KR20120134085A - Power generator module connectivity control - Google Patents
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Abstract
Description
관련 출원Related application
본 출원은 "광발전 모듈 래치(Photovoltaic Module Latch)"의 명칭으로 2011년 3월 31일자 출원한 선출원된 미국 가특허 출원 제61/491,359호와 관계가 있고 이 출원을 우선권 주장하며, 이 출원의 전체 내용은 인용에 의해 본원에 통합된다.This application is related to and claims priority to US Provisional Patent Application No. 61 / 491,359, filed March 31, 2011, entitled “Photovoltaic Module Latch.” The entire contents are incorporated herein by reference.
본 출원은 "광발전 모듈 레벨 분리(Photovoltaic Module Level Disconnect)"의 명칭으로 2011년 12월 22일자 출원한 선출원된 미국 가특허 출원 제61/579,437호와 관계가 있고 이 출원을 우선권 주장하며, 이 출원의 전체 내용은 인용에 의해 본원에 통합된다.This application is related to and claims priority in US Patent Application No. 61 / 579,437, filed December 22, 2011, entitled "Photovoltaic Module Level Disconnect." The entire contents of the application are incorporated herein by reference.
종래의 광발전(PhotoVoltaic; PV) 전력 시스템은 많은 유형의 응용에서 사용되는 전력을 생성한다. 예를 들면, 한가지 종래의 응용에 있어서, 태양 전지 어레이에 의해 발생된 전력은 비일광(non-daylight) 시간 중에 이용할 수 있는 전력을 만드는 배터리를 충전하기 위해 사용될 수 있다.Conventional PhotoVoltaic (PV) power systems generate power used in many types of applications. For example, in one conventional application, the power generated by a solar cell array can be used to charge a battery that makes power available during non-daylight times.
도 1은 인버터 또는 충전기 부하(110)를 구동하는 전형적인 PV 어레이(105)(예를 들면, 복수의 PV 소자(135)가 직렬로 접속된 것)를 도시한 것이다. 각각의 광발전 모듈(135)은 직류 50 볼트에서 10 암페어까지 발생할 수 있다.1 illustrates a typical PV array 105 (eg, a plurality of
도시된 것처럼, PV 모듈(135)은 직렬로 접속되어 생성되는 직류 전압을 상승시킬 수 있다. 어떤 경우에는, 만일 PV 모듈의 스트링(string)이 직렬로 접속된 충분한 수의 모듈을 포함하고 있으면, 그 PV 모듈의 스트링에 의해 생성된 전압이 약 1000 Vdc 이상으로 될 수 있다.As shown, the
PV 모듈의 병렬 스트링은 총 DC 전류를 200 암페어 이상으로 증가시킬 수 있다. 따라서, 광발전 전력 시스템에 의해 제공된 전력의 원격 분리 및 재접속은 전형적으로 부하 부근에서 수동 또는 자동 시스템 일시중지를 가능하게 하는 안전 특징으로서 바람직할 수 있다.Parallel strings in PV modules can increase the total DC current beyond 200 amps. Thus, remote disconnection and reconnection of power provided by a photovoltaic power system may be desirable as a safety feature that typically enables manual or automatic system suspend near the load.
어떤 경우에는 한 스트링에서의 결함이 다른 스트링으로부터의 과도한 역전류를 야기할 수 있다. 그러므로, 각 스트링은 그 자체의 퓨즈 또는 차단기가 필요할 수 있다.In some cases, a defect in one string can cause excessive reverse current from the other string. Therefore, each string may need its own fuse or breaker.
도 1은 인버터 또는 충전기와 같은 부하에서 전형적으로 발견되는 입력 커패시턴스를 나타내는 커패시터(114)를 또한 포함한다는 점에 주목한다. PV 모듈 어레이(105)의 음극(-) 단자와 각 접지(116) 사이에 있는 휴즈(115)(또는 차단기)는 PV 어레이(105)와 각 접지(116) 사이에서 전류를 소거하는데 도움을 준다. 피뢰기 소자(118)는 과잉 전압을 접지(116)로 분기시킴으로써 낙뢰 충격에 의한 손상으로부터 PV 어레이(105)를 보호하는데 도움을 준다.1 also includes a
전력 시스템은 부하(예를 들면, 인버터/충전기(110))를 PV 어레이(105)로부터 분리시키는 능력을 제공하는 DC 스위치(120)를 포함할 수 있다. 그러나, 부하(110) 부근에서 광발전 전력의 분리 및 재접속은 전류 및 전압 레벨이 PV 모듈 시스템과 DC 스위치(120) 사이에서 안전하게 되는 것을 보장하지 않으며, 이 때문에 예컨대 소방관 및 PV 시스템 관리 직원 등의 긴급사태 처리 직원에게 잠재적인 위험을 줄 수 있다.The power system may include a
본 발명은 발전기 모듈 접속 제어를 제공하고자 한다. The present invention seeks to provide a generator module connection control.
종래의 응용과는 대조적으로, 본 발명의 실시형태는 사용자가 전력 시스템의 접속을 유일하게 제어할 수 있게 한다. 예를 들면, 직렬 접속된 복수의 발전기 모듈의 대응하는 스트링에 있는 각각의 발전기 모듈(예컨대, 전원 장치, 광발전식 발전 자원(resource) 등)은 각각의 제어 회로를 구비한다. 제어 회로는 발전기 모듈 내의 스위치를 구동시키는 제어기를 구비할 수 있다. 개별 발전기 모듈은 출력 단자를 구비하고, 발전기 모듈의 발전기 자원(예컨대, 복수의 PV 셀과 같은 전원)이 태양광에 노출된 때 상기 출력 단자 양단에 전압이 생성된다. 발전기 모듈은 직렬 접속에서 선택적으로 활성화되어 인버터, 최적화기, 충전기 등과 같은 외부 부하에 전력을 공급하기 위해 사용되는 전압을 생성할 수 있다.In contrast to conventional applications, embodiments of the present invention allow a user to solely control the connection of the power system. For example, each generator module (eg, power supply, photovoltaic power generation resource, etc.) in a corresponding string of a plurality of generator modules connected in series has a respective control circuit. The control circuit may have a controller for driving a switch in the generator module. The individual generator module has an output terminal, and voltage is generated across the output terminal when the generator resource of the generator module (eg, a power source such as a plurality of PV cells) is exposed to sunlight. The generator module can be selectively activated in series connection to generate a voltage that is used to power external loads such as inverters, optimizers, chargers, and the like.
다른 실시예에 따르면, 원격 자원은 스트링 내의 발전기 모듈의 접속을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 각각의 발전기 모듈은 제어 신호 발생기로부터의 통신 신호가 있는지 감시하는 전류 감지 회로를 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 각각의 PV 모듈은 전력을 외부 부하에 전달하기 위해 각각의 발전기 모듈에 의해 사용되는 전력선을 통해 전송되는 원격에서 발생된 지속(keep-alive) 신호(즉, 활성화 신호)가 있는지 감시할 수 있다. 만일 지속 신호가 원격 자원에 의해 발생된 대로 전력선에 존재하면, 개별 발전기 모듈의 제어 회로는 스위치를 온 상태로 활성화하여(또는 각각의 PV 모듈을 활성화 상태로 유지하여) 각각의 활성화된 발전기 모듈이 직렬 스트링 내의 다른 하나 이상의 활성화된 발전기 모듈과 직렬로 접속되게 한다. 일 실시형태에 있어서, 만일 지속 신호가 타임아웃 기간 내에 검출되지 않으면, 각각의 발전기 모듈은 각각의 발전기 모듈을 비활성화시킨다.According to another embodiment, the remote resource may be configured to control the connection of the generator module in the string. For example, each generator module may include a current sensing circuit that monitors for the presence of a communication signal from the control signal generator. More specifically, each PV module monitors for remotely generated keep-alive signals (ie activation signals) transmitted over the power lines used by each generator module to deliver power to external loads. can do. If a sustain signal is present on the power line as generated by the remote resource, the control circuit of the individual generator module activates the switch on (or keeps each PV module active) so that each activated generator module To be connected in series with one or more other activated generator modules in the serial string. In one embodiment, if no sustain signal is detected within the timeout period, each generator module deactivates each generator module.
스트링 내의 각 발전기 모듈은 실질적으로 그 출력 단자들 사이에 배치된 바이패스 커패시터를 포함할 수 있다. 스트링 내의 하나 이상의 발전기 모듈을 제어하기 위한 제어 신호는 스트링 내의 각 발전기 모듈을 온 상태로 전환하기 위해 각 발전기 모듈에 전력선을 통해 전송되는 AC형 신호(예를 들면, 사인파, 준사인파, 톱니파 펄스, 구형파 펄스 등)일 수 있다. 발전기 모듈의 바이패스 커패시터는, 커패시터가 AC 제어 신호는 통과시키고 DC 신호를 차단하기 때문에, 직렬 접속의 하류에 있는 다른 발전기 모듈에 대한 통신 신호의 전달을 가능하게 하는 저 임피던스 경로를 제공한다. 따라서, 각 스트링에 있는 복수의 발전기 모듈은 각각 통신 신호를 수신할 수 있다.Each generator module in the string may include a bypass capacitor disposed substantially between its output terminals. Control signals for controlling one or more generator modules in the string are AC-type signals (e.g., sine wave, quasi-sine wave, sawtooth wave, etc.) that are transmitted through the power line to each generator module in the string to turn on. Square wave pulses). The bypass capacitor of the generator module provides a low impedance path that enables the transfer of communication signals to other generator modules downstream of the series connection, since the capacitor passes the AC control signal and blocks the DC signal. Thus, the plurality of generator modules in each string can each receive a communication signal.
본 발명의 실시형태는 발전기 모듈의 단자들 사이에 배치되어, 각 발전기 모듈에 배치된 저전압 FET(전계 효과 트랜지스터) 또는 직렬 제어 스위치(예를 들면, 저가 스위치)의 릴레이를 사용할 수 있게 하는 다이오드(예를 들면, 순환 다이오드, 환류 다이오드, 모듈 레벨 바이패스 다이오드)를 또한 포함한다. 하나의 예시적인 실시형태에 있어서, 전계 효과 트랜지스터의 고유 다이오드는 직렬 스위치가 분리되었을 때 스트링 전류를 통전시키는 바이패스 다이오드로서 또한 기능하여 발전기 모듈의 단자들 간에 저전압 다이오드를 사용할 수 있게 한다. 여기에서 구현되는 과대 온도 및/또는 과소 전압 보호부는 높은 FET 온저항 또는 릴레이 접촉 저항에 의해 야기되는 과도한 전력 소산을 또한 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 일 실시형태에 있어서, 각 발전기 모듈의 과소 전압 보호부는 어레이 또는 스트링 전력선을 함께 단락시키는 아크 결함 또는 접지 결함과 같은 과도전류 조건이 있을 때 과소 전압 보호부가 스트링의 각 발전기 모듈에 있는 각 스위치를 턴오프시켜서 과도전류 조건을 공급하는 가용 전력을 감소시키는 추가의 시스템 이익을 제공한다.Embodiments of the present invention provide a diode disposed between terminals of a generator module to enable use of a relay of a low voltage FET (field effect transistor) or a series control switch (e.g., a low cost switch) disposed in each generator module ( For example, circulating diodes, reflux diodes, module level bypass diodes). In one exemplary embodiment, the intrinsic diode of the field effect transistor also functions as a bypass diode that conducts string current when the series switch is disconnected to enable the use of low voltage diodes between the terminals of the generator module. The over temperature and / or under voltage protections implemented herein may also reduce excessive power dissipation caused by high FET on resistance or relay contact resistance. For example, in one embodiment, the undervoltage protection of each generator module includes an undervoltage protection on each generator module of the string when there is a transient condition such as an arc fault or ground fault that shorts the array or string power lines together. Turning off each switch provides the additional system benefit of reducing the available power supplying transient conditions.
