KR20130081251A - 적응성 전력 변환 시스템 - Google Patents

적응성 전력 변환 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20130081251A
KR20130081251A KR1020130001059A KR20130001059A KR20130081251A KR 20130081251 A KR20130081251 A KR 20130081251A KR 1020130001059 A KR1020130001059 A KR 1020130001059A KR 20130001059 A KR20130001059 A KR 20130001059A KR 20130081251 A KR20130081251 A KR 20130081251A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
switches
power
conversion system
stage
power converter
Prior art date
Application number
KR1020130001059A
Other languages
English (en)
Inventor
오벤 제니스 사무엘 슈엘렌즈
데이비드 스미스
Original Assignee
제너럴 일렉트릭 캄파니
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 제너럴 일렉트릭 캄파니 filed Critical 제너럴 일렉트릭 캄파니
Publication of KR20130081251A publication Critical patent/KR20130081251A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/088—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
    • 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
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1422—Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
    • H05K7/1427—Housings
    • H05K7/1432—Housings specially adapted for power drive units or power converters
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/325—Means for protecting converters other than automatic disconnection with means for allowing continuous operation despite a fault, i.e. fault tolerant converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1584—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/539—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

전력 변환기는 입력 전력을 출력 전력으로 변환하기 위해 서로 전기적으로 결합된 복수의 스위치를 포함한다. 각각의 스위치는 하나 이상의 스위치의 고장시에 인접 스위치를 보호하기 위해 충분히 절연된다. 전력 변환기는 스위치 고장시에 적어도 부분 동작 모드를 제공하기 위해 스위치의 동작을 재구성하기 위한 제어기를 또한 포함한다.

Description

적응성 전력 변환 시스템{ADAPTIVE POWER CONVERSION SYSTEM}
본 발명은 일반적으로 전력 변환 시스템에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 특정 스위치 고장을 견디는 것이 가능한 전력 변환 시스템에 관한 것이다.
통상의 에너지 소스의 상승하는 비용 및 부족 및 환경에 대한 근심에 의해, 태양열 발전 및 풍력 발전과 같은 대체 에너지 소스에 대한 상당한 관심이 존재한다. 대체 에너지 소스는 상이한 대체 에너지의 소스에 대해 상이한 전력 변환 시스템을 채용함으로써 전력을 발전하는데 사용된다. 전력 변환 시스템은 일반적으로 적어도 하나의 전력 소스로부터 발전된 전력을 전력망(power grid)으로의 전송을 위한 사용 가능한 전력으로 변환하기 위한 적어도 하나의 전력 변환기를 포함한다.
전력 변환 시스템은 사용 가능한 전력을 제공하기 위한 하나 이상의 전력 변환 스테이지를 포함한다. 각각의 스테이지는 전력 소스로부터 입력 전력을 변환하는 복수의 스위치를 포함한다. 스위치는 전류 과부하와 같은 다양한 조건에 기인하여 손상에 민감하다. 종래의 전력 변환기 내의 스위치들 중 임의의 하나의 고장은 고장 스위치가 교체될 때까지 전체 전력 변환기의 동작의 일시적인 중지를 유도한다. 전력 변환기의 일시적인 중지는 전력 생성 손실 및 감소된 동작 시간을 야기한다. 더욱이, 고장은 또한 단일 구성 요소의 고장에 기인하여 동작이 불가능하지만 여전히 대체로 기능성이 있을 때 전력 변환기의 이용 가능성 등급에 부정적인 영향을 미친다.
스위치의 고장은 또한 폭발된 스위치로부터 파편(debris)의 바람직하지 않은 투사체(projectile)를 생성하는 폭발을 야기할 수도 있다. 바람직하지 않은 투사체는 인접 스위치를 손상시킬 수도 있다.
따라서, 전술된 문제점을 처리하기 위한 개량된 시스템에 대한 요구가 존재한다.
일 실시예에서, 전력 변환기가 제공된다. 전력 변환기는 서로 전기적으로 결합되고 입력 전력을 출력 전력으로 변환하도록 구성된 스위치를 포함하고, 각각의 스위치는 스위치 중 하나 이상의 고장시에 인접 스위치를 보호하기 위해 충분히 절연되어 있다. 전력 변환기는 하나 이상의 스위치의 고장시에 적어도 부분 동작 모드를 제공하기 위해 스위치의 동작을 재구성하기 위한 제어기를 또한 포함한다.
