KR101403556B1 - Mppt control method for grid-connected pv inverter - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 계통연계형 태양광 인버터에 관한 것으로서, 태양전지의 최대전력점 추정 효율을 향상시킬 수 있는 계통연계형 태양광 인버터의 최대전력점 추정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a grid-connected solar inverter, and more particularly, to a method of estimating a maximum power point of a grid-connected solar inverter that can improve the maximum power point estimation efficiency of a solar cell.
에너지는 전세계적으로 화석연료로부터 얻어왔지만 그 매장량에 한계가 있으며, 화석연료의 사용으로 인한 이산화탄소 또는 산성의 오염물질 증가로 인해 환경오염이 발생하고 있다. 이러한 화석에너지의 단점으로 인해 선진국을 중심으로 대체 에너지를 개발하고 있으며 대체 에너지 중에서도 무한하며 재생가능한 에너지인 신재생에너지의 사용을 확산시키고 있다. 그 중에서도 주목받고 있는 태양광에너지는 태양광 발전 밀도가 높은 여러 나라에서 태양광 발전 시스템에 대한 연구를 활발하게 진행하고 있다.Energy is derived from fossil fuels worldwide, but its reserves are limited and environmental pollution is occurring due to the increase of carbon dioxide or acid pollutants resulting from the use of fossil fuels. Due to the disadvantages of these fossil energies, we are developing alternative energies centered on developed countries, and we are spreading the use of renewable energy, which is infinite and renewable energy among alternative energies. Among them, solar energy, which is attracting attention, is actively conducting research on solar power generation systems in various countries with high density of solar power generation.
도 1은 일반적인 계통연계 태양광 인버터의 구성도로, 계통연계 태양광 인버터는 도 1에 도시된 바와 같이, 태양전지 어레이(100), 부스트컨버터(200), 인버터(300)로 구성되는데, 부스트컨버터(200)는 태양전지 어레이(100)의 입력 전압이나 출력 부하량에 관계없이 인버터(300)에 일정한 전압을 공급하도록 제어되어야 한다. 또한, DC-AC 인버터(300)는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 부하나 계통(400)에 공급해주는데, 계통연계 태양광 인버터는 전력 품질을 높이기 위해 많은 제어 시스템이 필요하다. 인버터(300)의 출력 전류는 계통(400)의 전압과 동상이어야 하며 이를 위해 PLL(Phase Locked Loop) 제어 기술, 태양광 전지 어레이의 최고 전력을 유지하기 위한 최대전력점 추정(Maximum Power Point Tracking,MPPT) 제어 기술 등이 필요하다.1 is a block diagram of a general grid-connected solar inverter. As shown in FIG. 1, the grid-connected solar inverter is composed of a
태양전지 어레이(100)는 일사량 및 온도 등과 같은 외부환경에 따라 전력(P)-전압(V) 곡선, 전류(I)-전압(V) 곡선의 특성이 비선형적으로 변화한다. 이러한 변화에 따라 태양광 발전 시스템은 태양전지의 전력손실을 최소화하고 최대 전력을 얻을 수 있는 MPPT 기능이 필요하고 현재까지 다양한 방식으로 연구되고 있다.The characteristics of the power (P) -voltage (V) curve and the current (I) -voltage (V) curve change nonlinearly according to the external environment such as the solar radiation amount and the temperature. In accordance with these changes, the photovoltaic power generation system needs the MPPT function to minimize the power loss of the solar cell and obtain the maximum power, and so far, various studies have been conducted.
종래의 최대전력점 추정 방법으로 P&O(Perturb and Observe), IncCond(Incremental Conductance) 알고리즘이 주로 사용되어 왔는데, P&O방법은 태양광 전력의 변화량을 이용하여 현재의 전력과 과거의 전력을 비교하여 추정하는 방법이고, IncCond방법은 부하 임피던스와 태양전지 임피던스를 비교하여 추정하는 방법으로, 예를 들어, 대한민국 특허등록 제10-1087823호(발명의 명칭:최대전력점 추정 방법)는 P&O방법을 개선한 것으로, 현재 측정 시점 및 이전 측정 시점에서의 측정된 전압 및 전력을 이용하여 다음 전압 지령치를 임시 결정하는 단계; 전압 지령치의 증가 또는 감소가 소정 회수 이상 연속된 경우, 증가하는 것으로 임시 결정된 다음 전압 지령치는 감소시키는 것으로, 또한, 감소하는 것으로 임시 결정된 다음 전압 지령치는 증가시키는 것으로 각각 확정하는 단계; 및 결정된 다음 전압 지령치에 따라 태양 전지의 출력 전압을 조정하는 단계;를 포함하여 일사량이 변하는 것을 반영할 수 있다.P & O (Including Perturb and Observe) and IncCond (Incremental Conductance) algorithms have been mainly used as a conventional maximum power point estimation method. P & O method estimates current power and past power using the variation of solar power And the IncCond method is a method of estimating the load impedance by comparing the solar cell impedance. For example, Korean Patent Registration No. 10-1087823 (entitled "Maximum Power Point Estimation Method") is an improvement of the P & O method Temporarily determining the next voltage command value using the measured voltage and the power at the current measurement time and the previous measurement time; Determining a next voltage command value temporarily determined to be increased when the increase or decrease in the voltage command value is continued more than the predetermined number of times and increasing the next voltage command value temporarily determined to decrease; And adjusting an output voltage of the solar cell according to the determined next voltage command value to reflect a change in the solar radiation amount.
그러나, 종래의 최대전력점 추정 방법은 최대전력점을 기준으로 최대전력의 전력점이 변동하여 효율이 떨어지고, 불안전한 MPPT 운전을 하며, 태양전지의 출력전류 리플을 감소시키기 못하는 문제점이 있다.However, in the conventional maximum power point estimation method, there is a problem that the power point of the maximum power fluctuates due to the variation of the maximum power point, the efficiency becomes low, the unsafe MPPT operation is performed, and the output current ripple of the solar cell can not be reduced.