다른 실시형태에 따르면, 외부 부하(예를 들면, 전력 컨버터, 충전기 등)에 의해 발생된 스위칭 노이즈는, 노이즈가 무심코 단순한 연속적인 "지속" 신호로서 해석될 수 있기 때문에, 전력선 신호의 제거와 함께 감소 또는 제거될 수 있다. 여기에서 설명하는 단순한 연속적인 "지속" 신호 발생기는 신호를 복조 또는 복호할 필요가 없는 각 발전기 모듈에서 저가 제어 회로의 사용을 가능하게 한다.According to another embodiment, switching noise generated by an external load (e.g., power converter, charger, etc.) is accompanied by the removal of the power line signal, since the noise can be interpreted as a simple, continuous "continuous" signal. Can be reduced or eliminated. The simple continuous "continuous" signal generator described herein allows the use of low cost control circuits in each generator module that do not need to demodulate or decode the signal.
추가의 실시형태에 있어서, 모듈 레벨 제어 장치는 긴급사태 처리 직원 또는 관리 직원에 의한 원격 분리 스위치의 수동 또는 자동 활성화에 응답해서, 또는 아크 결함 또는 접지 결함 검출기에 의하거나 부하(인버터, 최적화기, 충전기)의 제어와의 협력을 통한 자동 활성화에 응답해서 전력선 신호 발생기를 턴오프함으로써 스트링 또는 발전기 모듈로부터 각각의 개별 전원을 분리시키는 수단을 제공한다. 또한, 지속 제어 신호는 지속 신호 발생기에 대한 전력 공급이 차단되었을 때, PV 전력선 접속을 개방하였을 때, 및/또는 전력선들 간에 단락이 있을 때 종료될 수 있다.In a further embodiment, the module level control device responds to manual or automatic activation of the remote disconnect switch by the emergency handling staff or the administrative staff, or by an arc fault or ground fault detector or by load (inverter, optimizer, Means for disconnecting each individual power source from the string or generator module by turning off the power line signal generator in response to automatic activation in cooperation with control of the charger. In addition, the sustain control signal may terminate when power supply to the sustain signal generator is interrupted, when the PV power line connection is opened, and / or when there is a short circuit between the power lines.
상기 및 기타 실시형태의 변형예는 뒤에서 더 자세히 설명된다.Modifications of the above and other embodiments are described in further detail below.
위에서 언급한 것처럼, 본 발명의 각종 실시형태는 여기에서 설명하는 방법 동작의 일부 또는 전부를 실시 및/또는 지원하기 위한 하나 이상의 컴퓨터화 장치, 하드웨어 프로세서 장치, 어셈블러 등의 구성을 포함할 수 있다는 점에 주목한다. 다시 말하면, 하나 이상의 컴퓨터화 장치, 프로세서, 디지털 신호 프로세서, 어셈블러 등은 여기에서 설명하는 방법을 수행하도록 프로그램 및/또는 구성될 수 있다.As noted above, various embodiments of the present invention may include configurations of one or more computerized devices, hardware processor devices, assemblers, etc. to implement and / or support some or all of the method operations described herein. Pay attention to In other words, one or more computerized devices, processors, digital signal processors, assemblers, and the like may be programmed and / or configured to perform the methods described herein.
또한, 여기에서 설명하는 각각의 상이한 특징, 기술, 구성 등이 이 명세서의 다른 곳에서 설명될 수 있지만, 각 개념은 서로 독립적으로 실행될 수도 있고 서로 협력하여 실행될 수도 있는 것으로 의도된다. 따라서, 여기에서 설명하는 하나 이상의 본 발명, 실시형태 등은 많은 다른 방법으로 구체화되고 보여질 수 있다.In addition, although each of the different features, techniques, configurations, etc. described herein may be described elsewhere in this specification, it is intended that each concept may be executed independently of one another or in cooperation with each other. Accordingly, one or more of the inventions, embodiments, and the like described herein may be embodied and viewed in many different ways.
또한, 본 발명 실시형태의 상기 예비적인 설명은 이 명세서의 발명 또는 청구된 발명의 각종 실시형태 및/또는 증분적으로 신규한 양태를 특정하지 않는다는 점에 주목한다. 그 대신, 이 간단한 설명은 종래 기술을 능가하는 일반적인 실시형태 및/또는 대응하는 신규성 부분만을 제시한다. 본 발명의 추가적인 세부 및/또는 가능한 상관관계(치환)에 대해서는 뒤에서 더 구체적으로 설명되는 본 명세서의 '발명을 실시하기 위한 구체적인 내용' 부분 및 대응하는 도면을 참조할 수 있다.It is also noted that the above preliminary description of embodiments of the invention does not specify various embodiments and / or incrementally novel aspects of the invention or claimed invention herein. Instead, this brief description presents only general embodiments and / or corresponding novelty parts over the prior art. For further details and / or possible correlations (substitutions) of the present invention, reference may be made to the 'details for carrying out the invention' section of the present specification and corresponding drawings, which are described in more detail below.
본 발명에 따라 발전기 모듈 접속 제어를 제공할 수 있다. According to the present invention it is possible to provide a generator module connection control.
도 1은 종래 기술에 따른 예시적인 PV 어레이를 보인 도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른, 직렬 접속된 복수의 발전기 모듈을 포함한 예시적인 전력 시스템을 보인 도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 예시적인 발전기 모듈을 보인 도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시형태에 따른, 전력 시스템이 과도전류를 경험할 수 있는 예시적인 위치를 나타낸 도이다.
도 7은 본 발명의 실시형태에 따른 예시적인 지속 회로를 보인 도이다.
도 8은 본 발명의 실시형태에 따른 예시적인 발전기 모듈을 보인 도이다.
도 9는 본 발명의 실시형태에 따른 직렬 스위치 및 제어 회로의 추가적인 세부를 보인 도이다.
도 10은 본 발명의 실시형태에 따른, 복수의 균일한 방사도 레벨에 대한 발전기 모듈 전류 대 발전기 모듈 전압의 예를 보인 도이다.
도 11 내지 도 14는 본 발명의 실시형태에 따른 래치형의 발전기 모듈을 보인 도이다.1 shows an exemplary PV array according to the prior art.
2 shows an exemplary power system including a plurality of generator modules connected in series, according to an embodiment of the invention.
3 shows an exemplary generator module according to an embodiment of the invention.
4-6 illustrate exemplary locations where a power system may experience transients, in accordance with embodiments of the present invention.
7 illustrates an exemplary sustain circuit in accordance with an embodiment of the present invention.
8 shows an exemplary generator module according to an embodiment of the invention.
9 shows additional details of a series switch and control circuit in accordance with an embodiment of the present invention.
10 illustrates an example of generator module current vs. generator module voltage for a plurality of uniform radiation levels, in accordance with an embodiment of the present invention.
11 to 14 show a latch generator module according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 전술한 및 기타의 목적, 특징 및 장점은, 동일한 참조번호가 도면 전체에 걸쳐서 동일한 부품을 나타내는 첨부 도면으로 나타낸 바와 같은, 본 발명의 양호한 실시형태에 대한 이하의 더 구체적인 설명으로부터 명백하게 될 것이다. 도면들은 반드시 정확한 축척으로 된 것이 아니고, 그 대신 실시형태, 원리, 개념 등을 설명하는 데 촛점을 둔 것이다.The foregoing and other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following more detailed description of the preferred embodiments of the present invention, as indicated by the accompanying drawings wherein like reference numerals designate like parts throughout the figures thereof. will be. The drawings are not necessarily to scale, focusing instead on describing embodiments, principles, concepts, and the like.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시형태는 종래의 발전 시스템과 차이가 있다.As mentioned above, embodiments of the present invention differ from conventional power generation systems.
더 구체적으로, 도 2는 본 발명의 실시형태에 따른, 선택적으로 활성화되는 발전기 모듈의 직렬 접속의 예시적인 제어를 보인 도이다.More specifically, FIG. 2 illustrates exemplary control of series connection of a selectively activated generator module, in accordance with an embodiment of the present invention.
도시된 것처럼, 전력 시스템(100)은 복수의 발전기 모듈(220)(예를 들면, 발전기 모듈(220-1), 발전기 모듈(220-2), ..., 발전기 모듈(220-N))로 이루어진 적어도 하나의 스트링, 제어 신호 발생기(240), 및 부하(230)를 포함한다. As shown, the power system 100 includes a plurality of generator modules 220 (eg, generator module 220-1, generator module 220-2, ..., generator module 220-N). At least one string consisting of, the control signal generator 240, and the
전력 시스템(100)은 전압(260)을 생성하도록 병렬로 접속되는 임의의 적당한 수의 발전기 모듈(220) 스트링을 포함할 수 있다는 점에 주목한다.Note that power system 100 may include any suitable number of
그 이름이 암시하고 있는 것처럼, 제어 신호 발생기(240)는 발전기 모듈(220)을 제어하기 위한 하나 이상의 제어 신호(240-S)를 발생한다.As its name suggests, control signal generator 240 generates one or more control signals 240-S for controlling
더 구체적으로, 일 실시형태에 있어서, 제어 신호 발생기(240)는 발전기 모듈(220)과 관련된 기능을 제어하는 제어 신호(240-S)를 생성한다. 예를 들면, 제어 신호 발생기(240)는 제어 신호(240-S)를 전력선(250)을 통해 발전기 모듈(220)에 전송한다. 스트링 내의 각 발전기 모듈(220)은 제어 신호(240-S)를 수신한다. 발전기 모듈(220)은 제어 신호(240-S)를 수신하고, 수신된 제어 신호(240-S)에 따라서 각각의 기능을 수행한다.More specifically, in one embodiment, the control signal generator 240 generates a control signal 240-S that controls the functions associated with the
일 실시형태에 있어서, 제어 신호 발생기(240)는 스트링 내의 각 발전기 모듈(220)을 활성화시키는 하나 이상의 제어 신호(240-S)를 발생한다. 일 실시형태에 있어서, 활성화된 발전기 모듈(220)의 직렬 접속은 부하(230)에 전력을 공급하기 위해 사용되는 전압(260)을 생성한다.In one embodiment, control signal generator 240 generates one or more control signals 240-S that activate each
스트링 내의 각 발전기 모듈(220)은 도시된 것처럼 전력선(250)에 직렬로 접속된 애노드(+)와 캐소드(-)를 포함한다. 활성화되었을 때, 각 발전기 모듈(220)은 각각의 애노드 단자(+)와 캐소드 단자(-) 사이에 각각의 전압을 발생한다. 스트링 내의 발전기 모듈(220)은 활성화시에 도시된 것처럼 직렬로 접속되기 때문에, 결함이 없고 각 발전기 모듈이 전압을 발생한다고 가정하면, 발전기 모듈(220)의 스트링에 의해 생성된 출력 전압(260)은 각 발전기 모듈에 의해 생성된 개별 출력 전압의 합이다. 발전기 모듈의 스트링은 출력 전압(260)에서 스트링 전류를 생성한다.Each
