KR20120057577A - 전압 변환 디바이스의 구성을 적응시키는 방법 및 전압 변환 디바이스를 위한 전압 변환 유닛 - Google Patents

전압 변환 디바이스의 구성을 적응시키는 방법 및 전압 변환 디바이스를 위한 전압 변환 유닛 Download PDF

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KR20120057577A
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로드니 존스
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Abstract

전압 변환 디바이스(100)의 구성을 적응시키는 방법이 제공되며, 전압 변환 디바이스(100)는 서로에 대하여 병렬로 전기 연결되는 전압 변환 유닛들(102a-102d) 및 브릿지-간 전환 유닛들(106a-106d)을 포함하고, 브릿지-간 전환 유닛들(106a-106d) 각각은 일차 코일(108a-108d) 및 이차 코일(110a-110d)을 포함하고, 전압 변환 유닛들(102a-102d) 각각은 브릿지-간 전환 유닛들(106a-106d) 중 상이한 브릿지-간 전환 유닛의 일차 코일(108a-108d)에 전기적으로 연결되고, 상기 방법은, 전압 변환 유닛들(102a-102d) 및 브릿지-간 전환 유닛들(106a-106d)로 구성된 그룹의 적어도 하나의 엘리먼트(102a-102d, 106a-106d)의 상태를 검출하는 단계, 및 상기 엘리먼트(102a-102d, 106a-106d)의 검출된 상태에 기초하여, 상기 엘리먼트(102a-102d, 106a-106d)를 제1 포지션(140)으로부터 제2 포지션(142)으로 이동시킴으로써, 상기 엘리먼트(102a-102d, 106a-106d)의 활성 상태를 적응시키는 단계를 포함한다.

Description

전압 변환 디바이스의 구성을 적응시키는 방법 및 전압 변환 디바이스를 위한 전압 변환 유닛{METHOD OF ADAPTING A CONFIGURATION OF A VOLTAGE CONVERTING DEVICE AND VOLTAGE CONVERTING UNIT FOR A VOLTAGE CONVERTING DEVICE}
본 발명은 전압 변환 디바이스의 구성을 적응시키는 방법에 관한 것이다.
추가로, 본 발명은 전압 변환 디바이스를 위한 전압 변환 유닛에 관한 것이다.
전원으로부터 그리드로 전력을 공급하거나 또는 그리드로부터 부하로 전력을 인출하기 위한 목적으로, 전원 또는 부하의 가변 전압 특성들을 그리드의 공칭적으로 고정된 전압에 매칭시키기 위해, 발전시 전압 변환 디바이스가 사용된다는 것이 보통 알려져 있다. 이러한 전압 변환 디바이스는 적어도 전압 변환 유닛 및 적어도 브릿지-간 전환(transforming) 유닛을 포함하고, 상기 브릿지-간 전환 유닛은 전압 변환 유닛에 의해 출력되는 전압 상에서 동작하기 위해 그리고 출력 전압을 그리드에 출력하기 위해 적응된다. 적어도 하나의 브릿지-간 전환 유닛 또는 복수 개의 브릿지-간 전환 유닛들에 전기적으로 연결되는 복수 개의 전압 변환 유닛들을 제공하는 것은, 전압 변환 디바이스의 출력 전력 레이팅(rating)을 증가시키도록 허용할 수 있다. 더 많은 개수의 전압 변환 유닛들을 부가하는 것은 또한, 전압 변환 유닛(들) 내에서 사용되는 실제 스위칭 주파수를 높이지 않고서, 그리드 연결점에서 보여지는 유효 스위칭 주파수의 증가를 허용할 수 있다.
그러나, 전압 변환 유닛들 및 브릿지-간 전환 유닛들로 구성된 그룹의 적어도 하나의 엘리먼트가 고장나거나 또는 감소된 기능을 나타낸다면, 상기 엘리먼트가 수리될 수 있거나 또는 새로운 엘리먼트로 교체될 수 있을 때까지, 전압 변환 디바이스의 추가 동작이 막힐 수 있다.
그러므로, 본 발명의 목적은, 전압 변환 디바이스의 하나의 컴포넌트가 적어도 부분적으로 고장나는 경우에도 상기 전압 변환 디바이스의 지속적인 동작을 가능하게 하는, 상기 전압 변환 디바이스를 위한 전압 변환 유닛 및 전압 변환 디바이스의 구성을 적응시키는 방법을 제공하는 것이다.
위에서 정의된 목적을 달성하기 위하여, 전압 변환 디바이스의 구성을 적응시키는 방법 및 전압 변환 디바이스를 위한 전압 변환 유닛이 제공된다.
본 발명의 예시적 양상에 따르면, 전압 변환 디바이스의 구성을 적응시키는 방법이 제공되고, 전압 변환 디바이스는 서로에 대하여 병렬로 전기 연결되는 전압 변환 유닛들 및 브릿지-간 전환 유닛들을 포함하고, 브릿지-간 전환 유닛들 각각은 일차 코일 및 이차 코일을 포함하고, 전압 변환 유닛들 각각은 브릿지-간 전환 유닛들 중 상이한 브릿지-간 전환 유닛의 일차 코일에 전기적으로 연결되고, 상기 방법은 전압 변환 유닛들 및 브릿지-간 전환 유닛들로 구성된 그룹의 적어도 하나의 엘리먼트의 상태를 검출하는 단계, 및 상기 엘리먼트의 검출된 상태에 기초하여, 제1 포지션으로부터 제2 포지션으로 상기 엘리먼트를 이동시킴으로써, 상기 엘리먼트의 활성 상태를 적응시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 예시적 양상에 따르면, 전압 변환 디바이스를 위한 전압 변환 유닛이 제공되고, 전압 변환 디바이스는 서로에 대하여 병렬로 전기 연결되는 전압 변환 유닛들 및 브릿지-간 전환 유닛들을 포함하고, 브릿지-간 전환 유닛들 각각은 일차 코일 및 이차 코일을 포함하고, 전압 변환 유닛들 각각은 브릿지-간 전환 유닛들 중 상이한 브릿지-간 전환 유닛의 일차 코일에 전기적으로 연결되고, 전압 변환 유닛은 브릿지-간 전환 유닛들 중 하나의 브릿지-간 전환 유닛의 일차 코일에 전기적으로 연결 가능하고, 전압 변환 유닛은, 상기 전압 변환 유닛의 검출된 상태에 기초하여, 상기 전압 변환 유닛의 활성 상태가 적응되도록, 제1 포지션으로부터 제2 포지션으로 이동 가능하다.
용어 "상태"는 엘리먼트, 특히 전압 변환 유닛이 적절하게 기능중이거나, 적절하게 기능중이지 않거나, 또는 기능 불량이거나 감소된 기능을 포함하는 임의의 상태를 특히 가리킬 수 있다. 특히, 상태는 고장 상태를 포함할 수 있다.
용어 "활성 상태(activity state)"는 엘리먼트, 특히 전압 변환 유닛이 브릿지-간 전환 유닛들 및 전압 변환 유닛들에 의해 제공되는 전기 회로의 일부분을 활성적으로 형성하는 상태를 특히 가리킬 수 있다. 특히, 활성 상태(active state)에 있는 엘리먼트는 전체 전압 변환 디바이스의 동작에 참여할 수 있다.
용어들 "제1 포지션" 및 "제2 포지션"은 엘리먼트, 특히 전압 변환 유닛의 물리적 포지션을 특히 가리킬 수 있으며, 엘리먼트, 특히 전압 변환 유닛 그리고 그에 따른 전압 변환 디바이스의 정상 동작 상태 또는 모드, 또는 비-정상 동작 상태 또는 모드가 각각 인에이블링될 수 있다. 용어들 둘 다는 각각, 제1 포지션이 엘리먼트의 정상 동작 상태 또는 비-정상 동작 상태에 대응할 수 있고 그리고 제2 포지션이 엘리먼트의 비-정상 동작 상태 또는 정상 동작 상태에 대응할 수 있도록, 서로에 대하여 상호 교환 가능할 수 있다.