태양전지의 출력전류 리플은 태양광 인버터에 많은 영향을 주는데, 태양전지는 약 10~20년 수명을 가지고 있지만 태양전지의 전류 리플로 인하여 수명이 단축되며, 최대 전력점 추정 제어 기능에 악영향을 끼쳐 효율이 떨어지고 이에 따라 급격한 일사량 변동과 같은 급격한 환경변화에 대응하지 못하게 되는 문제점이 있다.The output current ripple of the solar cell affects the solar inverter a lot. Although the solar cell has a lifetime of about 10 ~ 20 years, the lifespan is shortened due to the current ripple of the solar cell and adversely affect the maximum power point estimation control function. There is a problem in that the efficiency is degraded and accordingly it can not cope with a rapid environmental change such as a sudden change in the radiation amount.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로, 정확하고 신속하게 최대 전력점을 추정하여 MPPT 효율을 향상시킬 수 있고, 태양전지의 전류 리플을 감소시킬 수 있으며, 태양광 인버터 출력전류의 총 왜곡율을 감소시킬 수 있는 계통연계형 태양광 인버터의 최대 전력점 추정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for estimating a maximum power point accurately and quickly to improve MPPT efficiency, The present invention provides a method of estimating a maximum power point of a grid-connected solar inverter capable of reducing a total distortion rate of a current.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 계통연계형 태양광 인버터의 최대전력점 추정 방법은 일정시간마다 평균 처리한 태양전지의 전압(VSolar)과 전류(ISolar)를 계측하여 태양전지의 현재 전력(PSolar)을 산출하는 현재 전력 산출 단계; 산출된 상기 현재 전력(PSolar)을 이용하여 최소 전력(Pmin)을 결정하기 위한 리플 전력(PRipple)을 산출하는 리플 전력 산출 단계; 상기 현재 전력(PSolar)과 기 결정된 최대 전력(PMax)을 비교하여 최대전력점 추정(Maximum Power Point Tracking,MPPT)의 동작 방향인 디렉션(Direction)을 결정하는 디렉션 결정 단계; 및 '0' 또는 '1'로 결정된 상기 디렉션(Direction)에 따라, 부스터 컨버터에서 출력되는 전압으로서 계통에 교류전압을 발생시키기 위한 기준전압인 DC Link 기준전압(VDCLink_Ref)을 일정하게 감소 또는 증가시키거나, 상기 부스터 컨버터의 펄스폭변조 시변율(PMW Duty)을 가변시키는 최대전력점 추정 시변율인 MPPT_Duty를 일정하게 감소 또는 증가시켜 최대전력점을 추정하는 최대전력점 추정단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a method of estimating a maximum power point of a grid-connected solar inverter according to the present invention measures a voltage (V Solar ) and a current (I Solar ) A current power calculating step of calculating a current power (P Solar ) of the battery; A ripple power calculating step of calculating a ripple power (P Ripple ) for determining a minimum power (P min ) using the calculated current power (P Solar ); Determining a direction which is an operating direction of Maximum Power Point Tracking (MPPT) by comparing the current power (P Solar ) with a predetermined maximum power (P Max ); And a DC link reference voltage (V DCLink_Ref ), which is a reference voltage for generating an AC voltage in the system as a voltage output from the booster converter, in accordance with the direction determined to be '0' or '1' And estimating a maximum power point by constantly decreasing or increasing MPPT_Duty, which is a maximum power point estimation time variance rate that varies a pulse width modulation (PMW) duty of the booster converter .
또한, 상기 리플 전력 산출 단계에서, 상기 리플 전력(PRipple)은 하기의 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.Further, in the ripple power calculating step, the ripple power (P Ripple ) is calculated by the following equation.
(여기서, Kr 은 MPPT 효율 관련 계수, 0 < Kr < 1)(Where K r is the MPPT efficiency-related coefficient, 0 < K r ≪ 1)
또한, 상기 디렉션 결정 단계는, 상기 현재 전력(PSolar)이 상기 최대 전력(PMax)보다 크거나 같은 경우, 상기 최대 전력(PMax)을 현재 전력(PSolar)으로 설정하고, 상기 최대 전력(PMax)과 상기 리플 전력(PRipple)을 이용하여 히스테리시스 전력(PHys)을 산출하며, 상기 디렉션(Direction)을 이전 상태로 유지하는 공정; 상기 현재 전력(PSolar)이 상기 최대 전력(PMax)보다 작으면서, 상기 히스테리시스 전력(PHys)보다 큰 경우, 상기 디렉션(Direction)을 반전시키고, 상기 최대 전력(PMax)을 현재 전력(PSolar)으로 설정하며, 상기 최대 전력(PMax)과 상기 리플 전력(PRipple)을 이용하여 히스테리시스 전력(PHys)을 산출하는 공정; 및 상기 현재 전력(PSolar)이 상기 최대 전력(PMax)보다 작으면서, 상기 히스테리시스 전력(PHys)보다 작은 경우, 상기 디렉션(Direction)을 이전 상태로 유지하는 공정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.Further, the direction determination step, the current power (P Solar) In this case the maximum power (P Max) is greater than or equal to, the maximum power is set to the current power (P Solar) to the maximum power (P Max), and Calculating a hysteresis power (P Hys ) using the maximum power (P Max ) and the ripple power (P Ripple ), and maintaining the direction as a previous state; Wherein if the current power P Solar is less than the maximum power P max and greater than the hysteresis power P Hys then the direction is reversed and the maximum power P max is multiplied by the current power P Solar ) and calculating a hysteresis power (P Hys ) using the maximum power (P Max ) and the ripple power (P Ripple ); And maintaining the direction as a previous state when the current power P Solar is smaller than the maximum power P Max and smaller than the hysteresis power P Hys . do.
또한, 상기 디렉션 결정 단계에서, 상기 히스테리시스 전력(PHys)은 하기의 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.Further, in the direction determining step, the hysteresis power (P Hys ) is calculated by the following equation.
또한, 상기 최대전력점 추정단계는, 상기 디렉션(Direction)이 '0' 인 경우, DC Link 기준전압(VDCLink _ Ref)이 DC Link 최소전압(VDCLink _ min)보다 클 때, 상기 DC Link 기준전압(VDCLink_Ref)을 일정하게 감소시켜 최대전력점을 추정하고, 상기 DC Link 기준전압(VDCLink_Ref)이 상기 DC Link 최소전압(VDCLink _ min)보다 작을 때 MPPT_Duty를 일정하게 증가시켜 최대전력점을 추정하는 공정; 및 상기 디렉션(Direction)이 '1' 인 경우, 태양전지의 전압(VSolar)이 DC Link 최소전압(VDCLink _ min)보다 클 때, 상기 DC Link 기준전압(VDCLink_Ref)을 일정하게 증가시켜 최대전력점을 추정하고, 상기 태양전지의 전압(VSolar)이 상기 DC Link 최소전압(VDCLink _ min)보다 작을 때 MPPT_Duty를 일정하게 감소시켜 최대전력점을 추정하는 공정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the maximum power point estimation step, if the direction (Direction) is a '0', DC Link voltage reference (V DCLink _ Ref) the DC Link minimum voltage (V DCLink _ min) is greater than the DC Link to reduce the constant reference voltage (V DCLink_Ref) estimates the maximum power point, the maximum power to the DC Link voltage reference (V DCLink_Ref) is increased at a constant MPPT_Duty it is less than the DC Link minimum voltage (V DCLink _ min) Estimating a point; And to the direction (Direction) increase the constant "1" in the case, when the solar cell voltage (V Solar) is greater than the DC Link minimum voltage (V DCLink _ min), the DC Link voltage reference (V DCLink_Ref) characterized in that it comprises; estimating the maximum power point, and by a voltage (V solar) of the solar cell is reduced at a constant MPPT_Duty is less than the DC Link minimum voltage (V DCLink _ min) process for estimating the maximum power point .
또한, 상기 최대전력점 추정단계에서, 상기 DC Link 순시전압(vDCLink)이 DC Link 과전압(VDCLink_OV)보다 낮은 경우, 상기 MPPT_Duty를 일정하게 증가시키는 것을 특징으로 한다.In the maximum power point estimating step, when the DC link instantaneous voltage (v DCLink ) is lower than the DC link overvoltage (V DCLink_OV ), the MPPT_Duty is constantly increased.
또한, 상기 최대전력점 추정단계에서, 상기 DC Link 순시전압(vDCLink)이 DC Link 저전압(VDCLink_UV)보다 높은 경우, 상기 MPPT_Duty를 일정하게 감소시키는 것을 특징으로 한다.In the maximum power point estimating step, when the DC link instantaneous voltage (v DCLink ) is higher than the DC link low voltage (V DCLink_UV ), the MPPT_Duty is reduced constantly.