다른 실시예에서, 전력 변환 시스템이 제공된다. 전력 변환 시스템은 병렬로 결합된 적어도 2개의 레그를 포함하는 DC-DC 전력 변환기를 포함하고, 각각의 레그는 DC 전력 소스에 중간점에서 결합 가능하고 스위치 중 하나 이상의 고장시에 인접 스위치를 보호하도록 충분히 절연된 적어도 2개의 스위치를 포함한다. 전력 변환 시스템은 조합된 DC 출력 전력을 제공하기 위해 적어도 2개의 레그의 스위치의 동작 시간을 제어하고, 적어도 2개의 레그 중 하나 내의 스위치 중 적어도 하나의 고장시에, 적어도 감소된 조합된 DC 출력 전력을 제공하기 위해 적어도 2개의 레그의 나머지의 스위치의 동작 시간을 조정하기 위한 제어기를 또한 포함한다.
또 다른 실시예에서, DC-AC 전력 변환기를 포함하는 전력 변환 시스템이 제공된다. DC-AC 전력 변환기는 병렬로 결합된 적어도 2개의 페이즈 레그를 포함하고, 각각의 레그는 직렬로 결합된 적어도 2개의 세트의 스위치를 포함하고, 적어도 2개의 세트의 각각은 서로 병렬로 전기적으로 결합되고 스위치 중 하나 이상의 고장시에 인접 스위치를 보호하도록 충분히 절연된 복수의 스위치를 포함한다. 전력 변환 시스템은 2개의 세트의 스위치 중 적어도 하나 내의 스위치 중 적어도 하나의 고장시에, 각각의 페이즈 레그로부터 발생된 AC 출력 전력을 조정함으로써 조합된 AC 출력 전력을 제어하기 위한 제어기를 또한 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 복수의 충분히 절연된 스위치를 포함하는 전력 변환기의 개략도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환기에 제공된 폭발 차폐부(blast shield)에 의해 충분히 절연된 스위치의 더 상세한 개략도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 적응성 DC-DC 전력 변환기의 각각의 레그 내의 폭발 차폐부에 의해 충분히 절연된 정확하게 2개의 스위치를 포함하는 적응성 DC-DC 변환기를 포함하는 전력 변환 시스템의 개략도.
도 4는 적응성 DC-DC 전력 변환기 및 적응성 DC-AC 전력 변환기를 포함하는 전력 변환 시스템의 개략도.
본 발명의 이들 및 다른 특징, 양태 및 장점은 이하의 상세한 설명이 유사한 도면 부호가 도면 전체에 걸쳐 유사한 부분을 표현하고 있는 첨부 도면을 참조하여 숙독될 때 더 양호하게 이해될 수 있을 것이다.
달리 규정되지 않으면, 본 명세서에 사용된 기술 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자들에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 용어 "제 1", "제 2" 등은 본 명세서에 사용될 때 임의의 순서, 양 또는 중요도를 나타내는 것은 아니고, 오히려 일 요소를 다른 요소로부터 구별하는데 사용된다. 또한, 단수 표현의 용어는 양의 한정을 나타내는 것은 아니고, 오히려 언급된 아이템의 적어도 하나의 존재를 나타낸다. 용어 "또는"은 포함적인 것으로 의도되고, 열거된 아이템의 하나, 일부 또는 전체를 의미한다. 본 명세서에서 "구비하는", "포함하는" 또는 "갖는" 및 이들의 변형의 사용은 그 후에 열거된 아이템 및 그 등가물 뿐만 아니라 부가의 아이템을 포함하는 것으로 의도된다. 용어 "접속된" 및 "결합된"은 물리적 또는 기계적 접속 또는 결합에 한정되는 것은 아니고, 직접 또는 간접에 무관하게 전기 접속 또는 결합을 포함할 수 있다. 더욱이, 용어 "회로" 및 "회로 소자" 및 "제어기"는 능동 및/또는 수동이고 설명된 기능을 제공하도록 함께 접속되거나 다른 방식으로 결합되는 단일 구성 요소 또는 복수의 구성 요소를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예는 서로 전기적으로 결합되고 입력 전력을 출력 전력으로 변환하도록 구성된 스위치를 포함하는 적응성 전력 변환기를 포함한다. 각각의 스위치는 하나 이상의 스위치의 고장시에 인접 스위치를 보호하기 위해 충분히 절연된다. 전력 변환기는 하나 이상의 스위치의 고장시에 적어도 부분 동작 모드를 제공하기 위해 스위치의 동작을 재구성하기 위한 제어기를 또한 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 복수의 충분히 절연된 스위치(14)를 포함하는 전력 변환기(12)를 포함하는 전력 변환 시스템(10)의 개략도이다. 스위치(14)는 서로 전기적으로 결합되고 입력 전력을 출력 전력으로 변환한다. 각각의 스위치(14)는 스위치 중 하나 이상의 고장시에 인접 스위치를 보호하도록 충분히 절연된다. 일 실시예에서, 복수의 스위치의 각각은 폭발 차폐부에 의해 충분히 절연된다. 다른 실시예에서, 스위치는 예를 들어 격실 또는 충분한 물리적 거리에 의해 분리될 수도 있다. 예시의 목적으로, 본 발명이 폭발 차폐부에 대해 이하에 더 상세히 설명될 것이다.
