KR20140085555A - 재생 가능한 에너지원들을 위한 전력 컨버전 시스템 및 방법 - Google Patents

재생 가능한 에너지원들을 위한 전력 컨버전 시스템 및 방법 Download PDF

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제프리 에이. 리차드
네이슨 조브
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지비비 에너지 코퍼레이션
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Abstract

대체 에너지원과 함께 사용하기 위한 에너지 컨버전 시스템이 개시된다. 대체 에너지원은 AC 또는 DC 전압 중 어느 하나를 생성할 수 있다. 제1 전력 컨버터는 소스 및 DC 버스 간에 연결되고, 제2 전력 컨버터는 DC 버스 및 그리드(gird) 또는 또 다른 부하 간에 연결된다. 제1 전력 컨버터는 낮은 에너지 생성의 주기들 동안 동작하도록 구성된다. 캡처된 에너지는 전기적 저장 매체 내에 저장될 것이다. 에너지가 충분하게 저장될 때, 이러한 에너지는 그 다음으로 제2 전력 컨버터를 통해 그리드 또는 부하로 전송된다. 제2 전력 컨버터는 저 전력 생성의 주기들 동안 단속적으로(intermittently) 동작하도록 구성되고, 충분한 에너지가 저장될 때 DC 버스로부터의 에너지를 전송하고 저장된 에너지가 제2 전력 컨버터가 더 이상 효율적으로 동작할 수 없는 점으로 떨어질 때 턴 오프(turning off)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, 저 전력 생성 레벨들에서 생성되는 에너지를 캡처하고 낮은 전력 생성 레벨들에서 효율적으로 동작하는 것이 가능한 컨버터를 제공하는 것이 바람직하다.
여기에 개시된 대상 발명은 대체 에너지원과 함께 사용하기 위한 에너지 컨버전 시스템을 개시한다. 에너지원은 AC(풍력 터빈) 또는 DC(태양) 에너지원일 수 있다. 에너지원에 연결된 컨버터는 낮은 에너지 생성의 주기들 동안 동작하도록 구성된다. 캡처된 에너지는 울트라-캐패시터(ultra-capacitor) 또는 배터리와 같은 전기적 저장(storage) 매체 내에 저장될 것이다. 충분한 에너지가 저장될 때, 이러한 에너지는 그 다음으로 제2 전력 컨버터를 통해 그리드 또는 전기 부하로 전송된다. 제2 전력 컨버터는 일반적으로(normally) 낮은 에너지 생성의 주기들 동안 재생 가능한 에너지원으로부터 생성된 전력보다 더 큰 동작 전력 손실을 갖지만, 에너지를 저장하고, 저장된 에너지를 단속적인(intermittent) 모드에서 사용함으로써 제2 컨버터는 효율적인 동작점에서 동작될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전력 컨버전 시스템은 입력부 및 출력부를 갖는 제1 전력 컨버터 및 입력부 및 출력부를 갖는 제2 전력 컨버터를 포함한다. 상기 제1 전력 컨버터는 상기 입력부에서 제1 형태의 전기 에너지를 수신하고 상기 출력부에서 사전 정의된 크기로 DC 전압을 제공하도록 구성되고, 상기 제2 전력 컨버터는 상기 입력부에서 상기 사전 정의된 크기의 상기 DC 전압을 수신하고 상기 출력부에서 AC 전압을 제공하도록 구성된다. DC 버스는 상기 제1 전력 컨버터의 출력부 및 상기 제2 전력 컨버터의 입력부를 연결하고 상기 사전 정의된 크기로 상기 DC 전압을 컨덕트하도록 구성된다. 에너지 저장 디바이스(energy storage device)는 상기 DC 버스에 동작적으로 연결된다. 상기 제2 전력 컨버터는 제1 임계값 - 상기 제2 컨버터는 상기 제1 임계값 미만에서 상기 DC 전압을 상기 AC 전압으로 컨버팅하는 것을 중지함 - 및 제2 임계값 - 상기 제2 컨버터는 상기 제2 임계값을 초과하면 상기 DC 전압을 상기 AC 전압으로 컨버팅하는 것을 시작함 -을 갖는다. 상기 제1 전력 컨버터는 상기 입력부에서의 상기 전기 에너지를 상기 제2 전력 컨버터의 상기 제1 임계값 미만의 상기 DC 전압으로 컨버트하도록 구성되고, 상기 에너지 저장 디바이스는 상기 제1 전력 컨버터가 동작하고 상기 제2 전력 컨버터가 동작하지 않을 때 전기 에너지를 저장하도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, DC-투-DC(DC-to-DC) 컨버터는 상기 DC 버스 및 상기 에너지 저장 디바이스 간에 동작적으로 연결될 수 있다. 상기 에너지 저장 디바이스는 울트라-캐패시터 또는 배터리일 수 있다. 센서는 상기 에너지 저장 디바이스 상에 존재하는 전압의 진폭 또는 충전의 상태(state of charge)에 대응하는 피드백 신호를 생성한다. 상기 제2 전력 컨버터는 상기 피드백 신호를 수신하고 상기 제2 전력 컨버터의 동작을 제어하기 위해 상기 피드백 신호를 상기 제2 임계값과 비교한다.
