KR20200056956A

KR20200056956A - 과잉 전력을 추출하기 위한 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20200056956A
Application number: KR1020197036995A
Authority: KR
Inventors: 아푸르바 소마니; 시아오롱 시아; 아눕 타파; 기슬러 카스텔리노
Original assignee: 다이너파워 컴퍼니 엘엘씨
Priority date: 2017-05-15
Filing date: 2018-05-15
Publication date: 2020-05-25
Anticipated expiration: 2038-05-15
Also published as: US20210255595A1; CN110915090A; US20180329382A1; CA3067343A1; KR102610010B1; WO2018213273A1; NZ760097A; US11936187B2; AU2018269183A1; JP2020520228A; ZA201908322B; CN110915090B; JP7248593B2; EP3625865A1; US10996644B2; AU2018269183B2

Abstract

전력 소스 (110), 에너지 저장 유닛 (140) 및 그리드 (150)를 연결시키기 위한 전력 시스템은 전력 인버터 (120), 에너지 저장 전력 컨버터 (130) 및 제어기를 포함한다. 상기 전력 인버터는 DC 버스를 통해서 상기 전력 소스에 전기적으로 결합되며 그리고 상기 DC 버스로부터의 DC 전력을 상기 그리드로의 AC 전력 출력으로 변환한다. 상기 전력 컨버터는 상기 DC 버스 및 상기 에너지 저장 유닛 사이에 전기적으로 결합되며 그리고 상기 에너지 저장 유닛에 전력을 저장하고 상기 에너지 저장 유닛으로부터 전력을 방전시킨다. 상기 제어기는 인버터 제한, 예를 들면, 클립핑 때문에 상기 그리드로 출력될 수 없는 상기 전력 소스로부터의 과잉 전력을 상기 에너지 저장 유닛에 저장하기 위해 상기 전력 컨버터를 제어하며, 그리고 상기 에너지 저장 유닛에 저장된 전력을 상기 전력 인버터로 방전하여 상기 그리드로 출력하기 위해서 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 제어한다.

Description

과잉 전력을 추출하기 위한 방법 및 시스템

관련된 출원들

본 특허 문서는 2017년 5월 15일에 출원된 임시 미국 특허 출원 일련번호 62/506,363 의 35 U.S.C. §119(e) 하에서의 출원일의 이익을 주장하며, 이 출원은 본원에 참조로서 편입된다.

본 발명의 실시예들은 일반적으로 전력 시스템들에 관한 것이며, 더 상세하게는 상호 접속된 전력 설비들을 포함하는 전력 시스템에서 에너지 저장 유닛 내 저장을 위해 과잉 전력을 추출하고 그리고 상기 에너지 저장 유닛으로부터 전력을 방전하기 위한 방법들 및 시스템들에 관한 것이다.

전력 변환 디바이스들 및 연관된 제어 시스템들은 다양한 에너지 리소스들을 정합하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 전력 시스템은 다양한 상호 접속된 분산 에너지 리소스들 (예를 들면, 전력 발전기들 및 에너지 저장 유닛들) 및 부하들을 포함할 수 있다. 그 전력 시스템은 유틸리티 그리드 또는 마이크로그리드 시스템에 또한 연결될 수 있다. 상기 전력 시스템은 이 에너지 리소스들 사이에서 전력을 변환하기 위해 전력 변환을 사용한다 (예를 들면, AC/DC, DC/DC, AC/AC 및 DC/AC).

전력 시스템들은 전력을 공급하고, 전력을 조절하며 그리고 전력 그리드의 하나 이상의 부하들에게 연속된 전력을 제공하기 위한 하나의 잠재적인 목표를 가지고 한 소스로부터 다른 소스로 전력을 전송하기 위해 설계된다. 가능한 효율적인 방식으로 전력을 제공하여, 최대 가능한 양의 에너지 생성이 사용되도록 하는 것이 소망된다. 그러나, 토폴로지 한계 및 설계 요구 사항들은 궁극적으로 사용되는 에너지 생성에 대한 한계들일 수 있다.

전력 시스템은 배터리 에너지 저장 또는 플라이휠 에너지 저장과 같은 에너지 저장 유닛을 이용하여 설계될 수 있다. 그 에너지 저장 유닛은 솔라 어레이나 풍력 터빈과 같은 재생 에너지 소스로부터의 에너지를 저장하기 위해 활용될 수 있다. 유틸리티 그리드 또는 다른 마이크로그리드와 같은 그리드로부터의 에너지는 에너지 저장 유닛들 내 저장을 위해 또한 이용 가능할 수 있다.

에너지 저장 시스템의 전력 소스가 풍력 에너지 또는 태양 에너지와 같은 재생 소스일 때에, 에너지를 공급하기 위한 다수의 전력 컨버터들이 사용될 수 있다. 그 전력 컨버터들은, 상기 재생 소스에 의해 공급된 전력을, 예를 들면, AC 그리드 및/또는 AC 부하들에게 전력을 공급하기 위해 교류 전류 (AC)로 변환하기 위한 전력 인버터들, 그리고 상기 재생 소스에 의해 공급된 전력을, 예를 들면, DC 부하들 및/또는 배터리들이나 플라이휠들과 같은 에너지 저장 유닛들에게로 변환하기 위한 DC/DC 컨버터들을 포함할 수 있다. 이 전력 컨버터들은 자신들이 상기 재생 전력 소스로부터 이용 가능한 최대한의 전력을 추출하지 못하게 하는 한계들을 가질 수 있으며, 이 경우에 상기 전력 컨버터는 "제한된 (curtailed)" 또는 "클립된 (clipped)" 방식으로 작동하는 것으로 언급될 수 있다. 설계 한계들로 인해 제한되거나 클립된 과잉 전력은 없어질 수 있으며, 이는 덜 효율적인 전력 생성의 원인이 된다.

본 발명은 상기의 문제점의 적어도 일부를 해소하기 위한 방안을 제공하려고 한다.

본 발명의 실시예들은 에너지 저장 유닛에 전력을 충전하고 그 에너지 저장 유닛으로부터 전력을 방전하기 위한 시스템 및 방법을 포함한다. 본 발명의 실시예에서, 광발전 (photovoltaic) 전력 소스와 같은 전력 소스에 의해 생성된 과잉 전력은 포획되어 에너지 저장 유닛에 저장될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에서 에너지 저장 유닛 내에 저장된 전력은 상기 전력 소스에 의해 생성된 전력에 우선권을 제공하면서 방전될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에서, 상기 전력 소스는 전력 방전 동안에 에너지 저장 전력 컨버터 제어기에 의해 에뮬레이션될 수 있다.

한 모습에서, 전력 소스, 에너지 저장 유닛 및 그리드를 연결시키기 위한 전력 시스템은, 전력 인버터, 에너지 저장 전력 컨버터 및 제어기를 포함한다. 상기 전력 인버터는 DC 버스를 통해 상기 전력 소스에 전기적으로 결합되며, 상기 DC 버스로부터의 DC 전력을 상기 그리드로의 AC 전력 출력으로 변환한다. 상기 에너지 저장 전력 컨버터는 상기 DC 버스 및 상기 에너지 저장 유닛 사이에 전기적으로 결합되며, 상기 에너지 저장 유닛에 전력을 저장하고 그 에너지 저장 유닛으로부터 전력을 방전한다. 상기 제어기는 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 제어하며 그리고 상기 그리드로 출력될 수 없는 상기 전력 소스로부터의 과잉 전력을 상기 에너지 저장 유닛에 저장하기 위해 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 제어하며, 그리고 상기 에너지 저장 유닛에 저장된 전력을 상기 전력 인버터로 방전하여 상기 그리드로 출력하기 위해 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 제어하도록 구성된다.

상기 전력 소스로부터의 과잉 전력을 포획하기 위해 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 제어하도록 구성된 상기 제어기는, 상기 전력 인버터가 제한(curtail)되었는가의 여부를 판별하고; 상기 전력 인버터가 제한되었을 때에, 과잉 전력을 상기 에너지 저장 유닛에 저장하기 위해 상기 전력 컨버터의 충전 커맨드를 증가시키며; 그리고 상기 전력 인버터가 제한되지 않을 때에, 상기 전력 컨버터의 충전 커맨드를 감소시키도록 구성된 제어기를 포함할 수 있다.

상기 전력 소스로부터의 과잉 전력을 포획하기 위해 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 제어하도록 구성된 상기 제어기는 제어 시스템을 포함할 수 있으며, 그 제어 시스템은: 상기 PV 인버터의 출력 전력이 제1의 미리 정해진 임계를 초과하는가의 여부를 판별하고; 상기 PV 인버터의 출력 전력이 상기 제1의 미리 정해진 임계를 초과할 때에, 과잉 전력을 상기 에너지 저장 유닛에 저장하기 위해 상기 전력 컨버터의 충전 커맨드 (command)를 증가시키며; 그리고 상기 PV 인버터의 출력 전력이 상기 제1의 미리 정해진 임계를 초과하지 않을 때에, 상기 전력 인버터의 출력 전력이 제2의 미리 정해진 임계 미만인가의 여부를 판별하고, 그리고 그 출력 전력이 상기 제2의 미리 정해진 임계 미만일 때에, 상기 에너지 저장 전력 컨버터의 충전 커맨드를 감소시키도록 구성된다.

상기 전력 소스로부터의 과잉 전력을 포획하기 위해 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 제어하도록 구성된 상기 제어기는 제어 시스템을 포함할 수 있으며, 그 제어 시스템은: 상기 전력 소스의 현재 출력 전력이 상기 전력 소스의 이전의 출력 전력 미만인가를 판별하고; 그리고 상기 전력 소스의 최대 전력 포인트를 추적하기 위해서, 상기 전력 소스의 현재 출력 전력이 상기 전력 소스의 이전의 출력 전력 미만인가의 여부에 관한 판별에 따라 상기 DC 버스 상의 고전압 한계를 조절하도록 구성된다.

상기 제어기는 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 제어하는 컨버터 제어기일 수 있으며, 상기 전력 인버터의 제어기로부터의 입력을 필요로 하지 않는다. 또한, 상기 PV 어레이로부터의 과잉 PV 전력을 포획하기 위해 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 제어하도록 구성된 상기 제어기는 제어 시스템을 포함할 수 있으며, 그 제어 시스템은: 전력 인버터 제어기로부터의 입력 없이 상기 전력 인버터에 관한 제한 (curtailment)을 자율적으로 탐지하고; 그리고 제한이 탐지될 때에, 과잉 전력을 상기 에너지 저장 유닛에 상기 최대 전력 소스 전력 포인트까지 저장하기 위해 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 제어하도록 구성된다.

상기 제어기는 상기 전력 인버터의 제어기로부터의 입력을 필요로 하지 않으면서 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 제어하는 컨버터 제어기일 수 있다. 또한, 상기 PV 어레이로부터의 과잉 PV 전력을 포획하기 위해 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 제어하도록 구성된 상기 제어기는, 상기 에너지 저장 전력 컨버터의 출력 전력에서의 변화를 판별하고; 상기 DC 버스에서 전압에서의 변화를 판별하고; 그리고 상기 에너지 저장 전력 컨버터의 출력 전력에서의 변화 및 상기 DC 버스에서 전압에서의 변화에 따라 상기 DC 버스 상의 고전압 한계를 조절하도록 구성된, 제어 시스템을 포함한다.

상기 에너지 저장 유닛에 저장된 전력을 상기 전력 인버터로 방전하여 상기 그리드로 출력하기 위해 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 제어하도록 구성된 상기 제어기는, 상기 전력 소스로부터 이용 가능한 전력에 우선권을 부여하면서 상기 에너지 저장 유닛으로부터 전력을 방전하도록 구성된 제어기를 포함할 수 있다.

상기 전력 소스로부터 이용 가능한 전력에 우선권을 부여하면서 상기 에너지 저장 유닛으로부터 전력을 방전하도록 구성된 상기 제어기는: 상기 전력 인버터가 제한되지 않았는가의 여부를 판별하고; 상기 전력 인버터가 제한되지 않을 때에, 상기 전력 소스의 출력 전력이 감소했는가의 여부를 판별하며 그리고 상기 전력 소스의 출력 전력이 감소했는가의 여부에 따라 상기 에너지 저장 유닛으로부터 방전되고 있는 전력을 조절하기 위해 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 제어하도록 구성된, 제어기를 포함할 수 있다.

상기 전력 소스의 출력 전력이 감소했는가의 여부에 따라 상기 에너지 저장 유닛으로부터 방전되고 있는 전력을 조절하도록 구성된 상기 제어기는, 상기 전력 소스의 출력 전력이 감소했는가의 여부에 따라 부호가 변하는 전력 방전 조절 값만큼 전력의 양을 방전하기 위해 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 위한 방전 전력 커맨드를 조절하도록 구성된 제어기를 포함할 수 있다.

상기 전력 소스는 광발전 (photovoltaic) 전력 소스일 수 있으며, 그리고 상기 에너지 저장 유닛에 저장된 전력을 상기 전력 인버터로 방전하여 상기 그리드로 출력하기 위해 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 제어하도록 구성된 상기 제어기는, 상기 광발전 전력 소스의 전력 출력을 에뮬레이션하기 위해 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 제어하도록 구성된 제어기를 포함할 수 있다.

상기 제어기는 상기 광발전 전력 소스의 전력-전압 특성들을 에뮬레이션하기 위해 프로그램된 룩업 테이블을 통해 상기 광발전 전력 소스를 에뮬레이션할 수 있다.