또한, 상기 최대전력점 추정단계에서 출력되는 MPPT_Duty; 상기 태양전지의 전류(ISolar)와 일정시간마다 계측된 태양전지의 순시전류(iSolar)의 차만큼 보상하여 태양전지의 전류 리플 제어기로부터 출력되는 Icomp; 및 상기 DC Link 기준전압(VDCLink _ Ref)과 일정시간마다 계측된 DC Link 순시전압(vDCLink)의 차만큼 보상하여 DC Link 전압 리플 제어기로부터 출력되는 Vcomp;를 모두 합한 Duty에 의해 상기 태양전지의 전류 리플을 감소시키는 전류 리플 감소 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Also, MPPT_Duty output from the maximum power point estimation step; I comp, which is output from the current ripple controller of the solar cell by compensating for the difference between the current (I Solar ) of the solar cell and the instantaneous current (i Solar ) of the solar cell measured every predetermined time; And wherein the DC Link voltage reference (V DCLink _ Ref) and a constant a DC Link measurement each time the instantaneous voltage to compensate as much as difference (v DCLink) DC Link voltage V comp outputted from the ripple controller; the sun by the sum of the Duty And a current ripple reducing step of reducing the current ripple of the battery.
더불어, 상기 전류 리플 감소 단계에서, 상기 Icomp 및 Vcomp 은 각각 하기의 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the current ripple reducing step, I comp and V comp are calculated by the following equations, respectively.
(여기서, Kp , K'p 은 제어기의 이득상수)(Where K p , K ' p Is the gain constant of the controller)
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 계통연계형 태양광 인버터의 최대 전력점 추정 방법에 의하면, 정확하고 신속하게 최대 전력점을 추정하여 MPPT 효율을 향상시킬 수 있고, 태양전지의 전류 리플을 감소시킬 수 있으며, 태양광 인버터 출력전류의 총 왜곡율을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the maximum power point estimation method of the grid-connected solar inverter according to the present invention, MPPT efficiency can be improved by estimating the maximum power point accurately and quickly, and the current ripple of the solar cell can be reduced And the total distortion of the solar inverter output current can be reduced.
도 1은 일반적인 계통연계 태양광 인버터의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 계통연계형 태양광 인버터의 최대전력점 추정 방법의 제 1블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 계통연계형 태양광 인버터의 최대전력점 추정 방법의 알고리즘 순서도이다.
도 4는 디렉션(Direction) 변화에 따른 최대전력점 추정의 동작 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 계통연계형 태양광 인버터의 최대전력점 추정 방법의 제 2블록도이다.
도 6은 본 발명에 따른 전류 리플 감소 제어기의 블록다이어그램이다.
도 7은 본 발명이 적용된 일사량 변동 실험(100%→75%→50%→25%→50%→75%→100%)에 따른 계통 전류와 DC Link 전압의 파형을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명이 적용된 급격한 일사량 변동 실험(100%→10%)에 따른 계통 전류와 DC Link 전압의 파형을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명이 적용된 급격한 일사량 변동 실험(10%→100%)에 따른 계통 전류와 DC Link 전압의 파형을 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명에 따른 전류 리플 감소 제어기 미사용시의 태양전지 전류와 계통전압의 파형을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명에 따른 전류 리플 감소 제어기 사용시의 태양전지 전류와 계통전압의 파형을 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명에 따른 전류 리플 감소 제어기 미사용시의 태양전지 전력을 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명에 따른 전류 리플 감소 제어기 사용시의 태양전지 전력을 나타낸 그래프이다.
도 14는 본 발명에 따른 계통연계형 태양광 인버터의 최대전력점 추정 방법을 적용한 계통 전류와 계통 전압의 파형을 나타낸 그래프이다.1 is a block diagram of a general grid-connected solar inverter.
2 is a first block diagram of a maximum power point estimation method of the grid-connected solar inverter according to the present invention.
3 is an algorithm flowchart of a maximum power point estimation method of the grid-connected solar inverter according to the present invention.
4 is a graph showing the operating characteristics of the maximum power point estimation according to the direction change.
5 is a second block diagram of the maximum power point estimation method of the grid-connected solar inverter according to the present invention.
6 is a block diagram of a current ripple reduction controller in accordance with the present invention.
7 is a graph showing the waveforms of the grid current and the DC link voltage according to the solar radiation variation experiment (100%? 75%? 50%? 25%? 50%? 75%? 100%) according to the present invention.
8 is a graph showing the waveforms of the grid current and the DC link voltage according to the abrupt irradiation dose variation experiment (100%? 10%) to which the present invention is applied.
9 is a graph showing the waveforms of the grid current and the DC link voltage according to the abrupt irradiation dose variation test (10%? 100%) to which the present invention is applied.
10 is a graph showing the waveforms of the solar cell current and the grid voltage when the current ripple reduction controller according to the present invention is not used.
11 is a graph showing the waveforms of the solar cell current and the grid voltage when the current ripple reduction controller according to the present invention is used.
12 is a graph showing the solar cell power when the current ripple reduction controller according to the present invention is not used.
13 is a graph showing the solar cell power when the current ripple reduction controller according to the present invention is used.
FIG. 14 is a graph showing the waveforms of the grid current and the grid voltage using the maximum power point estimation method of the grid-connected solar inverter according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, it should be noted that the same components or parts among the drawings denote the same reference numerals whenever possible. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted so as not to obscure the subject matter of the present invention.
태양광 인버터의 최대전력점 추정(Maximum Power Point Tracking,MPPT) 방법으로 부스트컨버터의 PWM(Pulse Width Modulation) Duty를 변동시키는 방식과, PI제어기로 지령전압을 부스트컨버터로 유지하고 인버터의 출력전류를 변동시키는 방식이 있는데, 본 발명은 부스트컨버터의 PWM Duty를 변동시켜 태양전지의 개방전압에 구애받지 않고 태양광 인버터의 최대전력점을 추정할 수 있다.The PWM (Pulse Width Modulation) duty of the boost converter is changed by the maximum power point tracking (MPPT) method of the PV inverter and the PI controller is used to maintain the command voltage as the boost converter and the inverter output current The present invention can estimate the maximum power point of the solar inverter without depending on the open-circuit voltage of the solar cell by varying the PWM duty of the boost converter.
도 2는 본 발명에 따른 계통연계형 태양광 인버터의 최대전력점 추정 방법의 제 1블록도이고, 도 3은 본 발명에 따른 계통연계형 태양광 인버터의 최대전력점 추정 방법의 알고리즘 순서도로, 본 발명에 따른 계통연계형 태양광 인버터의 최대전력점 추정 방법은 도 2에 도시된 바와 같이, 현재 전력 산출 단계(S10), 리플 전력 산출 단계(S20), 디렉션 결정 단계(S30) 및 최대전력점 추정단계(S40)를 포함한다.FIG. 2 is a first block diagram of a method of estimating a maximum power point of a grid-connected solar inverter according to the present invention, FIG. 3 is an algorithm flowchart of a maximum power point estimation method of a grid-connected solar inverter according to the present invention, As shown in FIG. 2, the maximum power point estimation method of the grid-connected solar inverter according to the present invention includes a current power calculation step S10, a ripple power calculation step S20, a direction determination step S30, And a point estimation step (S40).
