KR100285178B1

KR100285178B1 - 태양광발전시스템의전력제어장치

Info

Publication number: KR100285178B1
Application number: KR1019970042551A
Authority: KR
Inventors: 세이지 구로까미; 기미또시 후까에; 노부요시 다께하라
Original assignee: 미다라이 후지오; 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 1996-08-30
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 2001-03-15
Also published as: DE69734495D1; DE69734495T2; EP0827254B1; EP0827254A3; CN1064487C; KR19980019149A; US5923158A; CN1180261A; EP0827254A2; JP3352334B2; JPH1074113A; EP1521345A1

Abstract

태양 전지에 의해 발생된 전력을 변환하여 이 변환된 전력을 부하에 공급하는 태양광 발전 시스템의 전력 제어 장치에서, 태양 전지의 출력 전압과 출력 전류를 검출하여, 통상의 조건하에서는 태양 전지가 최대 출력을 내도록 MPPT 제어를 행한다. 태양 전지의 출력 전력이 소정의 전력을 초과하면, 전력 변환 수단은 태양 전지의 출력 전압을 높이도록 제어하여, 태양 전지의 출력 전력을 제한하게 한다. 결국, 전력 제어 장치에 의해 과대 전력이 출력되는 것이 방지된다.

Description

태양광 발전 시스템의 전력 제어 장치{POWER CONTROL APPARATUS FOR SOLAR POWER GENERATION SYSTEM}

본 발명은 태양광 발전 시스템(solar power generation system)의 전력 제어 장치에 관한 것이다.

공지의 태양광 발전 시스템은 태양광을 전기 에너지로 변환시키는 태양 전지 어레이와, 상기 태양 전지 어레이에 의해 발생된 전력을 부하에 적합한 상태의 전력으로 변환하여 이 전력을 부하에 공급하는 전력 제어 장치를 구비한다.

태양 전지 어레이에 의해 발생된 전력은 태양 전지의 동작점 전압과 전류 뿐만 아니라 일사량과 온도에 따라 크게 변동하기 때문에, 전력 제어 장치는 태양 전지 어레이의 부하를 조정하여 항상 태양 전지 어레이로부터 최대의 전력을 취출하기 위한 최대 전력점 추적 제어(maximum power point tracking control)(이하 "MPPT 제어")를 행한다.

그러나, 태양 전지의 최대 전력점에서의 전력 Pmax가 일사량에 대략 비례하기 때문에, 태양 복사가 강할 때에는 전력 제어 장치로부터 과도한 전력이 출력될 우려가 있다. 이를 방지하는 공지의 방법으로는, 전력 제어 장치의 출력값에 대해 상한치를 두고 전력 제어 장치의 출력 전류를 소정의 값으로 제한함으로써 전력 제어 장치를 구성하는 구성요소를 과도한 전류로부터 보호하는 방법과, 전력 제어 장치의 출력 전력을 검출하여 이 출력 전력이 소정의 값을 초과하지 않도록 출력 전력을 제어하는 방법이 있다.

그러나, 이러한 방법에는 중요한 결점이 있다. 특히, 출력 전류를 일정값으로 제한하는 전력 제어 장치에서는, 출력 전압이 전력 제어 장치에만 의존하지 않는 경우, 예를 들면, 부하로서 상용 AC 전력 계통이 접속되어 있는 경우, 전력 제어 장치의 출력 전압이 변동하여 정격 전압을 초과하는 경우가 있다. 그 결과, 출력 전류가 제한되어 있어도, 전력 제어 장치의 출력 전력은 정격 전력을 넘게 되는 경우가 있다.