도 2는 폭발 차폐부 봉입형 스위치(14)의 개략도이다. 폭발 차폐부 봉입형 스위치(14)는 히트 싱크(20) 상에 장착된 파워 스위치(18)를 포함한다. 파워 스위치(18)는 예를 들어, 반도체 스위치를 포함할 수 있다. 하나 이상의 특정 실시예에서, 스위치(18)는 절연 게이트 쌍극 트랜지스터를 포함한다. 스위치(18)는 봉입형 스위치의 고장시에 발생되는 임의의 폭발을 제한함으로써 손상으로부터 인접 스위치를 보호하는 폭발 차폐부(16) 내에 또한 봉입된다. 일 실시예에서, 폭발 차폐부는 파이버 재료, 복합 재료 또는 이들의 조합을 포함한다. 더 특정 실시예에서, 폭발 차폐부(16)는 KevlarTM 파이버와 같은 직조된 파라-아라미드 합성 파이버, 파이버글래스 재료, 다른 고강도 복합 재료 또는 이들의 조합을 포함한다.
도 1을 재차 참조하면, 스위치(14)는 입력 전력을 출력 전력으로 변환한다. 비한정적인 예에서, 입력 전력은 DC 전력 또는 AC 전력을 포함할 수 있고, 출력 전력은 AC 전력을 포함한다. 일 실시예에서, 스위치(14)는 입력 전력이 AC-DC 변환 스테이지 또는 DC-DC 변환 스테이지 중 하나를 포함하는 제 1 스테이지(22) 및 DC-AC 변환 스테이지를 포함하는 제 2 스테이지(24)를 포함하는 2개의 스테이지에서 출력 전력으로 변환되는 방식으로 전기적으로 결합된다. 특정 실시예에서, 제 1 스테이지(22)는 윈드 터빈 용례에서 AC-DC 전력 변환 스테이지를 포함하고, 제 1 스테이지는 태양열 발전 용례에서 DC-DC 변환 스테이지를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 각각의 스테이지는 3개의 레그를 포함한다.
전력 변환기(1)내의 전력 변환의 제 1 스테이지(22)는 전력 소스(26)에 전기적으로 결합된다. 일 실시예에서, 전력 소스(26)는 태양열 발전 소스, 풍력 발전 소스, 배터리 또는 연료 전지를 포함할 수 있다. 제 1 스테이지(22)는 전력 소스(26)로부터 입력 전력을 수신하고, 입력 전력을 조합된 DC 전력으로 변환한다. 전력 변환기(12) 내의 전력 변환의 제 2 스테이지(24)는 조합된 DC 전력을 수신하고 조합된 DC 전력을 전력망(28)에 공급되는 출력 전력으로 변환한다.
전력 변환기(12)는 입력 전력을 출력 전력으로 변환하기 위한 스위치(14)의 동작을 제어하는 제어기(30)를 포함한다. 동작 중에, 스위치(14) 중 하나 이상은 손상될 수 있다. 폭발 차폐부(16)(도 2에 도시됨)는 인접 스위치를 손상으로부터 보호하고, 손상된 스위치 또는 스위치들의 폭발을 제한한다. 제어기(30)는 고장 스위치가 교체될 때까지 적어도 부분 동작 모드에서 전력 변환기(12)를 작동시키기 위해 손상되지 않은 스위치의 동작을 재구성한다. 일 실시예에서, 전력 변환기는 적어도 1 메가와트에서 동작하는 인버터를 포함한다.
