KR20140085554A - 재생 가능한 에너지원들을 위한 전력 컨버전 시스템 및 방법 - Google Patents

재생 가능한 에너지원들을 위한 전력 컨버전 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20140085554A
KR20140085554A KR1020147014056A KR20147014056A KR20140085554A KR 20140085554 A KR20140085554 A KR 20140085554A KR 1020147014056 A KR1020147014056 A KR 1020147014056A KR 20147014056 A KR20147014056 A KR 20147014056A KR 20140085554 A KR20140085554 A KR 20140085554A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power
mode
modulation
converter
modulation frequency
Prior art date
Application number
KR1020147014056A
Other languages
English (en)
Inventor
제프리 에이. 리차드
네이슨 조브
Original Assignee
지비비 에너지 코퍼레이션
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 지비비 에너지 코퍼레이션 filed Critical 지비비 에너지 코퍼레이션
Publication of KR20140085554A publication Critical patent/KR20140085554A/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
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F5/00—Systems for regulating electric variables by detecting deviations in the electric input to the system and thereby controlling a device within the system to obtain a regulated output
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/66—Regulating electric power
    • G05F1/67—Regulating electric power to the maximum power available from a generator, e.g. from solar cell
    • 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
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/345—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices
    • 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
    • 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
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc 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
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc 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
    • H02M7/219—Conversion of ac power input into dc 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 in a bridge configuration
    • 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
    • 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
    • H02M7/5387—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 in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/30—Electrical components
    • H02S40/32—Electrical components comprising DC/AC inverter means associated with the PV module itself, e.g. AC modules
    • 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
    • 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
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0032—Control circuits allowing low power mode operation, e.g. in standby mode
    • 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
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
    • 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
    • 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
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects
    • 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
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

전력 컨버터는 광발전(PhotoVoltaic; PV) 어레이로부터의 에너지를 전력 컨버터 내에서(internal to) DC 버스로 전송하도록 구성된다. 전력 컨버터는 PV 어레이 및 DC 버스의 출력 간에 하나 이상의 스위칭 디바이스들을 선택적으로 연결하기 위해 변조 모듈을 실행한다. 전력 컨버터는 복수의 동작 모드들에서 동작하도록 구성된다. 일 동작 모드에서, 컨버터는 고정된 변조 주기 및 가변하는 온(on) 시간으로 동작하고, 또 다른 동작 모드에서, 컨버터는 가변하는 변조 주기 및 고정된 온 시간으로 동작한다. 개선된 전력 컨버터는 매우 효율적인 저 전력 에너지 캡처를 제공하고, 전력 효율을 개선하고 저조도(low light) 상태들에서 감소된 컨버터 손실들로 에너지 캡처를 가능하게 한다.

