KR20230044311A - 전력 그리드 - Google Patents

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춘밍 위안
페터 슈타이머
아드리안 팀부스
필리쁘 마이바흐
위르겐 슈타인케
스테빤 이슬러
랄프 부어카르트
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히타치 에너지 스위처랜드 아게
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Abstract

본 발명은 복수의 DC/DC 컨버터들을 포함하는 변환 스테이지를 포함하는 전력 그리드에 관한 것이다.
DC/DC 컨버터들 중 적어도 하나는 각각의 DC/DC 컨버터의 전압을 제어하도록 구성된 전압 제어부를 포함하는 단일 스테이지 절연형 DC/DC 컨버터이다.
DC/DC 컨버터들은 직렬로 연결되고, 변환 스테이지의 복수의 컨버터들 중 적어도 하나는 각각의 소정의 출력 전압을 부하에 제공하도록 구성된다.

Description

전력 그리드
본 발명은 전력 그리드에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 직렬 연결된 컨버터들 기반의 전력 재배전 또는 배전 및 집전 그리드를 제안한다. 연결된 부하들의 개별 전압 제어를 달성하기 위해, SiC MOSFET(실리콘 카바이드 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터)에 기초한 에너지 저장 소자들 및 에너지 소스 컨버터들이 바람직하게 사용된다. 개별 부하들을 위한 전력 배전 유닛들은 인프라구조의 효율적인 사용 및 증가된 가용성을 허용한다. 혁신적인 전력 배전 및 집전 그리드의 전반적인 에너지 관리는 전기 에너지 비용의 최고 효율 및 제어를 가능하게 한다.
에너지원 뿐만 아니라 부하가 최근 몇 년 동안 변화하여, 전력 그리드에 대한 상이한 요구사항들을 초래하고 있다. 배전 그리드에서 전형적인 새로운 부하들 및 소스들(sources)은 예를 들어, 열 펌프들, 주로 AC(교류) 연결, 데이터 센터들 및 통신 인프라구조, 그리드 에지에서의 배터리 에너지 시스템들 및 전기 차량류(EV), E-버스류, E-트럭류 및 E-트레인류용 전기 차량 DC(직류) 충전기들 및 PV (photovoltaic) 태양광 및 풍력과 같은 재생 에너지류 (renewables)이다.
갈바닉 절연을 갖는 최신의 배전 중간 전압 또는 고전압 DC 대 저전압 DC(MVDC/LVDC 또는 HVDC/LVDC) 컨버터들은 종종 ISOP 토폴로지(입력 직렬, 출력 병렬)에 기초한다.
ISOP 토폴로지를 이용하고 직렬 공진형 컨버터(SRC)를 기반으로 하는 일반적인 MVDC/LVDC 컨버터를 도 1a 내지 도 1c에 도시하였다. 전형적으로, 직렬 공진형 컨버터 토폴로지에서는 필요한 출력 전압을 제어하기 위해 사후 조절(post-regulation) 또는 사전 조절(pre-regulation) 단계가 필요하다. 도 1은 MVDC 입력과 직렬로 연결된 복수의 DC/AC 컨버터들을 갖는 기본 구성을 도시한다. DC/AC 컨버터들은 변압기들을 통해 각각의 AC/DC 컨버터들에 커플링된다. AC/DC 컨버터들의 저전압 DC 출력은 병렬로 연결되고, 즉 ISOP 토폴로지를 형성하며, 데이터센터들, 배터리 에너지 저장 시스템들(BESS), DC 충전기들, 태양광 발전기들 또는 풍력 발전소들에 연결될 수 있다.
도 2의 구성은 도 1을 기반으로 하며, 추가적으로 병렬 출력에 연결된 조절후형 직류/직류 컨버터를 포함한다. 한편, 도 3은 또한 도 1의 구성에 기초하지만, DC/AC 컨버터들 각각의 상류에 직렬로 연결된 DC/DC 컨버터들의 사전 조절을 각각 포함한다.
DAB(Dual Active Bridge) 컨버터를 기반으로 하는 종래 기술에 따른 ISOP를 이용한 MVDC/LVDC 컨버터를 도 4에 나타내었다. 이는 직렬로 연결되고 DC/AC AC/DC 쌍마다 변압기를 통해 각각의 AC/DC 컨버터들에 결합된 복수의 DC/AC 컨버터들을 포함한다. LVDC 출력들은 병렬로 연결된다. DAB는 명확하게 낮은 전력 변환 효율의 가격으로 출력 전압을 제어할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 유연하고 고효율적인 전력 그리드를 제공하는 것이다. 전력 그리드는 전력 재배전 그리드 또는 전력 배전 및 집전 그리드로도 지칭될 수 있다. 전력 그리드는 특히 가변 열펌프 시스템들, 하이퍼스케일 데이터센터들(hyperscale datacenters), 분산 배터리 에너지 저장 장치 및 물리적으로 분산되거나 병치된 DC 충전기들과 같은 다양한 애플리케이션들을 제공할 수 있다. DC/DC 컨버터들의 개별 직렬 출력들은 나머지 DC/DC 컨버터들에 영향을 미치지 않고 제공될 수 있다. 또한, 재생 에너지 소스들의 통합이 달성된다.
본 발명은 독립항들에 정의되어 있다. 종속항들은 바람직한 실시예들을 설명한다.
본 발명은 복수의 DC/DC 컨버터들을 포함하는 변환 스테이지를 포함하는 전력 그리드에 관한 것이다. DC/DC 컨버터들 중 적어도 하나는 각각의 DC/DC 컨버터의 전압을 제어하도록 구성된 전압 제어부를 포함하는 단일 스테이지 절연형 DC/DC 컨버터이다. DC/DC 컨버터들은 직렬로 연결되고, 변환 스테이지의 복수의 컨버터들 중 적어도 하나는 각각의 소정의 출력 전압을 부하에 제공하도록 구성된다.
다양한 실시형태들은 바람직하게는 다음의 특징들을 구현할 수 있다:
바람직하게는, 복수의 DC/DC 컨버터들 각각은, 적어도 하나의 DC/AC 컨버터 및 복수의 AC/DC 컨버터들을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 DC/AC 컨버터 및 적어도 하나의 AC/DC 컨버터는 변압기 유닛에 연결되도록 구성되는 것이 바람직하며, 변압기 유닛은 적어도 하나의 DC/AC 컨버터를 복수의 AC/DC 컨버터들에 커플링시키는 적어도 하나의 변압기를 포함한다. 변압기 유닛은 DC/AC 컨버터 당 하나의 권선 및 AC/DC 컨버터 당 하나의 권선을 포함하는 것이 바람직하며, 변압기 유닛의 권선들은 공통의 코어를 공유할 수 있다.
