KR20140030253A - High voltage energy harvesting and conversion renewable energy utility size electric power systems and visual monitoring and control systems - Google Patents

High voltage energy harvesting and conversion renewable energy utility size electric power systems and visual monitoring and control systems Download PDF

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KR20140030253A
KR20140030253A KR1020137032954A KR20137032954A KR20140030253A KR 20140030253 A KR20140030253 A KR 20140030253A KR 1020137032954 A KR1020137032954 A KR 1020137032954A KR 20137032954 A KR20137032954 A KR 20137032954A KR 20140030253 A KR20140030253 A KR 20140030253A
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올레그 에스. 피쉬맨
울리히 케이.더블유. 슈바베
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알렌콘 애퀴지션 컴퍼니 엘엘씨
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Abstract

직류 링크에 의해 중앙 그리드 동기식 다상 조절된 전류원 인버터 시스템에 연결된 고전압 재생 에너지 수확 네트워크를 구비한 재생 에너지 유틸리티 규모의 전력 시스템이 제공된다. 고전압 재생 에너지 수확 네트워크는 중앙식 그리드 동기식 다상 조절된 전류원 인버터 시스템으로의 재생 에너지의 전달을 제어하는 분산된 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기를 포함한다. 가상 이멀전 감시 및 제어 시스템은 3차원 시각지향형 가상현실 디스플레이, 커맨드 및 제어 환경을 위해 제공된다. A renewable energy utility scale power system is provided having a high voltage renewable energy harvesting network connected to a central grid synchronous polyphase regulated current source inverter system by a direct current link. The high voltage renewable energy harvesting network includes a distributed renewable energy power optimizer and transmitter that controls the transfer of renewable energy to a central grid synchronous polyphase regulated current source inverter system. A virtual emulsion monitoring and control system is provided for three-dimensional visually oriented virtual reality display, command and control environments.

Figure P1020137032954
Figure P1020137032954

Description

고전압 에너지 수확 및 변환, 재생 에너지 유틸리티 규모의 전력 시스템 및 그 시스템을 위한 시각적 감시 및 제어 시스템{HIGH VOLTAGE ENERGY HARVESTING AND CONVERSION RENEWABLE ENERGY UTILITY SIZE ELECTRIC POWER SYSTEMS AND VISUAL MONITORING AND CONTROL SYSTEMS}HIGH VOLTAGE ENERGY HARVESTING AND CONVERSION RENEWABLE ENERGY UTILITY SIZE ELECTRIC POWER SYSTEMS AND VISUAL MONITORING AND CONTROL SYSTEMS}

본 발명은 재생 에너지(renewable energy)의 유틸리티 규모의 전력 시스템에 관한 것이고, 더욱 상세하게는 고전압 에너지 수확 및 변환 재생 에너지 수집 및 변환 시스템, 및 DC-DC 변환의 조합이 사용되는 그러한 시스템을 위한 시각적 감시 및 제어 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a utility scale power system of renewable energy, and more particularly to a visual for such a system where a combination of high voltage energy harvesting and conversion renewable energy collection and conversion systems, and DC-DC conversion is used. It relates to a monitoring and control system.

본 명세서에서 사용된 용어 "재생 에너지 전력 시스템"은 솔라 팜(solar farm) 또는 발전소를 형성하기 위해 다수의 상호연결된 광발전 모듈 또는 윈드 팜(wind farm) 또는 발전소를 형성하는 다수의 상호연결된 풍력 터빈 발전기를 이용하는 유틸리티 규모의 전력 시스템을 의미한다. The term "renewable energy power system" as used herein refers to a plurality of interconnected wind turbines that form a plurality of interconnected photovoltaic modules or wind farms or power plants to form a solar farm or power plant. A utility scale power system using a generator.

유틸리티 규모(5 내지 100 메가와트(MWe) 범위의 출력 용량)의 태양 광발전 전력 시스템은, DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 함께 설치된 DC-AC 인버터에 DC 전력을 공급하는 태양 광발전 모듈과 같은 다수의 태양 광발전 전력 수집기를 포함한다.A utility scale (output capacity ranging from 5 to 100 megawatts (MWe)) photovoltaic power systems, such as photovoltaic modules that supply DC power to a co-located DC-AC inverter that converts DC power to AC power. And a plurality of solar power collectors.

유틸리티 규모의 풍력 전력 시스템은 다수의 전기적으로 상호연결된 풍력 터빈 발전기를 포함한다. 풍력 터빈 구동식 발전기 어셈블리는 전기 발전기에 적절하게 연결된 출력 축을 가진 풍력 터빈일 수 있다. 다양한 타입의 발전기 시스템이 풍력 터빈에 연결될 수 있다. 이러한 하나의 시스템은 타입 4 산업 지정 풍력 터빈 발전기 전력 시스템으로 주지되어 있는데, 이러한 발전기는 DC-AC 인버터로 공급되는 정류된 출력 DC 링크를 가진 정류기로 공급되는 가변 주파수, 가변 전압 출력을 가진 동기식 영구자석 발전기이다. 그 다음, 인버터 출력 전류는 인버터 출력 전압 레벨을 그리드(grid) 전압 레벨로 변환하는 라인 변환기를 통해 변환된다. Utility scale wind power systems include a number of electrically interconnected wind turbine generators. The wind turbine driven generator assembly may be a wind turbine with an output shaft suitably connected to an electrical generator. Various types of generator systems can be connected to the wind turbine. One such system is known as a type 4 industrial designated wind turbine generator power system, which is a synchronous permanent with variable frequency, variable voltage output supplied to a rectifier with a rectified output DC link to a DC-AC inverter. It is a magnet generator. The inverter output current is then converted through a line converter that converts the inverter output voltage level to a grid voltage level.

태양광 또는 풍력 재생 에너지 유틸리티 규모의 전력 시스템에 대하여, 전력 시스템 컴포넌트는 종래의 주거용 또는 상업용 규모의 발전소보다 매우 더 많은 땅위에 퍼져 있으므로, 종래의 규모의 발전소에서 사용되는 전형적인 원라인(one line) 중앙 제어판을 초과하는 전력 시스템의 물리적인 시각화 및 제어가 해결과제가 되었다.For solar or wind renewable energy utility scale power systems, power system components are spread out over much more land than conventional residential or commercial scale power plants, and thus are the typical one line used in conventional scale power plants. The challenge was the physical visualization and control of the power system beyond the central control panel.

본 발명의 하나의 목적은 재생 에너지 수확이 DC-DC 컨버터의 조합에 의해 수확 네트워크 내에서 분배되어 파워 최적화되는 중앙 그리드 동기식 다상 조절 전류원 인버터 시스템과 조합된 고전압 재생 에너지 수확 네트워크를 위한 감시 및 제어 시스템을 제공하는 것이다. One object of the present invention is a monitoring and control system for a high voltage renewable energy harvesting network in combination with a central grid synchronous polyphase regulated current source inverter system in which renewable energy harvesting is distributed and power optimized within the harvesting network by a combination of DC-DC converters. To provide.

본 발명의 다른 목적은 중앙 그리드 동기식 다상 조절 전류원 인버터 시스템과 조합된 고전압 에너지 수확 및 유틸리티 규모의 재생 에너지 시스템을 위한 시각적 감시 및 제어 시스템을 제공하는 것이다. It is another object of the present invention to provide a visual monitoring and control system for high voltage energy harvesting and utility scale renewable energy systems in combination with a central grid synchronous polyphase regulated current source inverter system.

본 발명의 다른 목적은 시스템 오퍼레이터에 의한 전력 시스템의 중앙식 입력 및 출력 제어 및 감시를 위한 3차원 시각지향형 가상현실 디스플레이 환경을 포함할 수 있는 재생 에너지 유틸리티 규모의 전력 시스템을 위한 파워 수집, 변환, 감시, 및 제어 시스템을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a power collection, conversion, It is to provide a monitoring and control system.

하나의 양태에서, 본 발명은 재생 에너지 유틸리티 규모의 전력 시스템이다. 본 시스템은 고전압 재생 에너지 수확 네트워크 및 중앙 그리드 동기식 다상 조절 전류원 인버터 시스템을 포함한다. 고전압 재생 에너지 수확 네트워크는 복수의 스트링(string)의 재생 에너지 수집기를 가지는데, 각각의 스트링은 DC 출력부를 가지고, 복수의 재생 에너지 파워 최적화기가 수확 네트워크 도처에 분산된다. 각각의 재생 에너지 파워 최적화기는 복수의 재생 에너지 수집기 스트링 중 적어도 하나의 DC 출력부에 연결된 적어도 하나의 에너지 수집기 스트링 파워 최적화기 입력부를 가진다. 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기 각각은 시스템 DC 링크에 연결된 고전압 DC 출력부를 가진다. 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기는 시스템 DC 링크의 전기 접지에 연결된 단일 전기적 중성부를 가지고 단일한 양의 고 전압 DC 출력부와 단일한 음의 고 전압 DC 출력부를 시스템 DC 링크로 제공하는 조합으로 배열된다. 중앙 그리드 동기식 다상 조절 전류원 인버터 시스템은 시스템 DC 링크에 연결되고, 고전압 전기 그리드에 연결될 수 있는 복수의 그리드 인버터 패키지 모듈을 가진다. In one aspect, the invention is a renewable energy utility scale power system. The system includes a high voltage renewable energy harvesting network and a central grid synchronous polyphase regulated current source inverter system. The high voltage renewable energy harvesting network has a plurality of strings of renewable energy collectors, each string having a DC output, and a plurality of renewable energy power optimizers are distributed throughout the harvest network. Each renewable energy power optimizer has at least one energy collector string power optimizer input coupled to at least one DC output of the plurality of renewable energy collector strings. Each of the plurality of renewable energy power optimizers and transmitters has a high voltage DC output connected to the system DC link. The plurality of renewable energy power optimizers and transmitters are a combination of providing a single positive high voltage DC output and a single negative high voltage DC output to the system DC link with a single electrical neutral connected to the electrical ground of the system DC link. Are arranged. The central grid synchronous polyphase regulated current source inverter system has a plurality of grid inverter package modules that are connected to the system DC link and can be connected to a high voltage electrical grid.

다른 양태에서, 본 발명은 재생 에너지 유틸리티 규모의 전력 시스템이다. 본 시스템은 고전압 재생 에너지 수확 네트워크; 중앙 그리드 동기식 다상 조절 전류원 인버터 시스템; 및 고전압 재생 에너지 수확 네트워크 및 중앙 그리드 동기식 다상 조절 전류원 인버터 시스템을 감시하고 제어하는 가상 이멀전 감시 시스템 및 중앙 제어 시스템을 포함한다. 고전압 재생 에너지 수확 네트워크는 각각의 스트링이 DC 출력부를 가지는 복수의 재생 에너지 수집기의 스트링, 및 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기를 가진다. 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기의 각각은 복수의 재생 에너지 수집기의 스트링 중 적어도 하나의 DC 출력부에 연결된 적어도 하나의 스트링 파워 최적화기 입력부를 가진다. 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기는 시스템 DC 링크의 전기 접지에 연결된 단일 전기 중성부를 가지고 단일한 양의 고 전압 DC 출력과 단일한 음의 고 전압 DC 출력을 시스템 DC 링크로 제공하는 조합으로 배열된다. 그리드 동기식 다상 조절 전류원 인버터 시스템은 시스템 DC 링크에 연결되고, 복수의 그리드 인버터 패키지 모듈을 가진다.In another aspect, the invention is a renewable energy utility scale power system. The system includes a high voltage renewable energy harvesting network; Central grid synchronous polyphase regulated current source inverter system; And a virtual emulsion monitoring system and a central control system for monitoring and controlling a high voltage renewable energy harvesting network and a central grid synchronous polyphase regulated current source inverter system. The high voltage renewable energy harvesting network has a string of a plurality of renewable energy collectors, each string having a DC output, and a plurality of renewable energy power optimizers and transmitters. Each of the plurality of renewable energy power optimizers and the transmitter has at least one string power optimizer input coupled to at least one DC output of the strings of the plurality of renewable energy collectors. The plurality of renewable energy power optimizers and transmitters are arranged in a combination that provides a single positive high voltage DC output and a single negative high voltage DC output to the system DC link with a single electrical neutral connected to the electrical ground of the system DC link. do. The grid synchronous polyphase regulated current source inverter system is connected to the system DC link and has a plurality of grid inverter package modules.

다른 양태에서, 본 발명은 유틸리티 규모의 재생 에너지 시스템으로부터 재생 에너지를 수확, 변환, 감시, 및 제어하는 방법이다. 재생 에너지 시스템은 고전압 재생 에너지 수확 네트워크를 포함한다. 고전압 재생 에너지 수확 네트워크는 복수의 재생 에너지 수집기 스트링을 포함하는데, 복수의 재셍 에너지 수집기의 각각은 DC 출력부를 가진다. 고전압 재생 에너지 수확 네트워크는 또한 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기를 포함한다. 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기의 각각은 복수의 재생 에너지 수집기의 스트링 중 적어도 하나의 DC 출력부에 연결된 적어도 하나의 스트링 파워 최적화기 입력부를 가진다. 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기는 시스템 DC 링크의 전기 접지에 연결된 단일 전기 중성부를 가지고 단일한 양의 고 전압 DC 출력과 단일한 음의 고 전압 DC 출력을 시스템 DC 링크로 제공하는 조합으로 배열된다. 본 재생 에너지 시스템은 또한 시스템 DC 링크에 연결되고 복수의 그리드 인버터 패키지 모듈을 가지는 중앙 그리드 동기식 다상 조절 전류원 인버터 시스템을 포함한다. 본 발명에서, 고전압 재생 에너지 수확 네트워크의 가상 이멀전 감시는 3차원 시각지향형 가상현실 디스플레이 환경에서 수행되고, 고전압 재생 에너지 수확 네트워크 및 중앙 그리드 동기식 다상 조절 전류원 인버터 시스템은 3차원 시각지향형 가상현실 디스플레이 환경과 통신하여 중앙 제어된다. In another aspect, the present invention is a method for harvesting, converting, monitoring, and controlling renewable energy from a utility scale renewable energy system. The renewable energy system includes a high voltage renewable energy harvesting network. The high voltage renewable energy harvesting network includes a plurality of renewable energy collector strings, each of the plurality of renewable energy collectors having a DC output. The high voltage renewable energy harvesting network also includes a plurality of renewable energy power optimizers and transmitters. Each of the plurality of renewable energy power optimizers and the transmitter has at least one string power optimizer input coupled to at least one DC output of the strings of the plurality of renewable energy collectors. The plurality of renewable energy power optimizers and transmitters are arranged in a combination that provides a single positive high voltage DC output and a single negative high voltage DC output to the system DC link with a single electrical neutral connected to the electrical ground of the system DC link. do. The renewable energy system also includes a central grid synchronous polyphase regulated current source inverter system connected to the system DC link and having a plurality of grid inverter package modules. In the present invention, the virtual emulsion monitoring of the high voltage renewable energy harvesting network is performed in a 3D visually oriented virtual reality display environment, and the high voltage renewable energy harvesting network and the central grid synchronous polyphase regulated current source inverter system are a 3D visually oriented virtual reality display environment. In communication with the central control.