Description

재생 가능한 에너지원들을 위한 전력 컨버전 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR POWER CONVERSION FOR RENEWABLE ENERGY SOURCES}
여기에 개시된 대상 발명은 전력 컨버터들과 관련되고, 더 특별하게는, 저 전력 생산의 주기(period)들 동안 재생 가능한 에너지 시스템들을 위한 개선된 전력 컨버전과 관련된다.
본 출원은 그 전체의 내용이 참조로서 여기에 포함되는, 2011년 11월 4일자로 출원된 미국 가출원 제61/555,722호에 대한 우선권을 주장한다.
최근 몇년 동안, 에너지에 대한 증가된 수요들과 화석 연료들의 공급 및 화석 연료들의 대응하는 오염에 관한 증가된 관심들은 재생 가능한 에너지원들에 대한 증가된 관심으로 이어졌다. 가장 일반적이고 가장 잘 개발된 재생 가능한 에너지원들 중 두 가지는 광발전(photovoltaic) 에너지 및 풍력(wind) 에너지이다. 다른 재생 가능한 에너지원들은 연료 전지들, 수력(hydroelectric) 에너지, 조력(tidal) 에너지 및 바이오 연료(biofuel) 또는 바이오매스(biomass) 발전기들을 포함할 수 있다. 그러나, 전기 에너지를 생성하기 위해 재생 가능한 에너지원들을 사용하는 것은 새로운 문제점들의 세트를 나타낸다.
많은 재생 가능한 에너지원들은 에너지의 가변하는 공급을 제공한다. 상기 공급은 예컨대, 바람의 양, 구름이 덮은 양, 또는 낮의 시간에 따라 변화할 수 있다. 나아가, 상이한 에너지원들은 상이한 전기 에너지의 타입들을 제공한다. 풍력 터빈은, 예컨대, 교류(Alternating Current; AC) 에너지를 제공하기에 더 적합하고 반면에 광발전 셀은 직류(Direct Current; DC)를 제공하기에 더 적합하다. 공급되는 에너지의 가변하는 성질 및 생성되는 에너지의 변화하는 타입에 의해, 전력 컨버터들이 전력망(utility grid)에 대해 독립적으로 동작하면, 전력 컨버터들은 일반적으로 재생 가능한 에너지원 및 전력망 또는 전기 부하 간에 삽입된다.
전력 컨버터들은 재생 가능한 에너지원에 의해 생성된 모든 전력이 사용 가능한 전기 에너지로 변경되는 것을 방해하는 고유의(inherent) 손실들을 갖는 것이 알려져 있다. 전력 생성의 낮은 레벨들에서, 에너지 손실들은 재생 가능한 에너지원에 의해 생성되는 전력보다 더 클 수 있다. 전력 컨버터는 전력 생성 시스템이 그것이 생성하는 것보다 실제로 더 많은 에너지를 사용하는 동작 상태를 회피하기 위해 대체로 스위치 오프(switched off)된다.
따라서, 전력 생성 시스템의 효율을 최대화하기 위해, 매우 넓은 범위의 전력 생성 레벨들에서 효율적으로 동작하는 것이 가능한 컨버터를 제공하는 것이 바람직하다.
여기에 개시된 대상 발명은 광전력(PhothVoltaic; PV) 어레이로부터의 에너지를 전력 컨버터 내에서(internal to) DC 버스로 전송하도록 구성된 전력 컨덕터를 개시한다. 전력 컨버터는 PV 어레이 및 DC 버스의 출력 간에 하나 이상의 스위칭 디바이스들을 선택적으로 연결하기 위해 변조 모듈을 실행한다. 전력 컨버터는 복수의 동작 모드들에서 동작하도록 구성된다. 일 동작 모드에서, 컨버터는 고정된 변조 주기 및 가변하는 온(on) 시간으로 동작하고, 또 다른 동작 모드에서, 컨버터는 가변하는 변조 주기 및 고정된 온 시간으로 동작한다. 개선된 전력 컨버터는 매우 효율적인 저 전력 에너지 캡처를 제공하고, 전력 효율을 개선하고 저조도(low light) 상태들에서 감소된 컨버터 손실들로 에너지 캡처를 가능하게 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전력 컨버터는 DC 소스로부터 전력을 수신하도록 구성된 입력부, 양극(positive) 및 음극 레일(negative rail)을 갖는 DC 버스, 대응하는 제어 신호의 함수(function)로서 상기 입력부를 상기 DC 버스에 선택적으로 연결하는 적어도 하나의 스위칭 디바이스, 일련의 인스트럭션들을 저장하는 메모리 디바이스, 및 컨트롤러를 포함한다. 상기 컨트롤러는 상기 DC 소스에 의해 생성된 전력의 크기를 결정하고, 상기 DC 소스에 의해 생성된 상기 전력의 크기가 사전 정의된 임계값을 초과할 때 제1 동작(operating) 모드에서 각 스위칭 디바이스에 대한 상기 제어 신호를 생성하고, 상기 DC 소스에 의해 생성된 상기 전력의 크기가 상기 사전 정의된 임계값 미만일 때 제2 동작 모드에서 각 스위칭 디바이스에 대한 상기 제어 신호를 생성하기 위해 일련의 인스트럭션들을 실행하도록 구성된다. 상기 일련의 인스트럭션들은 변조 주파수 및 온(on) 시간을 갖는 변조 모듈을 포함한다. 상기 제1 동작 모드 동안, 상기 컨트롤러는 변화하는 온 시간을 갖는 고정된 변조 주파수에서 제어 신호들을 생성하기 위해 상기 변조 모듈을 실행할 수 있고, 상기 제2 동작 모드 동안, 상기 컨트롤러는 고정된 온 시간을 갖는 변화하는 변조 주파수에서 제어 신호들을 생성하기 위해 상기 변조 모듈을 실행할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 메모리 디바이스는 상기 현재의 변조 주파수의 함수로서 상기 제2 동작 모드 동안 상기 변조 주파수의 변화율(rate of change)을 정의하는 룩업 테이블을 저장한다. 상기 변조 주파수는 약 10kHz로부터 약 50Hz까지 변화할 수 있는 것으로 고려된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 전력 컨버터를 통해 DC 버스 상에 존재하는 전압 포텐셜에 대한 가변 전력 생성 능력(capability)을 갖는 재생 가능한 에너지원으로부터의 전력을 컨버팅하는 방법이 개시된다. 방법은 재생 가능한 에너지원에 의해 생성된 전력의 크기를 모니터링하는 단계, 상기 재생 가능한 에너지원을 DC 버스에 선택적으로 연결하기 위해 대응하는 제어 신호를 통해 전력 컨버터 내의 적어도 하나의 스위칭 디바이스를 제어하는 단계, 상기 재생 가능한 에너지원에 의해 생성된 상기 전력의 크기가 사전 정의된 임계값을 초과할 때 제1 동작 모드에서 상기 제어 신호들을 생성하기 위해 상기 전력 컨버터 내의 변조 모듈을 실행하는 단계, 및 상기 재생 가능한 에너지원에 의해 생성된 상기 전력의 크기가 상기 사전 정의된 임계값 미만일 때 제2 동작 모드에서 상기 제어 신호들을 생성하기 위해 상기 전력 컨버터 내의 상기 변조 모듈을 실행하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 변조 모듈은 스위칭 주기(period) 내에서 상기 제어 신호들의 각각에 대한 온(on) 시간을 결정하고, 상기 스위칭 주기는 상기 변조 주파수의 역으로서 정의된다. 상기 제1 동작 모드 동안, 상기 변조 모듈은 변화하는 온 시간을 갖는 고정된 변조 주파수에서 제어 신호들을 생성하고, 상기 제2 동작 모드 동안, 상기 변조 모듈은 고정된 온 시간을 갖는 변화하는 변조 주파수에서 제어 신호들을 생성한다.