용어 "서로에 대하여 병렬로 전기 연결되는 전압 변환 유닛들"은 서로에 대하여 병렬로 전기 연결되는 전압 변환 유닛들의 (dc) 입력부를 특히 가리킬 수 있고, 전압 변환 유닛들의 (ac) 출력 연결부는 (전압 변환 유닛들의 각각의 위상에 대하여 별개로) 그리드에 대한 병렬 연결을 형성하기 이전에 위상-간 전환 유닛들 또는 브릿지-간 전환 유닛들을 통해 연결될 수 있다.
위에서 정의된 바와 같은 본 발명의 예시적 양상들에 따르면, 전압 변환 유닛들 중 적어도 하나의 전압 변환 유닛 및/또는 브릿지-간 전환 유닛들 중 적어도 하나의 브릿지-간 전환 유닛의 활성 상태는, 전압 변환 유닛들 중 상기 적어도 하나의 전압 변환 유닛 및/또는 브릿지-간 전환 유닛들 중 상기 적어도 하나의 브릿지-간 전환 유닛의 상태를 검출하는 것에 응답하여 적응될 수 있다. 따라서, 전압 변환 디바이스의 지속적인 동작이 가능해질 수 있도록, 전압 변환 디바이스의 재구성이 제공될 수 있다.
특히, 전압 변환 디바이스는 서로에 대하여 병렬로 전기 연결되는 전압 변환 유닛들을 포함할 수 있다. 추가로, 전압 변환 디바이스는 브릿지-간 전환 유닛들 또는 위상-간 전환 유닛들을 포함할 수 있고, 전압 변환 유닛들 각각은 관련된 브릿지-간 전환 유닛에 전기적으로 연결될 수 있다. 브릿지-간 전환 유닛들 각각은 일차 코일 및 이차 코일을 포함할 수 있다. 브릿지-간 전환 유닛의 일차 코일은 어레이 내의 후속 브릿지-간 전환 유닛(마지막 브릿지-간 전환 유닛의 경우, 제1 브릿지-간 전환 유닛)의 이차 코일에 전기적으로 연결될 수 있고, 이차 코일의 제2 연결부는 다른 브릿지-간 전환 유닛들의 모든 다른 유사 연결부들 등등과 병렬로 그리드 연결부에 전기적으로 연결될 수 있다.
엘리먼트, 특히 전압 변환 유닛의 기능 불량 상태 또는 감소된 기능 상태를 검출하는 것은, 특히, 정상 동작 상태가 인에이블링되는 포지션으로부터 비-정상 동작 상태가 인에이블링되는 포지션으로 상기 엘리먼트가 이동되도록 할 수 있고, 이로써 상기 엘리먼트는 전압 변환 디바이스 내에서 전기적으로 비활성이 된다. 추가로, 엘리먼트, 특히 전압 변환 유닛의 기능중 상태를 검출하는 것은, 상기 엘리먼트가 전기적으로 활성이 될 수 있도록, 상기 엘리먼트가 전압 변환 디바이스에 통합되도록 할 수 있다. 이 방식으로, 엘리먼트는, 상기 엘리먼트가 비-정상 동작 상태에 있을 수 있는 포지션으로부터 상기 엘리먼트가 정상 동작 상태에 있을 수 있는 포지션으로 이동될 수 있다.
제1 포지션으로부터 제2 포지션으로 엘리먼트를 이동시키는 것은, 전압 변환 디바이스에 대한 엘리먼트의 상대적 변위(displacement)에 의해 달성될 수 있다. 특히, 엘리먼트의 상대적 이동은 전압 변환 유닛의 엘리먼트 장착 시스템과 같은 추가 엘리먼트들에 의해 중재(mediate)될 수 있다. 이러한 장착 시스템은 상기 엘리먼트와 체결 가능한(engageable), 수동으로 또는 전기적으로 동작되는 나사 잭을 포함할 수 있거나, 또는 상기 엘리먼트를 제1 포지션으로부터 제2 포지션으로 이동시키기 위한 대등한 기계적 어레인지먼트를 포함할 수 있다. 특히, 예컨대 전기 차 좌석 포지셔닝 시스템으로서 사용되는 기어드(geared) 모터 유닛과 같은 모터 유닛이 상기 엘리먼트를 이동시키기 위해 사용될 수 있고, 따라서 상기 엘리먼트의 매우 쉽고 저렴한 이동을 허용한다.
특히, 적어도 전압 변환 유닛 및 브릿지-간 전환 유닛 ? 상기 브릿지-간 전환 유닛의 일차 코일은 상기 전압 변환 유닛에 전기적으로 연결됨 ? 은 제1 포지션으로부터 제2 포지션으로 이동될 수 있다.
상기 방법 및 상기 전압 변환 유닛은 전압 변환 디바이스의 시간-절약 및 비용-절약 동작을 허용할 수 있는데, 그 이유는 전압 변환 디바이스의 구성이 엘리먼트, 특히 전압 변환 유닛의 상태의 검출에 대하여 즉시 적응될 수 있기 때문이다. 특히, 엘리먼트의 비-기능중 상태를 검출시, 전압 변환 디바이스의 다운(down) 시간이 감소되거나 또는 제거될 수 있는데, 그 이유는 전압 변환 디바이스의 나머지 컴포넌트들이 여전히 동작중으로 유지될 수 있는 반면에 상기 엘리먼트가 전기적으로 비활성이 되도록 강요받기 때문이다. 추가로, 적절한 기능을 포함하지만 전압 변환 디바이스 내에서 활성 상태에 있지 않은 엘리먼트를 검출할 때, 상기 엘리먼트는 동작하도록 즉시 강요받을 수 있다. 이 방식으로, 적절하게 동작중인 전압 변환 디바이스가 확장될 수 있으며, 여기서 새로운 엘리먼트가 구현될 수 있고, 따라서 전압 변환 디바이스의 출력 전력 레이팅을 증가시킨다.
추가로, 상기 방법 및 상기 전압 변환 유닛은 엘리먼트, 특히 전압 변환 디바이스의 상태를 검출시 전압 변환 디바이스를 재구성하는데 있어서 모듈성을 허용할 수 있다. 추가로, 전압 변환 디바이스의 동작은 제1 포지션으로부터 제2 포지션으로 상기 엘리먼트를 단순히 이동시 쉽게 유지될 수 있다.
추가로, 전압 변환 디바이스의 출력 전압의 레이팅이 엘리먼트의 변경된 활성 상태에 따라 적응되거나 또는 제어될 수 있다. 특히, 전압 변환 디바이스의 전력 레이팅은 활성 상태에 있는 전압 변환 유닛들의 개수를 이용하여 스케일링(scaling)될 수 있고, 여기서 각각, 추가 전압 변환 유닛을 전압 변환 디바이스에 통합시키는 것은 전력 레이팅이 증가되도록 할 수 있고, 전압 변환 유닛을 전압 변환 디바이스로부터 전기적으로 결합 해제시키는 것은 전력 레이팅이 감소되도록 할 수 있다.
다음으로, 전압 변환 디바이스의 구성을 적응시키는 방법의 추가 예시적 실시예들이 설명될 수 있다. 그러나, 이들 실시예들은 또한 전압 변환 디바이스를 위한 전압 변환 유닛에 적용된다.
엘리먼트는 전압 변환 유닛들 중 하나일 수 있고, 전압 변환 유닛들 중 하나의 전압 변환 유닛을 이동시키는 것은, 전압 변환 유닛들 중 상기 하나의 전압 변환 유닛을 브릿지-간 전환 유닛들 중 하나의 브릿지-간 전환 유닛의 전기적으로 연결된 일차 코일로부터 전기적으로 연결 해제시키는 것을 포함할 수 있다. 따라서, 전압 변환 유닛들 중 하나의 전압 변환 유닛의 상태가 검출될 수 있고, 전압 변환 유닛의 상태는 기능 불량 상태 또는 감소된 기능의 상태를 포함할 수 있다. 고장난 전압 변환 유닛은, 상기 전압 변환 유닛이 활성일 수 있는 포지션으로부터 상기 전압 변환 유닛이 비활성일 수 있는 포지션으로 이동하도록 유발되게 할 수 있고, 이로써 상기 고장난 전압 변환 유닛이 전기적으로 비활성이도록 강요한다. 전압 변환 유닛의 리포지셔닝은, 전압 변환 디바이스의 전압 변환 유닛들의 개수가 감소될 수 있고 전압 변환 디바이스의 쉬운 재구성이 인에이블링되도록, 전압 변환 유닛을 전기적으로 연결된 브릿지-간 전환 유닛으로부터 전기적으로 연결 해제시키는 것을 포함할 수 있다.