바람직하게는, 전력 그리드는 복수의 DC/DC 컨버터들의 상류에 있는 다른 변환 스테이지를 포함한다. 바람직하게는, 다른 변환 스테이지는 제어된 전압 출력을 갖는 DC/DC 컨버터를 포함한다. 바람직하게는, 다른 변환 스테이지는 제어된 전압 출력을 갖는 AC/DC 컨버터를 포함한다.
바람직하게는, 복수의 DC/DC 컨버터 각각은, 복수의 DC/AC 컨버터들 및 복수의 AC/DC 컨버터들을 포함한다. 적어도 하나의 DC/AC 컨버터 및 적어도 하나의 AC/DC 컨버터는 변압기 유닛에 연결되도록 구성되고, 변압기 유닛은 복수의 DC/AC 컨버터들을 복수의 AC/DC 컨버터들에 커플링시키는 복수의 변압기들을 포함할 수 있다. 복수의 변압기들 중 적어도 두 개는 임피던스 회로에 의해 연결될 수 있다.
바람직하게는, 임피던스 회로는 복수의 AC/DC 컨버터들 중 적어도 2개에 대한 임피던스 및 권선을 포함하고, 권선들 및 임피던스들은 상호연결된다.
바람직하게는, 복수의 DC/DC 컨버터들 각각은, 복수의 DC/AC 컨버터들 및 복수의 AC/DC 컨버터들을 포함하고, 적어도 하나의 DC/AC 컨버터 및 적어도 하나의 AC/DC 컨버터는 변압기 유닛에 연결되도록 구성되고, 변압기 유닛은 복수의 DC/AC 컨버터들을 복수의 AC/DC 컨버터들에 커플링시키는 변압기를 포함한다. 전력 그리드는 바람직하게는 복수의 DC/AC 컨버터들 각각의 상류에 있고 그 각각에 연결된 복수의 제2 DC/DC 컨버터들을 더 포함한다. 제2 DC/DC 컨버터는 직렬로 연결될 수 있고, 바람직하게는 복수의 제2 DC/DC 컨버터들 중 2개의 컨버터들 사이에 임피던스가 연결되고, 바람직하게는 복수의 제2 DC/DC 컨버터들에 병렬로 커패시터가 연결된다.
전력 그리드는 전력을 적어도 하나의 소비자 부하에 배전하도록 구성된 전력 배전 유닛을 더 포함하는 것이 바람직하다. 전력 배전 유닛은 바람직하게는, 제2 변환 스테이지의 적어도 2개의 컨버터들의 출력들을 연결 또는 연결해제하도록 구성된 제2 변환 스테이지의 컨버터당 적어도 하나의 스위치를 포함한다.
바람직하게는, 전력 배전 유닛은 제2 변환 스테이지의 출력들을 연결 또는 연결해제하도록 구성된 컨버터 당 복수의 스위치를 포함하며, 이 스위치들의 수는 부하들의 수에 대응한다.
바람직하게, 전력 배전 유닛은, 적어도 하나의 스위치를 제어하여 전력 그리드에 연결된 부하들 및/또는 소스들에 따라 전력을 배전하도록 구성된 제어부를 더 포함하고, 제어부는, 전력 그리드에 연결된 부하들 및/또는 소스들에 따라 제2 변환 스테이지의 복수의 컨버터들의 출력 전압들의 할당을 관리하도록 구성된다.
바람직하게, 전력 그리드는 DC 전류 제한 및/또는 차단 유닛을 더 포함한다.
바람직하게는, 전력 그리드는 중간 전압 직류(Medium Voltage Direct Current: MVDC) 에 연결되고, 바람직하게는 MVDC는 가변적이다.
바람직하게는, 전력 그리드는 가변 속도 열펌프 시스템들, 하이퍼스케일 데이터센터들, 분산 배터리 에너지 저장장치, 물리적으로 분산되거나 병치된 DC 충전기들, 및 재생 가능한 에너지 소스들 중 적어도 하나에 연결될 수 있다.
본 발명은 또한, 바람직하게는 전술한 바와 같은, 전력 그리드를 제어하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 복수의 DC/DC 컨버터들을 포함하는 변환 스테이지에 의해 입력 전압을 출력 전압으로 변환하는 단계, 상기 복수의 DC/DC 컨버터들을 직렬로 연결하는 단계로서, 상기 DC/DC 컨버터들 각각은 단일 스테이지 절연형 DC/DC 컨버터인, 연결하는 단계, 전압 제어에 의해 상기 복수의 DC/DC 컨버터들의 각각의 전압을 제어하는 단계, 및 상기 변환 스테이지의 상기 복수의 컨버터들 각각에서 부하에 각각의 소정 출력 전압을 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명은 다음의 항목들로 더 정의된다.
1. 복수의 DC/DC 컨버터들을 포함하는 변환 스테이지을 포함하는 전력 그리드로서,
상기 DC/DC 컨버터들 중 적어도 하나는 각각의 상기 DC/DC 컨버터의 전압을 제어하도록 구성된 전압 제어부를 포함하는 단일 스테이지 절연형 DC/DC 컨버터이고,
상기 DC/DC 컨버터들은 직렬로 연결되고,
상기 변환 스테이지의 상기 복수의 컨버터들 중 적어도 하나는 각각의 미리 결정된 출력 전압을 부하에 제공하도록 구성되는, 전력 그리드.
다양한 실시형태들은 바람직하게는 다음의 특징들을 구현할 수 있다:
2. 항목 1 에 있어서,
상기 복수의 DC/DC 컨버터들의 각각은 적어도 하나의 DC/AC 컨버터, 복수의 AC/DC 컨버터들을 포함하고, 상기 적어도 하나의 DC/AC 컨버터 및 상기 적어도 하나의 AC/DC 컨버터는 변압기 유닛에 연결되도록 구성되고, 상기 변압기 유닛은 상기 적어도 하나의 DC/AC 컨버터를 상기 복수의 AC/DC 컨버터들에 커플링시키는 적어도 하나의 변압기를 포함하고,
상기 변압기 유닛은 DC/AC 컨버터 당 하나의 권선 및 AC/DC 컨버터 당 하나의 권선을 포함하고, 상기 변압기 유닛의 권선들은 공통 코어를 공유하는, 전력 그리드.