본 발명의 상기 및 다른 양태는 본 명세서 및 첨부된 청구항에 더 설명된다.These and other aspects of the invention are further described herein and in the appended claims.

본 발명의 설명을 위해, 현재 바람직한 형태가 도면에 도시되어 있다. 그러나, 본 발명이 도시된 정확한 배열 및 수단으로 제한되는 것은 아님을 이해해야 한다.
도 1은 태양 에너지의 수집 및 변환을 위한 재생 에너지 유틸리티 규모의 전력 시스템 및 상기 전력 시스템을 위한 본 발명의 감시 및 제어 시스템의 하나의 예의 간단한 원라인 블록 다이어그램이다.
도 2a는 본 발명에서 사용될 수 있는 태양 에너지 최적화기 및 전송기의 하나의 예의 도면이다.
도 2b는 본 발명에서 사용될 수 있는 태양 에너지 최적화기 및 전송기의 하나의 예의 또다른 도면이다.
도 3a는 도 2a에 도시된 태양 에너지 최적화기 및 전송기에서 사용될 수 있는 공진 DC-DC 컨버터의 하나의 예의 도면이다.
도 3b는 도 2b에 도시된 태양 에너지 최적화기 및 전송기에서 사용될 수 있는 공진 DC-DC 컨버터의 하나의 예의 도면이다.
도 4는 DC-DC 컨버터의 입력에 연결된 광발전 스트링 전압이 낮을 때 도 3a 및 도 3b에 도시된 공진 DC-DC 컨버터의 공진 부근의 인버터 전류의 파형을 도시한다.
도 5는 DC-DC 컨버터의 입력에 연결된 광발전 스트링 전압이 높을 때 도 3a 및 도 3b에 도시된 공진 DC-DC 컨버터의 공진을 벗어난 인버터 전류의 파형을 도시한다.
도 6은 본 발명에 사용되는 솔라 팜의 태양 광발전 모듈과 태양 에너지 최적화기 및 전송기 사이의 상호연결의 하나의 예이다.
도 7은 본 발명의 3차원 시각지향형 가상현실 디스플레이 환경에서의 하나의 3차원 시각적 디스플레이 프레임(frame)의 간단한 흑백 렌디션(rendition)이다.
도 8은 풍력의 수집 및 변환을 위한 재생 에너지 유틸리티 규모의 전력 시스템 및 상기 전력 시스템을 위한 본 발명의 감시 및 제어 시스템의 하나의 예의 간단한 원라인 블록 다이어그램이다.
For the purpose of illustrating the invention, presently preferred forms are shown in the drawings. However, it should be understood that the invention is not limited to the precise arrangements and instrumentalities shown.
1 is a simple one-line block diagram of one example of a renewable energy utility scale power system for the collection and conversion of solar energy and one example of the present monitoring and control system for the power system.
2A is a diagram of one example of a solar energy optimizer and transmitter that may be used in the present invention.
2B is another illustration of one example of a solar energy optimizer and transmitter that may be used in the present invention.
3A is a diagram of one example of a resonant DC-DC converter that may be used in the solar energy optimizer and transmitter shown in FIG. 2A.
FIG. 3B is a diagram of one example of a resonant DC-DC converter that may be used in the solar energy optimizer and transmitter shown in FIG. 2B.
4 shows the waveform of the inverter current near the resonance of the resonant DC-DC converter shown in FIGS. 3A and 3B when the photovoltaic string voltage connected to the input of the DC-DC converter is low.
FIG. 5 shows the waveform of the inverter current out of resonance of the resonant DC-DC converter shown in FIGS. 3A and 3B when the photovoltaic string voltage connected to the input of the DC-DC converter is high.
6 is an example of an interconnection between a solar farm's photovoltaic module and solar energy optimizer and transmitter used in the present invention.
7 is a simple black and white rendition of one three-dimensional visual display frame in the three-dimensional visually oriented virtual reality display environment of the present invention.
8 is a simple one-line block diagram of one example of a renewable energy utility scale power system for the collection and conversion of wind power and one example of the present monitoring and control system for the power system.

도 1은 태양 에너지의 수집 및 변환을 위한 재생 에너지 유틸리티 규모의 전력 시스템, 및 전력 시스템을 위한 본 발명의 감시 및 제어 시스템의 하나의 예의 간단한 원-라인 블록 다이어그램이다. 본 예에서, 고전압, 태양 광발전 에너지 수집("수확"이라고도 함) 네트워크(12); 중앙 그리드 동기식 다상 조절 전류원 인버터 시스템(14); 및 옵션의 가상 이멀전(virtual immersion) 감시 및 제어 시스템(16)이 존재한다. 승압 변압기(step-up transformer)(18)는 그리드 인버터 패키지(Grid Inverter Package Module: 이하 GrIP라 함) 모듈(14a-14d) 내의 인버터의 출력을 고전압 전기 그리드로부터 전기적으로 격리시킨다.1 is a simple one-line block diagram of one example of a renewable energy utility scale power system for the collection and conversion of solar energy, and one example of the present monitoring and control system for the power system. In this example, a high voltage, photovoltaic energy collection (also called "harvest") network 12; A central grid synchronous polyphase regulated current source inverter system 14; And an optional virtual immersion monitoring and control system 16. A step-up transformer 18 electrically isolates the output of the inverter in the Grid Inverter Package Module (GRP) module 14a-14d from the high voltage electrical grid.

고전압 태양 광발전 에너지 수확 네트워크 및 중앙 그리드 동기식 다상 조절 전류원 인버터 시스템은 미국특허번호 제 8,130,518호에 더 설명되어 있다.High voltage photovoltaic energy harvesting networks and central grid synchronous polyphase regulated current source inverter systems are further described in US Pat. No. 8,130,518.

가상 이멀전 감지 및 제어 시스템은 가상 이멀전 장비 와치독(Virtual Immersion Equipment Watchdog: 이하 VIEW라 함) 모듈(16a) 및 중앙 제어 모듈(16b)을 포함한다. The virtual emulsion detection and control system includes a Virtual Immersion Equipment Watchdog (VIEW) module 16a and a central control module 16b.

도 1의 고전압 태양 광발전 에너지 수집 네트워크(12)에서 사용될 수 있는 태양 파워 최적화기 및 전송기(Solar Power Optimizer and Transmitter: 이하 SPOT이라 함)의 하나의 예는 도 2a에 도시되어 있다. 도 2a의 SPOT(20)은 복수의 DC-DC 컨버터(20a)(본 예에서는 4개); (본 예에서 마이크로프로세서(μP)로 표현되는) 프로세서(20b); 및 (송수신 안테나(20c')와 함께 본 예에서 무선 주파수(RF) 송수신기로 표현되는) 송수신기(20c)를 포함한다.One example of a Solar Power Optimizer and Transmitter (hereinafter referred to as SPOT) that can be used in the high voltage photovoltaic energy collection network 12 of FIG. 1 is shown in FIG. 2A. The SPOT 20 of FIG. 2A includes a plurality of DC-DC converters 20a (four in this example); A processor 20b (represented in this example by a microprocessor μP); And a transceiver 20c (represented in this example as a radio frequency (RF) transceiver) with a transmit / receive antenna 20c '.

도 2a에서 4개의 DC-DC 컨버터는 가변 광발전 "스트링" 전압 및 전류를 병렬의 고정된 고전압(예컨대, 1,250 볼트 DC)으로 변환한다. 본 예에서, 도 2a에 도시된 바와 같이 두 컨버터의 양(+)의 출력은 함께 병렬로 연결되고 다른 두 컨버터의 음(-)의 출력은 함께 병렬로 연결된다. 4개의 컨버터의 나머지 4개의 출력은 도 2a에 도시된 바와 같이 함께 공통으로 연결되어 커먼(뉴트럴) 회로를 형성한다. 컨버터의 병렬의 양 및 음의 출력들은 각각의 DC-DC 컨버터의 출력 전압(예컨대, 1.25 kV DC)의 2배인 높은 DC 전압(예컨대, 2.5 kV DC)에서 (도 1 및 도 2a에서 DC 링크 버스(22)로 식별되는) 시스템 DC 링크와 직렬로 연결된다(클램핑된다). 원-라인 다이어그램 도 1을 다시 참조하면, (도 2a에 도시된) 복수의 태양 파워 최적화기 및 전송기는 복수의 태양 광발전 모듈(30)에 연결될 수 있다. 따라서, 도 2a의 4개의 DC-DC 컨버터의 조합은 도면의 우측 상의 제 1 쌍의 컨버터와 도면의 좌측 상의 제 2 쌍의 컨버터로서 기술될 수 있으며, 여기서, 제 1 쌍의 컨버터의 양의 출력 연결은 단일한 양의 고전압 DC 출력을 형성하고; 제 2 쌍의 컨버터의 음의 출력 연결은 단일한 음의 고 전압 DC 출력을 형성하고; 및 제 1 쌍의 컨버터의 음의 출력 연결은 제 2 쌍의 컨버터의 양의 출력 연결과 함께 시스템 DC 링크의 커먼으로의 단일한 뉴트럴 연결을 형성한다. 본 발명의 다른 예에서, 임의의 짝수의 DC-DC 컨버터가 4개의 DC-DC 컨버터 예에 대해 상술한 것과 유사한 시스템 DC 링크에 대한 단일한 뉴트럴 연결을 가진 단일한 양의 고전압 DC 출력과 단일한 음의 고전압 DC 출력을 달성하기 위해 상호연결된 출력을 가지고 배열될 수 있다.In FIG. 2A four DC-DC converters convert the variable photovoltaic "string" voltage and current into a fixed, high voltage in parallel (eg, 1,250 volts DC). In this example, the positive outputs of the two converters are connected together in parallel and the negative outputs of the other two converters are connected together in parallel as shown in FIG. 2A. The remaining four outputs of the four converters are commonly connected together as shown in FIG. 2A to form a common (neutral) circuit. The parallel positive and negative outputs of the converter are at a high DC voltage (eg 2.5 kV DC) that is twice the output voltage of each DC-DC converter (eg 1.25 kV DC) (eg DC link bus in FIGS. 1 and 2A). Connected in series with the system DC link (identified by 22) (clamped). One-Line Diagram Referring again to FIG. 1, a plurality of solar power optimizers and transmitters (shown in FIG. 2A) may be connected to a plurality of photovoltaic modules 30. Thus, the combination of the four DC-DC converters of FIG. 2A can be described as a first pair of converters on the right side of the figure and a second pair of converters on the left side of the figure, wherein the positive output of the first pair of converters The connection forms a single positive high voltage DC output; The negative output connections of the second pair of converters form a single negative high voltage DC output; And the negative output connection of the first pair of converters together with the positive output connection of the second pair of converters form a single neutral connection to the common of the system DC link. In another example of the present invention, any even DC-DC converter is single with a single amount of high voltage DC output with a single neutral connection to a system DC link similar to that described above for the four DC-DC converter examples. It can be arranged with interconnected outputs to achieve a negative high voltage DC output.

도 3a는 도 2a에 도시된 태양 파워 최적화기 및 전송기(20)에 사용될 수 있는 DC-DC 컨버터의 하나의 간단한 예이다. 각각의 DC-DC 컨버터는 두 부분: 직렬 공진 풀 브릿지 인버터(20a')(본 예에서 반도체 스위칭 장치 Q1 내지 Q4로 도시됨) 및 컴비네이션 출력 필터와 단일한 정류자 부(20a")로 이루어진다. 이들은 고주파수(10 kHz 내지 20 kHz 범위) 변압기(Tx)를 통해 서로 격리된다. 단자(1 및 2)에서 입력 광발전 스트링 소스로부터 인출되는 전력은 인버터의 동작 주파수와 함께 변한다. 입력 전류(Idc) 및 전압(E)은 도 2a의 프로세서(20b)에 의해 측정되는데, 이 프로세서는 인버터의 동작 주파수를 조절하여 DC-DC 컨버터가 최대 전력 포인트 값에서 동작하게 한다. 컨버터의 입력 인버터의 동작 주파수는 직렬 공진 루프를 형성하는 도 3a의 인덕터 Ltank 및 커패시터 Ctank의 값에 의해 정해지는 공진값 부근에서 변화된다. 동작 주파수가 공진점에 접근할수록, 인버터는 입력 광발전 스트링으로부터 더 많은 전류를 인출하고, 이는 광 발전 스트링 전압을 강하시킨다. 아래에 더 상세하게 기술된 바와 같이, 프로세서(20b)의 기능 중 하나는 광발전 스트링 전압 및 전류의 수학적 프로덕트를 최대 전력 포인트 값으로 유지하는 것이다. 도 4는 입력 광발전 스트링 전압이 낮을 때 공진값 부근의 인버터 출력 전류를 도시하고, 도 5는 광발전 스트링 전압이 높을 때 공진값에서 벗어난 인버터 전류를 도시한다.3A is one simple example of a DC-DC converter that may be used in the solar power optimizer and transmitter 20 shown in FIG. 2A. Each DC-DC converter consists of two parts: a series resonant full bridge inverter 20a '(shown in this example as semiconductor switching devices Q1 to Q4) and a combination output filter and a single commutator section 20a ". Isolated from each other via a high frequency (range of 10 kHz to 20 kHz) transformer Tx The power drawn from the input photovoltaic string source at terminals 1 and 2 changes with the operating frequency of the inverter. The voltage E is measured by the processor 20b of Fig. 2A, which adjusts the operating frequency of the inverter so that the DC-DC converter operates at the maximum power point value. It changes around the resonance value determined by the values of the inductor Ltank and capacitor Ctank of Fig. 3A, which form a resonant loop. Draws more current from the string, which lowers the photovoltaic string voltage As described in more detail below, one of the functions of the processor 20b is to convert the mathematical product of the photovoltaic string voltage and current to the maximum power point. 4 shows the inverter output current near the resonance value when the input photovoltaic string voltage is low, and FIG. 5 shows the inverter current deviating from the resonance value when the photovoltaic string voltage is high.