전력 제어 장치의 출력 전력이 너무 크게 되면, 장치의 내부 발열이 증가하기 때문에, 전력 제어 장치의 구성 부품을 열적으로 보호할 필요가 있게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 태양광 발전 시스템의 전력 제어 장치가 과도한 전력을 출력하는 것을 방지하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 과도한 전력이 출력되지 않도록 함으로써 전력 제어 장치의 구성 부품을 열적으로 보호하기 위한 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 목적은 태양 전지에 의해 출력된 전력을 부하에 공급하기 위한 전력 제어 장치를 제공함으로써 달성되는데, 상기 장치는 상기 태양 전지의 출력 전력을 상기 부하에 적합한 전력으로 변환하는 변환 수단; 상기 태양 전지의 출력 전압과 출력 전류를 검출하는 검출 수단; 상기 검출된 출력 전압과 출력 전류에 근거하여 상기 태양 전지의 동작 전압을 설정하는 설정 수단; 및 상기 태양 전지의 출력 전압이 상기 설정된 동작 전압으로 되도록 상기 변환 수단의 동작을 제어하는 제어 수단을 구비하되, 상기 설정 수단은, 상기 검출한 출력 전압과 출력 전류의 곱이 소정의 값보다 클 경우에, 상기 동작 전압을 소정의 전압만큼 상승시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 목적은 태양 전지에 의해 출력된 전력을 부하에 공급하기 위한 전력 제어 장치를 제공함으로써 달성되는데, 상기 장치는, 상기 태양 전지의 출력 전력을 상기 부하에 적합한 전력으로 변환하는 변환 수단; 상기 태양 전지의 출력 전압과 출력 전류을 검출하는 검출 수단; 상기 검출된 출력 전압과 출력 전류에 근거하여 상기 태양 전지의 동작 조건을 지정하는 지정 수단; 및 상기 지정 수단에 의해 이루어진 지정에 근거하여 상기 변환 수단의 동작을 제어하는 제어 수단을 구비하되, 상기 검출된 출력 전압과 출력 전류의 곱이 소정의 값 이하일 경우에, 상기 지정 수단은 상기 태양 전지의 동작 전압을 지정하고 상기 제어 수단은 상기 태양 전지의 출력 전압이 지정된 상기 동작 전압에 도달하도록 상기 변환 수단의 동작을 제어하며, 상기 검출된 출력 전압과 출력 전류의 곱이 상기 소정의 값을 초과하는 경우에, 상기 지정 수단은 상기 태양 전지의 동작 전압을 지정하고 상기 제어 수단에 전력을 억제하도록 지시하며, 상기 제어 수단은 상기 태양 전지의 출력 전압이 소정의 전압을 상기 지정된 동작 전압에 합산하여 얻은 제어 전압에 도달하도록 상기 변환 수단의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 목적은 태양 전지에 의해 출력된 전력을 부하에 공급하는 전력 제어 장치를 제공함으로써 달성되며, 상기 장치는 상기 태양 전지의 출력 전력을 상기 부하에 적합한 전력으로 변환하는 변환 수단; 상기 변환 수단의 출력 전력을 검출하는 제1 검출 수단; 상기 태양 전지의 출력 전압과 출력 전류을 검출하는 제2 검출 수단; 상기 태양 전지의 상기 검출된 출력 전압과 출력 전류에 근거된 상기 태양 전지의 동작 전압을 설정하는 설정 수단; 및 상기 설정된 동작 전압과 상기 변환 수단의 검출된 출력 전력에 근거하여 상기 변환 수단의 동작을 제어함으로써 상기 태양 전지의 출력 전압을 제어하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징과 잇점은 첨부된 도면을 참조한 이하의 설명을 보면 명백해질 것이며, 전 도면에서 유사한 도면 부호는 동일하거나 유사한 부분을 가리킨다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 제어 장치를 사용한 태양광 발전 시스템의 구성을 도시한 블록도.

도 2는 도 1에 도시된 전압 설정 수단에 의해 행해지는 전압 설정 방법을 상세히 설명하는 흐름도.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 제어 장치를 사용하는 태양광 발전 시스템의 구성을 도시한 블록도.

도 4는 도 3에 도시된 전압 설정 수단에 의해 행해지는 전압 설정 방법을 상세히 설명하는 흐름도.