본 발명의 상이한 또 다른(still another) 측면에 따르면, 상기 제1 전력 컨버터는 복수의 제어 신호들에 따라 상기 입력부를 상기 출력부에 선택적으로 연결하는 복수의 스위치들을 포함한다. 각 제어 신호는 상기 복수의 스위치들 중 하나에 대응하고, 각 스위치는 상기 입력부를 상기 출력부를 선택적으로 연결하는 것과 연관된 스위칭 손실을 갖는다. 컨트롤러는 상기 입력부에서의 상기 전기 에너지를 제1 모드 및 제2 모드에서 상기 DC 전압으로 컨버트하기 위한 상기 제어 신호들을 생성한다. 상기 컨트롤러는 제3 임계값을 초과하는 상기 제1 모드에서 동작하고, 상기 제3 임계값은 상기 제1 모드에서 상기 스위치들에 의해 생성되는 스위칭 손실들 이상이고, 상기 컨트롤러는 상기 제3 임계값 미만에서 상기 제2 모드에서 동작한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 제1 전력 컨버터 및 제2 전력 컨버터를 사용하여 재생 가능한 에너지원으로부터 전기 부하로의 전력 전송을 제어하는 방법이 개시된다. 상기 제1 및 제2 전력 컨버터들은 DC 버스를 통해 연결되고, 상기 재생 가능한 에너지원은 가변하는 전력 생성 능력을 갖는다. 상기 방법은 상기 재생 가능한 에너지원에 의해 생성된 에너지를 상기 DC 버스로 전송하기 위해 상기 제1 전력 컨버터 상의 제어 모듈을 실행하는 단계, 상기 DC 버스로부터의 상기 에너지의 적어도 일부를 에너지 저장 디바이스 내에 저장하는 단계, 상기 에너지 저장 디바이스 내에 저장된 상기 에너지를 측정하는 단계, 상기 DC 버스로부터의 에너지를 전기 부하 및 에너지 그리드(energy grid) 중 하나로 전송하기 위해 상기 제2 전력 컨버터 상의 제어 모듈을 실행하는 단계 및 상기 DC 버스로부터의 에너지 전송률(rate of energy transfer)을 측정하는 단계를 포함한다. 상기 DC 버스로부터의 에너지를 전기 부하 및 에너지 그리드(energy grid) 중 하나로 전송하기 위해 상기 제2 전력 컨버터 상의 제어 모듈을 실행하는 단계는 상기 DC 버스로부터의 상기 에너지 전송률이 제1 임계값 미만으로 떨어질 때 불능화되고(disabled) 상기 에너지 저장 디바이스 내에 저장된 상기 에너지가 제2 임계값을 초과할 때 가용화된다(enabled).
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 DC 버스로부터의 상기 에너지의 적어도 일부를 상기 에너지 저장 디바이스 내에 저장하는 단계는 상기 DC 버스 상에 존재하는 전압의 진폭을 측정하는 단계, 및 상기 DC 버스 상에 존재하는 상기 전압의 진폭의 함수로서 상기 DC 버스 및 상기 에너지 저장 디바이스 간의 에너지 전송을 위해 상기 DC 버스 및 상기 에너지 저장 디바이스 간에 연결된 제3 전력 컨버터 상의 제어 모듈을 실행하는 단계를 더 포함한다. 상기 재생 가능한 에너지원에 의해 생성된 에너지를 상기 DC 버스로 전송하기 위해 상기 제1 전력 컨버터 상의 제어 모듈을 실행하는 단계는 상기 재생 가능한 에너지원으로부터 상기 DC 버스로의 에너지 전송률이 제3 임계값 미만으로 떨어질 때 불능화될 수 있고, 상기 제3 임계값은 상기 제1 임계값 미만이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 전력 컨버전 시스템은 입력부 및 출력부를 갖는 제1 전력 컨버터 및 입력부 및 출력부를 갖는 제2 전력 컨버터를 포함한다. 상기 제1 전력 컨버터는 상기 입력부에서 제1 형태의 전기 에너지를 수신하고 상기 출력부에서 사전 정의된 크기로 DC 전압을 제공하도록 구성되고, 상기 제2 전력 컨버터는 상기 입력부에서 상기 사전 정의된 크기의 상기 DC 전압을 수신하고 상기 출력부에서 AC 전압을 제공하도록 구성된다. DC 버스는 상기 제1 전력 컨버터의 출력부 및 상기 제2 전력 컨버터의 입력부를 연결하고 상기 사전 정의된 크기로 상기 DC 전압을 컨덕트하도록 구성된다. 상기 전력 컨버전 시스템은 또한 입력부 및 출력부를 갖는 제3 전력 컨버터를 포함한다. 상기 입력부는 상기 DC 버스에 연결되고 상기 제3 전력 컨버터는 상기 입력부에서의 상기 DC 전압을 상기 출력부에서 제2 DC 전압으로 컨버트하도록 구성되고 상기 입력부 및 상기 출력부 간에 양방향의(bidirectional) 전력 전송을 위해 더 구성된다. 에너지 저장 디바이스는 상기 제3 전력 컨버터의 출력부에 동작적으로 연결되고, 센서는 상기 에너지 저장 디바이스 내에 존재하는 에너지의 크기에 대응하는 신호를 생성한다. 상기 제2 전력 컨버터는 상기 제2 전력 컨버터 내의 전력 전송률이 제1 임계값 미만으로 떨어질 때 상기 DC 전압을 상기 AC 전압으로 컨버팅하는 것을 중지하고 상기 에너지 저장 디바이스 내에 존재하는 상기 에너지의 크기에 대응하는 상기 신호가 제2 임계값 이상일 때 상기 DC 전압을 상기 AC 전압으로 컨버팅하는 것을 시작한다. 상기 제1 전력 컨버터 내의 전력 전송률이 제3 임계값 미만으로 떨어질 때 상기 제1 전력 컨버터는 상기 입력부에서의 상기 전기 에너지를 상기 DC 전압으로 컨버팅하는 것을 중지하고, 상기 제3 임계값은 상기 제1 임계값 미만이고, 상기 에너지 저장 디바이스는 상기 제1 전력 컨버터가 동작하고 상기 제2 전력 컨버터가 동작하지 않을 때 전기 에너지를 저장하도록 구성된다.