상기 현재 전력 산출 단계(S10)는 도 3의 ①과 같이, 일정시간마다 평균 처리한 태양전지의 전압(VSolar)과 전류(ISolar)를 계측하여 도 3의 ②와 같이, 태양전지의 현재 전력(PSolar)을 산출하는 단계이다.The current power calculation step S10 measures the voltage (V Solar ) and the current (I Solar ) of the solar cell averaged at predetermined time intervals, as shown in (1) of FIG. 3, And calculating the power (P Solar ).
태양전지의 전압과 전류는 인버터의 동작에 따른 심한 노이즈로 인해 정확하게 계측하기 어렵다. 따라서, 상기 현재 전력 산출 단계(S10)에서는 태양전지의 전압과 전류를 100ms 마다 평균처리를 하여 정확한 태양전지의 전압, 전류를 계측할 수 있고, 또한, 100ms 마다 평균처리된 태양전지의 전압과 전류를 하기의 [수학식 1]과 같이 곱하여 태양전지의 전력을 구할 수 있다.The voltage and current of the solar cell are difficult to measure accurately due to the severe noise caused by the operation of the inverter. Therefore, in the current power calculation step S10, the voltage and current of the solar cell can be averaged every 100 ms to measure the voltage and current of the solar cell accurately, and the voltage and current of the solar cell averaged every 100 ms The power of the solar cell can be obtained by multiplying by the following equation (1).
상기 리플 전력 산출 단계(S20)는 산출된 상기 현재 전력(PSolar)을 이용하여 도 3의 ②와 같이, 최소 전력(Pmin)을 결정하기 위한 리플 전력(PRipple)을 산출하는 단계로, 상기 리플 전력(PRipple)은 하기의 [수학식 2]에 의해 산출되는데, 여기서, Kr은 1보다 작아야 하고 0보다 커야 한다. 리플값은 Kr값에 따라 결정하게 되고 최소 전력값을 결정하게 되는데, 여기서, Kr값이 너무 크면 효율이 떨어지고 너무 작으면 최대전력점 추정 오류가 발생할 수 있다.The ripple power calculation step S20 is a step of calculating a ripple power P Ripple for determining a minimum power P min as shown in 2 in FIG. 3 by using the calculated current power P Solar , The ripple power (P Ripple ) is calculated by Equation (2) below, where K r should be less than 1 and greater than zero. The ripple value is determined according to the value of K r and determines the minimum power value. Here, if the value of K r is too large, the efficiency is degraded. If the value is too small, the maximum power point estimation error may occur.
(여기서, Kr 은 MPPT 효율 관련 계수, 0 < Kr < 1)(Where K r is the MPPT efficiency-related coefficient, 0 < K r ≪ 1)
상기 디렉션 결정 단계(S30)는 최고전력점을 판단하기 위해 도 3의 ③과 같이, 상기 현재 전력(PSolar)과 기 결정된 최대 전력(PMax)을 비교하여 최대전력점 추정(Maximum Power Point Tracking,MPPT)의 동작 방향인 디렉션(Direction)을 결정하는 단계이다.The direction determination step S30 compares the current power P Solar with the predetermined maximum power P Max to determine the maximum power point as shown in 3 of FIG. , MPPT), which is a direction of operation.
구체적으로, 상기 디렉션 결정 단계(S30)에서는 상기 현재 전력과 최대 전력의 비교결과, 상기 현재 전력(PSolar)이 상기 최대 전력(PMax)보다 크거나 같은 경우, 도 3의 ⑥과 같이, 상기 최대 전력(PMax)을 현재 전력(PSolar)으로 설정하고, 상기 최대 전력(PMax)과 상기 리플 전력(PRipple)을 이용하여 히스테리시스 전력(PHys)을 산출하며, 상기 디렉션(Direction)을 이전 상태로 유지할 수 있다. 이와 같은 상태는 태양전지 전력이 최대전력점까지 도달하는 중으로 분석될 수 있는데, 여기서, 상기 히스테리시스 전력(PHys)은 하기의 [수학식 3]에 의해 산출된다.Specifically, in the direction determination step S30, if the current power P Solar is greater than or equal to the maximum power P Max as a result of the comparison between the current power and the maximum power, The maximum power P max is set as the current power P Solar and the hysteresis power P Hys is calculated using the maximum power P max and the ripple power P Ripple , Can be kept in the previous state. Such a state can be analyzed while the solar cell power reaches the maximum power point, where the hysteresis power (P Hys ) is calculated by the following equation (3).
또한, 상기 디렉션 결정 단계(S30)에서는 상기 현재 전력(PSolar)이 상기 최대 전력(PMax)보다 작으면서, 도 3의 ④와 같이, 상기 히스테리시스 전력(PHys)보다 큰 경우, 도 3의 ⑤와 같이, 상기 디렉션(Direction)을 반전시키고, 도 3의 ⑥과 같이, 상기 최대 전력(PMax)을 현재 전력(PSolar)으로 설정하며, 상기 최대 전력(PMax)과 상기 리플 전력(PRipple)을 이용하여 히스테리시스 전력(PHys)을 산출할 수 있다. 이와 같은 상태는 현재 전력이 히스테리시스 전력까지 도달했기 때문에 다시 최대전력점을 추정하도록 할 수 있는데, 여기서, 상기 히스테리시스 전력(PHys)은 상기의 [수학식 3]에 의해 산출된다.3, when the current power P Solar is smaller than the maximum power P Max and is larger than the hysteresis power P Hys as shown in 4 of FIG. 3, The direction is reversed and the maximum power P max is set to the current power P Solar and the maximum power P max and the ripple power P Ripple ) can be used to calculate the hysteresis power (P Hys ). In this state, since the current power has reached the hysteresis power, the maximum power point can be estimated again. Here, the hysteresis power (P Hys ) is calculated by the above-mentioned equation (3).
더불어, 상기 디렉션 결정 단계(S30)에서는 상기 현재 전력(PSolar)이 상기 최대 전력(PMax)보다 작으면서, 상기 히스테리시스 전력(PHys)보다 작은 경우, 상기 디렉션(Direction)을 이전 상태로 유지할 수 있다.If the current power P Solar is smaller than the maximum power P max and smaller than the hysteresis power P Hys in the direction determination step S30, .
도 4는 디렉션(Direction) 변화에 따른 최대전력점 추정의 동작 특성을 나타내는 그래프로, 여기서, MPPT의 동작 방향을 나타내는 상기 디렉션(Direction)은 도 4에 도시된 바와 같이, ‘1’과 ‘0’으로 결정될 수 있는데, 상기 최대전력점 추정단계(S40)는 도 3의 ⑦과 같이, '0' 또는 '1'로 결정된 디렉션(Direction)에 따라, DC Link 기준전압(VDCLink _ Ref)을 일정하게 감소 또는 증가시키거나, MPPT_Duty를 일정하게 감소 또는 증가시켜 최대전력점을 추정할 수 있다.4 is a graph showing the operating characteristics of the maximum power point estimation according to a direction change. Here, the direction indicating the operating direction of the MPPT is '1' and '0' as shown in FIG. 'can be determined, the maximum power point estimating step (S40) is as in Fig. 3 ⑦,', DC Link voltage reference (V DCLink _ Ref) according to the direction (direction) is determined as 0 'or' 1 ', the Constantly decreasing or increasing MPPT_Duty, or constantly decreasing or increasing MPPT_Duty to estimate the maximum power point.