도 5는 일정 태양 복사 조건하에서의 태양 전지의 출력 특성도.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전력 제어 장치를 사용하는 태양광 발전 시스템의 구성을 도시한 블록도.

도 7은 도 6에 도시된 제어기에 의해 수행되는 전력 제어 과정을 설명한 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 태양 전지

2 : 전력 변환 수단

3 : 부하

4 : 전압 검출 수단

5 : 전류 검출 수단

6 : 전압 설정 수단

7 : 제어기

명세서에 포함되어 그 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 실시예를 도해한 것으로 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리에 대해 설명하고 있다.

지금부터 본 발명에 따른 전력 제어 장치의 바람직한 실시예에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

<제1 실시예>

도 1은 본 발명에 따른 전력 제어 장치를 사용하는 태양광 발전 시스템의 구성을 나타낸다.

도 1에 도시된 바와 같이, 태양광 발전 시스템은 전력을 발생시키는 태양 전지를 포함하며, 이 전력은 전력 변환 수단(2)에 의해 부하(3)에 적합한 상태의 전력으로 변환된다. 변환 결과의 전력은 부하(3)에 공급된다.

태양 전지(1)은 비정질 실리콘, 결정 실리콘, 또는 화합물 반도체를 사용하는 다수의 태양 전지를 직병렬로 조합시켜, 소망의 출력 전압과 전류를 얻도록 어레이 구성되어 있다.

전력 변환 수단(2)은 전력 트랜지스터, 전력 MOSFET, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated gate bipolar transistors : IGBT), 또는 게이트 턴-오프 사이리스터(gate turn-off thyristors : GTO)와 같은 자기 소호형 스위칭 디바이스(self turn-off switching device)를 이용한 DC/DC 변환기 또는 자려식 전압형 인버터(voltage-fed self-excited inverter)일 수 있다. 전력 변환 수단(2)의 출력(전력, 전압, 주파수 등)은 전력 변환 수단(2)의 스위칭 디바이스에 공급된 게이트 펄스의 온/오프 듀티(duty)(이하 "듀티비"라고도 함)를 변화시킴으로써 제어될 수 있다.

부하(3)의 일례로는, 전기 히터 또는 전기 모터 또는 상용 AC 전력 계통 등이 있다. 부하(3)가 상용 AC 전력 계통인 경우, 즉 그리드 접속(grid connection) 태양광 발전 시스템의 경우, 상용 AC 전력 계통에 투입될 수 있는 태양광 발전 시스템의 전력이 제한을 받지 않으며, 따라서 이 구성은 태양 전지(1)로부터 보다 많은 전력을 취출하는 경우에 극히 바람직한 것이다.

태양 전지(1)의 출력 전압과 출력 전류는 전압 검출 수단(4)와 전류 검출 수단(5)에 의해 샘플링된다. 전압 검출 수단(4)는 태양 전지(1)의 출력 전압을 가리키는 전압 신호를 디지탈 데이타로서 출력한다. 전압 신호는 전압 설정 수단(6)과 제어기(7)에 입력된다. 전류 검출 수단(5)는 태양 전지(1)의 출력 전류를 가리키는 전류 신호를 디지탈 데이타로서 출력한다. 이 신호는 전압 설정 수단(6)에 입력된다.

전압 설정 수단(6)은 그에 인가된 전압 신호와 전류 신호에 근거하여 전압 설정값을 결정한다. 전압 설정 수단(6)은 제어용 마이크로프로세서에 의해 구현될 수 있고, CPU, RAM, ROM, 입출력 장치 등으로 구성된다.

