 상에 생기는 손실이다.
DC 링크 전압이 P+I 전압 증폭기(78)의 작용으로 일정하게 유지하는 경우 “B" 지점과 ”C" 지점에서의 DC 전력은 필요한 전력(correct power)이 DC 에너지 저장장치(2)로부터 공급된다는 것과 동일한 의미이다.
도 4의 DC 에너지 저장장치에 부가될 수 있는 추가적 특징이 도 5에 도시되어 있다. 접촉기 또는 DC 차단기(60)를 DC 회로(20)에 부가하여 DC 에너지 저장장치(2)가 유지 또는 보호 상의 이유로 고립가능하게 한다. 제어 신호 Estorer를 개시 증폭기(62)에서의 전압 피드백 신호 Vofb에 대해 비교한다. 개시 증폭기(62)의 아웃풋 신호를 스위치(64)에 의해 P+I 전류 루프 증폭장치(56)에 제공하고, P+I 전류 루프 증폭장치의 아웃풋을 미리 설정하여 DC 에너지 저장장치 회로가 개시될 때 DC 차단기(60)에 네트 0 전압이 되도록 이용한다. DC 차단기(60)는 따라서 어떠한 과도 현상 없이도 폐쇄가능하며 스위치(64)를 개방하여 DC 에너지 저장장치(2)의 일반 작동을 개시할 수 있도록 한다. 개시 증폭기(62)의 이용을 생략하고 제어 신호 Estorer을 스위치(64)에 직접적으로 연결하는 것도 또한 가능하다. 이는 정확하지는 않지만 실이용에 이용하기에 충분할 정도의 정확도는 가진다.
DC 에너지 저장장치(2)가 과부하되어 더 낮은 DC 전류에서 작동될 필요가 있는지 결정하는 것도 유용할 수 있다. 전류 제한 신호 Ilimit은 따라서 DC 에너지 저장장치(2)로부터 전류 리미터(52)로 제공될 수 있다. 전류 제한 신호 Ilimit는 DC 에너지 저장장치(2)의 제어 시스템(미도시)에 의해 측정되고 통상적으로는 확정된 최대 허용 전류로 설정되어 DC 에너지 저장장치를 보호한다. DC 전류가 전류 제한 신호 Ilimit를 초과하는 경우 전류 리미터(52)에 의해 제공된 제어 신호 InLimit가 시스템을 트립되도록 한다.
도시되지는 않았지만 DC 에너지 저장장치 회로를 확장하여 각각의 DC/DC 전력 컨버터 및 DC 회로에 의해 통상의 DC 링크에 연결된, 다수의 DC 에너지 저장장치를 가질 수도 있다. 각각의 DC/DC 전력 컨버터는 그들 자신의 제어장치에 의해 제어되나(각각의 DC/DC 전력 컨버터를 위한 제어장치는 선택적으로는 통합되어 단일의 물리적 제어장치를 이룬다) 통상의 전류 요구량 신호 Ior을 각각의 DC 에너지 저장장치를 위한 개별적 전류 리미터로 제공하는 통상의 P+I 전압 증폭자를 갖는다.
2개의 에너지 저장장치가 있는 경우 전류 리미터는 각 에너지 저장장치를 위한 최대 허용 전류의 제1 및 제2 제한 신호 Ilimit1 및 Ilimit2 지수를 이용하여 각 제어장치의 P+I 전류 루프 증폭자(56) 각각에 적용되는 제1 및 제2 제한 전류 요구량 신호 Ior1 및 Ior2를 얻는다. 도 4 및 도5에서 도시된 모든 다른 제어 회로는 독립적으로 작동한다.
DC 에너지 저장장치 회로의 작동은 하기와 같이 제1 및 제2 전류 제한 신호 Ilimit1 및 Ilimit2에 따라 달라진다:
(ⅰ) 전류 요구량 신호 Ior로 설정된 DC 전류가 각각 제1 및 제2 전류 제한 신호 Ilimit1 및 Ilimit2 보다 작거나 동일한 경우, 제1 및 제2 에너지 저장장치는 자동적으로 필요 전력의 50%를 공급한다.
(ⅱ) 전류 요구량 신호 Ior로 설정된 DC 전류가 제1 전류 제한 신호 Ilimit1보다 크고 전류 요구량 신호 Ior로 설정된 DC 전류가 제2 전류 제한 신호 Ilimit2 보다 작거나 동일한 경우, 제1 에너지 저장장치는 계속 작동하나 제1 전류 제한 신호 Ilimit1에 의해 정의된 전류에서 작동한다. 통상의 P+I 전압 증폭자(78)는 이에 반응하여 전류 요구량 신호 Ior를 변화시켜 제2 DC 에너지 저장장치가 필요 전력을 공급하기에 충분한 전류를 자동적으로 공급한다. 이는 전체 시스템의 작동을 유지시킨다.
