KR20150071681A

KR20150071681A - 접지 장애 검출을 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20150071681A
Application number: KR1020140183461A
Authority: KR
Inventors: 마틴 포나지; 마이클 해리슨
Original assignee: 엔페이즈 에너지, 인코포레이티드
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2015-06-26
Also published as: EP2887078A1; JP6357679B2; AU2014240283A1; US20150168473A1; JP2015119619A; AU2014240283B2; KR102210384B1; CN104730412A; CA2863963A1; CN104730412B

Abstract

접지 장애 임피던스를 결정하기 위한 방법 및 장치가 기재된다. 일 실시예에서, 장치는, 전압 분할기, 및 (i) 전압 분할기가 제 1 AC 라인과 DC 라인 사이에 커플링된 동안, 전압 분할기의 적어도 하나의 전압 측정에 기초하여 제 1 전압을 결정하고; (ii) 전압 분할기가 제 2 AC 라인과 DC 라인 사이에 커플링된 동안, 전압 분할기의 적어도 하나의 전압 측정에 기초하여 제 2 전압을 결정하고; (iii) 제 1 AC 라인과 제 2 AC 라인 사이의 적어도 하나의 전압 측정에 기초하여 차동 전압을 결정하며; (iv) 제 1 전압, 제 2 전압, 및 차동 전압에 기초하여 접지 장애 임피던스를 계산하기 위한 접지 장애 검출 모듈을 포함한다.

Description

접지 장애 검출을 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR GROUND FAULT DETECTION}

본 발명의 실시예들은 일반적으로 접지 장애 검출에 관한 것으로, 더 상세하게는 접지 장애를 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

솔라 패널(solar panel)들, 또는 광전지(photovoltaic)(PV) 모듈들은 수신된 태양광으로부터의 에너지를 직류 전류(DC)로 변환한다. PV 모듈들은, 그들이 생산하는 전기 에너지를 저장할 수 없으므로, 에너지는, 배터리 또는 양수력전기 저장부(pumped hydroelectricity storage)와 같은 에너지 저장 시스템으로 분산되거나 로드(load)에 의해 분산되어야만 한다. 생산된 에너지를 사용하기 위한 하나의 옵션은, DC 전류를 교류 전류(AC)로 변환하고, AC 전류를 상업적 전력 그리드에 커플링시키기 위해 하나 또는 그 초과의 인버터들을 이용하는 것이다. 그 후, 그러한 DG(distributed generation) 시스템에 의해 생산된 전력은 상업적 전력 회사에 판매될 수 있다.

생성된 전력을 상업적 AC 전력 그리드에 커플링시키기 위해, 인버터들은, 접지 상태에 대한 장애가 DC 측 상에 존재하는지를 결정하고, 그러한 상태가 존재한다면 전력 생산을 디스에이블(disable)하는 것과 같은 특정한 안전 표준들을 충족시켜야 한다. 접지 장애 전류들을 측정하기 위해 인버터에서 접지 기준을 갖는 것은, 인버터로부터 역으로 그리드에 접지를 전파하는(propagate) 것을 요구하며, 접지 접속을 지원하기 위해 부가적인 배선(wiring) 및 그에 따른 비용들을 초래한다.

따라서, 접지 기준에 접속시키지 않으면서 접지 장애 상태를 검출하기 위한 방법 및 장치에 대한 필요성이 당업계에 존재한다.

청구항들에서 더 완전히 기재된 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 일반적으로 도면들 중 적어도 하나에 도시되고 그리고/또는 도면들 중 적어도 하나와 관련하여 설명된 바와 같은 접지 장애 임피던스를 결정하는 것에 관한 것이다.

본 발명의 이들 및 다른 특성들 및 이점들은, 동일한 참조 부호들이 전반에 걸쳐 동일한 부분들을 지칭하는 첨부된 도면들과 함께 본 발명의 다음의 상세한 설명의 검토로부터 인식될 수도 있다.

본 발명의 상기 인용된 특성들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 상기 간략하게 요약된 본 발명의 더 상세한 설명이 실시예들을 참조하여 이루어질 수도 있으며, 이 실시예들 중 몇몇은 첨부된 도면들에 도시된다. 그러나, 본 발명이 다른 동등하게 효과적인 실시예들을 허용할 수도 있으므로, 첨부된 도면들은, 본 발명의 통상적 실시예들만을 도시하며, 따라서, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 고려되지 않음을 유의할 것이다.

도 1은 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 전력 분산 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 인버터의 다른 실시예의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 제어기의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른, 접지 장애 상태가 존재하는지를 결정하기 위한 방법의 블록도이다.
도 5는, 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들을 포함하는 전력 변환을 위한 시스템의 블록도이다.

도 1은 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 전력 분산 시스템(100)의 블록도이다. 전력 분산 시스템(100)("시스템(100)")은, 인버터(104)에 걸쳐 커플링된 광전지(PV) 모듈(102)을 포함하며, 그 인버터는 AC 전력 분산 그리드(118)("그리드(118)")에 추가적으로 커플링된다. 인버터(104)는, PV 모듈(102)로부터의 DC 전력을 상업적 그리드 준수(compliant) AC 전력으로 변환하고, 생성된 AC 전력을 그리드(118)에 커플링시킨다. 도 1에 도시된 바와 같이, 그리드(118)는 제 1 위상 라인 L1, 제 2 위상 라인 L2, 및 접지에 커플링된 중성 라인(neutral line) N을 포함하며, 여기서 라인들 L1 및 L2는 인버터 포지티브 및 네거티브 출력들에 각각 커플링된다. 다른 실시예들에서, 그리드(118)는, 단상(single phase) 라인과 접지된 중성 라인, 접지된 접속을 갖는 3상(three phase) 라인들 등과 같은 다른 토폴로지(topology)들을 가질 수도 있다.

몇몇 실시예들에서, 부가적으로 또는 대안적으로, 인버터(104)는, PV 모듈(102) 이외에, 다른 타입들의 재생가능한 에너지 소스들(예를 들어, 풍력 터빈들, 수력전기 시스템, 또는 유사한 재생가능한 에너지 소스), 배터리 등과 같은 하나 또는 그 초과의 적절한 DC 소스들로부터 DC 전력을 수신할 수도 있다. 몇몇 대안적인 실시예들에서, 다수의 DC 소스들이 인버터(104)에 커플링될 수도 있다(예를 들어, 인버터(104)는, 스트링 인버터(string inverter) 또는 단일 중앙화된 인버터(single centralized inverter)일 수도 있다).