구체적으로, 상기 최대전력점 추정단계(S40)에서는 상기 디렉션(Direction)이 '0' 인 경우, 도 3의 ⑧과 같이, DC Link 기준전압(VDCLink _ Ref)이 DC Link 최소전압(VDCLink_min)보다 클 때, 도 3의 ⑨와 같이, 상기 DC Link 기준전압(VDCLink _ Ref)을 일정하게 감소시켜 최대전력점을 추정하고, 상기 DC Link 기준전압(VDCLink _ Ref)이 상기 DC Link 최소전압(VDCLink _ min)보다 작을 때 도 3의 ⑪과 같이, MPPT_Duty를 일정하게 증가시켜 최대전력점을 추정할 수 있는데, 여기서, 도 3의 ⑩과 같이, 상기 DC Link 순시전압(vDCLink)이 DC Link 과전압(VDCLink _ OV)보다 낮은 경우에 상기 MPPT_Duty를 일정하게 증가시킬 수 있다.Specifically, the maximum power point estimating step (S40) in the direction (Direction) The case of "0", as shown in Figure 3 ⑧, DC Link voltage reference (V DCLink _ Ref) the DC Link minimum voltage (V DCLink_min ) is greater than, as with the 3 ⑨, wherein the DC Link voltage reference (V DCLink _ Ref) to reduce constant estimating the maximum power point, and wherein the DC Link voltage reference (V DCLink _ Ref), wherein the DC Link may as shown in Figure 3 is less than the minimum voltage (
한편, 상기 최대전력점 추정단계(S40)에서는 상기 디렉션(Direction)이 '0' 이 아닌 '1'인 경우, 도 3의 ⑫와 같이, 태양전지의 전압(VSolar)이 DC Link 최소전압(VDCLink_min)보다 클 때, 도 3의 ⑬과 같이, 상기 DC Link 기준전압(VDCLink _ Ref)을 일정하게 증가시켜 최대전력점을 추정하고, 상기 태양전지의 전압(VSolar)이 상기 DC Link 최소전압(VDCLink _ min)보다 작을 때 도 3의 ⑮와 같이, MPPT_Duty를 일정하게 감소시켜 최대전력점을 추정할 수 있는데, 여기서, 도 3의 ⑭와 같이, 상기 DC Link 순시전압(vDCLink)이 DC Link 저전압(VDCLink _ UV)보다 높은 경우, 상기 MPPT_Duty를 일정하게 감소시킬 수 있다.If the direction is not '0' and the direction is '1' in step S40, the voltage V Solar of the solar cell is set to the DC link minimum voltage is greater than V DCLink_min), Figure 3, as ⑬, wherein the DC Link voltage reference (V DCLink _ Ref) to increase constant and estimate the maximum power point voltage (V solar) of the solar cell is the DC Link as shown in Figure 3 is less than the minimum voltage (
즉, 본 발명에 따르면, 태양전지 전압이 DC Link 최소 전압 보다 작을 때는 DC Link 기준전압을 DC Link 최소전압으로 고정시키고 부스트컨버터의 PWM Duty를 증가하거나 감소시켜 최대전력점을 추정할 수 있고, 태양전지 전압이 DC Link 최소전압보다 클 때는 DC Link 기준전압을 DC Link 전압으로 설정하고 DC Link 기준전압을 증가하거나 감소시켜 최대전력점을 추정할 수 있으므로, 태양전지의 개방전압에 구애받지 않고 최대전력점을 추정할 수 있다.That is, according to the present invention, when the solar cell voltage is smaller than the DC link minimum voltage, the maximum power point can be estimated by fixing the DC link reference voltage to the DC link minimum voltage and increasing or decreasing the PWM duty of the boost converter, When the battery voltage is higher than the DC link minimum voltage, it is possible to estimate the maximum power point by setting the DC link reference voltage to the DC link voltage and increasing or decreasing the DC link reference voltage. Therefore, Points can be estimated.
도 5는 본 발명에 따른 계통연계형 태양광 인버터의 최대전력점 추정 방법의 제 2블록도로서, 본 발명에 따른 계통연계형 태양광 인버터의 최대전력점 추정 방법은 상기 도 2의 최대전력점 추정단계(S40) 이후, 전류 리플 감소 단계(S50)를 더 포함할 수 있다.FIG. 5 is a second block diagram of a maximum power point estimation method of the grid-connected solar inverter according to the present invention. The method of estimating the maximum power point of the grid- After the estimation step S40, a current ripple reduction step S50 may be further included.
계통연계형 태양광 인버터의 출력 전력은 계통 전압과 인버터의 출력 전류가 동상에 있을 때 하기의 [수학식 4]과 같으며 DC Link 전압의 주파수는 인버터 출력전력의 주파수와 같다. 이러한 DC Link 전압의 제2고조파 특성은 태양전지의 전류에도 영향을 미치므로 태양전지 전류의 리플로 인하여 계측 오차가 생기게 되어 MPPT 효율이 떨어질 수 있으며, 따라서, 안정적인 최대전력점 추정제어를 위해 태양전지의 전류 리플을 감소시킬 필요가 있다.The output power of the grid-connected solar inverter is equal to Equation (4) when the grid voltage and the output current of the inverter are in phase, and the frequency of the DC link voltage is equal to the frequency of the inverter output power. Since the second harmonic characteristic of the DC link voltage also affects the current of the solar cell, the MPPT efficiency may be lowered due to the measurement error due to the ripple of the solar cell current. Therefore, for the stable maximum power point estimation control, It is necessary to reduce the current ripple.
(여기서, vs와 is는 인버터 출력 전압과 전류, ω는 계통전압 각주파수, Vs와 Is는 인버터 출력 전압과 전류의 RMS값)(Where v s and i s are the inverter output voltage and current, ω is the grid voltage angular frequency, Vs and Is are the RMS values of the inverter output voltage and current)
도 6은 본 발명에 따른 전류 리플 감소 제어기의 블록다이어그램으로, 상기 전류 리플 감소 단계(S50)는 부스트컨버터에 의해 제어되는 전류 리플 감소 제어기에서 수행되는데, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 전류 리플 감소 제어기는 P제어기로 구성되며, 태양전지의 전류(ISolar)와 DC Link 전압(VDCLink _ Ref)으로 제어된다.FIG. 6 is a block diagram of a current ripple reduction controller according to the present invention. The current ripple reduction step (S50) is performed in a current ripple reduction controller controlled by a boost converter. As shown in FIG. 6, reduction controller is configured as a P controller, and is controlled by the current of the solar cell (I solar) and DC Link voltage (V Ref DCLink _).
구체적으로, 상기 전류 리플 감소 단계(S50)는 상기 최대전력점 추정단계(S40)에서 출력되는 MPPT_Duty와, 태양전지의 전류 리플 제어기로부터 출력되는 Icomp 및 DC Link 전압 리플 제어기로부터 출력되는 Vcomp를 모두 합한 Duty에 의해 상기 태양전지의 전류 리플을 감소시키는 단계이다.Specifically, the current ripple decreasing step S50 may include MPPT_Duty outputted in the maximum power point estimating step S40, and MPPT_Duty outputted from the current ripple controller of the solar cell I comp And V comp output from the DC link voltage ripple controller to reduce the current ripple of the solar cell.