(ⅲ) 전류 요구량 신호 Ior로 설정된 DC 전류가 제2 전류 제한 신호 Ilimit2 보다 크고 전류 요구량 신호 Ior로 설정된 DC 전류가 제1 전류 제한 신호 Ilimit1보다 작거나 동일한 경우, 제2 DC 에너지 저장장치는 계속 작동하나 제2 전류 제한 신호 Ilimit2에 의해 정의된 전류에서 작동한다. 통상의 P+I 전압 증폭자(78)는 이에 반응하여 전류 요구량 신호 Ior을 변화시켜 제1 DC 에너지 저장장치가 필요 전력을 제공하기에 충분한 전류를 제공한다. 이는 전체 시스템의 작동을 유지시킨다.
(ⅳ) 전류 요구량 신호 Ior로 설정된 DC 전류가 제1 및 제2 전류 제한 신호 Ilimit1 및 Ilimit2 보다 큰 경우, 제1 및 제2 DC 에너지 저장장치가 트립하여 시스템이 작동을 중단한다.
또한 동일한 작동이 DC 에너지 저장장치의 수가 어떠하든 적용될 수 있다는 것은 자명한 사실이다.
[실시예 4] 도 6 및 도 7에 도시된 고립 작동 모드
고립 작동 모드는 DC 에너지 저장장치(2)가 AC 공급장치(6)에 연결된 외부 로드(loads)에 대한 주요 전력 공급원인 경우 이용된다. 추가적 발전기(generator)도 또한 AC 공급장치(6)에 동시에 전력을 공급할 수 있다. 전력은 또한 DC 에너지 저장장치(2)의 보조장치(미도시)에도 공급된다. 도 2 내지 도 5에 도시된 것과 동일한 DC 에너지 저장장치 회로의 부분들에 동일한 참조 번호를 부여하였다.
고립 작동 모드 동안 AC 공급장치(6)는 AC/DC 전력 컨버터(4)에 의해 DC 에너지 저장장치(2)로부터 전력을 받는다. 고립 작동 모드 동안 DC 에너지 저장장치(2)가 단지 방전(즉, DC 에너지 저장장치로부터 AC 공급장치(6)로 DC 전력이 공급된다)만 된다는 것은 자명한 사실이다. 따라서 양방향 전력 조류를 제공할 필요가 없으므로 AC/DC 및 DC/DC 전력 컨버터(4, 14)의 제어는 어느 정도 단순화된다.
A. AC/DC 전력 컨버터 제어
AC/DC 전력 컨버터(4)의 제어장치(24)는 전압 피드백 신호 VACfb 및 주파수 피드백 신호 FACfb를 제공하는 ACV & ACF 유닛 (80)을 포함한다. 전압 피드백 신호 VACfb 및 주파수 피드백 신호 FACfb는 AC 회로의 AC 전압 센서(72)로부터 측정된 AC 전압 신호로부터 얻을 수 있고, 이는 각각 AC 회로의 실제 AC 전압 및 AC 주파수 지수이다.
전압 피드백 신호 VACfb와 AC 공급장치(6)를 위한 정확한 AC 전압을 제공하도록 통상적으로 미리 설정된 전압 요구량 신호 VACsr에 대해 비교한다.
전압 피드백 신호 VACfb와 전압 요구량 신호 VACsr를 P+I 전압 증폭자(74)에서 비교하여 AC/DC 전력 컨버터(4)를 위한 전압 요구량 신호 VACsr을 제공한다. 주파수 피드백 신호 FACfb를 AC 공급장치(6)를 위한 정확한 AC 주파수를 제공하도록 통상적으로 미리 설정된 주파수 요구량 신호 FACsr에 대해 비교한다.
주파수 피드백 신호 FACfb과 주파수 요구량 신호 FACsr를 P+I 전압 증폭자(82)에서 비교하여 AC/DC 전력 컨버터(4)를 위한 주파수 요구량 신호 FACr을 제공한다.