제어기(7)는 태양 전지(1)의 출력 전압이 전압 설정 수단(6)에 의해 결정된 전압 설정값으로 되도록 상기한 듀티비를 조정하고, 이 듀티비에 근거하여 PWM 펄스를 발생시킨다. 이 PWM 펄스는 전력 변환 수단(2)의 스위칭 디바이스의 게이트를 구동하는 게이트 펄스이다. 듀티비를 조정하는 하나의 방법으로써 비례 적분(proportional integration : PI) 제어에 근거한 피드백 제어계 등이 있다. PWM 펄스의 생성 방법으로는, 삼각파 비교 방식과 히스테리시스(hyteresis) 비교기 방식이 있다.

제어기(7)는 아날로그 회로나 디지탈 회로로 구성될 수 있다. 제어기(7)가 디지탈 회로인 경우에, 제어기는 CPU나 DSP로 구성되고 전압 설정 수단(6)과 함께 하나의 제어용 마이크로컴퓨터에 의해 구현될 수 있다. 따라서, 전력 변환 수단(2)의 출력을 제어하여 태양 전지(1)의 출력 전압을 제어한다.

지금부터는, 전압 설정 수단(6)에 의해 행해지는 전압 설정 방법에 대해 도 2의 흐름도를 참조하여 상세히 설명한다.

초기 설정은 단계(S00)에서 이루어진다. 특히, 초기 동작점 전압은 V0로 설정되며, 전압을 탐색하기 위한 단계폭은 dV로 설정되며, 전압 탐색 방향은 전압 감소 방향으로 설정되고, 태양 전지(1)로부터 전력 변환 수단(2)으로 들어가는 전력의 제한값인 전력 제한값은 PL로 설정된다.

다음 단계(S01)에서, 동작 전압 V를 초기 동작점 전압 V0로 설정하여 전력 제어 장치의 동작 개시시의 태양 전지(1)의 동작점을 설정한다. 설정된 동작 전압 V는 전압 설정값으로서 제어기(7)로 보내진다.

다음에, 단계(S02)에서, 태양 전지(1)의 동작점 전압과 전류를 샘플링하고, 샘플링된 전압과 전류의 곱을 계산하여 태양 전지(1)의 출력 전력 P0를 구한다. P0의 값은 메모리에 저장된다.

단계(S03)에서, 출력 전력 P0와 전력 제한값 PL을 비교한다. 만약 P0 ≤ PL 이면, 정상 상태(normal state)인 것으로 판단하여 단계(S04)로 진행된다.

단계(S04)에서는, 초기에 설정된 전압 탐색 방향에 근거하여, 전압 탐색 처리를 행하는데, 설정된 전압 탐색 방향이 전압 증가 방향이라면, 동작 전압 V를 단계폭 dV만큼 증가시킨 전압 V+dV로 설정한다. 설정된 전압 탐색 방향이 전압 감소 방향이라면, 동작 전압 V를 단계폭 dV만큼 감소시킨 전압 V-dV로 설정한다. 전압 탐색 방향에 따라 설정되는 동작 전압 V는 전압 설정값으로서 제어기(7)에 보내진다. 그리고, 다음 단계(S07)로 계속 진행된다.

단계(S05) 또는 단계(S06)에서 설정된 동작 전압 V에 근거하여 제어기(7)에 의해 제어된 태양 전지(1)의 현재의 동작점 전압과 전류는 단계(S07)에서 샘플링되며, 출력 전력 P1은 상기한 방법으로 전압과 전류의 곱으로부터 얻어지고, 출력 전력 P1은 메모리에 저장된다.

다음 단계(S08)에서, 태양 전지(1)의 현재의 동작점의 출력 전력 P1과 이전 동작점의 출력 전력 P0를 비교한다. 출력 전력이 이전보다 증가하지 않으면(즉, P1 ≤ P0 이면), 전압 탐색 방향이 단계(S09)에서 역전된다. 다시 말해서, 현재의 전압 탐색 방향이 전압 감소 방향이면, 방향은 전압 증가 방향으로 되고, 현재 전압 탐색 방향이 전압 증가 방향이면, 방향은 전압 감소 방향으로 된다. 그리고, 다음 단계(S10)로 진행된다. 단계(S08)에서 출력 전력이 전보다 증가하고 있는 것으로 밝혀지면, 전압 탐색 방향은 변화되지 않고 바로 단계(S10)로 진행된다.