본 발명의 상이한 또 다른(yet another) 측면에 따르면, 상기 제2 동작 모드에서 상기 제어 신호들을 생성하기 위해 상기 전력 컨버터 내의 상기 변조 모듈을 실행하는 단계는 상기 전력 컨버터의 메모리 디바이스 내에 저장된 룩업 테이블로부터 상기 변조 주파수의 소기의 변화를 독출하는 단계 및 상기 변조 주파수를 변화시키는 단계 - 상기 재생 가능한 에너지원에 의해 생성된 상기 전력의 크기의 함수로서 상기 소기의 변화를 추가하는 단계 또는 차감하는 단계를 포함함 -를 포함할 수 있다.
본 발명의 이러한 및 다른 목적(object)들, 이점들, 및 특징들은 상세한 설명 및 부수하는 도면들로부터 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 명백하게 될 것이다. 그러나, 상세한 설명 및 부수하는 도면들은, 본 발명의 바람직한 실시예들을 지시하지만, 실례(illustration)의 방식에 의해 제공되는 것이고 제한의 방식으로 제공되는 것이 아님이 이해되어야 한다. 많은 변경들 및 수정(modification)들이 본 발명의 본질로부터 벗어나지 않는 본 발명의 범위 내에서 이루어질 수 있고, 본 발명은 모든 이러한 수정들을 포함한다.
여기에 개시된 대상 발명의 다양한 예시적인 실시예들은 참조 번호들이 전반에 걸쳐 유사한 부분들을 나타내는 하기의 부수하는 도면들 내에서 도해된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도식적인 표현을 나타낸다.
도 2는 도 1의 컨버터의 일 상(phase)으로부터의 일부의 소자들의 도식적인 표현을 나타낸다.
도 3은 변화하는 일사량(insolation)의 레벨들에서 광전력 어레이(photovoltaic array)에 의해 생성된 전력의 그래프의 표현을 나타낸다.
도 4은 도 1의 컨버터의 일 변조 주기 동안 전류의 그래프의 표현을 나타낸다.
도 5는 가변하는 변조 주기의 그래프의 표현을 나타낸다.
도면들 내에 도해된 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명함에 있어서, 특정한 전문 용어(terminology)는 명확성을 위해서 사용(resorted to)될 것이다. 그러나, 본 발명은 그렇게 선택된 특정한 용어들에 제한되는 것으로 의도되지 않고 각각의 특정한 용어는 유사한 목적을 달성하기 위해 유사한 방식으로 동작하는 모든 기술적인 균등물들을 포함하는 것으로 이해된다. 예컨대, 단어 "연결된", "부착된" 또는 이들과 유사한 용어들이 종종 사용된다. 이러한 용어들은 연결을 지시하는 것으로 한정되지 않고 다른 요소들을 통한 연결(이러한 연결은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 균등물로서 인식됨)을 포함한다.
여기에 개시된 대상 발명의 다양한 특징들 및 유리한 세부사항들은 하기의 기재 내에서 설명되는 비-제한적인 실시예들을 참조하여 더 완전하게 설명된다.
최초로 도 1로 돌아와서, 본 발명의 일 실시예를 포함하는 예시적인 컨버터(10)가 도시된다. 컨버터(10)는 입력 전압들을 수신하도록 구성되는 3개의 입력 단자들(T1 내지 T3)을 포함한다. 도시된 실시예의 입력 단자들(T1 내지 T3)은, DC 전압을 생성하는 광전력 어레이로부터, 양극 단자(positive terminal)(+Vpv)를 수신하기 위해 함께 연결된다. 선택에 따라, 입력 단자들(T1 내지 T3)의 각각은 상이한 광전력 어레이들로부터의 분리된 단자들에 연결될 수 있다. 광전력 어레이로부터의 음극 단자(-Vpv)는 DC 버스(12)의 음극 레일(16)에 연결된다. 본 발명의 또 다른 실시예들에 따르면, 단일한 입력 단자(T1)가 제공될 수 있거나, PV 어레이의 구성에 따라 다양한 다른 수의 입력 단자들(Tx)이 제공될 수 있다. 입력 필터(28)는 단자들(T1 내지 T3)의 각각과 직렬로 연결된 인덕턴스를 제공한다.
컨버터(10)는 PV 어레이로부터의 입력 전압을 스위칭 디바이스들(20)을 사용하여 DC 버스(12) 상에 존재하는 소기의 DC 전압(Vdc)으로 컨버트한다. DC 버스(12)는 출력들(+Vdc 및 -Vdc)에서 가용하게 되는 양극 레일(14) 및 음극 레일(16)을 포함한다. 해당 기술 분야에서 이해되는 것처럼, 양극 레일(14) 및 음극 레일(16)은 공통(common) 또는 중성(neutral) 전압에 대해 여하한 적절한 DC 전압 포텐셜을 컨덕트할 수 있고 양극 또는 음극 DC 전압 포텐셜에 제한되지 않는다. 나아가, 양극 레일(14) 또는 음극 레일(16) 중 어느 하나는 중성 전압 포텐셜에 연결될 수 있다. 양극 레일(14)은 대체로 음극 레일(16)보다 더 큰 포텐셜을 갖는 DC 전압을 컨덕트한다.
스위칭 디바이스들(20)은 대체로 솔리드-스테이트 전력 디바이스들이다. 도 1은 바이폴라 접합 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor; BJT)들로서의 스위칭 디바이스들(20)을 도시한다. 그러나, 적용 요구 조건들에 따라, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistors; IGBT)들, 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor; FET)들, 실리콘 제어 정류기(Silicon Controlled Rectifier; SCR)들, 통합 게이트 정류 사이리스터(Integrated Gate-Commutated Thyristor; IGCT)들 또는 게이트 턴-오프 사이리스터(Gate Turn-Off thyristor; GTO)들과 같은 사이리스터(thyristor)들 또는 다른 제어된 디바이스들을 포함하는, 그러나 여기에 제한되지 않는, 여하한 적절한 스위칭 디바이스가 사용될 수 있음이 고려된다. 다이오드(22)는 스위칭 디바이스(20)가 턴 오프될 때 요구되는 것처럼 스위칭 디바이스에 걸리는(across the switching device) 역방향 컨덕션을 위해 스위칭 디바이스들(20)의 각각에 병렬로 연결된다. 이러한 다이오드(22)는 또한 반도체 스위치의 일부일 수 있다. 각 스위칭 디바이스(20)는 제어 신호(24)에 의해 제어된다. 제어 신호(24)는 교대로, 선택적으로 양극 레일(14) 또는 음극 레일(16) 중 어느 하나를 입력 단자들(T1 내지 T3) 중 하나에 연결하는, 스위칭 디바이스(20)를 통한 컨덕션을 선택적으로 허용하는 것을 가용 또는 불용하게 한다. 캐패시턴스(50)는 DC 버스(12)의 양극 레일(14) 및 음극 레일(15) 간에 연결된다. 캐패시턴스(50)는 시스템의 요구 조건들에 따라 직렬 또는 병렬로 연결된 단일한 캐패시터 또는 여하한 숫자의 캐패시터들일 수 있다. 캐패시턴스(50)는 입력 전압 및 DC 버스(12) 간의 전압 컨버전으로부터 비롯되는 리플 전압의 크기를 감소시키도록 구성될 수 있다.