브릿지-간 전환 유닛들 중 각각의 브릿지-간 전환 유닛의 일차 코일은 다른 브릿지-간 전환 유닛의 하나의 이차 코일에 전기적으로 연결될 수 있고, 전압 변환 유닛들 중 하나의 전압 변환 유닛을 이동시키는 것은 브릿지-간 전환 유닛들 중 하나의 브릿지-간 전환 유닛을 전기적으로 우회시키는 것을 더 포함할 수 있다. 특히, 전압 변환 유닛들 중 하나의 전압 변환 유닛을 이동시키는 것은, 브릿지-간 전환 유닛들 중 상기 하나의 브릿지-간 전환 유닛의 이차 코일에 전기적으로 연결되는 브릿지-간 전환 유닛들 중 다른 하나의 브릿지-간 전환 유닛의 일차 코일을, 브릿지-간 전환 유닛들 중 상기 하나의 브릿지-간 전환 유닛의 일차 코일에 전기적으로 연결되는 브릿지-간 전환 유닛들 중 또 다른 하나의 브릿지-간 전환 유닛의 이차 코일에 전기적으로 연결시키는 것을 더 포함할 수 있다. 여기서, 전압 변환 디바이스의 브릿지-간 전환 유닛들은 링 구성 또는 순환 캐스케이드 구성을 포함할 수 있고, 전압 변환 유닛들 각각은 브릿지-간 전환 유닛들 중 상이한 하나의 브릿지-간 전환 유닛의 일차 코일 및 브릿지-간 전환 유닛들 중 다른 하나의 브릿지-간 전환 유닛의 이차 코일에 전기적으로 연결된다. 따라서, 전압 변환 디바이스의 재구성은, 브릿지-간 전환 유닛들 중 하나의 브릿지-간 전환 유닛 ? 상기 하나의 브릿지-간 전환 유닛의 일차 코일은 전압 변환 유닛에 전기적으로 연결됨(즉, 상기 위상-간 전환 유닛들 중 하나의 위상-간 전환 유닛이 결함성이거나 결함 상태 또는 고장 상태를 포함함) ? 을 전기적으로 결합 해제시키는 것에 의해 달성되고, 그 다음에 브릿지-간 전환 유닛들 중 하나의 브릿지-간 전환 유닛은 또한 비활성이 될 수 있다. 추가로, 브릿지-간 전환 유닛들 중 다른 하나의 브릿지-간 전환 유닛의 일차 코일 및 브릿지-간 전환 유닛들 중 또 다른 하나의 브릿지-간 전환 유닛의 이차 코일 사이의 우회를 도입함으로써, 나머지 동작중인 브릿지-간 전환 유닛들 및 전압 변환 유닛들의 링 구성을 유지할 수 있고, 여기서 브릿지-간 전환 유닛들 중 각각의 브릿지-간 전환 유닛의 일차 코일은 브릿지-간 전환 유닛들 중 다른 하나의 브릿지-간 전환 유닛의 이차 코일에 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 전압 변환 디바이스의 지속적인 동작이 유지되고, 전압 변환 디바이스의 출력 전력이 감소될 수 있다.
브릿지-간 전환 유닛들 각각의 이차 코일은 전압 변환 디바이스의 공통 출력부에 그리고 특히 그리드 연결부에도 전기적으로 연결될 수 있고, 전압 변환 유닛들 중 하나의 전압 변환 유닛을 이동시키는 것은, 브릿지-간 전환 유닛들 중 하나의 브릿지-간 전환 유닛의 이차 코일을 전압 변환 디바이스의 공통 출력부로부터 전기적으로 연결 해제시키는 것을 더 포함할 수 있다. 특히, 이 단계는 절대적으로 필요하지 않을 수 있으나, 그 자체가 고장이 아닌 고장난 섹션의 브릿지-간 트랜스포머에 영향을 끼칠 수 있다. 전압 변환 디바이스의 공통 출력부는 전압 변환 디바이스의 공통 노드일 수 있고, 상기 전압 변환 디바이스의 공통 노드에 브릿지-간 전환 유닛들 각각의 이차 코일이 전기적으로 연결될 수 있다. 이 조치는, 브릿지-간 전환 유닛들 중 하나의 브릿지-간 전환 유닛이 전압 변환 디바이스의 공통 출력부로부터 결합 해제되게 할 수 있어, 어떠한 전압도 브릿지-간 전환 유닛들 중 상기 하나의 브릿지-간 전환 유닛을 통해 전압 변환 디바이스의 공통 출력부로 공급될 수 없고 그리고 출력 전압을 왜곡하거나 또는 영향을 주는 것이 방지될 수 있다.
상기 방법은, 엘리먼트의 활성 상태를 적응시키기 이전에, 전압 변환 디바이스의 에너지 소스 및 전압 변환 디바이스의 부하 중 적어도 하나로부터 전압 변환 디바이스를 전기적으로 연결 해제시키는 단계, 그리고 엘리먼트의 활성 상태를 적응시키는 것에 후속하여, 전압 변환 디바이스를, 전압 변환 디바이스의 에너지 소스 및 전압 변환 디바이스의 부하 중 적어도 하나에 전기적으로 연결시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 특히, 전압 변환 디바이스의 부하는 그리드 또는 공급 네트워크를 포함할 수 있다. 전압 변환 디바이스를 에너지 소스 및/또는 부하로부터 먼저 분리시킴으로써, 전압 변환 디바이스의 재구성 동안, 에너지 소스로부터 전압 변환 디바이스로의 원해지지 않는 전압 공급으로부터 야기되는 전압 변환 디바이스의 손상을 방지할 수 있다. 추가로, 전압 변환 디바이스를 재구성하기 이전에 전압 변환 디바이스를 연결 해제함으로써, 전압 변환 디바이스를 재구성하는 동안에, 원해지지 않는 전압 출력을 부하에 공급하는 것이 방지될 수 있다.
상기 방법은, 엘리먼트의 적응된 활성 상태에 기초하여, 전압 변환 유닛들의 스위칭 주파수를 적응시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 조치는 추가 엘리먼트를 전압 변환 디바이스에 전기적으로 통합시키거나 또는 전압 변환 유닛들 및 브릿지-간 전환 유닛들로 구성된 그룹의 전기적 활성 엘리먼트들의 개수를 감소시키는 것에 적용될 수 있다. 이 조치는 전압 변환 디바이스의 공통 출력부에 의해 출력되는 전압의 스위칭 주파수를 유지할 때 특히 유용할 수 있다. 특히, 전압 변환 유닛들 각각 ? 상기 전압 변환 유닛들 각각의 스위칭 주파수는 엘리먼트의 적응된 활성 상태에 기초하여 적응될 수 있음 ? 은 활성 상태를 포함할 수 있다. 특히, 전압 변환 유닛들의 스위칭 주파수는, "정상 동작 모드" 포지션으로부터 "우회 모드" 포지션으로 엘리먼트를 이동시킴으로써, 전압 변환 유닛들 및 브릿지-간 전환 유닛들로 구성된 그룹의 엘리먼트의 개수를 감소시키는 것에 따라 증가될 수 있다. 추가로, 전압 변환 유닛들의 스위칭 주파수는, 추가 엘리먼트를 전압 변환 디바이스의 구성에 부가하거나 또는 전기적으로 통합시킴으로써, 감소될 수 있다. 특히, 전압 변환 유닛들의 스위칭 주파수는 펄스 폭 변조 디바이스를 이용하여 적응될 수 있다. 특히, 전압 변환 유닛들의 스위칭 주파수는 서로에 대하여 동시에 또는 연속적으로 적응될 수 있다.