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 전력 컨버전 시스템의 블록도 표현을 나타낸다.
도 2는 에너지 저장 디바이스로서 DC-투-DC 컨버터 및 배터리를 포함하는 도 1의 전력 컨버전 시스템의 블록도 표현을 나타낸다.
도 3은 솔라 어레이(solar array)와 같은 DC 소스에 연결된 도 1의 컨버터의 도식적인 표현을 나타낸다.
도 4는 풍력 터빈과 같은 AC 소스에 연결된 도 1의 컨버터의 도식적인 표현을 나타낸다.
도 5는 도 1의 컨버터의 일 변조 주기 동안 전류의 그래프의 표현을 나타낸다.
도 6은 가변하는 변조 주기의 그래프의 표현을 나타낸다.
도 7은 도 1의 전력 컨버전 시스템의 인버터의 도식적인 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, 전력 컨버전 시스템은 에너지원(6)으로부터 전력을 수신한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 에너지원(6)은 광전력(PhotoVoltaic; PV) 어레이 또는 풍력 터빈과 같은, 대체 에너지원이다. 에너지원(6)은 제1 전력 컨버터(10)에 전기적으로 연결된다. 제1 전력 컨버터(10)는 대체 에너지원(6)에 의해 생성된 에너지를 소기의 크기의 DC 전압(VDC)으로 컨버트하도록 구성된다. DC 전압(VDC)는 양극 레일(14) 및 음극 레일(16)을 갖는 DC 버스(12)로 제공된다. 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. 에너지 저장 디바이스(18)는 DC 버스(12)에 연결되고 DC 버스(12)로부터 전력을 획득(draw)하고 DC 버스(12)로 전력을 리턴(return)하도록 구성된다. 제2 전력 컨턱터(60)는 DC 버스(12) 및 부하(4) 간에 연결된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 전력 컨버터(60)는 DC 버스(12) 상에 존재하는 DC 전압(VDC)을 3-상 AC 전압으로 컨버트하도록 구성된 인버터이다. 선택에 따라, 제2 전력 컨버터(60)는 DC 버스(12) 상에 존재하는 DC 전압(VDC)을 부하(4)의 요구 사항들에 따라 다른 적절한 형태들의 전기 전력으로 컨버트할 수 있다.
도 2를 또한 참조하여, 전력 컨버전 시스템은 에너지 저장 디바이스(18)를 구성하는 DC-투-DC 컨버터(17) 및 배터리(19)를 포함할 수 있다. 배터리(19)는 해당 기술 분야에서 이해되는 것처럼 직렬 및/또는 병렬로 연결된 하나 이상의 배터리들일 수 있다. 각 배터리는 납축 배터리(lead-acid battery), 리튬-이온 배터리(lithium-ion battery), 아연-브로마이드 배터리(zinc-bromide battery), 또는 흐름 배터리(flow battery)일 수 있지만, 여기에 제한되지 않는다. DC-투-DC 컨버터(17)는 DC 버스(12) 및 배터리(19) 간의 양방향의(bidirectional) 에너지 전송을 관리하도록 구성되고 DC 버스(12) 상에 존재하는 DC 전압(VDC)의 진폭을 배터리(19)에 의해 요구되는 적절한 진폭으로 컨버트하도록 더 구성된다.
다음으로 도 3으로 돌아와서, 본 발명의 일 실시예를 포함하는 예시적인 컨버터(10)가 도시된다. 컨버터(10)는 에너지원(6)으로부터 입력 전압을 수신하도록 구성된 3개의 입력 단자들(T1 내지 T3)을 포함한다. 도시된 실시예에 따르면, 에너지원(6)은 PV 어레이이다. 3개의 입력들이 이러한 구성을 위해 사용되지만, 하나 이상의 입력들은 유사한 결과를 또한 제공할 것이다. 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. 입력 필터(28)는 단자들(T1 내지 T3)의 각각과 직렬로 연결된 인덕턴스를 제공한다.