컨트롤러(40)는 제어 신호들(24)을 생성하기 위해 일련의 저장된 인스트럭션들을 실행한다. 컨트롤러(40)는 컨버터(10)의 전체에 걸친 다양한 점(point)들에서 전압 및/또는 전류의 진폭(amplitude)에 대응하는 센서들로부터 피드백 신호들을 수신한다. 위치들은 컨트롤러(40) 내에서 실행되는 특정한 제어 루틴(routine)들에 의존한다. 예컨대, 입력 센서들(26a 내지 26c)은 각 입력 단자(T1 내지 T3)에서 존재하는 전압의 진폭을 제공할 수 있다. 선택에 따라, 입력 센서(26a 내지 26c)는 각 입력 단자(T1 내지 T3)에서 컨덕트된 전류의 진폭을 제공하기 위해 동작적으로 연결될 수 있다. 유사하게, 전류 및/또는 전압 센서(28 및 30)은 DC 버스(12)의 양극 레일(12) 및 음극 레일(16)에 각각 동작적으로 연결될 수 있다. 컨트롤러(40)는 저장된 인스트럭션들을 가져오기(retrieve) 위해 메모리 디바이스(42)와 인터페이스로 연결되고 외부의 디바이스들과 통신하기 위해 통신 포트(44)와 인터페이스로 연결될 수 있다. 컨트롤러(40)는 여기에 설명된 것처럼 컨버터(10)를 제어하기 위해 저장된 인스트럭션들을 실행하도록 구성된다.
도 1의 컨버터(10)는 제1 포텐셜을 갖고 입력 단자들(T1 내지 T3)에서 존재하는 DC 전압을 DC 버스에서 존재하는 제2 포텐셜로 컨버트한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 2는 부스트(boost) 컨버터로서 동작하도록 구성된 컨버터(10)의 일 상(phase)으로부터의 일부의 소자들의 도식적인 표현을 나타낸다. 태양 또는 PV, 어레이(8)는 입력 단자(T1) 및 음극 레일(16) 간에 연결되고, DC 전압(Vpv)을 생성한다. 입력 필터(28)의 일 상은 입력 단자(T1) 및 아래 쪽의(lower) 스위치들(20) 중 하나 간에 입력 인덕턴스를 제공한다. 위쪽의 다이오드들(22) 중 하나는 아래 쪽의 스위치(20)가 오프될 때 아래 쪽의 스위치(20) 및 DC 버스(12) 간에 출력 컨덕션 경로를 제공한다. 때때로 게이트 신호(Gpv)로서 참조되는, 제어 신호(24)에 의한 아래 쪽의 스위치(20)의 변조는, 입력 단자(T1)에서 존재하는 전압의 진폭을 DC 버스(12) 상의 더 큰 진폭으로 상승(boost)시키기 위해 동작한다. 다상(multiphase)의 전력 컨덕터가 도 1에서 도시되었으나, 여기에서 설명된 전력 컨버전 방법은 도 2의 단상(single phase) 표현에 의해 설명된 것처럼, 단상 전력 컨버터 또는 다른 DC-투-DC 컨버터들에 동등하게 적용 가능할 수 있음이 고려된다.
동작에서, 컨버터(10)는 가변하는 전력 에너지원으로부터 공급되는 전력을 컨버터의 DC 버스 상에 존재하는 전력으로 컨버트한다. 해당 기술 분야에서 알려진 것처럼, PV 어레이들은 어레이들 상의 입사광(light incident), 또한 일사량으로서 알려진 것의 함수로서 전력을 생성한다. 다음으로 도 3을 참조하여, 그래프(100)는 변화하는 일사량의 레벨들에서의 예시적인 PV 어레이에 대한 전압 및 전류 관계들을 도시한다. 주기들 동안 PV 어레이가 최대의 광을 수신할 때, 가장 위쪽의 곡선(102)에 의해 표현된 것처럼 그것의 최대의 전력을 생성하는 것이 가능하다. 중간 및 낮은 광 세기의 주기들에서, PV 어레이의 전력 능력은 커브들(104 및 106)에 의해 각각 표현된 것처럼 감소한다. 전류-전압 관계가 비-선형이기 때문에, 컨트롤러(40)는 PV 어레이로부터 DC 버스(12)로 최대 전력이 전송될 수 있는 동작접을 식별하기 위해 최대 전력점 추적(Maximum Power Point Tracking; MPPT) 모듈을 실행하고, 이러한 동작점은 MPPT1 내지 MPPT3로서 식별된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 컨트롤러(40)는 동요-관찰(perturb-observe) 타입의 MPPT 모듈을 활용한다. 동요-관찰 타입의 MPPT 모듈에 따르면, 최초 전류 레퍼런스가 명령되면, 제어 신호(Gpv, 24)에 대해, 최초 듀티 사이클 명령(D)를 결과적으로 낳는다. PV 어레이로부터 출력되는 결과 전류(Ipv) 및 전압(Vpv)이 측정되고 결과 전력이 결정된다.
그 다음에, 증분하는 양에 의해 전류 레퍼런스는 증가되거나 감소되는 것 중 어느 하나의 제1 방향(direction)으로 변경되고, PV 어레이로부터 출력되는 결과 전력은 다시 결정된다. 전력 출력이 증가되면, 증분하는 변경들이 올바른 방향(correct direction)으로 진행되고 있는 것이지만, 전력 출력이 감소되면, 증분하는 변경들은 올바르지 않은 방향(correct direction)으로 계속 진행되고 있는 것이고 그 다음의 증분하는 변경들의 방향은 반대가 된다. 전류 레퍼런스들의 증분하는 변경들에 대해 올바른 방향을 식별한 후, 증분하는 변경들은 전력 출력의 감소가 식별될 때까지 계속된다. 이러한 점(point)에서, 최대 전력점이 식별되고 컨트롤러(40)는 이러한 동작점에서 동작을 유지한다. 나아가, 컨트롤러(40)는 일사량이 변화하기 때문에 PV 어레이 상의 입사광의 레벨에 대응하는 최대 전력점에서 동작을 계속하기 위해 MPPT 모듈을 실행하는 것을 계속한다.
최대 전력점에서 PV 어레이(8)로부터 컨버터(10)로의 전력 전송을 유지하기 위한 소기의 동작 전류를 얻기(draw) 위해, 컨트롤러(40)는 메모리 디바이스(42) 내에 저장된, 변조 모듈을 실행한다. 변조 모듈은, 또한 스위칭 주기(T)로서 알려진, 주기적인 간격으로 변조 모듈을 실행한다. 스위칭 주기(T)는 변조 주파수의 역으로서 정의된다. 스위칭 주기 동안, 변조 모듈은 스위칭 주기의 일부 동안 스위칭 디바이스(20)를 가용하게 하는 제어 신호(24)를 생성한다. 스위칭 디바이스(20)가 가용되는 동안의 스위칭 주기의 일부 또는 퍼센테이지는 또한 듀티 사이클(D)로서 알려진다. MPPT 모듈은 최대 전력점에 대응하는 소기의 전류를 식별하고 이러한 전류를 레퍼런스 값으로서 컨트롤러(40) 내의 변조 모듈에 제공한다. 변조 모듈은 PV 어레이(8) 및 DC 버스(12) 간의 전류가 최대 전력점에서의 동작을 달성하기 위한 소기의 전류보다 더 큰지 또는 더 작은지 여부를 결정하기 위해 피드백 신호들을 사용한다. 변조 모듈은 따라서 듀티 사이클(D)를 증가 또는 감소시킬 수 있다.
다음으로 도 4를 참조하여, 스위칭 디바이스(20)를 제어하는 제어 신호(24)의 함수로서 펄스 폭 변조의 일 스위칭 주기(T)에 걸쳐 PV 어레이로부터 얻어진 전류(Ipv)가 도시된다. 제어 신호(24)는 총 스위칭 주기(T)의 퍼센테이지 동안 온(on)되고 스위칭 주기(T)의 나머지 동안 오프(off)된다. 논의된 것처럼, 제어 신호(24)가 온(on)되는 스위칭 주기(T)의 퍼센테이지는 듀티 사이클(D)로서 참조되고, 또한 온 시간(ton)으로서 참조된다. 제어 신호(24)가 턴 온 및 오프될 때, 스위치(20)는 교대로 전류를 컨덕트 및 차단한다. 스위칭의 결과로서, 리플 전류(Ir)이 정해진다. 전력 계산은 평균 전류 값을 요구한다. 따라서, 전류(Ipv)는 전체적인 스위칭 주기(T)에 걸쳐 필터되거나 샘플될 수 있고 스위칭 주기(T)에 대한 평균 전류가 우선 결정된다. 평균 전류는 그 다음으로 PV 어레이로부터의 전력 출력을 결정하기 위해 사용된다.