상기 방법은, 전압 변환 디바이스의 동작 온도에 기초하여, 전압 변환 유닛들에 의해 출력되는 전류를 적응시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 따라서, 감지된 온도에 부분적으로 기초하는 제어 또는 적응을 제공함으로써, 온도 변동들, 특히 온도 변화들에 의해 유도되는 출력된 전류에서의 변경들을 보상하는 것이 가능할 수 있다. 특히, 활성 상태에 있는 전압 변환 유닛들의 스위칭 손실들이 증가되거나 또는 감소될 수 있고, 개별 적응을 제공함으로써, 전압 변환 유닛들에 의해 출력되는 전류의 디레이팅(derating) 또는 증가를 제공하는 것은 전압 변환 유닛들의 증가되거나 또는 감소된 동작 온도를 보상할 수 있다.
다음으로, 전압 변환 디바이스를 위한 전압 변환 유닛의 추가 예시적 실시예들이 설명될 수 있다. 그러나, 이들 실시예들은 또한 전압 변환 디바이스의 구성을 적응시키는 방법에 적용된다.
전압 변환 유닛은, 전압 변환 유닛이 제1 포지션에 있을 때, 특히 전압 변환 디바이스가 제1 포지션에만 있을 때, 브릿지-간 전환 유닛들 중 하나의 브릿지-간 전환 유닛의 일차 코일에 전기적으로 연결 가능한 출력부를 포함할 수 있다. 따라서, 전압 변환 유닛은, 상기 전압 변환 유닛이 적절하게 기능중이라면, 전압 변환 디바이스의 일부(만)를 형성할 수 있거나 또는 활성 상태에 있을 수 있다. 따라서, 전압 변환 유닛의 활성 상태를 적응시키기 위한 매우 쉬운 조치가 제공될 수 있다.
브릿지-간 전환 유닛들 중 각각의 브릿지-간 전환 유닛의 일차 코일은 브릿지-간 전환 유닛의 다른 하나의 브릿지-간 전환 유닛의 하나의 이차 코일에 전기적으로 연결될 수 있고, 전압 변환 유닛은, 상기 전압 변환 유닛이 제2 포지션에 있을 때, 특히 전압 변환 유닛이 제2 포지션에만 있을 때, 브릿지-간 전환 유닛들 중 하나의 브릿지-간 전환 유닛을 우회시키기 위한 우회 엘리먼트를 포함할 수 있다. 특히, 우회 엘리먼트는 브릿지-간 전환 유닛들 중 하나의 브릿지-간 전환 유닛의 이차 코일에 전기적으로 연결되어 있는 브릿지-간 전환 유닛들 중 다른 하나의 브릿지-간 전환 유닛의 이차 코일에 전기적으로 연결 가능할 수 있고, 전압 변환 유닛이 제2 포지션에 있을 때, 특히 전압 변환 유닛이 제2 포지션에만 있을 때, 브릿지-간 전환 유닛들 중 하나의 브릿지-간 전환 유닛의 일차 코일에 전기적으로 연결되어 있는 브릿지-간 전환 유닛들 중 또 다른 하나의 브릿지-간 전환 유닛의 일차 코일에 전기적으로 연결 가능할 수 있다. 브릿지-간 전환 유닛들 중 하나의 브릿지-간 전환 유닛의 우회는, 전압 변환 유닛이 기능 불량 상태 또는 감소된 기능중 상태의 관점에서 상태, 특히 고장 상태를 포함하는 경우에(만), 달성될 수 있다. 따라서, 전압 변환 디바이스의 링 구성 또는 순환 캐스케이드 구성을 재구성하는 것은, 브릿지-간 전환 유닛들 중 하나의 브릿지-간 전환 유닛의 우회를 도입함으로써 쉽게 달성될 수 있다.
전압 변환 유닛은, 전압 변환 유닛이 제1 포지션에 있을 때, 특히 전압 변환 유닛이 제1 포지션에만 있을 때, 브릿지-간 전환 유닛들 중 하나의 브릿지-간 전환 유닛의 이차 코일을 전압 변환 디바이스의 공통 출력부에 전기적으로 연결하기 위한 연결 엘리먼트를 포함할 수 있다. 따라서, 브릿지-간 전환 유닛들 중 하나의 브릿지-간 전환 유닛은, 전압 변환 유닛이 적절하게 기능하는 경우에(만), 공통 출력부 그리고 그에 따라 전압 변환 디바이스의 부하에 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 전압 변환 유닛이 제2 포지션에 있을 수 있을 때, 브릿지-간 전환 유닛들 중 하나의 브릿지-간 전환 유닛의 이차 코일로부터 공통 출력부로의 신호 경로에 어떠한 신호도 발생할 수 없는데, 그 이유는 브릿지-간 전환 유닛들 중 하나의 브릿지-간 전환 유닛의 이차 코일이 공통 출력부로부터 전기적으로 연결 해제될 수 있기 때문이다. 따라서, 전압 변환 디바이스의 출력 전압 또는 전류의 원해지지 않는 변화가 방지될 수 있다.
연결 엘리먼트 및 우회 엘리먼트 중 적어도 하나는 나이프(knife) 콘택으로서 설계될 수 있다. 연결 엘리먼트 및/또는 우회 엘리먼트의 이 실시예는 전기 연결들을 허용하기 위한 매우 쉬운 구성적 설계를 표시한다. 특히, 나이프 콘택들, 블레이드 콘택들 또는 "메서콘택(messercontact)들"은 추가 전기 연결들과 쉽게 체결 가능하거나 체결 해제 가능할 수 있다. 연결 엘리먼트 및/또는 우회 엘리먼트의 특정한 실시예 때문에, 전압 변환 유닛은, 전압 변환 유닛이 제1 포지션에 있을 수 있을 때 전압 변환 디바이스의 추가 전기 연결부들에 연결될 수 있거나 또는 랙(rack)될 수 있고, 전압 변환 디바이스가 제2 포지션에 있을 수 있을 때 전압 변환 디바이스의 다른 컴포넌트들로부터 연결 해제될 수 있거나 또는 랙 아웃(rack out)될 수 있는 랙 가능(rackable) 회로 차단기로서 지각될 수 있다.
본 발명의 다른 예시적 양상에 따르면, 순환 캐스케이드 어레이 내의 인버터 모듈들 중 하나 이상이 결함성일 수 있거나 또는 서비스 밖으로 빠지게 되어야 할 수 있을 때, 순환 캐스케이드된 인버터 모듈들의 이점들이 실시되도록 허용할 수 있는 디바이스 및/또는 방법이 제공된다.
다른 풍력 터빈 제조업자들로부터의 제안들은 가메사에 의해 그들의 2007년 EPE 페이퍼에서 개시된 바와 같은 방식들, 즉 "A high power density converter system for the Gamesa G10x4, 5 MW Wind turbine" (ISBN 9789075815108) 및 "Parallel-connected converters for optimizing efficiency, reliability and grid harmonics in a wind turbine" (ISBN 9789075815108)을 나타내며, 이들은 여섯 개의 병렬 컨버터 회로들과 함께 여기에 참조에 의해 통합되고, 여기서 각각의 병렬 컨버터 섹션은 별개의 발전기 권선, 네트워크 리액터 및 결함성 컨버터 섹션(들)을 격리시킬 수 있는 회로 차단기들을 가질 수 있다.
IBT 시스템들을 갖는 전력 컨버터들을 이용한 향상된 이용 가능성을 위한 설비들, 특히 향상된 이용 가능성을 위한 설비들이 브릿지-간 트랜스포머(IBT)들에 기초하여 병렬 연결된 컨버터 시스템에 통합될 수 있는 방식이 아래에서 설명될 수 있다:
제안된 방식의 장점은, 인버터들 중 하나의 인버터가 고장이라면, 시스템이 계속 기능하도록 재구성될 수 있다는 것일 수 있다.
향상된 이용 가능성은 하나 이상의 고장난 인버터 모듈들을 전력 스택으로부터 연결 해제하기 위한 능력으로부터 야기될 수 있고, 나머지 "건강한" 인버터들이 실행되도록 유지시킬 수 있다.
이는, 풍력 터빈의 이용 가능성을 향상시킬 수 있는데, 그 이유는 비록 감소된 전력 레벨이지만 그리드에 연결된 상태로 있도록 할 수 있기 때문이다.
IBT의 시스템에서, 일부 이슈들이 고려될 필요가 있을 수 있다.