전압 요구량 신호 VACr과 주파수 요구량 신호 FACr는 PWM 모듈레이터(76)에 의해 AC/DC 전력 컨버터(4)의 반도체 전력 스위칭 기기를 위한 정확한 구동 신호로 전환되는 DC 신호이다. 그 결과 전압 요구량 신호 VACsr로 정의되는 AC 회로 상의 AC 전압 및 AC 공급장치의 로드(loads)가 변함에 따라 일정하게 유지되거나 또는 AC 공급장치(6)에 연결된 다른 발전기와 로드(loads)를 공유하는(share) 드룹 특성(droop characteristics)을 갖는 AC 공급 주파수를 얻는다.
AC 회로 상의 AC 전류 센서(30)는 DC 에너지 저장장치 회로를 셧다운 하는데 이용되는 트립 신호 TRIP을 제공한다.
B. DC/DC 전력 컨버터 제어
DC/DC 전력 컨버터(14)를 위한 제어장치(46)는 하기와 같이 작동한다.
도 6의 DC 에너지 저장장치 회로에 부가될 수 있는 추가적 특성은 도 7에 도시되어 있다. 접촉기 또는 차단기(60)가 DC 회로(20)에 부가되어 DC 에너지 저장장치(2)를 유지 또는 보호상의 이유로 고립되도록 한다. 제어 신호 Estorer를 개시 증폭기(62)의 전압 피드백 신호 Vofb에 대해 비교한다. 개시 증폭기(62)의 아웃풋 신호는 스위치(64)에 의해 P+I 전류 루프 증폭기(56)에 제공되며, DC 에너지 저장장치 회로가 개시될 때 DC 차단기(60)에 대해 네트 0 전압을 얻도록 P+I 전류 루프 증폭기의 아웃풋을 미리 설정하여 이용한다. DC 차단기(60)는 따라서 어떠한 과도 현상없이도 폐쇄되고 스위치(64)가 개방되어 DC 에너지 저장장치(2)의 일반적작동이 개시된다. 또한 개시 증폭장치(62)의 이용을 생략하고 제어 신호 Estorer를 스위치(64)에 직접적으로 연결하는 것도 가능하다. 이는 정확하지는 않으나 실제 이용하기에 충분할 정도의 정확성은 갖는다.
DC 에너지 저장장치(2)가 과부하되어 더 낮은 DC 전류에서 작동될 필요가 있는 경우인지를 결정하는 것도 유용할 수 있다. 전류 제한 신호 Ilimit은 따라서 DC 에너지 저장장치(2)로부터 전류 리미터(52)로 제공될 수 있다. 전류 제한 신호 Ilimit는 DC 에너지 저장장치(2)의 제어 시스템(미도시)에 의해 측정되며, 확정된 최대 허용 전류값으로 설정되어 DC 에너지 저장장치를 보호한다. DC 전류가 전류 제한 신호 Ilimit를 초과하는 경우 전류 리미터(52)에 의해 제공되는 제어 신호 InLimit는 시스템이 트립되도록 한다.
도시되지는 않았지만 에너지 저장장치 회로는 확장되어 각각 DC/DC 전력 컨버터 및 DC 회로에 의하여 통상의 DC 링크에 연결된 다수의 DC 에너지 저장장치를 가질 수 있다. 각각의 DC/DC 전력 컨버터는 그들의 제어 장치에 의하여 제어되나 (각각의 DC/DC 전력 컨버터를 위한 제어 장치는 선택적으로는 단일의 물리적 제어장치로 통합된다), 통상의 전류 요구량 신호 Ior을 각각의 DC 에너지 저장장치를 위한 개별적 전류 리미터로 공급하는 통상의 P+I 전압 증폭장치를 갖는다.
2개의 DC 에너지 저장장치가 있는 경우, 전류 리미터는 각각의 DC 에너지 저장장치를 위한 최대 허용 전류의 제1 및 제2 전류 제한 신호 Ilimit1 및 Ilimit2 지수를 이용하여 각 제어 장치를 위한 각각의 P+I 전류 루프 증폭자(56)에 적용되는 제1 및 제2 제한 전류 요구량 신호 Iorl1 및 Iorl2를 얻는다. 도 6 및 도 7에 도시된 다른 모든 제어 회로는 독립적으로 작동한다.
DC 에너지 저장장치 회로의 작동은 하기와 같이 제1 및 제2 전류 제한 신호 Ilimit1 및 Ilimit2에 따라 달라진다;
(ⅰ) 전류 요구량 신호 Ior로 설정된 DC 전류가 각각 제1 및 제2 전류 제한 신호 Ilimit1 및 Ilimit2보다 작거나 같은 경우, 제1 및 제2 DC 에너지 저장장치는 필요 전력의 50%를 자동적으로 제공한다.