프로세서(20b)는 각각의 DC-DC 컨버터(20a)로의 입력부에서 스트링 전압 및 전류를 감지하는 I/O 장치와 통신하는 마이크로프로세서일 수 있다. 이 프로세서는 각각의 컨버터의 입력부에서의 스트링 전압 및 전류를 감시하고, 최대 파워 포인트 추적(MPPT) 알고리즘을 위한 컴퓨터 코드를 실행함으로써 각각의 태양 광 발전 모듈 스트링으로부터 최대 파워를 수확하기 위해 각각의 컨버터의 동작을 제어한다. 예를 들어, 이 알고리즘은 DC-DC 컨버터의 동작 주파수가 소량 변화되는 "방해 및 관찰(disturb and observe)" 서브루틴을 포함할 수 있고, MPPT 알고리즘은 주파수 섭동(perturbation)에 따라 수확된 파워가 증가 또는 감소했는지 판정한다.The processor 20b may be a microprocessor in communication with an I / O device that senses string voltage and current at the input to each DC-DC converter 20a. The processor monitors the string voltage and current at the input of each converter and executes the computer code for the maximum power point tracking (MPPT) algorithm to harvest the maximum power from each string of photovoltaic modules. To control the operation. For example, this algorithm may include a "disturb and observe" subroutine in which the operating frequency of the DC-DC converter changes only a small amount, and the MPPT algorithm uses the power harvested according to frequency perturbation. Determine if it is increased or decreased.

송수신기(20c)는 본 발명의 특정 예에서 사용된다면 파워 시스템 데이터를 가상 이멀전 감시 및 제어 시스템으로 전송한다. 파워 시스템 데이터는: 스트링 전압 크기; 스트링 전류 크기; 스트링 파워 크기; SPOT 출력 전류 크기; SPOT 동작 온도; 및 SPOT이 모든 입력 광 발전 스트링으로부터 전체 최대 입력 파워로 동작하고 있는지, 또는 적어도 일부의 입력 광 발전 스트링으로부터 제한된 최대 입력 파워로 동작하고 있는지 여부와 같은 SPOT 동작 상태 데이터를 포함할 수 있다. 송수신기(20c)는 파워 시스템 제한 커맨드 데이터, 및 파워 시스템 온오프 상태 또는 컨트롤을 포함할 수 있는 파워 시스템 데이터를 수신한다. 예컨대, 파워 시스템 온오프 상태는 특정 DC-DC 컨버터가 동작 오실레이션 상태에 있는지(파워 시스템 온) 감지함으로써 판정될 수 있다. (중앙 제어 모듈로부터의) 원격 파워 시스템 온 또는 오프 커맨드는 SPOT의 유지보수를 용이하게 하기 위해 사용될 수 있다. 송수신기(20c)가 전송하고 수신하는 하나의 방법은 메쉬(mesh) 라디오 시스템을 통한다.The transceiver 20c transmits power system data to the virtual emulsion monitoring and control system if used in certain examples of the invention. Power system data include: string voltage magnitude; String current magnitude; String power size; SPOT output current magnitude; SPOT operating temperature; And SPOT operating state data such as whether the SPOT is operating at full maximum input power from all input photovoltaic strings or at a limited maximum input power from at least some input photovoltaic strings. The transceiver 20c receives power system limit command data and power system data that may include a power system on or off state or control. For example, the power system on / off state may be determined by detecting whether a particular DC-DC converter is in an operating oscillation state (power system on). Remote power system on or off commands (from the central control module) can be used to facilitate maintenance of the SPOT. One way the transceiver 20c transmits and receives is via a mesh radio system.

도 2b는 도 1의 고전압 태양 광발전 에너지 수집 네트워크(12)의 일부 예에서 사용되는 대안의 태양 파워 최적화기 및 전송기(SPOT)를 도시한다. 도 2b의 SPOT(25)은 복수의 더블 정류자 DC-DC 컨버터(25a)(본 예에서는 4개); (본 예에서 마이크로프로세서(μP)로 표현되는) 프로세서(20b); 및 (송수신 안테나(20c')와 함께 본 예에서 무선 주파수(RF) 송수신기로 표현되는) 송수신기(20c)를 포함한다.FIG. 2B illustrates an alternative solar power optimizer and transmitter (SPOT) used in some examples of the high voltage photovoltaic energy collection network 12 of FIG. 1. The SPOT 25 of FIG. 2B includes a plurality of double commutator DC-DC converters 25a (four in this example); A processor 20b (represented in this example by a microprocessor μP); And a transceiver 20c (represented in this example as a radio frequency (RF) transceiver) with a transmit / receive antenna 20c '.

도 2b에서 4개의 더블 정류자 DC-DC 컨버터는 가변 광발전 "스트링" 전압 및 전류를 병렬의 고정된 고전압(예컨대, 1,250 볼트 DC)으로 변환한다. 본 예에서, 도 2b에 도시된 바와 같이 컨버터의 4개의 양(+)의 출력은 함께 병렬로 연결되어 양의 DC 링크로의 연결을 형성하고 컨버터의 4개의 음(-)의 출력은 함께 병렬로 연결되어 음의 DC 링크로의 연결을 형성한다. 4개의 컨버터의 나머지 8개의 출력은 도 2b에 도시된 바와 같이 함께 공통으로 연결되어 전기적 중성부(커먼)로의 공통 연결을 형성한다. 컨버터의 병렬의 양 및 음의 출력들은 각각의 DC-DC 컨버터의 출력 전압(예컨대, 1.25 kV DC)의 2배인 높은 DC 전압(예컨대, 2.5 kV DC)에서 (도 1 및 도 2b에서 DC 링크 버스(22)로 식별되는) DC 링크와 병렬로 연결된다(클램핑된다). 원-라인 다이어그램 도 1을 다시 참조하면, (도 2b에 도시된) 복수의 태양 파워 최적화기 및 전송기는 복수의 태양 광발전 모듈(30)에 연결될 수 있다. 따라서, 도 2b의 4개의 DC-DC 컨버터의 조합은 각각의 컨버터가 양의 정류자((REC2) 및 음의 정류자(REC1)로서 표시된 정류자 쌍을 가진 4 개의 DC-DC 컨버터의 조합으로서 기술될 수 있다. 양의 정류자 모두의 양의 출력은 함께 연결되어 단일한 양의 고전압 DC 출력을 형성하고; 음의 정류자 모두의 음의 출력은 단일한 음의 고 전압 DC 출력을 형성하고; 및 양의 정류자의 음의 연결은 음의 정류자의 양의 연결과 함께 연결되어 시스템 DC 링크의 커먼으로의 단일한 뉴트럴 연결을 형성한다. 본 발명의 다른 예에서, 임의의 짝수의 DC-DC 컨버터가 4개의 DC-DC 컨버터 예에 대해 상술한 것과 유사한 시스템 DC 링크에 대한 단일한 뉴트럴 연결을 가진 단일한 양의 고전압 DC 출력과 단일한 음의 고전압 DC 출력을 달성하기 위해 상호연결된 출력을 가지고 배열될 수 있다.In FIG. 2B four double commutator DC-DC converters convert the variable photovoltaic "string" voltage and current into a fixed, high voltage in parallel (eg, 1,250 volts DC). In this example, as shown in FIG. 2B, the four positive outputs of the converter are connected together in parallel to form a connection to the positive DC link and the four negative outputs of the converter are parallel together. Are connected to form a connection to the negative DC link. The remaining eight outputs of the four converters are commonly connected together as shown in FIG. 2B to form a common connection to the electrical neutral (common). The parallel positive and negative outputs of the converter are at a high DC voltage (eg, 2.5 kV DC) that is twice the output voltage (eg, 1.25 kV DC) of each DC-DC converter (eg DC link bus in FIGS. 1 and 2B). Connected in parallel with the DC link (identified by 22) (clamped). One-Line Diagram Referring again to FIG. 1, a plurality of solar power optimizers and transmitters (shown in FIG. 2B) may be connected to a plurality of photovoltaic modules 30. Thus, the combination of four DC-DC converters of FIG. 2B can be described as a combination of four DC-DC converters, with each converter having a pair of commutators marked as positive commutator (REC2) and negative commutator (REC1). Positive outputs of all positive commutators are connected together to form a single positive high voltage DC output; negative outputs of all negative commutators form a single negative high voltage DC output; and positive commutator The negative connection of is coupled together with the positive connection of the negative commutator to form a single neutral connection to the common of the system DC link In another example of the invention, any even DC-DC converter is connected to four DCs. It can be arranged with interconnected outputs to achieve a single positive high voltage DC output and a single negative high voltage DC output with a single neutral connection to the system DC link similar to that described above for the DC converter example.

도 3b는 도 2b에 도시된 태양 파워 최적화기 및 전송기(25)에 사용될 수 있는 더블 정류자 DC-DC 컨버터의 하나의 간단한 예이다. 각각의 DC-DC 컨버터는 두 부분: 직렬 공진 풀 브릿지 인버터(25a') 및 컴비네이션 2 출력(더블 또는 쌍) 정류자 및 필터 부(25a")로 이루어진다. 이들은 고주파수(10 kHz 내지 20 kHz 범위) 변압기(Tx)를 통해 서로 격리된다. 단자(1 및 2)에서 입력 광발전 스트링 소스로부터 인출되는 전력은 인버터의 동작 주파수와 함께 변한다. 입력 전류(Idc) 및 전압(E)은 도 2b의 프로세서(20b)에 의해 측정되는데, 이 프로세서는 인버터의 동작 주파수를 조절하여 DC-DC 컨버터가 최대 전력 포인트 값에서 동작하게 한다. 컨버터의 입력 인버터의 동작 주파수는 직렬 공진 루프를 형성하는 도 3b의 인덕터 Ltank 및 커패시터 Ctank의 값에 의해 정해지는 공진값 부근에서 변화된다. 동작 주파수가 공진점에 접근할수록, 인버터는 입력 광발전 스트링으로부터 더 많은 전류를 인출하고, 이는 광 발전 스트링 전압을 강하시킨다. 아래에 더 상세하게 기술된 바와 같이, 프로세서(20b)의 기능 중 하나는 광발전 스트링 전압 및 전류의 수학적 프로덕트를 최대 전력 포인트 값으로 유지하는 것이다. 도 4는 입력 광발전 스트링 전압이 낮을 때 공진값 부근의 인버터 출력 전류를 도시하고, 도 5는 광발전 스트링 전압이 높을 때 공진값에서 벗어난 인버터 전류를 도시한다.FIG. 3B is one simple example of a double commutator DC-DC converter that may be used in the solar power optimizer and transmitter 25 shown in FIG. 2B. Each DC-DC converter consists of two parts: a series resonant full bridge inverter 25a 'and a combination 2 output (double or pair) commutator and filter section 25a ". These are high frequency (ranges from 10 kHz to 20 kHz) transformers. The power withdrawn from the input photovoltaic string source at terminals 1 and 2 changes with the operating frequency of the inverter, input current Idc and voltage E are shown in FIG. Measured by 20b), the processor adjusts the operating frequency of the inverter to cause the DC-DC converter to operate at the maximum power point value The operating frequency of the input inverter of the converter is the inductor Ltank of Figure 3b forming a series resonant loop. And near the resonance value determined by the value of the capacitor Ctank. As the operating frequency approaches the resonance point, the inverter draws more current from the input photovoltaic string, Lowers the photovoltaic string voltage, as described in more detail below, one of the functions of the processor 20b is to maintain the mathematical product of the photovoltaic string voltage and current at the maximum power point value. The inverter output current near the resonance value when the input photovoltaic string voltage is low, and FIG. 5 shows the inverter current deviated from the resonance value when the photovoltaic string voltage is high.

도 2a, 2b, 3a, 및 3b에서 사용되는 DC-DC 컨버터의 제어는 DC-DC 컨버터의 인버터부에서 사용되는 스위칭 장치(본 예에서 반도체 Q1 내지 Q4)의 정류 주파수를 변화시킴으로써 인버터 컨트롤러에 의해 수행될 수 있다.The control of the DC-DC converter used in FIGS. 2A, 2B, 3A, and 3B is controlled by the inverter controller by changing the rectification frequency of the switching device (semiconductors Q1 to Q4 in this example) used in the inverter section of the DC-DC converter. Can be performed.

대안으로, DC-DC 컨버터의 제어는 공진 주파수 근처에 고정되게 유지하면서 각각의 시간동안 DC-DC 컨버터의 인버터부에서 사용되는 스위칭 장치의 전도 듀레이션을 변화시킴으로써 인버터 컨트롤러에 의해 수행될 수 있다.Alternatively, control of the DC-DC converter can be performed by the inverter controller by varying the conduction duration of the switching device used in the inverter section of the DC-DC converter during each time while keeping it fixed near the resonant frequency.

대안으로, DC-DC 컨버터의 제어는 인버터 스위칭 장치의 정류 주파수를 변화시키는 것과 인버터 스위칭 장치의 전도 듀레이션을 변화시키는 것의 조합에 의해 수행될 수 있다. 즉, 컨버터 제어는 제 1 범위에서 인버터 스위칭 장치의 정류 주파수를 변화시키고 제 2 범위에서 정류 주파수를 고정되게 유지하면서 각각의 시간동안 인버터 스위칭 장치의 전도 듀레이션을 변화시킴으로써 수행될 수 있다. 가변 주파수 범위는 공진 주파수 근처인 반면, 고정 주파수와 인버터 스위칭 장치의 전도 시간의 가변 듀레이션은 공진에서 멀리 벗어난 범위이다.Alternatively, the control of the DC-DC converter may be performed by a combination of changing the commutation frequency of the inverter switching device and changing the conduction duration of the inverter switching device. That is, the converter control can be performed by changing the rectified frequency of the inverter switching device in the first range and changing the conduction duration of the inverter switching device for each time while keeping the rectified frequency fixed in the second range. The variable frequency range is near the resonant frequency, while the variable duration of the fixed frequency and the conduction time of the inverter switching device is far from resonance.

도 2a 및 2b에 도시된 태양 파워 최적화기 및 전송기를 사용하는 본 발명의 하나의 예에서, 각각의 광발전 스트링(31)은 20 내지 25개의 광발전 모듈을 포함할 수 있다. 각각의 스트링의 출력은 태양 조사량, 그림자, 또는 환경적 열화와 같은 태양 에너지 시스템 파라미터에 따라 전형적으로 (400 내지 1,000 볼트 DC에서) 1 내지 10 암페어 DC 사이이다. 4개의 태양 광발전 모듈 스트링의 클러스터는 4개의 스트링 입력을 가진 각각의 SPOT에 대하여 대략 25,000 와트의 최대값을 위해 대략 200 내지 6,250 사이의 "입력 스트링당 와트"를 산출하기 위해 도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이 단일 SPOT에 연결될 수 있다. In one example of the invention using the solar power optimizer and transmitter shown in FIGS. 2A and 2B, each photovoltaic string 31 may include 20 to 25 photovoltaic modules. The output of each string is typically between 1 and 10 amp DC (at 400 to 1,000 volts DC), depending on solar energy system parameters such as solar dosage, shadow, or environmental degradation. A cluster of four photovoltaic module strings is shown in FIGS. 2A and 2B to calculate a "watts per input string" between approximately 200 and 6,250 for a maximum value of approximately 25,000 watts for each SPOT with four string inputs. As shown, it may be connected to a single SPOT.