하나의 인버터가 턴 오프 되고 이 인버터에 연결된 두 개의 IBT들이 회로 내에 남겨진다면, 이들 IBT들은 포화될 수 있다. IBT들의 링 구성 때문에, 결함이 나머지 위상들로 확산될 수 있어서, 추가 동작이 막힌다.
이를 방지하기 위해, 나머지 인버터들의 전력 스루풋 능력이 이용 가능하게 될 것이라면, 전체 IBT 어셈블리가 우회될 필요가 있을 수 있다.
다중-병렬 인버터 구성의 IBT들은 "순환 캐스케이드"로 불리는 것 내에서 배열될 수 있다.
제안된 방식에서, 각각의 인버터 모듈은 세 개의 위상 IBT 어셈블리와 연관될 수 있다. IBT들은 순환 캐스케이드 어레인지먼트 내에서 서로 연결될 수 있다.
상기 방식은 모든 인버터 모듈들이 건강할 수 있을 때 정확하게 동작할 수 있다.
하나의 인버터가 결함성이 될 수 있다면, 상기 인버터는 상기 방식으로부터 제거되어야 할 수 있고, 3×3 위상 인버터 모듈들의 순환 캐스케이드 어레인지먼트는 상기 이제 불필요한 IBT의 우회에 의해 설정되어야 할 수 있다.
아래에서는, 순환 캐스케이드로 연결되는 네 개의 인버터 모듈들을 갖는 정상 어레인지먼트가 설명될 수 있다. 설명을 간략화하기 위하여, 세 개의 위상 방식 중 단 한 개의 위상만이 설명될 것이다.
인버터 모듈은 자신의 정상 동작 모드 및 자신의 우회된 모드를 위해 필요한 상호연결들 전부를 포함할 수 있다.
원격 제어에 의해 달성될 정상 모드로부터 우회 모드로의 이러한 체인지오버를 허용하기 위해, 그 다음에, 인버터 모듈을 그 동작 포지션으로부터 그 우회 포지션으로 이동시키기 위해 인버터 모듈 또는 그 장착 시스템이 나사-잭 또는 대등한 기계적 어레인지먼트를 포함할 수 있다는 것이 제안될 수 있다. 전기 차 좌석 포지셔닝 상에서 사용되는 것과 같은 단순한 저비용 기어드 모터 유닛이 이러한 이동을 위한 수단을 제공할 수 있다.
정상 동작 모드 연결들 및 우회 모드 연결들을 위한 인버터 내의 전기 연결들은 "나이프 콘택들"("메서콘택들")로서 배열될 수 있다.
동작 모드로부터 우회 모드로의 체인지오버는 수행되어야 할 수 있고, 이때 인버터들 전부는 네트워크 전압, 발전기 및 dc 링크 전압을 포함하는 모든 에너지 소스들로부터 에너지 공급 해제된다.
정상 동작 모드로부터 우회 모드로의 체인지오버에 이어서, 전체 시스템이 다시 에너지 공급될 수 있고 서비스 상태로 되돌아갈 수 있다.
순환 캐스케이드 어레인지먼트를 위한 PWM 어레인지먼트는, 출력 전압 요구사항에 따라 인버터 출력들이 하이(high)이거나 또는 로우(low)이도록 순차적으로 선택하는 것 그리고 병렬 인버터들 중 단 한 개의 인버터를 펄스 폭 변조하는 것에 기초한 버스 클램핑된 어레인지먼트일 수 있거나, 또는 병렬 인버터들 전부에 공급되는 PWM 패턴들을 갖는 위상 편이된 PWM 어레인지먼트일 수도 있다. 두 기술들 모두는 기술분야로부터 잘 알려질 수 있다.
위상 편이된 PWM 어레인지먼트의 예를 들면, 순환 캐스케이드 내의 네 개의 인버터들에 대하여, PWM 패턴들은 서로로부터 전기적으로 90도 위상 편이될 수 있고, 그래서 말하자면 약 2.5 ㎑의 스위칭 주파수에 대하여, 캐스케이드 어레인지먼트 내에서, 인버터 번호 2의 PWM 반송파는 인버터 번호 1로부터 약 100 ㎲만큼 오프셋될 수 있고 등등이 있다. IBT들(이 예에서 네트워크)의 공동 노드 또는 공통 노드에서 보여지는 결과적 하모닉들은 약 4×2.5 ㎑ = 10 ㎑일 수 있다.
순환 캐스케이드 내의 세 개의 인버터들을 이용하는 우회 모드가 인에이블링될 수 있을 때, 동작 인버터 번호 1의 PWM은 다음 차례의 동작 인버터로부터 약 133 ㎲만큼 오프셋되어야 할 수 있고 등등이 있다. 그 다음에, 공동 노드에서 보여지는 결과적 하모닉들은 약 3×2.5 ㎑ = 7.5 ㎑일 수 있다.
공동 노드에 대하여 일관된 하모닉 프로파일을 유지하기 위한 요구사항이 존재한다면, 캐스케이드 어레인지먼트 내의 각각의 인버터의 스위칭 주파수는, 캐스케이드 내의 개수가 변경될 수 있음에 따라서 수정될 수 있어야 할 수 있다. 그래서, 캐스케이드 내에 세 개의 인버터가 있고 공동 노드 하모닉들을 약 10 ㎑에서 유지하기 위한 요구사항의 경우에, 각각의 인버터에 대한 PWM 주파수는 약 10 ㎑ / 3 = 3.3 ㎑이어야 할 수 있고, 그래서 동작 인버터 번호 1의 PWM은 다음 차례의 동작 인버터로부터 약 100 ㎲만큼 오프셋되어야 할 수 있고 등등이 있다.
공동 모드에서 일관된 하모닉 프로파일을 유지하는 것은, 네트워크로의 PWM 관련 하모닉들의 방출을 최소화하기 위해 이 노드와 분로되게 튜닝된 필터들이 연결된다면, 중요한 것일 수 있다.
스위칭 주파수의 증가가 스위칭 손실들의 증가를 유발할 수 있으므로, 그리고 인버터 시스템이 자신의 최대 동작 온도들에서 또는 그 근처에서 동작중이라면, 부하 전류의 일부 디-레이팅이 요구될 수 있다. 풍력 터빈들과 같은 애플리케이션들의 경우, 최대 정격 온도가 존재할 수 있는 것은 매우 드문 일일 수 있고, 그래서 부하 전류의 온도 종속적 디-레이트가 관리될 수 있다.
아래에서는, 중복성의 원리가 설명될 수 있다. 하나의 인버터 "B"가 고장이라면, 차단기들의 세트에 의해서든 또는 설명된 바와 같이 인버터를 편이시키는 기계적 디바이스에 의해서든 IBT "N1B"가 우회될 수 있다.
그 결과는 아래일 수 있다:
IBT "N1B"는 인버터들 "N1A" 및 "N1B"로부터 연결 해제될 수 있다.
IBT "N1A"는 IBT "N1C"에 연결될 수 있다; 따라서, 순환 캐스케이드 구성이 위반되지 않을 수 있고, 네 개의 인버터 모듈들/IBT의 캐스케이드로부터 세 개의 인버터 모듈들/IBT로 변경될 수 있다.
인버터 시스템은 그리드에 대하여 여전히 재-연결할 수 있을 수 있고, 정격 출력의 대략 3/4을 출력할 수 있다.
중복성 특징으로 인한 누설 인덕턴스 및 변조 전략에서의 변경들이 아래에서 설명될 수 있다:
총 누설 인덕턴스가 네트워크 리액터를 교체할 수 있도록 IBT의 누설 인덕턴스가 설계되도록 될 수 있다는 것이 제안되었다.
네 개의 인버터들 및 네 개의 IBT의 어레인지먼트를 가정할 수 있다.
하나의 IBT가 제거된다면, 총 누설 인덕턴스는 원래 값의 4/3으로 상승할 수 있다.
결정적으로, 향상된 이용 가능성 특징은, 하나의 인버터 모듈이 고장이라면, 전력 컨버터를 형성하는 건강한 인버터 모듈들의 어레이가 네트워크(또는 부하)에 재-연결되게 인에이블링할 수 있다.