(ⅱ) 전류 요구량 신호 Ior로 설정된 DC 전류가 제1 전류 제한 신호 Ilimit1보다 크고 전류 요구량 신호 Ior로 설정된 DC 전류가 제2 전류 신호 Ilimit2보다 작거나 같은 경우, 제1 DC 에너지 저장장치는 계속 작동하나 제1 전류 제한 신호 Ilimit1에 의해 정의된 전류에서 작동한다. 통상의 P+I 전압 증폭기(78)는 이에 반응하여 전류 요구량 신호 Ior를 변화시켜서 제2 DC 에너지 저장장치가 필요 전력을 제공하기에 충분한 전류를 자동적으로 제공한다. 이는 전체 시스템의 작동을 유지시킨다.
(ⅲ) 전류 요구량 신호 Ior로 설정된 DC 전류가 제2 전류 제한 신호 Ilimit2보다 크고 전류 요구량 신호 Ior로 설정된 DC 전류가 제1 전류 신호 Ilimit1보다 작거나 같은 경우, 제2 전류 신호는 계속 작동하나 제2 전류 제한 신호 Ilimit2에 의해 설정된 전류에서 작동한다. 통상의 P+I 전압 증폭자(78)는 이에 반응하여 전류 요구량 신호 Ior를 변화시킴으로서 제1 DC 에너지 저장장치가 필요 전력을 제공하는데 충분한 전류를 자동적으로 제공한다. 이는 전체 시스템의 작동을 유지시킨다.
(ⅳ) 전류 요구량 신호 Ior로 설정된 DC 전류가 제1 및 제2 전류 제한 신호 Ilimit1 및 Ilimit2보다 큰 경우, 제1 및 제2 DC 에너지 저장장치가 트립하고 시스템은 작동을 중단한다.
어떠한 수의 DC 에너지 저장장치에도 동일한 작동을 적용할 수 있다는 것은 자명한 사실이다.
본 발명에 의한 DC 에너지 저장장치 회로의 주요 기술적 장점 중 일부는 하기와 같다:
- 자립 작동 모드에 대하여, AC 공급장치가 없는 경우 DC 에너지 저장장치와 연결된 보조 장치에 전력을 공급하여 주요 AC 공급장치가 복구되는 대로 일반 작동을 재개할 수 있는 능력 또는 DC 에너지 저장장치를 셧다운 하고 쿨링함으로써 최대 셧다운 환경을 유지하는 능력
- AC/DC 및 DC/DC 전력 컨버터(4, 14)로서의 표준 IGBT PWM 인버터의 이용
어떤 타입의 DC 에너지 저장장치에 대해서도 전력을 저장하고 유출하는 능력
- AC 전력을 유입하고 이용자 지정값에서 DC 전기 전력으로서 저장하는 능력
- 이용자 지정값에서 저장된 DC 전기 전력을 방출함으로서 AC 전력을 유출하는 능력
- 폐쇄 AC 전력 루프를 이용하지 않은, 빠른 AC 전력 반응
- 선택적인 접촉기 또는 DC 차단기를 이용하여 고립, 유지 또는 보호상의 이유로 DC 에너지 저장장치를 단절하는 능력
- 전류 서지(surge)를 겪지 않고도 미리 존재하는 전압으로 DC 에너지 저장장치를 폐쇄하기 위한 선택적 회로의 이용.