인버터(104)는, DC-AC 스테이지(108)에 걸쳐 커플링된 DC-DC 스테이지(106), DC-AC 스테이지(108)의 출력에 걸쳐 커플링된 AC 전압 모니터(116), 및 DC-DC 스테이지(106), DC-AC 스테이지(108) 및 AC 전압 모니터(116) 각각에 커플링된 제어기(110)를 포함한다. DC-DC 스테이지(106)는, PV 모듈(102)로부터 DC 입력을 수신하고, 수신된 DC 전력을 제어기(110)에 의해 제어되는 바와 같은 제 2 DC 전력으로 변환한다. 그 후, DC-AC 스테이지(108)는, DC-DC 스테이지(106)로부터의 DC 전력을 제어기(110)에 의해 제어되는 바와 같은 단상 AC 출력 전력으로 변환하고, 출력 전력을 그리드(118)의 라인들 L1 및 L2에 커플링시킨다. DC-AC 스테이지(108)는, 사이클로변환기(cycloconverter), H-브릿지(H-bridge) 등과 같은 임의의 적절한 DC-AC 반전 회로일 수도 있다. 다른 실시예들에서, DC-AC 스테이지(108)는, 2상(two-phase), 분상(split phase), 또는 3상 AC 출력과 같은 다른 타입들의 AC 출력을 생성할 수도 있다. 몇몇 대안적인 실시예들에서, DC-DC 스테이지(106)는 존재하지 않을 수도 있으며, DC-AC 스테이지(108)가 PV 모듈(102)로부터 DC 전력을 수신한다.

AC 전압 모니터(116)는, AC 출력 전압을 샘플링하기 위해 DC-AC 스테이지(108)로부터의 출력에 걸쳐 커플링된다. AC 전압 모니터(116)는, 순시적인(instantaneous) AC 출력 전압(즉, 라인들 L1과 L2 사이의 차동 전압 VL1-VL2)을 측정하고, 제어기(110)에 샘플들(즉, 샘플링된 전압을 표시하는 신호들)을 제공한다. 제어기(110) 내의 위상 고정 루프(PLL)는, 그리드 주파수에 락 온(lock on)하고, 인버터(104)에 주요 시간 기준(main time reference)을 출력한다. 제어기(110)는, 그리드 전압으로부터 크기 및 위상 둘 모두에서 기본 컨텐츠를 추출하며, 이상적으로, 위상은 항상 0이어야 하지만 강력한 왜곡(heavy distortion)의 존재로 기울어질(skew) 수 있다. 따라서, 제어기(110)는 벡터로서 즉, 크기 및 위상 둘 모두의 관점들에서 AC 출력 전압을 결정한다. 측정된 AC 출력 전압은, (후술되는 바와 같은) 접지 장애 검출 뿐만 아니라 전력 변환 동안 사용된다. 몇몇 실시예들에서, AC 전압 모니터(116)는, 디지털 형태로 샘플들을 제공하기 위해 아날로그-투-디지털(A/D) 변환기를 포함할 수도 있다.

인버터(104)는, 접지 장애 검출 회로(112)를 더 포함한다. 접지 장애 검출 회로(112)는, 커패시터들 Cm 및 Cs, 스위치들 S1 및 S2, 및 AC 전압 모니터(114)를 포함한다. 커패시터들 Cm 및 Cs는, 전압 분할기를 형성하기 위해 직렬로 커플링된다. 커패시터 Cm의 제 1 단자는 DC-DC 스테이지 네거티브 입력에 커플링되고(그러나, 다른 실시예들에서, 그것은 DC-DC 스테이지 포지티브 입력에 커플링될 수도 있음), 커패시터 Cm의 제 2 단자는 커패시터 Cs의 제 1 단자에 커플링되며, AC 전압 모니터(114)는 커패시터 Cm에 걸쳐 커플링된다. 커패시터 Cs의 제 2 단자는 스위치들 S1 및 S2에 커플링된다. 몇몇 실시예들에서, 접지 장애 검출을 위해 사용되는 것에 부가하여 커패시터들 Cs 및 Cm은 인버터(104)에 대해 전자기 간섭(EMI) 보호를 제공할 수도 있으며, 부가적인 EMI 보호 커패시터들이 본 명세서에 설명된 발명에 현저하게 영향을 주지 않으면서 Cs 및 Cm에 걸쳐 커플링될 수도 있다.

스위치들 S1 및 S2는, 각각 양방향성 스위치들이고(예를 들어, 백-투-백(back-to-back) 금속-산화막-반도체 전계-효과 트랜지스터(MOSFET)들, 릴레이 콘택(relay contact)들 등), 커패시터 Cs의 제 2 단자와 DC-AC 스테이지 포지티브 및 네거티브 출력들 사이에 각각 커플링된다. 스위치들 S1 및 S2 뿐만 아니라 AC 전압 모니터(114)가 제어기(110)에 추가적으로 커플링된다.

본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따르면, 접지 장애 검출 회로(112)는, 인버터(104)에서의 접지로의 접속을 요구하지 않으면서 접지 장애 상태가 존재하는지를 결정하기 위해 사용된다. 어떠한 접지 접속도 필요하지 않으므로, 시스템 토폴로지는 간략화될 수 있는데, 예를 들어, 인버터(104)에 대한 케이블링(cabling) 내에 어떠한 접지 와이어(wire)도 필요하지 않고, 인버터(104)에 대해 접지없는(groundless) 케이싱(casing)이 사용될 수도 있으며(예를 들어, 인버터 케이싱은 플라스틱 또는 다른 비도전성인 재료들로 제조될 수도 있음), 인버터(104)에 대해 어떠한 접지 접속들도 필요하지 않다. 따라서, 인버터(104)는, 접지없는 인버터이고, "이중 절연" 분류 하에서 안전 보증될 것이다.

접지 장애 상태가 존재하는지를 결정하기 위해, 그리드-측 전압은, 역으로 접지에 대한 인버터(104)의 DC 측 상에서 존재할 수도 있는 임의의 잠재적인 접지 장애를 통하여 커패시터들 Cs 및 Cm을 통해 전류 흐름을 유도하도록 사용된다. 그 후, 접지 장애의 임피던스는, 다음과 같이 커패시터 Cm에 걸쳐 생성된 AC 전압을 측정함으로써 결정될 수 있다. 인버터(104)가 전력을 생성하지 않는 기간 동안, 스위치 S1은, 커패시터들 Cs 및 Cm에 의해 형성되는 용량성 분할기를 통해 DC-DC 스테이지 네거티브 입력에 그리드-측 라인 L1을 커플링시키기 위해 (제어기(110)에 의해 제어되는 바와 같이) 폐쇄된다. Cs 및 Cm에서의 커패시턴스들은, AC 전압 모니터(114)가 측정하기에 적절한 값으로 커패시터 Cm에 걸쳐 생성된 전압을 스케일링하도록 선택되고, 일반적으로, 선택은, Cm에 걸친 전압이 Cs에 걸친 전압보다 훨씬 낮도록 이루어지며, 예를 들어, 용량성 분할기는 대략 30 대 1의 전압 감소(reduction)를 제공할 수도 있다. 요구되는 안전 격리를 DC 및 AC 포트들 사이에 제공하기 위해, 커패시터들 Cm 및 Cs 중 하나 또는 둘 모두는 적절하게 안전-정격된(safety-rated) 커패시터들이다. 몇몇 실시예들에서, Cs는, 안전 정격된 Y1, Y2, 또는 Y3과 같이 4.7 나노패럿(nF)에서 최대 제한의 커패시턴스 값을 갖는 안전 정격된 커패시터이고, Cm은 (예를 들어, 33:1 전압 분할기에 대해) 150 nF의 커패시턴스들을 갖는다.