상기 제어기는 드룹 (droop) 파라미터에 기반하여 상기 에너지 저장 유닛 전력 컨버터의 전력 커맨드를 제어함으로써 상기 광발전 전력 소스를 또한 에뮬레이션할 수 있다.

상기 제어기는 상기 에너지 저장 유닛 컨버터의 컨버터 제어기일 수 있으며, 그리고 상기 컨버터 제어기는 상기 전력 인버터의 출력 전력에 관한 정보를 획득하기 위해 상기 전력 인버터의 제어기와 통신할 수 있다.

다른 모습에서, 전력 시스템 내 전력 소스로부터의 과잉 전력을 포획하는 방법으로, 상기 전력 시스템은 DC 버스를 통해 상기 전력 소스에 결합된 전력 인버터 및 상기 DC 버스와 에너지 저장 유닛 사이에 결합된 에너지 저장 전력 컨버터를 포함하며, 상기 방법은: 상기 전력 컨버터가 제한되었는가를 판별하는 단계; 상기 전력 인버터가 제한되었을 때에, 상기 그리드로 출력될 수 없는 상기 전력 소스로부터의 과잉 전력을 상기 에너지 저장 유닛에 저장하기 위해 상기 전력 컨버터의 충전 커맨드를 조절하는 단계를 포함한다.

상기 전력 컨버터가 제한되었는가를 판별하는 단계는 상기 PV 인버터의 출력 전력이 제1의 미리 정해진 임계를 초과했는가의 여부를 판별하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 전력 컨버터가 제한되었는가를 판별하는 단계 및 상기 그리드로 출력될 수 없는 상기 전력 소스로부터의 과잉 전력을 상기 에너지 저장 유닛에 저장하기 위해 상기 전력 컨버터의 충전 커맨드를 조절하는 단계는:

상기 전력 인버터의 출력 전력이 제1의 미리 정해진 임계를 초과할 때에 상기 그리드로 출력될 수 없는 상기 전력 소스로부터의 과잉 전력을 저장하기 위해 상기 전력 컨버터의 충전 커맨드를 증가시키는 단계; 그리고

상기 출력 전력이 제2의 미리 정해진 임계 미만일 때에 상기 전력 컨버터의 충전 커맨드를 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 그리드로 출력될 수 없는 상기 전력 소스로부터의 과잉 전력을 상기 에너지 저장 유닛에 저장하기 위해 상기 전력 컨버터의 충전 커맨드를 조절하는 단계는: 상기 전력 소스의 현재 출력 전력이 상기 전력 소스의 이전의 출력 전력 미만인가를 판별하는 단계; 그리고 상기 전력 소스의 최대 전력 포인트를 추적하기 위해서, 상기 전력 소스의 현재 출력 전력이 상기 전력 소스의 이전의 출력 전력 미만인가의 여부에 관한 판별에 따라 상기 DC 버스 상의 고전압 한계를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 고전압 한계는 전압 변화 값에 의해 조절될 수 있으며, 그리고 상기 전력 소스의 출력 전력이 상기 전력 소스의 이전의 출력 전력 미만일 때에 상기 전압 변화 값의 부호는 역전된다.

상기 전력 컨버터가 제한되었는가를 판별하는 단계 및 상기 그리드로 출력될 수 없는 상기 전력 소스로부터의 과잉 전력을 상기 에너지 저장 유닛에 저장하기 위해 상기 전력 컨버터의 충전 커맨드를 조절하는 단계는: 상기 에너지 저장 전력 컨버터의 출력 전력에서의 변화를 판별하는 단계; 상기 DC 버스에서의 전압에서의 변화를 판별하는 단계; 상기 에너지 저장 전력 컨버터의 출력 전력에서의 변화 및 상기 DC 버스에서의 전압에서의 변화에 따라 상기 DC 버스 상의 고전압 한계를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 고전압 한계는 전압 변화 값에 의해 조절될 수 있으며, 상기 에너지 저장 전력 컨버터의 출력 전력에서의 변화가 양이며 상기 DC 버스에서의 전압의 변화가 0 이거나 작은 음의 값일 때에 상기 전압 변화 값의 부호는 역전되며, 그리고 상기 에너지 저장 전력 컨버터의 출력 전력에서의 변화가 음이며 상기 DC 버스에서의 전압의 변화가 양일 때에 상기 전압 변화 값의 부호는 역전된다.

다른 모습에서, 에너지 저장 유닛에 저장된 전력을 전력 시스템 내 그리드로 출력하기 위해 방전시키는 방법으로, 상기 전력 시스템은 DC 버스를 통해 전력 소스에 결합된 전력 인버터 및 상기 DC 버스와 상기 에너지 저장 유닛 사이에 결합된 에너지 저장 전력 컨버터를 포함하며, 상기 방법은: 상기 전력 인버터가 상기 그리드로 전력을 공급할 수 있도록 상기 에너지 저장 유닛으로부터의 전력을 상기 전력 인버터로 방전하는 단계를 포함한다. 상기 에너지 저장 유닛으로부터의 전력을 방전할 때에, 상기 전력 소스로부터 이용 가능한 전력에는 상기 에너지 저장 유닛으로부터 이용 가능한 전력을 능가하는 우선권이 부여된다.

상기 전력 인버터가 상기 그리드로 전력을 공급할 수 있도록 상기 에너지 저장 유닛으로부터의 전력을 상기 전력 인버터로 방전하는 단계는: 상기 전력 인버터가 제한되지 않았는가의 여부를 판별하는 단계; 상기 전력 인버터가 제한되지 않았을 때에, 상기 전력 소스의 출력 전력이 감소했는가의 여부를 판별하는 단계; 그리고 상기 전력 소스의 출력 전력이 감소했는가의 여부에 관한 판별에 따라 상기 에너지 저장 유닛으로부터 방전되고 있는 전력을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 에너지 저장 유닛으로부터 방전되고 있는 전력은, 상기 전력 소스의 출력 전력이 감소했는가의 여부에 따라 부호가 변하는 전력 방전 조절 값에 의해 조절될 수 있다.

상기 전력 소스는 광발전 (photovoltaic) 전력 소스일 수 있으며, 그리고 상기 전력 인버터가 상기 그리드로 전력을 공급할 수 있도록 상기 에너지 저장 유닛으로부터의 전력을 상기 전력 인버터로 방전하는 단계는 상기 광발전 전력 소스의 전력-전압 특성들을 에뮬레이션하기 위해 프로그램된 룩업 테이블을 통해 상기 광발전 전력 소스를 에뮬레이션하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 전력 소스는 광발전 전력 소스일 수 있으며, 그리고 상기 전력 인버터가 상기 그리드로 전력을 공급할 수 있도록 상기 에너지 저장 유닛으로부터의 전력을 상기 전력 인버터로 방전하는 단계는 드룹 (droop) 파라미터에 기반하여 상기 에너지 저장 유닛 전력 컨버터의 전력 커맨드를 제어함으로써 상기 광발전 전력 소스를 에뮬레이션하는 단계를 포함할 수 있다.

다른 모습에서, 에너지 저장 유닛에 저장된 전력을 전력 시스템 내 그리드로 출력하기 위해 방전시키는 방법으로, 상기 전력 시스템은 DC 버스를 통해 전력 소스에 결합된 전력 인버터 및 상기 DC 버스와 상기 에너지 저장 유닛 사이에 결합된 에너지 저장 전력 컨버터를 포함하며, 상기 방법은: 상기 DC 버스의 전압을 획득하는 단계; 그리고 상기 DC 버스의 전압에 따라 상기 전력 소스를 에뮬레이션함으로써 상기 전력 인버터가 상기 그리드로 전력을 공급할 수 있도록 상기 에너지 저장 유닛으로부터의 전력을 상기 전력 인버터로 방전하는 단계를 포함한다.

상기 전력 인버터가 상기 그리드로 전력을 공급할 수 있도록 상기 에너지 저장 유닛으로부터의 전력을 상기 전력 인버터로 방전하는 단계는 상기 DC 버스의 전압에 기반하여 룩업 테이블로부터 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 위한 대응 출력 전력을 획득하는 단계를 포함할 수 있으며, 여기에서 상기 룩업 테이블은 광발전 전력 소스의 전력-전압 특성들을 에뮬레이션하기 위해 프로그램된다.

상기 전력 인버터가 상기 그리드로 전력을 공급할 수 있도록 상기 에너지 저장 유닛으로부터의 전력을 상기 전력 인버터로 방전하는 단계는 드룹 파라미터에 기반하여 상기 에너지 저장 유닛 전력 컨버터의 전력 커맨드를 제어함으로써 상기 광발전 전력 소스를 에뮬레이션하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 광발전 전력 소스를 에뮬레이션하는 단계는 Pcmd=Pset-Vdroop*(V_pv-V_set) 의 방정식에 따라 전력을 출력하기 위해 상기 에너지 저장 컨버터를 제어하기 위한 전력 커맨드를 계산하는 단계를 포함할 수 있으며,

여기에서: Pcmd 는 상기 전력 커맨드이며;

Pset 는 미리 정해진 세팅 전력이며;

Vdroop 은 상기 광발전 전력 소스의 전류 전압 특성들을 에뮬레이션하기 위한 드룹 파라미터이며;

V_pv 는 상기 DC 버스의 전압이며; 그리고

V_set 는 상기 광발전 전력 소스의 전류 전압 특성들을 에뮬레이션하기 위한 미리 정해진 세팅 전압이다.

본 발명의 효과는 본 명세서의 해당되는 부분들에 개별적으로 명시되어 있다.

도 1은 일 실시예에서 따른 전력 시스템을 보여주며, 여기에서 제어 시스템은 서로 통신하는 PV 인버터 제어기 및 에너지 저장 컨버터 제어기를 포함한다.
도 2는 다른 실시예에서 따른 전력 시스템을 보여주며, 여기에서 PV 인버터 제어기 및 에너지 저장 컨버터 제어기는 마스터 제어기와 통신한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 파워 서플라이로부터 과잉 전력을 추출하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 파워 서플라이로부터 과잉 전력을 추출하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 파워 서플라이로부터 과잉 전력을 추출하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 파워 서플라이로부터 과잉 전력을 추출하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 전력 소스로부터 이용 가능한 전력에 우선권을 부여하면서 전력 컨버터를 이용하여 에너지 저장 유닛으로부터 전력을 방전하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 전력 소스로부터 이용 가능한 전력에 우선권을 부여하면서 전력 컨버터를 이용하여 에너지 저장 유닛으로부터 전력을 방전하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 9는 PV 어레이 전력-전압 특성들을 도시한 그래프이다.

동반 도면들을 이제 참조할 것이며, 그 도면들은 특정의 예시의 실시예들의 일부를 형성하며, 그 특정의 예시의 실시예들을 예시로서 보여준다. 그러나, 본원에서 설명된 원칙들은 많은 상이한 모습으로 구현될 수 있다. 상기 도면들 내 컴포넌트들은 반드시 크기에 맞추어진 것이 아니며 본 발명의 원칙들을 예시하는 것을 강조하는 것이다. 더욱이, 상기 도면들에서, 유사한 참조 번호들은 상이한 모습들 전체에 걸쳐서 대응하는 파트들을 표시하기 위해 배치될 수 있다.

본 발명의 다음의 설명에서, 특정 기술이 참조의 목적만을 위해 사용되며, 제한할 것으로 의도된 것이 아니다. 예를 들면, 비록 제1, 제2 등의 용어들이 다양한 요소들을 기술하기 위해 본원에서 사용되지만, 이 요소들은 이런 용어들에 의해 한정되지 않아야 한다. 이 용어들은 하나의 요소를 다른 것과 구별하기 위해서만 사용된다. 본 발명의 설명 및 첨부된 청구항들에서 사용되었듯이, "하나", "한" 및 "상기"의 단일의 모습들은 문맥상 다르게 명백하게 표시하지 않는다면 마찬가지로 복수의 형상들을 포함하는 것으로 의도된 것이다. 본원에서 사용된 "및/또는"의 용어는 연관되어 나열된 용어들 중 하나 이상의 하나의 그리고 모든 가능한 조합들을 언급하며 그것들을 포함한다고 또한 이해될 것이다. "포함한다" 및/또는 "포함"의 용어들은 본 명세서에서 사용될 때에 선언된 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들, 및/또는 컴포넌트들의 존재를 상술하지만, 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들, 컴포넌트들, 및/또는 그것들의 그룹의 존재나 추가를 배제하지 않는다고 또한 이해될 것이다.

본 발명의 실시예들은 전력 컨버터 제한으로 인해 손실될 수 있을 전력 소스에 의해 생성된 과잉 전력을 포획하는 시스템 및 방법을 포함한다. 본 발명의 실시예들은 에너지 저장 유닛에 의해 포획된 전력을 방전하기 위한 시스템 및 방법을 포함한다.

도 1 및 도2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전력 시스템 (100)은 전력 소스 (110), 전력 인버터 (120), 에너지 저장 유닛 전력 컨버터 (130), 및 에너지 저장 유닛 (140)을 포함한다. 상기 전력 소스 (110)는 DC 버스 A에서 상기 인버터 (120)에 전기적으로 결합되며, 상기 컨버터 (130)는 DC 버스 A 및 상기 에너지 저장 유닛 (140) 사이에 전기적으로 결합된다. 상기 PV 인버터는, 상기 전력 소스 (110) 및/또는 상기 에너지 저장 유닛 (140)에 의해 제공될 수 있는 전력을 DC 버스 A에서 그리드 (150)로의 교류 전류 (AC) 전력 출력으로 변환한다.