- DC 에너지 저장장치 내로 들어가거나 또는 그로부터 나오는 전류 조류를 제한하기 위한 선택적 회로의 이용
- 동적 반응을 유지하면서 유입 또는 유출되는 전력의 정확성 증가를 목적으로 폐쇄 루프 전력 트림(trim)을 제공하기 위한 선택적 회로의 이용
- 인버터 회로의 DC 단자에 하나 이상의 DC 에너지 저장장치를 이용하는 능력
- 고립 작동 모드에서 선택적으로는 연결되는 다른 발전기를 구비할 수 있는 일련의 외부 로드(loads)에 대한 주요 전력 공급자가 되는 능력
- 고립 작동 모드 동안 AC 공급장치가 없는 경우 외부 로드(loads)의 작동을 유지하는 능력 및/또는 다른 AC 발전기와 함께(병렬로) 작동하는 능력
2 : DC 에너지 저장장치
4 : AC/DC 전력 컨버터
6 : AC 공급장치
8 : 변압기
10 : 수동 조화 필터 회로
12 : 종래의 반응장치(reactor)
14, 16 : DC/DC 전력 컨버터
18 : DC 반응 장치
20 : DC 회로
24, 46 : 제어 장치
26 : PPL 유닛
30 : AC 전류 센서
34, 74,78, 82 : P+I 전압 증폭기
36 : IQ 부가자
38 : 구조축 오류 증폭기
42 : 직축 오류 증폭기
44, 58, 76 : PWM 모듈레이터
48 : 전력 측정장치
50 : DC 전압 센서
52 : 전류 리미터
54 : DC 전류 센서
56 : P+I 전류 루프 증폭기
60 : DC 차단기
62 : 개시 증폭기
64 : 스위치
66 : 전력 센서
68 : 보조 장치
70 : ACV
72 : AC 전압 센서
80 : ACV & ACF 유닛

Claims (22)

  1. 보조 장치 및 DC 단자를 구비한 DC 에너지 저장장치;
    다수의 반도체 전력 스위칭 기기를 포함하며 AC 공급망에 전기적으로 연결된 AC 단자 및 DC단자를 구비한 AC/DC 전력 컨버터;
    다수의 반도체 전력 스위칭 기기를 포함하며 DC 링크에 의해 상기 AC/DC 전력 컨버터의 DC 단자에 전기적으로 연결되는 제1 DC 단자 및 상기 DC 에너지 저장장치의 DC 단자에 전기적으로 연결되는 제2 DC 단자를 구비한 DC/DC 전력 컨버터;
    상기 AC/DC 전력 컨버터를 위한 제1 제어장치;
    상기 DC/DC 전력 컨버터를 위한 제2 제어장치를 포함하여 이루어지는 DC 에너지 저장장치 회로에서,
    전력이 DC 에너지 저장장치로부터 DC 에너지 저장장치의 보조 장치로 공급되는 자립 모드에서 상기 DC 에너지 저장장치가 작동되는 경우:
    상기 제1 제어 장치는 전압 요구량 신호에 부합하는 필요 수준의 AC 전압을 얻기 위하여 상기 AC/DC 전력 컨버터의 반도체 전력 스위칭 기기를 제어하도록 상기 AC/DC 전력 컨버터의 AC 단자에서 필요한 AC 전압을 나타내는 전압 요구량 신호 지수를 이용하며, 상기 전압 요구량 신호는 상기 DC 에너지 저장장치의 보조 장치에서 필요한 AC 전압을 제공하기 위해 미리 설정되어 있는 제2 전압 요구량 신호와 전압 피드백 신호를 비교함으로서 얻을 수 있고;
    상기 제2 제어 장치는 전류 요구량 신호에 부합하는 필요 수준의 DC 링크 전류를 얻기 위하여 상기 DC/DC 전력 컨버터의 반도체 전력 스위칭 기기를 제어하도록 필요한 DC 링크 전류를 나타내는 전류 요구량 신호 지수를 이용하며, 상기 전류 요구량 신호는 필요한 DC 링크 전압을 나타내는 DC 링크 전압 요구량 신호 지수와 DC 링크 전압 피드백 신호를 비교함으로서 얻을 수 있게 한 것을 특징으로 하는 DC 에너지 저장장치 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 AC/DC 전력 컨버터의 AC 단자가 필터에 의해 AC 공급망에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 DC 에너지 저장장치 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 AC/DC 전력 컨버터의 AC 단자가 변압기에 의해 AC 공급망에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 DC 에너지 저장장치 회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 AC/DC 전력 컨버터의 AC 단자가 필터 및 변압기에 의해 AC 공급망에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 DC 에너지 저장장치 회로.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 DC/DC 전력 컨버터의 제2 DC 단자가 DC 인덕터 및 필터 축전기에 의해 DC 에너지 저장장치의 DC 단자에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 DC 에너지 저장장치 회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 제어장치가 전압 요구량 신호 및 AC 공급망의 필요 주파수를 기초로 하여 상기 AC/DC 전력 컨버터의 반도체 스위칭 기기에 대한 구동 신호를 얻는 PWM 모듈레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC 에너지 저장장치 회로.