따라서, 제어 신호 발생기(240)에 따라서, 발전기 모듈(220)의 스트링은 발생된 전력(220-P)을 발전기 모듈을 통과하는 각각의 전력선(250)을 통해 부하(230)에 전달하도록 제어가능하게 직렬 접속될 수 있다.Thus, in accordance with the control signal generator 240, the string of the
제어 신호 발생기(240)는 제어 신호(240-S)(하나 이상의 제어 신호를 포함할 수 있음)의 생성을 중단하거나 발전기 모듈(220)에게 이들을 비활성화하기 위한 통신을 보낼 수 있다. 그러한 상황에서, 발전기 모듈(220)은 턴오프되고, 부하(230)를 구동하기 위해 사용되는 전압(260)을 더 이상 생성하지 않는다.The control signal generator 240 may interrupt the generation of control signals 240 -S (which may include one or more control signals) or send communications to the
비제한적인 예로서, 활성화된 발전기 모듈(220)의 스트링에서 생성된 전압(260)은 실질적으로 DC 전압일 수 있다.As a non-limiting example, the
제어 신호(240-S)는 임의의 적당한 유형의 신호일 수 있다. 예를 들면, 일 실시형태에 있어서, 제어 신호(240-S)는 전압(260)에 중첩되는 AC 신호일 수 있다. 그러한 상황에서, 발전기 모듈(220)은 각각의 발전기 모듈이 그 단자들 간에 출력 전압을 생성하도록 활성화되어야 하는지 결정하기 위한 기초로서 AC 신호(예를 들면, 제어 신호(240-S))를 이용한다.Control signal 240-S may be any suitable type of signal. For example, in one embodiment, the control signal 240-S may be an AC signal that overlaps the
이 예시적인 실시형태에 있어서, 부하(230)는 발전기 모듈(220)에 의해 생성된 전력(220-P)을 출력 전력(280)으로 변환하거나 조절하거나 등을 하는 임의의 적당한 유형의 자원(예를 들면, 인버터, 충전기 등)일 수 있다.In this exemplary embodiment, the
출력 전력(280)은 부하에 전력을 공급하기 위해 사용될 수 있고, 부하는 그 다음에 소정의 기능을 수행하기 위해 출력 전력(280)을 소모한다. 부하(230)는 전압(260)을 120 볼트 AC 신호로 변환시키도록 구성될 수 있다.The output power 280 can be used to power the load, and the load then consumes the output power 280 to perform certain functions. The
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 하나 이상의 발전기 모듈과 관련된 더 구체적인 기능을 보인 예시적인 도면이다. 각각의 발전기 모듈(220)은 뒤에서 설명하는 것과 유사한 방식으로 동작할 수 있다는 점에 주목한다.3 is an exemplary diagram illustrating more specific functionality associated with one or more generator modules in accordance with an embodiment of the present invention. Note that each
여기에서 설명하는 것처럼, 스위치(350)를 온 상태로 활성화시키는 것은 적당한 신호로 스위치(350)를 구동시켜서 각각의 전원(340)과 각각의 캐소드 전력 단자(360-2) 사이에 저 임피던스 경로를 생성한다는 것을 의미한다. 이 경우에, 스위치(350)는 폐쇄된다.As described herein, activating the switch 350 in the on state drives the switch 350 with a suitable signal to establish a low impedance path between each
스위치(350)를 오프 상태로 비활성화시키는 것은 적당한 신호로 스위치(350)를 구동시켜서 전원(340)과 캐소드 전력 단자(360-2) 사이에 고 임피던스 경로를 생성한다는 것을 의미한다. 이 경우에, 스위치(350)는 개방된다.Deactivating the switch 350 off means driving the switch 350 with a suitable signal to create a high impedance path between the
도시된 것처럼, 발전기 모듈(220-2)은 제어기(320), 센서 요소(330), 전원(340), 스위치(350), 커패시터(371), 바이패스 다이오드(372), 및 블리드 저항기(373)를 포함한다.As shown, generator module 220-2 includes
전원(340)은 출력 전류를 각각의 DC 전압으로 집합적으로 발생하는 복수의 태양 전지를 포함한 PV 패널과 같은 임의의 적당한 유형의 자원일 수 있다. PV 패널은 태양으로부터 수신된 태양 에너지(즉, 광 에너지)를 전기 에너지로 변환시키도록 구성될 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에 있어서, 발전기 모듈(220)은 태양 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 소위 광발전(PV)형 모듈이다.The
각각의 발전기 모듈(220)에 배치된 스위치(350)는 전계 효과 트랜지스터, 전기기계 릴레이 등과 같은 임의의 적당한 유형의 자원일 수 있다.The switch 350 disposed in each
일 실시형태에 있어서, 제어기(320)는 원격에 위치된 제어 신호 발생기(240)에 의해 발생되어 전력선(250)을 통해 수신되는 제어 신호(240-S)의 존재를 감시한다. 제어기(320)는 센서 요소(330)로부터 입력을 수신함으로써 그러한 조건을 검출한다. 센서 요소(330)로부터의 입력에 기초해서, 제어기(320)는 발전기 모듈(220-2)을 제어하는 법을 표시하는 제어 신호 발생기(240)로부터의 통신을 수신한다.In one embodiment,
따라서, 제어기(320)에서 수신한 제어 신호(240-S)에 기초해서, 제어기(320)는 스위치(350)의 상태를 제어한다. 예를 들면, 스위치(350)는 직렬 접속된 발전기 모듈(220)의 각 발전기 모듈(220-2)을 선택적으로 활성화시킨다.Therefore, based on the control signal 240 -S received by the
더 구체적으로, 비제한적인 예의 실시형태에 있어서, 만일 센서 요소(330)가 각 스위치(350)의 활성화를 지시하는 제어 신호(240-S)를 수신하면, 제어기(320)는 센서 요소(330)로부터 입력을 수신하고, 검출된 제어 신호(240-S)에 따라서 스위치(350)를 온 상태로 전환시키는 내부 제어 신호를 발생한다. 하나의 예시적인 실시형태에 있어서, 만일 센서 요소(330)가 각 스위치(350)의 활성화를 지시하는 제어 신호(240-S)의 존재를 검출하지 못하면, 제어 신호 발생기(240)로부터 수신된 이전의 활성화 제어 신호를 수신한 후 소정의 타임아웃 기간이 경과한 후에, 제어기(320)는 스위치(350)를 오프 상태로 전환시키는 비활성화를 개시한다.More specifically, in a non-limiting example embodiment, if
따라서, 하나의 예시적인 실시형태에 따르면, 제어 신호(240-S)는 지속 신호일 수 있다. 발전기 모듈(220-2)이 제어 신호 발생기(240)에 의해 발생된 지속 신호를 주기적으로 또는 계속적으로 검출하는 한, 제어기(320)는 스위치를 온 상태로 활성화한다. 제어기(320)는 제어 신호(240-S)의 존재의 검출에 실패한 후에 스위치(350)를 오프 상태로 비활성화시킨다.Thus, according to one exemplary embodiment, the control signal 240-S may be a sustain signal. As long as the generator module 220-2 periodically or continuously detects the sustain signal generated by the control signal generator 240, the
센서 요소(330)는 저 임피던스 감지 요소와 같은 임의의 적당한 유형의 자원일 수 있다는 점에 주목한다. 예를 들어서, 저 임피던스 요소는 애노드 전력 단자(360-1)와 전원(340) 사이에서 연장하는 전기 경로에 직렬로 배치되어 전류가 전력선의 저 임피던스 경로를 따라 흐르게 함으로써 전원(340)에 의해 생성된 출력 전압에 대한 충격을 줄일 수 있다.Note that
센서 요소(330)는 제어 신호(240-S)의 존재를 검출하는 전류 또는 전압 센서 소자와 같은 임의의 적당한 유형의 자원일 수 있다.The
하나의 비제한적인 예의 실시형태에 있어서, 센서 요소(330)는 변성기의 1차 권선이 애노드 전력 단자(360-1)와 전원(340) 사이에 직렬로 접속된 변성기 소자이다. 제어기(320)는 변성기의 2차 권선을 감시한다. 이러한 예에서, 변성기의 2차 권선은 제어 신호 발생기(240)에서 생성된 AC 신호를 제어기(320)에 전송한다. 제어기(320)는 이 신호를 처리하여 수신된 신호가 유효 지속 신호인지 노이즈인지를 결정할 수 있다. 전원(340)은 DC 전류 또는 전압을 생성할 수 있다. 변성기의 1차 권선을 통해 흐르는 DC 전류는 2차 권선의 양단에 전압을 생성하지 않는다. 따라서, 센서 요소(330)는 전력 신호의 DC 요소가 전력선(250)을 통해 부하(230)에 전달되게 하는 AC 감지 요소일 수 있다.In one non-limiting example embodiment, the
경로에 직렬로 배치되는 것의 대안예로서, 센서 요소(330)는 커패시터일 수 있다는 점에 주목한다. 애노드 전력 단자(360-1)는 전원(340)에 직접 결합될 수 있다. 센서 요소(330)의 일단부는 애노드 전력 단자 노드(360-1)에 결합되고, 커패시터의 다른 단부는 제어 신호 발생기(240)에 의해 생성된 적어도 가끔씩의 AC 신호의 존재(또는 부재)를 검출하는 제어기(320)의 감지 회로에 결합될 수 있다. 따라서, 센서 요소(330)는 제어 신호(240-S)의 존재를 검출하는 전압 감지 능력을 제공할 수 있다.Note that as an alternative to being disposed in series in the path, the
직렬 구성 또는 스트링의 각 발전기 모듈에 바이패스 커패시터(371)를 설치함으로써, 스트링의 각 발전기 모듈이 제어 신호 발생기(240)에 의해 발생된 제어 신호(240-S)의 적어도 일부를 수신하는 것을 보장할 수 있다. 예를 들면, 스트링의 각각의 개별 발전기 모듈에 설치된 각각의 커패시터(371)는 복수의 발전기 모듈(220)의 직렬 접속의 일부를 형성한다. 발전기 모듈의 커패시터(371)는 분압기로서 작용하여(그래서 스트링을 통해 AC 전류가 흐르게 하여) 각 발전기 모듈(220)이 제어 신호(240-S)의 적어도 일부를 실질적으로 동시에 수신하게 한다. 따라서, 각 발전기 모듈(220)은 각 발전기 모듈(220)의 출력 단자들(예를 들면, 360-1과 360-2) 사이에 배치된 각각의 커패시터(371)를 구비하여 제어 신호(240-S)를 전력선(250)을 통해 전달할 수 있다.By installing a
스트링 내의 발전기 모듈(220)이 모두 초기에 디스에이블 즉 비활성화 상태에 있다고 가정하면, 전력선(250)을 통해 제어 신호(240-S)를 전송함으로써 각 제어기(320)가 발전기 모듈(220)의 실질적으로 동시 활성화(예를 들면, 각 스위치(350)를 턴온시키는 것)를 개시하여 출력 전압(260)을 생성하게 할 수 있다. 다시 말하면, 제어 신호(240) 또는 제어 신호의 부재는, 각각의 발전기 모듈이 그러한 신호를 사실상 동시에 수신하기 때문에, 발전기 모듈(220-2)의 동시 제어를 가능하게 한다.Assuming all of the
따라서, 제어 신호 발생기(240)는 제어 신호(240-S)를 발생하도록 구성될 수 있다. 제어 신호 발생기(240)는 제어 신호(240-S)를 전력선(250)을 통해 전송하여 직렬 접속된 복수의 발전기 모듈(220)을 각각 활성화시킨다. 부하(230)는 직렬 접속된 활성화 발전기 모듈(220)로부터 전력선(250)을 통해 전력을 수신한다. 위에서 언급한 것처럼, 제어 신호는 AC 신호일 수 있다. 전력선(250)을 통해 수신된 전력은 동시에 활성화된 복수의 발전기 모듈(220)의 직렬 접속에 의해 생성된 실질적으로 DC 전압 및/또는 DC 전류일 수 있다.Accordingly, the control signal generator 240 may be configured to generate the control signal 240 -S. The control signal generator 240 transmits the control signal 240 -S through the
일 실시형태에 있어서, 제어 신호 발생기(240)는 전력선(250)을 통한 제어 신호(240-S)의 전송을 중단시켜서 직렬 접속된 복수의 발전기 모듈(220)의 각각의 개별적인 발전기 모듈을 비활성화시키도록 또한 구성될 수 있다.In one embodiment, the control signal generator 240 suspends transmission of the control signal 240-S via the
이미 설명한 것처럼, 센서 요소(320)는 전류를 검출하도록 구성될 수 있다. 제어 신호 발생기(240)는 제어 신호(240-S)를 전류의 펄스로서 발생한다. 이미 설명한 것처럼, 각각의 개별 발전기 모듈(220)에 있는 제어기(320)는 신호를 수신하고 그에 따라 스위치(350)를 제어한다. 다른 실시형태에 따르면, 제어기(320)는 센서 요소(330)로부터 수신한 입력을 하나 이상의 임계치(예를 들면, 제1 임계치, 제2 임계치 등)와 비교한다. 제어기(320)는 센서 요소(330)에 의해 감지된 전류가 제1 임계치보다 큰 것을 검출한 것에 응답하여 스위치(350)를 온 상태로 활성화시킨다. 제어기(320)는 센서 요소(330)에 의해 감지된 전류가 제2 임계치보다 작은 것을 검출한 것에 응답하여 스위치(350)를 오프 상태로 비활성화시킨다. 실시형태에 따라서, 제1 임계치의 크기는 제2 임계치보다 더 클 수 있다. 대안적으로, 제1 임계치와 제2 임계치는 실질적으로 동일한 값일 수 있다.As already described,
전력선(250)은 노이즈에 민감할 수 있다. 예를 들면, 부하(230)는 전압(260)을 출력 전력(280)으로 변환시키기 위한 전환을 수행할 수 있다. 이러한 실시형태에 있어서, 제어 신호 발생기(240) 및 부하의 동작은 전력선(250)에 부과된 노이즈가 발전기 모듈(220)의 제어에 영향을 주지 않도록 제어 및/또는 동기화될 수 있다.The
더 구체적인 예로서, 제어 신호 발생기(240)(즉, 원격 신호 발생기)는 제어 신호(240-S)를 위에서 설명한 것처럼 지속 신호로서 생성하도록 구성될 수 있다. 제어 신호 발생기(240)는 부하를 멈추게 하는 신호를 또한 제공할 수 있고, 이에 의해 각 발전기 모듈에 있는 제어기(320)가 지속 신호로서 해석할 수 있는 부하(230) 관련 스위칭 노이즈를 차단할 수 있다.As a more specific example, control signal generator 240 (ie, a remote signal generator) may be configured to generate control signal 240 -S as a sustain signal as described above. The control signal generator 240 can also provide a signal to stop the load, thereby blocking the
각각의 개별 발전기 모듈(220)에 있는 다이오드(372)는 만일 각각의 스위치(350)가 활성화되지 않았으면 각각의 발전기 모듈을 바이어스 모드에서 동작하게 한다. 바이어스 모드(예를 들면, 스위치(350)의 비활성화 중에)는 발전기 모듈이 오프 상태에 있는 경우에도 각각의 발전기 모듈(220)이 전류 및/또는 전압 신호를 통과시키게 한다.