AC 전압 모니터(114)는, 커패시터 Cm에 걸친 전압을 샘플링하고, 그러한 샘플들(즉, 샘플링된 전압을 표시하는 신호들)을 제어기(110)에 제공한다. 몇몇 실시예들에서, AC 전압 모니터(114)는, 디지털 형태로 샘플들을 제공하기 위해 아날로그-투-디지털(A/D) 변환기를 포함할 수도 있다. 수신된 전압 샘플들에 기초하여, 제어기(110)는, 라인 L1이 Cm/Cs를 통해 DC 네거티브 입력에 커플링된 경우 커패시터 Cm에 걸친 전압에 대한 벡터 값 V1을 결정한다. V1을 결정하기 위해 다수의 전압 샘플들이 제어기(110)에 의해 사용될 수 있으며, 예를 들어, 제어기(110)는, V1을 결정하기 위해 복수의 전압 샘플들의 평균을 계산할 수도 있다.

그 후, Cs 및 Cm에 의해 형성되는 용량성 분할기를 통해 DC-DC 스테이지 네거티브 입력에 그리드-측 라인 L2를 커플링시키기 위해 스위치 S1은 개방되고 스위치 S2는 (제어기(110)에 의해 제어되는 바와 같이) 폐쇄된다. 또한, AC 전압 모니터(114)는, 커패시터 Cm에 걸친 전압을 샘플링하고, 전압 샘플들(즉, 샘플링된 전압을 표시하는 신호들)을 제어기(110)에 제공한다. 수신된 전압 샘플들에 기초하여, 제어기(110)는, 그리드-측 라인 L2와 DC 네거티브 입력이 Cm/Cs를 통해 커플링된 경우 커패시터 Cm에 걸친 전압에 대한 벡터 값 V2를 결정한다. V2를 결정하기 위해 다수의 전압 샘플들이 제어기(110)에 의해 사용될 수도 있으며, 예를 들어, 제어기(110)는, V2를 결정하기 위해 복수의 전압 샘플들의 평균을 계산할 수도 있다. 그 후, 스위치 S2는 개방된다.

스위치들 S1 및 S2의 활성화/비활성화는 그리드 전압 파형과 동기화되며, 예를 들어, 그리드(118)에 동기화되는 인버터(104)의 위상 고정 루프(PLL)가 스위치들 S1 및 S2의 동작을 동기화시키기 위해 사용될 수도 있다. 몇몇 실시예들에서, 예를 들어, 스위치들 S1 및 S2가 낮은 주파수들에서만 스위칭할 수 있는 디바이스들인 경우, 스위치들 S1 및 S2는 그리드 주파수보다 작거나 그리드 주파수와 동일한 주파수에서 동작되고, 각각은 적어도 하나의 그리드 사이클 동안 폐쇄되어 유지되지만, 그들은, 판독들에서의 잡음을 감소시키기 위해 더 긴 기간 동안 주로 폐쇄되어 유지된다. 몇몇 그러한 실시예들에서, 스위치들 S1 및 S2 각각은, 수 개의 그리드 사이클들(예를 들어, 10개의 그리드 사이클들) 동안 스위치 온될 수도 있다. 다른 실시예들에서, 스위치들 S1 및 S2는, 그리드 주파수보다 큰 주파수에서 동작될 수도 있지만, 일반적으로, 그들은 전력 변환을 위해 사용되는 변환기 스위칭 주파수보다 작은 주파수에서 동작된다.

획득된 전압 샘플들에 기초하여, V1 및 V2 각각에 대한 크기 및 위상이 평가되며, 예를 들어, 단일-빈(single-bin) 고속 푸리에 변환(FFT)이 V1 및 V2 각각에 대한 크기 및 위상을 결정하기 위해 단일 주파수(예를 들어, 그리드 주파수)를 평가하는데 사용될 수도 있다. 유사하게, 차동 전압 VL1-VL2에 대한 크기 및 위상이 AC 전압 모니터(116)에 의해 획득된 전압 샘플들에 기초하여 결정된다. 일반적으로, VL1-VL2는, V1 및 V2를 측정하고 결정하는 프로세스 동안 계속해서 측정되며, VL1-VL2가, V1 및 V2가 측정되는 시간들 사이에서 변했다면, 그것이 적절하게 안정될 때까지 측정은 반복될 수 있다.

V1, V2, 및 차동 전압 VL1-VL2에 기초하여, 접지에 대한 PV 모듈 임피던스 Zpv가 제어기(110)에 의해 다음과 같이 결정되고,

여기서,

이고, 여기서 Zs 및 Zm은 각각 커패시터들 Cs 및 Cm의 임피던스들이며, Zpv, Zs, 및 α는 모두 벡터량들이다. 그 후, 접지에 대한 결정된 PV 모듈 임피던스 Zpv의 크기 및/또는 위상은, 접지 장애 상태가 존재하는지를 결정하기 위해 제어기(110)에 의해 평가될 수도 있다. 예를 들어, 접지 장애 상태는, Zpv의 크기가 10 킬로옴보다 작다면 존재한다고 결정될 수도 있으며, 부가적으로 또는 대안적으로, 저항성 누설(Zpv 실수부(real))은, Zpv의 위상에 기초하여 용량성 누설(Zpv 허수부(ideal))과 구별될 수도 있다. 접지 장애 상태가 결정된 경우, 제어기(110)는, 인버터(104)에 의한 전력 생산을 디스에이블하고, 그 상태를 표시하는 경보(alarm)를 발생시킬 수도 있다. 접지에 대한 PV 모듈 임피던스는, 임의의 접지 장애 상태들에 대해 테스트하기 위해, 인버터 시동 전의 각각의 아침(morning)과 같이 주기적으로 결정될 수도 있다.

특정한 실시예들에서, 커패시터 Cm 및/또는 커패시터 Cs 이외의 디바이스들이 상술된 전압 분할기 기능을 제공하기 위해 사용될 수도 있다(예를 들어, 적절하게 안전-정격된 저항기들이 Cm 및 Cs 대신 사용될 수도 있음).

몇몇 대안적인 실시예들에서, 접지 장애 검출 회로(112)는 외부 컴포넌트일 수도 있으며(즉, 인버터(104) 내에 포함되지 않음), 부가적으로 또는 대안적으로, 접지 장애 검출 회로(112)를 제어하고, 그리고/또는 접지에 대한 PV 모듈 임피던스 Zpv(뿐만 아니라 연관된 파라미터들 중 임의의 파라미터)를 결정하며, 접지 장애 상태가 존재하는지를 평가하기 위한 회로는, 인버터(104)의 외부에 있을 수도 있다.