  7. 제1항에 있어서,
    전력이 DC 에너지 저장장치로부터 AC 공급망 및 DC 에너지 저장장치의 보조 장치로 공급되는 고립 모드에서 상기 DC 에너지 저장장치가 작동되는 경우,
    상기 제1 제어장치가 전압 요구량 신호에 부합하는 필요 수준의 AC 전압을 얻기 위해 상기 AC/DC 전력 컨버터의 반도체 전력 스위칭 기기를 제어하도록 상기AC/DC 전력 컨버터의 AC 단자에서 필요한 AC 전압의 전압 요구량 신호 지수를 이용하며, 상기 전압 요구량 신호는 전압 피드백 신호와 AC 공급망에 필요한 AC 전압을 제공하도록 미리 설정된 제2 전압 요구량 신호를 비교하여 얻을 수 있으며;
    상기 제2 제어장치는 전류 요구량 신호에 부합하는 필요 수준의 DC 링크 전류를 얻기 위하여 상기 DC/DC 전력 컨버터의 반도체 전력 스위칭 기기를 제어하도록 필요한 DC 링크 전류의 전류 요구량 신호 지수를 이용하며, 상기 전류 요구량 신호는 필요한 DC 링크 전압의 DC 링크 전압 요구량 신호 지수와 DC 링크 전압 피드백 신호를 비교함으로서 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 DC 에너지 저장장치 회로.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 제어장치는 전압 요구량 신호 및 주파수 요구량 신호를 기초로 하여 상기 AC/DC 전력 컨버터의 반도체 스위칭 기기를 위한 구동 신호를 얻는 PWM 모듈레이터를 포함하며, 상기 주파수 요구량 신호는 주파수 피드백 신호와 AC 공급망을 위해 필요한 AC 주파수를 제공하도록 미리 설정된 주파수 요구량 신호를 비교함으로서 얻을 수 있게 한 것을 특징으로 하는 DC 에너지 저장장치 회로.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 제어장치는 전압 요구량 신호 및 위상각 인풋을 기초로 하여 상기 DC/DC 전력 컨버터의 반도체 스위칭 기기를 위한 구동 신호를 얻는 PWM 모듈레이터를 포함하며, 상기 전압 요구량 신호는 전류 피드백 신호와 전류 요구량 신호 또는 전류 리미터로부터 얻은 제한 버전의 전류 요구량 신호 중 어느 하나를 비교함으로서 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 DC 에너지 저장장치 회로.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 제어장치는 상기 DC 에너지 저장장치의 DC 단자에서의 최대 허용 전류에 대한 전류 제한 신호 지수를 이용하여 제한 버전의 전류 요구량 신호를 얻는 전류 리미터를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC 에너지 저장장치 회로.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전류 리미터는 전류 요구량 신호가 전류 제한 신호보다 큰 경우 제어 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 DC 에너지 저장장치 회로.
  12. 제1항에 있어서,
    전력이 AC 공급망으로부터 DC 에너지 저장장치로 공급되어 DC 에너지 저장장치를 충전하거나 또는 전력이 DC 에너지 저장장치로부터 AC 공급망으로 공급되어 DC 에너지 저장장치를 방전하는 일반 모드에서 상기 DC 에너지 저장장치가 작동되는 경우,
    상기 제1 제어장치는 실제 및 무효 전류 요구량 신호에 부합하는 필요 수준의 실제 및 무효 전류를 얻기 위해 상기 AC/DC 전력 컨버터의 반도체 스위칭 기기를 제어하도록 상기 AC/DC 전력 컨버터의 AC 단자에서 필요한 실제 및 무효 전류의 실제 및 무효 전류 요구량 신호 지수를 이용하며, 상기 실제 전류 요구량 신호는 필요한 DC 링크 전압의 DC 링크 전압 요구량 신호 지수와 DC 링크 전압 피드백 신호를 비교함으로서 얻을 수 있고;
    상기 제2 제어장치는 전류 요구량 신호에 부합하는 필요 수준의 DC 전류를 얻기 위해 상기 DC/DC 전력 컨버터의 반도체 스위칭 기기를 제어하도록 상기 DC 에너지 저장장치의 DC 단자에서 필요한 DC 전류의 전류 요구량 신호 지수를 이용하며, 상기 전류 요구량 신호는 (ⅰ) AC/DC 전력 컨버터의 AC 단자에서 필요한 AC 전력의 전압 요구량 신호 지수, (ⅱ) DC 에너지 저장장치의 DC 단자에서의 전력 피드백 신호 지수, 및 (ⅲ) DC 에너지 저장장치 회로의 어떠한 손실도 기초로 하여 전력 측정 유닛에서 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 DC 에너지 저장장치 회로.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전류 요구량 신호는 DC 링크 전압의 DC 링크 피드백 신호 지수를 기초로 하여 전력 측정 유닛에 의해 추가적으로 얻어지고, 상기 실제 전류 요구량 신호는 제2 제어장치의 전력 측정 유닛에 의해 제공되는 전류 신호로부터 추가적으로 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 DC 에너지 저장장치 회로.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제2 제어장치는 전압 요구량 신호 및 위상각 인풋을 기초로 하여 상기 DC/DC 전력 컨버터의 반도체 스위칭 기기를 위한 구동 신호를 얻는 PWM 모듈레이터를 포함하며, 상기 전압 요구량 신호는 전류 피드백 신호와 전류 요구량 신호 또는 전류 리미터로부터 얻은 제한 버전의 전류 요구량 신호 중 어느 하나를 비교함으로서 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 DC 에너지 저장장치 회로.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제2 제어장치가 상기 DC 에너지 저장장치의 DC 단자에서 최대 허용 전류의 전류 제한 신호 지수를 이용하여 제한 버전의 전류 요구량 신호를 얻는 전류 리미터를 구비하는 것을 특징으로 하는 DC 에너지 저장장치 회로.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 전류 요구량 신호가 상기 전류 제한 신호보다 큰 경우 상기 전류 리미터가 전력 측정 유닛에 제어 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 DC 에너지 저장장치 회로.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 전력 피드백 신호를 기초로 하여 상기 전류 요구량 신호를 전력 측정 유닛에 의해 추가로 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 DC 에너지 저장장치 회로.