예를 들어서, 어떤 이유로 인하여, 발전기 모듈(220-2)의 제어기(320)가 제어 신호(240-S)의 수신에 응답해서 스위치(350)를 턴온하는데 실패하였지만, 직렬 접속된 다른 상류 및 하류 발전기 모듈이 제어 신호(240-S)의 수신에 따라 활성화되었다고 가정한다. 이 경우에는, 발전기 모듈(220-2)의 스위치(350)가 비활성화(오프) 상태이기 때문에, 발전기 모듈(220-2)은 출력 전압(260)을 생성하는데 기여하지 못한다. 그러나, 다른 활성화된 발전기 모듈은 직렬 접속 구성으로 인하여 출력 전압(260)의 발생에 각각 기여한다. 출력 전압(260)의 크기는 발전기 모듈(220-2)이 활성화되어 있는 다른 경우에 비하여 더 낮다. 즉, 비제한적인 예로서, 만일 각각의 활성화 발전기 모듈이 X 볼트의 생성에 기여하고 스트링 내의 (N-1)개의 가능한 발전기 모듈만이 활성화되면, 스트링의 출력 전압(260)은 실질적으로 (N-1)X이다. 만일 발전기 모듈(220-2)을 포함한 모든 발전기 모듈이 활성화되어 있으면, 출력 전압(260)은 실질적으로 (N)X의 크기를 가질 것이다.For example, for some reason, the
일 실시형태에 있어서, 제어 신호 발생기(240)가 제어 신호(240-S)의 발생을 중단한 때, 제어기(320)는 각각의 발전기 모듈(220-2)을 바이패스 모드로 동작시키기 위해 각 스위치(350)를 오프 상태로 설정할 수 있다. 다시 말하면, 제어 신호(240-S)의 존재를 검출하지 못한 때, 각각의 발전기 모듈은 바이패스 모드로 동작할 수 있다.In one embodiment, when control signal generator 240 stops generating control signal 240-S,
또 다른 실시형태에 따르면, 각 발전기 모듈(220-2)의 출력 단자(360-1, 360-2) 사이에 배치된 다이오드(372)는 과전압 조건에 의해 스위치가 손상되는 것을 방지하여 스위치(350)에서의 바이패스 다이오드 전력 소산을 제한한다는 점에 주목한다. 따라서, 스위치(350)는 손상될 가능성이 낮아진다.According to another embodiment, the
게다가, 발전기 모듈(220)의 단자들 간에 배치된 다이오드(372)는 각각의 발전기 모듈에 배치된 직렬 제어 스위치(예를 들면, 저가 스위치)용으로 저전압 FET(전계 효과 트랜지스터) 또는 릴레이와 같은 각 스위치(350)의 사용을 가능하게 한다. 스위치(350)가 전계 효과 트랜지스터인 경우, 전계 효과 트랜지스터의 고유 다이오드는 바이패스 다이오드로서 또한 작용할 수 있다. 즉, 스위치(350)의 고유 다이오드는 직렬 스위치가 분리된 때 스트링 전류를 통전시켜서 다이오드(372)의 과전압 보호를 가능하게 한다.In addition, a
뒤에서 자세히 설명하는 것처럼, 과대 온도 및 과소 전압 보호부(예를 들면, 제어기(320)는 전원(340)에 의해 생성된 조절된 전압을 감시하여, 만일 제어 회로 또는 관련 회로에 전력을 공급하는 발생 전압이 너무 낮으면 스위치(350)를 오프시킨다)는 높은 FET 온저항 또는 릴레이 접촉 저항으로부터 야기하는 과잉 전력 소산을 또한 감소시킬 수 있다. 이 과소 전압 보호부는 어레이 또는 스트링 전력선을 함께 단락시키는 아크 결함 또는 접지 결함과 같은 과도전류가 있을 때 과소 전압 보호부가 병렬 스트링의 각 발전기 모듈에 있는 각각의 개별 스위치(350)를 개방시켜서 아크 결함 또는 접지 결함을 공급하는 가용 전력을 감소시키는 추가의 시스템 이익을 제공한다.As will be discussed in detail later, an over temperature and under voltage protection (eg,
따라서, 본 발명의 다른 실시형태는 복수의 발전기 모듈의 직렬 접속에 배치된 발전기 모듈을 포함한다. 발전기 모듈의 직렬 접속에 배치된 각각의 개별 발전기 모듈은 애노드 전력 단자(360-1); 캐소드 전력 단자(360-2); 및 다이오드(372)(즉, 다이오드 소자)를 구비할 수 있다. 다이오드(372)의 애노드(+)단은 저 임피던스 전기 경로를 통하여 각 발전기 모듈의 캐소드 전력 단자(360-2)에 결합된다.Accordingly, another embodiment of the present invention includes a generator module arranged in series connection of a plurality of generator modules. Each individual generator module disposed in series connection of the generator modules includes an anode power terminal 360-1; Cathode power terminal 360-2; And a diode 372 (that is, a diode element). The anode (+) end of
위에서 언급한 것처럼, 스위치(350)는 각각의 전력을 발생하는 전원(340)과 직렬로 배치된다. 스위치(350)는 전원(340)에 의해 생성된 전력을 각 발전기 모듈(220-2)의 애노드 전력 단자(360-1)와 캐소드 전력 단자(360-2) 사이에 인가하는 것을 제어한다.As mentioned above, the switch 350 is disposed in series with a
스위치(350)는 고유 다이오드를 구비한 전계 효과 트랜지스터일 수 있고; 고유 다이오드의 순방향 바이어스는 전원(340)을 통해 애노드 전력 단자(360-1)로부터 캐소드 전력 단자(360-2)로의 전류 흐름을 지원한다.Switch 350 may be a field effect transistor with an intrinsic diode; The forward bias of the intrinsic diode supports current flow from the anode power terminal 360-1 through the
도시된 것처럼, 전원(340)과 직렬 접속된 스위치(350)의 조합은 다이오드(372)와 실질적으로 병렬로 배치될 수 있다. 각 발전기 모듈의 센서 요소(330)는 애노드 전력 단자(360-1)와 캐소드 전력 단자(360-2)가 직렬 형태로 접속되는 전력선(250)을 통해 수신되는 통신 신호의 존재를 감시한다. 이미 설명한 것처럼, 제어기(320)(즉, 제어 회로)는 제어 신호(즉, 통신 신호)에 따라 스위치(350)의 상태를 제어한다.As shown, the combination of switch 350 in series with
제어 신호 발생기(240)에 의해 생성된 제어 신호(240-S)는 지속형 신호일 필요가 없다는 점에 주목한다. 그 대신에, 제어 신호 발생기(240)에 의해 생성된 제어 신호는 제어 신호를 수신하는 발전기 모듈이 각각의 기능을 수행하도록 암호화될 수 있다. 예를 들면, 일 유형의 제어 신호(예컨대, 제1 암호화 통신)는 각 스위치(350)를 활성화시키도록 발전기 모듈에게 전송될 수 있다. 다른 유형의 제어 신호(예컨대, 제2 암호화 통신)는 각 스위치(350)를 비활성화시키도록 전송될 수 있다.Note that the control signal 240 -S generated by the control signal generator 240 need not be a continuous signal. Instead, the control signal generated by the control signal generator 240 may be encrypted such that the generator module receiving the control signal performs each function. For example, one type of control signal (eg, first encrypted communication) may be sent to the generator module to activate each switch 350. Another type of control signal (eg, second encrypted communication) may be sent to deactivate each switch 350.