도 3은 2개의 스위치(14)를 포함하는 적응성 DC-DC 변환기(32)를 포함하는 전력 변환 시스템(10)의 개략도이고, 각각의 스위치는 본 발명의 실시예에 따른 적응성 DC-DC 변환기(32)의 각각의 레그 내의 폭발 차폐부에 의해 충분히 절연된다. 본 발명의 더 양호한 이해를 위해, 전술된 전력 변환기(12)의 동작이 제 1 스테이지(22)에서 DC-DC 변환기(32) 및 전력 변환기(12)의 제 2 스테이지(24)에서 DC-AC 변환기(34)를 포함하는 태양열 전력 변환 시스템(10)에 대해 설명될 것이다. 태양열 전력 변환 시스템(10)은 전력 변환기(12) 내의 DC-DC 변환기(32)에 공급된 입력 DC 전력을 생성하는 태양열 전력 소스(26)를 포함한다. DC-DC 변환기(32)는 특정 예에서 병렬로 결합되는 적어도 2개의 레그[예시의 목적으로 3개의 레그(36, 38, 40)로서 도시되어 있음]를 포함한다. 각각의 레그는 태양열 전력 소스(26)에 중간점에서 결합 가능한 적어도 2개의 폭발 차폐부 봉입형 스위치(14)를 포함한다. 일 실시예에서, 각각의 레그는 정확하게 2개의 폭발 차폐부 봉입형 스위치(14)를 포함한다. 다른 실시예에서, 2개보다 많은 스위치가 레그마다 사용될 수 있다. DC-DC 변환기(32)는 조합된 DC 출력 전력을 제공하기 위해 적어도 3개의 레그(36, 38, 40)의 각각으로부터 발생된 DC 출력 전력을 인터리빙함으로써 스위치(14)의 동작을 제어하는 제어기(30)에 결합된다.
동작 중에, 스위치 중 적어도 하나(42)의 고장시에, 제어기(30)는 감소된 조합된 DC 출력 전력을 제공하기 위해 나머지 스위치들의 스위칭 시간을 조정한다. 각각의 레그가 정확하게 2개의 스위치(14)를 포함하고 적어도 하나의 레그(38) 내의 스위치 중 적어도 하나(42)가 고장나 있는 특정 실시예에서, 전체 레그(38)는 사용 불가능하게 되고, 제어기는 감소된 조합된 DC 출력 전력을 제공하기 위해 나머지 레그(36, 40)의 게이팅을 조정한다. 이 실시예에서, 레그 중 하나(38)가 고장나더라도, 나머지 레그(36, 40)는 여전히 최대 능력으로 동작할 수 있고, 나머지 레그(38, 40)에 의해 생성된 감소된 조합된 DC 전력을 제공할 수 있다. 이 실시예에서, 제어기(30)는 나머지 레그(36, 40)의 각각으로부터 균형화된 레벨의 DC 출력 전력을 제공하기 위해 각각의 나머지 스위치를 동작시킨다. 더욱이, 레그가 완전히 고장나고 동작으로부터 제거되어야 하면, 감소된 또는 최소 DC 리플(ripple)을 제공하기 위해, 제어기는 나머지 스위치들이 고장난 레그의 고려되지 않는 시간 슬롯을 방치하지 않고 등간격의 시간으로 동작하도록 나머지 스위치들의 동작 시간을 재분배한다. 모든 또는 너무 많은 레그가 스위치 고장을 가져 균형화된 레벨의 DC 출력 전력을 제공하는 것이 가능하지 않은 경우에, 제어기(30)는 DC-DC 변환기(32)의 동작을 중단시킬 필요가 있을 수도 있다.
DC-DC 변환기(32)로부터의 조합된 DC 출력 전력은 이어서 DC-AC 변환기(34)로 전송되어 조합된 DC 출력 전력을 출력 전력으로 변환한다.
도 4는 중복 스위치가 본 발명의 다른 실시예에 따라 포함되어 있는 적응성 DC-DC 변환기(32) 및 적응성 DC-AC 변환기(34)를 포함하는 태양열 전력 변환 시스템(10)의 개략도이다. 도 4의 실시예에서, DC-DC 변환기(32) 및 DC-AC 변환기(34)는 각각의 전력 변환기(32, 34)의 각각의 레그에 병렬로 전기적으로 결합된 2개의 세트(44, 46)의 스위치를 각각 포함한다.