  18. 제1항에 있어서,
    다수의 DC/DC 전력 컨버터를 더 포함하여 이루어지며, 상기 각각의 DC/DC 전력 컨버터는 상기 제1 DC 단자가 상기 AC/DC 전력 컨버터의 DC 단자에 전기적으로 병렬 연결되고 상기 제2 DC 단자가 상기 각 DC 에너지 저장장치에 연결된 것을 특징으로 하는 DC 에너지 저장장치 회로.
  19. 보조 장치를 구비한 DC 에너지 저장장치;
    다수의 반도체 스위칭 기기를 포함하며, AC 공급망에 전기적으로 연결된 AC 단자 및 DC단자에 전기적으로 연결된 AC 단자를 갖는 AC/DC 전력 컨버터;
    다수의 반도체 스위칭 기기를 포함하며, 제1 DC 단자가 DC 링크에 의해 AC/DC 전력 컨버터의 DC 단자에 전기적으로 연결되며, 제2 DC 단자가 DC 에너지 저장장치의 DC 단자에 전기적으로 연결된 DC/DC 전력 컨버터;
    AC/DC 전력 컨버터를 위한 제1 제어 장치;
    DC/DC 전력 컨버터를 위한 제2 제어 장치로 이루어지는 DC 에너지 저장장치 회로를 작동하는 방법에서,
    상기 방법은 전력이 DC 에너지 저장장치에서 상기 DC 에너지 저장장치의 보조 장치로 공급하는 자립 모드에서 상기 DC 에너지 저장장치가 작동되는 단계를 포함하며,
    상기 제1 제어 장치는 전압 요구량 신호에 부합하는 필요 수준의 AC 전압을 얻기 위하여 상기 AC/DC 전력 컨버터의 반도체 전력 스위칭 기기를 제어하도록 상기 AC/DC 전력 컨버터의 AC 단자에서 필요한 AC 전압을 나타내는 전압 요구량 신호 지수를 이용하며, 상기 전압 요구량 신호는 상기 DC 에너지 저장장치의 보조 장치에서 필요한 AC 전압을 제공하기 위해 미리 설정되어 있는 제2 전압 요구량 신호와 전압 피드백 신호를 비교함으로서 얻을 수 있고;
    상기 제2 제어 장치는 전류 요구량 신호에 부합하는 필요 수준의 DC 링크 전류를 얻기 위하여 상기 DC/DC 전력 컨버터의 반도체 전력 스위칭 기기를 제어하도록 필요한 DC 링크 전류를 나타내는 전류 요구량 신호 지수를 이용하며, 상기 전류 요구량 신호는 필요한 DC 링크 전압을 나타내는 DC 링크 전압 요구량 신호 지수와 DC 링크 전압 피드백 신호를 비교함으로서 얻을 수 있게 한 것을 특징으로 하는 DC 에너지 저장장치 회로의 작동 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 방법은 전력이 DC 에너지 저장장치로부터 AC 공급망 및 DC 에너지 저장장치의 보조장치로 공급되는 고립 모드에서 상기 DC 에너지 저장장치가 작동되는 단계를 더 포함하며,
    상기 제1 제어 장치는 전압 요구량 신호에 부합하는 필요 수준의 AC 전압을 얻기 위하여 상기 AC/DC 전력 컨버터의 반도체 전력 스위칭 기기를 제어하기 위해 상기 AC/DC 전력 컨버터의 AC 단자에서 필요한 AC 전압을 나타내는 전압 요구량 신호 지수를 이용하며, 상기 전압 요구량 신호는 상기 AC 공급망에서 필요한 AC 전압을 제공하기 위해 미리 설정되어 있는 제2전압 요구량 신호와 전압 피드백 신호를 비교함으로서 얻을 수 있고;