상기 그리드 (150)는, 예를 들면, 하나 이상의 부하들일 수 있으며, 또는 마이크로그리드, 유틸리티 그리드 등일 수 있다. 상기 전력 소스 (110)는, 예를 들면, PV 어레이와 같은 광발전 소스일 수 있다. 상기 에너지 저장 유닛은, 예를 들면, 배터리 또는 복수의 연결된 배터리 셀들일 수 있다. 상기 전력 인버터 (120)는, 예를 들면, 양방향 능력을 구비할 수 있거나 구비할 수 없는 광발전 (photovoltaic (PV)) 인버터일 수 있다. 컨버터 (130)는 양방향 DC/DC 컨버터일 수 있다.

설계 제한들 및/또는 다른 요인들로 인해서, 전력 소스 (110)에 의한 전력 출력은 상기 인버터 (120)가 그리드 (150)로 출력할 수 있는 최대 전력을 초과할 수 있다. 이 경우에, 상기 인버터 (120)는 제한될 필요가 있으며, 그 제한된 전력은 "과잉 전력"으로 언급될 수 있다.

전력 소스 (110)의 최대 전력 출력이 인버터 (120) 정격 (즉, 최대 정격 전력 출력)을 초과할 때에, 인버터 (120)의 온도가 미리 정해진 값을 초과하여 인버터 고장을 피하기 위해 전력 출력을 줄일 필요가 있다는 것을 표시할 때에, 또는 상기 전력 소스 (110)에 의해 산출된 전력의 양보다 적은, 예를 들면, 설비로부터의 전력 커맨드 (command) (즉, 특별한 양의 전력을 위한 커맨드)를 상기 인버터 (120)가 수신할 때에 발생하는 인버터 클립핑 (clipping)과 같지만 그것으로 한정되지 않는 환경들에서 제한 (curtailment)이 발생할 수 있다. 도 1에서 도시된 실시예에서, 상기 전력 시스템 (100)은 이 과잉 전력을 에너지 저장 유닛 (140)에 저장할 수 있으며, 이것은 나중에 상기 그리드 (150)로 방전될 수 있다.

도 1 및 도 2에서 보이는 실시예에서, 상기 전력 컨버터 제어기 (132)는 상기 PV 인버터의 동작 포인트 (P_Inv) (즉, 동작 동안에 출력 전력의 레벨)에 관한 정보를 획득할 수 있다. 그 정보는 상기 PV 인버터의 출력단에서 전압 센서 및 전류 센서에 의해 판별될 수 있으며 또는 다양한 통신 프로토콜들을 통해 통신 링크를 경유하여 디지털로 전달될 수 있으며, 그리고 본 발명은 어떤 특별한 통신 프로토콜로 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.

상기 전력 인버터 (120)의 출력 전력 (P_Inv)이 상기 전력 인버터 (120)의 최대 전력 (P_InvMax)에 가까울 때에, 상기 전력 인버터 (120)가 제한되고 있다는 (예를 들면, 인버터 클립핑)것이 가능하다. 그래서, 상기 전력 인버터 (120)의 출력 전력 (P_Inv)이 그 전력 인버터 (120)의 최대 전력 (P_InvMax)의 미리 정해진 임계 (P_InvMax - Pdelta)를 초과할 때에, 전력 컨버터 제어기 (132)는 제어 루프를 시작하며, 그 제어 루프의 출력은 상기 에너지 저장 유닛 (140) 전력 (또는 전류) 커맨드 (Pcharge_cmd) (즉, 전력 컨버터 (130)가 상기 에너지 저장 유닛 (140)을 특별한 양의 전력만큼 방전시키라는 커맨드)이다. 상기 제어 루프는 인버터 (120) 제한 (예를 들면, 클리핑) 때문에 이용 가능한 과잉 에너지를 저장하기 위해 시작된다. 이 제어 루프는 상기 인버터 (120)의 출력 전력 (P_Inv)이 상기 최대 전력 값 (P_InvMax)에 가깝도록 (즉, 미리 상기 최대 전력의 미리 정해진 범위 내에 있도록) 제어한다. 상기 인버터의 출력 전력이 상기 최대 전력 (P_InvMax)의 미리 정해진 범위 아래로 가면, 상기 컨버터 제어기 (132)가 상기 전력 소스 (110)로부터 너무 많은 에너지를 추출하기 위해 상기 컨버터 (130)를 제어하고 있다고 판별된다. 이 경우에, 배터리 충전 전력 (P_Conv)은 감소된다 (예를 들면, 상기 인버터를 정격 전력 (P_InvMax)의 미리 정해진 범위로 돌아가게 하기 위해서 상기 컨버터 전력 커맨드 (P_Conv)를 반복적으로 또는 PI 제어기와 같은 폐-루프 제어기를 통해 제어함으로써 배터리 충전 전력이 자동적으로 감소될 수 있다). 또한, 인버터의 출력 전력을 최대 전력 (P_InvMax)의 미리 정해진 범위 내에 유지하기 위해 에너지 저장 유닛 (140)이 방전하는 것을 시작할 것을 상기 제어 루프가 요구한다면, 이것은 상기 이용 가능한 전력 소스 (110) 전력이 상기 인버터 (120)의 최대 전력 (P_InvMax)의 미리 정해진 범위 미만이며 인버터 (120) 제한 (예를 들면, 클립핑)이 더 이상 발생하지 않을 것이라는 것을 의미한다.

인버터 (120)가 제한하고 있는지의 여부를 판별하기 위해 미리 정해진 범위를 사용하는 것에 대한 대안으로, 상기 컨버터 제어기 (132)는 조절 가능한 DC 포트 A 고전압 한계 Vdc_HiLimit를 대신하여 구현할 수 있다. 상기 DC 포트 고전압 한계 Vdc_HiLimit는 상기 인버터 (130)의 동작 범위의 상단 전압 한계와 동일하거나 비슷하게 초기에 세팅될 수 있는 조절 가능한 값이다. 상기 컨버터 제어기 (132)는 상기 DC 버스에서 측정된 전압이 상기 DC 포트 고전압 한계 Vdc_HiLimit를 초과할 때에 그 전압을 낮추기 위해서 상기 컨버터 (130)의 전력 충전 출력을 조절하기 위해 또한 프로그램된다. 상기 인버터 (120)가 제한하고 있을 때에 상기 전력 소스 (110) 상의 최대 전력 포인트를 추적하기 위해서 상기 컨버터 제어기 (132)는 이 DC 포트 고전압 한계 Vdc_HiLimit를 그 후에 조절한다.

도 1에 도시된 실시예에서, 상기 전력 인버터 (120) 및 상기 전력 컨버터 (130) 사이의 통신은 상기 전력 인버터 (120)의 제어기 (122) 및 상기 전력 컨버터 (130)의 제어기 (132) 사이에서의 직접 접속을 통해서 달성된다. 상이하게는, 도 2에서 보이는 실시예에서, 마스터 제어기 (210)의 도움을 받아 통신이 달성된다. 상기 인버터 제어기 (122) 및 상기 컨버터 제어기 (132) 각각은 상기 마스터 제어기 (210)와 통신하며, 상기 컨버터 제어기 (132)는 상기 인버터 (120)의 동작 포인트 (P_Inv)에 관한 정보를 상기 마스터 제어기 (210)로부터 획득한다. 상기 제어기들 (122, 132 및 210)은, 예를 들면, 로컬에서 그리고/또는 원격으로 업데이트될 수 있는 디지털 프로세싱 기반 제어기 및/또는 필드-프로그래머블 게이트 어레이 (FPGA)로 구현될 수 있다. 그러나, 상기 제어기들 (122, 132 및 210)은 이런 특별한 유형들로만 한정되지 않으며, 임의 유형의 디지털 프로세서나 아날로그 또는 혼합된 신호 회로일 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

비록 도 1 및 도 2가 인버터 (120)의 동작 포인트 (P_Inv)에 관한 정보를 획득하기 위해 인버터 제어기 (122) 및 컨버터 제어기 (132) 사이의 통신 링크(들)를 사용하는 제어 시스템을 사용하여 전력 소스 (110)에 의해 생성된 과잉 전력을 포획할 수 있는 시스템들을 보여주지만, 본 발명은 그렇게 한정되지 않으며, 그리고 상기 제어기 (130)는 상기 인버터 (120)가 언제 제한되는가를 자율적으로 탐지할 수 있다. 자율적인 탐지가 사용되는 실시예들에서, 도 1의 제어기들 (122 및 132) 사이에서의 직접 통신 그리고 마스터 제어기 (210)를 통한 동작 포인트 (P_Inv) 전달은 필요하지 않다. 이것은, 도 1이나 도 2의 통신 링크가 손상을 받는다면 또는 상기 제어기들 (122 및 132) 사이의 통신 링크를 설치하는 비용을 피하기를 원한다면 유리할 수 있다.

일 실시예에서, (예를 들면, 클립핑 때문에) 상기 인버터 (120)가 제한될 때에, 과잉 에너지를 에너지 저장 유닛 (140)에 저장하면서 상기 인버터 (120) 전력 출력 (P_PV)을 그 인버터의 최대 출력 출력 (P_InvMax)에 가깝게 유지하기 위해서 상기 자율 제어는 전력 소스 (110)의 전압 동력에 의존한다. 일반적으로 인버터 (120)가 제한되고 있을 때에, DC 버스 A에서 존재하는 상기 전력 소스 (110) 전압은 상승할 것이다. 비록 전력 소스 전압 그 자체에서의 상승이 상기 인버터 전력이 제한된다는 것을 항상 의미하는 것은 아니지만, 상기 컨버터 (130) 출력 전력 P_Conv이 자신의 전력 커맨드 P_Charge_cmnd를 따르지 않고 DC 버스 A에서의 전력 공급 전압이 올라갈 때에 상기 인버터 전력 (P_Inv)은 제한된다.

상기 자율적 방법의 일 실시예에서, 상기 컨버터 제어기 (132)는 PV 포트 고전압 한계 (VpvHighLmt)를 구현하며 그리고 그것을 측정된 PV 전압보다 더 높게 세팅한다. 상기 컨버터의 출력 전력 (P_Conv)이 상기 컨버터의 명령받은 (commanded) 전력 (Pcharge_cmd)과 상이하다는 것을 (이것은 상기 세팅된 VpvHighLmt를 유지하기 위해서 발생할 수 있다) 컨버터 제어기 (132)가 탐지할 때에, 그 컨버터 제어기 (132)는 인버터 전력 P_Inv 이 제한하고 있다는 것을 인지하며, 그리고 상기 컨버터 제어기 (132)는 VpvHighLmt를 변경하고 최대 가능한 과잉 PV 전력을 추출함으로써 자기 자신의 최대 전력 포인트 추적 (maximum power point tracking (MPPT)) 알고리즘을 구현하는 것을 시작한다.

에너지 저장 유닛 (140)을 충전하는 것에 추가로, 상기 인버터 제어기 (132)는 상기 그리드 (150)에서의 출력을 위해 상기 배터리로부터 인버터 (120)로 전력을 방전하도록 구성될 수 있다. 상기 컨버터 (130)에 의해 방전된 에너지는 상기 전력 소스 (110)의 최대 출력 전력이 상기 PV 인버터의 최대를 초과했을 때에 저장된 과잉 에너지일 수 있지만, 그것은 양방향 PV 인버터 (120)로부터 상기 에너지 저장 유닛에 저장된 상기 그리드 (150)로부터의 전력일 수도 있을 것이다.

전력을 전력 인버터 (120)로 방전할 때에, 상기 컨버터 제어기 (132)는 상기 전력 소스 (110)로부터 이용 가능한 어떤 전력도 상기 에너지 저장 유닛에 저장된 전력을 능가하는 우선권이 부여되는 것을 보정하도록 구성될 수 있다. 이것을 수행하기 위해서, 상기 컨버터 제어기 (132)는 감소를 탐지하기 위해 상기 파워 서플라이 (110)에 의한 전력 출력을 모니터하며, 그리고 어떤 감소가 존재하면, 상기 배터리에 의해 방전된 전력을 줄이기 위해 자신의 방전 커맨드를 조절하도록 구성될 수 있다.

충전

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 파워 서플라이로부터 과잉 전력을 추출하는 방법을 도시한 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 전력 시스템 (100)의 제어 시스템은 전력 인버터 (120)가 제한되었는가를 판별한다. 이것은 (예를 들면, 도 1 및 도 2에서 보이는 것과 같은) 상기 제어 시스템의 컨버터 제어기 (132) 및 인버터 제어기 (122) 사이에 설립된 통신 링크를 통해서 또는 상기 컨버터 제어기 (132)에 의한 자율적인 탐지를 통해서 달성될 수 있다. 단계 320에서, 상기 전력 인버터 (120)가 제한되었다고 판별될 때에, 상기 제어 시스템은 전력 컨버터 (130)의 충전 커맨드를 조절하여 상기 제한으로 인해 이용 가능한 과잉 에너지가 에너지 저장 유닛 (140)에 저장되도록 한다. 상기 충전 커맨드는 상기 컨버터 (130)가 특별한 양의 전력을 충전하라는 커맨드이다. 단계 330에서, 전력 인버터 (120)가 제한되지 않았다면, 상기 제어 시스템은 상기 전력 인버터가 최대 전력에서 동작하고 있다는 것을 보장하기 위해 상기 충전 커맨드를 감소시킬 수 있다. 단계 330에서, 상기 충전 커맨드를 감소하기 이전에, 예를 들면 상기 인버터 (120)의 출력 전력을 상기 최대 인버터 전력 (P_InvMax)의 미리 정해진 범위와 비교함으로써 너무 많은 전력이 상기 에너지 저장 유닛 (140)에 저장되어 있는가의 여부를 판별하는 것이 또한 가능할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 파워 서플라이로부터 과잉 전력을 추출하는 방법을 도시한 흐름도이다. 도 4는, 상기 컨버터 제어기 (132)가, 예를 들면, 상기 인버터 제어기 (122) 및 상기 컨버터 제어기 (132) 사이에 확립된 통신 링크를 통해서 상기 인버터 (120)의 전력 출력 P_Inv 에 대한 액세스를 가지는 실시예에서, 전력 인버터 (120)가 제한되었는가를 판별하고, 그 전력 인버터가 제한되었을 때에 과잉 에너지를 에너지 저장 유닛 (140)에 저장하기 위해 전력 컨버터 (130)의 충전 커맨드를 증가시키며, 그리고 전력 인버터 (120)가 제한되지 않았을 때에 전력 컨버터 (130)의 충전 커맨드를 감소시키는 방법이다.