컨버터(10)는 컨버터(10)의 소기의 동작 모드를 결정하기 위해 PV 어레이에 의해 생성된 전류의 크기를 모니터한다. 제1 동작 모드 동안, 컨트롤러(40)는 온 시간(ton)이 변화하는 동안 고정된 변조 주파수에서 변조 모듈을 실행한다. 도 3에 대해 이전에 지시된 것처럼, PV 어레이 상의 총 입사광이 감소될 때, 최대 전력점에서의 전압 및 전류의 진폭과, 결과적으로, PV 어레이로부터의 전력 출력은 유사하게 감소한다. 이러한 동삭 상태들 하에서, 제어 신호(24)의 듀티 사이클(D)는 점점 더 작아지고, 결과적으로 스위치(20)를 통한 전류의 컨덕션의 짧은 주기들 및 차단의 긴 주기들을 낳는다. 고정된 변조 주파수에서 변조 모듈을 실행하는 컨트롤러(40)와 함께, 컨버터(10) 내의 전력 손실들은 PV 어레이(8)에 의해 생성되는 전력을 초과할 수 있다. 이전에는, 이러한 점에서, 컨버터(10)는 동작을 중지할 것이다. 예컨대, PV 어레이(8)로부터 최대 100킬로와트의 전력을 전송할 수 있는 예시적인 컨버터(10)는 약 4분의 1의 전력(즉, 25킬로와트)으로부터 풀 전력(즉, 100킬로와트)까지 96%의 효율로 동작할 수 있다. PV 어레이가 단지 10킬로와트를 생성하거나 컨버터(10)의 용량의 약 10%를 생성할 때, 동작 효율은 약 90%로 떨어진다. 따라서, 컨버터(10)의 이전의 가용한 입력 범위는 PV 어레이(8)가 컨버터의 정격 용량의 10% 및 100% 사이를 생성할 때에 해당할 수 있었다.
그러나, 현재의 컨버터(10)는 컨버터(10)의 동작 범위를 확장하기 위한 제2 동작 모드를 갖는다. 효율을 개선하기 위해, 온 타임에 대해 사전 결정된 최소 값이 설정된다. MPPT 모듈에 의해 요구되는 전류가, 변조 모듈을 실행하는 컨트롤러(40)를 이러한 최소 값에 도달하게 할 때, 컨트롤러(40)는 제2 동작 모드에서 변조 모듈을 실행하는 것을 시작한다. 최소 온 타임(ton)에 도달된 때 최대 전력점에서 동작을 계속하기 위해, 컨버터(10)는, 펄스 폭 변조의 스위칭 주기(T)를 역으로 변화시키는, 변조 주파수를 변화시키는 것을 시작한다.
다음으로 도 5를 참조하여, 고정된 온 시간(ton) 및 변화하는 스위칭 주기(T)로의 동작이 도시된다. 예컨대, 도 5a는 제1 동작 모드가 제1 동작 모드의 최소 온 시간(ton)에 도달했을 때의 점을 나타낼 수 있다. 주기(T1)은 예컨대, 10kHz의 스위칭 주파수에 대응하는 100μsec일 수 있는, 일반적인 동작 주기와 동등하다. 최대 전력점에서 남아있는 요구되는 전류가 계속해서 감소하면, 스위칭 주기는, 예컨대, T2 및 그 후에는 T3로, 연장될 수 있다. 스위칭 주기가 연장되기 때문에 변조 주파수는 감소된다. 결과적으로, 스위칭 디바이스들(20)은 자주 턴 온되지 않고, 이로 인해 대응하는 스위칭 손실들이 감소된다. 결과적으로, 컨버터(10)는 제1 동작 모드 내에서보다 제2 동작 모드 내에서 더 낮은 전력 레벨들에서 증가된 효율로 동작한다. 예컨대, PV 어레이(8)로부터 최대 100킬로와트의 전력을 전송할 수 있었던 이전에 논의된 컨버터(10)는 동작의 제1 모드에서 컨버터(10)의 정격 용량의 10%에서 90%의 효율로 동작했다. 동작의 제2 모드에서, 컨버터(10)는 컨버터(10)의 정격 용량의 10%에서 대신에 약 95%의 효율로 동작한다. 증가된 효율은 컨버터(10) 내에서의 전력 손실들이 PV 어레이(8)에 의해 생성되는 전력을 초과할 수 있기 전에 컨버터가 컨버터의 정격 용량의 약 1% 아래에서 동작을 계속하는 것을 허용한다. 스위칭 주기는 50Hz의 스위칭 주파수에 대응하는, 적어도 20msec까지 증가될 수 있음이 고려된다. 따라서, 입사광이 감소될 때, 컨버터(10)는 PV 어레이로부터 획득된 에너지의 총량을 증가시키기 위한 더 넓은 동작 범위에 걸쳐 동작을 계속할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 컨트롤러(40)가 제2 모드에서의 동작 동안의 변조 주파수를 변경하는 비율(rate)을 정의하는 룩업 테이블이 메모리 디바이스(42)에 저장될 수 있다. 전류 및 스위칭 주기 간의 관계는 비선형이다. 예컨대, 10kHz 스위칭 주파수(즉, 100μsec 주기)에서 동작할 때 변조 주기의 10μsec 변화는50Hz 스위칭 주파수(즉, 20msec 주기)에서 동작할 때 보다 더 큰 퍼센테이지 증가(increment)를 나타낸다. 일사량의 변화들에 대한 컨트롤러(40)의 응답 시간을 개선하기 위해, 변조 주기는 컨버터가 더 높은 변조 주파수들에서 동작할 때 보다 컨버터(10)가 더 낮은 변조 주파수들에서 동작할 때 더 큰 증가들에서 변경된다. 룩업 테이블은 변화하는 동작점들에서 변조 주파수의 소기의 증분의 변화들을 저장할 수 있다.
PV 어레이 상의 입사광이 증가하고 PV 어레이에 의해 생성된 대응하는 전력이 증가하면, 컨버터(10)는 제2 모드에서 동작하기 보다는 제1 모드로 돌아온다. 컨트롤러(40)는 스위칭 주기(T)가 고정된 변조 주기에 대응하는 듀레이션에 다시 도달할 때까지 스위칭 주기(T)를 감소시키기 위해 변조 모듈을 실행한다. 이러한 점에서, 컨버터(10)의 동작 효율은 고정된 변조 주기 및 가변하는 온 시간(ton)으로의 동작, 동작이 다시 바람직하도록 개선되었다. 고정된 변조 주기(T) 및 가변하는 온 시간(ton)으로의 동작으로부터 가변하는 변조 주기(T) 및 고정된 온 시간(ton)으로 간의 천이는, 동작 모드들 양쪽이 변조 주파수(T) 및 온 시간(ton) 양쪽이 자신들의 최소 값들에서 존재하는 공통 동작점을 포함(encompass)하기 때문에 원활하다(seamless).
본 발명은 여기에 기재된 구축의 세부 사항들 및 구성 요소들의 배열들에 대한 본 발명의 응용 내에서 제한되지 않음이 이해되어야 할 것이다. 본 발명은 다른 실시예들이 가용하고 다양한 방식으로 실시 또는 수행될 수 있다. 전술된 내용의 변형들 및 수정들은 본 발명의 범위 내에 있다. 여기에 개시되고 정의된 본 발명은 본문 및/또는 도면들로부터 언급되거나 명백한 개별적인 2개 이상의 특징들의 모든 대안적인 조합들로 확장됨이 또한 이해될 것이다. 모든 이러한 상이한 조합들은 본 발명의 다양한 대안적인 측면들을 구성한다. 여기에 설명된 실시예들은 본 발명을 실시하기 위해 알려진 최적의 모드들을 설명하고 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 다른 자들이 본 발명을 활용하는 것을 가능하게 할 것이다