3. 항목 1에 있어서,
상기 복수의 DC/DC 컨버터들의 상류에 있는 다른 변환 스테이지를 더 포함하고,
바람직하게는 상기 다른 변환 스테이지는 제어된 전압 출력을 갖는 DC/DC 컨버터를 포함하거나, 또는
바람직하게는 상기 다른 변환 스테이지는 제어된 전압 출력을 갖는 AC/DC 컨버터를 포함하는, 전력 그리드.
4. 항목 1에 있어서,
상기 복수의 DC/DC 컨버터들 각각은 복수의 DC/AC 컨버터들, 복수의 AC/DC 컨버터들을 포함하고, 상기 적어도 하나의 DC/AC 컨버터 및 상기 적어도 하나의 AC/DC 컨버터는 변압기 유닛에 연결되도록 구성되고, 상기 변압기 유닛은 상기 복수의 DC/AC 컨버터들을 상기 복수의 AC/DC 컨버터들에 커플링시키는 복수의 변압기들을 포함하고,
상기 복수의 변압기들 중 적어도 2개는 임피던스 회로에 의해 연결되는, 전력 그리드.
5. 항목 4에 있어서,
상기 임피던스 회로는 권선 및 상기 복수의 AC/DC 컨버터들 중 적어도 2개에 대한 임피던스를 포함하고, 및
권선들 및 임피던스들은 상호연결되는, 전력 그리드.
6. 항목 1에 있어서,
상기 복수의 DC/DC 컨버터들 각각은 복수의 DC/AC 컨버터들, 복수의 AC/DC 컨버터들을 포함하고, 상기 적어도 하나의 DC/AC 컨버터 및 상기 적어도 하나의 AC/DC 컨버터는 변압기 유닛에 연결되도록 구성되고, 상기 변압기 유닛은 상기 복수의 DC/AC 컨버터들을 상기 복수의 AC/DC 컨버터들에 커플링시키는 변압기를 포함하고,
상기 전력 그리드는 상기 복수의 DC/AC 컨버터들의 각각의 상류에 있고 및 상기 복수의 DC/DC 컨버터들의 각각에 연결된 복수의 제2 DC/DC 컨버터들을 더 포함하고,
상기 제2 DC/DC 컨버터들은 직렬로 연결되고,
바람직하게는, 임피던스가 상기 복수의 제2 DC/DC 컨버터들 중 2개 사이에 연결되고, 및
바람직하게는, 캐패시터가 상기 복수의 제2 DC/DC 컨버터들에 병렬로 연결되는, 전력 그리드.
7. 전술한 항목들 중 어느 하나에 있어서,
상기 전력을 적어도 하나의 소비자 부하에 배전하도록 구성된 전력 배전 유닛을 더 포함하고,
상기 전력 배전 유닛은 바람직하게, 상기 제2 변환 스테이지의 적어도 2개의 컨버터들의 출력들을 연결 또는 연결해제하도록 구성된 상기 제2 변환 스테이지의 컨버터당 적어도 하나의 스위치를 포함하는, 전력 그리드.
8. 항목 7에 있어서,
상기 전력 배전 유닛은 상기 제2 변환 스테이지의 출력들을 연결 또는 연결해제하도록 구성된 컨버터 당 복수의 스위치들을 포함하고, 상기 스위치들의 수는 부하들의 수에 대응하는, 전력 그리드.
9. 항목 7 또는 항목 8에 있어서,
상기 전력 배전 유닛은, 상기 전력 그리드에 연결된 부하들 및/또는 소스들에 따라 전력을 배전하도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하는 제어부를 더 포함하고, 및/또는
상기 제어부는 상기 전력 그리드에 연결된 부하들 및/또는 소스들에 따라 상기 제2 변환 스테이지의 상기 복수의 컨버터들의 출력 전압들의 할당을 관리하도록 구성되는, 전력 그리드.
10. 전술한 항목들 중 어느 하나에 있어서,
상기 전력 그리드는 DC 전류 제한 및/또는 차단 유닛을 더 포함하는, 전력 그리드.
11. 전술한 항목들 중 어느 하나에 있어서,
상기 전력 그리드는 중간 전압 직류(Medium Voltage Direct Current, MVDC)에 연결되고, 바람직하게는 상기 MVDC는 가변적인, 전력 그리드.
12. 전술한 항목들 중 어느 하나에 있어서,
상기 전력 그리드는 가변 속도 열펌프 시스템들, 하이퍼스케일 데이터센터들, 분산형 배터리 에너지 저장장치, 물리적으로 분산되거나 병치된 DC 충전기들, 및 재생 가능한 에너지 소스들 중 적어도 하나에 연결될 수 있는, 전력 그리드.
13. 바람직하게 전술한 항목들 중 어느 하나에 따른, 전력 그리드 제어 방법으로서,
복수의 DC/DC 컨버터를 포함하는 변환 스테이지에 의해, 입력 전압을 출력 전압으로 변환하는 단계,
상기 복수의 DC/DC 컨버터들을 직렬로 연결하는 단계로서, 상기 DC/DC 컨버터들 각각은 단일 스테이지 절연형 DC/DC 컨버터인, 연결하는 단계,
전압 제어부에 의해, 각각의 상기 DC/DC 컨버터의 전압을 제어하는 단계를 포함하고,
상기 방법은 상기 변환 스테이지의 상기 복수의 컨버터들 각각에서 부하에 각각의 미리 결정된 출력 전압을 제공하는 단계를 더 포함하는, 전력 그리드 제어 방법.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 여기서,
도 1 내지 도 4는 종래 기술에 따른 구성들을 도시한다.
도 5a 및 5b는 본 발명에 따른 목표 기능을 도시한다.
도 6 내지 도 13은 본 발명에 따른 예들을 도시한다.
도 14 내지 도 16은 본 발명에 따른 전력 배전 유닛의 예들을 도시한다.
도 17 및 도 18은 제어부의 예시적인 흐름도를 도시한다.
도 19는 본 발명에 따른 추가적인 예를 도시한다.
달리 표시되지 않은 경우, 동일한 참조 부호들 또는 심볼들을 갖는 요소들은 각각의 도면들에서 동일하거나 유사한 요소들을 나타낸다.