또 다른 실시형태는 명령을 상이한 발전기 모듈로 목표 정하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어서, 각 명령은 명령이 발전기 모듈의 스트링에 지향되어야 하는지 또는 스트링 내의 특정 발전기 모듈에 지향되어야 하는지를 표시하는 목표 어드레스 값으로 암호화될 수 있다. 제어기(320)는 수신된 신호를 복호하여 수신된 신호가 수신 발전기 모듈로 지향되었는지를 결정하는 적당한 발전기 능력을 구비할 수 있다. 만일 그렇다면, 제어기(320)는 제어 신호 발생기(240)로부터 수신된 통신에 의해 의도된 명령을 복호하여 어떤 기능을 수행할 것인지 결정할 수 있다.Another embodiment may include targeting instructions to different generator modules. For example, each command may be encrypted with a target address value indicating whether the command should be directed to a string of generator modules or to a specific generator module in the string. The
따라서, 발전기 모듈(220)은 다른 유형의 명령의 발생을 통해 제어될 수 있다. 제어 신호 발생기(240)에 의해 발생된 명령은 상이한 발전기 모듈로 특별하게 목표정해질 수 있다.Thus,
역방향으로, 본 발명의 다른 실시형태는 각각의 발전기 모듈(220)로부터 전력선(250)을 통해 제어 신호 발생기(또는 다른 적당한 메시지 처리 자원)로 통신하는 단계를 포함할 수 있다. 각 발전기 모듈(220)은 유일한 어드레스가 할당될 수 있다. 발전기 모듈은 메시지 내에 발전기 모듈의 어드레스를 포함시켜서 메시지를 수신하는 제어 신호 발생기가 어떤 발전기 모듈(220)이 메시지를 발생하였는지 식별하게 할 수 있다. 발전기 모듈로부터의 메시지는 전원(340)의 건전성 및 전력을 발생하는 능력과 같은 상태 정보, 발전기 모듈의 전원에 의해 생성된 전압 등을 포함할 수 있다. 발전기 모듈(220)은 제어 신호 발생기에 대한 메시지를 AC형 신호로서 전송할 수 있다. 제어 신호 발생기(240)는 전력선을 통해 발전기 모듈로부터 수신되는 메시지의 존재를 감시하는 적당한 회로를 포함할 수 있다.In reverse, another embodiment of the present invention may include communicating from each
또 다른 실시형태에 따르면, 발전기 모듈은 메시지 내에 목적지 어드레스(예를 들면, 통신이 지향되는 발전기 모듈의 어드레스)를 포함시키고 소스 어드레스(예를 들면, 통신을 전송하는 발전기 모듈의 어드레스)를 포함시킨 것에 기초하여 서로 통신하도록 구성될 수 있다.According to another embodiment, the generator module includes in the message a destination address (eg, the address of the generator module to which the communication is directed) and a source address (eg, the address of the generator module sending the communication). Can be configured to communicate with each other based on the.
본 발명의 다른 실시형태에 따라서, 도 7은 스위치 및 제어 회로를 각각 구비한 PV 모듈의 병렬 스트링을 보인 것이다. 더 구체적으로 각각의 스위치를 구비한 복수의 PV 모듈 스트링이 병렬로 접속되어 전압(260)을 생성할 수 있다.According to another embodiment of the invention, FIG. 7 shows a parallel string of PV modules each having a switch and a control circuit. More specifically, a plurality of PV module strings with respective switches may be connected in parallel to generate a
하나의 특정 실시형태에 있어서, "지속" 신호 발생기(740)는, 선택적인 아크 결함 검출기(AFD)(741), 및 인버터, 최적화기, 충전기 등과 같은 부하(230)에 대한 I/O와 함께, 변류기(755)를 통해 전력선(750)에 결합된다.In one particular embodiment, the "persistent"
전력선(750)에 중첩된 전류 및/또는 전압은 션트, 홀효과 센서, 플럭스 게이트 자기 센서 등을 포함한 적당한 기술로 감지될 수 있다는 점에 주목한다.Note that the current and / or voltage superimposed on
"지속" 신호 발생기(740)는 단일 주파수, 예를 들면 전형적으로 9 kHz 내지 148 kHz 사이의 단일 주파수로 또는 국제 표준에 의해 허용된 다른 주파수로 동작하는 종래의 협대역 단방향 전력선 통신 발생기일 수 있다. 발생기(740)에 의해 생성된 이 신호는 노이즈 거절을 개선하기 위해 진폭 변조, 주파수 변조, 또는 위상 변조되거나 암호화 등이 될 수 있다. 그러나, 모듈-레벨-분리(MLD) 회로는 필요로 하는 복조 또는 복호 기능 때문에 더 복잡해지고 고가로 될 수 있다.The "persistent"
도 7은 PV 모듈-레벨-분리(MLD) 제어 수단으로서 부하(230)로부터의 입력(760)을 또한 보여주고 있다. 출력(761)은 부하(230)로부터의 스위칭 노이즈를 차단하거나 감소시키기 위해 또한 제공된다. 스위칭 노이즈는 다른 경우에, 이미 설명한 것처럼 발전기 모듈을 비활성화하는 것이 바람직할 때, 잘못된 "지속" 신호를 발생할 수 있다. 또한, 부하(230)로부터 제어기(740)로의 출력 신호는 "지속" 신호를 종료시키기 위해 사용될 수 있다.7 also shows the
비록 도 7에서는 AFD(741)가 부하(230) 부근에 위치된 것을 보여주고 있지만, AFD(741)는 결합기 상자 내의 또는 그 부근의 스트링 레벨에서 위치될 수도 있다. 또한, 신호 주입을 위한 변류기(755)가 AFD(741) 아크 신호 검출을 위해 사용될 수도 있다.Although FIG. 7 shows that the
변류기(755)가 전력선(750)의 양극 단부와 직렬 접속된 것으로 도시되어 있지만, 변류기(755)는 전력선(750)의 음극 단부와 직렬 접속될 수도 있고 또는 양극 전력선과 음극 전력선(750) 사이에 커패시터 결합될 수도 있다. 후자의 경우에는 양극 및/또는 음극 전력선에서 유도성 초크가 사용되어 부하(230)에 대한 입력 커패시턴스의 단락 효과를 감소시킬 수 있다.Although the
AFD(741)가 도 4 내지 도 6에 도시된 것처럼 직렬 또는 병렬 과도전류를 검출한 경우에, AFD는 지속 신호 발생기(740)를 동작중지시킴으로써 각 모듈을 원격에서 분리할 수 있다. AFD(741)는 또한 부하(230)에 출력을 전송하여 그 입력에서의 스위칭을 차단할 수 있고, 그에 따라서 잘못된 지속 신호의 잠재적 소스를 제거할 수 있다.If the
발전기 모듈의 직렬 접속은 스트링 또는 어레이 접속의 개방, 스트링 또는 어레이에서의 퓨즈 또는 차단기 개방, 및 전력선들 간의 단락에 의해 분리될 수 있다.The series connection of the generator modules can be separated by the opening of the string or array connection, the opening of the fuse or breaker in the string or array, and the short between the power lines.
도 8은 직렬 스위치 및 제어 회로가 본 발명의 실시형태에 따른 각각의 개별 PV 모듈에 부착된 것을 보여주고 있다.8 shows that a series switch and a control circuit are attached to each individual PV module according to an embodiment of the invention.
이 예시적인 실시형태에서, 직렬 스위치(350-1) 및 전원(340)은 출력 전류("Io") 및 출력 전압("Vo")을 공급하는 단자들(360-1, 360-2) 간에 출력을 형성한다. 제어 회로(320-1)는 "지속" 신호의 존재를 감시하는 전류 감지 요소(330-1)로부터의 입력을 포함한다. 과전압 클램프 소자(810)는 제어 회로(320-1)에 대한 손상을 방지하고, 부하 저항기(812)는 전류 감지 요소(330-1)로부터의 1차 권선 전류를 2차 전압으로 변환한다. 언급한 것처럼, 전계 효과 트랜지스터(FET)(350-1)는 전기기계 릴레이와 같은 임의의 적당한 자원으로 교체될 수 있고, 이 경우 릴레이 코일이 FET 게이트를 대체하고 릴레이 접점들이 FET 드레인과 소스를 대체한다.In this exemplary embodiment, the series switch 350-1 and the
물리적인 릴레이를 사용하는 경우에는 몇 가지 공지된 문제점들이 존재한다. 접점의 수명은 특히 고전압 또는 고전류에서의 스위칭에 의해 야기되는 접점 부식에 의해 제한된다. 접점들로부터 야기되는 전력 소산은 만일 오염에 의해 접촉 저항이 증가하면 시간이 흐름에 따라 증가할 수 있다. 접점들은 만일 접점들 간에 절연 입자 또는 막이 형성되면 폐쇄 실패를 일으킬 수 있고, 만일 접점들이 함께 용접되면 개방 실패를 일으킬 수 있다. 코일은 여자된 때 전력을 소산시킬 수 있고, 접점들이 폐쇄된 때 상당한 부분의 전력이 소산될 수 있으며, 이것에 의해 장치의 온도를 상승시키고 PV 시스템의 에너지 효율을 저하시킬 수 있다. 게다가, 이러한 릴레이의 크기 및 비용이 반도체 릴레이를 능가할 수 있고, 또한 전기적 및 기계적 수명이 반도체 스위치에 비하여 훨씬 낮을 수 있다.There are some known problems when using physical relays. The lifetime of a contact is in particular limited by the contact corrosion caused by switching at high voltages or high currents. Power dissipation resulting from the contacts can increase over time if the contact resistance increases due to contamination. Contacts may cause closure failures if insulating particles or films are formed between the contacts, and opening failures if the contacts are welded together. The coil can dissipate power when excited and a significant portion of power dissipate when the contacts are closed, thereby raising the temperature of the device and reducing the energy efficiency of the PV system. In addition, the size and cost of such relays can outperform semiconductor relays, and the electrical and mechanical lifetimes can be much lower than for semiconductor switches.
도 10에 도시된 것처럼, 개별 발전기 모듈의 절대 임피던스 또는 병렬 임피던스가 신호를 감쇠시킬 수 있고 오프 상태의 FET(350-1)가 역시 신호를 감쇠시킬 것이기 때문에, 다른 구성요소들은 PV 스트링을 통해 지속 신호를 전도하기 위한 바이패스 커패시터(371)를 포함할 수 있다. 과전압 보호(OVP) 다이오드(372)는 저전압 FET(350-1)의 사용을 가능하게 한다. 블리드 저항기(373)는 커패시터(371)에 잔류하는 전력선 전압을 방전시킨다.As shown in FIG. 10, other components persist through the PV string because the absolute or parallel impedance of the individual generator modules can attenuate the signal and the FET 350-1 in the off state will also attenuate the signal. And a
OVP 다이오드(372)는 PV 모듈과 함께 작용하여 FET(350-1) 양단의 최대 전압을 제한하고, FET(350-1) 기판 다이오드(즉, 고유 다이오드)는 PV 모듈과 함께 작용하여 OVP 다이오드(372) 양단의 역전압을 제한한다. 이 방법으로, 모듈-레벨-분리(MLD) FET(350-1) 및 OVP 다이오드(372)는 FET(350-1) 및 OVP 다이오드(372)의 가격을 상승시키는 훨씬 더 높은 스트링 및 어레이 전압(예를 들면, 출력 전압(260))이 아닌, 각 전원(340)(즉, PV 모듈)과 관련된 계속 전압에 견디기만 하면 된다. OVP 다이오드(372)는 또한 전압 강하가 낮고, 그에 따라서 순방향 바이어스될 때 전력 소산이 더 낮은 "능동" 다이오드일 수 있다. 능동 다이오드는 순방향 바이어스된 FET 기판 다이오드(예를 들면, FET(350-1)의 고유 다이오드)보다 전압 강하가 더 낮은 FET 기반 소자일 수 있다.The
도 8에는 PV 전력 모듈(즉, 전원(340)) 및 복수의 바이패스 다이오드(865)가 또한 도시되어 있다. 바이패스 다이오드(865)는 전원(340)의 어느 한 구획(예를 들면, 복수의 PV 태양 전지)이, 만일 방사도로부터 야기되는 상기 구획의 전류가 스트링 내 다른 모듈보다 충분히 아래로 떨어지면, 우회되게 하는 기능을 수행한다. PV 모듈 접속 상자(820)에서의 전력 소산은 상기 바이패스 다이오드(865)의 더 많은 수가 순방향 바이어스될수록 증가할 것이다.Also shown in FIG. 8 is a PV power module (ie, power supply 340) and a plurality of
접속 상자 또는 내부 구성요소의 온도가 너무 높아지면, 직렬 FET(350-1)는 오프로 되도록 구성되어 각각의 전원(340)이 발전기 모듈의 직렬 접속의 일부로 되게 할 수 있다. 다시 말하면, 접속 상자(820) 또는 그 일부의 온도가 임계치 이상으로 되었다고 검출되면, 제어 회로(320-1)는 스위치(350-1)를 차단하도록 구성될 수 있다. 따라서, 제어 회로(320-1)는 스위치(350-1)를 오프 상태로 비활성화시키도록 제어 신호 발생기(240)로부터 오는 명령을 무시할 수 있다. 언급한 것처럼, 단일의 발전기 모듈(220)이 바이패스 모드에서 동작하는 경우에도, 직렬 접속된 다른 발전기 모듈은 활성화되어 비록 낮은 전압이긴 하지만 각각의 출력 전압(260)을 발생할 수 있다. 발전기 모듈에서의 각 스위치(350-1)를 차단함으로써 그 전력 소산을 낮추고 과도한 열에 의한 손상을 방지하는데 도움을 준다.If the temperature of the junction box or internal components becomes too high, the series FET 350-1 may be configured to be off so that each
도 9는 직렬 스위치 및 제어 회로가 각 PV 모듈에 부착된 것을 보인 것이다. 제어 회로(320-1)는 전류 센서 요소(330-1)로부터의 입력을 포함한다. 제어 회로(320-1)는 대역 통과 필터, 증폭기, 피크 검출기, 비교기, 전압 조절기 등과 같은 하나 이상의 구성요소 중 임의의 구성요소를 포함할 수 있다.9 shows a series switch and a control circuit attached to each PV module. Control circuit 320-1 includes an input from current sensor element 330-1. The control circuit 320-1 may include any of one or more components, such as a band pass filter, an amplifier, a peak detector, a comparator, a voltage regulator, and the like.