향상된 이용 가능성 특징은 각각의 결함성 인버터 모듈 및 그에 대응하는 IBT 어셈블리의 우회에 의해 달성될 수 있다. 여기서, 하나의 어셈블리는 세 개의 IBT들로서 정의될 수 있고, 상기 세 개의 IBT들 중 하나의 IBT들은 각각의 인버터 위상(U, V, W)에 연결된다.
향상된 이용 가능성 특징의 효과들은 아래일 수 있다:
온도 종속적 디-레이트/리레이트(rerate)를 가짐에도 불구하고, 효과는 감소된 전력 출력일 수 있다.
추가로, 효과는 향상된 이용 가능성일 수 있다.
추가로, 효과는 누설 인덕턴스의 비율(pro-rata) 증가일 수 있다.
추가로, PWM 변조기에 대한 수정이 요구될 수 있다. 이들 수정들은 아래일 수 있다:
임의의 튜닝된 필터들이 PWM 주파수와 연관된 하모닉들을 계속 약화시킬 수 있다는 것을 보장하기 위해 동작 인버터들의 개수가 감소할 수 있으므로, 수정은 스위칭 주파수의 증가일 수 있다.
추가로, 수정은, 전기적 활성 인버터들의 개수를 수용하기 위한 캐리어 위상 편이에서의 변경일 수 있다.
추가로, 수정은 캐리어 위상 편이일 수 있고, 최대 허용 쇄교자속(flux linkage)이 위반되지 않을 수 있도록, 주파수의 증가가 매칭될 수 있다.
추가로, 효과는 전력 출력에서의 일시적인 온도 종속적 감소가 증가된 스위칭 손실들 때문에 요구될 수 있다는 것일 수 있다.
전기적 활성 모드(동작) 및 비-활성화된 모드(랙 아웃)(비-동작)로 연결(랙)될 인버터 모듈에 관한 특징들을 갖는 랙 가능 회로 차단기인 것처럼, 인버터 모듈을 배열하는 것, 그리고 여전히 비-요구된 IBT의 우회에 의한 나머지 동작 인버터들의 순환 캐스케이드 어레인지먼트를 유지시키는 것이 달성될 수 있다.
상기 방식은 또한, IBT가 두 개의 포지션들 ? 랙 인(rack in) 됨, 우회되지 않음, IBT 및 연관된 인버터 동작; 랙 아웃(rack out) 됨, 우회됨, IBT 및 연관된 인버터 비 동작 ? 을 가질 수 있도록 IBT 자체를 랙 가능 디바이스로서 배열함으로써 그 우회 능력을 달성할 수 있다.
위에서 정의된 양상들 및 본 발명의 추가 양상들은 이후에 설명될 실시예들의 예들로부터 명백하고, 실시예의 예들을 참조하여 설명된다. 본 발명은 본 발명이 그러나 제한되지 않는 실시예의 예들을 참조하여 이후에 더욱 상세히 설명될 것이다.
도 1은 제1 포지션에 있는 전압 변환 유닛을 포함하는 전압 변환 디바이스를 도시한다.
도 2는 제2 포지션에 있는 전압 변환 유닛을 포함하는 도 1의 전압 변환 유닛을 도시한다.
도 3a, 도 3b는 도 1, 도 2의 전압 변환 디바이스들의 전기적 대등물들을 도시한다.
도 1을 참조하면, 발전기, 특히 풍력 발전기 내에서 사용되는 전압 변환 디바이스(100)가 도시된다. 전압 변환 디바이스(100)는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키기 위한 발전기 및 전기 전력을 사용자들에게 공급하기 위한 그리드 사이에서 상호연결될 수 있다.
전압 변환 디바이스(100)는 네 개의 전압 변환 유닛들(102a-102d)을 포함하고, 상기 네 개의 전압 변환 유닛들(102a-102d) 각각은 트랜지스터 및 정류 다이오드를 포함한다. 전압 변환 유닛들(102a-102d)은 서로에 대하여 병렬 전기 연결로 배열된다. 전압 변환 유닛들(102a-102d) 중 각각의 전압 변환 유닛은, 네 개의 브릿지-간 전환 유닛들(106a-106d) 중 상이한 하나의 브릿지-간 전환 유닛에 전기적으로 연결되는 출력부(104a-104d)를 포함한다.
브릿지-간 전환 유닛들(106a-106d) 중 각각의 브릿지-간 전환 유닛은 자기 코어 부재(미도시)를 통해 서로에 대하여 자기적으로만 결합되는 일차 및 이차 코일들(108a-108d, 110a-110d)을 포함한다. 브릿지-간 전환 유닛들(106a-106d) 중 각각의 브릿지-간 전환 유닛의 일차 코일(108a-108d)은 전압 변환 유닛들(102a-102d)의 출력부들(104a-104d) 중 상이한 하나의 출력부에 전기적으로 연결된다. 추가로, 브릿지-간 전환 유닛들(106a-106d) 중 각각의 브릿지-간 전환 유닛의 일차 코일(108a-108d)은 브릿지-간 전환 유닛들(106a-106d) 중 다른 하나의 브릿지-간 전환 유닛의 이차 코일(110a-110d)에 전기적으로 연결된다. 추가로, 브릿지-간 전환 유닛들(106a-106d) 중 각각의 브릿지-간 전환 유닛의 이차 코일(110a-110d)은 전압 변환 디바이스(100)의 공통 출력부(112)에 전기적으로 연결된다.
전압 변환 디바이스(100)의 공통 출력부(112)는 인덕턴스(116) 및 스위치(118)를 통해, 부하(114), 특히 전력 그리드 또는 네트워크에 연결된다.
전압 변환 유닛들(102a-102d) 중 각각의 전압 변환 유닛은 서로에 대하여 동일하게 설계된다. 아래에서는, 도 1에서 점선들에 의해 표시된 바와 같은 전압 변환 유닛(102b)이 더욱 상세하게 설명될 것이다.
전압 변환 유닛(102b)은, 전압 변환 유닛(102b)의 하우징(미도시)에 배열되고 출력부(104b)에 전기적으로 연결되는 출력 포트(120b)를 포함한다. 추가로, 전압 변환 유닛(102b)은, 두 개의 핀들(126a, 126b)을 포함하는 나이프 콘택(124b) 형태의 연결 엘리먼트(122b)를 포함한다. 나이프 콘택(124b)의 제1 핀(126a)은 브릿지-간 전환 유닛(106b)의 이차 코일(110b)에 전기적으로 연결 가능하다. 나이프 콘택(124b)의 제2 핀(126b)은 공통 출력부(112)에 전기적으로 연결 가능하다. 추가로, 전압 변환 유닛(102b)은 두 개의 핀들(132a, 132b)의 나이프 콘택(130b)으로서 설계되는 우회 엘리먼트(128b)를 포함한다. 제1 핀(132a)은 우회 라인(134a)을 통해 브릿지-간 전환 유닛(106b)의 이차 코일(110b) 그리고 브릿지-간 전환 유닛(106a)의 일차 코일(108a)에 전기적으로 연결 가능하다. 우회 엘리먼트(128b)의 제2 핀(132b)은 우회 라인(134b)을 통해 브릿지-간 전환 유닛(106b)의 일차 코일(108b) 그리고 브릿지-간 전환 유닛(106c)의 이차 코일(110c)에 연결 가능하다.
유사하게, 각각, 전압 변환 유닛(102b)은 우회 엘리먼트(128a), 우회 라인(134a) 및 우회 라인(134d)을 통해 브릿지-간 전환 유닛들(106b, 106d)에 전기적으로 연결 가능하고, 전압 변환 유닛(102c)은 우회 엘리먼트(128c), 우회 라인들(134b) 및 우회 라인(134c)을 통해 브릿지-간 전환 유닛들(106b, 106d)에 전기적으로 연결 가능하고, 전압 변환 유닛(102d)은 우회 엘리먼트(128d) 및 우회 라인들(134c, 134d)을 통해 브릿지-간 전환 유닛들(106a, 106c)에 전기적으로 연결 가능하다.
전압 변환 유닛(102b)의 고장을 책임지기 위하여, 전압 변환 유닛(102b)은 상기 전압 변환 유닛이 자신의 동작을 유지하도록 제1 포지션(140)으로부터 제2 포지션(142)으로 이동 가능하도록 설계된다. 전압 변환 유닛(102b)의 제1 및 제2 포지션들(142, 144)이 각각 도 1, 도 2에 도시된다.