Claims (8)

  1. DC 소스로부터 전력을 수신하도록 구성된 입력부(input);
    양극(positive) 및 음극 레일(negative rail)을 갖는 DC 버스;
    대응하는 제어 신호의 함수(function)로서 상기 입력부를 상기 DC 버스에 선택적으로 연결하는 적어도 하나의 스위칭 디바이스;
    일련의 인스트럭션들을 저장하는 메모리 디바이스; 및
    방법을 수행하는 상기 일련의 인스트럭션들을 실행하도록 구성된 컨트롤러
    를 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 DC 소스에 의해 생성된 전력의 크기를 결정하는 단계,
    상기 DC 소스에 의해 생성된 상기 전력의 크기가 사전 정의된 임계값을 초과할 때 제1 동작(operating) 모드에서 각 스위칭 디바이스에 대한 상기 제어 신호를 생성하는 단계, 및
    상기 DC 소스에 의해 생성된 상기 전력의 크기가 상기 사전 정의된 임계값 미만일 때 제2 동작 모드에서 각 스위칭 디바이스에 대한 상기 제어 신호를 생성하는 단계
    를 포함하는, 전력 컨버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 일련의 인스트럭션들은 변조 주파수 및 온(on) 시간을 갖는 변조 모듈을 포함하고,
    상기 제1 동작 모드 동안, 상기 컨트롤러는 변화하는 온 시간을 갖는 고정된 변조 주파수에서 제어 신호들을 생성하기 위해 상기 변조 모듈을 실행하고, 상기 제2 동작 모드 동안, 상기 컨트롤러는 고정된 온 시간을 갖는 변화하는 변조 주파수에서 제어 신호들을 생성하기 위해 상기 변조 모듈을 실행하는, 전력 컨버터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 메모리 디바이스는 상기 현재의 변조 주파수의 함수로서 상기 제2 동작 모드 동안 상기 변조 주파수의 변화율(rate of change)을 정의하는 룩업 테이블을 저장하는, 전력 컨버터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 변조 주파수는 약 10kHz로부터 약 50Hz까지 변화하는, 전력 컨버터.
  5. 재생 가능한 에너지원에 의해 생성된 전력의 크기를 모니터링하는 단계;
    상기 재생 가능한 에너지원을 DC 버스에 선택적으로 연결하기 위해 대응하는 제어 신호를 통해 전력 컨버터 내의 적어도 하나의 스위칭 디바이스를 제어하는 단계;
    상기 재생 가능한 에너지원에 의해 생성된 상기 전력의 크기가 사전 정의된 임계값을 초과할 때 제1 동작 모드에서 상기 제어 신호들을 생성하기 위해 상기 전력 컨버터 내의 변조 모듈을 실행하는 단계; 및
    상기 재생 가능한 에너지원에 의해 생성된 상기 전력의 크기가 상기 사전 정의된 임계값 미만일 때 제2 동작 모드에서 상기 제어 신호들을 생성하기 위해 상기 전력 컨버터 내의 상기 변조 모듈을 실행하는 단계
    를 포함하는, 전력 컨버터를 통해 DC 버스 상에 존재하는 전압 포텐셜에 대한 가변 전력 생성 능력(capability)을 갖는 재생 가능한 에너지원으로부터의 전력을 컨버팅하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 변조 모듈은 스위칭 주기(period) 내에서 상기 제어 신호들의 각각에 대한 온(on) 시간을 결정하고, 상기 스위칭 주기는 상기 변조 주파수의 역으로서 정의되고,
    상기 제1 동작 모드 동안, 상기 변조 모듈은 변화하는 온 시간을 갖는 고정된 변조 주파수에서 제어 신호들을 생성하고,
    상기 제2 동작 모드 동안, 상기 변조 모듈은 고정된 온 시간을 갖는 변화하는 변조 주파수에서 제어 신호들을 생성하는, 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 동작 모드에서 상기 제어 신호들을 생성하기 위해 상기 전력 컨버터 내의 상기 변조 모듈을 실행하는 단계는,
    상기 전력 컨버터의 메모리 디바이스 내에 저장된 룩업 테이블로부터 상기 변조 주파수의 소기의 변화를 독출하는 단계; 및
    상기 변조 주파수를 변화시키는 단계 - 상기 재생 가능한 에너지원에 의해 생성된 상기 전력의 크기의 함수로서 상기 소기의 변화를 추가하는 단계 또는 차감하는 단계를 포함함 -
    를 더 포함하는, 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 변조 주파수는 약 10kHz로부터 약 50Hz까지 변화하는, 방법.
KR1020147014056A 2011-11-04 2012-11-05 재생 가능한 에너지원들을 위한 전력 컨버전 시스템 및 방법 KR20140085554A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201161555727P 2011-11-04 2011-11-04
US61/555,727 2011-11-04
PCT/US2012/063582 WO2013067516A1 (en) 2011-11-04 2012-11-05 System and method for power conversion for renewable energy sources