DC-DC 변환기(32)는 DC-DC 변환기의 각각의 레그 내에 병렬로 전기적으로 결합된 2개의 세트(44, 46)의 폭발 차폐부 봉입형 스위치(14)를 포함하고 입력 DC 출력을 조합된 DC 출력 전력으로 변환한다. 제어기(30)는 입력 전력을 조합된 DC 전력으로 변환하기 위해 복수의 폭발 차폐부 봉입형 스위치(14)의 동작을 제어한다. 제어기(30)는 세트(44, 46) 중 적어도 하나 내의 및 DC-DC 변환기(32)의 하나 이상의 레그 내의 스위치(48) 중 적어도 하나의 고장시에 조합된 DC 전력을 조정하기 위해 스위치(14)의 스위칭 동작을 재구성한다. 단지 도 4의 스위치(48)와 같은 스위치만이 소정의 세트(44)에서 고장나면, 전체 레그가 이 실시예에서 작업 중지될 필요가 없다. 대신에, 게이팅은 스위치의 손실을 고려하고 또한 DC-DC 변환기(32) 제어부 내에 사용된 예측된 전류 흐름의 값을 조정하도록 조정될 수 있다. 이 실시예에서, 48과 같은 스위치 중 하나가 고장날 때, 레그(36)(도 3)는 감소된 능력으로 동작하고, 나머지 레그[36(도 3), 40(도 4)]는 선택적으로 감소된 조합된 DC 전력을 제공하기 위해 최대 능력에서 동작할 수 있다. DC-DC 변환기(32)의 하나의 레그 내의 전체 세트(44 또는 46)가 고장나면, 레그는 사용 가능하지 않고, 도 3과 관련하여 설명된 조정이 사용될 수 있다. 모든 또는 너무 많은 세트의 레그가 스위치 고장을 가져 균형화된 레벨의 DC 출력 전력을 제공하는 것이 가능하지 않게 되는 경우에, 제어기(30)는 DC-DC 변환기(32)의 동작을 중단시킬 필요가 있을 수도 있다.
DC-AC 변환기(34)는 DC-DC 변환기(32)로부터 조합된 DC 전력을 수신하여 조합된 DC 전력을 AC 전력으로 변환한다. DC-AC 변환기(34)는 병렬로 결합된 적어도 2개의 레그를 포함한다. 각각의 레그는 직렬로 결합된 적어도 2개의 세트(50, 52)의 폭발 차폐부 봉입형 스위치를 포함한다. 적어도 2개의 세트(50, 52)의 각각은 서로 병렬로 전기적으로 결합된 복수의 폭발 차폐부 봉입형 스위치(14)를 포함한다. 제어기(30)는 조합된 AC 출력 전력을 제공하도록 스위치(14)를 제어한다. 동작시에, 2개의 세트의 스위치(52) 중 적어도 하나 내의 스위치(54) 중 적어도 하나의 고장시에, 제어기(30)는 감소된 조합된 AC 전력을 제공하기 위해 각각의 페이즈 레그로부터 발생된 AC 출력 전력을 조정한다. 일 실시예에서, 영향을 받는 레그가 생성하는 전압의 양이 감소됨에 따라, 출력 전압을 균형화하기 위해, 제어기(30)는 또한 더 균형화된 AC 출력 전력을 제공하기 위해 감소된 전력으로 나머지 레그를 동작할 수 있다. 특정 실시예에서, 제어기(30)는 2개의 세트(50, 52) 중의 적어도 하나의 세트의 스위치의 각각의 고장시에 DC-AC 변환기(34)의 동작을 중단한다. 모든 또는 너무 많은 세트의 레그가 부분 스위치 고장을 가져 균형화된 레벨의 AC 출력 전력을 제공하는 것이 가능하지 않은 경우에, 제어기(30)는 DC-AC 변환기(34)의 동작을 작업 정지할 필요가 있을 수 있다.
전술된 태양열 발전 시스템의 다양한 실시예는 더 효율적이고 신뢰적인 발전 시스템을 제공한다. 전술된 시스템은 전력 컨버터를 위한 더 많은 동작 시간을 가능하게 하고 전력 변환기에 손상을 감소시켜 적은 유지 보수를 야기한다.
당 기술 분야의 숙련자는 상이한 실시예로부터의 다양한 특징의 상호 교환 가능성을 인식할 수 있을 것이고, 설명된 다양한 특징, 뿐만 아니라 각각의 특징에 대한 다른 공지의 등가물이 본 발명의 원리에 따른 부가의 시스템 및 기술을 구성하기 위해 당 기술 분야의 숙련자에 의해 혼합되고 정합될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 첨부된 청구범위는 본 발명의 진정한 사상 내에 있는 모든 이러한 수정 및 변경을 커버하는 것으로 의도된다는 것이 이해되어야 한다.
단지 본 발명의 특정 특징만이 본 명세서에 예시되고 설명되었지만, 다수의 수정 및 변경이 당 기술 분야의 숙련자들에게 발생할 수 있을 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 본 발명의 진정한 사상 내에 있는 모든 이러한 수정 및 변경을 커버하는 것으로 의도된다.