증가하는 전력 요구를 지원하고 물리적으로 분산된 시스템을 달성하기 위해, 공통 DC 버스 전압은 일 실시예에 따라 중간 전압 직류(MVDC) 유형이다. 다수의 어플리케이션에서 여러 개의 저 전력 부하들과 소스들을 제공해야 할 때, 비용을 최소화하기 위해서는 직렬 연결된 DC/DC 컨버터들이 서로 다르게 로드되도록 하는 것이 유리하다. 최신 기술과 관련하여, DC/DC 컨버터들의 상이한 로딩은 MVDC 측에서 입력 전압 상의 변화들을 초래한다. 본 발명은 직렬 입력 및 병렬 출력 토폴로지를 갖는 최신 기술과는 대조적으로, 개별 병렬 DC 출력들을 제공할 수 있다.
도 5a는 본 발명에 따른 시스템의 목표 기능을 도시한다. 특히, 다중 저전압 직류(LVDCx) 출력들을 제공하기 위해 복수의 DC/DC 컨버터들(1)를 서빙하는 MVDC 입력이 제공된다. DC/DC 컨버터들(1)은 변환 스테이지를 형성할 수 있다. 이러한 DC/DC 컨버터의 구체적인 구성에 대해서는 후술한다. DC/DC 컨버터들 각각은 MVDC 입력을 수신하는 적어도 하나의 DC/AC 컨버터(11)(아래에 도시됨, 제 1 변환 스테이지) 및 출력을 제공하는 적어도 하나의 AC/DC 컨버터(13)(아래에 도시됨, 제 2 변환 스테이지)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, AC/DC 컨버터들(13)은 DC/AC 컨버터들(11)에 대응되어 복수의 LVDC 출력들을 부하들에 공급한다. 아래와 되시된 바와 같이 변압기 유닛(12)은 DC/AC 컨버터들(11)을 AC/DC 컨버터들(13)에 연결할 수 있다. DC/AC 컨버터들(11)는 직렬로 연결된 복수의 단일 컨버터들로 구성되고, AC/DC 컨버터들(13)은 병렬로 연결된다. 따라서, 제안된 시스템은 병렬 출력들을 제공하는 다수의 절연형 DC/DC 컨버터들(1)을 포함한다. DC/DC 컨버터들(1) 각각은 전압 제어 기능을 더 구비할 수 있다. 이를 통해 그리드의 안정성에 영향을 주지 않으면서도 개별 부하들을 연결할 수 있다. 즉, 모든 절연형 DC/DC 컨버터들(1)은 미리졀정된 출력 전압을 제공할 수 있으며, 출력 전압들은 서로 다를 수 있다. 나아가, 전력 그리드는 에너지 소스에 연결될 수 있고 입력 에너지를 상이한 부하에 재배전할 수 있다. 즉, 이하에서 설명하는 예들에 따른 시스템들은 양방향 유형일 수 있다.
이 시스템은 도 5b에 도시된 바와 같이 전력 배전 유닛으로 추가로 개선될 수 있다. 따라서, 도 5a 및 b는 다수의 부하들 또는 소스들을 서빙하는 직렬 연결된 절연형 DC/DC 컨버터들(1)을 갖는 MVDC/LVDC 컨버터를 도시한다. 출력들은 선택적으로 상이한 전력 레벨들을 제공하도록 구성될 수 있다. 이러한 구조는 출력들이 독립적으로 구성되거나 부하에 따라 연결되어 보다 높은 전력 출력을 제공할 수 있으므로 전력 배전 및 집전 그리드의 유연성과 효율을 향상시킨다.
일 실시예에 따르면, 변환 스테이지들 중 적어도 하나는 SST (Solid State Transformers)를 포함한다. DC/DC 컨버터들(1)은 특히, 각각의 DC/DC 컨버터(1)의 전압을 제어하도록 구성된 전압 제어부를 포함하는 단일 스테이지 절연형 DC/DC 컨버터들(1)로서 설계된다.
본 발명을 다양한 예들을 참조하여 더 설명한다. 도 6에 도시된 제 1 예에 따르면, 가변 MVDC 입력이 시스템을 위해 사용된다. MVDC 버스가 가변적이고 필요한 전력 레벨들에 적응하도록 허용함으로써, 다수의 상이하게 로딩된 LVDC 접속들을 서빙하는 것이 가능하다. 가변 MVDC 버스는 가변 DC-링크 동작을 지원하는 그리드 컨버터, 즉 일부 풀-브리지 셀들을 갖는 MMC 컨버터에 의해, 또는 일정한 MVDC 링크에 연결된 (비-절연형) DC/DC 컨버터(3)에 의해 공급될 수 있다. 이 DC/DC 변환 스테이지는 또한 절연형 DC/DC 셀들에 배치될 수 있어서, 더 모듈식 구현을 허용한다. DC/DC 변환 스테이지는 사전 규제(pre-regulation) 역할을 하며, 안정적인 시스템을 허용한다. 일 예에 따르면, DC/DC 변환 스테이지는 제어된 전압 출력을 갖는다. 일 예에 따르면, DC/DC 변환 스테이지는 제어된 전압 출력을 갖는 AC/DC 컨버터 또는 AC/DC 변환 스테이지로 대체될 수 있다. AC/DC 변환 스테이지는 또한 사전 조절로서 작용할 수 있다. 도 6에 따른 예는 다중 권선 변압기를 구비할 수도 있다. 전력 배전 유닛의 가능한 구현들이 아래에서 설명된다.
도 7 내지 도 10은 본 발명에 따른 DC/DC 컨버터의 다른 실시예들을 도시한다.
특히, 도 7에 따르면, 직렬 DC/DC 컨버터들(1) 및 다중 권선 변압기(12)를 갖는 MVDC 대 LVDC 컨버터가 제공된다. 이 예에 따르면, 변압기(12)는 1차 권선(들)과 2차 권선(들) 사이에 공유되는 단일 코어를 갖는다. DC/DC 변환은 듀얼 액티브 브릿지(Dual Active Bridge; DAB) 또는 직렬 공진형 컨버터(Series Resonant Converter; SRC) 유형일 수 있다. 보다 구체적으로, 도 7은 4개의 DC/AC 컨버터들(11)을 포함하는 제1 변환 스테이지 및 4개의 각각의 AC/DC 컨버터들(13)을 포함하는 제2 변환 스테이지를 도시한다. 제1 및 제2 변환 스테이지들은 변압기 유닛(12)에 의해 결합되며, 이 경우 공통 코어를 갖는 다중 권선 변압기(12)가 제공된다. 제2 변환 스테이지의 AC/DC 컨버터들(13) 각각은 부하에 연결되도록 LVDC 출력을 제공한다. 컨버터들은 동일하거나 상이한 전력 등급들을 제공하도록 구성될 수 있고, 또한 차량들의 고속 충전과 같은 더 높은 부하들에 대해 더 높은 전력을 제공하기 위해 상호 연결될 수 있다. 이러한 기능은 후술하는 전력 배전 유닛에 의해 달성될 수 있다.