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20140085554A true KR20140085554A (ko) 2014-07-07

Family

ID=48192882

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020147014056A KR20140085554A (ko) 2011-11-04 2012-11-05 재생 가능한 에너지원들을 위한 전력 컨버전 시스템 및 방법
KR1020147014062A KR20140085555A (ko) 2011-11-04 2012-11-05 재생 가능한 에너지원들을 위한 전력 컨버전 시스템 및 방법

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020147014062A KR20140085555A (ko) 2011-11-04 2012-11-05 재생 가능한 에너지원들을 위한 전력 컨버전 시스템 및 방법

Country Status (13)

Country Link
US (2) US8958218B2 (ko)
EP (2) EP2774014A4 (ko)
JP (2) JP2014533088A (ko)
KR (2) KR20140085554A (ko)
CN (2) CN104024968B (ko)
AU (2) AU2012332123B2 (ko)
BR (2) BR112014010511A2 (ko)
CA (2) CA2854479A1 (ko)
HK (2) HK1197113A1 (ko)
MX (2) MX338549B (ko)
RU (2) RU2014118749A (ko)
WO (2) WO2013067476A1 (ko)
ZA (2) ZA201403841B (ko)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9945348B2 (en) * 2011-12-22 2018-04-17 Ocean Power Technologies, Inc. Ocean wave energy converter including control system for disabling active rectification when generator output power is less than a conversion loss
CN105024542A (zh) * 2014-04-16 2015-11-04 张云山 太阳能升压转换器及其控制方法
US9899869B1 (en) * 2014-09-03 2018-02-20 Bentek Corporation Photo voltaic (PV) array-shedding and storage system
US9828971B2 (en) 2014-11-20 2017-11-28 General Electric Company System and method for optimizing wind turbine operation
US10389134B2 (en) 2017-06-21 2019-08-20 Katerra, Inc. Electrical power distribution system and method
US10790662B2 (en) 2018-04-03 2020-09-29 Katerra, Inc. DC bus-based electrical power router utilizing multiple configurable bidirectional AC/DC converters
US10897138B2 (en) 2018-04-12 2021-01-19 Katerra, Inc. Method and apparatus for dynamic electrical load sensing and line to load switching
JP6922820B2 (ja) * 2018-04-13 2021-08-18 トヨタ自動車株式会社 電源制御装置
KR102630252B1 (ko) * 2018-08-28 2024-01-29 엘지이노텍 주식회사 태양광 연계 에너지 저장 시스템용 dc-dc 컨버터 및 그 제어방법
CN110719038B (zh) 2019-09-09 2021-02-12 华为数字技术（苏州）有限公司 组串式逆变器的控制方法、装置、系统及存储介质
IT202000017506A1 (it) 2020-07-17 2022-01-17 St Microelectronics Srl Apparecchiatura elettronica comprendente uno stadio di uscita di tipo switching, disposizione circuitale e procedimento corrispondenti
US20230324866A1 (en) * 2022-04-12 2023-10-12 Mark Daniel Farb Dual mode turbine collects energy during low wind conditions