도 4를 참조하면, 단계 410에서, 상기 컨버터 제어기 (130)는 출력 전력 P_Inv을 상기 인버터 (120)의 최대 출력 전력 (P_InvMax)의 제1 임계 값 (P_InvMax - Pdelta)과 비교한다. 이 비교는 상기 인버터 (120)가 자신의 최대 전력 출력 P_InvMax에 가깝게 동작하고 있는가의 여부를 판별하기 위해 수행되며, 이 경우 상기 인버터 (120)는 제한될 수 있다. 상기 임계값은 Pdelta의 상기 최대 전력 출력 P_InvMax으로부터의 차이가 되도록 세팅될 수 있다. Pdelta의 값은 상대적으로 작을 수 있으며 그리고, 예를 들면, 상기 인버터 (120)의 정격 전력에 기반하여 세팅될 수 있다. 예를 들면, Pdelta는 상기 인버터의 출력 전력 계량 정밀에 종속하여 상기 인버터 (120)의 정격의 0.5% 및 1% 사이로 세팅될 수 있다. 그러나, 본 발명은 이 특별한 Pdelta 값으로 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.

단계 420에서, 상기 인버터가 상기 최대 전력 출력 P_InvMax에 가깝게 동작하고 있을 때에, 상기 컨버터 제어기 (130)는 상기 인버터 (120)가 제한되어 있다고 판별하며, 그리고 컨버터 제어기 (132)는 상기 전력 컨버터 (130)의 충전 커맨드 (Pcharge_cmd)를 증가시킨다. 이 방식에서, 상기 전력 소스 (110)로부터의 과잉 전력은 상기 컨버터 (130)에 의해 추출되어 상기 에너지 저장 유닛 (140)에 저장된다. 상기 충전 커맨드 (Pcharge_cmd)를 증가시킬 때에, 그 충전 커맨드 (Pcharge_cmd)는 미리 정해진 양 (P_step)의 전력만큼 증가될 수 있다. 상기 전하 (Pcharge_cmd)를 증가시킨 이후에, 상기 컨버터 제어기 (130)는 단계 410으로 리턴한다.

상기 인버터가 최대 전력 출력 P_InvMax에 가깝게 동작하고 있지 않다고 판별되었을 때에, 상기 컨버터 제어기 (130)는 상기 인버터 (120)가 제한되지 않는다고 판별한다. 그러면, 단계 430에서, 상기 컨버터 제어기 (130)는 너무 많은 전력이 상기 컨버터에 의해 추출되고 있는가의 여부를 판별한다. 상기 컨버터 제어기 (130)는 상기 인버터 (120)의 출력 전력 (P_Inv)을 상기 인버터 (120)의 최대 출력 전력 (P_InvMax)의 제2 임계값 (P_InvMax - Pdelta - Pdelta2)과 비교함으로써 이 판별을 할 수 있다. 상기 제2 임계값은 Pdelta 및 Pdelta2의 상기 최대 전력 출력 P_InvMax로부터의 차이이도록 세팅될 수 있다. Pdelta2의 값은, 예를 들면, Pdelta1과 동일한 값이도록 세팅될 수 있다. 그러나, Pdelta2는 이 특별한 값으로 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.

상기 컨버터 (130)에 의해 너무 많은 전력이 추출되고 있다고 상기 컨버터 제어기 (132)가 판별하면, 단계 440에서, 상기 컨버터 제어기 (132)는 상기 전력 컨버터의 충전 커맨드 Pcharge_cmd를 P_step 만큼 감소시킨다. 상기 충전 커맨드 Pcharge_cmd를 감소시킴으로써, 상기 컨버터 제어기 (132)는 상기 전력 컨버터 (120)가 자신의 최대 전력 출력에 가깝게 동작하고 있다는 것을 보장한다. 상기 충전 커맨드 Pcharge_cmd를 감소한 이후에, 상기 컨버터 제어기 (132)는 단계 410으로 리턴한다. 단계 430에서, 상기 컨버터 (130)가 너무 많은 전력을 추출하고 있지 않다고 상기 컨버터 제어기 (130)가 판별한다면, 컨버터 제어기 (132)는 단계 410으로 리턴한다.

다음의 제어 로직은 상기 전력 시스템의 제어 시스템이 전력 커맨드 모드에서 상기 컨버터 (130)를 제어하며 상기 컨버터 제어기 (132)는 상기 인버터의 최대 전력 커맨드 레벨 P_InvMax 및 상기 인버터의 동작 전력 포인트 (P_Inv)에 관한 정보를 가지는 실시예를 예시한다. 다음의 제어 루프는 도 4의 방법을 구현하기 위해서 상기 컨버터 제어기 (132)에 의해 수행될 수 있다.

End while

위에서의 제어 루프에서, P_PV=P_Conv + P_Inv는 전력 소스 (110)의 전력 출력에 대한 계산이다. 전력 소스 (110)의 전력 출력은 전력 컨버터 (130) 및 전력 인버터 (120)의 출력 전력들을 합산 P_CONV + P_Inv 함으로써 계산된다. (P_Inv > P_InvMax - Pdelta) 이면, 상기 인버터의 출력 전력 (P_Inv)이 특정 임계를 초과했는가의 여부 (즉, 상기 인버터가 자신의 최대 전력에 가깝게 동작하는가의 여부)를 판별하여, 상기 인버터 (120)가 제한되었다고 알린다. Pcharge_cmd = Pcharge_cmd + P_step 인 것은, 인버터 (120) 출력 전력 (P_Inv)이 상기 임계를 초과했을 때에 과잉 전력을 에너지 저장 유닛 (140)에 저장하기 위해서 상기 컨버터 (130)의 충전 커맨드 Pcharge_cmd를 P_step 만큼 증가시킨다. 그렇지 않고 (P_Inv < P_InvMax - Pdelta - Pdelta2)이면 상기 출력 전력 (P_Inv)이 제2 임계 미만인가의 여부를 판별하여 너무 많은 전력이 상기 컨버터 (130)에 의해 추출되고 있다고 알린다. Pcharge_cmd = Pcharge_cmd - P_step 인 것은 상기 충전 커맨드를 감소시켜서, 상기 전력 인버터 (120)가 자신의 최대 전력 출력에 가깝게 동작하도록 한다. 0 < Pcharge_cmd < Conv_MaxChargeCommand 인 것은 상기 컨버터 (130)의 충전 커맨드 (Pcharge_cmd)가 자신의 최대 충전 커맨드나 전력 정격을 초과하지 않는다는 것을 확실하게 한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 파워 서플라이 (110)로부터 과잉 전력을 추출하는 방법을 도시한 흐름도이다. 도 4와 유사하게, 도 5는 상기 컨버터 제어기 (132)가, 예를 들면, 상기 인버터 제어기 (122) 및 상기 컨버터 제어기 (132) 사이에 설립된 통신 링크를 통해서 인버터 (120)의 전력 출력 P_Inv에 대한 액세스를 가지는 실시예에서 전력 인버터 (120)가 제한되었는가를 판별하고, 상기 전력 인버터 (120)가 제한되었을 때에 과잉 에너지를 에너지 저장 유닛 (140)에 저장하기 위해 상기 전력 컨버터 (130)의 충전 명령을 증가시키며, 그리고 상기 전력 인버터가 제한되지 않았을 때에 상기 전력 컨버터 (130)의 충전 커맨드를 감소시킨다. 그러나, 도 4에서 보이는 실시예와 상이하게, 도 5의 실시예는 과잉 전력 소스 (110) 전력을 추출하기 위해서 DC 포트 고전압 한계 (Vdc_HiLimit)를 구현한다.

도 5에 도시된 과잉 전력을 추출하는 방법에서, PV 포트 A 상에서의 상기 DC 포트 고전압 한계 Vdc_HiLimit 는 과도 전력 소스 (110) 전력의 가능성이 존재할 때에 상기 전력 소스 (110) 상의 최대 전력 포인트를 추적하도록 조절된다. 상기 DC 포트 고전압 한계 Vdc_HiLimit 는 상기 컨버터 제어기 (132) 내에 프로그램된 조절 가능한 값이다. 상기 컨버터 제어기 (132)는 Vdc_HiLimit_max 로 언급되는 최대 DC 포트 고전압 한계 Vdc_HiLimit, 그리고 Vdc_HiLimit의 값을 조절하기 위한, deltaV로 언급되는 전압 변화 값을 또한 가질 수 있다. 상기 최대 DC 포트 고전압 한계 Vdc_HiLimit_max는 변하지 않는 고정 값이며, 그리고 그것은 DC 포트 고전압 한계 Vdc_HiLimit를 위한 가능한 최대 값이다. 상기 최대 DC 포트 고전압 한계 Vdc_HiLimit_max 는, 예를 들면, 상기 인버터 (120)의 상단 전압 한계와 동일하거나 가까울 수 있다. 상기 전압 변화 값 deltaV 는 미리 정해진 값이며, 상대적으로 작은 값으로 세팅될 수 있거나 설계 선택으로서 선택될 수 있다.

도 5에 도시된 방법을 수행할 때에, 상기 컨버터 제어기 (132)는 상기 DC 버스 A에서 측정된 전압이 상기 DC 버스 고전압 한계 Vdc_HiLimit를 초과하지 않도록 또한 프로그램된다. DC 버스에서의 전압이 Vdc_HiLimit를 초과하면, 컨버터 제어기 (132)의 전력 커맨드 Pcharge_cmd 는 전력 소스 (110)로부터 전력을 추출하기 위해 DC/DC 컨버터 (130)를 제어하기 위해 증가되며, 이는 결국 상기 DC 버스 전압을 상기 DC 포트 고전압 한계 Vdc_HiLimit 아래로 감소시켜야 한다. 역으로, DC 버스 A에서의 전압이 Vdc_HiLimit 보다 작을 때에, 상기 컨버터 제어기 (132)는 상기 전력 소스 (110)로부터 추출되고 있는 전력을 줄이기 위해서 전력 컨버터 (130)를 제어하기 위해 상기 Pcharge_cmd를 감소시킬 수 있다. 상기 컨버터 (130)의 전력 커맨드 (Pcharge_cmd)는 도 4에 도시된 것과 유사한 방식으로 조절될 수 있으며, 그래서 그것에 대한 설명은 간략함을 위해 생략된다.

일반적으로, PV 어레이와 같은 전력 소스 (110)를 이용하여, DC 버스 A 상에서의 전압이 상대적으로 높으면, 상기 인버터 (120)는 많은 전력을 끌어오지 않는다. 또한, 인버터 (120)가 제한이 될 때에, 상기 DC 버스 A 전압은 상승하며, 이는 이용 가능한 최대한의 전력이 상기 전력 소스 (110)로부터 끌어 당겨지지 않기 때문이다. 그래서, 상기 컨버터 제어기 (132)가 전력 소스 (110)로부터 과잉 전력을 추출하기 위해 상기 컨버터 (130)를 제어한다면, DC 버스 A에서의 전압은 줄어들 것이다. 도 5에 도시된 실시예에서, 인버터 (120) 제한 때문에 과잉 PV 전력의 가능성이 있을 때에 전력 소스 (110) (예를 들면, PV 어레이) 상의 최대 전력 포인트를 추적하기 위해 상기 Vdc_HiLimit 가 조절된다. 그래서, 예를 들면, 인버터 (120)가 1200 V의 DC 버스 A 전압에서 동작하고 있으면, 그리고 상기 인버터 (120)가 제한되지 않으며, 상기 인버터가 그 후에 제한되게 되면, 상기 DC 버스 A 상의 전압은 1250 V로 올라갈 것이다. 상기 건버터 제어기 (240)는 제한이 시작되었는가를 판별하고 자신의 DC 포트 고전압 한계 Vdc_HiLimit를 사용하는 것을 시작하며 그리고 에너지 저장 유닛 (140) 내 저장을 위해 전력 (P_Conv)을 추출할 것이다. 그러면, 상기 DC 버스 A 전압은 줄어들 것이다.