MVDC 및 각 LVDC 포트로의 및 그로부터의 전력 흐름은 개별적으로 제어될 수 있다. 이것은 전압 비 제어 기능성 또는 대안적으로 사전 조절 또는 사후 조절 스테이지들에 의해 지원되는 고정 전압 비를 갖는 절연형 DC/DC 컨버터들 (1) (즉, DAB 또는 SRC 유형) 을 필요로 한다. 변압기 권선들의 수는 유연하고, MVDC 및 LVDC 측에서 상이한 수를 가질 수 있다.
도 8에 도시된 바람직한 예에 따르면, 각각이 DC/AC 컨버터(11)를 형성하는 복수의 SiC MOSFET 셀들이 직렬로 접속되어 제공된다. 변압기 유닛(12)뿐만 아니라, 이 경우에 다이오드들을 사용하는 AC/DC 컨버터(13)가 다른 실시예들에 따라 도시된다. 이 예의 이점은 다중 권선 변압기의 정격 전력(power rating)이 N배 더 높다는 것이며, 여기서 N = 동일한 전력을 갖는 셀들의 수이다. 이로 인해 비용이 (0.75^N)/N과 동일하게 낮아진다.
도 9는 상기 예시들과 관련하여 상이한 수의 MVDC 권선들을 갖는 다중 권선 변압기(12) 및 직렬 DC/DC 컨버터들(1)에 기초한 MVDC/LVDC 컨버터의 대안적인 구성을 도시한다. 특히, DC/DC 컨버터(1)는 단일 DC/AC 컨버터(11), 출력 전압을 제공하기 위한 복수의 AC/DC 컨버터들(13), 및 DC/AC 컨버터(11)를 위한 1차 권선 및 AC/DC 컨버터(13) 각각을 위한 2차 권선을 갖는 변압기 유닛(12)을 포함한다. 변압기 유닛(12)은 또한 공통 코어를 가지며, 따라서 도 7에 따른 구성과 유사하다. DC/DC 컨버터(1)는 DAB 또는 SRC 유형일 수 있다.
추가적인 예시적인 구성을 도시하는 도 10에서, 제1 변환 스테이지, 즉 DC/AC 컨버터(11)는 직렬로 연결된 SiC MOSFET들을 포함한다. 커패시터들은 각각의 MOSFET들에 선택적으로 병렬로 제공될 수 있다. 제2 변환 스테이지, 즉 변압기 유닛(12)을 통해 제1 변환 스테이지(11)에 연결된 AC/DC 컨버터(13)는 또한 수신된 AC 전력을 LVDC 출력으로 변환하기 위해 MOSFET들을 포함한다. 도시된 예의 기능은 본 명세서에 설명된 다른 예들과 유사하다.
도 11에 따른 예에서, 직렬 DC/DC 컨버터들(1)을 갖는 MVDC/LVDC 컨버터가 도시된다. 또한, 다중 권선 변압기들(12)이 제공된다. 일 실시예에 따르면, DC/AC/AC/DC 컨버터 쌍(1, 11, 12, 13) 당 하나의 다중 권선 변압기들(12)이 있다. 임피던스 조정들 또는 에너지 교환을 제어하기 위해 임피던스(Z)가 필요할 수 있다. 특히, 임피던스 회로(14)는 변압기들(12)의 일부 또는 전부를 상호연결할 수 있다. 임피던스 회로(14)는 밸런서로 작용할 수 있다. 도 7 내지 도 10을 참조하여 설명된 실시예들의 경우와 유사한 결과가 달성될 수 있다.
추가적인 예에 따르면, MVDC 측에서의 셀 전력 교환, 즉 제 1 변환 스테이지의 각각의 컨버터들 사이의 교환을 위한 사전 조절 스테이지가 제공될 수도 있다. 이는 도 12에 도시되어 있다. 이 사전 조절 스테이지는 MMC(Modular Multi-Level Converter) 단계를 기반으로 이루어질 수 있다. 특히, 전력 재배전 그리드는 (절연형 DC/DC 컨버터들(1)의 일부를 형성하는) 복수의 DC/AC 컨버터들(11) 각각의 업스트림에 있고 및 그 각각에 연결된 복수의 제2 DC/DC 컨버터들을 더 포함할 수 있다. 제2 DC/DC 컨버터들은 직렬로 연결되고, 예시적으로 임피던스는 복수의 제2 DC/DC 컨버터들 중 2개 사이에 연결된다. 또한, 상기 복수의 제2 DC/DC 컨버터에는 커패시터가 병렬로 연결된다. 이는 모든 DC/DC 스테이지들을 통해 순환 전류를 허용하고 전력 밸런서로서 작용한다.
도 13은 SST(Solid State Transformer)로 구성된 직렬 DC/DC 컨버터들(1)을 사용하는 본 발명에 따른 전력 그리드의 개략도를 도시한다. 그리드는 그리드의 동작을 제어하도록 구성된 에너지 관리 유닛 및 전력 배전 유닛을 포함한다. 도시된 예에 따르면, DC 부하들 (DC 부하들_1_내지_L)에 대해 복수의 출력들(1 내지 L)이 제공될 수 있고, 전력 배전 유닛에 의해 출력들이 제어 또는 연결될 수 있다. 또한, DC 전력 저장장치 (DC 저장_1_M)에 대한 적어도 하나의 출력 및 DC 소스들(DC 소스들_1_내지_N)에 대한 적어도 하나의 입력이 제공될 수 있다. 적어도 하나의 AC 부하 또는 소스(AC 부하들 또는 소스들_1_내지_P)에 대해 추가 연결이 제공될 수 있다. 이는 도 13에 도시된 바와 같이 DC/AC 컨버터가 반드시 필요하다.
도 6 내지 도 13을 참조하여 설명한 각 실시예는 부하들에 DC 출력들을 연결하거나 연결해제하도록 구성된 전력 배전 유닛(2)과 결합될 수 있다.