제1 포지션에서, 전압 변환 유닛(102b)의 출력부(104b)는 전압 변환 유닛(102b)이 전기적 활성 상태를 포함하도록 브릿지-간 전환 유닛(106b)에 전기적으로 연결된다. 그러므로, 전압 변환 유닛은 전압 변환 디바이스(100)에 의해 제공되는 전기 회로의 일부를 형성한다. 브릿지-간 전환 유닛(106b)은 공통 출력부(112)에 전기적으로 연결되고, 여기서 전압 변환 유닛(102b)의 연결 엘리먼트(122b)는 브릿지-간 전환 유닛(106b)의 이차 코일(110b) 그리고 전압 변환 디바이스(100)의 공통 출력부(112)에 전기적으로 연결된다. 브릿지-간 전환 유닛들(106a, 106c)은 서로로부터 전기적으로 연결 해제되고, 여기서 우회 엘리먼트들(128b)은 우회 라인들(134a, 134b)을 서로에 대하여 연결시키지 않는다.
제2 포지션(142)에서, 전압 변환 유닛(102b)은 브릿지-간 전환 유닛들(106a, 106c)로부터 전기적으로 연결 해제된다. 추가로, 브릿지-간 전환 유닛(106b)이 우회된다. 브릿지-간 전환 유닛(106b)의 일차 코일(108b)은 전압 변환 유닛(102b)의 출력부(104b)로부터 전기적으로 연결 해제된다. 추가로, 브릿지-간 전환 유닛(106b)의 이차 코일(110b)은 전압 변환 유닛(102b)의 연결 엘리먼트(122b)로부터 그리고 그에 따라 공통 출력부(112)로부터 전기적으로 연결 해제된다. 우회 엘리먼트(128b)는, 브릿지-간 전환 유닛(106a)의 일차 코일(108a)이 브릿지-간 전환 유닛(106c)의 이차 코일(110c)에 전기적으로 연결되도록, 우회 라인들(134a, 134b)을 서로에 대하여 전기적으로 연결시킨다. 따라서, 전압 변환 유닛(102b)은 전기적으로 비활성 상태에 있다.
우회 라인들(134a-134d)은 전압 변환 디바이스(100)의 일부일 수 있거나, 또는 전압 변환 디바이스(100)에 속하지 않는 독립적인 권선 연결들일 수 있다.
도 3a를 참조하면, 전압 변환 디바이스(100)의 전기적 대등물이 도시되고, 이때 전압 변환 유닛(102b)은 제1 포지션(140)에 있다. 전압 변환 유닛들(102a-102d) 각각은 두 개의 브릿지-간 전환 유닛들(106a-106d)의 일차 코일(108a-108d) 및 이차 코일(110a-110d)을 통해 전압 변환 디바이스(100)의 공통 출력부(112)에 연결된다. 예컨대, 전압 변환 유닛(102a)은 브릿지-간 전환 유닛(106a)의 일차 코일(108a) 및 브릿지-간 전환 유닛(106b)의 이차 코일(110b)을 통해 공통 출력부(112)에 연결된다.
일차 및 이차 코일들(108a-108d, 110a-110d) 중 각각의 코일들이 서로에 대하여 동일한 것으로 간주하면, 일차 및 이차 코일들(108a-108d, 110a-110d)의 누설 인덕턴스들이 또한 서로에 대하여 동일하다.
도 3b를 참조하면, 전압 변환 디바이스(100)의 전기적 대등물이 도시되고, 이때 전압 변환 유닛(102b)은 제2 포지션(142)에 있다. 따라서, 브릿지-간 전환 유닛(106b)의 일차 및 이차 코일들(108b, 110b)은 우회되고, 브릿지-간 전환 유닛(106a)의 일차 코일(108a) 및 브릿지-간 전환 유닛(106c)의 이차 코일(110c) 사이에 전기 연결이 제공된다. 표현을 위해, 브릿지-간 전환 유닛(106b)의 일차 및 이차 코일들(108b, 110b)은 생략되고, 전압 변환 유닛(102b)이 줄을 그어 지워진다. 따라서, 브릿지-간 전환 유닛(106b)의 우회에도 불구하고, 브릿지-간 전환 유닛들(106a, 106c, 106d)의 순환 캐스케이드 어레인지먼트가 유지된다.
병렬 전기 회로들의 정상 규칙들에 따르면, 브릿지-간 전환 유닛들(106a, 106c, 106d)의 누설 인덕턴스는 도 3a에 도시된 바와 같이 전압 변환 유닛(100)의 누설 인덕턴스의 4/3이다.
아래에서는, 전압 변환 디바이스(100)의 구성을 적응시키는 방법이 설명된다. 특히, 상기 방법은 전압 변환 유닛(102b)의 고장시 전압 변환 디바이스(100)를 재구성하도록 적응된다.
전압 변환 유닛들(102a-102d) 및 브릿지-간 전환 유닛들(106a-106d)의 상태들, 특히 고장 상태들이 검출된다. 전압 변환 유닛(102b)의 고장이 검출되면, 전압 변환 디바이스(100)는, 풍력 터빈에 연결되는 에너지 소스로부터, 특히 발전기로부터 연결 해제된다. 추가로, 전압 변환 디바이스(100)는 스위치(118)를 통해 그리드(114)로부터 연결 해제된다.
다음으로, 전압 변환 유닛(102b)은, 브릿지-간 전환 유닛(106b)이 전압 변환 유닛(102b) 및 공통 출력부(112)로부터 연결 해제되도록, 제1 포지션(140)으로부터 제2 포지션(142)으로 이동되고, 브릿지-간 전환 유닛들(106a, 106c)은 각각 서로에 대하여 전기적으로 연결된다.
다음으로, 전압 변환 디바이스(100)는 에너지 소스 및 그리드(114)에 재연결된다.
다음으로, 전압 변환 유닛들(102a, 102c, 102d)의 스위칭 주파수들은 전압 변환 유닛들(102a-102d)의 감소된 개수에 기초하여 적응된다. PWM 패턴을 전압 변환 유닛들(102A-102D)에 공급하는 PWM 어레인지먼트가 전압 변환 디바이스(100)에 제공된다. 전압 변환 유닛(102b)의 제1 포지션(140)에서, 전압 변환 유닛들(102a-102d)의 스위칭 주파수는 서로에 대하여 90도 위상 편이되고, 개별 스위칭 주파수는 2.5 ㎑이다. 따라서, 전압 변환 유닛들(102a-102d) 중 각각의 전압 변환 유닛의 반송파는 서로에 비하여 100 ㎲만큼 오프셋된다. 브릿지-간 전환 유닛들(106a-106d)의 공통 출력부(112)에서 보여지는 결과적 하모닉들은 4 * 2.5 ㎑ = 10 ㎑에 대응한다. 전압 변환 유닛(102b)의 제2 포지션(142)에서, 전압 변환 유닛들(106a, 106c, 106d) 각각의 PWM 주파수는, 공통 출력부(112)에서 10 ㎑의 스위칭 주파수를 유지하기 위하여, 10 ㎑ / 3 = 3.3 ㎑가 되도록 적응된다. 추가로, 스위칭 주파수들은 서로에 대하여 100 ㎲만큼 오프셋된다. 일정한 출력 스위칭 주파수를 유지하기 위한 스위칭 주파수들의 적응이 없다고 가정하면, 전압 변환 유닛들(102a, 102c, 102d)의 스위칭 주파수들은 서로에 대하여 133 ㎲만큼 오프셋되고, 이때 출력부 상에서 스위칭 주파수는 3 * 2.5 ㎑ = 7.5 ㎑이다.
스위칭 주파수들을 적응시키는 것은 또한 전압 변환 디바이스(100)를 에너지 소스 및 그리드(114)에 재연결시키기 이전에 수행될 수 있다.
추가로, 전압 변환 유닛들(102a, 102c, 102d)에 의해 출력되는 전류의 온도 종속적 디레이팅이 수행될 수 있다. 이러한 디-레이트는, 전압 변환 유닛(100)이 에너지 소스 및 그리드(114)로부터 결합 해제될 때 또는 에너지 소스 및 그리드(114)로의 재연결 이후에 수행될 수 있다.