상기 방법은 도 5를 참조하여 이제 설명될 것이다. 단계 510에서, 상기 컨버터 제어기 (132)는 상기 인버터 (120)가 제한되었는지의 여부를 판별한다. 그렇게 하는데 있어서, 상기 컨버터 제어기는, 인버터 (120)의 최대 출력 전력이 그 인버터 (120)의 정격 전력으로 세팅되는 경우에 인버터 (120)의 출력 전력이 상기 인버터의 최대 출력 전력 (P_InvMax) 미만이기 때문에 상기 인버터 (120)가 제한되지 않는가의 여부를 알기 위해 그리고 높은 온도 또는 공장 오퍼레이터나 설비로부터의 최대 전력 커맨드로 인해서 상기 인버터 (120)가 제한되지 않는다는 것을 모두 체크할 수 있다. 상기 인버터 (120)가 제한되지 않았으며 그리고 상기 인버터 (120)의 전력 출력 (P_Inv)이 상기 인버터 최대 전력 (P_InvMax) 미만이며, 단계 520에서, 컨버터 제어기 (132)는 DC 포트 고전압 한계 (Vdc_HiLimit)를 상기 최대 DC 포트 고전압 한계 Vdc_HiLimit_max로 세팅한다. 이 경우에, 상기 전력 컨버터는 전력 소스 (110)로부터 전력을 추출하지 않을 것이다.

상기 인버터 (120)가 제한되지 않았거나 상기 인버터 출력 전력 P_Inv 이 상기 최대 출력 전력 P_InvMax을 초과한다면, 컨버터 제어기 (132)는 상기 전력 소스 (110)의 최대 전력 포인트를 추적하기 위해 자신의 Vdc_HiLimit를 조절하기 시작한다. 단계 530에서, 컨버터 제어기 (132)는, 상기 인버터의 전력 출력 (P_Inv) 및 상기 컨버터의 출력 전력 (P_Conv)을 합산함으로써 계산된, 계산된 전력 소스 전력 (P_PV)이 이전의 루프에서 계산되었던 이전에 계산된 출력 전력 (P_old)을 초과하는가의 여부를 먼저 판별한다. 다른 말로 하면, 상기 컨버터 제어기 (132)는 전력 소스 전력 (P_PV)이 감소하는가 또는 증가하는가의 여부를 판별한다.

그러면 단계 540에서, 컨버터 제어기 (132)는 상기 전력 소스 전력 P_PV가 증가했는가 감소했는가의 여부에 따라 상기 DC 포트 고전압 한계 Vdc_HiLimit를 조절한다. 상기 DC 포트 고전압 한계 Vdc_HiLimit 는 다음의 식을 이용하여 조절될 수 있다:

Vdc_HiLimit = Vdc_measured + deltaV

여기에서:

Vdc_measured 는 DC 버스 A에서 측정된 전압이다;

P_PV가 감소했을 때에 deltaV = -deltaV; 그리고

P_PV가 증가했을 때에 deltaV = deltaV

이 식에서, deltaV 는 미리 정해진 전압 변화값으로, 그 값의 부호(sign)는 P_PV 가 감소한다면 역전된다. 상기 Vdc_HiLimit를 조절한 이후에, 상기 방법은 상기 루프를 반복하기 위해 단계 510으로 돌아가서 계속한다. 그래서, 인버터 (120) 제한 동안에 Vdc_HiLimit 조절할 때에, P_PV가 계속해서 증가하는 한, 상기 Vdc_HiLimit 는 deltaV를 상기 측정된 DC 버스 A에 추가함으로써 조절된다. P_PV 가 감소하면, deltaV의 부호는 역전되며, 상기 Vdc_HiLimit 는 상기 역전된 deltaV에 의해 조절된다.

도 5의 DC 포트 고전압 한계 (Vdc_HiLimit)를 이용하여 과잉 전력을 추출하는 상기 방법에서, DC 포트 고전압 한계 (Vdc_HiLimit)가 줄어들면, 상기 컨버터 제어기 (132)는 자신의 전력 커맨드 (Pcharge_cmd)를 증가시킬 것이다. 상기 전력 커맨드 (Pcharge_cmd)가 증가되면, 상기 컨버터 (130)에 의한 상기 에너지 저장 유닛 (140)으로의 전력 (P_PV) 출력은 증가할 것이다. 그러나, 컨버터 (130)에 의해 너무 많은 전력이 추출된다면, 인버터 (120)의 출력 전력 (P_Inv)은 감소할 것이며, 이는 P_PV를 줄어들게 할 것이다. 이 경우에, deltaV의 부호는 역전되어 Vdc_HiLimit 가 감소되게 할 것이며 그리고 상기 컨버터 전력 커맨드 (Pcharge_cmd)가 줄어든다.

다음의 제어 로직은

상기 전력 시스템의 제어 시스템이 컨버터 (130)를 전력 커맨드 모드에서 제어하며, 상기 컨버터 제어기 (132)가 상기 인버터의 최대 전력 커맨드 레벨 P_InvMax 및 상기 인버터의 동작 전력 포인트 (P_Inv)에 관한 정보를 가지며, 그리고 상기 제어기 (132)가 조절 가능한 DC 포트 고전압 한계 (Vdc_HiLimit)를 구현하는 실시예를 예시한다. 다음의 제어 루프는 도 5의 방법을 구현하기 위해 상기 컨버터 제어기 (132)에 의해 수행될 수 있다.

While(1):

End while

상기의 제어 루프에서, P_PV = P_Conv + P_Inv 는 상기 전력 소스 (110)의 전력 출력의 계산이다. 전력 소스 (110)의 전력 출력은 전력 컨버터 (130) 및 전력 인버터 (120)의 출력 전력들을 합산 P_Conv + P_Inv 함으로써 계산된다. If ((P_Inv < P_InvMax) & INV is not curtailed) 는 상기 인버터 (120)의 출력 전력 (P_Inv)이 상기 인버터 (120)의 최대 출력 전력 (P_InvMax) 미만인가의 여부에 관한 판별이되 P_InvMax 는, 예를 들면, 상기 인버터 (120)의 정격 전력으로 세팅되며, 그리고 상기 인버터 (120)가 온도나 설비의 커맨드에 의한 것과 같은 어떤 다른 이유로 인해 제한되지 않았는가를 체크한다. 상기 인버터 출력 전력 P_Inv이 상기 최대 인버터 출력 전력 (P_InvMax) 미만이며 상기 인버터 (120)가 제한되지 않았을 때에, Vdc_HiLimit = Vdc_HiLimit_max 는 상기 DC 포트 고전압 한계 (Vdc_HiLimit)를 최대 DC 포트 고전압 한계 (Vdc_HiLimit_max)로 세팅한다. If (P_PV <P_PV_old) 는 상기 전력 소스 (110) (예를 들면, PV 어레이) 전력 (P_PV)이, 이전의 루프로부터 온 것인 이전의 전력 소스 전력 (P_PV_old) 미만인가의 여부를 판별한다. deltaV = -deltaV 는 P_PV < P_PV_old 일 때에 deltaV의 부호를 역전시킨다. Vdc_HiLimit = Vdc_measured + deltaV 는 상기 전력 소스 전력 (P_PV)이 증가하는가 또는 감소하는가의 여부에 따라 상기 DC 포트 고전압 한계를 조절하기 위한 등식이다. 0 < Pcharge_cmd < Conv_MaxChargeCommand 는 상기 컨버터 (130)의 충전 커맨드 (Pcharge_cmd)가 자신의 최대 충전 커맨드를 초과하지 않는다는 것을 보장한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 파워 서플라이 (110)로부터 과잉 전력을 추출하는 방법을 도시한 흐름도이다. 도 4 및 도 5와 유사하게 도 6은 상기 전력 인버터가 제한되었는가를 판별하고, 상기 전력 인버터가 제한되었을 때에 과잉 에너지를 상기 에너지 저장 유닛에 저장하기 위해 상기 전력 컨버터의 충전 커맨드를 증가시키며, 그리고 상기 전력 인버터가 제한되지 않았을 때에 상기 전력 컨버터의 충전 커맨드를 감소시키는 방법이다. 그러나, 도 4 및 도 5에서 보이는 실시예들과는 상이하게, 도 6의 실시예는 상기 인버터 제어기 (122) 및 상기 컨버터 제어기 (132) 사이의 통신 링크를 필요로 하지 않으면서 과잉 전력 소스 (110) 전력 (P_PV)을 자율적으로 포획한다.

도 5의 실시예와 유사하게, 과잉 전력을 자율적으로 추출하는 상기 방법은 상기 컨버터 제어기 (132)로 프로그램된 상기 조절 가능 DC 포트 고전압 한계 (Vdc_HiLimit)를 활용하며, 상기 컨버터 제어기 (132)는 상기 DC 버스 A에서 측정된 전압이 상기 DC 포트 고전압 한계 Vdc_HiLimit를 초과하는 것을 막도록 또한 프로그램된다. 그러나, 도 6에서 보이는 방법에서, 상기 컨버터 제어기 (132)는 상기 인버터 (120) 상에서의 제한을 자동적으로 탐지하고 전력 소스 (110) (예를 들면, PV 어레이) 전력을 상기 최대 전력 소스 (110) 전력 포인트까지 포획하는 것을 시작한다. 컨버터 제어기 (132)가 제한을 자율적으로 탐지하기 때문에, 컨버터 제어기 (132) 및 인버터 제어기 (122) 사이의 통신 링크는 필요하지 않으며, 그리고 상기 컨버터 제어기 (132)는 상기 인버터의 출력 전력 (P_lnv)이나 최대 출력 전력 (P_InvMax)을 필요로 하지 않는다. 그래서, 이 실시예에서, 상기 컨버터 제어기 (132)는 상기 전력 컨버터 상에서의 제한을 자율적으로 탐지하며 그리고 인버터 제어기 (122)로부터의 입력을 필요로 하지 않으면서 상기 과잉 전력을 최대 전력 소스 (110) 전력 포인트까지 상기 에너지 저장 유닛에 저장하기 위해 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 제어한다.

상기 방법은 도 6을 참조하여 이제 설명될 것이다. 인버터 (120) 제한이 존재하는가의 여부를 판별하기 위해서, 단계 610 및 단계 620에서, 컨버터 제어기 (132)는 전력 컨버터 (130)의 출력 전력 (P_Conv)에서의 변화 (delta P_Conv)를 탐지하며 (단계 610) 그리고 상기 DC 버스 A 전압 (V_PV)에서의 변화 (delta V_PV)를 탐지한다 (단계 620). 이 실시예에서, 상기 출력 전력 (P_conv)은 충전을 표시하는 절대적인 양 (positive)의 값이다. 그래서, 양인 전력 컨버터 (130)의 출력 전력 (P_Conv)에서의 변화 (delta P_Conv)는 상기 시스템이 더 높은 전력 정격에서 충전하고 있다는 것을 표시한다.

그러면, 단계 630에서, 컨버터 제어기 (132)는 전력 컨버터 (130)의 출력 전력 (P_Conv)에서의 변화 (delta P_Conv) 및 상기 DC 버스 A 전압 (V_PV)에서의 변화 (delta V_PV)에 따라 인버터 (120) 제한이 존재하는가의 여부를 판별한다. 제한이 존재한다고 상기 컨버터가 판별하면, 상기 인버터 (120)가 제한하는 것을 시작할 때 또는 제한이 시작하기 직전에 상기 DC 버스 A 전압이 있었던 것에 가깝게 상기 고전압 한계가 세팅될 수 있다. 상기 인버터 (120)가 제한하는 것을 시작할 때에, 상기 DC 버스 A 전압은 상승하는 경향을 가질 것이다. 그래서, 상기 DC 버스 A 전압은 상기 고전압 한계 Vdc_HiLimit를 초과할 것이며 상기 컨버터 제어기 (132)는 상기 에너지 저장 유닛 (140)을 충전하기 위해 상기 컨버터 (130)를 제어할 것이다. 상기 컨버터 제어기 (132)에서 어떤 제한도 존재하지 않는다고 판별하면, 상기 방법은 단계 610으로 리턴한다.

인버터 (120)가 제한하고 있다고 컨버터 제어기 (132)가 일단 판별하면, 단계 640에서, 상기 컨버터 제어기 (132)는 전력 소스 (110) 내 최대 전력을 추적하기 시작한다. 그래서, 이 방법에서, 상기 인버터가 제한 상태에 있으며 그래서 일정한 전력을 출력하고 있을 때에, 상기 제어기 (132)는 상기 전력 소스 상에서 최대 전력 포인트를 추적하기 위해 상기 DC/DC 컨버터 (130)를 제어한다. 그래서, 정상 동작 모드에서, 상기 인버터는 제한하고 있지 않으며 자기 자신의 최대 전력 포인트 추적 (maximum power point tracking (MPPT))을 수행하고 있으며 그리고 상기 DC 버스 상에서의 전압을 제어하고 있다. 그러나, 상기 인버터 (120)가 제한으로 갈 때에, 상기 인버터는 더 이상 DC 버스 상에서의 전압을 제어하고 있지 않고 그 대신에 일정 전력 모드에 있으며, 그래서 상기 DC/DC 컨버터는 상기 전력 소스 (110) 상에서 MPPT를 하기 위해 (또는 다른 말로 하면 상기 전력 소스 (110)로부터 최대 전력을 추출하기 위해) 자신의 DC 고전압 한계 Vdc_HiLimit를 조절하기 시작한다.

다음의 제어 로직은, 컨버터 제어기 (132)가 상기 인버터 (120) 상의 제한을 자동적으로 탐지하고 인버터 제어기 (122)로부터의 입력을 필요로 하지 않으면서 과잉 전력 소스 전력을 포획하기를 시작하는 자율 모드에서 상기 제어 전력 시스템의 제어 시스템이 상기 컨버터 (130)를 제어하는 실시예를 예시한다. 다음의 제어 루프는 도 6의 방법을 구현하기 위해서 상기 컨버터 제어기 (132)에 의해 수행될 수 있다.