일 실시형태에 있어서, 제어 회로(320-1)는 스위치(350-1)의 개방 및 폐쇄 상태의 변화를 제어하기 위한 관련 대역 통과 필터 및 시상수(예를 들면, 1 밀리초 내지 100 밀리초 사이)를 가져서 노이즈로 인해 잘못 턴온될 가능성을 감소시킨다.In one embodiment, the control circuit 320-1 includes an associated band pass filter and time constant (eg, between 1 millisecond and 100 milliseconds) for controlling changes in the open and closed states of the switch 350-1. ) To reduce the possibility of false turn-on due to noise.
도시된 것처럼, 각각의 발전기 모듈은 전압 조절기(816)를 포함할 수 있다. 전압 조절기(816)는 전원(340)으로부터 전력을 수신할 수 있다. 전압 조절기(816)의 출력은 발전기 모듈 내의 제어 회로(320-1) 및 기타의 관련 회로에 전력을 공급한다.As shown, each generator module may include a
일 실시형태에 있어서, 제어 신호 발생기(240)로부터 수신된 지속 신호가 임계치 아래로 떨어질 때, 제어 회로(320-1)는 직렬 FET(350-1)가 오프 상태로 되도록 제어하여 전원(340)(예를 들면, PV 모듈)이 스트링으로부터 분리되게 한다.In one embodiment, when the sustain signal received from the control signal generator 240 falls below the threshold, the control circuit 320-1 controls the series FET 350-1 to be turned off to supply
이미 설명한 것처럼, 발전기 모듈이 스위치(350-1)를 턴온시키는 명령을 수신한 경우에도, 각 발전기 모듈 내의 다른 제어 회로 블록은, 만일 바이패스 다이오드, 제어 회로(320-1) 등과 같은 접속 상자(820)의 감시되는 부분의 온도가 안전한 동작 온도 임계치(Tth)를 초과하고 PV 모듈 전압이 전압 임계치(Vth) 아래로 감퇴하면, 전원(340)을 스트링으로부터 분리시키도록 구성되어 조절된 전압이 제어 회로(320-1)를 동작시키고 FET(350-1)가 낮은 스위치 저항으로 턴온되게 할만한 충분한 전압을 제공하지 않게 한다.As described above, even when the generator module receives a command to turn on the switch 350-1, the other control circuit block in each generator module may be connected to a connection box (such as a bypass diode, control circuit 320-1, etc.). When the temperature of the monitored portion of 820 exceeds the safe operating temperature threshold Tth and the PV module voltage is reduced below the voltage threshold Vth, the regulated voltage is configured to isolate the
예를 들면, 제어 회로(320-1)는 만일 스위치(350-1)가 충분히 높은 게이트 전압을 이용하여 턴온될 수 없으면 스위치(350-1)를 턴오프시키도록 구성될 수 있다. 만일 게이트 전압이 너무 낮으면, 스위치(350-1)의 온 저항이 높아져서 스위치(350-1)에서 과도한 열 소산을 일으키고 손상을 야기할 것이다. FET 스위치(350-1)가 제어 회로(320-1)의 제어에 의해 턴오프되면, 단자 전류(Io)가 OVP 다이오드(372)를 통해 흐른다.For example, control circuit 320-1 may be configured to turn off switch 350-1 if switch 350-1 cannot be turned on using a sufficiently high gate voltage. If the gate voltage is too low, the on resistance of the switch 350-1 will be high, causing excessive heat dissipation and damage in the switch 350-1. When the FET switch 350-1 is turned off by the control of the control circuit 320-1, the terminal current Io flows through the
각각의 개별 발전기 모듈은 온도 센서 회로를 포함할 수 있다. 제어 회로(320-1)는 개별 발전기 모듈과 관련된 온도가 임계치 이상인 것을 검출한 것에 응답하여 스위치(350-1)를 활성화시키는 명령을 무시한다(즉, 제어 회로(320-1)는 스위치(350-1)를 턴오프시킨다).Each individual generator module may include a temperature sensor circuit. The control circuit 320-1 ignores the command to activate the switch 350-1 in response to detecting that the temperature associated with the individual generator module is above a threshold (ie, the control circuit 320-1 switches the switch 350). Turn -1) off).
제어 회로(320-1)는 온도가 미리 정해진 임계치 이하로 떨어지거나 모듈 전압(Vpv)(예를 들면, 각 전원(340)에 의해 공급되는 출력 전압)이 다시 미리 정해진 임계치 이상으로 상승한 때 전원(340)을 (스위치(350-1)를 다시 활성화시킴으로써) 스트링에 직렬로 재접속한다. 개별 발전기 모듈을 직렬로 재접속 또는 재활성화하는 것은 급속한 FET 스위치(350-1) 또는 릴레이 스위치 발진을 방지하도록 시간 지연 및 어떤 공칭 임계 히스테리시스에 의해 추가로 제어될 수 있다. 따라서, 각각의 개별 발전기 모듈은 개별 발전기 모듈에 전력을 공급하도록 전압 조절기 회로에 의해 생성된 전압이 과소 전압 임계치 아래로 된 것을 검출한 것에 응답하여 스위치(350-1)를 오프 상태로 제어하는 전압 레벨 센서 회로를 포함할 수 있다.The control circuit 320-1 may generate a power supply when the temperature drops below a predetermined threshold or when the module voltage Vpv (for example, the output voltage supplied by each power supply 340) rises above the predetermined threshold again. 340 is reconnected in series to the string (by reactivating switch 350-1). Reconnecting or reactivating the individual generator modules in series may be further controlled by time delay and some nominal threshold hysteresis to prevent rapid FET switch 350-1 or relay switch oscillation. Thus, each individual generator module controls the switch 350-1 to be in an off state in response to detecting that the voltage generated by the voltage regulator circuit has fallen below an undervoltage threshold to power the individual generator module. Level sensor circuitry.
여기에서 설명한 실시형태에 따르면, 각각의 발전기 모듈 스트링을 통과하는 전류의 크기는 하기의 조건, 즉 스트링의 출력 전압(260)의 단락; 제어 신호(240-S) 발생의 종료; 오류 조건에 따른 원격 신호 발생기(예를 들면, 제어 신호 발생기(240))의 동작 중지; 스위치(350)의 개방; 스트링으로부터 발전기 모듈의 물리적 분리; 및 발전기 모듈과 부하(230) 사이에 배치된 퓨즈 소자 또는 회로 차단기의 개방 중에서 임의의 하나 이상에 응답하여 감소할 수 있다.According to the embodiment described herein, the magnitude of the current passing through each generator module string is determined by the following conditions: short circuit of the
각 스트링이 개별 인버터, 최적화기 또는 충전기에 의해 격리되는 경우에 개별 스트링을 분리시키기 위한 개별 신호 발생기가 각 스트링에 부착될 수 있다. 또한, N형 전계 효과 트랜지스터와 같은 전계 효과 트랜지스터(FET) 또는 도 8 및 도 9에 도시된 스위치(350-1)는 다른 유형의 트랜지스터, 예를 들면 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT) 또는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)로 교체될 수 있고, 증가형 모드 또는 공핍형 모드일 수 있다는 것이 잘 알려져 있다.In case each string is isolated by a separate inverter, optimizer or charger, a separate signal generator can be attached to each string to separate the individual strings. In addition, a field effect transistor (FET) such as an N-type field effect transistor or the switch 350-1 shown in FIGS. 8 and 9 may be another type of transistor, for example, a bipolar junction transistor (BJT) or an insulated gate bipolar transistor. It is well known that it can be replaced with (IGBT) and can be in incremental mode or depletion mode.
더 나아가, 도 7 내지 도 9와 관련하여 설명한 임의의 장치 또는 방법은 예를 들면 각 스트링이 그 최대 전력점에서 동작하도록 DC-DC 변환을 조정하는 최적화기, 또는 각 모듈이 그 최대 전력점에서 동작하도록 DC-AC 변환을 조정하는 마이크로 인버터와 같은 다른 기능과 결합되는 것이 또한 가능하다. 장치는 각각의 광발전 모듈에 부착된 아크 결함 검출기와 또한 결합될 수 있다. 또한, 스위치를 분리 또는 단락시키는 원격 전력선에 결합된 원격 아크 결함 또는 접지 결함 검출기가 여기에서 설명한 장치 또는 방법과 함께 사용될 수 있다. 더 나아가, 단순한 아날로그 회로 하드웨어가 바람직하지만, 마이크로컨트롤러 또는 ASIC(특수 용도 집적회로)와 같은 다른 하드웨어가 더 복잡한 신호 처리에 의해 증대된 여기에서 설명한 기본 제어를 구현하기 위해 대신 사용될 수 있다.Furthermore, any apparatus or method described in connection with FIGS. 7-9 may be, for example, an optimizer that adjusts the DC-DC conversion such that each string operates at its maximum power point, or each module is at its maximum power point. It is also possible to combine it with other functions such as a micro inverter that adjusts the DC-AC conversion to operate. The apparatus may also be combined with an arc fault detector attached to each photovoltaic module. In addition, a remote arc fault or ground fault detector coupled to a remote power line that disconnects or shorts the switch can be used with the apparatus or method described herein. Furthermore, simple analog circuit hardware is preferred, but other hardware, such as microcontrollers or ASICs (special purpose integrated circuits), can be used instead to implement the basic control described herein, which is enhanced by more complex signal processing.