도 4를 또한 참조하여, 컨버터(10)의 입력 단자들(T1 내지 T3)은 AC 소스에 연결될 수 있다. 도시된 실시예에 따르면, 에너지원(6)은 풍력 터빈이다. 풍력 터빈은 3-상 AC 전압(V1 내지 V3)을 생성한다. 상들(V1 내지 V3)의 각각은 컨버터(10)의 입력 단자들(T1 내지 T3) 중 하나에 연결된다. 선택에 따라, 에너지원(6)은, 컨버터(10)에게 단일 또는 다상(multi-phase) 중 하나의 전압을 제공하는, 다른 AC 생성 디바이스들일 수 있다.
컨버터(10)는 에너지원(6)으로부터의 입력 전압을 스위칭 디바이스들(20)을 사용하여 DC 버스(12) 상에 존재하는 소기의 DC 전압(Vdc)로 컨버트한다. DC 버스(120)는 출력들(+Vdc 및 -Vdc)에서 가용하게 되는 양극 레일(14) 및 음극 레일(16)을 포함한다. 스위칭 디바이스들(20)은 대체로 솔리드-스테이트 전력 디바이스들이다. 도 3 및 4는 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 게이트 신호(24)에 의해 제어된다. 게이트 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 게이트 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 내지T3)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.
다음으로 도 7을 참조하여, 제2 전력 컨버터(60)는 DC 전압(Vdc)을 인버터(60)의 출력부(62)에서의 AC 전압으로 컨버트하도록 구성된 인버터(60)로서 배열된다. 컨버전은 양극 레일(14) 또는 음극 레일(16) 중 어느 하나를 출력 전압의 상들 중 하나에 선택적으로 연결하는 스위칭 디바이스들(70)을 사용하여 수행된다. 스위칭 디바이스들(70)은 대체로 솔리드-스테이트 전력 디바이스들이다. 도 7은 바이폴라 접합 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor; BJT)들로서의 스위칭 디바이스들(70)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(72)는 스위칭 디바이스(70)가 턴 오프될 때 요구되는 것처럼 스위칭 디바이스에 걸리는 역방향 컨덕션을 위해 스위칭 디바이스들(20)의 각각에 병렬로 연결된다. 이러한 다이오드(72)는 또한 반도체 스위치의 일부일 수 있다. 각 스위치 디바이스(70)는 게이트 신호(74)에 의해 제어된다. 게이트 신호(74)는 스위칭 디바이스(70)를 통한 컨덕션을 선택적으로 허용하는 것을 가용 또는 불용하게 한다.
컨트롤러(90)는 제어 신호들(74)을 생성하기 위해 일련의 저장된 인스트럭션들을 실행한다. 컨트롤러(90)는 인버터(60)의 전체에 걸친 다양한 점(point)들에서 전압 및/또는 전류의 진폭(amplitude)에 대응하는 센서들로부터 피드백 신호들을 수신한다. 위치들은 컨트롤러(90) 내에서 실행되는 특정한 제어 루틴(routine)들에 의존한다. 예컨대, 출력 센서들(76a 내지 76c)은 출력부(62)의 각 상에서 존재하는 전압의 진폭을 제공할 수 있다. 선택에 따라, 입력 센서(76a 내지 76c)는 출력부(62)의 각 상에서 존재하는 전류의 진폭을 제공하기 위해 동작적으로 연결될 수 있다. 유사하게, 전류 및/또는 전압 센서(78 및 80)은 DC 버스(12)의 양극 레일(14) 및 음극 레일(16)에 각각 동작적으로 연결될 수 있다. 컨트롤러(90)는 저장된 인스트럭션들을 가져오기(retrieve) 위해 메모리 디바이스(92)와 인터페이스로 연결되고 외부의 디바이스들과 통신하기 위해 통신 포트(94)와 인터페이스로 연결될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 컨버터(10) 및 제2 컨버터(60)는 각각의 전력 컨버터의 동작을 제어하도록 구성된 분리된 컨트롤러들(40, 90) 및 메모리 디바이스들(42, 92)을 갖는 분리된 모듈들이다. 선택에 따라, 단일한 컨트롤러 및 메모리 디바이스는 양(both) 전력 컨버터들의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다.