While(1):

End while

상기의 제어 루프에서, delta P_Conv = P_Conv - P_Conv_old 는 상기 컨버터 (130)의 출력 전력에서의 변화를 판별하기 위한 계산이다. delta V_PV = V_pv - V_pv_old 는 DC 버스 A에서의 전압에서의 변화를 판별하기 위한 계산이다. If ((delta P_Conv is positive) && (delta V_PV is 0 or small negative)) OR ((delta P_Conv is negative) && (delta V_PV is positive)) 는 상기 인버터 (120)의 제한이 존재하는가의 여부 그리고 고전압 한계 Vdc_HiLimit 가 전압 조절 값 deltaV의 부호를 역전시킴으로써 조절되어야 하는가의 여부를 판별한다. 상기 컨버터 (130)의 충전 출력 전력 (delta P_Conv)이 음이고 DC 버스 A에서의 전압에서의 변화가 양이면, 이것은 잠재적인 제한 그리고 제한을 방지하기 위해 고전압 한계 Vdc_HiLimit를 조절할 필요가 있다는 것을 표시할 것이다. 이 IF 구문은 컨버터 제어기 (132) 및 인버터 제어기 (122) 둘 모두가 최대 전력 포인트 추적 (MPPT)을 수행하기를 원하는 경우에 상기 컨버터 (130)가 상기 인버터 (120)와 간섭하지 않는다는 것을 또한 보장한다. 예를 들면, 이용 가능한 PV 전력이 상기 인버터 (120) 및 상기 컨버터 (130) 둘 모두가 자신의 전력 정격들에서 작동하게 하도록 할 때에, 둘 모두는 MPPT를 수행하기 원할 것이다. 1 MW 인버터 (120) 및 250 kW 컨버터 (130)를 고려한다. 상기 전력 소스 (110)로부터 1.25 MW가 이용 가능하면, 인버터 (120) 및 컨버터 (130) 둘 모두는 MPPT를 수행하려고 시도할 것이다. 이 포인트에서, DC 버스 A 전압 (V_pv)에서의 변화는 매우 작을 것이며 (즉, 작은 음), 이는 상기 V_pv 커브가 그 포인트에서 피크이기 때문이다. 상기 컨버터 (130)가 상기 인버터 (120)와 간섭하지 않는 것을 확실하게 하기 위해서, 그것은 IF 선언문 If ((delta P_Conv is positive) && (delta V_PV is 0 or small negative))에 의해 MPPT를 조금 떠나서 오른쪽으로 이동한다. deltaV=-deltaV 는 전압 변화 값 deltaV의 반전이다.

방전

상기 인버터 (120)에 의한 최대 전력 출력을 달성하기 위해서, 전력 소스 (110)에 의해 산출된 출력을 상기 에너지 저장 유닛으로부터의 전력으로 보충하는 것이 필요할 수 있다. 상기 PV 어레이 (110) 및 상기 에너지 저장 유닛 (140) 둘 모두가 전력을 제공할 때에, 상기 전력 소스 (110)로부터의 전력에 에너지 저장 유닛에 저장된 전력을 능가하는 우선권이 부여되는 것이 바람직하며, 그렇지 않으면, 상기 전력 소스 (110)에 의해 산출된 전력은 손실될 수 있다. 에너지 저장 유닛 (140)으로부터 방전된 전력은 인버터 (120)가 제한되었을 때에 에너지 저장 유닛 (140)에 이전에 저장되었던 전력 소스 (110)로부터의 과잉 전력일 수 있다. 예를 들면, PV 어레이의 경우에,

상기 PV 어레이 (110)가 최대 전력 출력에서 동작했었으며 그리고 상기 PV 어레이 (110)의 최대 전력 출력이 상기 인버터 (120)의 정격 전력을 초과했기 때문에 상기 인버터 (120)가 제한되었던 시점의 포인트에서 과잉 전력이 산출될 수 있다. 이 과잉 전력은, 예를 들면, 도 2 - 도 6에 예시된 방법들 중 어느 하나에 따라 상기 에너지 저장 유닛에 저장될 수 있다. 시간 상 더 나중의 포인트에서, 상기 PV 어레이 상의 햇빛 입사는 구름양, 줄어든 일광 등 때문에 감소할 수 있으며, 그 포인트에서 에너지 저장 유닛 (140)으로부터의 전력은 상기 PV 어레이의 전력을 보충하기 위해 사용될 수 있다. 상기 에너지 저장 유닛에 의해 제공된 전력이 이전에 저장된 과잉 전력일 수 있지만, 본 발명은 이런 방식으로 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들면, 에너지 저장 유닛 (140)에 저장된 전력은 상기 그리드 (150)와 같은 다른 소스들로부터 올 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 전력 소스 (110) (예를 들면, PV 어레이)로부터 이용 가능한 전력에 우선권을 부여하면서 전력 컨버터 (130)를 이용하여 에너지 저장 유닛 (140)으로부터 전력을 방전하는 방법을 도시한 흐름도이다. 도 7을 참조하면, 단계 710에서 컨버터 제어기 (132)는 상기 인버터 (120)가 제한되지 않는지의 여부를 판별한다. 그렇게 하는데 있어서, 컨버터 제어기 (132)는, 인버터의 최대 출력 전력이 그 인버터 (120)의 정격 전력으로 세팅되는 경우에 상기 인버터의 출력 전력 (P_Inv)이 그 인버터의 최대 출력 전력 (P_InvMax) 미만이기 때문에 상기 인버터 (120)가 제한되지 않았는가의 여부를 판별할 수 있다. 또한, 상기 컨버터 제어기는, 높은 인버터 (120) 온도 때문에 또는 공장 오퍼레이터나 설비로부터의 최대 전력 커맨드 때문에 상기 인버터 (120)가 제한되지 않았다는 것을 또한 보장할 수 있다. 상기 인버터 (120)가 제한된다면, 상기 컨버터 제어기는 어떤 전력도 방전하지 않기 위해 또는 상기 전력 소스 (110)로부터의 과잉 전력이 이용 가능하다면 과잉 전력을 사용하여 충전하기 위해 상기 전력 컨버터를 제어할 수 있다. 상기 인버터가 제한되지 않는다고 판별될 때에, 단계 720에서, 컨버터 제어기 (132)는 전력 소스 (110)의 출력 전력 (P_PV)이 감소되었는가의 여부를 판별한다. 그러면 단계 730에서, 컨버터 제어기 (132)는 상기 전력 소스 (110)의 출력 전력 (P_PV)이 감소되었는가의 여부에 따라 에너지 저장 유닛 (140)으로부터 방전되고 있는 전력의 양을 조절한다. 예를 들어, 에너지 저장 유닛 (140)의 방전이 증가되었을 때에 전력 소스 (110)의 출력 전력 (P_PV)이 감소되었다면, 컨버터 제어기 (132)는 더 적은 전력을 방전하기 위해 상기 컨버터 (130)를 제어할 것이다. 반대로, 에너지 저장 유닛 (140)의 방전이 증가되었을 때에 전력 소스 (110)의 출력 전력 (P_PV)이 동일한 채로 있다면, 컨버터 제어기 (132)는 더 많은 전력을 방전하기 위해 상기 컨버터 (130)를 제어할 것이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따라 전력 소스 (110) (예를 들면, PV 어레이)로부터 이용 가능한 전력에 우선권을 부여하면서 전력 컨버터 (130)를 이용하여 에너지 저장 유닛 (140)으로부터 전력을 방전하는 방법을 도시한 흐름도이다. 도 7과 유사하게, 도 8은 상기 인버터가 제한되지 않는가의 여부를 판별하고; 상기 전력 소스 (110)의 출력 전력 (P_PV)이 감소했는가의 여부를 판별하고; 그리고 상기 전력 소스 (110)의 출력 전력 (P_PV)이 감소했는가의 여부에 따라 에너지 저장 유닛 (140)으로부터 방전되고 잇는 전력의 양을 조절하는 방법이다. 도 8에서, 상기 에너지 저장 유닛의 방전은, 상기 전력 소스 (110)의 출력 전력 (P_PV)이 감소되었는가의 여부에 따라 부호가 변하는 전력 방전 조절 값 P_step만큼 전력 양을 방전하기 위해 상기 컨버터 (130)를 위한 방전 전력 커맨드 (Pdischarge_cmd)를 조절함으로써 제어된다 (다른 말로 하면, 상기 에너지 저장 유닛으로부터 방전되고 있는 전력은 상기 전력 방전 조절 값 P_step 을 이용하여 조절된다).

도 8을 참조하면, 단계 810에서 컨버터 제어기 (132)는 상기 인버터 (120)가 제한되지 않는가의 여부를 판별한다. 그렇게 하는데 있어서, 컨버터 제어기 (132)는, 인버터의 최대 출력 전력이 그 인버터 (120)의 정격 전력으로 세팅되는 경우에 상기 인버터 (120)의 출력 전력 (P_Inv)이 그 인버터의 최대 출력 전력 (P_InvMax) 미만이기 때문에 상기 인버터 (120)가 제한되지 않았는가의 여부를 판별할 수 있다. 또한, 상기 컨버터 제어기는, 높은 인버터 (120) 온도 때문에 또는 공장 오퍼레이터나 설비로부터의 최대 전력 커맨드 때문에 상기 인버터 (120)가 제한되지 않았다는 것을 또한 보장할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 인버터의 출력 전력 (P_Inv)은 인버터 제어기 (122)와의 직접 통신 링크를 통해서 또는 마스터 제어기 (210)와 설립된 통신 링크를 통해서 컨버터 제어기 (132)에게 제공될 수 있다. 상기 인버터 (120)가 제한되면, 또는 상기 인버터 (120)의 출력 전력 P_Inv이 자신의 최대 출력 전력을 초과한다면, 상기 컨버터 제어기는 어떤 전력도 방전하지 않기 위해 상기 전력 컨버터를 그 후에 제어할 수 있다.

단계 820에서, 상기 인버터가 제한되지 않았다고 판별될 때에, 컨버터 제어기 (132)는 전력 소스 (110)의 출력 전력 (P_PV)이 감소되었는가의 여부를 판별한다. 이 판별을 함에 있어서, 컨버터 제어기 (132)는 전력 소스 (110)의 현재 출력 전력 (P_PV)을 이전의 출력 전력 (P_PV_old)과 비교할 수 있다 (예를 들면, P_PV_old 는 이전 제어 루프의 출력 전력일 수 있다). 상기 현재 출력 전력 (P_PV)은, 예를 들면, 상기 출력 전력 (P_Conv)을 출력 전력 (P_Inv)에 더함으로써 계산될 수 있으며 또는 상기 DC 버스 A에서 취해진 측정치일 수 있다.

단계 830에서, 컨버터 제어기 (132)는 단계 820에서 만들어진 상기 판별에 따라서 특별한 양의 전력을 방전하기 위해서 상기 컨버터 (130)를 제어하기 위해 상기 방전 커맨드 (Pdischarge_cmd)를 조절한다. 상기 방전 커맨드 (Pdischarge_cmd)는 다음의 식에 따라 조절될 수 있다:

Pdischarge_cmd = Pdischarge_cmd+P_step

여기에서:

Pdischarge_cmd 는 상기 컨버터 (130)가 상기 에너지 저장 유닛으로부터 어떤 양의 전력을 방전하기 위한 커맨드이다;

P_PV가 감소했을 때에 P_step = -P_step_old 이다; 그리고

P_PV가 증가했거나 동일하게 남아있을 때에 P_step = P_step_old 이다.

이 식에서, P_step 은 미리 정해진 방전 변화 값이며, 그 방전 변화 값의 부호는 상기 전력 소스 (110)의 출력 전력 P_PV가 감소한다면 역전된다. 도 8에서 보이듯이, 단계 830 이후에 상기 방법은 상기 제어 루프를 반복하기 위해 단계 810으로 거꾸로 계속한다. 그래서, 예를 들어, 상기 에너지 저장 유닛의 방전이 P_step 만큼 감소했던 때에 상기 전력 소스 (110)의 출력 전력 (P_PV)이 감소했다면, 컨버터 제어기 (132)는 상기 방전 커맨드를 P_step 만큼 줄이기 위해 상기 컨버터 (130)를 제어할 것이다. 역으로, 상기 에너지 저장 유닛의 방전이 P_step 만큼 증가했던 때에 전력 소스 (110)의 출력 전력 (P_PV)이 동일한 채로 있거나 증가했다면, 상기 컨버터 제어기는 P_step 만큼 다시 증가시키기 위해 상기 컨버터 (130)를 제어할 수 있다.

다음의 제어 루프는, 전력 시스템 (100)의 제어 시스템이 전력 커맨드 모드에서 상기 컨버터 (130)를 제어하며, 컨버터 제어기 (132)는 상기 인버터의 최대 전력 커맨드 레벨 P_InvMax 및 상기 인버터의 동작 전력 포인트 (P_Inv)에 관한 정보를 가지며, 그리고 상기 제어기 (132)는 미리 정해진 전력 충전 변화 값 P_step을 구현하는 실시예를 예시한다. 다음의 제어 루프는 도 8의 방법을 구현하기 위해 상기 컨버터 제어기 (132)에 의해 수행될 수 있다.