단계(S10)에서 저장된 출력 전력값 P0를 출력 전력값 P1으로 갱신한 후, 단계(S03)로 되돌아간다. 통상 단계(S03) 내지 단계(S10)를 반복함으로써, 태양 전지(1)로부터 최대 전력을 취출하도록 태양 전지(1)의 동작점을 제어한다. 다시 말해서, 전압 설정 수단(6)은 태양 전지(1)의 최대 전력점을 추적하도록 동작 전압 V를 설정한다.

태양 복사가 매우 강한 경우에는, 단계(S03)에서 출력 전력 P0와 전력 제한값 PL를 비교할 때 출력 전력 P0가 전력 제한값 PL을 초과할 가능성이 있다. 그와 같은 경우에 처리 흐름은 단계(S03)부터 단계(S10)까지이다.

단계(S11)에서는, 설정된 전압 탐색 방향에 관계없이, 전압 탐색 방향을 전압 증가 방향으로 설정한다. 단계(S11)에서 전압 탐색 방향을 전압 증가 방향으로 설정하기 때문에, 단계(S04)에서는 단계(S05)로 분기하여 동작 전압 V를 단계폭 dV만큼 높인다. 이후, 단계(S07)부터 단계(S10)까지의 처리는 상술된 방법과 마찬가지로 실행된다.

출력 전력 P0가 전력 제한값 PL보다 큰 (P0>PL) 동안에는, 단계(S03, S11, S04, ... , S10)를 반복하여, 출력 전력 P0가 전력 제한값 PL 이하(P0≤PL)로 될 때까지, 즉 태양 전지(1)가 전력 제한값 PL과 거의 같은 출력 전력 P0를 얻기 위한 동작점 전압을 발생시키도록 단계폭 dV씩 동작 전압 V을 높여간다. 그 결과, 도 5에 도시한 일정 태양 복사 조건하에서의 태양 전지(1)의 출력 특성 곡선이 나타낸 바와 같이, 전압 설정 수단(6)은 전력 제한값 PL의 근방의 태양 전지(1)의 동작점 P_T를 추적하도록 동작 전압 V를 설정한다.

태양 복사가 약해져 태양 전지(1)에 의해 발생된 전력이 감소하고 출력 전력 P0이 전력 제한값 PL 이하로 떨어지면, 전압 설정 수단(6)은 통상의 최대 전력점을 추적하도록 동작 전압 V를 다시 설정한다. 반대로, 태양 복사가 강해져 태양 전지(1)의 최대 전력 Pmax이 전력 제한값 PL를 초과하면, 전압 설정 수단(6)은 태양 전지(1)의 출력 전력을 억제하도록 동작하고 동작점 P_T를 추적하도록 동작 전압 V를 설정한다.

이와 같이, 제1 실시예에 따르면, 최대 전력 Pmax이 태양 전지(1)로부터 취출되도록 태양 전지(1)의 동작점을 제어함으로써, 부하(3)에 보다 많은 전력이 공급된다. 태양 전지(1)의 출력 전력이 전력 제한값 PL를 초과하는 경우, 태양 전지(1)의 동작점 전압을 높임으로써 태양 전지(1)의 출력 전력을 전력 제한값 PL으로 유지시킨다. 다시 말해서, 본 발명은 전력 제어 장치의 입력 전력과 출력 전력간의 관계에 주안점을 두고 전력 제어 장치의 입력 전력과 같은 태양 전지(1)의 출력 전력을 제어함으로써 전력 제어 장치의 출력 전력이 과도하게 커지지 않도록 제어를 행한다.