이는 충전될 차량에 연결될 수 있는 부하들(22)로서 충전 폴들을 사용하는 예시적인 차량 충전 시스템을 참조하여 설명된다. 각각의 충전 폴(22)이 그 자신의 버스를 갖고 각각의 DC 컨버터(1)가 이들 버스들의 각각에 연결될 수 있는 경우, 3개의 폴들과 3개의 출력들에 필요한 9개의 스위치들(3 x 3), 및 10개의 출력들과 10개의 폴들에 필요한 100개의 스위치들이 있을 것이다. 즉, 출력들의 수와 관련된 스위치들의 수는 2차적으로 증가한다. 스위치들을 절약하기 위한 대안적인 해결책은 링 구조일 수 있으며, 각각의 DC 출력은 연결해제기들 또는 스위치들(21)에 의해 2개의 이웃하는 출력들에 접속가능하고, 각각의 충전 폴(22)은 연결해제기(21)를 통해 DC 출력들 중 하나에 직접 접속가능하다. 이것은 도 14에 도시되어 있으며, 참조 부호 1은 DC/DC 컨버터들 및 각각의 DC 출력들을 나타내고, 참조 부호 22는 위에서 설명된 예에 따른 부하들 또는 충전 폴들을 나타낸다. 이러한 배열은 2 x n개의 스위치들(21)만을 사용할 수 있게 하며, n은 출력들의 수이다. 이용가능한 전력을 가장 효율적으로 사용하기 위해, 차량들을 자유 폴들(22)에 연결하는 시퀀스의 스마트 관리(smart management)가 채용될 수 있다. 이러한 관리의 목표는, 스위치들(21)을 통해 인접한 DC 출력들을 연결함으로써 달성될 수 있는, 이중 전력으로 고속 충전을 위해 이용 가능한 적어도 하나의 폴(22)을 가질 높은 확률을 항상 제공하는 것일 것이며, 다른 한편으로 모든 DC 출력들을 동일하게 로딩한다.
도 15은 전력 배전 유닛(2)을 포함하거나 이에 연결되는 전력 배전 및 집전 그리드의 다른 예시적인 구성을 도시한다. 이 예에서, 스위치들(21)은 또한 링 타입 구성을 형성한다.
도 16은 매트릭스 구성(matrix configuration)으로 지칭될 수 있는 대안적인 구성을 도시한다. 각 DC/DC 컨버터(1)의 각 출력단에는 N개의 DC 부하와 각각 연결되는 N개의 스위치들(21)이 구비된다. 총 스위치들 수는 N*n이며, 여기서 N은 부하들(22), 이 경우 충전 폴들의 수이고, n은 DC/DC 컨버터들(1)의 수이다. 매트릭스형 스위칭 그룹은 단락 전류를 개방할 필요가 없는 어플리케이션에 사용될 수 있다. 스위치들이 정상 동작 전류를 개방하기만 하면 되는 경우, 매트릭스 타입의 스위칭 전류는 링 타입에 따른 전류의 (1/N) 에 불과하다.
다시 말해서, 위에서 설명된 예들을 참조하면, 시스템은 SST 토폴로지에 기초할 수 있으며, 여기서 토폴로지 내의 주요 컴포넌트들은 몇몇 절연형 DC/DC 컨버터들(1) 및 스위칭 그룹들이다. 절연형 DC/DC 컨버터들(1)은 입력 단자들에 직렬로 연결된다. 직렬 입력 단자들의 2개의 최외측 단자들은 MV DC 버스에 연결된다. 각 절연형 DC/DC 컨버터(1)의 출력단들은 모든 전기차(EV) 충전기들을 스위칭 그룹으로 연결한다. 스위칭 그룹들은 그들의 DC/DC 컨버터들(1)이 하나의 지정된 EV 충전기에 결합하도록 제어한다. MV DC 버스는 제어 가능한 DC 소스에 의해 지원된다.
선택적으로, 그리드는 제어 유닛(22) 및/또는 바이패스 차단기 회로(23)를 더 포함할 수 있다. 제어 유닛(24)은 (조정) 제어기로도 지칭될 수 있다. 이 제어기(24)는 제안된 SST 토폴로지의 동작을 평활화하기 위해 제안된다. 제어기(24)는 DC 소스에 대한 전류 기준
Figure pct00001
, DC/DC 컨버터(1) 전압 기준들
Figure pct00002
, 및 스위칭 그룹 제어 순서
Figure pct00003
를 포함하는 시스템 동작 기준들 및 스위칭 순서들을 생성한다.
따라서, 도 16은 기본 구조뿐만 아니라 제어 유닛(24), 바이패스 차단기 회로(23) 및 스위치들(21)의 매트릭스 타입 구성과 같은 선택적 특징들을 도시하는 예시적인 실시예에 따른 전력 그리드 및 배전 유닛의 개략도이다.
흐름도가 도 17에 도시되어 있다. 하나의 제어 주기에서, 제어기(24)는 첫 번째로 모든 충전기 전력들의 가장 가까운 평균값과 가장 작은 전압 차의 원리에 따라 각각의 EV 충전기(22)에 대한 적절한 수의 전력 모듈들(DC/DC 컨버터들(1))을 계산한다. 이러한 원리는
Figure pct00004
충전기 전력 요구(Power Requirement)의 분할 결과의 반올림 수(Round-off number)와 모든 충전기들의 평균 전력(Mean Power)으로
Figure pct00005
충전기로 스위칭하는 파워 모듈들의 수를 계산함으로써 설명할 수 있다. 계산은 예시적으로 하기 식(F1)을 이용하여 수행될 수 있다.
.
Figure pct00006
(F1)
결과적으로, 선택된 전력 모듈들 및 그들의 전압 기준들은, 예를 들어, 아래에 도시된 식들(F2) 및 (F3)을 이용하여 계산될 수 있다. 특히, (F2)는 전력 모듈(j), 즉 각각의 DC/DC 컨버터(1)의 전력 기준
Figure pct00007
을 계산하는데 사용된다. (F3)을 사용하여, 전력 모듈(j), 즉 각각의 DC/DC 컨버터(1)의 전압 기준
Figure pct00008
이 계산되며, 여기서 N은 부하들의 수이고
Figure pct00009
은 공칭 전압을 나타낸다. 또한, 스위칭 그룹 동작을 확인할 수 있다. MVDC 버스 전류 레퍼런스가 또한 계산될 수 있다. 이 계산은 예시적으로 다음과 같은 식(F4)으로 수행될 수 있다.