While(1):

End while

상기의 제어 루프에서, 전력 커맨드 (Pdischarge_cmd)는 상기 에너지 저장 유닛 (140)으로부터 어떤 양의 전력을 방전시킬 것을 상기 컨버터 (130)에게 명령하기 위한 양 (positive)의 커맨드이며 그리고 P_Conv 는 방전을 표시하는 절대적인 양 (positive)의 값이다. P_PV = P_Conv + P_Inv 는 전력 소스 (110)의 전력 출력의 계산이다. 전력 소스 (110)의 전력 출력은 상기 전력 컨버터 (130) 및 상기 전력 인버터 (120)의 출력 전력들을 합산 P_Conv + P_Inv 함으로써 계산된다. If ((P_Inv < P_InvMax) & INV is not curtailed) 은 상기 인버터 (120)의 출력 전력 (P_Inv)이 상기 인버터 (120)의 최대 출력 전력 (P_InvMax) 미만인가의 여부 - 여기에서 P_InvMax 는 상기 인버터 (120)의 정격 전력으로 세팅된다 - 그리고 상기 인버터 (120)가 몇몇의 다른 이유들로 인해 제한되었는가의 여부에 관한 판별이다. If (P_PV < P_PV_old) 는 상기 전력 소스 (110) (예를 들면, PV 어레이) 전력 (P_PV)이, 이전의 루프로부터 온 것인 이전의 전력 소스 전력 (P_PV_old) 미만인가의 여부를 판별한다. P_step = - P_step_old 는, 전력 소스 (110) 전력 (P_PV)이 상기 오래된 전력 소스 (110) 전력 (P_PV_old) 미만일 때에 P_step의 부호를 역전시킨다. Pdischarge_cmd = Pdischarge_cmd + P_step 은 상기 컨버터 (130)의 전력 커맨드 (Pdischarge_cmd)를 조절하기 위한 것이다. 상기 인버터 (120) 전력 (P_PV)이 자신의 최대 (P_InvMax)보다 더 클 때에 또는 상기 인버터 (120)가 제한될 때에 Pdischarge_cmd = 0 은 상기 전력 커맨드 (Pdischarge_cmd)를 0으로 세팅한다. 0 < Pdischarge_cmd < Conv_MaxDischargeCommand 는 상기 컨버터 (130)의 방전 커맨드 (Pdischarge_cmd)가 자신의 최대 방전을 초과하지 않는다는 것을 보장한다. P_PV_old= P_PV 는 현재의 전력 소스 (110) 전력 출력 (P_PV)을 오래된 전력 소스 (110) 전력 출력 (P_PV_old)으로서 세팅되며, 그리고 P_step_old = P_step 는 현재의 전력 방전 변화 값을 오래된 전력 방전 값으로 세팅한다.

상기 전력 소스의 출력 전력을 보충하기 위해 전력을 방전하는 것에 추가로, 일 실시예에서, 상기 컨버터 제어기 (132)는 상기 에너지 저장 유닛 (140)에 저장된 전력을 사용하여 PV 어레이와 같은 전력 소스 (110)를 에뮬레이션하도록 구성될 수 있다. 도 1 및 도 2에서 보이는 것과 같은 시스템에서, 상기 PV 어레이 상의 전력이, 예를 들면, 두꺼운 구름양 또는 야간인 것으로 인해서 없을 것이라는 것이 가능하다. 상기 컨버터 제어기 (132)는 자신의 출력단에서 상기 PV 어레이 전력 소스 (110)를 에뮬레이션하기 위해 상기 컨버터 (130)를 제어하도록 구성되며, 그래서 그것이 상기 PV 어레이 전력 소스 (110)가 작동하고 있는 것으로 상기 인버터에게 보이도록 한다. 상기 전력 컨버터는 전력 소스 (110)의 MPPT 알고리즘을 에뮬레이션하며 그리고 상기 PV 어레이의 최대 전력 포인트를 시뮬레이션하기 위해 방전될 필요가 있는 전력을 결정할 수 있다. 이 에뮬레이션은, 예를 들면, 상기 인버터 (132)가 일정한 전력 동작 모드를 가지지 않으며 그 대신에 MPPT 동작 모드만을 가질 때와 같은 상황들에서 소망될 수 있다.

일 실시예에서, 컨버터 제어기 (132)는 상기 PV 어레이 전력 소스 (110)의 전력-전압 특성들을 에뮬레이션하기 위해 프로그램된 룩업 테이블을 저장함으로써 PV 어레이 전력 소스 에뮬레이션을 달성할 수 있다. 예시의 PV 어레이 전력-전압 특성들은 도 11에서 볼 수 있다. 상기 룩업 테이블은 DC/DC 컨버터 내로 프로그램되며 전압들의 어레이 및 대응하는 전력 어레이를 포함한다. 상기 컨버터 제어기 (132)는 상기 DC 버스 A 상의 전압 (이것은, 예를 들면, 측정된 전압일 수 있다)을 수신하고, 상기 룩업 테이블 상에서 상기 전압을 룩업 (look up)하고, 그리고 대응하는 출력 전력을 획득한다. 컨버터 제어기 (132)는 상기 룩업 테이블로부터 획득된 전력을 상기 DC 버스 A 상으로 출력하기 위해 상기 컨버터 (130)를 그 후에 제어한다.

상기 룩업 테이블 사용을 통해서, 컨버터 제어기 (132)는, 상기 룩업 테이블에 기반하여 알려진 일정한 전력 포인트에서 전력을 상기 인버터로 출력하기 위해 상기 에너지 저장 유닛 (140)을 방전하기 위해 상기 컨버터 (130)를 제어할 수 있다. 따라서, 상기 DC/DC 컨버터의 출력은 PV 어레이의 출력을 에뮬레이션하기 위해 제어된다. 이 실시예에서, 인버터 제어기 (122)는 자신의 MPPT를 사용하여 상기 인버터 (120)를 제어하고 있을 수 있으며, 그리고 상기 인버터 (120)가 상기 DC 버스 A 상에서 전압을 변경하면, 컨버터 제어기 (132)는 룩업 테이블 내 DC 버스 A 전압에 대응하는 전력을 공급하기 위해서 상기 DC 버스 A 상의 전압에 대응하는 전류를 출력하기 위해 상기 컨버터 (130)를 제어한다. 따라서, 컨버터 제어기 (132)의 전력 커맨드 (Pcmd)는 상기 측정된 PV 버스 전압의 함수이며, 그리고

Pcmd = f(v_pv) 로서 주어질 수 있으며,

여기에서:

v_pv 는 상기 측정된 DC 버스 전압 A 이며; 그리고

Pcmd 는 상기 룩업 테이블에 기반하여 전력의 양을 v_pv의 함수로서 방전하기 위해 상기 컨버터 (130)를 위한 커맨드이다.

룩업 테이블 사용을 통해 에뮬레이션하는 것에 추가로, 본 발명의 다른 실시예에서, 컨버터 제어기 (132)는 드룹 (droop) 파라미터 기반하여 상기 PV 어레이의 전력 출력을 에뮬레이션할 수 있다. 상기 드룹 방법은 룩업 테이블을 사용하지 않지만, PV 어레이의 전압-전력 특성들을 근사화하기 위해 수학적인 식을 사용한다. 이것은 상기 인버터의 제어 시스템이 MPPT 모드에서 수행하고 있으면서 PV 어레이를 대략적으로 에뮬레이션하기 위해 그리고 상기 인버터의 제어 시스템을 '속여서 (fool)' 소망된 양의 세팅된 전력을 출력하도록 하기 위해 행해진다. 다음의 제어 로직은 상기 컨버터 제어기 (132)가 드룹 파라미터에 기반하여 자신의 전력 커맨드 Pcmd를 계산하는 실시예를 예시한다.

While(1)

End while

상기의 제어 루프에서, V_pv 은 상기 DC 버스 A 전압이다. Pcmd 는 특별한 양의 전력을 방전하기 위해 상기 컨버터 (130)를 위한 커맨드이다. V_set는 세팅된 전압이며 상기 PV 인버터의 동작 범위에 기반하여 결정될 수 있다. Pset 는 상기 PV 인버터의 소망된 전력 출력이다. 상기 세팅된 전압 (V_set) 및 상기 드룹 파라미터 Vdroop 는 상기 PV 어레이 전력 소스 (110)의 전류 전압 특성들을 에뮬레이션하기 위해 선택된다. 예를 들어, 상기 인버터 동작 범위가 800-1lOO Vdc 이면, Vset는 900V로 세팅될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 에너지 저장 유닛에 전력을 충전하고 그 에너지 저장 유닛으로부터 전력을 방전하기 위한 시스템 및 방법들을 포함한다. 본 발명의 실시예들에서, 전력 컨버터 제한으로 인해서 없어질 수 있을, 전력 소스에 의해 생성된 과잉 전력은 포획되어 에너지 저장 유닛에 저장되며, 그것에 의해 이 전력 손실을 방지하고 전력 생성의 효율성을 증가시킨다. 또한, 본 발명의 실시예들에서, 에너지 저장 유닛에 저장된 전력은, 상기 전력 소스에 의해 생성되고 있는 전력의 손실을 방지하기 위해 상기 전력 소스에 의해 생성되고 있는 어떤 전력에 대해서도 우선권을 제공하면서 방전될 수 있으며, 그것에 의해 전력 생성의 효율성을 증가시킨다. 또한, 본 발명의 실시예에서, 에너지 저장 유닛으로부터 전력을 방전시키기 위해 상기 전력 소스는 전력 컨버터 제어기에 의해 에뮬레이션될 수 있다.

본 발명 개시의 범위로부터 벗어나지 않으면서도 상기 개시된 전력 시스템에 다양한 수정들 및 변형들이 만들어질 수 있다는 것은 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들에게는 명백할 것이다. 본 발명 개시의 다른 실시예들은 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들에게는 본 명세서의 고려 및 본 발명 개시의 실행으로부터 명백할 것이다. 상기 명세서 및 예들은 단지 예시적으로만 고려되는 것으로 의도된 것이며, 본 발명 개시의 진정한 범위는 이어지는 청구항들 및 그것들의 등가물에 의해 지시된다.