도 2는 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 인버터(104)의 다른 실시예의 블록도이다. 상술된 바와 같이, 인버터(104)는 DC-AC 스테이지(108)에 커플링된 DC-DC 스테이지(106), 제어기(110)에 커플링된 각각의 스테이지, 및 DC-AC 스테이지 출력에 걸쳐 그리고 제어기(110)에 커플링된 AC 전압 모니터(116)를 포함한다.

DC-DC 스테이지(106)는 입력 브릿지(202) 및 커패시터(204)를 포함하며, 여기서, 커패시터(204)는, 입력 브릿지(202)로부터의 제 1 출력 단자에 커플링된다. 입력 브릿지(202)는, 스위치들(220-1/220-2 및 222-1/222-2)이 H-브릿지의 제 1 및 제 2 레그들(즉, 좌측 및 우측 레그들)을 각각 형성하도록 배열되는 스위치들(220-1, 220-2, 222-1, 및 222-2)(예를 들어, n-타입 금속-산화막-반도체 전계-효과 트랜지스터들, 또는 MOSFET들)을 포함하는 풀(full) H-브릿지이다. 스위치들(220-1, 220-2, 222-1, 및 222-2) 각각의 게이트 및 소스 단자들은, 스위치들을 동작가능하게 제어하기 위해 제어기(110)에 커플링된다. 다른 실시예들에서, 스위치들(220-1, 220-2, 222-1, 및 222-2)은, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)들, 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)들, p-타입 MOSFET들, 게이트 턴오프 사이리스터(GTO)들 등과 같은 임의의 다른 적절한 전자 스위치일 수도 있다. 입력 브릿지(202)의 제 1 출력 단자는, 스위치들(220-1 및 220-2) 사이에 커플링되고, 커패시터(204)의 제 1 단자에 또한 커플링된다. 입력 브릿지(202)의 제 2 출력 단자는, 스위치들(222-1 및 222-2) 사이에 커플링된다. 대안적인 실시예들에서, 입력 브릿지(202)는 하프(half) H-브릿지와 같은 다른 타입의 DC 브릿지일 수도 있다.

DC-AC 스테이지(108)는, DC-DC 스테이지(106)에 걸쳐 커플링된 1차(primary) 측(206p) 및 AC 브릿지(250)에 걸쳐 커플링된 2차(secondary) 측(206s)을 갖는 (예를 들어, DC-AC 스테이지(108)의 경계(border)에서) 변압기(206)를 포함한다. AC 브릿지(250)는, 스위치들(252-1, 252-2, 254-1, 및 254-2)(예를 들어, MOSFET들 또는 다른 적절한 전자 스위치들) 및 커패시터들(256 및 258)을 포함하는 사이클로변환기인 AC 하프-브릿지이며, 스위치들(252-1, 252-2, 254-1, 및 254-2) 각각의 게이트 및 소스 단자들은, 스위치들을 동작가능하게 제어하기 위해 제어기(110)에 커플링된다. 스위치들(252-1 및 252-2)은, AC 브릿지(250)의 제 1 레그를 형성하기 위해, 직렬 백-투-백으로 커플링되고(즉, 스위치들의 소스 단자들이 서로 커플링됨), 커패시터(256)의 제 1 단자에 직렬로 추가적으로 커플링된다. 유사하게, 스위치들(254-1 및 254-2)는, AC 브릿지(250)의 제 2 레그를 형성하기 위해, 직렬 백-투-백으로 커플링되고, 커패시터(258)의 제 1 단자에 직렬로 추가적으로 커플링된다. 제 1 및 제 2 AC 브릿지 레그들은, 서로 병렬로 커플링되고(즉, 스위치들(252-1 및 254-1)의 드레인 단자들이 서로 커플링되며, 커패시터들(256 및 258)의 제 2 단자들이 서로 커플링됨), 변압기 2차 측(206s)에 걸쳐 커플링된다. AC 브릿지(250)는, 스위치들 및 커패시터들의 각각의 쌍들 사이에 커플링된 제 1 및 제 2 출력 단자들에 AC 출력 전력을 커플링시킨다. 특정한 실시예들에서, 커패시터들(256 및 258)은 대략 1000 nF일 수도 있으며, 변압기(206)는 1:6 권수(turns) 비를 가질 수도 있다.

몇몇 대안적인 실시예들에서, AC 브릿지(250)는, 풀 H-브릿지, 3상 또는 분상 AC 출력을 그리드(118)에 커플링시키기 위한 3상 브릿지(예를 들어, 3상 사이클로변환기) 등과 같은 상이한 타입의 AC 브릿지 회로일 수도 있다.

인버터(104)는, DC-DC 스테이지 네거티브 입력 단자(즉, 스위치들(220-2 및 222-2)의 소스 단자들)와 DC-AC 스테이지 네거티브 입력 단자(즉, 커패시터들(256 및 258)의 제 2 단자들) 사이에 직렬로 커플링된 커패시터들 Cm 및 Cs를 또한 포함하지만, 다른 실시예들에서, Cs 및 Cm의 직렬 결합이 커패시터(204)와 1차 권선(winding)(206P) 사이에 커플링될 수도 있다. AC 전압 모니터(114)는 커패시터 Cm에 걸쳐 커플링된다. 상술된 바와 같이, 커패시터들 Cm 및 Cs 중 하나 또는 둘 모두가 적절하게 안전 정격된 커패시터들이고, 몇몇 실시예들에서, Cs는 4.7 nF의 커패시턴스 값을 갖는 "Y1" 안전 정격된 커패시터이며, Cm은 150 nF의 커패시턴스를 갖는다(통상적인 전압 분할기 비, 예를 들어, 이들 커패시터 값들에 대해 33:1을 제공하기 위해서임) . 몇몇 대안적인 실시예들에서, 커패시터들 Cm 및 Cs 중 하나 또는 둘 모두는, 안전-정격된 저항기들과 같은 다른 타입들의 적절하게 안전-정격된 디바이스들로 대체될 수도 있다.