Claims (12)

  1. 전압 변환 디바이스(100)의 구성을 적응시키는 방법으로서,
    상기 전압 변환 디바이스(100)는, 서로에 대하여 병렬로 전기 연결되는 전압 변환 유닛들(102a-102d) 및 브릿지-간 전환 유닛들(106a-106d)을 포함하고,
    상기 브릿지-간 전환 유닛들(106a-106d) 각각은 일차 코일(108a-108d) 및 이차 코일(110a-110d)을 포함하고,
    상기 전압 변환 유닛들(102a-102d) 각각은 상기 브릿지-간 전환 유닛들(106a-106d) 중 상이한 하나의 브릿지-간 전환 유닛의 일차 코일(108a-108d)에 전기적으로 연결되고,
    상기 방법은,
    상기 전압 변환 유닛들(102a-102d) 및 상기 브릿지-간 전환 유닛들(106a-106d)로 구성된 그룹의 적어도 하나의 엘리먼트(102a-102d, 106a-106d)의 상태를 검출하는 단계, 및
    상기 엘리먼트(102a-102d, 106a-106d)의 검출된 상태에 기초하여, 상기 엘리먼트(102a-102d, 106a-106d)를 제1 포지션(140)으로부터 제2 포지션(142)으로 이동시킴으로써, 상기 엘리먼트(102a-102d, 106a-106d)의 활성 상태를 적응시키는 단계
    를 포함하는,
    전압 변환 디바이스의 구성을 적응시키는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 엘리먼트(102a-102d, 106a-106d)는 상기 전압 변환 유닛들(102a-102d) 중 하나의 전압 변환 유닛(102b)이고, 상기 전압 변환 유닛들(102a-102d) 중 상기 하나의 전압 변환 유닛(102b)을 이동시키는 것은, 상기 브릿지-간 전환 유닛들(106a-106d) 중 하나의 브릿지-간 전환 유닛(106b)의 전기적으로 연결된 일차 코일(108b)로부터 상기 전압 변환 유닛들(102a-102d) 중 상기 하나의 전압 변환 유닛(102b)을 전기적으로 연결 해제시키는 것을 포함하는,
    전압 변환 디바이스의 구성을 적응시키는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 브릿지-간 전환 유닛들(106a-106d) 중 각각의 브릿지-간 전환 유닛의 일차 코일(108a-108d)은 다른 브릿지-간 전환 유닛(106a-106d)의 하나의 이차 코일(110a-110d)에 전기적으로 연결되고, 상기 전압 변환 유닛들(102a-102d) 중 상기 하나의 전압 변환 유닛(102b)을 이동시키는 것은 상기 브릿지-간 전환 유닛들(106a-106d) 중 상기 하나의 브릿지-간 전환 유닛(106b)을 전기적으로 우회시키는 것을 더 포함하는,
    전압 변환 디바이스의 구성을 적응시키는 방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 브릿지-간 전환 유닛들(106a-106d) 각각의 이차 코일(110a-110d)은 상기 전압 변환 디바이스(100)의 공통 출력부(112)에 전기적으로 연결되고, 상기 전압 변환 유닛들(102a-102d) 중 상기 하나의 전압 변환 유닛(102b)을 이동시키는 것은 상기 전압 변환 디바이스(100)의 상기 공통 출력부(112)로부터 상기 브릿지-간 전환 유닛들(106a-106d) 중 상기 하나의 브릿지-간 전환 유닛(106b)의 이차 코일(110b)을 전기적으로 연결 해제시키는 것을 더 포함하는,
    전압 변환 디바이스의 구성을 적응시키는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 엘리먼트(102a-102d, 106a-106d)의 상기 활성 상태를 적응시키기 이전에, 상기 전압 변환 디바이스(100)의 에너지 소스 및 상기 전압 변환 디바이스(100)의 부하(114) 중 적어도 하나로부터 상기 전압 변환 디바이스(100)를 전기적으로 연결 해제시키는 단계, 및
    상기 엘리먼트(102a-102d, 106a-106d)의 상기 활성 상태를 적응시키는 것에 후속하여, 상기 전압 변환 디바이스(100)의 상기 에너지 소스 및 상기 전압 변환 디바이스(100)의 상기 부하(114) 중 적어도 하나에 상기 전압 변환 디바이스(100)를 전기적으로 연결시키는 단계
    를 더 포함하는,
    전압 변환 디바이스의 구성을 적응시키는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 엘리먼트(102a-102d, 106a-106d)의 상기 적응된 활성 상태에 기초하여, 상기 전압 변환 유닛들(102a-102d)의 스위칭 주파수를 적응시키는 단계
    를 더 포함하는,
    전압 변환 디바이스의 구성을 적응시키는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 전압 변환 디바이스(100)의 동작 온도에 기초하여, 상기 전압 변환 유닛들(102a-102d)에 의해 출력되는 전류를 적응시키는 단계
    를 더 포함하는,
    전압 변환 디바이스의 구성을 적응시키는 방법.
  8. 전압 변환 디바이스(100)를 위한 전압 변환 유닛으로서,
    상기 전압 변환 디바이스(100)는, 서로에 대하여 병렬로 전기 연결되는 전압 변환 유닛들(102a-102d) 및 브릿지-간 전환 유닛들(106a-106d)을 포함하고,
    상기 브릿지-간 전환 유닛들(106a-106d) 각각은 일차 코일(108a-108d) 및 이차 코일(110a-110d)을 포함하고,
    상기 전압 변환 유닛들(102a-102d) 각각은 상기 브릿지-간 전환 유닛들(106a-106d) 중 상이한 하나의 브릿지-간 전환 유닛의 일차 코일(108a-108d)에 전기적으로 연결되고,
    상기 전압 변환 유닛(102b)은 상기 브릿지-간 전환 유닛들(106a-106d) 중 하나의 브릿지-간 전환 유닛(106b)의 일차 코일(108b)에 전기적으로 연결 가능하고,
    상기 전압 변환 유닛(102b)은, 상기 전압 변환 유닛(102b)의 검출된 상태에 기초하여, 상기 전압 변환 유닛(102b)의 활성 상태가 적응되도록, 제1 포지션(140)으로부터 제2 포지션(142)으로 이동 가능한,
    전압 변환 디바이스를 위한 전압 변환 유닛.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전압 변환 유닛(102b)은, 상기 전압 변환 유닛(102b)이 상기 제1 포지션(140)에 있을 때, 상기 브릿지-간 전환 유닛들(106a-106d) 중 상기 하나의 브릿지-간 전환 유닛(106b)의 일차 코일(108b)에 전기적으로 연결 가능한 출력부(104b)를 포함하는,
    전압 변환 디바이스를 위한 전압 변환 유닛.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 브릿지-간 전환 유닛들(106a-106d) 중 각각의 브릿지-간 전환 유닛의 일차 코일(108a-108d)은 다른 브릿지-간 전환 유닛(106a-106d)의 하나의 이차 코일(110a-110d)에 전기적으로 연결되고, 상기 전압 변환 유닛(102b)은, 상기 전압 변환 유닛이 상기 제2 포지션(142)에 있을 때, 상기 브릿지-간 전환 유닛들 중 상기 하나의 브릿지-간 전환 유닛(106b)을 우회하기 위한 우회 엘리먼트(128b)를 포함하는,
    전압 변환 디바이스를 위한 전압 변환 유닛.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전압 변환 유닛(102b)은, 상기 전압 변환 유닛(102b)이 상기 제1 포지션(140)에 있을 때, 상기 브릿지-간 전환 유닛들(106a-106d) 중 상기 하나의 브릿지-간 전환 유닛(106b)의 이차 코일(110b)을 상기 전압 변환 디바이스(100)의 공통 출력부(112)에 전기적으로 연결시키기 위한 연결 엘리먼트(122b)를 포함하는,
    전압 변환 디바이스를 위한 전압 변환 유닛.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    연결 엘리먼트(122b) 및 우회 엘리먼트(128b) 중 적어도 하나는 나이프(knife) 콘택(124b, 130b)으로서 설계되는,
    전압 변환 디바이스를 위한 전압 변환 유닛.
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