Claims

전력 소스, 에너지 저장 유닛 및 그리드를 연결시키기 위한 전력 시스템으로서, 상기 전력 시스템은,
DC 버스를 통해 상기 전력 소스에 전기적으로 결합된 전력 인버터로, 상기 전력 인버터는 상기 DC 버스로부터의 DC 전력을 상기 그리드로의 AC 전력 출력으로 변환하는, 전력 인버터;
상기 DC 버스 및 상기 에너지 저장 유닛 사이에 전기적으로 결합된 에너지 저장 전력 컨버터로서, 상기 에너지 저장 전력 컨버터는 상기 에너지 저장 유닛에 전력을 저장하고 그 에너지 저장 유닛으로부터 전력을 방전하는, 에너지 저장 전력 컨버터; 그리고
상기 에너지 저장 전력 컨버터를 제어하기 위한 제어기를 포함하며, 상기 제어기는:
상기 그리드로 출력될 수 없는 상기 전력 소스로부터의 과잉 전력을 상기 에너지 저장 유닛에 저장하기 위해 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 제어하도록 구성되며;
상기 에너지 저장 유닛에 저장된 전력을 상기 전력 인버터로 방전하여 상기 그리드로 출력하기 위해 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 제어하도록 구성된, 전력 시스템.
제1항에 있어서,
상기 전력 소스로부터의 과잉 전력을 포획하기 위해 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 제어하도록 구성된 상기 제어기는,
상기 전력 인버터가 제한(curtail)되었는가의 여부를 판별하고;
상기 전력 인버터가 제한되었을 때에, 과잉 전력을 상기 에너지 저장 유닛에 저장하기 위해 상기 전력 컨버터의 충전 커맨드를 증가시키며; 그리고
상기 전력 인버터가 제한되지 않을 때에, 상기 전력 컨버터의 충전 커맨드를 감소시키도록 구성된,
제어기를 포함하는, 전력 시스템.
제1항에 있어서,
상기 전력 소스로부터의 과잉 전력을 포획하기 위해 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 제어하도록 구성된 상기 제어기는,
상기 PV 인버터의 출력 전력이 제1의 미리 정해진 임계를 초과하는가의 여부를 판별하고;
상기 PV 인버터의 출력 전력이 상기 제1의 미리 정해진 임계를 초과할 때에, 과잉 전력을 상기 에너지 저장 유닛에 저장하기 위해 상기 전력 컨버터의 충전 커맨드 (command)를 증가시키며; 그리고
상기 PV 인버터의 출력 전력이 상기 제1의 미리 정해진 임계를 초과하지 않을 때에, 상기 전력 인버터의 출력 전력이 제2의 미리 정해진 임계 미만인가의 여부를 판별하고, 그리고 그 출력 전력이 상기 제2의 미리 정해진 임계 미만일 때에, 상기 에너지 저장 전력 컨버터의 충전 커맨드를 감소시키도록 구성된,
제어 시스템을 포함하는, 전력 시스템.
제1항에 있어서,
상기 전력 소스로부터의 과잉 전력을 포획하기 위해 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 제어하도록 구성된 상기 제어기는,
상기 전력 소스의 현재 출력 전력이 상기 전력 소스의 이전의 출력 전력 미만인가를 판별하고; 그리고
상기 전력 소스의 최대 전력 포인트를 추적하기 위해서, 상기 전력 소스의 현재 출력 전력이 상기 전력 소스의 이전의 출력 전력 미만인가의 여부에 관한 판별에 따라 상기 DC 버스 상의 고전압 한계를 조절하도록 구성된,
제어 시스템을 포함하는, 전력 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어기는 상기 에너지 저장 전력 컨버터의 제어기를 위한 컨버터 제어기이며, 그리고 상기 PV 어레이로부터의 과잉 PV 전력을 포획하기 위해 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 제어하도록 구성된 상기 제어기는:
전력 인버터 제어기로부터의 입력 없이 상기 전력 인버터에 관한 제한 (curtailment)을 자율적으로 탐지하고; 그리고
제한이 탐지될 때에, 과잉 전력을 상기 에너지 저장 유닛에 상기 최대 전력 소스 전력 포인트까지 저장하기 위해 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 제어하도록 구성된, 전력 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어기는 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 제어하기 위한 컨버터 제어기이며, 그리고 상기 PV 어레이로부터의 과잉 PV 전력을 포획하기 위해 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 제어하도록 구성된 상기 제어기는,
상기 에너지 저장 전력 컨버터의 출력 전력에서의 변화를 판별하고;
상기 DC 버스에서 전압에서의 변화를 판별하고;
상기 에너지 저장 전력 컨버터의 출력 전력에서의 변화 및 상기 DC 버스에서 전압에서의 변화에 따라 상기 DC 버스 상의 고전압 한계를 조절하도록 구성된,
제어 시스템을 포함하는, 전력 시스템.
제1항에 있어서,
상기 에너지 저장 유닛에 저장된 전력을 상기 전력 인버터로 방전하여 상기 그리드로 출력하기 위해 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 제어하도록 구성된 상기 제어기는, 상기 전력 소스로부터 이용 가능한 전력에 우선권을 부여하면서 상기 에너지 저장 유닛으로부터 전력을 방전하도록 구성된 제어기를 포함하는, 전력 시스템.
제7항에 있어서,
상기 전력 소스로부터 이용 가능한 전력에 우선권을 부여하면서 상기 에너지 저장 유닛으로부터 전력을 방전하도록 구성된 상기 제어기는,
상기 전력 인버터가 제한되지 않았는가의 여부를 판별하고;
상기 전력 인버터가 제한되지 않을 때에, 상기 전력 소스의 출력 전력이 감소했는가의 여부를 판별하며 그리고 상기 전력 소스의 출력 전력이 감소했는가의 여부에 따라 상기 에너지 저장 유닛으로부터 방전되고 있는 전력을 조절하기 위해 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 제어하도록 구성된,
제어기를 포함하는, 전력 시스템.
제7항에 있어서,
상기 전력 소스의 출력 전력이 감소했는가의 여부에 따라 상기 에너지 저장 유닛으로부터 방전되고 있는 전력을 조절하도록 구성된 상기 제어기는, 상기 전력 소스의 출력 전력이 감소했는가의 여부에 따라 부호가 변하는 전력 방전 조절 값만큼 전력의 양을 방전하기 위해 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 위한 방전 전력 커맨드를 조절하도록 구성된 제어기를 포함하는, 전력 시스템.
제1항에 있어서,
상기 전력 소스는 광발전 (photovoltaic) 전력 소스이며, 그리고 상기 에너지 저장 유닛에 저장된 전력을 상기 전력 인버터로 방전하여 상기 그리드로 출력하기 위해 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 제어하도록 구성된 상기 제어기는, 상기 광발전 전력 소스의 전력 출력을 에뮬레이션하기 위해 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 제어하도록 구성된 제어기를 포함하는, 전력 시스템.
제10항에 있어서,
상기 제어기는 상기 광발전 전력 소스의 전력-전압 특성들을 에뮬레이션하기 위해 프로그램된 룩업 테이블을 통해 상기 광발전 전력 소스를 에뮬레이션하는, 전력 시스템.
제10항에 있어서,
상기 제어기는 드룹 (droop) 파라미터에 기반하여 상기 에너지 저장 유닛 전력 컨버터의 전력 커맨드를 제어함으로써 상기 광발전 전력 소스를 에뮬레이션하는, 전력 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어기는 상기 에너지 저장 유닛 컨버터의 컨버터 제어기이며, 그리고 상기 컨버터 제어기는 상기 전력 인버터의 출력 전력에 관한 정보를 획득하기 위해 상기 전력 인버터의 제어기와 통신하는, 전력 시스템.
전력 시스템 내 전력 소스로부터의 과잉 전력을 포획하는 방법으로,
상기 전력 시스템은 DC 버스를 통해 상기 전력 소스에 결합된 전력 인버터 및 상기 DC 버스와 에너지 저장 유닛 사이에 결합된 에너지 저장 전력 컨버터를 포함하며, 상기 방법은:
상기 전력 컨버터가 제한되었는가를 판별하는 단계; 그리고
상기 전력 인버터가 제한되었을 때에, 상기 그리드로 출력될 수 없는 상기 전력 소스로부터의 과잉 전력을 상기 에너지 저장 유닛에 저장하기 위해 상기 전력 컨버터의 충전 커맨드를 조절하는 단계를 포함하는, 방법.
제14항에 있어서,
상기 전력 컨버터가 제한되었는가를 판별하는 단계는 상기 PV 인버터의 출력 전력이 제1의 미리 정해진 임계를 초과했는가의 여부를 판별하는 단계를 포함하는, 방법.
제14항에 있어서,
상기 전력 컨버터가 제한되었는가를 판별하는 단계 및 상기 그리드로 출력될 수 없는 상기 전력 소스로부터의 과잉 전력을 상기 에너지 저장 유닛에 저장하기 위해 상기 전력 컨버터의 충전 커맨드를 조절하는 단계는:
상기 전력 인버터의 출력 전력이 제1의 미리 정해진 임계를 초과할 때에 상기 그리드로 출력될 수 없는 상기 전력 소스로부터의 과잉 전력을 저장하기 위해 상기 전력 컨버터의 충전 커맨드를 증가시키는 단계; 그리고
상기 출력 전력이 제2의 미리 정해진 임계 미만일 때에 상기 전력 컨버터의 충전 커맨드를 감소시키는 단계를 포함하는, 방법.
제14항에 있어서,
상기 그리드로 출력될 수 없는 상기 전력 소스로부터의 과잉 전력을 상기 에너지 저장 유닛에 저장하기 위해 상기 전력 컨버터의 충전 커맨드를 조절하는 단계는:
상기 전력 소스의 현재 출력 전력이 상기 전력 소스의 이전의 출력 전력 미만인가를 판별하는 단계; 그리고
상기 전력 소스의 최대 전력 포인트를 추적하기 위해서, 상기 전력 소스의 현재 출력 전력이 상기 전력 소스의 이전의 출력 전력 미만인가의 여부에 관한 판별에 따라 상기 DC 버스 상의 고전압 한계를 조절하는 단계를 포함하는, 방법.
제17항에 있어서,
상기 고전압 한계는 전압 변화 값에 의해 조절되며, 그리고 상기 전력 소스의 출력 전력이 상기 전력 소스의 이전의 출력 전력 미만일 때에 상기 전압 변화 값의 부호는 역전되는, 방법.
제14항에 있어서,
상기 전력 컨버터가 제한되었는가를 판별하는 단계 및 상기 그리드로 출력될 수 없는 상기 전력 소스로부터의 과잉 전력을 상기 에너지 저장 유닛에 저장하기 위해 상기 전력 컨버터의 충전 커맨드를 조절하는 단계는:
상기 에너지 저장 전력 컨버터의 출력 전력에서의 변화를 판별하는 단계;
상기 DC 버스에서의 전압에서의 변화를 판별하는 단계;
상기 에너지 저장 전력 컨버터의 출력 전력에서의 변화 및 상기 DC 버스에서의 전압에서의 변화에 따라 상기 DC 버스 상의 고전압 한계를 조절하는 단계를 포함하는, 방법.
제18항에 있어서,
상기 고전압 한계는 전압 변화 값에 의해 조절되며,
상기 에너지 저장 전력 컨버터의 출력 전력에서의 변화가 양이며 상기 DC 버스에서의 전압의 변화가 0 이거나 작은 음의 값일 때에 상기 전압 변화 값의 부호는 역전되며, 그리고
상기 에너지 저장 전력 컨버터의 출력 전력에서의 변화가 음이며 상기 DC 버스에서의 전압의 변화가 양일 때에 상기 전압 변화 값의 부호는 역전되는, 방법.
에너지 저장 유닛에 저장된 전력을 전력 시스템 내 그리드로 출력하기 위해 방전시키는 방법으로,
상기 전력 시스템은 DC 버스를 통해 전력 소스에 결합된 전력 인버터 및 상기 DC 버스와 상기 에너지 저장 유닛 사이에 결합된 에너지 저장 전력 컨버터를 포함하며, 상기 방법은:
상기 전력 인버터가 상기 그리드로 전력을 공급할 수 있도록 상기 에너지 저장 유닛으로부터의 전력을 상기 전력 인버터로 방전하는 단계를 포함하며,
상기 에너지 저장 유닛으로부터의 전력을 방전할 때에, 상기 전력 소스로부터 이용 가능한 전력에는 상기 에너지 저장 유닛으로부터 이용 가능한 전력을 능가하는 우선권이 부여되는, 방법.
제21항에 있어서,
상기 전력 인버터가 상기 그리드로 전력을 공급할 수 있도록 상기 에너지 저장 유닛으로부터의 전력을 상기 전력 인버터로 방전하는 단계는:
상기 전력 인버터가 제한되지 않았는가의 여부를 판별하는 단계;
상기 전력 인버터가 제한되지 않았을 때에, 상기 전력 소스의 출력 전력이 감소했는가의 여부를 판별하는 단계; 그리고
상기 전력 소스의 출력 전력이 감소했는가의 여부에 관한 판별에 따라 상기 에너지 저장 유닛으로부터 방전되고 있는 전력을 조절하는 단계를 포함하는, 방법.
제22항에 있어서,
상기 에너지 저장 유닛으로부터 방전되고 있는 전력은, 상기 전력 소스의 출력 전력이 감소했는가의 여부에 따라 부호가 변하는 전력 방전 조절 값에 의해 조절되는, 방법.
제21항에 있어서,
상기 전력 소스는 광발전 (photovoltaic) 전력 소스이며, 그리고 상기 전력 인버터가 상기 그리드로 전력을 공급할 수 있도록 상기 에너지 저장 유닛으로부터의 전력을 상기 전력 인버터로 방전하는 단계는:
상기 광발전 전력 소스의 전력-전압 특성들을 에뮬레이션하기 위해 프로그램된 룩업 테이블을 통해 상기 광발전 전력 소스를 에뮬레이션하는 단계를 포함하는, 방법.
제21항에 있어서,
상기 전력 소스는 광발전 전력 소스이며, 그리고 상기 전력 인버터가 상기 그리드로 전력을 공급할 수 있도록 상기 에너지 저장 유닛으로부터의 전력을 상기 전력 인버터로 방전하는 단계는:
드룹 (droop) 파라미터에 기반하여 상기 에너지 저장 유닛 전력 컨버터의 전력 커맨드를 제어함으로써 상기 광발전 전력 소스를 에뮬레이션하는 단계를 포함하는, 방법.
에너지 저장 유닛에 저장된 전력을 전력 시스템 내 그리드로 출력하기 위해 방전시키는 방법으로,
상기 전력 시스템은 DC 버스를 통해 전력 소스에 결합된 전력 인버터 및 상기 DC 버스와 상기 에너지 저장 유닛 사이에 결합된 에너지 저장 전력 컨버터를 포함하며, 상기 방법은:
상기 DC 버스의 전압을 획득하는 단계; 그리고
상기 DC 버스의 전압에 따라 상기 전력 소스를 에뮬레이션함으로써 상기 전력 인버터가 상기 그리드로 전력을 공급할 수 있도록 상기 에너지 저장 유닛으로부터의 전력을 상기 전력 인버터로 방전하는 단계를 포함하는, 방법.
제26항에 있어서,
상기 전력 인버터가 상기 그리드로 전력을 공급할 수 있도록 상기 에너지 저장 유닛으로부터의 전력을 상기 전력 인버터로 방전하는 단계는:
상기 DC 버스의 전압에 기반하여 룩업 테이블로부터 상기 에너지 저장 전력 컨버터를 위한 대응 출력 전력을 획득하는 단계를 포함하며,
상기 룩업 테이블은 광발전 전력 소스의 전력-전압 특성들을 에뮬레이션하기 위해 프로그램된 것인, 방법.
제26항에 있어서,
상기 전력 인버터가 상기 그리드로 전력을 공급할 수 있도록 상기 에너지 저장 유닛으로부터의 전력을 상기 전력 인버터로 방전하는 단계는:
드룹 파라미터에 기반하여 상기 에너지 저장 유닛 전력 컨버터의 전력 커맨드를 제어함으로써 상기 광발전 전력 소스를 에뮬레이션하는 단계를 포함하는, 방법.
제28항에 있어서,
상기 광발전 전력 소스를 에뮬레이션하는 단계는:
Pcmd=Pset-Vdroop*(V_pv-V_set)
의 방정식에 따라 전력을 출력하기 위해 상기 에너지 저장 컨버터를 제어하기 위한 전력 커맨드를 계산하는 단계를 포함하며,
여기에서:
Pcmd 는 상기 전력 커맨드이며;
Pset 는 미리 정해진 세팅 전력이며;
Vdroop 은 상기 광발전 전력 소스의 전류 전압 특성들을 에뮬레이션하기 위한 드룹 파라미터이며;
V_pv 는 상기 DC 버스의 전압이며; 그리고
V_set 는 상기 광발전 전력 소스의 전류 전압 특성들을 에뮬레이션하기 위한 미리 정해진 세팅 전압인, 방법.