본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따르면, AC 브릿지 스위치들은, PV 모듈(102) 상에서 접지에 대한 장애를 검출하기 위해, 인버터 AC 및 DC 포트들 사이에 접속된 임피던스 네트워크를 드라이빙(drive)하기 위해 이용된다. 그로써, 커패시터들 Cm 및 Cs, AC 전압 모니터(114), 및 스위치들(252-1, 252-2, 254-1 및 254-2)은 접지 장애 검출 회로(112)의 다른 실시예를 형성하고, 여기서, 스위치 쌍(252-1/252-2)은 AC 라인 L1과 네거티브 DC 입력 단자 사이에 용량성 분할기를 커플링시키도록 활성화되며, 스위치 쌍(252-1/252-2)은 AC 라인 L2와 네거티브 DC 입력 단자 사이에 용량성 분할기를 커플링시키도록 활성화된다. 따라서, 커패시터 Cs는, AC-측 AC 브릿지(250)로부터의 AC 자극(stimulus)으로 드라이빙되어, 그 자극이, 역으로 접지에 대한 DC 측 상에서의 임의의 잠재적인 접지 장애를 통하여 Cm 및 Cs에 의해 형성되는 용량성 분할기를 통해 전류 흐름을 드라이빙하도록 시도하게 할 것이다. 상술된 바와 같이, 커패시터 Cm에 걸쳐 생성된 전압은, 접지 장애 상태가 존재하는지를 결정하기 위해, 접지에 대한 PV 모듈 임피던스 Zpv를 계산하도록 측정되고 사용된다.

몇몇 실시예들에서, AC 브릿지 스위치들은, 인버터(104)가 전력을 생성하고 있지 않는 경우(예를 들어, 각각의 아침에 인버터 시동 전에) 접지 장애 검출을 위해 드라이빙된다. 그러한 실시예들에서, AC 브릿지 스위치들은, 그리드 전압 파형과 (예를 들어, 인버터(104)의 위상 고정 루프(PLL)를 통하여) 동기화되고, 그리드 주파수보다 작거나 동일한 주파수에서 사이클링될 수도 있으며(즉, 스위치들은 정수개의 그리드 사이클들 동안 동작됨), 그리드 주파수보다 크지만 그들의 정상(즉, 전력 생성) 동작 주파수보다 낮은 주파수에서, 또는 그들의 정상 동작 주파수에서/그에 근접하여 사이클링될 수도 있다. 특정한 실시예들에서, AC 브릿지 스위치들은 그리드 주파수보다 낮은 주파수에서 사이클링될 수도 있는데, 예를 들어, 스위치 쌍(252-1/252-2)은 수 개의 그리드 사이클들(예를 들어, 10개의 그리드 사이클들) 동안 스위치 온될 수도 있고, Cm에 걸친 전압이 측정되며, 그 후, 후속하여 스위치 쌍(254-1/254-2)이 수 개의 그리드 사이클들(예를 들어, 10개의 그리드 사이클들) 동안 스위치 온될 수도 있고, Cm에 걸친 전압이 다시 측정된다. 상술된 바와 같이, 접지 장애 상태가 존재하는지의 결정은, Cm에 걸친 전압들의 측정치들 뿐만 아니라 AC 전압 모니터(116)에 의한 라인들 L1 및 L2에 걸쳐 측정된 전압에 기초하여 행해질 수도 있다.

다른 실시예들에서, 접지 장애 검출은, AC 브릿지 스위치들이 전력을 생성하기 위해 드라이빙되는 동안 발생한다. 그러한 실시예들에서, AC 브릿지 스위칭 변조는 정상 전력 생산 동안 발생하는 스위칭으로부터 변경되지 않으며, 접지 장애 검출은 이러한 특정한 스위칭 주파수 및 변조를 이용하여 동작한다. 스위칭 주파수, 크기 및 변조 세부사항들이 전력 변환 제어 요건들에 의해 지시되지 않으므로, Cs 및 Cm에 대한 값들은 그에 따라 선택되고, 즉, 접지 장애 검출 기능은, 일단 전력 변환 설계가 완결되고 Cs 및 Cm 에 대한 적절한 값들이 용이하게 결정될 수 있으면 설계되는 2차 기능으로서 처리될 수 있다. 그 후, 상술된 바와 같이, Cm에 걸친 전압은, 접지 장애 상태가 존재하는지를 결정하기 위해 측정될 수 있다. 접지 장애 상태가 존재한다고 결정되면, 제어기(110)는, 전력 생산을 디스에이블하고, 상태를 표시하는 경보를 부가적으로 생성할 수도 있다.

몇몇 대안적인 실시예들에서, 인버터(104)는, 2상 출력, 분상 출력, 또는 3상 출력과 같은 상이한 타입의 AC 출력을 생성하고, 그에 따라 그리드(118)에 커플링될 수도 있다. 그러한 실시예들에서, 접지 장애 검출은, 상술된 기술과 유사한 기술에 의해 이루어질 수도 있다.

접지 장애가 존재하는지를 결정하는 것에 부가하여, 접지에 대한 계산된 PV 모듈 임피던스가 다른 애플리케이션들에 대해 사용될 수도 있다. 예를 들어, 접지에 대한 PV 모듈 임피던스에 기초하여, PV 모듈(102)이 (예를 들어, 비, 이슬 등으로 인해) 습윤(wet)인지의 결정이 행해질 수도 있다. PV 모듈 상에서 접지에 대한 임피던스는, PV 모듈(102)이 건조한 경우와 비교하여 PV 모듈(102)이 습윤인 경우 현저하게 감소되므로, 제어기(110)는, PV 모듈(102)이 습윤인지를 결정하기 위해 접지에 대한 PV 모듈 임피던스를 적절한 임계치 또는 앞서 결정한 값들과 비교할 수도 있다. 그러한 정보는, 예를 들어, PV 모듈들이 세정될 필요가 있는지를 식별하기 위해 사용될 수도 있다(예를 들어, 폭풍우 후에 PV 모듈(102)은 충분히 깨끗하다고 고려될 수도 있음).

추가적으로, 접지에 대한 계산된 PV 모듈 임피던스는, 특정한 타입들의 장애 이슈들을 식별하기 위해 사용될 수도 있다. 예를 들어, 전압들 V1, V2, 및 VL1-VL2가 벡터들이므로, 접지에 대한 저항 뿐만 아니라 접지에 대한 커패시턴스 및/또는 접지에 대한 인덕턴스 또한 결정될 수 있다. 그러한 정보는, 저항성 이슈들, 용량성 이슈들 등 사이를 판별하기 위해 사용될 수도 있다.

또한, 접지에 대한 PV 모듈 임피던스를 계산하기 위해 획득된 전압 정보는, 그리드 접속의 토폴로지를 결정하기 위해 사용될 수도 있다. 예를 들어, 전압들 V1 및 V2의 비에 기초하여, 그리드(118)로의 접속이 3상 접속인지, 3상 접속 중 2상들인지, 접지에 대한 전압이 무엇인지 등의 결정이 행해질 수 있다.