본 발명의 태양 파워 최적화기 및 전송기를 사용하는 재생 에너지 유틸리티 규모의 전력 시스템을 상호연결하는 하나의 예는 도 6에 도시되어 있다. 최대 개수의, 예컨대, 20개의 태양 파워 최적화기 및 전송기는 각각 도 6에 도시된 SPOT "수평" 버스(21a, 21b, 21c ... 21x)를 공유할 수 있다. 예컨대, SPOT 수평 버스(21a)는 버스에 연결된 20개의 태양 파워 최적화기 및 송수신기(21a1 내지 21a20)를 가진다. 이러한 상호연결된 20개의 태양 파워 최적화기 및 전송기, 및 이러한 20개의 태양 파워 최적화기 및 전송기에 연결된 광발전 모듈은 고전압의 일부분을 나타내는 광발전 에너지 수확 어레이(21), 도 1에 도식적으로 도시된 광발전 에너지 수집 네트워크(12)를 포함하고, 태양 방사선으로부터 최대 500 kW를 산출할 수 있다. 광발전 에너지 수확 어레이(21)는 광발전 에너지 수확 어레이(21) 내의 20개의 태양 파워 최적화기 및 전송기 각각에 연결된 광발전 모듈의 4개의 (광발전) 스트링을 포함할 수 있는데, 각각의 광발전 스트링은 직렬로 연결된 대략 20 내지 25개의 광발전 모듈로 이루어진다. 광발전 모듈의 4개의 광발전 스트링의 조합은 대략 80 내지 100개의 모듈로 이루어진 광발전 "클러스터"와 동등할 수 있어, 광발전 에너지 수확 어레이(21) 내에 20개의 태양 파워 최적화기 및 전송기와 함께, 총 1,600 내지 2,000개의 광발전 모듈이 SPOT 수평 버스(21a)에 연결된다. SPOT 수평 버스(21b ... 21x)(여기서, "x"는 광발전 수집 네트워크(23)를 포함하는 마지막 버스 및 어레이를 나타내는 변수)를 포함하는 각각의 다른 광발전 에너지 수확 어레이는 또한 태양 방사선; 도 6에 도시되지 않는 다른 어레이 내의 태양 파워 최적화기 및 전송기에 연결된 광발전 스트링으로부터 최대 500 kW를 산출할 수 있다. 각각의 SPOT 수평 버스는 각각 중앙 그리드 동기식 다상 조절 전류원 인버터 시스템(14) 내의 그리드 인버터 패키지 모듈(14a, 14b, 14c 및 14d)까지 SPOT 수직 버스(도 6의 26a, 26b, 26c ... 26x)에 연결된다. 이러한 실제적인 배열은 태양 파워 최적화기 및 전송기 각각에 연결된 광발전 모듈의 어레이에 의해 공급되는 최대 10 암페어 DC를 기초로, 200 암페어 DC의 최대 전류 용량으로 SPOT 수직 버스 각각을 형성하는 컨덕터의 크기를 제한할 것이다. One example of interconnecting a renewable energy utility scale power system using the solar power optimizer and transmitter of the present invention is shown in FIG. 6. The maximum number of, for example, twenty solar power optimizers and transmitters may each share the SPOT "horizontal" buses 21a, 21b, 21c ... 21x shown in FIG. For example, has a horizontal bus SPOT (21a) is 20 solar power optimizer and a transceiver coupled to the bus (21a 1 to 21a 20). These interconnected twenty solar power optimizers and transmitters, and photovoltaic modules connected to these twenty solar power optimizers and transmitters, are photovoltaic energy harvesting arrays 21 representing a portion of the high voltage, the light shown schematically in FIG. A power generation energy collection network 12 can be included and can yield up to 500 kW from solar radiation. The photovoltaic energy harvesting array 21 may include four (photovoltaic) strings of photovoltaic modules connected to each of the 20 solar power optimizers and transmitters in the photovoltaic energy harvesting array 21, each photovoltaic power generation. The string consists of approximately 20 to 25 photovoltaic modules connected in series. The combination of four photovoltaic strings of photovoltaic modules can be equivalent to a photovoltaic "cluster" of approximately 80 to 100 modules, with 20 solar power optimizers and transmitters in photovoltaic energy harvesting array 21. In total, 1,600 to 2,000 photovoltaic modules are connected to the SPOT horizontal bus 21a. Each of the other photovoltaic energy harvesting arrays, including SPOT horizontal buses 21b ... 21x (where "x" is the variable representing the last bus and array comprising photovoltaic collection network 23), may also be solar radiation. ; Up to 500 kW can be calculated from photovoltaic strings connected to solar power optimizers and transmitters in other arrays not shown in FIG. 6. Each SPOT horizontal bus is a SPOT vertical bus (26a, 26b, 26c ... 26x in FIG. 6) up to grid inverter package modules 14a, 14b, 14c and 14d in a central grid synchronous polyphase regulated current source inverter system 14, respectively. Is connected to. This practical arrangement measures the size of the conductors that form each of the SPOT vertical buses with a maximum current capacity of 200 amps DC, based on a maximum of 10 amps DC supplied by an array of photovoltaic modules connected to each solar power optimizer and transmitter. Will limit.

도 1의 중앙 제어 모듈(16b)은 복수의 태양 파워 최적화기 및 전송기 사이에서 통신하는 회로, 중앙 그리드 동기식 다상 조절 전류원 인버터 시스템 내의 인버터 모듈, 및 각각의 SPOT로부터 전송된 데이터를 수집하는 것; 바람직하게는 보안 이더넷과 같은 (도 1에 점선으로 도시된) 보안 데이터 링크(17)에 의해 그리드 인버터 패키지 모듈(14a-14d)과 통신하는 것; 예컨대 VIEW 컴퓨터 시스템을 통해 본 발명의 특정한 예에서 사용된다면 3차원 시각지향형 가상현실 디스플레이 환경과 통신하는 것; 그리드 내로 중앙 인버터 시스템에 의해 주입되는 고전압(HV) 전기 그리드 전압을 감시하는 것; 및 수확 시스템(12) 및 변환 시스템(14) 사이의 DC 링크(22) 상의 전압을 감시하는 것; 세트 DC 입력 전류 크기가 변환 시스템(14)에 의한 요청과 수확 시스템(12)에 의해 산출된 전류의 공급을 매칭시키도록 설정되는 각각의 그리드 인버터 패키지 모듈로 전달되는 일세트의 DC 입력 전류 크기를 제어하는 것; 및 AC 그리드 전압의 위상에 대하여 그리드 내에 주입되는 AC 전류의 위상을 제어하는 것과 같은, 파워 시스템 데이터를 전송하고 수신하는 회로를 포함한다.  The central control module 16b of FIG. 1 collects data transmitted from circuits communicating between a plurality of solar power optimizers and transmitters, inverter modules in a central grid synchronous polyphase regulated current source inverter system, and respective SPOTs; Communicating with the grid inverter package module 14a-14d, preferably by a secure data link 17 (shown in dashed line in FIG. 1), such as secure Ethernet; Communicating with a three-dimensional visually oriented virtual reality display environment if used in certain examples of the invention, such as via a VIEW computer system; Monitoring the high voltage (HV) electrical grid voltage injected by the central inverter system into the grid; And monitoring the voltage on the DC link 22 between the harvesting system 12 and the conversion system 14; The set DC input current magnitude is a set of DC input current magnitudes delivered to each grid inverter package module that is set to match the request by the conversion system 14 and the supply of current calculated by the harvesting system 12. To control; And circuitry for transmitting and receiving power system data, such as controlling the phase of AC current injected into the grid relative to the phase of the AC grid voltage.

본 발명의 하나의 예에서, 에너지 변환 시스템(14)은 복수의 그리드 인버터패키지 모듈을 포함한다. 4개의 그리드 인버터 패키지 모듈(14a-14d)이 도 1 및 도 6의 시스템 예에 대하여 도시되어 있으나, 전체 그리드 인버터 패키지 모듈은 본 발명의 다른 시스템 예에서 3 내지 40개의 범위이다. 그리드 인버터 패키지 모듈은 그리드 인버터 패키지 정격출력(도 1의 예에서 2,500kW)을 DC에서 AC로 변환하고; 그리드 인버터 패키지 동작 파라미터를 중앙 제어 모듈 및 3차원 시각지향형 디스플레이 환경(예컨대, VIEW 컴퓨터)으로 전송(보고)하고; 앞선 단락에서 서술한 바와 같이 그리드 인버퍼 패키지의 출력 위상 각 및 세트 DC 입력 전류 크기 세트 포인트와 같은, 중앙 제어 모듈로부터의 동작 파라미터를 수신하는 회로를 포함한다. 전송되는 동작 파라미터는 그리드 인버터 패키지 모듈로의 DC 입력 전류; 그리드 인버터 패키지 모듈로부터의 AC 출력 위상 전류; 그리드 인버터 패키지 모듈로부터의 AC 출력 위상 전압; 그리드 인버터 패키지 모듈로부터의 AC 출력 파워; 그리드 인버터 패키지 모듈로부터의 출력 주파수; 그리드 인버터 패키지 모듈 냉각 서브시스템 내의 (사용된다면) 냉각수의 온도; 및 선택된 그리드 인버터 패키지 회로 컴포넌트 온도를 포함한다. In one example of the invention, the energy conversion system 14 includes a plurality of grid inverter package modules. Although four grid inverter package modules 14a-14d are shown for the system example of FIGS. 1 and 6, the total grid inverter package module ranges from 3 to 40 in another system example of the present invention. The grid inverter package module converts the grid inverter package rated output (2500 kW in the example of FIG. 1) from DC to AC; Transmit (report) grid inverter package operating parameters to a central control module and a three-dimensional visually oriented display environment (eg, a VIEW computer); Circuitry for receiving operating parameters from the central control module, such as the output phase angle and the set DC input current magnitude set point of the grid in-buffer package, as described in the preceding paragraph. The operating parameters transmitted are DC input current to the grid inverter package module; AC output phase current from the grid inverter package module; AC output phase voltage from the grid inverter package module; AC output power from the grid inverter package module; Output frequency from the grid inverter package module; The temperature of the coolant (if used) in the grid inverter package module cooling subsystem; And the selected grid inverter package circuit component temperature.

본 발명의 하나의 예에서, 가상 이멀전 감시 시스템은 수확 시스템 정보를 수집하고; 아래에 상세히 설명한 바와 같이 3차원 가상 현실을 사용하여 수집된 수확 정보를 나타내고; 태양 에너지 재생 파워 시스템에 대한 사용가능한 스트링 방사선을 기초로 그리드 내로 주입하기 위한 전력 출력을 예측하는 VIEW 컴퓨터 시스템을 포함하는 3차원, 시각지향형 가상 현실 디스플레이 환경이다. In one example of the present invention, the virtual emulsion monitoring system collects harvesting system information; Represent harvest information collected using three-dimensional virtual reality as detailed below; A three-dimensional, visually oriented virtual reality display environment that includes a VIEW computer system that predicts power output for injection into a grid based on available string radiation for a solar energy renewable power system.

본 발명의 가상 이멀전 감시 시스템의 핵심 요소는 VIEW 컴퓨터 시각적 디스플레이 유닛 상에 고전압 태양 광발전 에너지 수집 네트워크의 부분적 디스플레이의 3차원 이미지의 단순화된 흑백 일러스트레이션인 도 7에 도시되어 있다. 이 도면에서, 광발전 스트링을 구성하는 광발전 모듈(30)은, 예컨대, 컴포넌트의 동적 실시간 클라우드 쉐이딩(dynamic real time cloud shading)을 포함하는 설치된 동적 외부 환경에 대하여 시각화된다. SPOT(20 또는 25)의 상대적 위치는 SPOT(20 또는 25)의 입력부에 연결된 광발전 스트링, 및 SPOT(20 또는 25)의 출력부가 연결되어 있는 DC 링크(22)로부터의 컨덕터(91)와 함께 도시되어 있다. 각각의 SPOT은 도 7에 도시된 바와 같이 인클로저의 최상부에 광발전 스트링 입력을 위한 4개의 연결 및 도 7에 도시된 바와 같이 SPOT 인클로저의 밑면, 또는 SPOT 인클로저의 측면 중 하나에 입력 및 출력 컨덕터를 통한 3개의 경로(도 2a 또는 2b에 도시된 바와 같이, 양, 음, 및 중성(커먼))를 가진 대략 12×12×6인치의 인클로저 내에 인클로징될 수 있다. 광발전 모듈의 각각의 광발전 클러스터는 광발전 클러스터와 연관된 태양 파워 최적화기 및 전송기에 대한 마운팅 구조(래크(rack)의 측면 또는 밑면 중 하나)로 역할할 수 있는 하나의 구조적 지지 래크 상에 설치될 수 있다. 색상 코딩 엘리먼트, 클라우드 시각화, 및 아래에 서술된 시각 이멀전 감시 시스템의 다른 디스플레이 엘리먼트는 모두 3차원 시각지향형 가상현실 디스플레이 환경의 하나의 부재로서 VIEW 컴퓨터 시각적 디스플레이 유닛 상에 제공된 파워 시스템의 3차원 이미지 내에 달성된다.A key element of the virtual emulsion monitoring system of the present invention is shown in FIG. 7, which is a simplified black and white illustration of a three-dimensional image of a partial display of a high voltage photovoltaic energy collection network on a VIEW computer visual display unit. In this figure, the photovoltaic module 30 constituting the photovoltaic string is visualized against an installed dynamic external environment, including, for example, dynamic real time cloud shading of the component. The relative position of the SPOT 20 or 25 together with the photovoltaic string connected to the input of the SPOT 20 or 25, and the conductor 91 from the DC link 22 to which the output of the SPOT 20 or 25 is connected. Is shown. Each SPOT has four connections for photovoltaic string input at the top of the enclosure as shown in FIG. 7 and input and output conductors at either the bottom of the SPOT enclosure, or at the sides of the SPOT enclosure as shown in FIG. It can be enclosed in an approximately 12 × 12 × 6 inch enclosure with three paths through (positive, negative, and neutral (common), as shown in FIG. 2A or 2B). Each photovoltaic cluster of the photovoltaic module is installed on one structural support rack that can serve as a mounting structure (either on the side or the bottom of the rack) for the solar power optimizer and transmitter associated with the photovoltaic cluster. Can be. The color coding elements, cloud visualizations, and other display elements of the visual emulsion surveillance system described below are all three-dimensional images of the power system provided on the VIEW computer visual display unit as one member of the three-dimensional visually oriented virtual reality display environment. Is achieved within.