10: 전력 변환 시스템 12: 전력 변환기
14: 폭발 차폐부 봉입형 스위치 18: 파워 스위치
20: 히트 싱크 22: 제 1 스테이지
24: 제 2 스테이지 26: 전력 소스
28: 전력망 30: 제어기
32: DC-DC 변환기 34: DC-AC 변환기
36, 38, 40: 레그 44, 46: 세트

Claims (19)

  1. 입력 전력을 출력 전력으로 변환하기 위해 서로 전기적으로 결합된 복수의 스위치 - 상기 복수의 스위치의 각각은 복수의 스위치 중 하나 이상의 고장시에 인접 스위치를 보호하기 위해 충분히 절연되어 있음 - 와,
    하나 이상의 스위치의 고장시에 적어도 부분 동작 모드를 제공하기 위해 상기 복수의 스위치의 동작을 재구성하기 위한 제어기를 포함하는
    전력 변환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 스위치는 2-스테이지 전력 변환기를 형성하도록 전기적으로 결합되는
    전력 변환기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    2개의 스테이지는 AC-DC 변환 스테이지 또는 DC-DC 변환 스테이지를 포함하는 제 1 스테이지 및 DC-AC 변환 스테이지를 포함하는 제 2 스테이지를 포함하는
    전력 변환기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 전력 변환기의 각각의 스테이지는 3개의 레그를 포함하는
    전력 변환기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 스위치는 절연 게이트 쌍극 트랜지스터를 포함하는
    전력 변환기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 스위치는 폭발 차폐부 내에 복수의 스위치의 각각을 봉입함으로써 충분히 절연되는
    전력 변환기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 폭발 차폐부는 파이버 재료, 복합 재료 또는 이들의 조합을 포함하는
    전력 변환기.
  8. 전력 변환 시스템에 있어서,
    병렬로 결합된 적어도 2개의 레그를 포함하는 DC-DC 전력 변환기 - 각각의 레그는 DC 전력 소스에 중간점에서 결합 가능하고 스위치들 중 하나 이상의 스위치의 고장시에 인접 스위치를 보호하도록 충분히 절연된 적어도 2개의 스위치를 포함함 - 와,
    조합된 DC 출력 전력을 제공하기 위해 적어도 2개의 레그의 스위치들의 동작 시간을 제어하고, 상기 적어도 2개의 레그 중 하나의 레그 내의 스위치들 중 적어도 하나의 스위치의 고장시에, 적어도 감소된 조합된 DC 출력 전력을 제공하기 위해 적어도 2개의 레그의 나머지의 스위치들의 동작 시간을 조정하기 위한 제어기를 포함하는
    전력 변환 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전력 변환기의 각각의 레그는 정확하게 2개의 스위치를 포함하고, 적어도 하나의 레그 내의 스위치들 중 적어도 하나의 스위치의 고장시에, 상기 제어기는 감소된 조합된 DC 전력을 제공하기 위해 나머지 레그들의 동작 시간을 조정하도록 구성되는
    전력 변환 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 DC-DC 전력 변환기의 각각의 레그는 중간점의 일 측면에서 병렬로 결합된 제 1 세트의 스위치 및 중간점의 다른 측면에서 병렬로 결합된 제 2 세트의 스위치를 포함하는
    전력 변환 시스템.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어기는 감소된 레벨의 DC 출력 전력 리플을 제공하기 위해 나머지 스위치들의 각각을 동작하기 위해 더 구성되는
    전력 변환 시스템.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 DC-DC 전력 변환기는 태양열 전력 소스에 결합되는
    전력 변환 시스템.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 스위치의 각각은 폭발 차폐부 내에 각각의 스위치를 봉입함으로써 충분히 절연되는
    전력 변환 시스템.
  14. 병렬로 결합된 적어도 2개의 페이즈 레그를 포함하는 DC-AC 전력 변환기 - 각각의 레그는 직렬로 결합된 적어도 2개의 세트의 스위치를 포함하고, 적어도 2개의 세트의 각각은, 서로 병렬로 전기적으로 결합되고 스위치들 중 하나 이상의 스위치의 고장시에 인접 스위치를 보호하도록 충분히 절연된 복수의 스위치를 포함함 - 와,
    상기 2개의 세트의 스위치 중 적어도 하나의 세트 내의 스위치들 중 적어도 하나의 스위치의 고장시에, 각각의 페이즈 레그로부터 발생된 AC 출력 전력을 조정함으로써 조합된 AC 출력 전력을 제어하기 위한 제어기를 포함하는
    전력 변환 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어기는 감소된 AC 출력 전력을 제공하기 위해 고장난 스위치들 중 적어도 하나의 스위치를 포함하는 레그를 동작하도록 구성되는
    전력 변환 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어기는 균형화된 AC 출력 전력을 제공하여 감소된 조합된 AC 전력을 제공하기 위해 각각의 레그 중 적어도 하나의 세트의 나머지 스위치들을 동작하도록 더 구성되는
    전력 변환 시스템.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어기는 2개의 세트 중 적어도 하나의 세트의 복수의 스위치의 각각이 고장날 때 DC-AC 전력 변환기의 동작을 중단시키도록 구성되는
    전력 변환 시스템.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 DC-AC 전력 변환기는 갱신 가능한 발전 소스에 결합되는
    전력 변환 시스템.