    상기 제2 제어 장치는 전류 요구량 신호에 부합하는 필요 수준의 DC 링크 전류를 얻기 위하여 상기 DC/DC 전력 컨버터의 반도체 전력 스위칭 기기를 제어하도록 필요한 DC 링크 전류를 나타내는 전류 요구량 신호 지수를 이용하며, 상기 전류 요구량 신호는 필요한 DC 링크 전압을 나타내는 DC 링크 전압 요구량 신호 지수와 DC 링크 전압 피드백 신호를 비교함으로서 얻을 수 있게 한 것을 특징으로 하는 DC 에너지 저장장치 회로의 작동 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 방법은 전력이 AC 공급망에서 DC 에너지 저장장치로 공급되어 DC 에너지 저장장치를 충전하거나 또는 전력이 DC 에너지 저장장치로부터 AC 공급망으로 공급되어 DC 에너지 저장장치를 방전하는 일반 모드에서 상기 DC 에너지 저장장치를 작동하는 방법을 더 포함하며,
    상기 제1 제어장치는 실제 및 무효 전류 요구량 신호에 부합하는 필요 수준의 실제 및 무효 전류를 얻기 위하여 상기 AC/DC 전력 컨버터의 반도체 스위칭 기기를 제어하도록 상기 AC/DC 전력 컨버터의 AC 단자에서 필요한 실제 및 무효 전류의 실제 및 무효 전류 요구량 신호 지수를 이용하며, 상기 실제 전류 요구량 신호는 필요한 DC 링크 전압의 DC 링크 전압 요구량 신호 지수와 DC 링크 전압 피드백 신호를 비교함으로서 얻을 수 있고;
    상기 제2 제어 장치는 전류 요구량 신호에 부합하는 필요 수준의 DC 전류를 얻기 위하여 상기 DC/DC 전력 컨버터의 반도체 스위칭 기기를 제어하도록 상기 DC 에너지 저장장치의 DC 단자에서 필요한 DC 전류의 전류 요구량 신호 지수를 이용하며, 상기 전류 요구량 신호는 (ⅰ) AC/DC 전력 컨버터의 AC 단자에서 필요한 AC 전력의 전압 요구량 신호 지수, (ⅱ) DC 에너지 저장장치의 DC 단자에서의 DC 전압에 대한 전압 피드백 신호 지수, 및 (ⅲ) DC 에너지 저장장치 회로의 어떠한 손실도 기초로 하여 전력 측정 유닛에서 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 DC 에너지 저장장치 회로의 작동 방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 방법은 전력이 AC 공급망에서 DC 에너지 저장장치로 공급되어 DC 에너지 저장장치를 충전하거나 또는 전력이 DC 에너지 저장장치로부터 AC 공급망으로 공급되어 DC 에너지 저장장치를 방전하는 일반 모드에서 상기 DC 에너지 저장장치를 작동하는 방법을 더 포함하며,
    상기 제1 제어 장치가 실제 및 무효 전류 요구량 신호에 부합하는 필요 수준의 실제 및 무효 전류를 얻기 위하여 상기 AC/DC 전력 컨버터의 반도체 스위칭 기기를 제어하도록 상기 AC/DC 전력 컨버터의 AC 단자에서 필요한 실제 및 무효 전류의 실제 및 무효 전류 요구량 신호 지수를 이용하며, 상기 실제 전류 요구량 신호는 필요한 DC 링크 전압의 DC 링크 전압 요구량 신호 지수와 DC 링크 전압 피드백 신호를 비교함으로서 얻을 수 있고;
    상기 제2 제어 장치는 전류 요구량 신호에 부합하는 필요 수준의 DC 전류를 얻기 위하여 상기 DC/DC 전력 컨버터의 반도체 스위칭 기기를 제어하도록 상기 DC 에너지 저장장치의 DC 단자에서 필요한 DC 전류의 전류 요구량 신호 지수를 이용하며, 상기 전류 요구량 신호는 (ⅰ) AC/DC 전력 컨버터의 AC 단자에서 필요한 AC 전력의 전력 요구량 신호 지수, (ⅱ) DC 에너지 저장장치의 DC 단자에서의 DC 전압에 대한 전압 피드백 신호 지수, 및 (ⅲ) DC 에너지 저장장치 회로의 어떠한 손실도 기초로 하여 전력 측정 유닛에서 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 DC 에너지 저장장치 회로의 작동 방법.
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