동작 내에서, 전력 컨버전 시스템은 소스(source)(6)에 의해 생성된 전력을 부하(4)로 전송하기 위해 동작한다. 제1 전력 컨버터(10)는 소스(6)로부터의 전력을 DC 버스(12)로 전송하도록 구성되고 제2 전력 컨버터는 DC 버스(12)로부터의 전력을 부하(4)로 전송하도록 구성된다. 각 전력 컨버터(10, 60)의 컨트롤러(40, 90)는 소기의 형태의 전력 컨버전에 따라 DC 버스(12) 및 입력 단자들(T1 내지 T3) 또는 출력부(62) 중 어느 하나 간에 스위치들(20, 70)을 선택적으로 연결하기 위한 스위칭 신호들(24, 74)을 생성하는 하나 이상의 제어 모듈들을 실행한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 전력 컨버터(60)의 출력부(62)는 AC 출력 전압을 생성하도록 구성된다. 결과적으로, DC 버스(12) 상에 존재하는 DC 전압(VDC)은 전력망에 동기화된 AC 전압으로 컨버전되어야 한다. DC 전압을 AC 전압으로 컨버트하기 위해, 컨트롤러(90)는 변조 루틴을 실행한다. 변조 루틴은 또한 스위칭 주기(T)로서 알려진, 주기적인 간격에서 실행한다. 스위칭 주기 동안, 변조 루틴은 또한 듀티 사이클(D)로서 알려진, 스위칭 주기의 일부 동안 스위치(70)를 가용하게 하는 스위칭 신호(74)를 생성한다. 따라서, 출력부에서의 전압은 주기(T)의 일부 동안 DC 버스 상에 존재하는 전압(VDC)과 동등하고 주기(T)의 일부 동안 0볼트와 동등하다. 이러한 주기에 대한 전압의 평균값은 DC 버스에 존재하는 전압(VDC)의 함수 및 듀티 사이클(D)의 함수로서 결정된다. 변조 루틴은 전압의 평균값이 사인 곡선(sinusoidal)의 방식으로 변하고, 기본 고조파 성분(fundamental harmonic component)이 소기의 AC 출력 전압인 근사된 AC 전압을 결과적으로 낳도록, 듀티 사이클(D)를 제어한다. 나머지 고조파 성분들은 전력 컨버터 내에 에너지 손실들을 결과적으로 낳는 출력 전압 및/또는 전류 상에 약간의 리플을 생성할 수 있다. 스위칭 주기가 감소할 때(즉, 스위칭 주파수가 증가할 때), 근사된 AC 전압은 실제의 사인 곡선의 전압 파형을 더 가깝게 닮고, 이로 인해 출력 전압 내의 고조파 손실들/왜곡이 감소한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 대체 전력 소스(6)로부터의 전력을 전력망으로 전송하는 것이 바람직할 수 있다. 제2 전력 컨버터(60)의 출력부(62)는, 따라서, 전력망에 연결된다. 산업 표준들에 따라, 전력망에 연결된 전력 컨버터(60)는 낮은 총 고조파 왜곡을 유지해야 한다. 결과적으로, 제2 전력 컨버터(60)의 스위칭 주파수는 상기 기준들을 충족하기 위해 충분히 높게 유지되어야 한다. 그러나, 스위칭 주파수의 증가는 스위치들(70)이 턴 온 및 오프되는 빈도(rate)를 증가시키고, 이로 인해 컨버터(60) 내의 스위칭 손실들이 증가한다. 각 스위치(70)는 온 및 오프 상태들 간을 천이할 때 특징적인(characteristic) 전력 손실, 또는 비효율을 갖고, 이는 또한 스위칭 손실들로 알려진다. 스위칭 주파수가 증가할 때, 스위치들(70)과 연관된 스위칭 손실들은 유사하게 증가한다. 전력 컨버터(60)는 전송되는 전력이 특정한 레벨 미만으로 떨어질 때 동작을 중단(discontinue)하도록 구성된다. 예컨대, DC 버스(12)로부터 그리드(grid)로 최대 100킬로와트의 전력을 전송할 수 있는 예시적인 컨버터(60)는 약 4분의 1의 전력(즉, 25킬로와트)으로부터 풀 전력(즉, 100킬로와트)까지 96%의 효율로 동작할 수 있다. 그러나, 컨버터(60)가 약 10킬로와트 또는, 컨버터(60)의 용량의 10%를 전송하기 위해 요구될 때, 동작 효율은 약 90%로 떨어진다. 따라서, 컨버터(60)의 동작 범위는 컨버터(60)의 정격 용량의 10% 및 100% 사이에 있다. 컨버터(60)의 동작을 중단하기 위한 임계치는, 따라서 정격 용량의 10%로 설정되고, 이는 스위칭 손실들이 전송되는 전력의 레벨과 동등하거나 거의 동등한 동작점에 대응한다.
고조파 왜곡을 소기의 레벨 미만으로 유지하도록 구성되기 보다, 제1 전력 컨버터(10)는 대체 전력 소스(6)에 의해 생성된 최대 총 에너지를 DC 버스(12)로 전송하도록 구성된다. 제1 전력 컨버터(10)의 스위치들(20)은 또한 스위칭 손실들을 갖지만, 제1 전력 컨버터(10)는 제2 전력 컨버터(60)만큼 높은 스위칭 주파수에서 동작할 필요가 없을 수 있고 이로 인해 제1 전력 컨버터(10)와 연관된 스위칭 손실들이 감소한다. 제1 전력 컨버터(10)는 복수의 모드들에서 동작하도록 구성될 수 있음이 더 고려된다. 예컨대, 높은 전력 전송의 주기들 동안, 더 높은 스위칭 주파수에서 동작하는 것이 더 효율적일 수 있고, 낮은 전력 전송 주기들 동안, 더 낮은 스위칭 주파수에서 동작하는 것이 더 효율적일 수 있다. 제1 전력 컨버터(10)는, 따라서, 전력 전송의 레벨의 함수로서 제1 전력 컨버터(10)가 동작하는 스위칭 주파수를 변화시키도록 구성될 수 있다. 제1 전력 컨버터(10)는 대체 에너지원(6)에 의해 생성되는 DC 버스(12)로 전송되는 전력의 퍼센테이지를 증가시키기 위해 또 다른 모드들에서 동작할 수 있음이 고려된다. 예시적인 제1 전력 컨버터(10)는, 예컨대, 최대 100킬로와트의 전력을 소스(6)로부터 DC 버스(12)로 전송하기 위한 예시적인 제2 전력 컨버터(60)와 유사하게 평가될 수 있다. 그러나, 상이한 동작 모드들에 의해, 제1 전력 컨버터(10)는 제1 전력 컨버터(10)의 정격 용량의 약 1% 및 100% 사이의 동작 범위를 갖도록 구성될 수 있다. 따라서, 제1 전력 컨버터(10)는 제2 전력 컨버터(60)가 효율적으로 동작할 수 없는 저 전력 생성의 주기들 동안 소스(6)로부터 생성된 에너지를 DC 버스(12)로 전송할 수 있다.