  19. 제 14 항에 있어서,
    각각의 스위치를 절연하기 위한 폭발 차폐부를 추가로 포함하는
    전력 변환 시스템.
KR1020130001059A 2012-01-06 2013-01-04 적응성 전력 변환 시스템 KR20130081251A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/344,631 2012-01-06
US13/344,631 US9178410B2 (en) 2012-01-06 2012-01-06 Adaptive power conversion system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20130081251A true KR20130081251A (ko) 2013-07-16

Family

ID=48652585

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130001059A KR20130081251A (ko) 2012-01-06 2013-01-04 적응성 전력 변환 시스템

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9178410B2 (ko)
JP (1) JP2013143910A (ko)
KR (1) KR20130081251A (ko)
DE (1) DE102012113130A1 (ko)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2010348910B2 (en) * 2010-03-18 2015-12-03 Abb Research Ltd Converter cell for cascaded converters, control system and method for bypassing a faulty converter cell
US9531191B2 (en) * 2013-01-22 2016-12-27 Enphase Energy, Inc. Method and apparatus for power imbalance correction in a multi-phase power generator
WO2015194585A1 (ja) * 2014-06-17 2015-12-23 株式会社明電舎 共振負荷用電力変換装置および共振負荷用電力変換装置の時分割運転方法
DE102014224167A1 (de) * 2014-11-26 2016-06-02 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben parallel geschalteter Leistungshalbleiterschalter
DE102014224169A1 (de) 2014-11-26 2016-06-02 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Ansteuern parallel geschalteter Leistungshalbleiterschalter
DE102015207187B4 (de) * 2015-04-21 2016-11-17 Siemens Aktiengesellschaft Umrichter mit Kurzschlussunterbrechung in einer Halbbrücke
CN106655796A (zh) * 2015-11-02 2017-05-10 通用电气公司 电子装置、控制串联连接的多个开关模块的系统及方法
JP6079861B1 (ja) * 2015-12-16 2017-02-15 株式会社明電舎 共振負荷用電力変換装置および共振負荷用電力変換装置の時分割運転方法
CN107294364B (zh) 2016-03-30 2020-08-14 通用电气公司 开关系统、开关组件及故障保护方法
CN108258715B (zh) * 2018-03-05 2022-01-14 南京南瑞继保电气有限公司 一种旁通晶闸管阀组巡检方法和控制装置
DE102018204625A1 (de) * 2018-03-27 2019-10-02 Siemens Aktiengesellschaft Gehäuse für einen Umrichter, Endstufe eines Umrichters mit einem derartigen Gehäuse, Umrichter sowie Luftfahrzeug mit einem Umrichter
AT521041B1 (de) * 2018-05-25 2019-10-15 Miba Energy Holding Gmbh Leistungsbaugruppe mit Schottwand
EP3955443A1 (de) * 2020-08-12 2022-02-16 Siemens Aktiengesellschaft Fehlertoleranter betrieb eines stromrichters

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2677697B2 (ja) * 1990-01-19 1997-11-17 株式会社東芝 モジュール素子
JP3288281B2 (ja) 1997-09-17 2002-06-04 株式会社三社電機製作所 直流電源装置
US6097582A (en) 1999-02-12 2000-08-01 Wisconsin Alumni Research Foundation Short circuit protection of IGBTs and other power switching devices
US6169670B1 (en) 1999-04-08 2001-01-02 Hitachi, Ltd. Inverter apparatus operatable over extended frequency range while suppressing output error
NO312388B1 (no) 2000-09-29 2002-04-29 Efd Induction As Höyfrekvens vekselrettere med höy utgangseffekt og resonanslast
DE10054489A1 (de) * 2000-11-03 2002-05-29 Zf Sachs Ag Leistungs-Umrichtermodul
JP2002186261A (ja) * 2000-12-12 2002-06-28 Meidensha Corp Ｐｗｍインバータ
US6549438B2 (en) 2001-04-30 2003-04-15 Precision Automation, Inc. AC-to-DC converter circuit utilizing IGBT's for improved efficiency
US8743568B2 (en) 2003-12-16 2014-06-03 Daikin Industries, Ltd. Current supply circuit, polyphase drive circuit, method of designing current supply circuit
US7274576B1 (en) * 2006-03-01 2007-09-25 Rockwell Automation Technologies, Inc. Power converter with reduced common mode voltage