여기서, Icomp는 상기 태양전지의 전류(ISolar)와 일정시간마다 계측된 태양전지의 순시전류(iSolar)의 차만큼 보상하여 산출된 값으로, 하기의 [수학식 5]에 의해 산출되는데, 상기 Icomp는 예를 들어, MPPT 제어시 사용하였던 100ms마다 평균 처리한 태양전지의 전류값과 59.5us마다 계측된 태양전지의 순시 전류값의 차만큼 보상하여 산출될 수 있다.Here, I comp is a value calculated by compensating for the difference between the current (I Solar ) of the solar cell and the instantaneous current (i Solar ) of the solar cell measured at a constant time, and is calculated by the following formula The I comp can be calculated by compensating for the difference between the current value of the solar cell averaged every 100 ms used in the MPPT control and the instantaneous current value of the solar cell measured every 59.5 us.
(여기서, Kp 는 제어기의 이득상수)(Where K p Is the gain constant of the controller)
또한, Vcomp는 상기 DC Link 기준전압(VDCLink _ Ref)과 일정시간마다 계측된 DC Link 순시전압(vDCLink)의 차만큼 보상하여 산출된 값으로, 하기의 [수학식 6]에 의해 산출되는데, 상기 Vcomp는 예를 들어, DC Link 기준전압과 59.5us마다 계측된 DC Link 순시전압의 차만큼 보상하여 산출될 수 있다.In addition, V comp is calculated by the DC Link voltage reference (V DCLink _ Ref) and a constant as the value calculated by compensating the difference between the time when the DC Link instantaneous voltage (v DCLink) measuring each, [Equation 6] to V comp can be calculated by compensating for, for example, the difference between the DC link reference voltage and the DC link instantaneous voltage measured every 59.5 us.
(여기서, K'p 는 제어기의 이득상수)(Where K ' p Is the gain constant of the controller)
이하, 본 발명에 따른 계통연계형 태양광 인버터의 최대전력점 추정 방법을 적용한 실험예를 설명한다.Hereinafter, an experimental example of applying the maximum power point estimation method of the grid-connected solar inverter according to the present invention will be described.
본 실험에서 태양 전지 어레이를 대신하여 태양광 시뮬레이터인 REGATRON사의 TopCon Quadro와 태양광 시뮬레이터 프로그램 SasControl을 사용하였고, 계통연계형 태양광 인버터에서 MCU는 Freescale사의 K60을 사용하였다. 또한, 태양전지의 전압과 전류, 계통전압, 계통전류 측정은 MCU에 내장되어 있는 16bit A/D 변환기를 사용했으며 샘플링 시간은 59.5us로 계측하였다. 또한, PWM 주파수는 16.8KHz로 사용하였고 100ms 마다 MPPT 제어를 하였다. 더불어, 태양전지 어레이의 최대전력은 4KW로 일사량 변동 실험, 태양전지의 전류 리플 감소 실험 및 MPPT 효율 실험을 하였다.In this experiment, TopCon Quadro of REGATRON and SasControl of photovoltaic simulator were used in place of the solar cell array, and K60 of Freescale was used as the MCU in the grid - connected solar inverter. The voltage, current, system voltage, and grid current of the solar cell were measured using a 16bit A / D converter built into the MCU. The sampling time was measured as 59.5us. In addition, the PWM frequency was used at 16.8 KHz and MPPT control was performed every 100 ms. In addition, the maximum power of the solar cell array was 4KW, the experiment of solar radiation variation, the current ripple reduction test of solar cell, and the MPPT efficiency experiment.
<일사량 변동 실험><Solar radiation variation experiment>
도 7은 본 발명이 적용된 일사량 변동 실험(100%→75%→50%→25%→50%→75%→100%)에 따른 계통 전류와 DC Link 전압의 파형을 나타낸 그래프로, 도 7에 도시된 바와 같이, 0.5초 동안 변동률 25%의 일사량 변동을 하고, 1.2초 동안 일사량을 유지한 결과, 빠른 일사량 변동에서도 안정적으로 가변되는 계통 전류와 일정하게 유지되는 DC Link 전압을 확인하여 정확한 최대전력점 추정과 안정적인 MPPT 운전이 이루어지고 있음을 알 수 있다.7 is a graph showing the waveforms of the grid current and the DC link voltage according to the solar radiation variation experiment (100%? 75%? 50%? 25%? 50%? 75%? 100%) to which the present invention is applied. As shown in the figure, when the solar radiation variation is changed by 25% for 0.5 second and the solar radiation amount is maintained for 1.2 seconds, the DC link voltage which is stably maintained and the constant DC voltage is stable even at the rapid irradiation variation, Point estimation and stable MPPT operation are performed.
또한, 도 8은 본 발명이 적용된 급격한 일사량 변동 실험(100%→10%)에 따른 계통 전류와 DC Link 전압의 파형을 나타낸 그래프로, 도 8에 도시된 바와 같이, 0.5초 동안 일사량이 100%에서 10%로 급격하게 변동함에도 불구하고 계통전류가 일정하게 감소됨을 볼 수 있고, 특히 DC Link 전압이 일사량 변동 직후 DC Link 기준전압에서 ＋3V의 변동이 보이지만 바로 DC Link 기준전압으로 제어되고 있음을 알 수 있다.8 is a graph showing the waveforms of the grid current and the DC link voltage according to the abrupt solar irradiation variation experiment (100%? 10%) to which the present invention is applied. As shown in FIG. 8, The DC link voltage fluctuates by + 3V from the DC link reference voltage immediately after the irradiation change, but it is controlled by the DC link reference voltage. .
더불어, 도 9는 본 발명이 적용된 급격한 일사량 변동 실험(10%→100%)에 따른 계통 전류와 DC Link 전압의 파형을 나타낸 그래프로, 도 9에 도시된 바와 같이, 0.5초 동안 일사량 10%에서 100%로 급격한 일사량 변동에도 일정하게 증가되는 계통전류를 확인할 수 있고, 일사량 변동 직후 DC Link 기준전압에서 ±3V의 변동이 보이지만 바로 DC Link 기준전압으로 제어되고 있음을 알 수 있다.9 is a graph showing the waveforms of the grid current and the DC link voltage according to the abrupt solar irradiation variation experiment (10%? 100%) to which the present invention is applied. As shown in FIG. 9, It can be seen that the system current is constantly increased even at a rapid radiation dose variation of 100%, and the fluctuation of ± 3V in the DC link reference voltage immediately after the change of the irradiation amount is seen, but it is directly controlled by the DC link reference voltage.