도 3은 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 제어기(110)의 블록도이다. 제어기(110)는, 지원 회로들(326) 및 메모리(316)에 커플링된 적어도 하나의 중앙 프로세싱 유닛(CPU)(306)을 포함한다. CPU(306)는, 본 발명에 따른 다양한 태스크들을 수행하기 위한 비-일시적인 소프트웨어 명령들을 실행하도록 구성되는 하나 또는 그 초과의 프로세서들, 마이크로프로세서들, 마이크로제어기들 및 이들의 결합들을 포함할 수도 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, CPU(306)는 하나 또는 그 초과의 주문형 집적 회로(ASIC)들을 포함할 수도 있다. 지원 회로들(326)은, CPU(306)의 기능을 촉진시키도록 사용되는 잘 알려진 회로들이다. 그러한 회로들은, 캐시, 전력 공급부들, 클록 회로들, 버스들, 네트워크 카드들, 입력/출력(I/O) 회로들 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 제어기(110)는, 특정한 소프트웨어를 실행하는 경우 본 발명의 다양한 실시예들을 수행하기 위한 특정 목적 컴퓨터가 되는 범용 컴퓨터를 사용하여 구현될 수도 있다.

메모리(316)는, 랜덤 액세스 메모리, 판독 전용 메모리, 착탈형 디스크 메모리, 플래시 메모리, 및 이들 타입들의 메모리의 다양한 결합들을 포함할 수도 있다. 메모리(316)는 메인 메모리로 종종 지칭되며, 부분적으로, 캐시 메모리 또는 버퍼 메모리로서 사용될 수 있다. 메모리(316)는 제어기(110)의 운영 시스템(OS)(318)을 일반적으로 저장한다. 운영 시스템(318)은, Linux, 실-시간 운영 시스템(RTOS) 등과 같은 다수의 상업적으로 이용가능한 운영 시스템들 중 하나일 수도 있지만 이에 제한되지 않는다.

메모리(316)는, CPU(306)에 의해 실행되고 그리고/또는 사용될 수도 있는 비-일시적인 프로세서-실행가능한 명령들 및/또는 데이터를 저장한다. 이들 프로세서-실행가능한 명령들은, 펌웨어, 소프트웨어 등, 또는 이들의 몇몇 결합을 포함할 수도 있다.

메모리(316)는, DC-DC 스테이지(106)(인버터(104)에 존재하는 경우) 및 DC-AC 스테이지(108)의 동작을 제어하기 위한 변환 제어 모듈(314), 및 그리드 파형과 동기인(synchronous) 신호를 생성하기 위한 위상 고정 루프(PLL) 모듈(316)과 같은 다양한 형태들의 애플리케이션 소프트웨어를 저장할 수도 있다. 메모리(316)는 본 명세서에 설명된 바와 같이, 접지 장애 상태가 존재하는지를 결정하기 위한 접지 장애 검출 모듈(318)을 더 포함할 수도 있다. 접지 장애 검출 모듈(318)의 기능의 일 실시예는 도 4에 관해 후술된다.

메모리(316)는, 인버터(104)의 동작에 관련된 데이터 및/또는 본 발명에 관련된 데이터(예를 들어, 접지 장애 상태가 존재하는지 또는 PV 모듈이 습윤인지를 결정하는데 사용되는 하나 또는 그 초과의 임계치들, 그리드 접속의 타입을 식별하는데 사용되는 데이터, PV 모듈 접지 장애 임피던스의 이전에 계산된 값들 등)를 저장하기 위한 데이터베이스(322)를 부가적으로 포함할 수도 있다.

몇몇 실시예들에서, 변환 제어 모듈(314), PLL 모듈(316), 접지 장애 검출 모듈(318), 및 데이터베이스(322) 또는 이들의 일부들 중 하나 또는 그 초과는, 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 또는 이들의 결합으로 구현될 수도 있다.

도 4는 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른, 접지 장애 상태가 존재하는지를 결정하기 위한 방법(400)의 블록도이다.

후술되는 실시예와 같은 몇몇 실시예들에서, 인버터는, DC 전력 소스, 및 AC 전력 그리드의 제 1 및 제 2 위상 라인들에 커플링된다(예를 들어, PV 모듈(102) 및 그리드(118)에 커플링된 DC-AC 인버터(104)). 인버터는, 단일 DC 전력 소스(예를 들어, 단일 PV 모듈)에, 또는 대안적으로, 동일하거나 상이한 타입들의 복수의 DC 전력 소스들에 커플링될 수도 있다(예를 들어, 인버터는, 스트링 인버터 또는 단일 중앙화된 인버터일 수도 있다). DC 전력 소스는, 광전지(PV) 모듈, 풍력 터빈들, 수력전기 시스템, 다른 타입들의 재생가능한 에너지 소스들, 배터리 등과 같은 임의의 적절한 DC 소스일 수도 있다.

인버터는, DC 전력 소스로부터의 DC 전력을 AC 전력으로 변환하고, AC 전력을 AC 전력 그리드에 커플링시킨다. 후술되는 실시예에서, 인버터는, 단상 AC 전력을 생성하고, 생성된 전력을 AC 전력 그리드의 제 1 및 제 2 위상 라인에 커플링시킨다. 다른 실시예들에서, 인버터는, 2상, 분상, 또는 3상 전력과 같은 다른 타입들의 AC 전력을 생성하고 그리드에 커플링시킬 수도 있으며, 그에 따라, 방법(400)은, 접지 장애 상태가 존재하는지를 결정하기 위해 사용될 수도 있다.

부가적으로, 후술되는 바와 같이, 인버터는, DC 측 상에 접지 장애 상태가 존재하는지를 결정하기 위해 어떠한 접지 접속도 요구하지 않으며, 따라서, 접지없는 인버터이다.

방법(400)은, 단계(402)에서 시작하고 단계(404)로 진행한다. 단계(404)에서, 전압 분할기는, 인버터 출력에서의 제 1 AC 위상 라인과 인버터 입력 상에서의 DC 라인 사이에 커플링된다. 전압 분할기는, 커패시터들 Cs 및 Cm에 의해 형성된 용량성 분할기와 같은 용량성 분할기일 수도 있으며, 대안적으로, 임의의 타입의 적절하게 안전-정격된 디바이스가 전압 분할기에 사용될 수도 있다(예를 들어, 전압 분할기는 2개의 직렬 저항기들에 의해 형성될 수도 있다).

방법(400)은 단계(406)로 진행하고, 여기서, 전압은 전압 분할기의 엘리먼트들 중 하나에 걸쳐 측정되며, 예를 들어, 전압은 커패시터 Cm에 걸쳐 측정된다. 그 후, 상술된 바와 같이, 제 1 전압 V1이 측정된 전압에 기초하여 결정되고, 여기서, 제 1 전압 V1은 벡터량이다.

단계(408)에서, 전압 분할기는, 제 1 AC 라인으로부터 분리되고, 인버터 출력에서의 제 2 AC 위상 라인과 인버터 입력 상에서의 DC 라인 사이에 커플링된다.