Figure pct00010
(F2)
Figure pct00011
(F3)
Figure pct00012
(F4)
전술한 바와 같이, 시스템은 또한 선택적인 바이패스 차단기 회로(23)를 포함할 수 있다. 이 바이패스 차단기 회로(23)는 도 16에 도시된 바와 같이, 예시적으로 각각의 절연형 DC/DC 컨버터(1)의 입력단에 배치된다. 각 절연형 DC/DC 컨버터(1)의 바이패스 차단기(23)는 높은 효율로 동작을 보장하기 위해 너무 낮은 입력 DC 전압을 피하기 위해 컨버터가 일시적으로 사용되지 않도록 하기 위해 사용된다. 일부 동작 경우들에서, 절연형 DC/DC 컨버터들(1)의 전력 차이는 매우 크다. 따라서, 일부 컨버터들은 낮은 입력 직류 전압에서 동작하므로, 결과적으로 낮은 동작 효율을 갖는다. 이러한 상황을 피하기 위해, DC/DC 컨버터들(1) 중 일부는 그들의 바이패스 차단기(23)를 폐쇄함으로써 중지된다. 동작하는 DC/DC 컨버터들(1)은 더 균일한 전력 요건 및 입력 DC 전압을 얻을 것이다. 그러나, 이 바이패스 차단기(23)는 토폴로지에서 선택적이다. 이 바이패스 차단기들(23)은 또한 조정 제어기(24)에 의해 제어될 수 있다.
도 18은 바이패스 차단기(23) 기능을 갖는 각각의 흐름도를 도시한다. 각각의 식 (F1) 내지 (F4)는 전술한 바와 같다. 최대 전력 모듈 전압과 최소 전력 모듈 전압의 차이
Figure pct00013
가 임계 전압
Figure pct00014
을 초과하지 않는 한, 도 17에 따른 정상 동작이 수행된다. 그러나, 이
Figure pct00015
를 초과하면 바이패스 차단기 회로(23)가 활성화되어 각 전력 모듈 즉, DC/DC 컨버터를 바이패스하고, 부하들(N)의 수가 감소한다.
또한, 제어기(24), 또는 스테이션 제어는 (전기 차량용 DC 충전기의 경우에) 충전 폴들(22)과 같은 부하들의 할당을 처리하기 위해 제공될 수 있다. 네 개의 폴들을 갖는 예(참조: 도 10, 폴들(22))를 들면, 스테이션 제어부(24)는 2개의 이웃하는 DC 피드들(DC/DC 컨버터들(1))을 자유롭게 유지하려 시도한다. 즉, 폴 1이 DC1 출력에 접속된 후에, 다음 차량은 폴 2 또는 4에 접속될 것이다(예를 들어, 폴 3이 점유되어 있거나 접속되지 않음을 나타내는 폴 3 위의 적색 광들, 및 이들이 이용가능함을 나타내는 폴들 2 및 4 위의 녹색 광들을 갖는 신호 광들을 통해). 그렇게 행해지면, 제 2 차량을 연결한 후에, 2개의 이웃하는 DC 피드들이 고속 충전을 위해 이용가능할 것이다. 하나의 DC 출력에서 무부하가 필요하지 않다. 모든 충전기들이 사용되지 않는 상황에서 타이 스위치(tie switch)가 이웃 DC 출력에 연결될 수 있고 부하가 공유될 수 있다. 상술한 바와 같은 4 폴시스템에서, 충전 폴(1 및 2)이 동작 중일 때, DC1로부터 DC4로의 타이 스위치들은 폐쇄될 수 있고, DC2와 DC3 사이의 타이 스위치가 폐쇄될 수 있다. 이에 의해, 모든 DC 출력들이 로딩된다. 폴들 (1과 3) 이 작동하고 새로운 차량이 들어오는 상황에서 실행하더라도 - 한 개의 DC 출력의 전력으로만 충전이 가능함 - 관련된 타이 스위치를 폐쇄하므로써 1 또는 3 중 더 높이 로드된 폴의 부하를 자유로운 잔여 DC 출력과 공유할 수 있다.
전력 배전 유닛은 또한 상기 예들에 제시된 바와 같이 다른 전력 배전 그리드들 및 다른 부하들 또는 소스들과 결합될 수 있다.
도 19는 본 발명에 따른 다른 예이다. 여기서, HVAC(High Voltage AC) 입력이 제공되어 AC/DC 컨버터에 공급되는 MVAC(Medium Voltage AC)로 변환된다. 이어서, 직렬 연결된 복수의 DC/DC 컨버터들(1)이 제공된다. 이 예에서, n은 DC/DC 컨버터들(1)의 수이며, n은 정수이다. 복수의 DC/DC 컨버터들(1) 각각은 DC 전압(VDC) 대 중간 주파수 AC(MFAC) 컨버터(11), MFAC 대 VDC 컨버터(13) 및 양 컨버터들(11, 13)를 연결하는 변압기(12)를 포함한다. DC/DC 컨버터들은 절연형 단일 스테이지 컨버터들로 구비될 수 있다. 또한, 상술한 예들 중 어느 하나의 예가 도 19에 따른 예와 사용될 수 있으므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 복수의 DC/DC 컨버터들(1)은 SST(Solid State Transformer) 토폴로지를 채용할 수 있다. DC/DC 컨버터들(1)의 DC 출력 전압들 각각은 저전압 DC(LVDC) 버스 및 커넥터 시스템의 일부를 형성하는 복수의 스위치들(21)에 제공될 수 있다. LVDC 버스 및 커넥터 시스템은 전력 배전 유닛(2)에 대응할 수 있다. LVDC 버스 및 커넥터 시스템은 복수의 부하들(1 내지 n), 이 예에서는 충전 폴들(22)에 연결된다. 도 19의 예에서는, 상술한 링형 스위치 구성이 되된다. 다만, 스위치들(21)의 수는 부하들의 수(n)에 대응하거나 임의의 짝수 배일 수 있다. 도 19에 따른 예의 기능은 전술한 예들과 동일하다.
본 발명에 따르면, 복수의 입출력을 최적의 효율로 처리할 수 있는 개선된 전력 재배선 그리드가 제공된다.
본 발명은 또한 상응하는 방법을 포함한다.
다른 양상들, 특징들 및 이점들은 위의 설명으로부터 뿐만 아니라 도면들 및 청구항들을 포함하는 다음의 기재로부터 명백할 것이다.
본 발명은 도면과 이상의 설명에서 예시되고 상세히 설명되었지만, 그러한 예시 및 설명은 제한적인 것이 아니라 예시적이거나 모범적인 것으로 간주되어야 한다. 변경 및 수정들은 다음의 청구항들의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 이루어질 수 있음은 물론이다. 특히, 본 발명은 상술한 및 후술하는 상이한 실시예들로부터의 특징들의 임의의 조합을 갖는 다른 실시예들을 커버한다.