<태양전지의 전류 리플 감소 실험><Current ripple reduction test of solar cell>
도 10은 본 발명에 따른 전류 리플 감소 제어기 미사용시의 태양전지 전류와 계통전압의 파형을 나타낸 그래프이고, 도 11은 본 발명에 따른 전류 리플 감소 제어기 사용시의 태양전지 전류와 계통전압의 파형을 나타낸 그래프로, 태양전지의 MPP 전압 300V, MPP 전류 13.3A일 때, 본 발명에 따른 전류 리플 감소 제어기의 미사용시 도 10에 도시된 바와 같이, 태양전지의 전류 리플은 계통전압 주파수의 2배의 리플을 볼 수 있고 ±1.1A오차가 발생하나, 본 발명에 따른 태양전지 전류 리플 감소 제어기의 사용시 도 11에 도시된 바와 같이, 태양전지의 전류 리플은 ±0.1A오차가 발생하여 전류 리플 감소가 우수함을 알 수 있다. FIG. 10 is a graph showing the waveforms of the solar cell current and the grid voltage when the current ripple reduction controller according to the present invention is not used, and FIG. 11 is a graph showing the waveforms of the solar cell current and the grid voltage when the current ripple reduction controller according to the present invention is used As shown in the graph, when the MPP voltage of the solar cell is 300 V and the MPP current is 13.3 A, when the current ripple reduction controller according to the present invention is not used, the current ripple of the solar cell becomes twice as much as the system voltage frequency ripple , And an error of ± 1.1 A is generated. However, when the solar cell current ripple reduction controller according to the present invention is used, as shown in FIG. 11, the current ripple of the solar cell is ± 0.1 A error, .
도 12는 본 발명에 따른 전류 리플 감소 제어기 미사용시의 태양전지 전력을 나타낸 그래프이고, 도 13은 본 발명에 따른 전류 리플 감소 제어기 사용시의 태양전지 전력을 나타낸 그래프로, 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양전지 전류 리플 감소 제어기를 미사용시 태양전지의 전류 리플로 인하여 계측 오차가 발생하기 때문에 최대전력점 추정오차와 MPPT 운전이 불안함을 알 수 있으나, 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양전지 전류 리플 감소 제어기를 사용시 도 12와 비교하였을 때 계측 오차를 줄여 안정적인 MPPT운전을 보여주고 있음을 알 수 있다.FIG. 12 is a graph showing the solar cell power when the current ripple reduction controller according to the present invention is not used, FIG. 13 is a graph showing the solar cell power when the current ripple reduction controller according to the present invention is used, , It can be seen that a measurement error occurs due to the current ripple of the solar cell when the solar cell current ripple reduction controller according to the present invention is not used, so that the maximum power point estimation error and the MPPT operation are unstable. However, , It can be seen that the measurement error is reduced when the solar cell current ripple reduction controller according to the present invention is compared with FIG. 12, thereby showing a stable MPPT operation.
<MPPT 효율 실험><MPPT efficiency test>
하기의 [표 1]은 본 발명에 따른 전류 리플 감소 제어기에 대한 실험결과를 보여주고 있는데, 상기 전류 리플 감소 제어기의 유, 무에 따른 태양전지 전력, MPPT 효율, 인버터 효율, 인버터 출력 전류의 총 왜곡율(THD) 및 일사량 변동시 DC Link 전압 변동폭이 [표 1]에 기재되어 있다. Table 1 below shows the experimental results of the current ripple reduction controller according to the present invention. The total power of the solar cell power, MPPT efficiency, inverter efficiency, and inverter output current according to the presence or absence of the current ripple reduction controller The distortion width (THD) and the fluctuation range of the DC link voltage when the irradiation dose is varied are shown in [Table 1].
인버터 출력 전류의 총 왜곡율과 인버터의 효율은 Newtons 4th Ltd사의 PPA5520으로 측정하였는데, 인버터 출력 전류의 총 왜곡율(THD)은 1.05%, 인버터 출력 효율은 97.5%로 각각 측정되었다.The total distortion rate of the inverter output current and the efficiency of the inverter were measured with a PPA5520 from Newtons 4th Ltd. The total output current distortion (THD) of the inverter output current was 1.05% and the inverter output efficiency was 97.5%.
Experiment Item
태양전지 전력
Solar cell power
MPPT 효율
MPPT efficiency
DC LIink 전압 변동폭Sudden change in solar radiation
DC LIink Voltage Fluctuation
도 14는 본 발명에 따른 계통연계형 태양광 인버터의 최대전력점 추정 방법을 적용한 계통 전류와 계통 전압의 파형을 나타낸 그래프로 본 발명을 통해 우수한 계통 전류가 발생됨을 실험을 통해 확인할 수 있다.FIG. 14 is a graph showing the waveforms of the grid current and the grid voltage using the method of estimating the maximum power point of the grid-connected solar inverter according to the present invention. From the experiment, it can be confirmed that excellent grid current is generated through the present invention.
상술한 바와 같이, 본 발명은 최대전력점을 기준으로 하여 최대전력의 전력점이 변동되고, 태양전지의 전류 리플이 발생하여 계측오차로 인하여 효율이 떨어지며, 불안전한 MPPT 운전을 하는 종래의 최대전력점 추정 방법을 보완한 것으로, 정확하고 신속하게 최대 전력점을 추정하여 MPPT 효율을 향상시킬 수 있고, 태양전지의 전류 리플을 감소시킬 수 있으며, 태양광 인버터 출력전류의 총 왜곡율을 감소시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, the power point of the maximum power fluctuates on the basis of the maximum power point, the current ripple of the solar cell is generated, the efficiency becomes poor due to the measurement error, and the conventional maximum power point It can improve the MPPT efficiency by accurately and quickly estimating the maximum power point, reduce the current ripple of the solar cell, and reduce the total distortion rate of the solar inverter output current.
이상과 같이 본 발명에 따른 계통연계형 태양광 인버터의 최대전력점 추정 방법을 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.As described above, the maximum power point estimation method of the grid-connected solar inverter according to the present invention has been described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments and drawings disclosed in the present specification, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention.
100:태양전지 어레이 200:부스트 컨버터
300:인버터 400:계통
S10:현재 전력 산출 단계 S20:리플 전력 산출 단계
S30:디렉션 결정 단계 S40:최대전력점 추정단계
S50:전류 리플 감소 단계100: solar cell array 200: boost converter
300: inverter 400: system
S10: current power calculation step S20: ripple power calculation step
S30: Direction decision step S40: Maximum power point estimation step
S50: Current ripple reduction step
Claims (3)
산출된 상기 현재 전력(PSolar)을 이용하여 최소 전력(Pmin)을 결정하기 위한 리플 전력(PRipple)을 하기의 수학식에 의해 산출하는 리플 전력 산출 단계;
상기 현재 전력(PSolar)과 기 결정된 최대 전력(PMax)을 비교하여 최대전력점 추정(Maximum Power Point Tracking,MPPT)의 동작 방향인 디렉션(Direction)을 결정하는 디렉션 결정 단계; 및
'0' 또는 '1'로 결정된 상기 디렉션(Direction)에 따라, 부스터 컨버터에서 출력되는 전압으로서 계통에 교류전압을 발생시키기 위한 기준전압인 DC Link 기준전압(VDCLink_Ref)을 일정하게 감소 또는 증가시키거나, 상기 부스터 컨버터의 펄스폭변조 시변율(PMW Duty)을 가변시키는 최대전력점 추정 시변율인 MPPT_Duty를 일정하게 감소 또는 증가시켜 최대전력점을 추정하는 최대전력점 추정단계;를 포함하고,
상기 디렉션 결정 단계는,
상기 현재 전력(PSolar)이 상기 최대 전력(PMax)보다 크거나 같은 경우, 상기 최대 전력(PMax)을 현재 전력(PSolar)으로 설정하고, 상기 최대 전력(PMax)과 상기 리플 전력(PRipple)을 이용하여 하기의 수학식에 의해 히스테리시스 전력(PHys)을 산출하며, 상기 디렉션(Direction)을 이전 상태로 유지하는 공정;
상기 현재 전력(PSolar)이 상기 최대 전력(PMax)보다 작으면서, 상기 히스테리시스 전력(PHys)보다 큰 경우, 상기 디렉션(Direction)을 반전시키고, 상기 최대 전력(PMax)을 현재 전력(PSolar)으로 설정하며, 상기 최대 전력(PMax)과 상기 리플 전력(PRipple)을 이용하여 히스테리시스 전력(PHys)을 산출하는 공정; 및
상기 현재 전력(PSolar)이 상기 최대 전력(PMax)보다 작으면서, 상기 히스테리시스 전력(PHys)보다 작은 경우, 상기 디렉션(Direction)을 이전 상태로 유지하는 공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광 인버터의 최대전력점 추정 방법.