다음으로 도 5를 참조하여, 대응하는 스위칭 디바이스(20)를 제어하는 스위칭 신호들(24) 중 하나의 함수로서 제1 전력 컨버터(10)에 대한 펄스 폭 변조의 일 스위칭 주기(T)에 걸쳐 PV 어레이로부터 얻어진 전류(Ipv)가 도시된다. 스위칭 신호(24)는 총 주기(T)의 퍼센테이지 동안 온(on)되고 주기(T)의 나머지 동안 오프(off)되고, 스위칭 신호(24)가 온되는 스위칭 주기(T)의 퍼센테이지는 듀티 사이클(D)로서 참조되고, 또는 온 시간(ton)으로서 참조된다. 스위칭 신호(24)가 턴 온 및 오프될 때, 대응하는 스위치(20)는 교대로 전류를 컨덕트 및 차단한다. 컨트롤러(40)는 대체 에너지원(6)에 의해 생성된 에너지의 함수로서 튜티 사이클(D)를 변화시킨다. 예컨대, 대체 에너지원(6)에 의해 생성된 총 에너지가 감소할 때, 에너지를 DC 버스(12)로 전송하기 위해 더 적은 온 시간이 요구되기 때문에 듀티 사이클(D)은 줄어들 수 있다. 온 시간(ton)은 온 시간(ton)이 스위치(20)의 스위칭 손실들이 스위치(20)가 턴 온함에 의해 전송되는 전력을 초과하는 최소 값에 도달할 때까지 계속해서 감소될 수 있다.
다음으로 도 6을 참조하여, 제1 전력 컨버터(10)가 낮은 에너지 생성의 주기들 동안 전력 전송을 최대화하도록 구성되는 동작 모드를 더 포함할 수 있음이 고려된다. 최소 온 시간(ton) 동안 컨덕팅하는 스위치(20)를 결과적으로 낳는 레벨 미만으로 대체 에너지원(6)이 에너지를 생성할 때 전력을 전송하기 위해 제1 전력 컨버터(10)를 계속하여 동작시키기 위하여, 컨버터(10)는 펄스 폭 변조의 주기(T)를 변화시키는 것을 시작한다. 예컨대, 도 6a는 컨버터가 자신의 최소 듀티 사이클(D)에 도달한 점을 나타낼 수 있다. 주기(T1)는 예컨대, 10kHz의 스위칭 주파수에 대응하는 100μsec일 수 있는, 일반적인 동작 주기와 동등하다. 대체 에너지원(6)에 의해 생성된 에너지가 더 감소할 때, 변조 주기는, 예컨대, T2 및 그 후에는 T3로, 연장될 수 있다. 변조 주기는 50Hz의 스위칭 주파수에 대응하는, 적어도 20msec까지 증가될 수 있음이 고려된다. 따라서, 생성된 에너지가 감소될 때, 컨버터(10)는 DC 버스(12)로 전송되는 에너지의 총량을 증가시키기 위한 더 넓은 동작 범위에 걸쳐 동작을 계속할 수 있다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 낮은 전력 생성 동안의 동작의 또 다른 방법들이 활용될 수 있음이 고려된다.
그러나, 제1 전력 컨버터(10)의 동작 범위가 연장되는 반면, 제2 전력 컨버터(60)의 동작 범위는 총 고조파 왜곡 상의 요구된 한계들을 충족하기 위해 연장되지 않을 수 있다. 결과적으로, 에너지 저장 디바이스는 제1 전력 컨버터(10)가 동작하고 제2 전력 컨버터(60)가 불용한 동안 DC 버스(12)에 전송되는 에너지를 저장하기 위해 사용된다. 에너지 저장 디바이스(18) 내에 저장된 에너지의 레벨은, 예컨대, 에너지 저장 디바이스(18) 상에 존재하는 전압 레벨에 대응하는 신호를 생성하는 전압 센서에 의해 측정된다. 저장 디바이스(18) 내에 저장된 에너지가 적절한 레벨에 도달할 때, 제2 전력 컨버터(60)는 저장된 에너지를 부하(4)로 전송하기 위해 가용화 된다. 에너지원(6)이 제2 전력 컨버터(60)가 에너지를 부하(4)로 전송하는 속도(rate)보다 더 낮은 속도로 에너지를 계속해서 생성하면, 에너지 저장 디바이스(18) 내에 저장된 에너지는 제2 전력 컨버터(60)가 동작하기 위해 충분한 에너지의 레벨이 DC 버스(12) 상에 존재하도록 DC 버스(12) 상으로 다시 전송(transferred back)된다. 제2 전력 컨버터(60)는 에너지 저장 디바이스(18)가 고갈되고(depleted) 더 이상 소스(6)에 의해 생성된 에너지를 보충할 수 없을 때까지 동작을 계속할 수 있다. 이러한 점에서, DC 버스(12)로부터 부하(4)로의 에너지 전송률은 제2 전력 컨버터(60)가 동작하도록 구성되고 최종적으로 불용화되는 최소 레벨에 제2 전력 컨버터(60)가 도달할 때까지 감소한다.