도 10은 3 레벨의 균일한 방사도에 대하여 PV 모듈 전류 대 모듈 전압의 예시적인 그래프(1000)를 보인 것이다. 절대 모듈 임피던스(|Z|)는 동작점의 함수로서 변화하고, 여기에서 Z는 동작점에서의 증분 임피던스이다.FIG. 10 shows an
선택적인 Optional 래치형Latch Type 실시형태 Embodiment
추가의 가능한 실시형태에 따르면, 각각의 광발전 전력 모듈에 부착된 제어 장치가 제공되고, 이 장치는 각 모듈과 직렬 접속된 스위치와, 전력 모듈의 스트링 및 이러한 스트링의 어레이를 상호접속하는 출력 단자를 구비한 제어 회로를 포함한다. 인버터 또는 충전기와 같은 외부 부하는 상기 스트링 또는 어레이의 출력에 접속된다. 상기 스트링 또는 어레이의 출력을 단락시킴으로써 각 모듈을 분리하는 것 및 상기 출력의 DC 전압을 외부적으로 상승시킴에 따른 재접속은 상기 직렬 스위치 및 제어 회로에 의해 가능해진다. 이 실시형태는 출력 단자 전압을 이용하여 필요한 상태로 상기 직렬 스위치 및 내부 부하 저항을 래치하는 방법을 규정한다.According to a further possible embodiment, a control device attached to each photovoltaic power module is provided, which device comprises a switch connected in series with each module, an output terminal for interconnecting a string of power modules and an array of such strings. It includes a control circuit having a. External loads, such as inverters or chargers, are connected to the output of the string or array. Disconnecting each module by shorting the output of the string or array and reconnecting by externally raising the DC voltage of the output are made possible by the series switch and control circuit. This embodiment defines a method of latching the series switch and the internal load resistor in the required state using the output terminal voltage.
본 발명의 다른 양태로서, 각각의 광발전 전력 모듈에 부착된 장치가 제공되고, 이 장치는 직렬 스위치와 제어 회로, 및 전력 모듈의 스트링과 이러한 스트링의 어레이를 상호접속하는 출력 단자를 포함한다. 인버터 또는 충전기와 같은 외부 부하는 상기 스트링 또는 어레이의 출력에 접속된다. 상기 스트링 또는 어레이의 출력을 개방시킴으로써 각 모듈을 분리하는 것 및 상기 출력의 DC 전압을 외부적으로 상승시킴에 따른 재접속은 상기 직렬 스위치 및 제어 회로에 의해 가능해진다. 이 실시형태는 출력 단자 전류 및 전압을 이용하여 필요한 상태로 상기 직렬 스위치 및 내부 부하 저항을 래치하는 방법을 규정한다.In another aspect of the invention, there is provided an apparatus attached to each photovoltaic power module, the apparatus comprising a series switch and a control circuit, and an output terminal for interconnecting a string of power modules and an array of such strings. External loads, such as inverters or chargers, are connected to the output of the string or array. Separation of each module by opening the output of the string or array and reconnection by externally raising the DC voltage of the output are made possible by the series switch and control circuit. This embodiment defines a method of latching the series switch and the internal load resistor in the required state using output terminal current and voltage.
뒤에서 설명하는 것처럼, 래치형 PV 모듈은 각각의 PV 모듈을 온 상태로 래치하도록 전류에 의해 펄스(pulse)될 수 있다. 뒤에서 설명하는 PV 모듈은 위에서 설명한 발전기 모듈에 대한 대체물로서 사용될 수 있다. 뒤에서 설명하는 PV 모듈은 제어 신호 발생기(240)와 같은 원격 소스로부터의 전류 펄스 신호를 수신함에 따라 래치되는 특수 유형의 발전기 모듈이다.As described later, latched PV modules may be pulsed by a current to latch each PV module in an on state. The PV module described below can be used as a replacement for the generator module described above. The PV module described below is a special type of generator module that latches upon receiving a current pulse signal from a remote source, such as control signal generator 240.
이제, 특히, 도 11은 본 발명의 실시형태에 따라서 출력 단자에 전기적으로 접속된 FET 스위치 및 제어 회로와 PV 모듈이 결합된 예시적인 상태를 보인 것이다.Now, in particular, FIG. 11 shows an exemplary state in which a PV module is coupled with a FET switch and control circuit electrically connected to an output terminal in accordance with an embodiment of the present invention.
제어 회로(1100)는 스위치(1150)를 폐쇄 및 개방하기 위한 단자 전압 임계치를 미리 정하는 융통성을 제공한다. 제어 회로(1100)는 FET 스위치(1150)를 폐쇄 및 개방으로 래치한다. 만일 출력 단자(1170)가 외부 전원 또는 부하로부터 전기적으로 분리되면, FET 스위치(1150)의 상태는 그 상태를 변경하지 않는다.The
예를 들어서, 만일 FET 스위치(1150)가 폐쇄되면, 각각의 PV 모듈 전압은 출력 단자(1170)가 외부 전원으로부터 전기적으로 분리된 경우 FET 스위치(1150)를 폐쇄 상태(즉, 온 상태)로 유지하고, 만일 FET 스위치(1150)가 개방(즉, 오프 상태)되면, 미리 정해진 내부 부하는 출력 단자(1170)가 외부 부하로부터 전기적으로 분리된 경우, 예를 들면, 단락 스위치가 개방(즉, 오프)되거나 상기 단락 스위치와 출력 단자 사이에서 전력선이 분리된 경우, 출력 단자 양단의 전압을 저전압으로 유지하여 FET 스위치(1150)를 개방시킨다.For example, if
좀 더 자세히 설명하면, 커패시터(C4)는 ESD(정전기 방전)에 대하여 FET 스위치(1150) 및 제어 회로(1100)를 보호하는데 도움을 주고, 양극 및 음극 출력 단자(1170) 간의 고주파수 노이즈를 필터링하는데 도움을 준다. FET(즉, 스위치(1150))가 개방일 때, FET 기판 다이오드(즉, FET의 고유 다이오드)와 PV 모듈은 외부 전원, 예컨대 다른 PV 스트링이 출력 단자 양단 전압을 증가시킬 때 바이패스 다이오드(D1)와 제어 회로 사이의 전압을 제한하고, 바이패스 다이오드(D1)와 PV 모듈은 외부 전원, 예컨대 동일한 스트링 내의 다른 PV 모듈이 출력 단자 양단 전압을 감소시킬 때 바이패스 FET와 제어 회로 사이의 전압을 제한한다. 커패시터(C2), 저항기(R2) 및 제너 다이오드(Z2)는 FET 스위치의 게이트에 부착되어 스위치 응답시간을 제어하고, 외부 게이트 드라이브가 없을 때 FET를 턴오프시키며, 과전압으로부터 게이트를 보호한다.More specifically, capacitor C4 helps protect
제어 회로에 대한 전력은 커패시터(C1), 제너 다이오드(Z1), 다이오드(D2) 및 저항기(R1)로 구성된 전압 조절기를 통하여 PV 모듈에 의해 제공되고; 다이오드(D2)는 출력 단자들이 함께 단락되고 FET 스위치가 폐쇄된 때 저항기(R1)를 통한 커패시터(C1)의 방전을 방지한다. 출력 단자의 양단 전압은 비교기(CMP) 및 구성요소 R4, R3, C3에 의해 감지되고, R5, R6, 및 R7과 함께 상기 구성요소들은 비교기가 전환될 때를 결정하는 2개의 전압 임계치를 결정하며, C3는 단자 전압이 상기 임계치 중 하나를 교차할 때와 비교기 출력이 전환될 때 사이의 시간 지연을 제공한다. 다이오드(D4)는 비교기의 저전력 공급 레일보다 낮은 다이오드 강하 이하에 있는 것으로부터 비교기의 입력 전압이 반전되는 것을 방지한다. 구성요소 R8, T1 및 D3는 비교기 출력과 FET 게이트를 접속하는 게이트 구동 회로를 포함하고; T1은 CMP 출력 전압을 FET 게이트 구동 전류로 변환하고 양의 PV 모듈 접속에 참조되는 CMP 회로와 음의 PV 모듈 접속에 참조되는 FET 회로 간의 레벨 시프터로서 소용되며; D3는 출력 단자 전압이 C1 양단 전압 이하로 떨어질 때 T1의 베이스-콜렉터 접합과 제너 다이오드(Z2)를 통해 전압 조절기 커패시터(C1) 양단 전압이 방전되는 것을 방지한다.Power to the control circuit is provided by the PV module via a voltage regulator consisting of capacitor C1, zener diode Z1, diode D2 and resistor R1; Diode D2 prevents discharge of capacitor C1 through resistor R1 when the output terminals are shorted together and the FET switch is closed. The voltage across the output terminal is sensed by the comparator (CMP) and components R4, R3, C3, together with R5, R6, and R7, the components determine two voltage thresholds that determine when the comparator is switched , C3 provides the time delay between when the terminal voltage crosses one of the thresholds and when the comparator output is switched. Diode D4 prevents the input voltage of the comparator from reversing from being below the diode drop lower than the low power supply rail of the comparator. Components R8, T1, and D3 include a gate drive circuit connecting the comparator output and the FET gate; T1 converts the CMP output voltage into FET gate drive current and serves as a level shifter between the CMP circuit referenced in the positive PV module connection and the FET circuit referenced in the negative PV module connection; D3 prevents the voltage across the voltage regulator capacitor C1 from discharging through the base-collector junction of T1 and the zener diode Z2 when the output terminal voltage drops below the voltage across C1.
구성요소 R11, T2, R9 및 R10은 반도체 릴레이에서 찾아볼 수 없는 특수 기능을 제공한다. 즉, 내부 부하는 상기 단자들의 양단 전압이 제1의 미리 정해진 임계치 이하일 때 출력 단자들 간에 적용되고, 상기 전압이 제2의 미리 정해진 임계치 이상일 때 부하가 제거된다. 이 기능은 만일 출력 단자가 외부 부하로부터 전기적으로 분리되면 출력 단자 전압을 제1의 미리 정해진 임계치 이하로 유지함으로써 FET를 개방상태로 유지하고, 만일 출력 단자 전압이 제2의 미리 정해진 임계치 이상이면 내부 부하를 제거함으로써 내부 전력 소산을 감소시키기 위해 소용된다.Components R11, T2, R9 and R10 provide special features not found in semiconductor relays. That is, an internal load is applied between output terminals when the voltage across the terminals is below a first predetermined threshold and the load is removed when the voltage is above a second predetermined threshold. This function maintains the FET open by keeping the output terminal voltage below the first predetermined threshold if the output terminal is electrically isolated from the external load, and internal if the output terminal voltage is above the second predetermined threshold. It is used to reduce internal power dissipation by removing the load.
도 12는 본 발명의 실시형태에 따라서 출력 단자에 전기적으로 접속된 FET 스위치 및 제어 회로와 PV 모듈이 결합된 상태를 보인 것이다.12 illustrates a state in which a PV module is coupled with a FET switch and control circuit electrically connected to an output terminal according to an embodiment of the present invention.
도 12에 도시된 것처럼, 제어 회로는 출력(Q)을 구비한 S-R 래치 기능을 제공한다. 만일 시평균(time-averaged) 출력 전압이 소정의 제1 임계 전압 이상인 동안 출력 전류(Iout)가 소정의 제1 임계 전류 이하로 떨어지면(즉, 단자들이 외부 부하로부터 전기적으로 분리되면), 제어 회로(1200)는 FET 스위치(1250)를 개방 상태로 래치하고(즉, 턴오프시킴) 내부 부하를 재접속한다. 만일 시평균 출력 전류가 소정의 제2 임계 전류 이하인 동안 출력 전압(Vout)이 소정의 제2 임계 전압 이상으로 상승하면(즉, 외부 전원에 의해서), 제어 회로(1200)는 FET 스위치를 폐쇄 상태로 래치하고(즉, 턴온시킴) 내부 부하를 분리시킨다.As shown in Fig. 12, the control circuit provides an S-R latch function with an output Q. If the output current Iout falls below the predetermined first threshold current while the time-averaged output voltage is above the predetermined first threshold voltage (ie, the terminals are electrically disconnected from the external load), the
시평균 전류 및 전압 파라미터의 사용은, 예를 들어서 Vout가 낮기 때문에 Iout이 소정의 임계치 이하로 된 때, 또는 Iout가 높은 때의 통상 동작에서 Vout가 소정의 임계치 이상인 때, S-R 래치가 잘못된 이유로 인해 세트되거나 리세트되는 것을 방지한다.The use of time-averaged current and voltage parameters is due, for example, to a reason why the SR latch is wrong, for example, when Iout is below a predetermined threshold because Vout is low, or when Vout is above a certain threshold in normal operation when Iout is high. Prevents it from being set or reset.