(여기서, Kr 은 MPPT 효율 관련 계수, 0 < Kr < 1)
A ripple power calculating step of calculating a ripple power (P Ripple ) for determining a minimum power (P min ) using the calculated current power (P Solar ) by the following equation;
Determining a direction which is an operating direction of Maximum Power Point Tracking (MPPT) by comparing the current power (P Solar ) with a predetermined maximum power (P Max ); And
The DC link reference voltage (V DCLink_Ref ), which is a reference voltage for generating an AC voltage in the system as a voltage output from the booster converter, is constantly decreased or increased according to the direction determined to be '0' or '1' Or estimating a maximum power point by constantly decreasing or increasing MPPT_Duty, which is a maximum power point estimation time variance rate that varies the pulse width modulation time variant (PMW duty) of the booster converter,
The direction determining step may include:
The current power (P Solar) is the maximum power (P Max) is greater than or equal to the maximum power (P Max) the current power (P Solar) to set, and the maximum power (P Max) and the ripple power Calculating a hysteresis power (P Hys ) by using the following equation (P Ripple ) and maintaining the direction as a previous state;
Wherein if the current power P Solar is less than the maximum power P max and greater than the hysteresis power P Hys then the direction is reversed and the maximum power P max is multiplied by the current power P Solar ) and calculating a hysteresis power (P Hys ) using the maximum power (P Max ) and the ripple power (P Ripple ); And
If the current power P Solar is less than the maximum power P max but less than the hysteresis power P Hys , maintaining the direction as a previous state A Method for Estimating the Maximum Power Point of a Grid - Connected Photovoltaic Inverter.
(Where K r is the MPPT efficiency-related coefficient, 0 < K r < 1)
상기 최대전력점 추정단계는,
상기 디렉션(Direction)이 '0' 인 경우, DC Link 기준전압(VDCLink _ Ref)이 DC Link 최소전압(VDCLink _ min)보다 클 때, 상기 DC Link 기준전압(VDCLink _ Ref)을 일정하게 감소시켜 최대전력점을 추정하고, 상기 DC Link 기준전압(VDCLink _ Ref)이 상기 DC Link 최소전압(VDCLink_min)보다 작을 때 MPPT_Duty를 일정하게 증가시켜 최대전력점을 추정하는 공정; 및
상기 디렉션(Direction)이 '1' 인 경우, 태양전지의 전압(VSolar)이 DC Link 최소전압(VDCLink _ min)보다 클 때, 상기 DC Link 기준전압(VDCLink _ Ref)을 일정하게 증가시켜 최대전력점을 추정하고, 상기 태양전지의 전압(VSolar)이 상기 DC Link 최소전압(VDCLink_min)보다 작을 때 MPPT_Duty를 일정하게 감소시켜 최대전력점을 추정하는 공정;을 포함하고,
DC Link 순시전압(vDCLink)이 DC Link 과전압(VDCLink _ OV)보다 낮은 경우, 상기 MPPT_Duty를 일정하게 증가시키며,
상기 DC Link 순시전압(vDCLink)이 DC Link 저전압(VDCLink _ UV)보다 높은 경우, 상기 MPPT_Duty를 일정하게 감소시키는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광 인버터의 최대전력점 추정 방법.The method according to claim 1,
Wherein the maximum power point estimating step comprises:
When the direction (Direction) is a '0', DC Link voltage reference (V DCLink _ Ref) the DC Link minimum voltage (V DCLink _ min) is greater than, a certain the DC Link voltage reference (V DCLink _ Ref) decreased by a step of estimating a maximum power point, and by increasing a constant DC Link MPPT_Duty when the reference voltage (V Ref DCLink _) is less than the minimum DC Link voltage (V DCLink_min) estimating the maximum power point; And
When the direction (Direction) is '1', when the solar cell voltage (V Solar) is greater than the DC Link minimum voltage (V DCLink _ min), monotonically increasing the DC Link voltage reference (V DCLink _ Ref) And estimating a maximum power point by constantly reducing MPPT_Duty when the voltage (V Solar ) of the solar cell is smaller than the DC link minimum voltage (V DCLink_min )
If the instantaneous DC Link Voltage (v DCLink) is lower than the DC Link voltage (V DCLink _ OV), increases uniformly the MPPT_Duty,
The instantaneous DC Link Voltage (v DCLink) a low voltage DC Link (V DCLink _ UV) is higher than the maximum power point estimation method for a grid-interactive photovoltaic inverter, comprising a step of regularly decreasing the MPPT_Duty.
상기 최대전력점 추정단계에서 출력되는 MPPT_Duty;
상기 태양전지의 전류(ISolar)와 일정시간마다 계측된 태양전지의 순시전류(iSolar)의 차만큼 보상하여 태양전지의 전류 리플 제어기로부터 출력되는 Icomp; 및
상기 DC Link 기준전압(VDCLink _ Ref)과 일정시간마다 계측된 DC Link 순시전압(vDCLink)의 차만큼 보상하여 DC Link 전압 리플 제어기로부터 출력되는 Vcomp;를 모두 합한 Duty에 의해 상기 태양전지의 전류 리플을 감소시키는 전류 리플 감소 단계를 더 포함하고,
상기 전류 리플 감소 단계에서,
상기 Icomp 및 Vcomp 은 각각 하기의 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광 인버터의 최대전력점 추정 방법.
(여기서, Kp , K'p 은 제어기의 이득상수)The method according to claim 1,
MPPT_Duty output from the maximum power point estimating step;
I comp, which is outputted from the current ripple controller of the solar cell by compensating for the difference between the current (I Solar ) of the solar cell and the instantaneous current (i Solar ) of the solar cell measured every predetermined time; And
Wherein the DC Link voltage reference (V DCLink _ Ref) and a predetermined time for each measurement of DC Link instantaneous voltage (v DCLink) car as compensation V comp outputted from the DC Link Voltage Ripple control of; by Duty sum of the solar cell Further comprising a current ripple reducing step of reducing the current ripple of the current source,
In the current ripple reducing step,
Wherein the I comp and V comp are calculated by the following equations: < RTI ID = 0.0 > I comp < / RTI >
(Where K p , K ' p Is the gain constant of the controller)
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