태양 발전을 위한 본 발명의 가상 이멀전 감시 및 제어 시스템의 2가지 전형적인 예가 제공된다. 하나의 예는 고정된 틸트 추적 광발전 어레이를 사용하고, 다른 예는 도 1에 페데스탈(pedestal)(31)로 도시된 바와 같은 듀얼 축 추적 광발전 어레이를 사용한다. 솔라 팜 위치의 정밀한 3차원 묘사는 VIEW 컴퓨터 디스플레이 모델에 통합된다. VIEW 컴퓨터 디스플레이 모델의 오퍼레이터의 화면은 3차원 공간을 통해 구속받지 않고 이동하는 가상 카메라 화면으로부터, 비디오 모니터와 같은 적절한 컴퓨터 시각적 출력 디바이스 상에 제공될 수 있다. 오퍼레이터는 휴대용 컨트롤러, 조이스틱, 또는 트랙볼과 같은 적절한 컴퓨터 입력 디바이스를 통해 3차원 공간을 통한 카메라의 이동을 제어할 수 있다. 광발전 어레이 전체에 걸쳐 이동할 수도 있고, 선택으로서 솔라 팜의 개별적인 컴포넌트의 사전 결정된 3차원 공간 트랙 내에 이동이 제공될 수 있다. Two typical examples of the virtual emulsion monitoring and control system of the present invention for solar power generation are provided. One example uses a fixed tilt tracking photovoltaic array and another example uses a dual axis tracking photovoltaic array as shown by pedestal 31 in FIG. 1. Precise three-dimensional depictions of solar farm locations are integrated into the VIEW computer display model. The operator's screen of the VIEW computer display model may be provided on a suitable computer visual output device, such as a video monitor, from the virtual camera screen moving unconstrained through the three-dimensional space. The operator can control the movement of the camera through the three-dimensional space through a suitable computer input device such as a portable controller, joystick, or trackball. Movement may be made throughout the photovoltaic array and, optionally, movement may be provided within a predetermined three-dimensional space track of the individual components of the solar farm.

솔라 팜 내의 각각의 개별적인 광발전 스트링의 파워 출력은 VIEW 컴퓨터 시각적 디스플레이 유닛 상에 시각화될 수 있다. 각각의 광발전 스트링은 중앙 제어 모듈과 연결된 스트링의 SPOT 통신 성능 데이터와 함께 스트링을 제어하는 SPOT에 의해 참조될 수 있다. 솔라 팜 위로 태양의 아침부터 밤까지의 햇빛의 변화는 광 발전 모듈에 대하여 가변적인 일사량 레벨을 제공할 수 있고, (사용된다면) 듀얼 축 추적기가 일사방향에 항상 수직으로 향하는 방향에 영향을 미칠 것이다. 본 가상 이멀전 감시 시스템의 하나의 예에서, 전력, 전류, 및 전압 값의 크기는 광발전 모듈, 태양 파워 최적화기 및 전송기, 상호연결 전기 컨덕터, 그리드 인버터 패키지 모듈과 연관된 스위칭 컴포넌트와 같은, VIEW 컴퓨터 시각적 디스플레이 유닛 상에서 파워 시스템 컴포넌트의 이미지에 대한 적절한 범위의 색상 강도로 표현되는데, 이러한 색상 강도는 파워 시스템 컴포넌트와 연관된 파워, 전류, 및 전압의 크기의 함수이다. The power output of each individual photovoltaic string in the solar farm can be visualized on the VIEW computer visual display unit. Each photovoltaic string may be referenced by the SPOT controlling the string along with the SPOT communication performance data of the string connected with the central control module. Changes in sunlight from morning to night of the sun over the solar farm can provide varying levels of solar radiation for the photovoltaic module, and (if used) will affect the direction in which the dual axis tracker is always perpendicular to the direction of solar radiation. . In one example of this virtual emulsion monitoring system, the magnitude of the power, current, and voltage values may be determined by a VIEW, such as a switching component associated with a photovoltaic module, solar power optimizer and transmitter, interconnect electrical conductor, grid inverter package module. Expressed in the appropriate range of color intensities for the image of the power system component on the computer visual display unit, this color intensity is a function of the magnitude of the power, current, and voltage associated with the power system component.

본 발명의 하나의 예에서, 모듈의 광발전 스트링의 정상(nimonal) 출력의 색상 코딩은 최대 파워로 동작하는 스트링에 대하여 밝음 음영의 청색에서, 최대 파워보다 작은 파워에 대하여 더 어두운 음영의 청색, 그리고 마지막으로 0의 파워를 발생하는 기능적 스트링에 대하여 흑색까지의 범위일 수 있는 연속적인 색상 스펙트럼의 음영으로 달성된다. 색상 변화는 정상 파워 출력에 대하여 선형 관계일 수 있다. 장비 고장으로 인해 파워를 발생시키지 않는 임의의 스트링은 0의 파워를 발생시키는 정상 스트링과 구별하기 위해 적색으로 시각적으로 디스플레이될 수 있다. 파워 시스템 전기 컨덕터는 컨덕터를 통해 흐르는 전류의 크기를 높은 전류 레벨을 나타내는 밝은 녹색 및 낮은 전류 레벨을 나타내는 어두운 녹색으로 나타내기 위해 녹색의 음영으로 디스플레이될 수 있다. 고장 또는 오류 상태를 경험한 컨덕터는 적색으로 보여질 수 있다. 각각의 SPOT에 대한 인클로저는 황색의 음영으로 디스플레이될 수 있는데, 높은 전류 레벨은 밝은 황색으로, 낮은 전류 레벨은 어두운 황색으로 표현된다. 고장 또는 오류 상태를 가진 SPOT 인클로저는 적색으로 보여질 수 있다. 인버퍼, 변압기, 그리드 스위치기어, 및 다른 컴포넌트는 천연색으로 시각적으로 표현될 수 있다. 액티브 미터 그래픽 아이콘이 킬로와트와 같은 적절한 단위로 실시간 총 전력 발생량의 디스플레이와 함께 시각적 디스플레이의 적절한 위치에(예컨대, 시각적 디스플레이의 코너에) 놓여질 수 있다. 오퍼레이터가 제어가능한 시각적 디스플레이 포인팅 아이콘은 컴포넌트에 대한 번호와 같은, 고유 식별자와 함께, 시스템 컴포넌트에 의해 발생되는 파워 출력 및 에너지의 상세한 정보를 미터 그래픽 아이콘 내에 시각적으로 디스플레이하기 위해 오퍼레이터에 의해 사용될 수 있다. In one example of the invention, the color coding of the normal output of the photovoltaic string of the module ranges from light shaded blue for strings operating at full power, darker shades of blue for power less than maximum power, And finally a shading of the continuous color spectrum, which may range up to black, for a functional string producing zero power. The color change can be in a linear relationship to the normal power output. Any string that does not generate power due to equipment failure may be visually displayed in red to distinguish it from normal strings that generate zero power. The power system electrical conductors may be displayed in shades of green to indicate the magnitude of the current flowing through the conductors in light green representing high current levels and dark green representing low current levels. Conductors that have experienced a fault or error condition may be shown in red. The enclosure for each SPOT can be displayed in shades of yellow, where the high current level is represented by bright yellow and the low current level is represented by dark yellow. SPOT enclosures with a fault or error condition may be shown in red. Inbuffers, transformers, grid switchgears, and other components can be visually represented in natural colors. The active meter graphic icon may be placed at the appropriate location (eg, at the corner of the visual display) along with the display of real-time total power generation in appropriate units such as kilowatts. The operator controllable visual display pointing icon can be used by the operator to visually display in the meter graphic icon detailed information of the power output and energy generated by the system component, along with a unique identifier, such as a number for the component. .

가상 이멀전 감시 시스템에서, 클라우드의 이미지는 그것이 광발전 패널의 표면상에 산출하는 음영으로부터 재구성될 수 있다. 음영은 태양 팜의 일부분으로부터 수확된 광발전 전기 파워의 가변적인 감소에 의해 탐지된다. In a virtual emulsion surveillance system, the image of the cloud can be reconstructed from the shading it produces on the surface of the photovoltaic panel. Shading is detected by a variable reduction in photovoltaic electrical power harvested from a portion of the solar palm.

본 시스템은 그 위치 위의 구름 이동 파라미터(구름 방향 및 속도)를 기초로 가까운 미래의 시간(예컨대, 실시간으로 현재로부터 10분 후)에서의 시스템의 출력 파워를 시각적으로 디스플레이하는 예측 알고리즘의 실행을 포함할 수 있다. The system performs the execution of a prediction algorithm that visually displays the system's output power at a near future time (eg, 10 minutes after the present in real time) based on the cloud movement parameters (cloud direction and speed) over that location. It may include.

본 발명의 하나의 예시적인 모델로서, 시각화는 장비가 활성화될 수 있도록(예컨대, 광발전 모듈이 투명하게 되도록) VIEW 컴퓨터 시각적 디스플레이 유닛 상에 전용의 시각 층과 함께 달성될 수 있고, 파워 시스템의 다양한 스테이지가 선택된 디스플레이 층을 켜거나 끔으로써 하일라이팅될 수 있다. As one exemplary model of the invention, visualization can be accomplished with a dedicated visual layer on the VIEW computer visual display unit so that the equipment can be activated (eg, the photovoltaic module is transparent), Various stages can be highlighted by turning on or off the selected display layer.

도 8은 풍력의 수집 및 변환을 위한 재생 에너지 유틸리티 규모의 전력 시스템 및 전력 시스템에 대한 본 발명의 감시 및 제어 시스템의 하나의 예의 간단한 원-라인 블록 다이어그램이다. 영구자석 동기식 발전기(SG)(50)에 의해 생산된 가변 주파수 AC 파워는 AC-DC 컨버터(51)에 의해 정류된 후, 풍력 최적화기 및 전송기(Wind Power Optimizer and Transmitter: 이하 WPOT이라 함)(40)의 입력에 인가된다. 풍력 최적화기 및 전송기는 최대 파워 포인트 값으로 풍력 터빈을 동작시키기 위해 동기식 발전기에 최적의 부하를 적용한다. 풍력 최적화기 및 전송기(40)는 그것이 전형적으로, 배타적이지는 않지만, 태양력 최적화기 및 전송기에 대하여 도 2a 또는 2b에 도시된 바와 같은 4개의 DC-DC 컨버터(또는 다른 짝수의 DC-DC 컨버터)를 대신하여 (예컨대, 도 3a 또는 3b에 도시된 바와 같은) 하나의 DC-DC 컨버터를 사용한다는 점을 제외하면, 상술된 태양력 최적화기 및 전송기와 유사하다. 하나 이상의 풍력 최적화기 및 변환기의 출력부는 시스템이 3개 이상의 그리드 인버터 패키지 모듈, 예컨대, 도 8에 도시된 4개의 그리드 인버터 패키지 모듈(14a-14d)을 사용하는 중앙 그리드 동기식 다상 조절 전류원 인버터 시스템(14)에 고전압 DC 링크(42)를 통해 연결된다.8 is a simple one-line block diagram of one example of the monitoring and control system of the present invention for a renewable energy utility scale power system and power system for the collection and conversion of wind power. The variable frequency AC power produced by the permanent magnet synchronous generator (SG) 50 is rectified by the AC-DC converter 51 and then referred to as the Wind Power Optimizer and Transmitter (WPOT) ( Is applied to the input of 40). Wind optimizers and transmitters apply optimal loads to synchronous generators to operate wind turbines with maximum power point values. The wind optimizer and transmitter 40 are typically four, but not exclusively, four DC-DC converters (or other even DC-DC converters) as shown in FIG. 2A or 2B for the solar power optimizer and transmitter. It is similar to the solar power optimizer and transmitter described above, except that it uses one DC-DC converter (eg, as shown in FIG. 3A or 3B) instead. The output of one or more wind optimizers and converters is a central grid synchronous polyphase regulated current source inverter system in which the system uses three or more grid inverter package modules, for example four grid inverter package modules 14a-14d shown in FIG. 14 is connected via a high voltage DC link 42.

가상 이멀전 감시 시스템은, 본 발명의 특정한 예에서 사용된다면, VIEW 컴퓨터 디스플레이 유닛 상에 윈드팜의 동작을 시각적으로 묘사하기 위해 하나 이상의 풍력 최적화기 및 변환기 및 그리드 인버터 패키지 모듈과 통신한다. 3차원 시각지향형 디스플레이 환경은 윈드팜의 3차원 지형 층을 포함한다. 포괄적인 윈드 터빈 그래픽이 사용될 수 있다. 터빈의 개수에 따라, 적절한 개수의 인버터 패키지가 선택될 것이고, 각각의 터빈은 대략 1.5MW의 출력을 가지고, 각각의 그리드 인버터 패키지는 2.5 메가와트(MW)의 정격출력을 가진다. 가상 이멀전 감시 시스템의 시각화는 그리드 인버터 패키지가 전경(foreground)에 있도록 정렬될 것이고, 터빈 및 인버터 시스템에 대한 연결이 분명하게 보여질 것이다. 변압기는 인버터가 놓여진 빌딩의 외부에 인버터 옆에 위치할 수 있다. 윈드 터빈의 출력의 시각화는 적어도 실시간 파워 출력 및 선택으로서 3차원 시각지향형 디스플레이 환경 상에 적층된 숫자 또는 그래픽 형태의 히스토리 데이터를 가진 파워 미터 그래픽 아이콘일 수 있다. The virtual emulsion monitoring system, if used in certain examples of the present invention, communicates with one or more wind optimizers and converters and grid inverter package modules to visually depict the operation of the wind farm on the VIEW computer display unit. The three-dimensional visually oriented display environment includes the three-dimensional topographic layer of the wind farm. Comprehensive wind turbine graphics can be used. Depending on the number of turbines, an appropriate number of inverter packages will be selected, each turbine having an output of approximately 1.5 MW and each grid inverter package having a rated power of 2.5 megawatts (MW). The visualization of the virtual emulsion monitoring system will be aligned so that the grid inverter package is in the foreground and the connection to the turbine and inverter system will be clearly shown. The transformer may be located next to the inverter outside the building in which the inverter is placed. The visualization of the output of the wind turbine can be a power meter graphic icon with historical data in numerical or graphical form stacked on a three-dimensional visually oriented display environment as at least real time power output and selection.

태양 에너지 시스템에 대하여 앞서 서술된 가상 이멀전 시스템의 엘리먼트는 그 엘리먼트가 태양 에너지와 고유하게 연관되고 풍력과는 관련없는 컴포넌트 또는 기능을 위해 특별하게 다루어지는 것이 아니라면 풍력 에너지 시스템을 위한 가상 이멀전 시스템에도 적용될 수 있다. An element of a virtual emulsion system described above with respect to a solar energy system is a virtual emulsion system for a wind energy system, unless the element is inherently associated with solar energy and is not specifically addressed for components or functions not related to wind power. Applicable to

본 발명은 바람직한 예 및 실시예에 대하여 서술되었다. 분명하게 언급되지 않았다면, 동등물, 대안 및 수정이 가능하며 본 발명의 범위 내에 속한다.The present invention has been described with respect to preferred examples and examples. Unless explicitly stated, equivalents, alternatives, and modifications are possible and are within the scope of the present invention.