결과적으로, 에너지원(6)의 낮은 전력 생성의 주기들 동안, 제2 전력 컨버터(60)는 불용화될 수 있고 저장 디바이스(18)는 DC 버스(12)로부터의 전력을 저장 디바이스(18)로 끌어내기(draw) 위해 동작한다. 저장 디바이스(18)가 제2 전력 컨버터(60)가 소기의 레벨의 효율에서 동작할 수 있도록 충분한 레벨의 에너지를 저장한 때, 제2 전력 컨버터(60)는 가용화된다. 따라서, 에너지원(6)의 낮은 전력 생성의 주기들 동안, 전력 컨버전 시스템은 계속적으로 에너지원(6)에 의해 생성된 전력을 캡처하고 전력을 버스트로(in busts) 전기 부하(4)로 전달한다.
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 (12)

  1. 입력부 및 출력부를 갖는 제1 전력 컨버터 - 상기 제1 전력 컨버터는 상기 입력부에서 제1 형태의 전기 에너지를 수신하고 상기 출력부에서 사전 정의된 크기로 DC 전압을 제공하도록 구성됨 -;
    입력부 및 출력부를 갖는 제2 전력 컨버터 - 상기 제2 전력 컨버터는 상기 입력부에서 상기 사전 정의된 크기의 상기 DC 전압을 수신하고 상기 출력부에서 AC 전압을 제공하도록 구성됨 -;
    상기 제1 전력 컨버터의 출력부 및 상기 제2 전력 컨버터의 입력부 간에 연결된 DC 버스 - 상기 DC 버스는 상기 사전 정의된 크기로 상기 DC 전압을 컨덕트하도록 구성됨 -; 및
    상기 DC 버스에 동작적으로 연결된 에너지 저장 디바이스(energy storage device)
    를 포함하고,
    상기 제2 전력 컨버터는 제1 임계값 - 상기 제2 컨버터는 상기 제1 임계값 미만에서 상기 DC 전압을 상기 AC 전압으로 컨버팅하는 것을 중지함 - 및 제2 임계값 - 상기 제2 컨버터는 상기 제2 임계값을 초과하면 상기 DC 전압을 상기 AC 전압으로 컨버팅하는 것을 시작함 -을 갖고,
    상기 제1 전력 컨버터는 상기 입력부에서의 상기 전기 에너지를 상기 제2 전력 컨버터의 상기 제1 임계값 미만의 상기 DC 전압으로 컨버트하도록 구성되고,
    상기 에너지 저장 디바이스는 상기 제1 전력 컨버터가 동작하고 상기 제2 전력 컨버터가 동작하지 않을 때 전기 에너지를 저장하도록 구성되는, 전력 컨버전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 DC 버스 및 상기 에너지 저장 디바이스 간에 동작적으로 연결된 DC-투-DC(DC-to- DC) 컨버터
    를 더 포함하는, 전력 컨버전 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 에너지 저장 디바이스는 울트라-캐패시터(ultra-capacitor)인, 전력 컨버전 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 에너지 저장 디바이스는 배터리인, 전력 컨버전 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 에너지 저장 디바이스 상에 존재하는 충전의 상태(state of charge)에 대응하는 피드백 신호를 생성하는 센서
    를 더 포함하고,
    상기 제2 전력 컨버터는 상기 피드백 신호를 수신하고 상기 제2 전력 컨버터의 동작을 제어하기 위해 상기 피드백 신호를 상기 제2 임계값과 비교하는, 전력 컨버전 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전력 컨버터는,
    복수의 제어 신호들에 따라 상기 입력부를 상기 출력부에 선택적으로 연결하는 복수의 스위치들 - 각 제어 신호는 상기 복수의 스위치들 중 하나에 대응함 -; 및
    상기 입력부에서의 상기 전기 에너지를 제1 모드 및 제2 모드에서 상기 DC 전압으로 컨버트하기 위한 상기 제어 신호들을 생성하는 컨트롤러
    를 포함하고,
    각 스위치는 상기 입력부를 상기 출력부를 선택적으로 연결하는 것과 연관된 스위칭 손실을 갖고,
    상기 컨트롤러는 제3 임계값을 초과하는 상기 제1 모드에서 동작하고, 상기 제3 임계값은 상기 제1 모드에서 상기 스위치들에 의해 생성되는 스위칭 손실들 이상이고,
    상기 컨트롤러는 상기 제3 임계값 미만에서 상기 제2 모드에서 동작하는, 전력 컨버전 시스템.