몇몇 실시예들에서, 인버터는, 단계들(404 및 408) 동안 전압 분할기가 AC 및 DC 라인들에 걸쳐 커플링된 경우 전력을 생산하지 않는다. 그러한 실시예들에서, 전압 분할기는, 원하는 AC 라인과 전압 분할기 사이의 스위치들 S1 또는 S2 중 하나와 같은 스위치를 활성화시킴으로써 또는 인버터의 AC 출력 브릿지 내의 하나 또는 그 초과의 스위치들(예를 들어, AC 브릿지 스위치들(252-1/252-2 또는 254-1/254-2)중 하나)을 활성화시킴으로써 AC 및 DC 라인들에 걸쳐 커플링될 수도 있다. 그러한 스위치들의 활성화/비활성화는, 예를 들어, 인버터의 위상 고정 루프(PLL)에 의해 그리드 전압과 동기화되고, 그리드 전압보다 낮거나 그리드 전압과 동일한 주파수에 있을 수도 있으며(예를 들어, 전압 분할기는, 수 개의 그리드 사이클들 동안 제 1 AC 라인 및 DC 라인에 걸쳐 커플링되고, 그 후, 후속하여, 수 개의 그리드 사이클들 동안 제 2 AC 라인 및 DC 라인에 걸쳐 커플링될 수도 있음), 대안적으로, 그러한 스위치들은, 그리드 주파수보다 크지만 일반적으로, 전력을 생성하기 위해 정상 변환기 스위칭 주파수보다 적거나 그와 동일한 주파수에서 동작될 수도 있다.

다른 실시예들에서, 인버터는, 단계들(404 및 408) 동안 전압 분할기가 AC 및 DC 라인들에 걸쳐 커플링된 경우 전력을 생산한다. 그러한 실시예들에서, 인버터의 AC 측 상에서의 AC 브릿지 스위치들(예를 들어, AC 브릿지(250)의 스위치들)은, 상술된 바와 같이, 라인들에 걸쳐 전압 분할기를 커플링시키기 위해 이용된다.

방법(400)은 단계(410)로 진행하고, 여기서, 전압은, 단계(406)에서와 동일한 전압 분할기 엘리먼트들에 걸쳐(예를 들어, 커패시터 Cm에 걸쳐) 측정된다. 그 후, 상술된 바와 같이, 제 2 전압 V2가 측정된 전압에 기초하여 결정되고, 여기서 제 2 전압 V2는 벡터량이다. AC 브릿지 스위치 외의 스위치가 AC 및 DC 라인들에 걸쳐 전압 분할기를 커플링시키기 위해 이용되는 그들 실시예들에 대해, 전압 분할기는, 전압 측정에 후속하여 AC 라인으로부터 분리된다.

단계(412)에서, 제 1 및 제 2 AC 위상 라인들 사이의 차동 전압이 (예를 들어, AC 전압 모니터(116)에 의해) 측정되며, 벡터량 VL1-VL2가 상술된 바와 같이 결정된다. 그 후, 방법(400)은 단계(414)로 진행하고, 여기서, 접지에 대한 DC-측 임피던스 Zpv가 상술된 바와 같이 결정된다. 그 후, 방법(400)은 단계(416)로 진행하고, 여기서, 접지에 대한 임피던스 Zpv의 크기 및/또는 위상이 임계치와 비교된다.

단계(418)에서, 임피던스가 임계치를 초과하는지의 결정이 행해진다. 임피던스가 임계치를 초과한다고 결정되면, 방법(400)은 단계(420)로 진행한다. 단계(420)에서, 전력이 인버터에 의해 생성된다. 인버터가 전력을 생성하고 있지 않은 경우 접지 장애 임피던스 검출이 수행되는 그들 실시예들에서, 전력 생산이 인버터에서 시작한다. 인버터가 전력을 생성하고 있는 동안 접지 장애 임피던스 검출이 수행되는 그들 실시예들에서, 전력 생산이 계속된다.

단계(418)에서, 임피던스가 임계치를 초과하지 않는다고 결정되면, 방법(400)은 단계(422)로 진행하며, 여기서, 인버터에 의한 전력 생산이 디스에이블된다. 인버터가 전력을 생성하고 있지 않은 경우 접지 장애 임피던스 검출이 수행되는 그들 실시예들에서, 전력 생산은 인버터에 시동하는 것이 금지된다. 인버터가 전력을 생성하고 있는 동안 접지 장애 임피던스 검출이 수행되는 그들 실시예들에서, 전력 생산은 중단된다. 부가적으로, 접지 장애 상태를 표시하는 경보가 발생될 수도 있다.

방법(400)은, 단계(420) 또는 단계(422) 중 어느 하나로부터 단계(424)로 진행하며, 여기서 방법이 종료된다. 방법(400)의 몇몇 실시예들에서, 접지에 대한 DC-측 임피던스 Zpv에 대한 위상 정보는, 예를 들어, 전력 생산을 금지할지를 결정하는 것의 일부로서 저항성 누설(Zpv 실수부)을 용량성 누설(Zpv 허수부)로부터 구별하기 위해 사용될 수도 있다.

도 5는 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들을 포함하는 전력 변환을 위한 시스템(500)의 블록도이다. 이러한 도면은, 본 발명을 이용할 수도 있는 무수한 가능한 시스템 구성들 및 디바이스들 중 하나의 변형만을 도시한다. 본 발명은, DC-측 접지 장애 검출을 요구하는 임의의 DC-AC 시스템 또는 디바이스에서 이용될 수 있다.

시스템(500)은, 인버터들(104)로 집합적으로 지칭되는 복수의 인버터들(104-1, 104-2 ....104-N), PV 모듈들(102)로 집합적으로 지칭되는 복수의 PV 모듈들(102-1, 102-2 ....102-N), 시스템 제어기(506), 버스(508), 로드 센터(510), 및 그리드(118)를 포함한다. 다른 실시예들에서, PV 모듈들(102) 중 하나 또는 그 초과는, 배터리, 다른 타입의 재생가능한 에너지 소스(예를 들어, 풍력 터빈, 수력전기 시스템, 또는 유사한 재생가능한 에너지 소스) 등과 같은 DC 전력을 제공하기 위한 임의의 다른 타입의 적절한 DC 소스일 수도 있다.

각각의 인버터(104-1, 104-2 ....104-N)는 단일 PV 모듈(102-1, 102-2 ....102-N)에 각각 커플링되며, 몇몇 대안적인 실시예들에서, 다수의 PV 모듈들(102)은 단일 인버터(104), 예를 들어, 스트링 인버터 또는 단일 중앙화된 인버터에 커플링될 수도 있다. 인버터들(102) 각각은 접지 장애 검출 회로(112)를 포함한다(즉, 인버터들(104-1, 104-2 ....104-N)은 접지 장애 검출 회로들(112-1, 112-2 ....112-N)을 각각 포함한다).

인버터들(104)은 버스(508)를 통해 시스템 제어기(506)에 커플링된다. 시스템 제어기(506)는, 인버터들(104)의 동작가능한 제어를 제공하기 위해 무선 및/또는 유선 통신에 의해 인버터들(104)과 통신할 수 있다. 인버터들(104)은, 버스(508)를 통해 로드 센터(510)에 추가적으로 커플링된다.