Claims (27)

유틸리티 규모의 재생 에너지 전력 시스템으로서,
고전압 재생 에너지 수확 네트워크; 및
복수의 그리드 인버터 패키지 모듈을 가진 중앙 그리드 동기식 다상 조절 전류원 인버터 시스템;을 포함하고,
상기 고전압 재생 에너지 수확 네트워크는
각각이 DC 출력부를 가지는 복수의 재생 에너지 수집기 스트링; 및
복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기;를 구비하고,
상기 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기 각각은 상기 복수의 재생 에너지 수집기 스트링 중 적어도 하나의 상기 DC 출력부에 연결된 적어도 하나의 스트링 파워 최적화기 입력부를 가지고,
상기 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기 각각은 시스템 DC 링크에 연결된 고전압 DC 출력부를 가지고,
상기 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기 각각은 단일한 양의 고 전압 DC 출력부와 단일한 음의 고전압 DC 출력부를 상기 시스템 DC 링크의 전기 접지에 연결된 단일 전기적 중성부에 연결하도록 배열되고,
상기 복수의 그리드 인버터 패키지 모듈 각각은 상기 시스템 DC 링크에 연결된 입력부를 가지는 것을 특징으로 하는 유틸리티 규모의 재생 에너지 전력 시스템.
As a utility scale renewable energy power system,
High voltage renewable energy harvesting network; And
A central grid synchronous polyphase regulated current source inverter system having a plurality of grid inverter package modules;
The high voltage renewable energy harvesting network
A plurality of renewable energy collector strings each having a DC output; And
And a plurality of renewable energy power optimizers and transmitters,
Each of said plurality of renewable energy power optimizers and transmitters has at least one string power optimizer input coupled to said DC output of at least one of said plurality of renewable energy collector strings,
Each of said plurality of renewable energy power optimizers and transmitters has a high voltage DC output coupled to a system DC link,
Each of the plurality of renewable energy power optimizers and transmitters is arranged to connect a single positive high voltage DC output and a single negative high voltage DC output to a single electrical neutral connected to the electrical ground of the system DC link,
And wherein each of said plurality of grid inverter package modules has an input coupled to said system DC link.
제 1 항에 있어서, 상기 복수의 재생 에너지 수집기 스트링 각각은 복수의 태양 광발전 모듈을 포함하고, 상기 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기 각각은:
적어도 한 쌍의 DC-DC 컨버터; 및
상기 적어도 한 쌍의 DC-DC 컨버터의 각각의 상기 스트링 인버터 입력부에서의 전압 및 전류를 감지 및 감시하고, 상기 적어도 한 쌍의 DC-DC 컨버터의 각각을 최대 파워 포인트로 제어하기 위한 프로세서;를 포함하고,
상기 적어도 한 쌍의 DC-DC 컨버터의 각각은 스트링 인버터 입력부 및 컨버터 쌍 DC 링크 출력부를 구비하고, 상기 스트링 인버터 입력부는 상기 고전압 DC 출력부에 연결된 상기 적어도 하나의 스트링 파워 최적화기 입력부 및 상기 컨버터 쌍 DC 링크 출력부를 구비하는 것을 특징으로 하는 유틸리티 규모의 재생 에너지 전력 시스템.
10. The system of claim 1, wherein each of said plurality of renewable energy collector strings comprises a plurality of photovoltaic modules, each of said plurality of renewable energy power optimizers and transmitters:
At least a pair of DC-DC converters; And
A processor for sensing and monitoring voltage and current at each of said string inverter inputs of said at least one pair of DC-DC converters and controlling each of said at least one pair of DC-DC converters to a maximum power point; and,
Each of the at least one pair of DC-DC converters has a string inverter input and a converter pair DC link output, wherein the string inverter input is connected to the at least one string power optimizer input and the converter pair connected to the high voltage DC output. Utility scale renewable energy power system comprising a DC link output.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기의 각각에서의 복수의 인버터 스위칭 장치의 정류 주파수를 제어하는 인버터 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유틸리티 규모의 재생 에너지 전력 시스템.3. The utility scale renewable energy according to claim 1 or 2, further comprising an inverter controller for controlling the rectification frequencies of the plurality of inverter switching devices in each of the plurality of renewable energy power optimizers and the transmitters. Power system. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 공진 주파수 근처에서 고정되게 유지하면서 특정한 시간동안 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기의 각각에서의 복수의 인터버 스위칭 장치의 전도 듀레이션을 제어하는 인버터 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유틸리티 규모의 재생 에너지 전력 시스템.3. The inverter of claim 1 or 2, further comprising an inverter controller for controlling the conduction duration of the plurality of reversing switching devices in each of the plurality of regenerative energy power optimizers and the transmitter for a specific time while maintaining a fixed near the resonant frequency. Utility scale renewable energy power system comprising a. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기의 각각에서의 복수의 인버터 스위칭 장치의 정류 주파수를 공진 주파수 근처에서 제어하고, 공진 주파수에서 벗어난 범위에서 고정된 주파수를 유지하면서 일정 시간 동안 상기 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기의 각각에서의 상기 복수의 인버터 스위칭 장치의 전도 듀레이션을 제어하는 인버터 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유틸리티 규모의 재생 에너지 전력 시스템.The rectifying frequency of the plurality of inverter switching devices in each of the plurality of regenerative energy power optimizers and transmitters is controlled near a resonant frequency, and a fixed frequency in a range deviated from the resonant frequency. And an inverter controller for controlling the conduction duration of the plurality of inverter switching devices in each of the plurality of renewable energy power optimizers and transmitters for a predetermined time while maintaining the utility scale. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 재생 에너지 수집기 스트링 각각은 복수의 태양 광발전 모듈을 포함하고, 상기 재생가능한 에너지 파워 최적화기 및 전송기 각각은:
4개의 DC-DC 컨버터의 조합;
상기 4개의 DC-DC 컨버터 각각의 스트링 인버터 입력부에서의 전압 및 전류를 감지 및 감시하고, 상기 4개의 DC-DC 컨버터 각각을 최대 파워 포인트로 제어하기 위한 프로세서; 및
송수신기;를 포함하고,
상기 4개의 DC-DC 컨버터의 각각은 별개의 제1 및 제2 쌍의 DC-DC 컨버터를 포함하고, 상기 4개의 DC-DC 컨버터의 조합의 각각은 적어도 하나의 스트링 파워 최적화기 입력부와 단일 정류자로부터 공급된 양의 컨버터 출력부 및 음의 컨버터 출력부 각각에 연결된 스트링 인버터 입력부를 가지고, 상기 DC-DC 컨버터의 별개의 제1 쌍은 시스템 DC 링크에 연결된 단일한 양의 고전압 출력부에 병렬로 연결된 상기 양의 컨버터 출력부를 가지고, 상기 DC-DC 컨버터의 별개의 제2 쌍은 상기 시스템 DC 링크에 연결된 단일한 음의 고전압 출력부에 병렬로 연결된 상기 음의 컨버터 출력부를 가지고, 상기 DC-DC 컨버터의 별개의 제1 쌍의 음의 컨버터 출력부 및 상기 DC-DC 컨버터의 별개의 제2 쌍의 양의 컨버터 출력부는 전기적 중성부에 연결된 단일한 전기적 중성부에 공통으로 함께 연결되고,
상기 송수신기는 복수의 고전압 재생 에너지 수확 네트워크 데이터 및 복수의 중앙 그리드 동기식 다상 조절 전류원 인버터 시스템 데이터를 전송하고 수신하기 위해 안테나에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 유틸리티 규모의 재생 에너지 전력 시스템.
10. The renewable energy power optimizer and transmitter of claim 1, wherein each of said plurality of renewable energy collector strings comprises a plurality of photovoltaic modules.
A combination of four DC-DC converters;
A processor for sensing and monitoring voltage and current at a string inverter input of each of the four DC-DC converters and controlling each of the four DC-DC converters to a maximum power point; And
Including a transceiver;
Each of the four DC-DC converters comprises separate first and second pairs of DC-DC converters, each of the combination of four DC-DC converters comprising at least one string power optimizer input and a single commutator Having a string inverter input coupled to each of the positive converter output and the negative converter output supplied from said first pair of DC-DC converters in parallel to a single positive high voltage output connected to the system DC link. Having the positive converter output connected, the second separate pair of DC-DC converters having the negative converter output connected in parallel to a single negative high voltage output connected to the system DC link; The separate first pair of negative converter outputs of the converter and the second separate pair of positive converter outputs of the DC-DC converter are common to a single electrical neutral connected to the electrical neutral. Connected together,
And said transceiver is coupled to an antenna for transmitting and receiving a plurality of high voltage renewable energy harvesting network data and a plurality of central grid synchronous polyphase regulated current source inverter system data.
제 1 항에 있어서, 상기 복수의 재생 에너지 수집기 스트링 각각은 복수의 태양 광발전 모듈을 포함하고, 상기 재생가능한 에너지 파워 최적화기 및 전송기 각각은:
복수의 DC-DC 컨버터의 조합;
상기 4개의 DC-DC 컨버터 각각의 스트링 인버터 입력부에서의 전압 및 전류를 감지 및 감시하고, 상기 4개의 DC-DC 컨버터 각각을 최대 파워 포인트로 제어하기 위한 프로세서; 및
송수신기;를 포함하고,
상기 4개의 DC-DC 컨버터의 각각은 적어도 하나의 스트링 파워 최적화기 입력부의 각각에 연결된 스트링 입력부 및 한 쌍의 정류자를 포함하고, 상기 정류자의 쌍의 각각은 양의 정류자와 음의 정류자를 포함하고, 상기 4개의 DC-DC 컨버터의 조합의 상기 양의 정류자의 양의 출력부는 시스템 DC 링크와 연결된 단일한 양의 고전압 출력부에 병렬로 함께 연결되고, 상기 4개의 DC-DC 컨버터의 조합의 상기 음의 정류자의 음의 출력부는 상기 시스템 DC 링크와 연결된 단일한 음의 고전압 출력부에 병렬로 함께 연결되고, 상기 4개의 DC-DC 컨버터의 조합의 양의 정류자의 음의 출력부 및 상기 복수의 DC-DC 컨버터의 조합의 상기 음의 정류자의 양의 출력부는 전기적 중성부에 연결된 단일한 전기적 중성부에 병렬로 함께 연결되고,
상기 송수신기는 복수의 고전압 재생 에너지 수확 네트워크 데이터 및 복수의 중앙 그리드 동기식 다상 조절 전류원 인버터 시스템 데이터를 전송하고 수신하기 위해 안테나에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 유틸리티 규모의 재생 에너지 전력 시스템.
10. The renewable energy power optimizer and transmitter of claim 1, wherein each of said plurality of renewable energy collector strings comprises a plurality of photovoltaic modules.
A combination of a plurality of DC-DC converters;
A processor for sensing and monitoring voltage and current at a string inverter input of each of the four DC-DC converters and controlling each of the four DC-DC converters to a maximum power point; And
Including a transceiver;
Each of the four DC-DC converters comprises a string input and a pair of commutators coupled to each of at least one string power optimizer input, each of the pair of commutators comprising a positive commutator and a negative commutator The positive outputs of the positive commutator of the combination of four DC-DC converters are connected together in parallel to a single positive high voltage output connected to a system DC link; The negative output of the negative commutator is coupled together in parallel to a single negative high voltage output connected to the system DC link, the negative output of the positive commutator of the combination of the four DC-DC converters and the plurality of The positive outputs of the negative commutator of the combination of DC-DC converters are connected together in parallel to a single electrical neutral connected to the electrical neutral,
And said transceiver is coupled to an antenna for transmitting and receiving a plurality of high voltage renewable energy harvesting network data and a plurality of central grid synchronous polyphase regulated current source inverter system data.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 중앙 제어 시스템을 더 포함하고, 상기 중앙 제어 시스템은:
상기 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기와 상기 복수의 그리드 인버터 패키지 모듈 사이에서 통신하는 수단; 및
복수의 고전압 재생 에너지 수확 네트워크 데이터, 및 복수의 중앙 그리드 동기식 다상 조절 전류원 인버터 시스템 데이터를 전송하고 수신하는 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 유틸리티 규모의 재생 에너지 전력 시스템.
3. The system of claim 1, further comprising a central control system, wherein the central control system comprises:
Means for communicating between the plurality of renewable energy power optimizers and transmitters and the plurality of grid inverter package modules; And
Means for transmitting and receiving a plurality of high voltage renewable energy harvesting network data and a plurality of central grid synchronous polyphase regulated current source inverter system data.
제 6 항에 있어서, 상기 4개의 DC-DC 컨버터 각각은 상기 스트링 인버터 입력부에 연결된 공진 인버터 입력부 및 절연 변압기에 의해 단일한 정류자의 입력부에 연결된 공진 인버터 출력부를 가지는 가변 주파수 제어 공진 인버터를 더 포함하고, 상기 단일한 정류자는 상기 양의 정류자 출력부 및 음의 정류자 출력부에 연결된 출력부를 가지고, 상기 프로세서는 상기 가변 주파수 제어 공진 인버터의 동작 주파수를 변경함으로써 상기 4개의 DC-DC 컨버터 각각을 최대 파워 포인트로 제어하는 것을 특징으로 하는 유틸리티 규모의 재생 에너지 전력 시스템.7. The apparatus of claim 6, wherein each of the four DC-DC converters further comprises a variable frequency controlled resonant inverter having a resonant inverter input coupled to the string inverter input and a resonant inverter output coupled to the input of a single commutator by an isolation transformer. The single commutator has an output coupled to the positive commutator output and a negative commutator output, wherein the processor is configured to maximize the power of each of the four DC-DC converters by varying the operating frequency of the variable frequency controlled resonant inverter. Utility scale renewable energy power system, characterized in that the control point. 제 7 항에 있어서, 상기 4개의 DC-DC 컨버터 각각은 상기 스트링 인버터 입력부에 연결된 공진 인버터 입력부 및 절연 변압기에 의해 정류자 쌍의 입력부에 연결된 공진 인버터 출력부를 가지는 가변 주파수 제어 공진 인버터를 더 포함하고, 상기 프로세서는 상기 가변 주파수 제어 공진 인버터의 동작 주파수를 변경함으로써 상기 4개의 DC-DC 컨버터 각각을 최대 파워 포인트로 제어하는 것을 특징으로 하는 유틸리티 규모의 재생 에너지 전력 시스템.8. The apparatus of claim 7, wherein each of the four DC-DC converters further comprises a variable frequency controlled resonant inverter having a resonant inverter input connected to the string inverter input and a resonant inverter output connected to the input of the commutator pair by an isolation transformer. And the processor controls each of the four DC-DC converters to a maximum power point by changing an operating frequency of the variable frequency controlled resonant inverter. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 재생 에너지 수집기 각각은 정류된 DC 출력을 가진 복수의 윈드 터빈 구동 AC 발전기를 포함하고, 상기 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기 각각은:
적어도 한 쌍의 DC-DC 컨버터; 및
상기 적어도 한 쌍의 DC-DC 컨버터 각각의 스트링 인버터 입력부에서의 전압 및 전류를 감지 및 감시하고, 상기 적어도 한 쌍의 DC-DC 컨버터 각각을 최대 파워 포인트로 제어하기 위한 프로세서;를 포함하고,
상기 적어도 한 쌍의 DC-DC 컨버터 각각은 상기 적어도 하나의 스트링 파워 최적화기 입력부 및 컨버터 쌍 DC 링크 입력부를 구비하고, 상기 스트링 인버터 입력부는 상기 적어도 하나의 스트링 파워 최적화기 입력부에 연결되고 상기 컨버터 쌍 DC 링크 입력부는 상기 고전압 DC 출력부에 연결되는 것을 특징으로 하는 유틸리티 규모의 재생 에너지 전력 시스템.
10. The apparatus of claim 1, wherein each of the plurality of renewable energy collectors comprises a plurality of wind turbine driven AC generators with a rectified DC output, each of the plurality of renewable energy power optimizers and transmitters:
At least a pair of DC-DC converters; And
And a processor for sensing and monitoring voltage and current at a string inverter input of each of the at least one pair of DC-DC converters, and controlling each of the at least one pair of DC-DC converters to a maximum power point.
Each of the at least one pair of DC-DC converters includes the at least one string power optimizer input and a converter pair DC link input, wherein the string inverter input is coupled to the at least one string power optimizer input and is connected to the converter pair. Utility scale renewable energy power system, characterized in that the DC link input is connected to the high voltage DC output.
유틸리티 규모의 재생 에너지 시스템으로부터 재생 에너지를 수확, 변환, 감시, 및 제어하는 방법으로서,
상기 유틸리티 규모의 재생 에너지 시스템은:
복수의 재생 에너지 수집기 스트링으로서, 상기 복수의 재생 에너지 수집기의 각각은 DC 출력부를 가지는 상기 복수의 재생 에너지 수집기 스트링을 갖춘 고전압의 재생 에너지 수확 네트워크; 및
복수의 그리드 인버터 패키지 모듈을 갖춘 중앙 그리드 동기식 다상 조절 전류원 인버터 시스템;을 포함하고,
상기 방법은,
상기 고전압의 재생 에너지 수확 네트워크 내에 분산되고 단일한 양의 고전압 DC 출력 및 단일한 음의 고전압 DC 출력을 단일한 전기적 중성부에 제공하도록 배열된 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기로 상기 복수의 재생 에너지 수집기 스트링의 상기 DC 출력을 최대 파워 포인트로 최적화하는 단계; 및
상기 단일한 양의 고전압 DC 출력, 단일한 음의 고전압 DC 출력 및 단일한 전기적 중성부에 각각 연결된 양, 음 및 공통 버스를 가진 시스템 DC 링크에 의해 상기 중앙 그리드 동기식 다상 조절 전류원 인버터 시스템에 상기 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기의 상기 단일한 양의 고전압 DC 출력부, 상기 단일한 음의 고전압 DC 출력부, 및 상기 단일한 전기적 중성부를 연결하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유틸리티 규모의 재생 에너지 시스템으로부터 재생 에너지를 수확, 변환, 감시, 및 제어하는 방법.
A method of harvesting, converting, monitoring, and controlling renewable energy from utility scale renewable energy systems,
The utility scale renewable energy system is:
A plurality of renewable energy collector strings, each of the plurality of renewable energy collectors comprising: a high voltage renewable energy harvesting network having the plurality of renewable energy collector strings having a DC output; And
A central grid synchronous polyphase regulated current source inverter system having a plurality of grid inverter package modules;
The method comprises:
The plurality of regenerations with a plurality of renewable energy power optimizers and transmitters distributed within the high voltage renewable energy harvesting network and arranged to provide a single positive high voltage DC output and a single negative high voltage DC output to a single electrical neutral unit. Optimizing the DC output of an energy collector string to a maximum power point; And
Said plurality of said plurality of grids in said central grid synchronous polyphase regulated current source inverter system by a system DC link having a positive, negative and common bus coupled to said single positive high voltage DC output, a single negative high voltage DC output, and a single electrical neutral, respectively. Connecting the single positive high voltage DC output, the single negative high voltage DC output, and the single electrical neutral of the renewable energy power optimizer and the transmitter of the utility scale. A method of harvesting, converting, monitoring, and controlling renewable energy from a renewable energy system.
유틸리티 규모의 재생 에너지 전력 시스템에 있어서,
고전압 재생 에너지 수확 네트워크;
복수의 그리드 인버터 패키지 모듈을 구비한 중앙 그리드 동기식 다상 조절 전류원 인버터 시스템으로서, 상기 복수의 그리드 인버터 패키지 모듈의 각각은 시스템 DC 링크에 연결된 입력부를 구비하는 상기 중앙 그리드 동기식 다상 조절 전류원 인버터 시스템; 및
상기 고전압 재생 에너지 수확 네트워크 및 상기 중앙 그리드 동기식 다상 조절 전류원 인버터 시스템을 감시하고 제어하기 위한 가상 이멀전 감시 시스템 및 중앙 제어 시스템;을 포함하고,
상기 고전압 재생 에너지 수확 네트워크는
각각이 DC 출력부를 가지는 복수의 재생 에너지 수집기 스트링; 및
복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기;를 구비하고,
상기 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기의 각각은 상기 복수의 재생 에너지 수집기 스트링 중 적어도 하나의 DC 출력부에 연결된 적어도 하나의 스트링 파워 최적화기 입력부를 가지고, 상기 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기의 각각은 상기 시스템 DC 링크에 연결된 고전압 DC 출력부를 가지며, 상기 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기의 각각은 단일한 양의 고전압 DC 출력부와 단일한 음의 고전압 DC 출력부를 상기 시스템 DC 링크의 전기 접지에 연결된 단일한 전기적 중성부를 가지고 상기 시스템 DC 링크에 연결하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 유틸리티 규모의 재생 에너지 전력 시스템.
In a utility scale renewable energy power system,
High voltage renewable energy harvesting network;
A central grid synchronous polyphase regulated current source inverter system having a plurality of grid inverter package modules, each of the plurality of grid inverter package modules comprising: the central grid synchronous polyphase regulated current source inverter system having an input coupled to a system DC link; And
And a virtual emulsion monitoring system and a central control system for monitoring and controlling said high voltage renewable energy harvesting network and said central grid synchronous polyphase regulated current source inverter system.
The high voltage renewable energy harvesting network
A plurality of renewable energy collector strings each having a DC output; And
And a plurality of renewable energy power optimizers and transmitters,
Each of said plurality of renewable energy power optimizers and transmitters has at least one string power optimizer input coupled to at least one DC output of said plurality of renewable energy collector strings, said plurality of renewable energy power optimizers and transmitters Each of the plurality of renewable energy power optimizers and transmitters has a single positive high voltage DC output and a single negative high voltage DC output connected to the system DC link. Utility scale renewable energy power system, characterized in that it is arranged to connect to the system DC link with a single electrical neutral connected to electrical ground.
제 13 항에 있어서, 상기 복수의 재생 에너지 수집기 스트링 각각은 복수의 태양 광발전 모듈을 포함하고, 상기 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기 각각은:
적어도 한 쌍의 DC-DC 컨버터로서, 상기 적어도 한 쌍의 DC-DC 컨버터의 각각은 스트링 인버터 입력부 및 컨버터 쌍 DC 링크 출력부를 구비하고, 상기 스트링 인버터 입력부는 상기 적어도 하나의 스트링 파워 최적화기 입력부에 연결되고 상기 컨버터 쌍 DC 링크 출력부는 상기 고전압 DC 출력부에 연결되는 상기 적어도 한 쌍의 DC-DC 컨버터; 및
상기 적어도 한 쌍의 DC-DC 컨버터 각각의 상기 스트링 인버터 입력부에서의 전압 및 전류를 감지 및 감시하고, 상기 적어도 한 쌍의 DC-DC 컨버터 각각을 최대 파워 포인트로 제어하는 프로세서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유틸리티 규모의 재생 에너지 전력 시스템.
15. The system of claim 13, wherein each of said plurality of renewable energy collector strings comprises a plurality of photovoltaic modules, each of said plurality of renewable energy power optimizers and transmitters:
At least one pair of DC-DC converters, each of the at least one pair of DC-DC converters having a string inverter input and a converter pair DC link output, wherein the string inverter input is connected to the at least one string power optimizer input The at least one pair of DC-DC converters connected to the converter pair DC link outputs and the high voltage DC outputs; And
And a processor that senses and monitors a voltage and a current at the string inverter input of each of the at least one pair of DC-DC converters, and controls each of the at least one pair of DC-DC converters to a maximum power point. Utility scale renewable energy power system.
제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기의 각각에서의 복수의 인버터 스위칭 장치의 정류 주파수를 제어하는 인버터 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유틸리티 규모의 재생 에너지 전력 시스템.15. The utility scale renewable energy according to claim 13 or 14, further comprising an inverter controller for controlling the rectification frequencies of the plurality of inverter switching devices in each of the plurality of renewable energy power optimizers and the transmitter. Power system. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 공진 주파수 근처에서 고정되게 유지하면서 일정 시간동안 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기의 각각에서의 복수의 인터버 스위칭 장치의 전도 듀레이션을 제어하는 인버터 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유틸리티 규모의 재생 에너지 전력 시스템.15. The inverter controller of claim 13 or 14, further comprising: an inverter controller for controlling the conduction duration of the plurality of reversing switching devices in each of the plurality of regenerative energy power optimizers and the transmitter for a period of time while being fixed near the resonant frequency. Utility scale renewable energy power system comprising a. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기의 각각에서의 복수의 인버터 스위칭 장치의 정류 주파수를 공진 주파수 근처에서 제어하고, 공진 주파수에서 벗어난 범위에서 고정된 주파수를 유지하면서 일정 시간 동안 상기 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기의 각각에서의 상기 복수의 인버터 스위칭 장치의 전도 듀레이션을 제어하는 인버터 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유틸리티 규모의 재생 에너지 전력 시스템.The rectifying frequency of the plurality of inverter switching devices in each of the plurality of regenerative energy power optimizers and the transmitters is controlled near a resonance frequency, and a fixed frequency in a range deviating from the resonance frequency. And an inverter controller for controlling the conduction duration of the plurality of inverter switching devices in each of the plurality of renewable energy power optimizers and transmitters for a predetermined time while maintaining the utility scale. 제 13 항에 있어서, 상기 복수의 재생 에너지 수집기 스트링 각각은 복수의 태양 광발전 모듈을 포함하고, 상기 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기 각각은:
4개의 DC-DC 컨버터의 조합;
상기 4개의 DC-DC 컨버터 각각의 스트링 인버터 입력부에서의 전압 및 전류를 감지 및 감시하고, 상기 4개의 DC-DC 컨버터 각각을 최대 파워 포인트로 제어하기 위한 프로세서; 및
송수신기;를 포함하고,
상기 4개의 DC-DC 컨버터의 각각은 별개의 제1 및 제2 쌍의 DC-DC 컨버터를 포함하고, 상기 4개의 DC-DC 컨버터의 조합의 각각은 적어도 하나의 스트링 파워 최적화기 입력부와 단일 정류자로부터 공급된 양의 컨버터 출력부 및 음의 컨버터 출력부 각각에 연결된 스트링 인버터 입력부를 가지고, 상기 DC-DC 컨버터의 별개의 제1 쌍은 시스템 DC 링크에 연결된 단일한 양의 고전압 출력부에 병렬로 연결된 상기 양의 컨버터 출력부를 가지고, 상기 DC-DC 컨버터의 별개의 제2 쌍은 상기 시스템 DC 링크에 연결된 단일한 음의 고전압 출력부에 병렬로 연결된 상기 음의 컨버터 출력부를 가지고, 상기 DC-DC 컨버터의 별개의 제1 쌍의 음의 컨버터 출력부 및 상기 DC-DC 컨버터의 별개의 제2 쌍의 양의 컨버터 출력부는 전기 접지에 연결된 단일한 전기적 중성부에 공통으로 함께 연결되고,
상기 송수신기는 복수의 고전압 재생 에너지 수확 네트워크 데이터 및 복수의 중앙 그리드 동기식 다상 조절 전류원 인버터 시스템 데이터를 상기 가상 이멀전 감시 시스템 및 제어 시스템으로 전송하고 상기 가상 이멀전 감시 시스템 및 제어 시스템으로부터 수신하기 위해 안테나에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 유틸리티 규모의 재생 에너지 전력 시스템.
15. The system of claim 13, wherein each of said plurality of renewable energy collector strings comprises a plurality of photovoltaic modules, each of said plurality of renewable energy power optimizers and transmitters:
A combination of four DC-DC converters;
A processor for sensing and monitoring voltage and current at a string inverter input of each of the four DC-DC converters and controlling each of the four DC-DC converters to a maximum power point; And
Including a transceiver;
Each of the four DC-DC converters comprises separate first and second pairs of DC-DC converters, each of the combination of four DC-DC converters comprising at least one string power optimizer input and a single commutator Having a string inverter input coupled to each of the positive converter output and the negative converter output supplied from said first pair of DC-DC converters in parallel to a single positive high voltage output connected to the system DC link. Having the positive converter output connected, the second separate pair of DC-DC converters having the negative converter output connected in parallel to a single negative high voltage output connected to the system DC link; The separate first pair of negative converter outputs of the converter and the separate second pair of positive converter outputs of the DC-DC converter are common to a single electrical neutral connected to electrical ground. It is connected to,
The transceiver is configured to transmit a plurality of high voltage renewable energy harvesting network data and a plurality of central grid synchronous polyphase regulated current source inverter system data to the virtual emulsion monitoring system and control system and to receive from the virtual emulsion monitoring system and control system. Utility scale renewable energy power system, characterized in that connected to.
제 13 항에 있어서, 상기 복수의 재생 에너지 수집기 스트링 각각은 복수의 태양 광발전 모듈을 포함하고, 상기 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기 각각은:
복수의 DC-DC 컨버터의 조합;