도 13은 본 발명의 실시형태에 따라서 출력 단자에 전기적으로 접속된 FET 스위치 및 제어 회로와 PV 모듈이 결합된 예시적인 상태를 보인 것이다.13 shows an exemplary state in which a PV module and a FET switch and control circuit electrically connected to an output terminal are coupled in accordance with an embodiment of the present invention.
도 13에 도시된 것처럼, 제어 회로(1300)는 2개의 원격 분리 방법(원격 스위치 단락 또는 원격 DC 분리)을 결합한, 출력(Q)을 구비한 S-R 래치 기능을 제공한다. 도 13은 제어 회로(1300) 내의 제어 로직을 보여주고 있다. 제어 회로(1300)는 Iout 및 Vout를 각각 감시하기 위한 전류(Iout) 및 전압(Vout) 감지 회로를 구비할 수 있다.As shown in FIG. 13, the
이 예시적인 실시형태에 있어서, 제어 로직은 만일 원격 스위치가 전력선을 함께 단락시키거나 전력선 전류를 차단하면 모듈을 출력 단자(1370)로부터 분리한다. 재접속은 원격 전원이 전력선 전압을 증가시킬 때까지 내부 부하에 의해 금지될 수 있다. 제어 로직은 여기에서 설명하는 분리 및 재접속 방법을 구현하기 위해 Iout 및 Vout의 시평균뿐만 아니라 이들 변수의 순시값을 참조한다는 점에 주목한다.In this exemplary embodiment, the control logic separates the module from the
본 발명의 실시형태는 각 모듈이 그 최대 전력점에서 동작하도록 DC-DC 변환을 조정하는 최적화기로서 공지된 회로, 또는 DC-AC 변환기, 및 더 구체적으로 각 모듈이 그 최대 전력점에서 동작하도록 DC-AC 변환을 조정하는 마이크로 인버터로서 알려진 회로를 또한 포함할 수 있다는 점에 주목한다.Embodiments of the present invention provide a circuit known as an optimizer that adjusts the DC-DC conversion so that each module operates at its maximum power point, or more specifically, such that each module operates at its maximum power point. Note that it may also include a circuit known as a micro inverter that regulates the DC-AC conversion.
본 발명의 실시형태는 각각의 광발전 모듈에 부착된 과도전류형 결함 검출기와 또한 결합될 수 있다. 원격 아크 결함 또는 접지 결함 검출기는 원격 분리 또는 단락 스위치 및 원격 재접속 전원과 결합되어 여기에서 설명한 장치 또는 방법과 함께 사용될 수 있다.Embodiments of the present invention may also be combined with a transient fault detector attached to each photovoltaic module. Remote arc fault or ground fault detectors can be used with the devices or methods described herein in combination with remote disconnect or shorting switches and remote reconnect power supplies.
또한, 간단한 제어 로직 하드웨어를 사용할 수 있지만, 마이크로컨트롤러 또는 ASIC(특수 용도 집적회로)와 같은 다른 하드웨어가 더 복잡한 신호 처리에 의해 증대되는 여기에서 설명한 기본 제어 로직을 구현하기 위해 대신 사용될 수 있다.In addition, although simple control logic hardware can be used, other hardware, such as a microcontroller or ASIC (special purpose integrated circuit), can be used instead to implement the basic control logic described herein, which is augmented by more complex signal processing.
도 14는 본 발명의 실시형태에 따라서 출력 단자에 전기적으로 접속된 평소 개방상태인 릴레이 스위치(1450) 및 제어 회로(1410)와 PV 모듈이 결합된 예시적인 상태를 보인 도이다.14 shows an exemplary state in which a normally
제어 회로(1410)는 스위치(1450)를 폐쇄 및 개방하기 위한 단자 전압 임계치를 미리 정하는 융통성을 제공한다. 제어 회로(1410)는 릴레이를 폐쇄 및 개방으로 래치한다. 만일 출력 단자가 외부 전원 또는 부하로부터 전기적으로 분리되면, 스위치(1450)의 상태는 스위치가 래치되었기 때문에 변하지 않는다.The
예를 들면, 도시된 것처럼, 평소 개방상태인 릴레이 스위치(1450)를 구비한 상기 장치의 전기기계 릴레이 버전은 위에서 설명한 것처럼 FET를 대체한다. 트랜지스터(T3)는 릴레이 코일을 구동한다. 다이오드(D6)는 과대 전압이 T3의 양단에서 나타나는 것을 방지하고, 다이오드(D5)는 PV 패널과 함께 과대 전압이 양극 및 음극 출력 단자 사이에서 나타나는 것을 방지한다.For example, as shown, an electromechanical relay version of the device with
다시, 여기에서 설명한 기술은 임의 유형의 전력 시스템에서 사용하기에 잘 적합된다는 점에 주목한다. 그러나, 본 발명의 실시형태들은 이러한 응용에 사용하는 것으로 제한되지 않고 여기에서 설명한 기술들은 다른 응용에도 또한 잘 적합된다는 점을 이해하여야 한다.Again, note that the technique described herein is well suited for use in any type of power system. However, it should be understood that embodiments of the present invention are not limited to use in such an application and the techniques described herein are well suited for other applications as well.
본 발명을 양호한 실시형태를 참조하여 도시하고 설명하였지만, 이 기술에 숙련된 자라면 첨부된 청구범위에 의해 규정되는 본 발명의 참뜻 및 범위로부터 벗어나지 않고 형태 및 세부에 있어서 각종 변경이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 이러한 변경은 본 발명의 범위에 포함된 것으로 의도된다. 따라서, 본 발명의 실시형태에 관한 전술한 설명은 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 그보다, 본 발명에 대한 임의의 한정은 특허 청구범위에서 제공된다.While the invention has been shown and described with reference to preferred embodiments, those skilled in the art will understand that various changes in form and detail may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. will be. Such modifications are intended to be included within the scope of this invention. Accordingly, the foregoing description of the embodiments of the invention is not intended to be limiting. Rather, any limitations to the invention are provided in the claims.
Claims (26)
발전기 모듈에서 생성된 전력을 발전기 모듈을 통과하는 전력선을 통해 부하에 전달하도록 제어가능하게 직렬로 접속된 발전기 모듈의 스트링을 포함하고, 각각의 개별 발전기 모듈은,
원격 신호 발생기로부터 전력선을 통해 개별 발전기 모듈에 의해 수신되는 제어 신호의 존재를 감시하는 감지 요소와;
직렬 접속된 개별 발전기 모듈을 선택적으로 접속시키는 스위치와;
전력선을 통해 수신된 제어 신호에 기초하여 상기 스위치의 상태를 제어하는 제어기
를 포함한 것인 전력 시스템.In the power system,
A string of generator modules connected in series controllably to deliver power generated in the generator module to a load via a power line passing through the generator module, each individual generator module comprising:
A sensing element for monitoring the presence of a control signal received by the individual generator modules via a power line from the remote signal generator;
A switch for selectively connecting the individual generator modules connected in series;
A controller for controlling the state of the switch based on a control signal received through a power line
That includes a power system.
스트링 내의 각각의 발전기 모듈은 전력선에 직렬로 접속된 애노드 및 캐소드를 포함한 것인 전력 시스템.The photovoltaic (PV) module of claim 1, wherein the generator module converts solar energy into electrical energy.
Wherein each generator module in the string includes an anode and a cathode connected in series to a power line.
각각의 발전기 모듈은 전력선을 통해 제어 신호를 전달하도록 개별 발전기 모듈의 출력 단자 사이에 배치된 커패시터를 포함한 것인 전력 시스템.The method of claim 1, wherein the control signal is an AC signal generated by the remote signal generator,
Each generator module comprising a capacitor disposed between the output terminals of the individual generator modules to transmit control signals over the power line.
상기 제어기는 상기 전류 감지 요소에 의해 감지된 전류가 제1 임계치보다 크다고 검출한 것에 응답하여 상기 스위치를 온(ON) 상태로 활성화시키고,
상기 제어기는 상기 전류 감지 요소에 의해 감지된 전류가 제2 임계치보다 작다고 검출한 것에 응답하여 상기 스위치를 오프 상태로 비활성화시키는 것인 전력 시스템.The method of claim 1, wherein the sensing element is a current sensing element for detecting a control signal;
The controller activates the switch in an ON state in response to detecting that the current sensed by the current sensing element is greater than a first threshold,
The controller deactivates the switch to an off state in response to detecting that the current sensed by the current sensing element is less than a second threshold.
스트링의 출력 전압의 단락;
제어 신호 발생의 종료;
결함 조건에 따른 원격 신호 발생기의 동작중지(disabling);
전력선 분리 스위치의 개방; 스트링으로부터 발전기 모듈의 물리적 분리; 및
발전기 모듈과 부하 사이에 배치된 퓨즈 소자 또는 회로 차단기의 개방
으로 구성된 그룹으로부터의 적어도 하나의 조건에 응답하여 감소하는 것인 전력 시스템.The method of claim 1 wherein the current through the string is
Short circuit of the output voltage of the string;
Termination of control signal generation;
Disabling the remote signal generator according to a fault condition;
Opening of power line disconnect switch; Physical separation of the generator module from the string; And
Opening of fuse elements or circuit breakers placed between the generator module and the load
And decrease in response to at least one condition from the group consisting of: a.
복수의 발전기 모듈이 직렬 접속되어 있는 복수의 발전기 모듈의 각각을 활성화시키도록 전력선을 통해 상기 제어 신호를 전송하는 단계와;
직렬 접속의 활성화된 발전기 모듈로부터 전력선을 통해 전력을 수신하는 단계를 포함한 방법.Generating a control signal;
Transmitting the control signal via a power line to activate each of a plurality of generator modules having a plurality of generator modules connected in series;
Receiving power over a power line from an activated generator module of a serial connection.
상기 전력선을 통해 전력을 수신하는 단계는 부하에 전력을 공급하도록 직렬 접속의 활성화된 발전기 모듈에 의해 생성된 실질적으로 DC 전압을 수신하는 것을 포함한 것인 방법.19. The method of claim 18, wherein generating the control signal comprises generating the control signal as an AC signal over a power line,
Receiving power over the power line includes receiving substantially a DC voltage generated by an activated generator module in series connection to power a load.
애노드 전력 단자와;
캐소드 전력 단자와;
다이오드 소자를 포함하고, 상기 다이오드 소자의 애노드는 개별 발전기 모듈의 캐소드 전력 단자에 전기 경로를 통해 결합되고, 상기 다이오드 소자의 캐소드는 발전기 모듈의 애노드 전력 단자에 전기 경로를 통해 결합된 것인 발전기 모듈.In the generator module arranged in series connection of a plurality of generator modules, the individual generator module connected in series,
An anode power terminal;
A cathode power terminal;
A diode element, wherein an anode of the diode element is coupled via an electrical path to a cathode power terminal of an individual generator module and a cathode of the diode element is coupled via an electrical path to an anode power terminal of a generator module. .
애노드 전력 단자와 캐소드 전력 단자가 접속된 전력선을 통해 수신되는 통신 신호를 감시하는 센서 요소와;
상기 통신 신호에 따라 스위치의 상태를 제어하는 제어 회로를 더 포함한 발전기 모듈.24. The method of claim 23,
A sensor element for monitoring a communication signal received via a power line to which the anode power terminal and the cathode power terminal are connected;
Generator module further comprising a control circuit for controlling the state of the switch in accordance with the communication signal.
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