또한, 청구범위에서 단어 "포함하는" 은 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않으며, 단수형 표현은 복수형 표현을 배제하지 않는다. 단일 유닛은 청구범위에서 인용된 여러 특징들의 기능들을 수행할 수 있다. 속성 또는 값과 관련하여 "본질적으로", "약", "대략" 등의 용어들은 특히 각각 속성 또는 값을 정확하게 정의한다. 청구항들에 있어서의 임의의 참조부호들은 그 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

Claims (12)

  1. 전력 그리드에 있어서,
    복수의 DC/DC 컨버터들을 포함하는 변환 스테이지을 포함하는 전력 그리드로서,
    상기 DC/DC 컨버터들 중 적어도 하나는 각각의 상기 DC/DC 컨버터의 전압을 제어하도록 구성된 전압 제어부를 포함하는 단일 스테이지 절연형 DC/DC 컨버터이고,
    상기 DC/DC 컨버터들은 직렬로 연결되고,
    상기 변환 스테이지의 상기 복수의 컨버터 중 적어도 하나는 각각의 미리 결정된 출력 전압을 부하에 제공하도록 구성되고,
    상기 복수의 DC/DC 컨버터들 각각은 복수의 DC/AC 컨버터들, 복수의 AC/DC 컨버터들을 포함하고, 상기 적어도 하나의 DC/AC 컨버터 및 상기 적어도 하나의 AC/DC 컨버터는 변압기 유닛에 연결되도록 구성되고, 상기 변압기 유닛은 상기 복수의 DC/AC 컨버터들을 상기 복수의 AC/DC 컨버터들에 커플링시키는 복수의 변압기들을 포함하고,
    상기 복수의 변압기들 중 적어도 2개는 임피던스 회로에 의해 연결되는, 전력 그리드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 DC/DC 컨버터들의 각각은 적어도 하나의 DC/AC 컨버터, 복수의 AC/DC 컨버터들을 포함하고, 상기 적어도 하나의 DC/AC 컨버터 및 상기 적어도 하나의 AC/DC 컨버터는 변압기 유닛에 연결되도록 구성되고, 상기 변압기 유닛은 상기 적어도 하나의 DC/AC 컨버터를 상기 복수의 AC/DC 컨버터들에 커플링시키는 적어도 하나의 변압기를 포함하고,
    상기 변압기 유닛은 DC/AC 컨버터 당 하나의 권선 및 AC/DC 컨버터 당 하나의 권선을 포함하고, 상기 변압기 유닛의 권선들은 공통 코어를 공유하는, 전력 그리드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 DC/DC 컨버터들의 상류에 있는 다른 변환 스테이지를 더 포함하고,
    특히 상기 다른 변환 스테이지는 제어된 전압 출력을 갖는 DC/DC 컨버터를 포함하고, 또는
    특히 상기 다른 변환 스테이지는 제어된 전압 출력을 갖는 AC/DC 컨버터를 포함하는, 전력 그리드.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 임피던스 회로는 권선 및 상기 복수의 AC/DC 컨버터 중 적어도 2개에 대한 임피던스를 포함하고,
    권선들 및 임피던스들은 상호연결되는, 전력 그리드.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 DC/DC 컨버터들 각각은 복수의 DC/AC 컨버터들, 복수의 AC/DC 컨버터들을 포함하고, 상기 적어도 하나의 DC/AC 컨버터 및 상기 적어도 하나의 AC/DC 컨버터는 변압기 유닛에 연결되도록 구성되고, 상기 변압기 유닛은 상기 복수의 DC/AC 컨버터들을 상기 복수의 AC/DC 컨버터들에 커플링시키는 변압기를 포함하고,
    상기 전력 그리드는 상기 복수의 DC/AC 컨버터들의 각각의 상류에 있고 및 상기 복수의 DC/DC 컨버터들의 각각에 연결된 복수의 제2 DC/DC 컨버터들을 더 포함하고,
    상기 제2 DC/DC 컨버터들은 직렬로 연결되고,
    특히 임피던스가 상기 복수의 제2 DC/DC 컨버터들 중 2개 사이에 연결되고, 및
    특히 캐패시터가 상기 복수의 제2 DC/DC 컨버터들에 병렬로 연결되는, 전력 그리드.
  6. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력을 적어도 하나의 소비자 부하에 배전하도록 구성된 전력 배전 유닛을 더 포함하고,
    상기 전력 배전 유닛은 특히, 상기 제2 변환 스테이지의 적어도 2개의 컨버터들의 출력들을 연결 또는 연결해제하도록 구성된 상기 제2 변환 스테이지의 컨버터당 적어도 하나의 스위치를 포함하는, 전력 그리드.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전력 배전 유닛은 상기 제2 변환 스테이지의 출력들을 연결 또는 연결해제하도록 구성된 컨버터 당 복수의 스위치들을 포함하고, 상기 스위치들의 수는 부하들의 수에 대응하는, 전력 그리드.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 전력 배전 유닛은, 상기 전력 그리드에 연결된 부하들 및/또는 소스들에 따라 전력을 배전하도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하는 제어부를 더 포함하고, 및/또는
    상기 제어부는 상기 전력 그리드에 연결된 부하들 및/또는 소스들에 따라 상기 제2 변환 스테이지의 상기 복수의 컨버터들의 출력 전압들의 할당을 관리하도록 구성되는, 전력 그리드.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 그리드는 DC 전류 제한 및/또는 차단 유닛을 더 포함하는, 전력 그리드.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 그리드는 중간 전압 직류(Medium Voltage Direct Current, MVDC)에 연결되고, 특히 상기 MVDC는 가변적인, 전력 그리드.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 그리드는 가변 속도 열펌프 시스템들, 하이퍼스케일 데이터센터들, 분산형 배터리 에너지 저장장치, 물리적으로 분산되거나 병치된 DC 충전기들, 및 재생 가능한 에너지 소스들 중 적어도 하나에 연결될 수 있는, 전력 그리드.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 전력 그리드의 제어 방법으로서,
    복수의 DC/DC 컨버터를 포함하는 변환 스테이지에 의해, 입력 전압을 출력 전압으로 변환하는 단계,
    상기 복수의 DC/DC 컨버터들을 직렬로 연결하는 단계로서, 상기 DC/DC 컨버터들 각각은 단일 스테이지 절연형 DC/DC 컨버터인, 연결하는 단계,
    전압 제어부에 의해, 각각의 상기 DC/DC 컨버터의 전압을 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 방법은 상기 변환 스테이지의 상기 복수의 컨버터들 각각에서 부하에 각각의 미리 결정된 출력 전압을 제공하는 단계를 더 포함하는, 전력 그리드 제어 방법.
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