  7. 제1 전력 컨버터 및 제2 전력 컨버터를 사용하여 재생 가능한 에너지원으로부터 전기 부하로의 전력 전송을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전력 컨버터들은 DC 버스를 통해 연결되고 상기 재생 가능한 에너지원은 가변하는 전력 생성 능력을 갖고,
    상기 재생 가능한 에너지원에 의해 생성된 에너지를 상기 DC 버스로 전송하기 위해 상기 제1 전력 컨버터 상의 제어 모듈을 실행하는 단계;
    상기 DC 버스로부터의 상기 에너지의 적어도 일부를 에너지 저장 디바이스 내에 저장하는 단계;
    상기 에너지 저장 디바이스 내에 저장된 상기 에너지를 측정하는 단계;
    상기 DC 버스로부터의 에너지를 전기 부하 및 에너지 그리드(energy grid) 중 하나로 전송하기 위해 상기 제2 전력 컨버터 상의 제어 모듈을 실행하는 단계; 및
    상기 DC 버스로부터의 에너지 전송률(rate of energy transfer)을 측정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 DC 버스로부터의 에너지를 상기 전기 부하 및 상기 에너지 그리드(energy grid) 중 하나로 전송하기 위해 상기 제2 전력 컨버터 상의 제어 모듈을 실행하는 단계는 상기 DC 버스로부터의 상기 에너지 전송률이 제1 임계값 미만으로 떨어질 때 불능화되고(disabled),
    상기 DC 버스로부터의 에너지를 상기 전기 부하 및 상기 에너지 그리드(energy grid) 중 하나로 전송하기 위해 상기 제2 전력 컨버터 상의 제어 모듈을 실행하는 단계는 상기 에너지 저장 디바이스 내에 저장된 상기 에너지가 제2 임계값을 초과할 때 가용화되는(enabled), 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 DC 버스로부터의 상기 에너지의 적어도 일부를 상기 에너지 저장 디바이스 내에 저장하는 단계는,
    상기 DC 버스 상에 존재하는 전압의 진폭을 측정하는 단계; 및
    상기 DC 버스 상에 존재하는 상기 전압의 진폭의 함수로서 상기 DC 버스 및 상기 에너지 저장 디바이스 간의 에너지 전송을 위해 상기 DC 버스 및 상기 에너지 저장 디바이스 간에 연결된 제3 전력 컨버터 상의 제어 모듈을 실행하는 단계
    를 더 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 에너지 저장 디바이스는 울트라-캐패시터(ultra-capacitor)인, 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 에너지 저장 디바이스는 배터리인, 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 재생 가능한 에너지원에 의해 생성된 에너지를 상기 DC 버스로 전송하기 위해 상기 제1 전력 컨버터 상의 제어 모듈을 실행하는 단계는 상기 재생 가능한 에너지원으로부터 상기 DC 버스로의 에너지 전송률이 제3 임계값 미만으로 떨어질 때 불능화되고, 상기 제3 임계값은 상기 제1 임계값 미만인, 방법.
  12. 입력부 및 출력부를 갖는 제1 전력 컨버터 - 상기 제1 전력 컨버터는 상기 입력부에서 제1 형태의 전기 에너지를 수신하고 상기 출력부에서 사전 정의된 크기로 DC 전압을 제공하도록 구성됨 -;
    입력부 및 출력부를 갖는 제2 전력 컨버터 - 상기 제2 전력 컨버터는 상기 입력부에서 상기 사전 정의된 크기의 상기 DC 전압을 수신하고 상기 출력부에서 AC 전압을 제공하도록 구성됨 -;
    상기 제1 전력 컨버터의 출력부 및 상기 제2 전력 컨버터의 입력부 간에 연결된 DC 버스 - 상기 DC 버스는 상기 사전 정의된 크기로 상기 DC 전압을 컨덕트하도록 구성됨 -;
    입력부 및 출력부를 갖는 제3 전력 컨버터 - 상기 입력부는 상기 DC 버스에 연결되고 상기 제3 전력 컨버터는 상기 입력부에서의 상기 DC 전압을 상기 출력부에서 제2 DC 전압으로 컨버트하도록 구성되고 상기 입력부 및 상기 출력부 간에 양방향의(bidirectional) 전력 전송을 위해 더 구성됨 -;
    상기 제3 전력 컨버터의 출력부에 동작적으로 연결된 에너지 저장 디바이스; 및
    상기 에너지 저장 디바이스 내에 존재하는 에너지의 크기에 대응하는 신호를 생성하는 센서
    를 포함하고,
    상기 제2 전력 컨버터 내의 전력 전송률이 제1 임계값 미만으로 떨어질 때 상기 제2 전력 컨버터는 상기 DC 전압을 상기 AC 전압으로 컨버팅하는 것을 중지하고 상기 에너지 저장 디바이스 내에 존재하는 상기 에너지의 크기에 대응하는 상기 신호가 제2 임계값 이상일 때 상기 제2 전력 컨버터는 상기 DC 전압을 상기 AC 전압으로 컨버팅하는 것을 시작하고,
    상기 제1 전력 컨버터 내의 전력 전송률이 제3 임계값 미만으로 떨어질 때 상기 제1 전력 컨버터는 상기 입력부로부터의 상기 전기 에너지를 상기 DC 전압으로 컨버팅하는 것을 중지하고 상기 제3 임계값은 상기 제1 임계값 미만이고,
    상기 에너지 저장 디바이스는 상기 제1 전력 컨버터가 동작하고 상기 제2 전력 컨버터가 동작하지 않을 때 전기 에너지를 저장하도록 구성되는, 전력 컨버전 시스템.
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