상기 4개의 DC-DC 컨버터 각각의 스트링 인버터 입력부에서의 전압 및 전류를 감지 및 감시하고, 상기 4개의 DC-DC 컨버터 각각을 최대 파워 포인트로 제어하기 위한 프로세서; 및
송수신기;를 포함하고,
상기 4개의 DC-DC 컨버터의 각각은 적어도 하나의 스트링 파워 최적화기 입력부의 각각에 연결된 스트링 입력부 및 한 쌍의 정류자를 포함하고, 상기 정류자의 쌍의 각각은 양의 정류자와 음의 정류자를 포함하고, 상기 4개의 DC-DC 컨버터의 조합의 상기 양의 정류자의 양의 출력부는 시스템 DC 링크와 연결된 단일한 양의 고전압 출력부에 병렬로 함께 연결되고, 상기 4개의 DC-DC 컨버터의 조합의 상기 음의 정류자의 음의 출력부는 상기 시스템 DC 링크와 연결된 단일한 음의 고전압 출력부에 병렬로 함께 연결되고, 상기 4개의 DC-DC 컨버터의 조합의 양의 정류자의 음의 출력부 및 상기 복수의 DC-DC 컨버터의 조합의 상기 음의 정류자의 양의 출력부는 전기적 중성부에 연결된 단일한 전기적 중성부에 병렬로 함께 연결되고,
상기 송수신기는 복수의 고전압 재생 에너지 수확 네트워크 데이터 및 복수의 중앙 그리드 동기식 다상 조절 전류원 인버터 시스템 데이터를 상기 가상 이멀전 감시 시스템 및 제어 시스템으로 전송하고 상기 가상 이멀젼 감시 시스템 및 제어 시스템으로부터 수신하기 위해 안테나에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 유틸리티 규모의 재생 에너지 전력 시스템.
15. The system of claim 13, wherein each of said plurality of renewable energy collector strings comprises a plurality of photovoltaic modules, each of said plurality of renewable energy power optimizers and transmitters:
A combination of a plurality of DC-DC converters;
A processor for sensing and monitoring voltage and current at a string inverter input of each of the four DC-DC converters and controlling each of the four DC-DC converters to a maximum power point; And
Including a transceiver;
Each of the four DC-DC converters comprises a string input and a pair of commutators coupled to each of at least one string power optimizer input, each of the pair of commutators comprising a positive commutator and a negative commutator The positive outputs of the positive commutator of the combination of four DC-DC converters are connected together in parallel to a single positive high voltage output connected to a system DC link; The negative output of the negative commutator is coupled together in parallel to a single negative high voltage output connected to the system DC link, the negative output of the positive commutator of the combination of the four DC-DC converters and the plurality of The positive outputs of the negative commutator of the combination of DC-DC converters are connected together in parallel to a single electrical neutral connected to the electrical neutral,
The transceiver is configured to transmit a plurality of high voltage renewable energy harvesting network data and a plurality of central grid synchronous polyphase regulated current source inverter system data to the virtual emulsion monitoring system and control system and to receive from the virtual emulsion monitoring system and control system. Utility scale renewable energy power system, characterized in that connected to.
제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 중앙 제어 시스템은:
상기 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기와 상기 복수의 그리드 인버터 패키지 모듈 사이에서 통신하는 수단;
복수의 고전압 재생 에너지 수확 네트워크 데이터, 및 복수의 중앙 그리드 동기식 다상 조절 전류원 인버터 시스템 데이터를 전송하고 수신하는 수단; 및
상기 가상 이멀전 감시 시스템과 통신하는 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 유틸리티 규모의 재생 에너지 전력 시스템.
15. The system of claim 13 or 14, wherein the central control system is:
Means for communicating between the plurality of renewable energy power optimizers and transmitters and the plurality of grid inverter package modules;
Means for transmitting and receiving a plurality of high voltage renewable energy harvesting network data and a plurality of central grid synchronous polyphase regulated current source inverter system data; And
Means for communicating with said virtual emulsion monitoring system.
제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 가상 이멀전 감시 시스템은
3차원 시각지향형 가상현실 디스플레이 환경에서 상기 복수의 고전압 재생 에너지 수확 네트워크 데이터, 및 상기 복수의 중앙 그리드 동기식 다상 조절 전류원 인버터 시스템 데이터의 시각적 디스플레이를 위해, 그리고 상기 복수의 재생 에너지 수집기 스트링의 사용가능한 조사(irradiation)를 기초로 고전압 전기 그리드로 주입하기 위한 상기 고전압 재생 에너지 수확 네트워크로부터의 전력 출력을 예측하기 위해, 복수의 고전압 재생 에너지 수확 네트워크 데이터 및 복수의 중앙 그리드 동기식 다상 조절 전류원 인버터 시스템 데이터를 수집하는 가상 이멀전 장비 와치독(Virtual Immersion Equipment Watchdog: VIEW) 컴퓨터 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 유틸리티 규모의 재생 에너지 전력 시스템.
15. The system of claim 13 or 14, wherein the virtual emulsion monitoring system is
For visual display of the plurality of high voltage renewable energy harvesting network data, and the plurality of central grid synchronous polyphase regulated current source inverter system data in a three dimensional visually oriented virtual reality display environment, and for the available survey of the plurality of renewable energy collector strings collect a plurality of high voltage regenerative energy harvesting network data and a plurality of central grid synchronous polyphase regulated current source inverter system data to predict power output from the high voltage regenerative energy harvesting network for injection into a high voltage electric grid based on irradiation A utility scale renewable energy power system comprising a Virtual Immersion Equipment Watchdog (VIEW) computer system.
제 18 항에 있어서, 상기 4개의 DC-DC 컨버터 각각은 상기 스트링 인버터 입력부에 연결된 공진 인버터 입력부 및 절연 변압기에 의해 단일한 정류자의 입력부에 연결된 공진 인버터 출력부를 가지는 가변 주파수 제어 공진 인버터를 더 포함하고, 상기 단일한 정류자는 상기 양의 정류자 출력부 및 음의 정류자 출력부에 연결된 출력부를 가지고, 상기 프로세서는 상기 가변 주파수 제어 공진 인버터의 동작 주파수를 변경함으로써 상기 4개의 DC-DC 컨버터 각각을 최대 파워 포인트로 제어하는 것을 특징으로 하는 유틸리티 규모의 재생 에너지 전력 시스템.19. The apparatus of claim 18, wherein each of the four DC-DC converters further comprises a variable frequency controlled resonant inverter having a resonant inverter input coupled to the string inverter input and a resonant inverter output coupled to the input of a single commutator by an isolation transformer. The single commutator has an output coupled to the positive commutator output and a negative commutator output, wherein the processor is configured to maximize the power of each of the four DC-DC converters by varying the operating frequency of the variable frequency controlled resonant inverter. Utility scale renewable energy power system, characterized in that the control point. 제 19 항에 있어서, 상기 4개의 DC-DC 컨버터 각각은 상기 스트링 인버터 입력부에 연결된 공진 인버터 입력부 및 절연 변압기에 의해 정류자의 쌍의 입력부에 연결된 공진 인버터 출력부를 가지는 가변 주파수 제어 공진 인버터를 더 포함하고, 상기 프로세서는 상기 가변 주파수 제어 공진 인버터의 동작 주파수를 변경함으로써 상기 4개의 DC-DC 컨버터 각각을 최대 파워 포인트로 제어하는 것을 특징으로 하는 유틸리티 규모의 재생 에너지 전력 시스템.20. The apparatus of claim 19, wherein each of the four DC-DC converters further comprises a variable frequency controlled resonant inverter having a resonant inverter input coupled to the string inverter input and a resonant inverter output coupled to an input of a pair of commutators by an isolation transformer. And the processor controls each of the four DC-DC converters to a maximum power point by changing an operating frequency of the variable frequency controlled resonant inverter. 제 13 항에 있어서, 상기 복수의 재생 에너지 수집기 각각은 정류된 dc 출력을 가지는 복수의 풍력 터빈 구동식 ac 발전기를 포함하고, 상기 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기 각각은:
적어도 하나의 쌍의 DC-DC 컨버터의 각각이 스트링 인버터 입력부와 컨버터 쌍 DC 링크 출력부를 구비하고, 상기 스트링 인터버 입력부는 상기 적어도 하나의 스트링 파워 최적화기 입력부에 연결되고, 상기 컨버터 쌍 DC 링크 출력부는 상기 고전압 DC 출력부에 연결되는 상기 적어도 하나의 쌍의 DC-DC 컨버터; 및
상기 적어도 하나의 DC-DC 컨버터의 각각의 스트링 인버터 입력부에서의 전압 및 전류를 감지 및 감시하고, 상기 적어도 하나의 DC-DC 컨버터 각각을 최대 파워 포인트로 제어하는 프로세서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유틸리티 규모의 재생 에너지 전력 시스템.
The system of claim 13, wherein each of the plurality of renewable energy collectors comprises a plurality of wind turbine driven ac generators having a rectified dc output, wherein each of the plurality of renewable energy power optimizers and transmitters comprises:
Each of the at least one pair of DC-DC converters has a string inverter input and a converter pair DC link output, wherein the string inverter input is connected to the at least one string power optimizer input and the converter pair DC link output The at least one pair of DC-DC converters connected to the high voltage DC output unit; And
And a processor that senses and monitors voltage and current at each string inverter input of the at least one DC-DC converter and controls each of the at least one DC-DC converter to a maximum power point. Utility scale renewable energy power system.
제 13 항에 있어서, 상기 가상 이멀전 감시 시스템은 복수의 고전압 재생 에너지 수확 네트워크 데이터 및 복수의 중앙 그리드 동기식 다상 조절된 전류원 인버터 시스템 데이터를 수집하고; 3차원 시각지향형 가상현실 디스플레이 환경에서 상기 복수의 고전압 재생 에너지 수확 네트워크 데이터 및 상기 복수의 중앙 그리드 동기식 다상 조절 전류원 인버터 시스템 데이터의 시각적 디스플레이를 위한 가상 이멀전 장비 와치독 컴퓨터 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 유틸리티 규모의 재생 에너지 전력 시스템.14. The system of claim 13, wherein the virtual emulsion monitoring system collects a plurality of high voltage renewable energy harvesting network data and a plurality of central grid synchronous polyphase regulated current source inverter system data; And a virtual emulsion watchdog computer system for visual display of the plurality of high voltage renewable energy harvesting network data and the plurality of central grid synchronous polyphase regulated current source inverter system data in a three-dimensional visually oriented virtual reality display environment. Utility scale renewable energy power system. 제 24 항에 있어서, 상기 적어도 2개의 DC-DC 컨버터 각각은 상기 적어도 하나의 스트링 인버터 입력부에 각각 연결된 공진 인버터 입력부 및 절연 변압기에 의해 단일한 정류자의 입력부에 연결된 공진 인버터 출력부를 가지는 가변 주파수 제어 공진 인버터를 더 포함하고, 상기 단일한 정류자는 상기 양의 정류자 출력부 및 음의 정류자 출력부에 연결된 출력부를 가지고, 상기 프로세서는 상기 가변 주파수 제어 공진 인버터의 동작 주파수를 변경함으로써 상기 적어도 하나의 DC-DC 컨버터 각각을 최대 파워 포인트로 제어하는 것을 특징으로 하는 유틸리티 규모의 재생 에너지 전력 시스템.25. The variable frequency controlled resonance of claim 24, wherein each of said at least two DC-DC converters has a resonant inverter input coupled to each of said at least one string inverter input and a resonant inverter output coupled to an input of a single commutator by an isolation transformer. Further comprising an inverter, said single commutator having an output coupled to said positive commutator output and a negative commutator output, wherein said processor changes said operating frequency of said at least one DC- A utility scale renewable energy power system characterized by controlling each DC converter to its maximum power point. 유틸리티 규모의 재생 에너지 시스템으로부터의 재생 에너지를 수확, 변환, 감시, 및 제어하는 방법으로서,
상기 유틸리티 규모의 재생 에너지 시스템은:
고전압 재생 에너지 수확 네트워크; 및
복수의 그리드 인버터 패키지 모듈을 구비한 중앙 그리드 동기식 다상 조절 전류원 인버터 시스템;을 포함하고,
상기 고전압 재생 에너지 수확 네트워크는
복수의 재생 에너지 수집기의 각각이 DC 출력부를 가지는 복수의 재생 에너지 수집기 스트링; 및
복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기;를 구비하고,
상기 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기의 각각은 상기 복수의 재생 에너지 수집기 스트링 중 적어도 하나의 DC 출력부에 연결된 적어도 하나의 스트링 파워 최적화기 입력부를 가지고, 상기 복수의 재생 에너지 파워 최적화기 및 전송기의 각각은 시스템 DC 링크에 연결되고 상기 시스템 DC 링크의 양, 음, 및 공통 버스로 연결된 단일한 전기적 중성부로 단일한 양의 고전압 DC 출력부와 단일한 음의 고전압 DC 출력부를 제공하도록 배열되고,
상기 방법은,
3차원 시각지향형 가상현실 디스플레이 환경에서 상기 고전압 재생 에너지 수확 네트워크의 가상 이멀전 감시 단계, 및
상기 3차원 시각지향형 가상현실 디스플레이 환경과 통신하여 상기 고전압 재생 에너지 수확 네트워크 및 상기 중앙 그리드 동기식 다상 조절 전류원 인버터 시스템을 중앙 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유틸리티 규모의 재생 에너지 시스템으로부터의 재생 에너지를 수확, 변환, 감시, 및 제어하는 방법.
A method of harvesting, converting, monitoring, and controlling renewable energy from utility scale renewable energy systems,
The utility scale renewable energy system is:
High voltage renewable energy harvesting network; And
A central grid synchronous polyphase regulated current source inverter system having a plurality of grid inverter package modules;
The high voltage renewable energy harvesting network
A plurality of renewable energy collector strings, each of the plurality of renewable energy collectors having a DC output; And
And a plurality of renewable energy power optimizers and transmitters,
Each of said plurality of renewable energy power optimizers and transmitters has at least one string power optimizer input coupled to at least one DC output of said plurality of renewable energy collector strings, said plurality of renewable energy power optimizers and transmitters Each of is arranged to provide a single positive high voltage DC output and a single negative high voltage DC output to a single electrical neutral connected to the system DC link and connected to the positive, negative, and common buses of the system DC link,
The method comprises:
Monitoring the virtual emulsion of the high voltage renewable energy harvesting network in a 3D visually oriented virtual reality display environment, and
Centrally controlling the high voltage renewable energy harvesting network and the central grid synchronous polyphase regulated current source inverter system in communication with the three dimensional visually oriented virtual reality display environment; and regenerate from a utility scale renewable energy system. How to harvest, convert, monitor, and control energy.
KR1020137032954A 2011-05-12 2012-05-13 High voltage energy harvesting and conversion renewable energy utility size electric power systems and visual monitoring and control systems KR20140030253A (en)

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