US8183674B2 (en) * 2006-09-14 2012-05-22 Siemens Aktiengesellschaft Power semiconductor module comprising an explosion protection system
JP2009011045A (ja) * 2007-06-27 2009-01-15 Nec Electronics Corp スイッチングレギュレータ、及び直流電圧変換方法
JP5333814B2 (ja) 2007-09-12 2013-11-06 アイシン精機株式会社 パワー半導体モジュール、インバータ装置、及びインバータ一体型モータ
JP4597202B2 (ja) * 2008-03-07 2010-12-15 株式会社日立製作所 電力変換装置
JP5215455B2 (ja) * 2008-03-20 2013-06-19 エー ビー ビー リサーチ リミテッド 電圧源コンバータ
US8148929B2 (en) 2008-09-30 2012-04-03 Rockwell Automation Technologies, Inc. Power electronic module IGBT protection method and system
US8188720B2 (en) * 2008-11-14 2012-05-29 Ford Global Technologies, Llc Multi-phase DC-DC converter control
JP5188369B2 (ja) * 2008-11-19 2013-04-24 本田技研工業株式会社 Ｄｃ／ｄｃコンバータ装置
BRPI1011551A2 (pt) * 2009-06-29 2016-03-29 Ideal Power Converters Inc dispositivos, métodos e sistemas de transferência de energia com reatância de transferência de energia com desvio de comutador de barra de segurança elétrica
US8644044B2 (en) 2009-10-14 2014-02-04 General Electric Company Power electronics and integration system for providing a common high current inverter for use with a traction inverter and an auxiliary inverter
JP5496038B2 (ja) * 2010-09-22 2014-05-21 三菱電機株式会社 Ｄｃ−ｄｃコンバータ

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013143910A (ja) 2013-07-22
DE102012113130A1 (de) 2013-07-11
US20130176752A1 (en) 2013-07-11
US9178410B2 (en) 2015-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20130081251A (ko) 적응성 전력 변환 시스템
US7652393B2 (en) Apparatus and method for employing a DC source with an uninterruptible power supply
US9240685B2 (en) Reconfigurable matrix-based power distribution architecture
US9509231B2 (en) Power converter system, damping system, and method of operating a power converter system
US8929112B2 (en) Circuit arrangement having a boost converter, and inverter circuit having such a circuit arrangement
CN108322056B (zh) 一种模块化高压直流变换装置及其控制方法
US10298006B2 (en) Energy storage system and method of driving the same
WO2015155112A1 (en) Modular multilevel converter with redundant converter cells in standby mode
KR102035223B1 (ko) 하이브리드 에너지 저장 시스템
JP2017135889A (ja) 電力変換装置、及び電力変換システム
KR102690715B1 (ko) 연료 전지 시스템을 위한 고장 내성 전기 구조
Lu et al. Derivation of dual-switch step-down DC/DC converters with fault-tolerant capability
JP2017184362A (ja) パワーコンディショナ、電力供給システム及び電流制御方法
US10615633B2 (en) Power installation with UPS
JP6080210B2 (ja) 電力変換装置
KR20120004202A (ko) 풍력발전장치의 대기전력 공급장치
Sabry et al. Battery Backup Power System for Electrical Appliances with Two Options of Primary Power Sources
KR20200072747A (ko) 무정전 전력 공급 마이크로그리드 시스템
AU2017225510B2 (en) Fuel cell power plant with real and reactive power modes
Zeltner et al. Power electronics for smart micro and nano grids controlled by a novel two-wire interface with integrated power and signal transfer
KR102721421B1 (ko) 고출력 인터리빙 전력 제어를 통한 스마트액티브 고효율 ups 시스템 및 이를 이용한 구현 방법
Rahimi et al. A Family of Redundant-Switch Configurations for Improving Fault-tolerant Feature of Power Converters
Kandula et al. Experimental evaluation of power router based on a fractionally-rated back-to-back converter at 13 kV 1MVA
CN111108290A (zh) 混合功率生成系统和其相关联的方法
Grass et al. Modular and scalable interleaved operating AC/DC or DC/DC power converter array for HVDC systems

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application
E601 Decision to refuse application
E801 Decision on dismissal of amendment