Family Cites Families (45)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0773426B2 (ja) 1984-11-09 1995-08-02 株式会社東芝 電力変換装置の制御装置
US4924371A (en) * 1989-07-10 1990-05-08 General Electric Company Rectifier circuit provoding compression of the dynamic range of the output voltage
JP2771096B2 (ja) * 1993-06-11 1998-07-02 キヤノン株式会社 電力制御装置、電力制御方法及び電力発生装置
US5633790A (en) * 1995-01-18 1997-05-27 Eaton Corporation DV/DT limiting of inverter output voltage
JP3352334B2 (ja) * 1996-08-30 2002-12-03 キヤノン株式会社 太陽電池の電力制御装置
US5929538A (en) * 1997-06-27 1999-07-27 Abacus Controls Inc. Multimode power processor
US6081104A (en) * 1998-11-20 2000-06-27 Applied Power Corporation Method and apparatus for providing energy to a lighting system
JP3427021B2 (ja) * 1999-09-02 2003-07-14 三洋電機株式会社 系統連系インバータ
US6222335B1 (en) * 2000-01-27 2001-04-24 General Motors Corporation Method of controlling a voltage-fed induction machine
JP3425418B2 (ja) * 2000-09-20 2003-07-14 ティーディーケイ株式会社 昇圧型スイッチング電源装置
US6449179B1 (en) * 2000-11-02 2002-09-10 American Superconductor Corp. Multi-level quasi-resonant power inverter
US6906503B2 (en) * 2002-01-25 2005-06-14 Precor Incorporated Power supply controller for exercise equipment drive motor
EP1363385A1 (en) * 2002-05-15 2003-11-19 STMicroelectronics S.r.l. Zero-cross detection method of the current flowing in an inductor driven in switched mode and a relative driving circuit
JP2005533473A (ja) * 2002-07-15 2005-11-04 コーニンクレッカ　フィリップス　エレクトロニクス　エヌ　ヴィ インバータ
US7138730B2 (en) * 2002-11-22 2006-11-21 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Topologies for multiple energy sources
US20040125618A1 (en) * 2002-12-26 2004-07-01 Michael De Rooij Multiple energy-source power converter system
US8102144B2 (en) * 2003-05-28 2012-01-24 Beacon Power Corporation Power converter for a solar panel
JP4376004B2 (ja) * 2003-06-23 2009-12-02 新電元工業株式会社 スイッチング電源装置
US7012413B1 (en) * 2003-08-01 2006-03-14 Tyco Electronics Power Systems, Inc. Controller for a power factor corrector and method of regulating the power factor corrector
US7412612B2 (en) * 2004-02-24 2008-08-12 Delphi Technologies, Inc. Dynamically optimized power converter
US7148664B2 (en) * 2004-06-28 2006-12-12 International Rectifier Corporation High frequency partial boost power factor correction control circuit and method
JP2006280177A (ja) * 2005-03-30 2006-10-12 Honda Motor Co Ltd 電源装置
US7239113B2 (en) * 2005-05-03 2007-07-03 Caterpillar Inc Method for reducing undesired currents in an electrical power generation system
JP2006345679A (ja) * 2005-06-10 2006-12-21 Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd 太陽光発電システム
ITSA20050014A1 (it) 2005-07-13 2007-01-14 Univ Degli Studi Salerno Dispositivo invertitore a singolo stadio, e relativo metodo di controllo, per convertitori di potenza da sorgenti di energia, in particolare sorgenti fotovoltaiche.
US7688046B2 (en) 2005-07-25 2010-03-30 Apple Inc. Power converters having varied switching frequencies
US7352083B2 (en) * 2005-09-16 2008-04-01 American Power Conversion Corporation Apparatus for and method of UPS operation
US7378820B2 (en) * 2005-12-19 2008-05-27 General Electric Company Electrical power generation system and method for generating electrical power
KR101176179B1 (ko) * 2007-03-14 2012-08-22 삼성전자주식회사 전압 변환 모드 제어 장치 및 그 제어 방법
US7554473B2 (en) * 2007-05-02 2009-06-30 Cirrus Logic, Inc. Control system using a nonlinear delta-sigma modulator with nonlinear process modeling
US7990097B2 (en) * 2008-09-29 2011-08-02 Rockwell Automation Technologies, Inc. Power conversion system and method for active damping of common mode resonance
FR2939248B1 (fr) * 2008-12-01 2011-01-07 Dauphinoise Const Elect Mec Dispositif d'alimentation electrique, et installation de commande d'un sectionneur incluant un tel dispositif
KR101079404B1 (ko) * 2008-12-23 2011-11-02 성균관대학교산학협력단 단일 컨버터 및 단일 인버터를 이용한 태양광-연료전지 복합 발전 시스템 및 그 제어방법
JP2010187521A (ja) * 2009-01-16 2010-08-26 Mitsubishi Electric Corp モーター駆動制御装置、圧縮機、送風機、空気調和機及び冷蔵庫又は冷凍庫
US20100206378A1 (en) * 2009-02-13 2010-08-19 Miasole Thin-film photovoltaic power system with integrated low-profile high-efficiency inverter
US8487575B2 (en) * 2009-08-31 2013-07-16 GM Global Technology Operations LLC Electric motor stator winding temperature estimation
MX2012003225A (es) * 2009-09-18 2012-09-07 Univ Kingston Interfaz de generacion de potencia distribuido.
EP2325970A3 (en) 2009-11-19 2015-01-21 Samsung SDI Co., Ltd. Energy management system and grid-connected energy storage system including the energy management system
KR101116483B1 (ko) * 2009-12-04 2012-02-27 삼성에스디아이 주식회사 에너지 저장 시스템
US20110137481A1 (en) * 2009-12-23 2011-06-09 General Electric Company System and metehod for providing power grid energy from a battery
US8624561B1 (en) * 2009-12-29 2014-01-07 Solarbridge Technologies, Inc. Power conversion having energy storage with dynamic reference
US20120326649A1 (en) * 2010-03-15 2012-12-27 Solar Semiconductor, Inc. Systems and Methods for Operating a Solar Direct Pump
DE102010028149B4 (de) * 2010-04-23 2015-02-19 Puls Gmbh Redundanzmodul mit Selbstversorgung des aktiven Entkoppelbauelements aus einer in weitem Bereich variablen und auch niedrigen Eingangsspannung
WO2011134058A1 (en) * 2010-04-26 2011-11-03 Queen's University At Kingston Maximum power point tracking for a power generator
RU2610466C2 (ru) * 2011-08-22 2017-02-13 ЭнСинк, Инк. Электрод для использования в батарее с проточным электролитом и блок элементов для батареи с проточным электролитом.

Also Published As

Publication number Publication date
EP2774014A4 (en) 2015-08-26
KR20140085555A (ko) 2014-07-07
CN104040859A (zh) 2014-09-10
EP2774254A1 (en) 2014-09-10
ZA201403840B (en) 2015-12-23
AU2012332123A1 (en) 2014-05-22
EP2774254A4 (en) 2015-08-26
HK1197113A1 (en) 2015-01-02
ZA201403841B (en) 2015-11-25
MX2014005360A (es) 2015-08-06
BR112014010500A2 (pt) 2017-04-25
MX338549B (es) 2016-04-21
MX2014005359A (es) 2015-08-06
RU2014118749A (ru) 2015-12-10
US20130113452A1 (en) 2013-05-09
US20130114312A1 (en) 2013-05-09
US8958218B2 (en) 2015-02-17
AU2012332081A1 (en) 2014-05-22
CA2854479A1 (en) 2013-05-10
WO2013067476A1 (en) 2013-05-10
WO2013067516A1 (en) 2013-05-10
JP2014533088A (ja) 2014-12-08
CN104024968B (zh) 2016-08-24
AU2012332123B2 (en) 2016-10-20
CA2854464A1 (en) 2013-05-10
US9024594B2 (en) 2015-05-05
CN104024968A (zh) 2014-09-03
HK1197105A1 (en) 2015-01-02
RU2014118751A (ru) 2015-12-10
EP2774014A1 (en) 2014-09-10
JP2015502126A (ja) 2015-01-19
BR112014010511A2 (pt) 2017-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20140085554A (ko) 재생 가능한 에너지원들을 위한 전력 컨버전 시스템 및 방법
US8830705B2 (en) System and method for low speed control of polyphase AC machine
US8144490B2 (en) Operation of a three level converter
US9859814B2 (en) Method and apparatus for independent control of multiple power converter sources
US8184460B2 (en) Solar inverter and control method
US9583946B2 (en) Method and apparatus for power converter input voltage regulation
US9325273B2 (en) Method and system for driving electric machines
KR20160047131A (ko) 발전 시스템의 ３상 인버터 및 전력변환장치
Sathiyanathan et al. Multi‐mode power converter topology for renewable energy integration with smart grid
AU2012358950B9 (en) System and method for low speed control of polyphase AC machine
KR20130052364A (ko) 전력변환장치
Babu Push-Pull Converter Fed Three-Phase Inverter for Residential and Motor Load

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid