KR20150070353A - 양방향 전원 시스템, 동작 방법, 및 동작 제어기 - Google Patents
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Abstract
양방향 전원 시스템(100)의 전원(102)은 에너지 저장 디바이스(134)를 포함한다. DC 전압의 전원과 AC 전압의 배전망(106) 및/또는 부하(198) 사이에서 전력이 전송될 수 있다. 제어 시스템(164)은 아일랜딩 조건이 있는지 모니터링하고, 정상 동작 동안, 에너지 저장 디바이스에 저장된 전력의 양을 유지하며 전력을 부하 및/또는 배전망에 제공한다. 아일랜딩 조건에 응답하여, 부하로의 전력이 에너지 저장 디바이스를 사용하여 유지될 수 있고, 전원 시스템이, 아일랜딩 검출기(199)에 응답하여 제어 시스템에 의해 제어되는 스위치(188)에 의해, 정지되고 그리고/또는 배전망으로부터 분리될 수 있다.
Description
본 개시 내용은 일반적으로 배전망(electrical distribution network)에 선택적으로 전기적으로 결합되는 전력 발생 및/또는 저장 디바이스를 포함하는 전원 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 개시 내용은 아일랜딩 조건(islanding condition) 또는 아일랜딩 이벤트(islanding event)에 대한 응답을 포함하는, 에너지 저장 디바이스를 가지는 양방향 전원 시스템(bidirectional power system)의 동작에 관한 것이다.
일부 공지된 전원 시스템, 특히 재생가능 자원을 이용하는 전력 발생 시스템에서, 전력 발생 유닛 및/또는 에너지 저장 디바이스는 전기 에너지를 제공하고 에너지를 전기 그리드(electrical grid), 부하, 및/또는 다른 목적지로 전송할 수 있다. 예를 들어, 태양광 전원 시스템은 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 하나 이상의 태양광 패널 어레이로 논리적으로 또는 물리적으로 그룹화되어 있는 복수의 광전지 패널(photovoltaic panel)[태양광 패널(solar panel)이라고도 함]을 포함할 수 있다. 그에 부가하여, 이러한 전원 시스템은 하나 이상의 풍력 터빈(wind turbine), 수력 발전 설비, 및/또는 기타 전력 발생 디바이스, 에너지 저장 디바이스, 및/또는 설비를 이용할 수 있다. 에너지 저장 디바이스를 포함하는 시스템의 경우에, 이용하는 통상의 유형의 에너지 저장 디바이스는 전원 시스템에서 에너지를 저장 및 공급할 수 있는 배터리 뱅크이다.
이러한 전력 발생 및/또는 저장 시스템은 전형적으로 DC(direct current) 전력을 생산 및/또는 제공하지만, 통상적인 목적지는 AC(alternating current)를 필요로 한다. 따라서, 전력 컨버터(power converter)가 생산된 DC 전기 에너지를 목적지(들)가 수신하기에 적당한 AC 전기 에너지로 변환하기 위해 통상적으로 전력 발생 디바이스와 전기 에너지의 목적지 사이에 배치된다. 그렇지만, 전원 시스템이 접속되어 있는 배전망이 그를 통해 전달되는 전력의 전압 및/또는 주파수의 바람직하지 않은 변동을 경험하는 경우, 전원 시스템의 하나 이상의 구성요소 및/또는 전원 시스템에 연결된 부하에 손상이 발생할 수 있다. 그에 부가하여, 배전망이 전원 시스템에 전력을 전달하는 것을 중단하는 경우, 부하에의 전력이 차단될 수 있고, 이는 바람직하지 않을 수 있다. 이들 및 부가의 조건 중 어느 하나가 아일랜딩 조건일 수 있고, 그에 응답하여 전원 시스템은 배전망으로부터 연결 해제될 수 있다.
본 명세서에 개시된 본 발명의 실시예는 적어도 하나의 에너지 저장 디바이스를 포함하는, 제1 DC(direct current) 전압의 DC 전력을 제공하도록 구성된 적어도 하나의 전원을 포함하는 양방향 전원 시스템의 형태를 취한다. 에너지 저장 디바이스(들)는 제1 DC 전압의 DC 전력을 선택적으로 제공하고 수신하도록 추가로 구성될 수 있다. 컨버터가 제1 DC 전압의 전원(들)과 제1 DC 전압보다 더 큰 제2 DC 전압의 버스 사이에서 전력을 변환하여 전송하기 위해 전원(들)에 결합될 수 있다. 인버터가 버스에 결합될 수 있고 제2 DC 전압의 버스와 제1 AC(alternating current) 전압의 배전망 또는 부하 중 적어도 하나 사이에서 전력을 변환하여 전송하도록 구성될 수 있다. 전원(들), 컨버터, 및 인버터에 결합된 제어 시스템은 전력을 부하에 제공하고 전원(들)으로부터 배전망으로 제1 방향으로 전력을 선택적으로 전송하도록 구성될 수 있다. 그에 부가하여, 제어 시스템은 적어도 하나의 에너지 저장 디바이스에 결정된 양의 저장된 전력을 유지하기 위해 배전망으로부터 적어도 하나의 에너지 저장 디바이스로 제2 방향으로 전력을 선택적으로 전송하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 또한 전원으로부터 이용가능한 전력의 양이 전원 시스템에 대한 수요를 초과한 것에 응답하여, 전원으로부터 배전망으로 제1 방향으로 전력을 제공하는 단계를 포함하는 방법의 형태를 취할 수 있다. 그에 부가하여, 전원의 적어도 하나의 에너지 저장 디바이스(들) 중 하나 이상에 적어도 결정된 양의 저장된 전력을 유지하기 위해 배전망으로부터 적어도 하나의 에너지 저장 디바이스로 제2 방향으로 전력이 제공될 수 있다. 게다가, 배전망 및/또는 전원 시스템이 그에 아일랜딩 조건이 있는지 모니터링될 수 있다.
다른 실시예는 전원(들)으로부터 이용가능한 전력의 양이 전원 시스템에 대한 수요와 거의 같은 것에 응답하여, 전원(들)으로부터 배전망으로 제1 방향으로 전력을 제공하도록 구성된 제어기를 포함할 수 있다. 전원(들)의 적어도 하나의 에너지 저장 디바이스에 적어도 결정된 양의 저장된 전력을 유지하기 위해, 전력이 또한 선택적으로 배전망으로부터 전원(들)으로 제2 방향으로 제공될 수 있다. 그에 부가하여, 제어 시스템은 전원 시스템 또는 배전망 중 적어도 하나에서 아일랜딩 조건을 검출하기 위해 아일랜딩 검출기를 사용하여 전원 시스템 또는 배전망 중 적어도 하나를 모니터링할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 본 명세서에 기술된 동작들 중 일부 또는 전부를 포함 및/또는 구현하는, 각각을 사용 및 생성하는 방법을 제공한다. 본 발명의 예시적인 측면은 본 명세서에 기술된 문제점들 및/또는 논의되지 않은 하나 이상의 다른 문제점들 중 하나 이상을 해결하도록 설계되어 있다.
본 개시 내용의 이들 및 기타 특징은 본 발명의 다양한 측면을 나타낸 첨부 도면과 관련하여 기술된 본 발명의 다양한 측면에 대한 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용으로부터 보다 용이하게 이해될 것이다.
도 1은 본 명세서에 개시된 본 발명의 실시예들을 포함할 수 있는 양방향 전원 시스템의 일례의 개략도.
도 2는 본 명세서에 개시된 본 발명의 실시예들에 따른 양방향 전원 시스템의 다른 예의 개략도.
도 3은 본 명세서에 개시된 본 발명의 실시예들에 따른 양방향 전원 시스템 동작 방법의 일례의 개략 흐름도.
도 4는 본 명세서에 개시된 본 발명의 실시예들에 따른 양방향 전원 시스템 동작 방법 및/또는 컴퓨터 프로그램 제품을 구현하는 컴퓨팅 환경의 개략 블록도.
유의할 점은 도면이 일정한 축척으로 되어 있지 않을 수 있다는 것이다. 도면은 본 발명의 전형적인 측면만을 도시하기 위한 것이고, 따라서, 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다. 도면들에서, 유사한 참조 번호는 도면들 간에 유사한 요소를 나타낸다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용은, 예로서 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 장점 및 특징과 함께 설명한다.
도 1은 본 명세서에 개시된 본 발명의 실시예들을 포함할 수 있는 양방향 전원 시스템의 일례의 개략도.
도 2는 본 명세서에 개시된 본 발명의 실시예들에 따른 양방향 전원 시스템의 다른 예의 개략도.
도 3은 본 명세서에 개시된 본 발명의 실시예들에 따른 양방향 전원 시스템 동작 방법의 일례의 개략 흐름도.
도 4는 본 명세서에 개시된 본 발명의 실시예들에 따른 양방향 전원 시스템 동작 방법 및/또는 컴퓨터 프로그램 제품을 구현하는 컴퓨팅 환경의 개략 블록도.
유의할 점은 도면이 일정한 축척으로 되어 있지 않을 수 있다는 것이다. 도면은 본 발명의 전형적인 측면만을 도시하기 위한 것이고, 따라서, 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다. 도면들에서, 유사한 참조 번호는 도면들 간에 유사한 요소를 나타낸다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용은, 예로서 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 장점 및 특징과 함께 설명한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "기동(start up)"은 디바이스 및/또는 그의 구성요소를 인에이블(enable)시키는 것, 활성화(engage)시키는 것, 턴온(turn on)시키는 것, 및/또는 그에 전력을 공급하기 시작하는 것을 의미한다. "기동 시퀀스(startup sequence)"는 디바이스 또는 그의 구성요소를 기동시키기 위해 취해지는 일련의 단계 또는 동작이다. 기동 시퀀스는 기동 이벤트 및/또는 기동 조건에 응답하여 수행될 수 있다. "기동 이벤트(startup event)"는 기동 시퀀스가 수행되어야만 한다는 것을 나타낼 수 있는 명령, 신호, 지시, 환경 변수의 변화, 및/또는 임의의 다른 사건일 수 있다. 이와 유사하게, "기동 조건(startup condition)"은 기동 시퀀스가 수행되어야만 하는 환경 상태일 수 있다.
그에 부가하여, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "정지(shut down)"은 디바이스 및/또는 그의 구성요소를 디스에이블(disable)시키는 것, 비활성화(disengage)시키는 것, 턴오프(turn off)시키는 것, 및/또는 그에 전력을 공급하는 것을 중단하는 것을 의미한다. "정지 시퀀스(shutdown sequence)"는 디바이스 또는 그의 구성요소를 정지시키기 위해 취해지는 일련의 단계 또는 동작이다. 정지 시퀀스는 정지 이벤트 및/또는 정지 조건에 응답하여 수행될 수 있다. "정지 이벤트(shutdown event)"는 디바이스 및/또는 그의 구성요소가 정지되어야만 한다는 것을 나타낼 수 있는, 또한 정지 시퀀스가 수행되어야만 한다는 것을 나타낼 수 있는 명령, 신호, 지시, 환경 변수의 변화, 및/또는 임의의 다른 사건일 수 있다. 이와 유사하게, "정지 조건(shutdown condition)"은 디바이스 및/또는 그의 구성요소가 정지되어야만 하는 그리고/또는 정지 시퀀스가 수행되어야만 하는 환경 상태일 수 있다.
게다가, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "아일랜딩(islanding)"은 소위 "마이크로 그리드(micro-grid)"와 같은 전원 시스템이, 전원 시스템이 평상시에 연결되어 있는 그리고 전원 시스템이 평상시에 전력을 인출(draw) 및/또는 제공할 수 있는, 배전망(electrical distribution network)으로부터 효과적으로 분리되는 조건 또는 상태를 말한다. 마이크로 그리드는 적어도 하나의 전원 및 적어도 하나의 부하를 포함하고, 부하에 의해 전력을 공급받을 수 있는 설비(installation)일 수 있다. 일부 마이크로 그리드는 독립형 설비일 수 있지만, 많은 마이크로 그리드는 보다 큰 배전망에 연결될 수 있다. 배전망의 어떤 종류의 차단, 고장, 또는 이탈이 마이크로 그리드 및/또는 연관된 직원 및/또는 재산에 대한 손상을 피하기 위해 마이크로 그리드로부터의 전력을 차단시키거나 배전망으로부터의 분리를 필요로 하는 기준을 형성하는 경우에, 아일랜딩은 비의도적일 수 있다. 배전망으로부터의 전력의 비용이, 이하에서 기술될 것인 바와 같이, 배터리 등과 같은 에너지 저장 디바이스를 비롯한 마이크로 그리드의 전원(들)으로부터의 전력의 생산 및/또는 소비의 비용을 초과할 때 등에, 아일랜딩은 의도적일 수도 있다. 의도적 아일랜딩은 또한, 예측 기법이 비의도적 아일랜딩의 개념에 근접하는 바람직하지 않은 조건이 배전망에 발생할 것임을 암시할 때, 표시될 수 있다. "아일랜딩 조건(islanding condition)"은 아일랜딩이 발생했다는 것 및/또는 발생해야만 한다는 것 및/또는 발생할 것이라는 것을 암시하는 전원 시스템 및/또는 배전망의 상태이고, 비의도적 아일랜딩에 관련된 상황으로부터 및/또는 의도적 아일랜딩이 바람직할 수 있다는 것을 암시하는 상황으로부터 일어날 수 있다.
본 명세서에 기술된 바와 같이, 양방향 전원 시스템과 같은 전원 시스템은, 배전망으로부터 전력을 인출하기 위해 및/또는 배전망에 전력을 제공 또는 공급하기 위해, 배전망에 선택적으로 연결될 수 있다. 전원 시스템은 적어도 하나의 배터리 또는 기타 유형(들)의 에너지 저장 디바이스를 비롯한 전원을 포함할 수 있다. 전원은 제1 DC(direct current) 전압의 DC 전원을 제공할 수 있고, 임의의 포함된 에너지 저장 디바이스는 제1 DC 전압의 전력을 수신함은 물론 제1 DC 전압의 전력을 공급할 수 있다. 부스트 컨버터(boost converter) 및 인버터(inverter)를 갖는 전력 컨버터(power converter)는 제1 DC 전압의 DC 전력을 제1 AC(alternating current) 전압의 AC 전력으로 그리고 그 반대로 변환한다. DC 버스 등에 의해, 부스트 컨버터는 전원에 결합될 수 있고 인버터는 부스트 컨버터에 결합될 수 있으며, 따라서 부스트 컨버터는 제1 DC 전압과 제2 DC 전압 사이에서 DC 전력을 변환할 수 있고, 인버터는 제2 DC 전압과 제1 AC(alternating current) 전압 사이에서 전력을 변환할 수 있다. 인버터는 또한 부하 및/또는 배전망에 결합될 수 있다.
제어 시스템은 전력 컨버터의 동작을 제어할 수 있고, 현재 공지되어 있는 그리고/또는 나중에 발견 및/또는 개발되는 임의의 적당한 아일랜딩 검출 기법을 사용하여 아일랜딩 조건이 있는지 전원 시스템 및/또는 배전망을 모니터링하는 아일랜딩 검출기와 통신하거나 그를 포함할 수 있다. 아일랜딩 조건이 없는 경우, 제어 시스템은 배전망 또는 전원으로부터 부하에 전력을 제공하고, 전원으로부터 배전망으로 초과 전력 및/또는 요청된 전력을 송신하며, 배전망 및/또는 전원의 다른 부분으로부터의 전력으로 전원의 저장 디바이스(들)의 전하를 유지하고, 전원 시스템 상의 임의의 AC 또는 DC 부하를 모니터링할 수 있으며, 전원 시스템의 동작을 최적화할 수 있다. 아일랜딩 조건이 검출될 때, 제어 시스템은, 에너지 저장 디바이스(들)를 비롯한 전원으로부터 전력을 인출하는 것에 의해, 전원 시스템 상의 임의의 부하에 전력을 제공할 수 있고, 전원 시스템의 구성요소를 보호하기 위해 전원 시스템을 배전망으로부터 분리(decouple)시킬 수 있다.
도 1은 배전망(106)에 선택적으로 전기적으로 결합될 수 있는 그리고 전력 발생 유닛 등의 적어도 하나의 전원(102)(적어도 하나의 에너지 저장 디바이스를 포함함)을 포함할 수 있는 예시적인 양방향 전원 시스템(100)의 개략도이다. 실시예들에서 사용될 수 있는 전력 발생 유닛의 예는 재생가능 및/또는 비재생가능 에너지원으로부터 전력을 발생 및/또는 생산하는 태양광 패널 및/또는 어레이(도시 생략), 풍력 터빈, 연료 전지, 지열 발전기, 수력 발전기, 및/또는 임의의 다른 디바이스를 임의의 적당한 수만큼 포함한다. 그에 부가하여, 실시예들에서 사용될 수 있는 에너지 저장 디바이스의 예는 배터리, 커패시터, 인덕터, 연료 전지, 각자의 수력 설비와 연관된 저류조(holding pond)와 같은 역학적 위치 에너지 저장 디바이스, 및/또는 각자의 발전기와 연관된 스프링 모터(spring motor) 및/또는 플라이휘일과 같은 운동 디바이스(kinetic device), 및/또는 현재 공지되어 있는 및/또는 장래에 발견 및/또는 개발되는 임의의 다른 적당한 유형의 에너지 저장 유닛 또는 디바이스를 임의의 적당한 수만큼 포함한다. 나트륨 니켈 할로겐화물, 리튬 공기, 리튬 이온, 리튬 황, 박막 리튬, 리튬 이온 중합체, 니켈 금속 수소화물, 리튬 티타네이트, 알칼리, 리튬 인산 철, 니켈 카드뮴, 연산(lead acid), 니켈 철, 니켈 수소, 니켈 아연, 나트륨 이온, 아연 브롬화물, 바나듐 산화 환원(vanadium redox), 나트륨 황, 산화은, 용융 염, 및/또는 현재 공지되어 있는 및/또는 개발될 수 있는 임의의 다른 적당한 및/또는 원하는 유형의 배터리 및/또는 이들의 임의의 조합(이들로 제한되지 않음)을 비롯한, 많은 유형의 배터리가 에너지 저장 디바이스로서 실시예들에서 이용될 수 있다. 마찬가지로, 직접 메탄올(direct methanol), 중합체 전해질막, 알칼리, 인산, 용융 탄산염, 고체 산화물, 및/또는 현재 공지되어 있는 및/또는 개발될 수 있는 임의의 다른 적당한 및/또는 원하는 유형의 연료 전지 및/또는 이들의 임의의 조합(이들로 제한되지 않음)을 비롯한, 임의의 적당한 연료 전지가 사용될 수 있다.
도 1에 개략적으로 예시되어 있는 예시적인 실시예에서, 양방향 전원 시스템(100)은 양방향 전원 시스템(100)을 원하는 전력 출력으로 동작시키는 것을 용이하게 하기 위해 임의의 수의 전원(102)을 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 전원(들)(102)은, 전원 시스템(100)으로부터 원하는 전류 및/또는 전압 출력을 제공하는 것을 용이하게 하기 위해 및/또는 전력 발생 디바이스와 같은 전원(들)(102) 중 다른 것 및/또는 배전망(106)으로부터의 전력의 저장을 용이하게 하기 위해, 직병렬 구성으로 서로 결합된, 배터리와 같은, 복수의 에너지 저장 디바이스를 포함한다. 그에 부가하여, 적어도 하나의 전원(102)이 전력 컨버터(104)의 전원측에서의 DC 전력과 전력 컨버터(104)의 AC 부하 및/또는 배전망측에서의 AC 전력 간에 전력을 변환할 수 있는 전력 컨버터 또는 전력 컨버터 시스템(104)에 결합될 수 있다.
전력이 전원(들)(102)에 의해 공급될 때, 전력 컨버터(104)는 제공된 DC 전력을 AC 전력으로 변환할 수 있고, 이 AC 전력이 이어서 배전망 또는 그리드(106) 및/또는 제1 AC 부하(198)로 전송될 수 있다. 전력 컨버터(104)는, 실시예들에서, 배전망(106)으로 전송될 AC 전력의 전압 및/또는 전류의 진폭을 배전망(106)에 적당한 각자의 진폭으로 조절할 수 있다. 그에 부가하여, 전력 컨버터(104)는 배전망(106)에 존재하는 주파수 및/또는 위상과 실질적으로 같은 주파수 및/또는 위상으로 AC 전력을 제공할 수 있다. 특정의 실시예들에서, 전력 컨버터(104)는 3상 AC 전력을 배전망 또는 그리드(106)에 제공할 수 있다.
전력이 배전망(106)에 의해 전원(들)(102)의 에너지 저장 디바이스(들)에 공급될 때, 전력 컨버터(104)는 제공된 AC 전력을 DC 전력으로 변환할 수 있고, 이 DC 전력이 이어서 에너지 저장 디바이스(들) 및/또는 제1 DC 부하(197)로 전송될 수 있다. 전력 컨버터(104)는, 실시예들에서, 에너지 저장 디바이스(들) 및/또는 제1 DC 부하(197)로 전송될 DC 전력의 전압 및/또는 전류의 진폭을 각자의 적당한 진폭으로 조절할 수 있다.
전력 컨버터(104)의 부스트 컨버터(128)는, 실시예들에서, DC 부하(197)와 같이, 전원(들)(102)에 선택적으로 전기적으로 결합될 수 있다. 전력 컨버터(104)는 또한 부스트 컨버터(128)에 및/또는 배전망(106) 및/또는 제1 AC 부하(198)에 선택적으로 전기적으로 결합되는 인버터(130)를 포함할 수 있다. 부스트 컨버터(128)는 제1 DC 전압의 전원(들)(102)과 제1 DC 전압보다 더 높거나 더 큰 제2 DC 전압의 인버터(130) 사이에서 전력을 전송하고 변환하도록 구성될 수 있다. 인버터(130)는 제2 DC 전압의 부스트 컨버터(128)와 제1 AC 전압의 배전망(106) 및/또는 제1 AC 부하(198) 사이에서 전력을 전송하고 변환하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 유사한 전력 표준을 갖는 미국 및 기타 국가에서, 제1 DC 전압은 약 12V일 수 있고, 제1 AC 전압은 약 120V 또는 약 220V 중 하나일 수 있다. 그에 부가하여, 제1 AC 전압의 전력은 약 60Hz의 주파수 및 120V의 단상 또는 220V의 3상 중 하나를 가질 수 있다. 명확할 것인 바와 같이, 이들 전압은 예이고, 실제 전압은 어떤 범위를 차지할 수 있다. 예를 들어, 제1 AC 전압은 약 110VAC 내지 약 130VAC 또는 약 200VAC 내지 약 240VAC일 수 있다. 그에 부가하여, 원하는 바에 따라 및/또는 적당한 경우 및/또는 적절한 경우, 이들 전압에 대해, 그리고 AC 전력의 경우, 연관된 주파수 및/또는 위상에 대해, 다른 값이 사용될 수 있다. 230VAC/50Hz 전력을 이용하는 국가에서, 예를 들어, 제1 AC 전압은 50Hz에서 약 200VAC 내지 약 250VAC일 수 있고, 특히 약 220VAC일 수 있다. 게다가, 제1 DC 전압, 제1 AC 전압, 및 기술 분야에 공지된 다른 인자에 따라, 예를 들어, 400V DC와 같은 임의의 적당한 제2 DC 전압이 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 컨버터(104)의 제어 시스템(164)은, 제1 지점(121) 및/또는 제2 지점(123)에서의 DC 전압을 모니터링하는 것, 제3 지점(125)에서의 AC 전압을 모니터링하는 것, 및/또는 전원 시스템(100)에 결합되어 있을 수 있는 임의의 DC 부하(197) 및/또는 AC 부하(198)를 모니터링하는 것 등에 의해, 전원 시스템(100)을 모니터링할 수 있다. 제어 시스템(164)은 또한, 제3 지점(125)에서의 AC 전압, 주파수, 및/또는 위상을 측정하는 등에 의해, 배전망(106)을 모니터링할 수 있다. 그에 부가하여, 제어 시스템(164)은 아일랜딩 조건이 검출될 때 신호를 제어 시스템(164)으로 송신할 수 있는 아일랜딩 검출기(199)를 포함하거나 그와 통신할 수 있다. 앞서 살펴본 바와 같이, 도 1에서 보는 바와 같이 제3 지점(125)에서의 배전망(106)의 파라미터를 모니터링하는 것 및/또는 도 2에서 보는 바와 같이 전류 및/또는 기타 센서(194, 195, 196)를 사용하는 것과 같은, 임의의 적당한 아일랜딩 검출 기법이 이용될 수 있다. 실시예들에서, 제어 시스템(164)은 아일랜딩 검출기(199)를 사용하여 배전망(106)을 모니터링할 수 있다.
실시예들에서, 제어 시스템(164)은 부스트 컨버터(128) 및/또는 인버터(130)를, 각각, 제어하기 위해 전원 시스템(100) 및/또는 배전망(106)의 모니터링에 응답하여 부스트 컨버터 제어기(166) 및/또는 인버터 제어기(168)를 사용할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(164)은 전원 시스템(100)에서 생산된 초과 전력이 배전망(106)에 공급 또는 제공될 수 있도록 및/또는 배전망(106) 및/또는 다른 전원(102)로부터 전력을 인출하는 것에 의해 전원(들)(102)의 임의의 에너지 저장 디바이스(들)의 저장된 전력의 양이 유지될 수 있도록 전원(들)(102)과 배전망(106) 사이에서 양방향 전력 흐름을 선택적으로 제공할 수 있다. 그에 부가하여, 제어 시스템(164)은, 임의의 DC 부하(197) 및/또는 임의의 AC 부하(198)의 연결 상태가 변하는 경우, 전원 시스템(100)의 동작을 조절할 수 있다. 그렇지만, 아일랜딩 검출기(199)에 의한 아일랜딩 조건의 검출에 응답하여, 제어 시스템(164)은 임의의 DC 부하(197) 및/또는 임의의 AC 부하(198)에 의해 요구된 전력을 제공하기 위해 전력 컨버터(104) 및/또는 전원(들)(102)을 제어할 수 있다. 실시예들에서, 아일랜딩 동안 전원 시스템(100)을 정지시키는 데 걸릴 수 있는 기간만큼만 전력이 제공되며, 다른 실시예들에서, 요구가 존재하는 한, 전력이 제공될 수 있고, 요구를 충족시키기 위해, 전원(들)(102)이 전력을 제공할 수 있다. 아일랜딩 동안 및/또는 아일랜딩 후에, 전원 시스템(100)을 바람직하지 않은 서지(surge) 및/또는 변동으로부터 보호하기 위해, 이하에서 기술될 것인 바와 같이, 제어 시스템(164)은 전원 시스템(100)을 배전망으로부터 분리시킬 수 있다.
실시예들에 따른 전원 시스템(100)의 보다 상세한 예가 도 2에 개략적으로 도시되어 있고, 여기서 DC 전력은 전원(들)(102)과 전력 컨버터(104) 사이에서, 전력 컨버터(104) 및 전원(들)(102)과 전기 통신하는 컨버터 도체(108)를 통해, 전송될 수 있다. 전원 시스템(100)이, 실시예들에서, 양방향이기 때문에, 전력이 전원 시스템(100)을 통해 어느 방향으로 흐르는지에 따라, "입력" 구성요소라고 하는 구성요소 및/또는 전력의 "수신"이라는 것이 또한 "출력" 구성요소 및/또는 전력의 "제공" 및/또는 "공급" 및/또는 "송신"일 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 마찬가지로, 전력이 전원 시스템(100)을 통해 어느 방향으로 흐르는지에 따라, "출력" 구성요소라고 하는 구성요소 및/또는 전력의 "제공" 및/또는 "공급" 및/또는 "송신"이라는 것이 또한 "입력" 구성요소 및/또는 전력의 "수신"일 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 예를 들어, 전원 시스템(100) 내에서 오류 또는 장애가 발생하는 경우, 보호 디바이스(110)는 전원(들)(102)을 전력 컨버터(104)로부터 전기적으로 연결 해제시킬 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "연결 해제" 및 "분리"라는 용어는 서로 바꾸어 사용될 수 있고, "연결" 및 "결합"이라는 용어는 서로 바꾸어 사용될 수 있다. 보호 디바이스(110)는, 실시예들에서, 전원(들)(102)이 전력 컨버터(104)로부터 제어가능하게 연결 해제될 수 있게 하는, 회로 차단기(circuit breaker), 퓨즈, 접촉기(contactor), 및/또는 임의의 다른 디바이스와 같은 전류 보호 디바이스일 수 있다. 전원(들)(102)으로부터 수신되는 그리고/또는 그로 송신되는 입력 전압 및/또는 전류를 필터링하는 데 사용하기 위해 DC 필터(112)가 컨버터 도체에 결합될 수 있다.
입력 전류가 제1, 제2, 및/또는 제3 입력 도체(114, 116, 118) 간에 분할될 수 있도록, 컨버터 도체(108)가, 예시적인 실시예에서, 제1 입력 도체(114), 제2 입력 도체(116), 및/또는 제3 입력 도체(118)에 결합될 수 있다. 다른 대안으로서, 입력 전류가 컨버터 도체(108)와 같은 단일의 도체로 및/또는 전원 시스템(100)이 본 명세서에 기술된 바와 같이 및/또는 원하는 바에 따라 기능할 수 있게 할 수 있는 임의의 다른 수의 도체로 전도될 수 있다. 적어도 하나의 부스트 인덕터(boost inductor)(120)는 제1 입력 도체(114), 제2 입력 도체(116), 및/또는 제3 입력 도체(118) 각각에 결합될 수 있다. 각각의 부스트 인덕터(120)는 전원(들)(102)으로부터 수신되는 입력 전압 및/또는 전류를 필터링하는 것을 용이하게 할 수 있다. 그에 부가하여, 전원(들)(102)으로부터 수신되는 에너지의 적어도 일부분이 각각의 부스트 인덕터(120) 내에 일시적으로 저장될 수 있다. 각자의 입력 도체(114, 116, 118)를 통해 흐르는 전류를 측정하기 위해, 제1 입력 전류 센서(122)는 제1 입력 도체(114)에 결합될 수 있고, 제2 입력 전류 센서(124)는 제2 입력 도체(116)에 결합될 수 있으며, 그리고/또는 제3 입력 전류 센서(126)는 제3 입력 도체(118)에 결합될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 전력 컨버터(104)는 DC 버스(132)에 의해 서로 결합되어 있는 DC-DC 또는 부스트 컨버터(128) 및 인버터(130)를 포함할 수 있다. 부스트 컨버터(128)는 제1, 제2, 및/또는 제3 입력 도체(114, 116, 118)를 통해 전원(들)(102)에 결합되어 그로부터 DC 전력을 수신할 수 있다. 그에 부가하여, 부스트 컨버터(128)는 전원(들)(102)로부터 수신되는 DC 전력의 전압 및/또는 전류 진폭을 조절할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 인버터(130)는 부스트 컨버터(128)로부터 수신되는 DC 전력을 배전망(106)으로 전송하기에 적당한 AC 전력으로 변환하는 DC-AC 인버터일 수 있다. 더욱이, 예시적인 실시예에서, DC 버스(132)는 적어도 하나의 커패시터 및/또는 전력 컨버터(104)가 본 명세서에 기술된 바와 같이 및/또는 원하는 바에 따라 기능하게 할 수 있는 임의의 다른 전기 에너지 저장 디바이스 중 적어도 하나와 같은 적어도 하나의 에너지 저장 디바이스(134)를 포함할 수 있다. 전류가 전력 컨버터(104)를 통해 전송될 때, 전압이 DC 버스(132) 양단에 발생될 수 있고, 에너지가 에너지 저장 디바이스(134) 내에 저장될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 부스트 컨버터(128)는 전력 컨버터(104)가 생성할 수 있는 전력의 각각의 상(phase)에 대해 직렬 배열로 서로 결합되어 있는 2개의 컨버터 스위치(136)를 포함할 수 있다. 실시예들에서, 컨버터 스위치(136)는 IGBT(insulated gate bipolar transistor)일 수 있지만, 임의의 다른 적당한 트랜지스터 및/또는 스위칭 디바이스가 사용될 수 있다. 그에 부가하여, 각자의 상 각각에 대한 각각의 컨버터 스위치(136) 쌍은 임의의 다른 각자의 상에 대한 임의의 다른 컨버터 스위치(136) 쌍과 병렬로 결합될 수 있다. 예를 들어, 전력 컨버터(104)가 3개의 상을 생성하는 경우, 부스트 컨버터(128)는 제2 컨버터 스위치(140)와 직렬로 결합된 제1 컨버터 스위치(138), 제4 컨버터 스위치(144)와 직렬로 결합된 제3 컨버터 스위치(142), 및 제6 컨버터 스위치(148)와 직렬로 결합된 제5 컨버터 스위치(146)를 포함할 수 있다. 이러한 3상 전력 컨버터(104)의 경우, 제1 및 제2 컨버터 스위치(138, 140)는 제3 및 제4 컨버터 스위치(142, 144)와 그리고 제5 및 제6 컨버터 스위치(146, 148)와 병렬로 결합되어 있다. 다른 대안으로서, 부스트 컨버터(128)는 임의의 적당한 구성으로 배열된 임의의 적당한 수의 컨버터 스위치(136)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 인버터(130)는 전력 컨버터(104)에 의해 생성될 수 있는 전력의 각각의 상에 대해 직렬 배열로 서로 결합되어 있는 2개의 인버터 스위치(150)를 포함할 수 있다. 실시예들에서, 각각의 인버터 스위치(150)는 IGBT 및/또는 임의의 다른 적당한 트랜지스터 및/또는 임의의 다른 적당한 스위칭 디바이스일 수 있다. 부스트 컨버터(138)와 유사한 방식으로, 각자의 상 각각에 대한 각각의 인버터 스위치 쌍은 임의의 다른 각자의 상에 대한 임의의 다른 인버터 스위치(150) 쌍과 병렬로 결합될 수 있다. 예를 들어, 인버터(130)가 3개의 상을 생성하는 경우, 인버터(130)는 제2 인버터 스위치(154)와 직렬로 결합된 제1 인버터 스위치(152), 제4 인버터 스위치(158)와 직렬로 결합된 제3 인버터 스위치(156), 및 제6 인버터 스위치(162)와 직렬로 결합된 제5 인버터 스위치(160)를 포함할 수 있다. 이러한 3상 전력 컨버터(104)의 경우, 제1 및 제2 인버터 스위치(152, 154)는 제3 및 제4 인버터 스위치(156, 158)와 그리고 제5 및 제6 인버터 스위치(160, 162)와 병렬로 결합되어 있다. 다른 대안으로서, 인버터(130)는 임의의 적당한 구성으로 배열된 임의의 적당한 수의 인버터 스위치(150)를 포함할 수 있다.
도 2를 계속 참조하면, 전력 컨버터(104)는 컨버터 제어기(166) 및/또는 인버터 제어기(168)를 포함할 수 있는 제어 시스템(164)을 포함할 수 있다. 컨버터 제어기(166)는 부스트 컨버터(128)에 결합되어 그의 동작을 제어할 수 있다. 실시예들에서, 컨버터 제어기(166)는 전원(들)(102)으로부터 수신되는 전력을 최대화하기 위해 부스트 컨버터(128)를 동작시킬 수 있다. 마찬가지로, 인버터 제어기(168)는 인버터(130)에 결합되어 그를 제어할 수 있다. 실시예들에서, 인버터 제어기(168)는 DC 버스(132) 양단의 전압을 조정(regulate)하기 위해 및/또는 인버터(130)로부터 출력되는 전력의 전압, 전류, 상, 주파수, 및/또는 임의의 다른 특성을 배전망(106)에 존재하는 대응하는 특성과 실질적으로 일치하도록 조절하기 위해 인버터(130)를 동작시킬 수 있다.
실시예들에서, 제어 시스템(164), 컨버터 제어기(166), 및/또는 인버터 제어기(168)는 적어도 하나의 컴퓨팅 디바이스 및/또는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있고 그리고/또는 그에 의해 구현될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 각각의 컴퓨팅 디바이스 및/또는 프로세서는, 예를 들어, 본 명세서에 기술된 및/또는 원하는 기능을 실행할 수 있는, 하나 이상의 시스템 및 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서, RISC(reduced instruction set circuit), CISC(complex instruction set circuit), ASIC(application specific integrated circuit), PLC(programmable logic circuit), FPGA(field programmable gate array), 및/또는 임의의 다른 회로와 같은 임의의 적당한 프로그램가능 회로를 포함할 수 있다 상기 예는 "프로세서" 및/또는 "컴퓨팅 디바이스"라는 용어의 정의 및/또는 의미를 결코 제한하기 위한 것이 아니다. 그에 부가하여, 제어 시스템(164), 컨버터 제어기(166), 및/또는 인버터 제어기(168)는 제어 시스템(164)이 본 명세서에 기술된 바와 같이 그리고/또는 원하는 바에 따라 기능할 수 있게 하는, 컴퓨터 실행가능 명령어 및/또는 동작 데이터, 파라미터, 설정점, 임계치 값, 및/또는 임의의 다른 데이터와 같은 데이터를 저장할 수 있는 적어도 하나의 메모리 디바이스(도시 생략)를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 컨버터 제어기(166)는 제1 입력 전류 센서(122), 제2 입력 전류 센서(124), 및/또는 제3 입력 전류 센서(126)로부터 전류 측정(들)을 수신할 수 있다. 그에 부가하여, 컨버터 제어기(166)는 하나 이상의 각자의 전압 센서(도시 생략)로부터 제1 입력 도체(114), 제2 입력 도체(116), 및/또는 제3 입력 도체(118)의 전압의 측정(들)을 수신할 수 있다. 마찬가지로, 실시예들에서, 인버터 제어기(168)는 제1 출력 전류 센서(170), 제2 출력 전류 센서(172), 및/또는 제3 출력 전류 센서(174)로부터 전류 측정(들)을 수신할 수 있다. 게다가, 인버터 제어기(168)는 적어도 하나의 출력 전압 센서(도시 생략)로부터 인버터(130)로부터 출력된 전압의 측정(들)을 수신할 수 있다. 실시예들에서, 컨버터 제어기(166) 및/또는 인버터 제어기(168)는, 그에 부가하여, 적어도 하나의 DC 버스 전압 센서(도시 생략)로부터 DC 버스(132) 양단의 전압의 전압 측정(들)을 수신할 수 있다.
도 2에 도시된 예시적인 실시예에서, 인버터(130)는 제1 출력 도체(176), 제2 출력 도체(178), 및/또는 제3 출력 도체(180)에 의해 배전망 또는 그리드(106)에 결합될 수 있다. 이와 같이, 인버터(130)는 AC 전력의 제1 상을 제1 출력 도체(176)를 통해 배전망 또는 그리드(106)에, AC 전력의 제2 상을 제2 출력 도체(178)를 통해 배전망 또는 그리드(106)에, 및/또는 AC 전력의 제3 상을 제3 출력 도체(180)를 통해 배전망 또는 그리드(106)에 제공할 수 있다. 제1 출력 전류 센서(170)는 제1 출력 도체(176)를 통해 흐르는 전류를 측정하기 위해 그에 결합될 수 있다. 이와 유사하게, 제2 출력 전류 센서(172)는 제2 출력 도체(178)를 통해 흐르는 전류를 측정하기 위해 그에 결합될 수 있고, 그리고/또는 제3 출력 전류 센서(174)는 제3 출력 도체(180)를 통해 흐르는 전류를 측정하기 위해 그에 결합될 수 있다. 적어도 하나의 인덕터(182)는 제1 출력 도체(176), 제2 출력 도체(178), 및/또는 제3 출력 도체(180) 각각에 결합될 수 있다. 각각의 인덕터(182)는 130으로부터 수신되는 출력 전압 및/또는 전류를 필터링하는 것을 용이하게 할 수 있다. 그에 부가하여, AC 필터(184)는 제1, 제2, 및 제3 출력 도체(176, 178, 180)로부터 수신되는 출력 전압 및/또는 전류를 필터링하는 것을 가능하게 하기 위해 제1 출력 도체(176), 제2 출력 도체(178), 및/또는 제3 출력 도체(180)에 결합될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 접촉기(186) 및/또는 적어도 하나의 연결 해제 스위치(disconnect switch)(188)가 제1 출력 도체(176), 제2 출력 도체(178), 및/또는 제3 출력 도체(180)에 결합되어 있다. 예를 들어, 전원 시스템(100) 내에서 오류 또는 장애가 발생하는 경우, 접촉기(186) 및 연결 해제 스위치(188)는 인버터(130)를 배전망(106)으로부터 전기적으로 연결 해제시킨다. 더욱이, 예시적인 실시예에서, 보호 디바이스(110), 접촉기(186), 및 연결 해제 스위치(188)는 제어 시스템(164)에 의해 제어된다. 다른 대안으로서, 보호 디바이스(110), 접촉기(186), 및/또는 연결 해제 스위치(188)는 전력 컨버터(104)가 본 명세서에 기술된 바와 같이 기능할 수 있게 하는 임의의 다른 시스템에 의해 제어된다.
전력 컨버터(104)는 또한 제1 출력 도체(176), 제2 출력 도체(178), 제3 출력 도체(180)에, 그리고 DC 버스(132)에 결합되는 버스 충전기(bus charger)(190)를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 충전기 접촉기(charger contactor)(192)는 버스 충전기(190)를 제1 출력 도체(176), 제2 출력 도체(178), 및/또는 제3 출력 도체(180)로부터 전기적으로 연결 해제시키는 데 사용하기 위해 버스 충전기(190)에 결합되어 있다. 더욱이, 예시적인 실시예에서, 버스 충전기(190) 및/또는 충전기 접촉기(192)는 DC 버스(132)를 결정된 전압으로 충전하는 데 사용하기 위해 제어 시스템(164)에 의해 제어된다.
실시예들에서, 제어 시스템(164)은 전원 시스템(100)에 있는 전류 및 기타 센서로부터 측정을 수신할 수 있고, 그에 부가하여, 전류 센서(194, 195, 196)(도시 생략) 및/또는 적당할 수 있는 및/또는 원하는 기타 적절한 센서를 통해 배전망(106)에서의/배전망(106)의 전류 및/또는 기타 특성의 측정(들)을 수신할 수 있다. 실시예들에서, 아일랜딩 검출기(199)는 센서(194, 195, 196)로부터의 전류와 같이, 배전망의 특성의 센서로부터의 측정(들)을 수신할 수 있고, 이러한 측정을 제어 시스템(164)로 전달할 수 있다. 다른 대안으로서, 아일랜딩 검출기(199)는 단순히 아일랜드 검출기(199)에 의해 수신된 측정(들)에 응답하여 아일랜딩 조건을 나타내는 신호를 제공할 수 있다.
제1 전력 흐름 방향에서의 동작 동안, 예시적인 실시예에서, 전원(들)(102)은 DC 전력을 발생시키고 DC 전력을 부스트 컨버터(128)로 전송할 수 있다. 컨버터 제어기(166)는 부스트 컨버터(128)의 출력을 조절하기 위해 컨버터 스위치(136)의 전환을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로는, 예시적인 실시예에서, 컨버터 제어기(166)는, 전원(들)(102)으로부터 수신되는 전력이 증가 및/또는 최대화되도록, 전원(들)(102)으로부터 수신되는 전압 및/또는 전류를 조절하기 위해 컨버터 스위치(136)의 전환을 제어할 수 있다. 부스트 컨버터(128)의 전원측에서의 전력은, 앞서 기술한 바와 같이, 제1 DC 전압을 가질 수 있고, 부스트 컨버터(128)는 이를 제2 DC 전압으로 조절할 수 있다. 컨버터 제어기(166)는 컨버터 스위치(들)(136)의 제어에서, PWM(pulse width modulation) 및/또는 임의의 다른 제어 알고리즘과 같은, 임의의 적당한 제어 알고리즘을 사용할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 인버터 제어기(368)는 인버터(130)의 출력을 조절하기 위해 인버터 스위치(150)의 전환을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로는, 예시적인 실시예에서, 인버터 제어기(168)는, 제2 DC 전압의 부스트 컨버터(128)로부터 수신되는 DC 전력을, 3상 AC 전력 신호를 포함할 수 있는 제1 AC 전압의 전력으로 변환하기 위해, PWM 및/또는 임의의 다른 제어 알고리즘과 같은 적당한 제어 알고리즘을 사용할 수 있다. 다른 대안으로서, 인버터 제어기(168)는 인버터(130)로 하여금 DC 전력을 제1 AC 전압의 단상 AC 전력 신호 또는 전력 컨버터(104)가 본 명세서에 기술된 바와 같이 기능할 수 있게 하는 임의의 다른 신호 및/또는 AC 전압으로 변환하게 할 수 있다. 인버터(130)에 의해 이와 같이 변환된 전력이 이어서 양방향 전원 시스템(100)에 연결되어 있을 수 있는 배전망(106) 및/또는 임의의 AC 부하(198)에 공급될 수 있다.
한 예시적인 실시예에서, AC 전력의 각각의 상은 배전망(106) 및/또는 부하(198)로의 전송 이전에 AC 필터(184)에 의해 필터링될 수 있다. 인버터(130)가 3상 AC 전력을 제공하는 경우, 필터링된 3상 AC 전력은 이어서 배전망(106)으로 전송될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 3상 AC 전력은 또한 버스 충전기(190)에 의해 배전망(106)으로부터 DC 버스(132)로 전송될 수 있다. 하나의 실시예에서, 버스 충전기(190)는, 예를 들어, 전력 컨버터(104)의 기동 및/또는 정지 시퀀스 동안, DC 버스(132)를 적당한 전압 진폭으로 충전시키기 위해 AC 전력을 사용할 수 있다.
전력이 제2 방향으로 흐를 때, 예시적인 실시예에서, 인버터 제어기(168)는 배전망(106)으로부터 전력을 수신하여 조절하기 위해 그리고/또는 버스(132)로의 인버터(130)의 출력을 조절하기 위해 인버터 스위치(150)의 전환을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로는, 예시적인 실시예에서, 인버터 제어기(168)는, 단상 또는 3상 AC 전력 신호로 수신되는 제1 AC 전압의 전력을 부스트 컨버터(128)로 송신할 제2 DC 전압의 DC 전력으로 변환하기 위해, PWM 및/또는 임의의 다른 제어 알고리즘과 같은 적당한 제어 알고리즘을 사용할 수 있다.
그에 부가하여, 전력이 제2 방향으로 흐를 때, 컨버터 제어기(166)는 양방향 전원 시스템(106)에 연결되어 있을 수 있는 전원(들)(102)의 에너지 저장 디바이스 및/또는 임의의 DC 부하(197)에 의해 수신될, 인버터(130)로부터 수신되는 전력을 조절하기 위해, 부스트 컨버터(128)의 컨버터 스위치(136)의 전환을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로는, 예시적인 실시예에서, 컨버터 제어기(166)는 부스트 컨버터(130)의 인버터측에서의 제2 DC 전압의 전력이 부스트 컨버터(128)의 전원측에서의 제1 DC 전압으로 감소될 수 있도록, 제2 DC 전압으로 인버터(130) 및/또는 버스(132)로부터 수신되는 전압 및/또는 전류를 조절하기 위해, 컨버터 스위치(136)의 전환을 제어할 수 있다.
도 3은 전원 시스템(100)(도 1에 도시됨)을 동작시키는 예시적인 방법(200)의 개략도이다. 예시적인 실시예에서, 방법(200)이 컨버터 제어기(166) 및/또는 인버터 제어기(168) 및/또는 아일랜딩 검출기(199)를 포함하는 제어 시스템(164)(모두가 도 1에 도시되어 있음)에 의해 구현된다. 다른 대안으로서, 방법(200)이 전원 시스템(100)이 본 명세서에 기술된 바와 같이 및/또는 원하는 바에 따라 및/또는 적당하게 기능할 수 있게 하는 임의의 다른 시스템에 의해 구현될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 방법(200)이 실행되기 전에, 컨버터 스위치(136) 및 인버터 스위치(150)의 듀티비는 약 0일 수 있고, 보호 디바이스(110)는 전원(들)(102)이 부스트 컨버터(128)로부터 전기적으로 분리되도록 열려 있을 수 있다. 이와 같이, 전원 시스템(100)의 상태는 전원(들)(102)로부터 배전망(106)으로 또는 반대로 전류 및/또는 전력이 전달되지 않는 정지 상태(shutdown state)일 수 있다.
대체로, 방법(200)이 실행될 때, 컨버터(104)가 정지 상태에 있는 경우 기동 루틴[블록(210)]이 수행될 수 있다. 컨버터(104)가 작동 중인 경우, 전원 시스템(100)이 동작될 수 있고[블록(218)], 아일랜드 검출기(199)를 사용하는 등에 의해, 아일랜딩 조건에 대한 검사 및/또는 그의 검출[블록(220)]이 수행될 수 있다. 블록(220)에서 아일랜딩 조건이 검출되지 않는 경우, 동작이 계속될 수 있다[블록(218)으로 되돌아감]. 그렇지만, 블록(220)에서 아일랜딩 조건이 검출되는 경우, 이하에서 더 상세히 기술될 것인 바와 같이, 제어 시스템(164) 등에 의해, 아일랜딩 조건에 대한 응답이 수행될 수 있다[블록(222)].
기동[블록(210)]은, 예를 들어, 전원(들)(102)을 부스트 컨버터(128) 및/또는 DC 부하(197)에 전기적으로 결합시키기 위해 보호 디바이스(110)를 닫는 것[블록(212)], 및 컨버터 제어기(166)에 의해 컨버터 스위치(136)의 듀티비를 조절하는 등에 의해, 부스트 컨버터(128)를 인버터(130)에 결합시키는 것[블록(214)]을 포함할 수 있다. 그에 부가하여, 인버터 제어기(168)에 의해 인버터 스위치(150)의 듀티비를 조절하는 것 및/또는 제어 시스템(164)에 의해 스위치들(188) 중 하나 이상을 닫는 것 등에 의해, 인버터(130)가 배전망(106) 및/또는 제1 AC 부하(198)에 전기적으로 결합될 수 있다[블록(216)].
제어 시스템(164)은, 제1 방향에서 전원(들)(102)로부터[블록(232)] 및/또는 제2 방향에서 배전망(106)으로부터[블록(234)]와 같이, 전원 시스템(100) 상의 임의의 부하(들)(197, 198)에 전력을 제공하기 위해[블록(224)], 전원 시스템(100)을 동작시킬 수 있다[블록(218)]. 동작은 또한, 전원(들)(102)의 하나 이상의 다른 것으로부터의 전력을 사용하는 것[블록(236)] 및/또는 배전망(106)으로부터의 전력을 사용하는 것[블록(238)] 등에 의해, 전원(들)(102)의 전력 저장 디바이스(들)에 저장된 전력의 양을 유지하는 것[블록(226)]을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전원(들)이 배터리 뱅크 및 풍력 터빈을 포함하는 경우, 풍력 터빈으로부터의 전력이 배터리 뱅크에 전력을 부가하는 데 사용될 수 있을 것이고, 그리고/또는 배전망(106)으로부터의 전력이 사용될 수 있을 것이다. 그에 부가하여, 제어 시스템(164)은 전원(들)(102)으로부터의 전력을 배전망(106)으로 송신할 수 있고[블록(228)], 그리고/또는 전원 시스템(100) 및/또는 배전망(106)을 모니터링할 수 있다[블록(230)]. 예를 들어, 전류 및/또는 전압 센서 및/또는 기타 센서가, 앞서 기술된 바와 같이 및 원하는 바에 따라 및/또는 적당하게, 전원 시스템(100) 및/또는 배전망(106)에서의 다른 지점의 특성을 측정하는 데 사용될 수 있고, 제어 시스템(164)은 이러한 측정을 사용하여 전원 시스템(100)을 모니터링할 수 있다. 아일랜딩 조건의 검사 및/또는 판정 및/또는 검출[블록(220)]이, 아일랜딩 검출기(199)를 사용하는 등에 의한, 모니터링[블록(230)]의 결과를 사용하여 수행될 수 있지만, 실시예들에서, 검사가 모니터링[블록(230)]의 일부인 것으로 해석될 수 있다. 아일랜딩 조건이 검출되지 않는 경우, 동작이 계속될 수 있다[블록(218)으로 되돌아감].
제어 시스템(164)은, 예를 들어, 컨버터 제어기(166) 및/또는 인버터 제어기(168) 등에 의해, 컨버터 스위치(136) 및 인버터 스위치(150)의 듀티비를 제1 방식으로 조절하는 것에 의해, 전원(들)(102)으로부터 부하(들)(197, 198) 및/또는 배전망(106)으로 제1 방향에서의 전력의 흐름을 실시할 수 있다. 마찬가지로, 제어 시스템(164)은, 예를 들어, 컨버터 제어기(166) 및/또는 인버터 제어기(168) 등에 의해, 컨버터 스위치(136) 및 인버터 스위치(150)의 듀티비를 제2 방식으로 조절하는 것에 의해, 배전망(106)으로부터 전원(들)(102)으로 제2 방향에서의 전력의 흐름을 실시할 수 있다.
앞서 살펴본 바와 같이, 제어 시스템(164)은 전원(들)(102)로부터[블록(232)] 및/또는 배전망(106)으로부터[블록(234)] 전원 시스템(100) 상의 임의의 부하(들)에 전력을 제공할 수 있다. 이것이 수행되는 특정의 방식은 배전망(106)이 주 전원 공급 장치인지 전원(들)(102)이 주 전원 공급 장치인지에 의존할 수 있다. 예를 들어, 배전망(106)이 주 전원 공급 장치인 경우, 제어 시스템(164)은 전원(들)(102)에 의해[블록(236)] 및/또는 배전망(106)에 의해[블록(238)] 저장된 전력을 유지할 수 있지만[블록(226)], 아일랜딩 조건을 초래할 가능성이 있는 어떤 종류의 고장이 배전망(106)에 발생하지 않는 한, 전원(들)(102)으로부터 부하(들)로[블록(232)] 전력을 보낼 필요가 없다. 이러한 실시예에서, 제어 시스템(164)은 또한, 에너지 저장 디바이스(들)가 충분한 양의 저장된 전력을 가질 때, 전력을 배전망(106)으로 송신할 수 있다. 이러한 방식으로 전력을 배전망(106)으로 송신하는 것은 전원 시스템(100)의 운영자 및/또는 소유자가 배전망(106)의 운영자 및/또는 소유자에게 전력을 판매할 수 있게 하지만, 전력이 배전망(106)에 역시 연결되어 있는 다른 엔터티(전력 전달 회사 및/또는 소비자 등)에게 판매될 수 있을 것이다. 제어 시스템(164)은 또한, 아일랜딩 조건 등을 야기할 수 있는 고장 또는 배전망(106)으로부터의 연결 해제의 경우에, 전원(들)(102)으로부터의 전력을 부하(들)(197, 198)로 보낼 수 있다.
전원(들)(102)이 주 전원 공급 장치인 경우, 전원(들)(102)으로부터 이용가능한 전력이 부하(들)(197, 198)의 요구를 비롯한 전원 시스템(100)에 대한 요구를 충족시키기에 충분하지 않는 한, 부하(들)(197, 198)가 전원(들)(102)으로부터 공급받을 수 있다[블록(232)]. 전원(들)(102)으로부터의 공급을 보충하여 이러한 요구를 충족시키기 위해, 전력이 배전망(106)으로부터 제공될 수 있다[블록(234)]. 그에 부가하여, 배전망(106)으로부터의 전력이 전원(들)(102)으로부터의 전력의 비용보다 더 낮은 비용으로 이용가능한 경우, 전적으로 배전망(106)으로부터의 전력으로 전원 시스템(100) 상의 임의의 부하(들)에 전력을 공급하는 것이 바람직할 수 있다. 그렇지만, 전원(들)(102)이 전원 시스템(100)에 대한 수요에 의해 요구되는 것보다 더 많은 전력을 생성하거나 이용가능할 때, 초과 전력이 배전망(106)으로 송신될 수 있다[블록(228)]. 예를 들어, 전원(들)(102)이 풍력 터빈을 포함하고 바람이 강하고 및/또는 수요가 낮은 경우, 초과 전력이 생성될 수 있다. 이와 유사하게, 전원(들)(102)이 태양광 어레이를 포함하고 주간 동안 하늘이 맑고 그리고/또는 수요가 낮은 경우, 및/또는 전원(들)(102)이 수력 발전기를 포함하고, 수류(water flow)가 강하며, 그리고/또는 수요가 낮은 경우, 초과 전력이 생성될 수 있다. 문제의 전원은 또한 화석 연료 및/또는 바이오 연료에 의존할 수 있는 것과 같은 연소 기반 발전기, 및/또는 임의의 다른 유형의 발전기일 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 초과 전력을 이러한 방식으로 송신하는 것은 전원 시스템(100)의 운영자 및/또는 소유자가 초과 전력을 배전망(106)의 운영자 및/또는 소유자에게 판매할 수 있게 하지만, 전력이 배전망(106)에 역시 연결되어 있는 다른 엔터티(전력 전달 회사 및/또는 소비자 등)에게 판매될 수 있을 것이다. 또한, 앞서 언급한 바와 같이, 전원(들)(102)으로부터 임의의 부하(들) 및/또는 배전망(106)으로 흐르는 전력은 제1 방향으로 흐르는 것으로 간주될 수 있는 반면, 배전망(106)으로부터 전원 시스템(100)으로 및/또는 전원(들)(102)으로 흐르는 전력은 제2 방향으로 흐르는 것으로 간주될 수 있다.
아일랜딩 조건이 전원 시스템(100) 및/또는 배전망(106)에 존재하고 그리고/또는 검출되는 것[블록(220)에서 "예]에 대한 응답[블록(222)]은 전원 시스템(100)에 대한 수요에 응답하여 전원(들)(102)으로부터 전력을 인출하는 것과 같이 임의의 부하(들)(197, 198)에 전력을 공급하는 것을 포함할 수 있다. 실시예들에서, 전력이 전원(들)(102)으로부터 이용가능한 한 - 실시예들에서, 이는 전원(들)으로부터의 공급이 최소 가용 전력 임계치(threshold minimum power available)를 초과하는 것[블록(246)]으로서 결정될 수 있음 -, 전력이 부하(들)(197, 198)에 제공될 수 있다. 그에 부가하여, 실시예들에서, 제어 시스템(164)은, 부하(들) 및/또는 전원 시스템(100) 및/또는 컨버터(104)가 정지될 수 있을 때까지[블록(248)], 부하(들)(197, 198)로의 전력을 유지할 수 있다. 정지[블록(242)]는, 예를 들어, 인버터(130)를 배전망(106) 및/또는 AC 부하(198)로부터 분리시키는 것[블록(250)], 부스트 컨버터(128)를 인버터(130)로부터 분리시키는 것[블록(252)], 및/또는 부스트 컨버터(128)를 전원(들)(102)으로부터[블록(250)] 및/또는 인버터(130)로부터[블록(254)] 분리시키는 것을 포함할 수 있다. 그에 부가하여, 아일랜딩 조건에 응답하여 전원 시스템(100)의 구성요소를 손상으로부터 보호하기 위해, 전원 시스템(100)이 배전망(106)으로부터 분리 및/또는 연결 해제될 수 있다[블록(244)]. 실시예들에서, 제어 시스템(164)은 아일랜딩 조건이 여전히 존재하는지를 검사할 수 있고[블록(220)], 아일랜딩 조건이 제거되면, 기동[블록(210)] 및/또는 정상 동작[블록(218)]을 개시할 수 있다.
앞서 논의한 바와 같이, 아일랜딩 검출기(199) 및/또는 제어 시스템(164)은, 아일랜딩 조건이 존재하는 것을 검출 및/또는 결정하기 위해, 임의의 적당한 기법을 이용할 수 있다. 아일랜딩으로 인해, 배전망(106)에 의해 공급되는 전력이 중단 또는 차단될 수 있거나, 제어 시스템(164)에 의해 전원 시스템(100)이 다른 이유로 배전망(106)으로부터 연결 해제되어야 하는 것으로 결정될 수 있다. 배전망 전력 공급의 중단 및/또는 차단은 수동적으로 및/또는 능동적으로 검출될 수 있고, 어떤 경우에, 배전망으로부터의 전력이 임계치 레벨을 넘어 열화되기 전에, 아일랜딩이 예측될 수 있다.
수동적 아일랜딩 검출 기법은 전형적으로 전원 시스템(100) 및/또는 배전망(106)의 특성을 측정하고, 배전망의 특성이 임계치 레벨에 도달할 때, 아일랜딩 조건이 발생한 것으로 결정한다. 예를 들어, 과소/과다 전압, 과소/과다 주파수, 및/또는 전압 위상 점프(voltage phase jumping)를 검출하기 위해, 배전망(106)으로부터의 전력의 전압 및/또는 주파수 및/또는 전압 위상각이 모니터링될 수 있다. 다른 수동적 검출 방법은 전원 시스템(100)의 THD(total harmonic distortion) 또는 그의 서브셋을 모니터링한다. 배전망(106)이 고장나는 경우, 전원 시스템(100)의 THD는 인버터(130)의 THD와 일치하는 경향이 있고 측정가능하게 된다.
능동적 아일랜딩 검출 기법은, 배전망에 소신호(small signal)를 유입시키는 것 및 유입 후에 신호가 변하는지를 판정하는 것에 의해, 배전망(106)의 고장을 검출 및/또는 예측할 수 있다. 예를 들어, 전류 진폭을 증대(boost)시키는 것 - 그 결과 눈에 띄는 전압 변화가 있으면 아일랜딩 조건이 존재한다는 것을 나타낼 수 있음 - 에 의해, 전원 시스템(100)의 총 임피던스가 측정될 수 있다. 이 기법의 변형인 특정의 주파수에서의 임피던스 측정은 특정의 주파수의 고조파를 유입시키고, 배전망이 고장나지 않는 한, 그에 대한 응답이 측정가능하지 않다. 다른 능동적 기법은 인버터가 그의 출력의 주파수를 배전망과 오정렬시키는 슬립 모드 주파수 천이(slip mode frequency shifting)이다. 통상적으로, 배전망은 이 오정렬을 제압할 것이지만, 배전망 고장의 경우에, 인버터 출력 주파수가 설계 주파수로부터 점점 멀어지게 드리프트하고, 이는 아일랜딩 조건이 존재한다는 것을 나타내는 데 사용될 수 있다. 또 다른 능동적 기법은 주파수 바이어스(frequency bias)라고 하며, 역시 주파수가 약간 벗어난 신호(slightly off frequency signal)를 유입시키지만, 각각의 사이클의 끝에서 주파수를 보정하며, 그 결과, 배전망 고장의 경우에 용이하게 검출되는 슬립 모드 주파수 천이의 신호와 유사한 신호가 생긴다. 유의할 점은, 상기 예가 전원 시스템(100)의 제어 시스템(164)에 의한 감지 및/또는 동작에 기초한다는 것이다. 그렇지만, 아일랜딩이 또한 배전망의 운영자에 의해 검출될 수 있다. 예를 들어, 전송 트립 방법(transfer trip method)은 아일랜딩 조건이 발생한 것을 판정하기 위해 배전망 고장 검출 하드웨어 및/또는 방법을 사용할 수 있다. 다른 배전망 운영자 기법은 배전망 운영자가 배전망의 한 섹션을 배전망으로부터 강제로 연결 해제시키는 임피던스 삽입(impedance insertion)이다.
앞서 언급한 바와 같이, 전원 시스템(100) 또는 그의 구성요소의 정지가 특정의 상황에서 바람직할 수 있다. 정지가 개시되어야 하는지를 결정하기 위해, 바람직할 수 있는 및/또는 적절할 수 있는, 부하 우선순위, 가용 전력, 수요, 비용, 및/또는 기타 인자와 같은 인자가 고려될 수 있다. 예를 들어, 전원 시스템(100)이 병원을 나타내고, 전원(들)이 적어도 하나의 연소 기반 발전기 및/또는 에너지 저장 디바이스를 포함하는 경우, 환자의 생명 및/또는 복지가 중단없는 전력 공급에 의존할 수 있기 때문에, 병원 내의 부하가 아주 높은 우선순위를 가질 것이다. 이러한 고 우선순위 부하의 경우, 가용 전력이, 발전기(들)의 연료 레벨 및/또는 에너지 저장 디바이스(들)에 남아 있는 에너지의 양과 같은, 임계치 레벨 미만으로 떨어질 것과 같은 때에, 정지가 가능한 한 지연될 것이다. 정반대의 경우에, 적어도 많은 사람들에게, 전원 시스템(100)이 전원으로서의 발전기 및 유일한 부하로서의 게임 시스템을 갖는 가정을 나타내는 경우, 게임이 낮은 우선순위를 가질 것이기 때문에, 정지가 표시될 가능성이 많다. 게임 시스템으로의 전력이 정지 때까지는 유지될 수 있고, 게임 시스템이 데이터를 저장하는 데 및/또는 자체적으로 종료하는 데 시간을 필요로 하는 경우, 그 정지가 지연될 수 있다. 명확할 것인 바와 같이, 우선순위의 할당이 주관적 노력일 수 있지만, 대부분은 생명 지원 및/또는 "필수적인" 편안함(냉장, 냉난방, 통신, 및/또는 생명 유지 디바이스 등)에 관련된 부하에 보다 높은 우선순위를 할당할 것이다. 또한 명확할 것인 바와 같이, 전원 시스템(100) 및/또는 그의 구성요소가 정지되어야만 하는지 및/또는 언제 정지되어야만 하는지의 결정에서 많은 다른 기준이 고려될 수 있다.
본 명세서에 기술된 시스템 및 방법의 기술적 효과는, 양방향 전원 시스템에서, 에너지 저장 디바이스의 전하를 유지하기 위해 및/또는 전원 시스템 상의 부하에 전력을 공급하기 위해 및/또는 배전망에 전력을 전달하기 위해 전원의 에너지 저장 디바이스와 배전망 사이에서 전력 흐름을 선택적으로 제공하는 것을 포함한다. 부가의 기술적 효과는 전원의 제1 DC 전압과 배전망의 제1 AC 전압 간에 전력을 변환하여 양방향 전력 흐름의 선택적 제공을 용이하게 하기 위해 전력 컨버터를 관리하는 것이며, 이는 부스트 컨버터를 사용하여 제1 DC 전압과 제2 DC 전압 사이에서 전력을 변환하는 것 및 인버터를 사용하여 제2 DC 전압과 제1 AC 전압 사이에서 전력을 변환하는 것을 포함할 수 있다. 추가의 기술적 효과는 아일랜딩 조건이 있는지 모니터링하고, 아일랜딩 조건에 응답하여, 전원으로부터의 전력을 사용하여 전원 시스템 상의 부하로의 전력을 유지하는 것 및/또는 전원 시스템을 배전망으로부터 연결 해제 또는 분리시키는 것 및/또는 전원 시스템의 하나 이상의 구성요소를 정지시키는 것이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전원 시스템 동작 컴퓨터 프로그램 제품에 대한 예시적인 환경(400)이 개략적으로 예시되어 있다. 이와 관련하여, 환경(400)은 실시예들에 따른 전원 시스템 동작 방법을 실행하기 위해 본 명세서에 기술된 프로세스를 수행할 수 있는, 제어 시스템(164), 컨버터 제어기(166), 및/또는 인버터 제어기(168)와 같은 컴퓨터 시스템(410), 및/또는 전원 시스템의 일부일 수 있는 기타 컴퓨팅 디바이스를 포함한다. 상세하게는, 제어 시스템(410)은 컴퓨터 시스템(410)으로 하여금, 앞서 논의된 전원 시스템 동작 방법(200)의 일 실시예와 같은, 본 명세서에 기술된 프로세스를 수행함으로써 전원 시스템 동작 제어 시스템 또는 제어기에서의 데이터를 관리하는 동작을 하게 하는 전원 시스템 동작 프로그램(420)을 포함하는 것으로 도시되어 있다.
컴퓨터 시스템(410)은 처리 구성요소 또는 유닛(PU)(412)(예컨대, 하나 이상의 프로세서), 입출력(I/O) 구성요소(414)(예컨대, 하나 이상의 I/O 인터페이스 및/또는 디바이스), 저장 구성요소(416)(예컨대, 저장 계층구조), 및 통신 경로(417)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 일반적으로, 처리 구성요소(412)는 하나 이상의 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체 또는 디바이스를 포함할 수 있는 저장 구성요소(416)에 적어도 부분적으로 고정되어 있는 전원 시스템 동작 프로그램(420)과 같은 프로그램 코드를 실행한다. 프로그램 코드를 실행하는 동안, 처리 구성요소(4121)는 데이터를 처리할 수 있고, 그 결과, 변환된 데이터를 추가의 처리를 위해 저장 구성요소(416) 및/또는 I/O 구성요소(414)로부터/로 판독 및/또는 기입할 수 있다. 경로(417)는 컴퓨터 시스템(410) 내의 구성요소들 각각 사이의 통신 링크를 제공한다. I/O 구성요소(414)는 사람 사용자가 컴퓨터 시스템(410)과 상호작용할 수 있게 하는 하나 이상의 휴먼 I/O 디바이스(human I/O device), 및/또는 시스템 사용자가 임의의 유형의 통신 링크를 사용하여 컴퓨터 시스템(410)과 통신할 수 있게 하는 하나 이상의 통신 디바이스를 포함할 수 있다. 그에 부가하여, I/O 구성요소(414)는 앞서 논의된 바와 같은 전압, 주파수, 및/또는 전류 센서와 같은, 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 실시예들에서, 네트워킹 하드웨어/소프트웨어와 같은 통신 설비(430)는 컴퓨팅 디바이스(410)가 그가 설치되어 있는 전원 시스템 및/또는 전원 시스템 구성요소 내에 있는 및 그 외부에 있는 다른 디바이스와 통신할 수 있게 한다. 이와 관련하여, 전원 시스템 동작 프로그램(420)은 사람 사용자 및/또는 시스템 사용자가 전원 시스템 동작 프로그램(420)과 상호작용할 수 있게 하는 일련의 인터페이스들[예컨대, 그래픽 사용자 인터페이스(들), 애플리케이션 프로그램 인터페이스 등]을 관리할 수 있다. 게다가, 전원 시스템 동작 프로그램(420)은 임의의 해결책을 사용하여, 전원 시스템 동작 데이터(418)와 같은 데이터를 관리(예컨대, 저장, 검색, 생성, 조작, 구성, 제시 등)할 수 있다. 실시예들에서, 데이터가 앞서 논의된 바와 같은 전압, 주파수, 및/또는 전류 센서와 같은, 하나 이상의 센서로부터 수신될 수 있다.
컴퓨터 시스템(410)은 그에 설치된, 전원 시스템 동작 프로그램(420)과 같은, 프로그램 코드를 실행할 수 있는 하나 이상의 범용 컴퓨팅 제조 물품(예컨대, 컴퓨팅 디바이스)을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "프로그램 코드"가 정보 처리 능력을 가지는 컴퓨팅 디바이스로 하여금 곧바로 또는 (a) 다른 언어, 코드 또는 표기법으로 변환; (b) 다른 자료 형태(material form)로 재생성; 및/또는 (c) 압축 해제의 임의의 조합 후에 특정의 동작을 수행하게 하는, 임의의 언어, 코드 또는 표기법으로 된, 명령어들의 임의의 집합체를 의미한다는 것을 잘 알 것이다. 그에 부가하여, 컴퓨터 코드는 오브젝트 코드, 소스 코드, 및/또는 실행가능 코드를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 컴퓨터 판독가능 매체 상에 있을 때 컴퓨터 프로그램 제품의 일부를 형성할 수 있다. "컴퓨터 판독가능 매체"라는 용어가 현재 공지되어 있거나 나중에 개발되는 임의의 유형의 유형적, 비일시적 표현 매체 - 그로부터 프로그램 코드가 컴퓨팅 디바이스에 의해 인식, 재생, 및/또는 다른 방식으로 전달될 수 있음 - 중 하나 이상을 포함할 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 예를 들어, 컴퓨터 판독가능 매체는 저장 디바이스를 비롯한 하나 이상의 휴대용 저장 제조 물품; 컴퓨팅 디바이스의 하나 이상의 메모리/저장 구성요소; 기타를 포함할 수 있다. 메모리/저장 구성요소 및/또는 저장 디바이스의 예는 컴퓨터 프로그램 코드가 저장되어 있고 컴퓨터 프로그램 코드가 컴퓨터에 의해 로드되어 실행되는, 자기 매체(플로피 디스켓, 하드 디스크 드라이브, 테이프 등), 광 매체[콤팩트 디스크, DVD(digital versatile/video disc), 광자기 디스크 등], RAM(random access memory), ROM(read only memory), 플래시 ROM, EPROM(erasable programmable read only memory), 또는 현재 공지되어 있고 그리고/또는 나중에 개발 및/또는 발견되는 임의의 다른 유형적, 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체를 포함한다. 컴퓨터가 컴퓨터 프로그램 코드를 실행할 때, 컴퓨터는 본 발명을 실시하는 장치로 되고, 범용 마이크로프로세서 상에, 컴퓨터 코드 세그먼트로 마이크로프로세서를 구성하는 것에 의해 특정의 논리 회로가 생성된다.
컴퓨터 프로그램 코드는 제어기 또는 컴퓨팅 디바이스에 의해 실행가능한 컴퓨터 명령어로, 예컨대, 임의의 프로그래밍 언어로 인코딩되어 있는 소프트웨어의 형태로, 작성될 수 있다. 적당한 컴퓨터 명령어 및/또는 프로그래밍 언어의 예는 어셈블리어, Verilog, Verilog HDL(Verilog Hardware Description Language), VHSIC HDL(Very High Speed IC Hardware Description Language)(또는 VHDL), FORTRAN(Formula Translation), C, C++, C#, Java, ALGOL(Algorithmic Language), BASIC(Beginner All-Purpose Symbolic instruction Code), APL(A Programming Language), ActiveX, Python, Perl, php, Tcl(Tool Command Language), HTML(HyperText Markup Language), XML(extensible Markup Language), 및 현재 공지되어 있고 그리고/또는 나중에 개발 및/또는 발견되는 이들 및/또는 기타 중 하나 이상의 임의의 조합 또는 파생물을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 이와 관련하여, 전원 시스템 동작 프로그램(420)은 시스템 소프트웨어 및/또는 애플리케이션 소프트웨어의 임의의 조합으로서 구현될 수 있다.
게다가, 전원 시스템 동작 프로그램(420)은 일련의 모듈들(422)을 사용하여 구현될 수 있다. 이 경우에, 모듈(422)은 컴퓨터 시스템(410)이 전원 시스템 동작 프로그램(420)에 의해 사용되는 일련의 작업들을 수행할 수 있게 하고, 전원 시스템 동작 프로그램(420)의 다른 부분과 분리되어 개별적으로 개발 및/또는 구현될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "구성요소"라는 용어는 임의의 해결책을 사용하여 구성요소와 관련하여 기술된 기능을 구현하는, 소프트웨어를 갖거나 갖지 않는, 임의의 구성의 하드웨어를 의미하는 반면, "모듈"이라는 용어는 컴퓨터 시스템(410)이 임의의 해결책을 사용하여 모듈과 관련하여 기술된 동작을 구현할 수 있게 하는 프로그램 코드를 의미한다. 처리 구성요소(412)를 포함하는 컴퓨터 시스템(410)의 저장 구성요소(416)에 고정되어 있을 때, 모듈은 동작을 구현하는 구성요소의 상당 부분이다. 그에 관계없이, 2개 이상의 구성요소, 모듈, 및/또는 시스템이 그 각자의 하드웨어 및/또는 소프트웨어의 일부/전부를 공유할 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 게다가, 본 명세서에서 논의된 기능의 일부가 구현되지 않을 수 있거나 부가의 기능이 컴퓨터 시스템(410)의 일부로서 포함될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.
컴퓨터 시스템(410)이 다수의 컴퓨팅 디바이스를 포함할 때, 각각의 컴퓨팅 디바이스는 전원 시스템 동작 프로그램의 일부분만이 그에 고정되어 있을 수 있다[예컨대, 하나 이상의 모듈(422)]. 그렇지만, 컴퓨터 시스템(410) 및 전원 시스템 동작 프로그램(420)이 본 명세서에 기술된 프로세스를 수행할 수 있는 다양한 가능한 등가의 컴퓨터 시스템을 나타내는 것에 불과하다는 것을 잘 알 것이다. 이와 관련하여, 다른 실시예들에서, 컴퓨터 시스템(410) 및 전원 시스템 동작 프로그램(420)에 의해 제공되는 기능이, 프로그램 코드를 갖거나 갖지 않는, 범용 및/또는 특수 목적 하드웨어의 임의의 조합을 포함하는 하나 이상의 컴퓨팅 디바이스에 의해 적어도 부분적으로 구현될 수 있다. 각각의 실시예에서, 하드웨어 및 프로그램 코드(포함되어 있는 경우)는, 각각, 표준의 엔지니어링 및 프로그래밍 기법을 사용하여 생성될 수 있다.
그에 관계없이, 컴퓨터 시스템(410)이 다수의 컴퓨팅 디바이스를 포함할 때, 컴퓨팅 디바이스는 임의의 유형의 통신 링크를 거쳐 통신할 수 있다. 게다가, 본 명세서에 기술된 프로세스를 수행하는 동안, 컴퓨터 시스템(410)은 임의의 유형의 통신 링크를 사용하여 하나 이상의 다른 컴퓨터 시스템과 통신할 수 있다. 어느 경우든지, 통신 링크는 다양한 유형의 유선 및/또는 무선 링크의 임의의 조합을 포함하고; 하나 이상의 유형의 네트워크의 임의의 조합을 포함하며; 그리고/또는 현재 공지되어 있는 그리고/또는 나중에 개발 및/또는 발견되는 다양한 유형의 전송 기법 및 프로토콜의 임의의 조합을 이용할 수 있다.