인버터들(104)은, 수신된 DC 전력을 AC 전력으로 각각 변환할 수 있다. 그 후, 생성된 전력은 그리드(118)에 추가적으로 커플링된다. 상술된 바와 같이, 인버터들(102)은 단상 AC 전력, 2상 AC 전력, 분상 AC 전력, 또는 3상 AC 전력을 생성할 수도 있다. 생성된 전력은, 버스(508)를 통해 로드 센터(510)에 커플링되며, 그 후, 그리드(118)에 추가적으로 커플링된다. 특정한 실시예들에서, 시스템(500)은, 예를 들어, 직렬로 접속된 마이크로-인버터(SCMI) 리던던시(redundancy) 관리를 이용하는 SCMI 시스템일 수도 있다.

접지 장애 검출 회로들(112)은, DC-측 접지 장애 상태가 존재하는지를 결정하기 위해 상술된 바와 같이 동작한다. 접지 장애 상태가 검출된다면, 대응하는 인버터(104)에서의 전력 생산이 디스에이블된다.

본 발명의 실시예들의 이전 설명은, 설명된 바와 같이 다양한 기능들을 수행하는 다수의 엘리먼트들, 디바이스들, 회로들 및/또는 어셈블리들을 포함한다. 이들 엘리먼트들, 디바이스들, 회로들, 및/또는 어셈블리들은, 그들 각각의 설명된 기능들을 수행하기 위한 수단의 예시적인 구현들이다.

전술한 것은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 및 추가적인 실시예들이 본 발명의 기본 범위를 벗어나지 않으면서 고안될 수도 있으며, 그 범위는 후속하는 청구항들에 의해 결정된다.

Claims

접지 장애 임피던스를 결정하기 위한 방법으로서,
인버터의 AC 측 상에서의 제 1 AC 라인과 상기 인버터의 DC 측 상에서의 DC 라인 사이에 전압 분할기(divider)를 커플링시키는 단계;
상기 전압 분할기가 상기 제 1 AC 라인과 상기 DC 라인 사이에 커플링된 동안, 상기 전압 분할기의 적어도 하나의 전압 측정에 기초하여 제 1 전압을 결정하는 단계;
상기 인버터의 상기 AC 측 상에서의 제 2 AC 라인과 상기 DC 라인 사이에 상기 전압 분할기를 커플링시키는 단계;
상기 전압 분할기가 상기 제 2 AC 라인과 상기 DC 라인 사이에 커플링된 동안, 상기 전압 분할기의 적어도 하나의 전압 측정에 기초하여 제 2 전압을 결정하는 단계;
상기 제 1 AC 라인과 상기 제 2 AC 라인 사이의 적어도 하나의 전압 측정에 기초하여 차동 전압을 결정하는 단계; 및
상기 제 1 전압, 상기 제 2 전압, 및 상기 차동 전압에 기초하여 상기 접지 장애 임피던스를 계산하는 단계를 포함하는, 접지 장애 임피던스를 결정하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전압, 상기 제 2 전압, 및 상기 차동 전압은 전부 벡터량들인, 접지 장애 임피던스를 결정하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 전압 분할기는 용량성 분할기인, 접지 장애 임피던스를 결정하기 위한 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 전압 분할기를 상기 제 1 AC 라인과 상기 DC 라인 사이에 커플링시키도록 제 1 스위치를 활성화시키는 단계; 및
상기 전압 분할기를 상기 제 2 AC 라인과 상기 DC 라인 사이에 커플링시키도록 제 2 스위치를 활성하시키는 단계를 더 포함하는, 접지 장애 임피던스를 결정하기 위한 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치는, AC 전력을 생성하는 AC 브릿지의 일부인, 접지 장애 임피던스를 결정하기 위한 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 인버터는, 상기 전압 분할기가 상기 제 1 AC 라인과 상기 DC 라인 또는 상기 제 2 AC 라인과 상기 DC 라인 중 어느 하나 사이에 커플링된 경우 전력을 생성하는, 접지 장애 임피던스를 결정하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
접지 장애 상태가 존재하는지를 결정하기 위해 상기 접지 장애 임피던스를 임계치와 비교하는 단계를 더 포함하는, 접지 장애 임피던스를 결정하기 위한 방법.
접지 장애 임피던스를 결정하기 위한 장치로서,
전압 분할기; 및
(i) 상기 전압 분할기가 제 1 AC 라인과 DC 라인 사이에 커플링된 동안, 상기 전압 분할기의 적어도 하나의 전압 측정에 기초하여 제 1 전압을 결정하고; (ii) 상기 전압 분할기가 제 2 AC 라인과 상기 DC 라인 사이에 커플링된 동안, 상기 전압 분할기의 적어도 하나의 전압 측정에 기초하여 제 2 전압을 결정하고; (iii) 상기 제 1 AC 라인과 상기 제 2 AC 라인 사이의 적어도 하나의 전압 측정에 기초하여 차동 전압을 결정하며; (iv) 상기 제 1 전압, 상기 제 2 전압, 및 상기 차동 전압에 기초하여 상기 접지 장애 임피던스를 계산하기 위한 접지 장애 검출 모듈을 포함하는, 접지 장애 임피던스를 결정하기 위한 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 제 1 전압, 상기 제 2 전압, 및 상기 차동 전압은 전부 벡터량들인, 접지 장애 임피던스를 결정하기 위한 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 전압 분할기는 용량성 분할기인, 접지 장애 임피던스를 결정하기 위한 장치.
제 10 항에 있어서,
인버터의 AC 측 상에서의 상기 제 1 AC 라인과 상기 인버터의 DC 측 상의 상기 DC 라인 사이에 상기 전압 분할기를 커플링시키기 위한 제 1 스위치; 및
상기 인버터의 상기 AC 측 상에서의 상기 제 2 AC 라인과 상기 DC 라인 사이에 상기 전압 분할기를 커플링시키기 위한 제 2 스위치를 더 포함하는, 접지 장애 임피던스를 결정하기 위한 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치는, AC 전력을 생성하는 AC 브릿지(bridge)의 일부인, 접지 장애 임피던스를 결정하기 위한 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 인버터는, 상기 전압 분할기가 상기 제 1 AC 라인과 상기 DC 라인 또는 상기 제 2 AC 라인과 상기 DC 라인 중 어느 하나 사이에 커플링된 경우 전력을 생성하는, 접지 장애 임피던스를 결정하기 위한 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 접지 장애 검출 모듈은, 접지 장애 상태가 존재하는지를 결정하기 위해 상기 접지 장애 임피던스를 임계치와 추가적으로 비교하는, 접지 장애 임피던스를 결정하기 위한 장치.
제 8 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 DC 라인에 DC 전력을 커플링시키기 위한 DC 전력 소스를 더 포함하는, 접지 장애 임피던스를 결정하기 위한 장치.