본 명세서에 논의된 바와 같이, 전원 시스템 동작 프로그램(420)은 컴퓨터 시스템(410)이, 도 2에 개략적으로 도시된 것과 같은, 전원 시스템 동작 제품 및/또는 방법을 구현할 수 있게 한다. 컴퓨터 시스템(410)은 임의의 해결책을 사용하여 전원 시스템 동작 데이터(418)를 획득할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템(410)은 전원 시스템 동작 데이터(418)를 생성하고 그리고/또는 그를 생성하는 데 사용되며, 하나 이상의 데이터 저장소로부터 전원 시스템 동작 데이터(418)를 검색하며, 그리고/또는 전원 시스템 내에 또는 그 외부에 있는, 하나 이상의 센서와 같은, 다른 시스템 또는 디바이스로부터 전원 시스템 동작 데이터(418)를 수신할 수 있고, 기타를 할 수 있다.
다른 실시예에서, 본 발명은 도 2를 참조하여 개략적으로 도시되고 기술된 것과 같은 본 명세서에 기술된 프로세스의 일부 또는 전부를 구현하는, 전원 시스템 동작 프로그램(420)(도 4)과 같은, 프로그램 코드를 제공하는 방법을 제공한다. 이 경우에, 컴퓨터 시스템은, 제2 별개의 위치에서 수신하도록, 일련의 데이터 신호에 프로그램 코드를 인코딩하는 방식으로 그 신호의 특성들 중 하나 이상이 설정 및/또는 변경되는 일련의 데이터 신호를 생성하여 전송하기 위해, 본 명세서에 기술된 프로세스의 일부 또는 전부를 구현하는 프로그램 코드를 처리할 수 있다. 이와 유사하게, 본 발명의 일 실시예는 본 명세서에 기술된 프로세스의 일부 또는 전부를 구현하는 프로그램 코드를 획득하는 방법을 제공하고, 이 방법은 컴퓨터 시스템이 일련의 데이터 신호를 수신하고, 일련의 데이터 신호를 적어도 하나의 유형적, 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체에 고정된 컴퓨터 프로그램으로 변환하는 단계를 포함한다. 어느 경우든지, 일련의 데이터 신호는 임의의 유형의 통신 링크를 사용하여 전송/수신될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 전원 시스템 동작 제품 및/또는 방법을 구현하는 시스템을 생성하는 방법을 제공한다. 이 경우에, 컴퓨터 시스템(410)(도 4)과 같은 컴퓨터 시스템이 획득(예컨대, 생성, 유지, 이용가능, 기타)될 수 있고, 본 명세서에 기술된 프로세스를 수행하는 하나 이상의 구성요소가 획득(예컨대, 생성, 구매, 사용, 수정, 기타)되어 컴퓨터 시스템에 배포될 수 있다. 이와 관련하여, 배포는 (1) 프로그램 코드를 컴퓨팅 디바이스 상에 설치하는 것; (2) 하나 이상의 컴퓨팅 및/또는 I/O 디바이스를 컴퓨터 시스템에 추가하는 것; (3) 컴퓨터 시스템을 포함하고 그리고/또는 본 명세서에 기술된 프로세스를 수행할 수 있게 수정하는 것; 기타 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
이러한 서면 설명은 최상의 실시 형태를 비롯하여 본 발명을 개시하기 위해 그리고 또한 통상의 기술자가, 임의의 디바이스 또는 시스템을 제조 및 사용하는 것과 임의의 포함된 방법을 수행하는 것을 비롯하여, 본 발명을 실시할 수 있게 하기 위해 예를 사용하고 있다. 본 발명의 특허가능 범주는 청구범위에 의해 한정되고, 통상의 기술자에게 안출되는 다른 예를 포함할 수 있다. 이러한 다른 예는, 청구범위의 자구적 표현(literal language)과 상이하지 않은 구조적 요소를 가지는 경우 또는 청구범위의 자구적 표현과 실질적인 차이점이 없는 등가의 구조적 요소를 포함하는 경우, 청구범위의 범주 내에 포함되는 것으로 보아야 한다.
Claims (20)
- 양방향 전원 시스템(bidirectional power system)에 있어서,
제1 DC(direct current) 전압의 DC 전력을 제공하도록 구성되어 있고, 상기 제1 DC 전압의 DC 전력을 제공 및 수신하도록 구성된 적어도 하나의 에너지 저장 디바이스를 포함하는 적어도 하나의 전원;
상기 제1 DC 전압의 상기 적어도 하나의 전원과 상기 제1 DC 전압보다 더 큰 제2 DC 전압의 버스 사이에서 전력을 변환하여 전송하기 위해 상기 적어도 하나의 전원에 결합되도록 구성된 컨버터(converter);
상기 버스에 결합되도록 구성되어 있고, 상기 제2 DC 전압의 상기 버스와 제1 AC(alternating current) 전압의 배전망(electrical distribution network) 또는 부하 중 적어도 하나 사이에서 전력을 변환하여 전송하도록 구성된 인버터(inverter); 및
상기 적어도 하나의 전원, 상기 컨버터, 및 상기 인버터에 결합된 제어 시스템을 포함하고,
상기 제어 시스템은 상기 부하에 전력을 제공하고, 상기 적어도 하나의 전원으로부터 상기 부하 또는 상기 배전망 중 적어도 하나로 제1 방향으로 전력을 전송하며, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 디바이스에 규정된 양의 저장된 전력을 유지하기 위해 상기 배전망으로부터 상기 적어도 하나의 에너지 저장 디바이스로 제2 방향으로 전력을 전송하도록 구성되어 있는 것인, 양방향 전원 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 제어 시스템 및 상기 전원 시스템 또는 상기 배전망 중 적어도 하나와 통신하고, 상기 전원 시스템 또는 상기 배전망 중 적어도 하나에서 아일랜딩 조건(islanding condition)이 검출될 때, 아일랜딩 신호(islanding signal)를 상기 제어 시스템으로 송신하도록 구성된 아일랜딩 검출기(islanding detector)를 더 포함하는, 양방향 전원 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 아일랜딩 검출기는 상기 배전망의 전압을 모니터링하고, 아일랜딩 이벤트(islanding event)는 상기 전압이 목표 동작 전압으로부터 결정된 양만큼 벗어나는 것을 포함하는 것인, 양방향 전원 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 아일랜딩 검출기는 상기 배전망의 주파수를 모니터링하고, 아일랜딩 이벤트는 상기 주파수가 목표 동작 주파수로부터 결정된 양만큼 벗어나는 것을 포함하는 것인, 양방향 전원 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 아일랜딩 신호 및 부하가 상기 시스템에 연결된 것에 응답하여, 상기 제어 시스템은 상기 적어도 하나의 전원으로부터의 전력을 상기 부하에 제공하는 것인, 양방향 전원 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 아일랜딩 신호에 응답하여, 상기 제어 시스템은 상기 전원 시스템을 상기 배전망으로부터 연결 해제시키는 것인, 양방향 전원 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전원에 의해 공급되는 전력의 양이 상기 전원 시스템에 대한 수요를 초과하는 것에 응답하여, 상기 제어 시스템은 상기 적어도 하나의 전원으로부터의 전력을 상기 배전망에 제공하는 것인, 양방향 전원 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 제어 시스템은 상기 제1 DC 전압, 상기 제2 DC 전압, 또는 상기 제1 AC 전압 중 적어도 하나를 모니터링하는 것인, 양방향 전원 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 디바이스의 상태 - 상기 상태는 상기 적어도 하나의 에너지 저장 디바이스에 저장된 전력의 양의 표시를 포함함 - 를 모니터링하고, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 디바이스에 적어도 결정된 양의 저장된 전력을 유지하기 위해, 상기 저장된 전력의 양이 규정된 저장된 전력의 양 미만일 때, 상기 배전망으로부터 전력을 인출(draw)하도록 구성되어 있는 것인, 양방향 전원 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 디바이스는 배터리를 포함하는 것인, 양방향 전원 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 디바이스는 기계적 에너지 저장 디바이스를 포함하는 것인, 양방향 전원 시스템.
- 방법에 있어서,
적어도 하나의 에너지 저장 디바이스를 포함하는 전원으로부터 이용가능한 전력의 양이 전원 시스템에 대한 수요를 초과한 것에 응답하여, 상기 전원으로부터 배전망으로 제1 방향으로 전력을 제공하는 단계;
제1 AC 부하에 전력을 공급하기 위해 상기 배전망으로부터 제2 방향으로 전력을 인출하는 단계;
상기 적어도 하나의 에너지 저장 디바이스에 적어도 결정된 양의 전력을 유지하기 위해 상기 배전망으로부터 상기 제2 방향으로 전력을 인출하는 단계; 및
상기 전원 시스템 또는 상기 배전망 중 적어도 하나에 아일랜딩 조건이 있는지 모니터링하는 단계를 포함하는, 방법. - 제12항에 있어서, 아일랜딩 조건에 응답하여, 상기 제1 AC 부하로의 전력을 유지하는 단계를 더 포함하고, 상기 유지하는 단계는, 상기 전원 시스템에 대한 상기 수요에 응답하여, 상기 전원으로부터 상기 제1 방향으로 전력을 인출하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 제1 AC 부하로의 전력을 유지하는 단계는 상기 전원으로부터의 전력의 공급이 규정된 임계치 레벨에 도달할 때까지 상기 전원으로부터 상기 제1 방향으로 전력을 인출하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
- 제12항에 있어서, 아일랜딩 조건에 응답하여, 상기 전원 시스템의 컨버터 또는 상기 전원 시스템의 인버터 중 적어도 하나를 정지시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제12항에 있어서, 아일랜딩 조건에 응답하여, 상기 전원 시스템을 상기 배전망으로부터 분리시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제어기에 있어서,
전원으로부터 이용가능한 전력의 양이 전원 시스템에 대한 수요와 거의 같은 것에 응답하여, 상기 전원으로부터 배전망으로 제1 방향으로 전력을 제공하고;
상기 전원의 적어도 하나의 에너지 저장 디바이스 중 하나 이상에 적어도 결정된 양의 저장된 전력을 유지하기 위해 상기 배전망으로부터 상기 적어도 하나의 에너지 저장 디바이스로 제2 방향으로 전력을 제공하며;
상기 전원 시스템 또는 상기 배전망 중 적어도 하나에 아일랜딩 조건이 있는지 모니터링하도록 구성되어 있는, 제어기. - 제17항에 있어서, 상기 전원 시스템 또는 상기 배전망 중 적어도 하나에서의 아일랜딩 조건에 응답하여, 상기 전원으로부터 상기 전원 시스템에 결합된 제1 AC 부하로 상기 제1 방향으로 전력을 제공하는 것을 더 포함하는, 제어기.
- 제17항에 있어서, 결정된 조건에 응답하여 아일랜딩 조건을 개시하는 것을 더 포함하는, 제어기.
- 제17항에 있어서, 상기 전원 시스템 또는 상기 배전망 중 적어도 하나에서의 아일랜딩 조건에 응답하여, 상기 전원 시스템을 상기 배전망으로부터 연결 해제시키는 것을 더 포함하는, 제어기.
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