따라서, 전력 제어 장치의 출력 전력을 검출하기 위한 하드웨어의 추가 없이 단순한 구성을 통해 전력 제어 장치의 출력 전력이 과도하게 되지 않게 할 수 있다. 그 결과, 장치내의 발열이 억제되고 전력 제어 장치의 구성 부품, 특히 전력 변환 수단(2)을 과도한 부하에 의해 발생된 열로부터 보호할 수 있다.

상술한 실시예에서는, 동작점 전압을 단계적으로 상승 또는 감소시키는 이른바 등산법(hill-climbing)을 사용하여, 태양 전지(1)로부터 최대 전력 Pmax를 취출하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 방법, 예를 들면 일본 특개평6-348352호의 명세서에 개시된 곡선 근사법도 본 발명의 요지를 벗어나지 않고 사용될 수 있다.

<제2 실시예>

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 제어 장치를 사용한 태양광 발전 시스템의 구성을 도해한 것이다. 이 실시예는 전력 억제 신호가 전압 설정 수단(6)에서 제어기(7)로 보내진다는 점에서 도 1에 도시된 것과 다르고, 나머지 구성은 동일하다.

전력 억제 신호가 없는 경우에는, 제어기(7)는 태양 전지(1)의 출력 전압이 전압 설정 수단(6)에 의해 특정된 전압 설정값으로 되도록 전력 변환 수단(2)의 스위칭 디바이스에 인가되는 게이트 펄스의 듀티비를 조정한다. 이 동작은 제1 실시예의 동작과 마찬가지이다. 전력 억제 신호가 전압 설정 수단(6)으로부터 출력되는 경우에는, 태양 전지(1)의 출력 전압이 전압 설정값보다 높게 되도록 듀티비를 조정한다. 전력 억제 신호가 사라지면, 태양 전지(1)의 출력 전압이 전압 설정값에 접근하도록 듀티비를 조정한다.

제2 실시예에서의 전압 설정 방법에 대해 도 4에 도시된 흐름도를 참조하면서 상세히 설명한다. 도 2에 도시된 제1 실시예의 전압 설정 방법과 동일한 단계는 유사한 단계 번호를 붙여 다시 상세히 설명하지 않기로 한다.

상술된 바와 같이, 단계(S03)에서 출력 전력 P0와 전력 제한값 PL을 비교한다. 태양 복사가 아주 강한 경우와 같이, 출력 전력 P0가 전력 제한값 PL를 초과할 때가 있다. 그와 같은 경우에는, 처리는 단계(S03)에서 단계(S31)로 진행한다.

단계(S31)에서, 전력의 억제를 지시하는 전력 억제 신호를 출력한다. 이에 따라, 제어기(7)에서는 태양 전지(1)의 기설정된 동작 특성 곡선에 근거하여 전압 설정값을 보다 높은 값으로 보정을 행하여 전력 변환 수단(2)의 스위칭 디바이스에 인가되는 게이트 펄스의 듀티비를 낮춘다. 다시 말해서, 게이트 펄스의 ON 시간은 감소하고 OFF 시간은 증가한다. 그에 따라, 전력 변환 수단(2)에 입력되는 전력이 감소한다.

다음 단계(S32)에서는, 태양 전지(1)의 동작점 전압과 전류를 샘플링하여, 상술한 바와 같이, 출력 전력 P0을 전압과 전류의 곱으로부터 얻고, 이 P0를 메모리에 저장한다.

단계(S33)에서는, 태양 전지(1)의 현재의 동작점의 출력 전력 P0과 전력 제한값 PL을 비교한다. 출력 전력 P0가 전력 제한값 PL보다 훨씬 크다면 (P0>PL), 단계(S31)로 되돌아간다. 출력 전력 P0가 전력 제한값 PL보다 큰 (P0>PL) 동안에는, 단계(S31)로부터 단계(S33)까지의 루프를 반복하여 전력 변환 수단(2)에 입력되는 전력을 억제하게 된다.

단계(S33)에서 태양 전지(1)의 현재의 동작점의 출력 전력 P0가 전력 제한값 PL 이하(P0≤PL)로 되는 경우에는, 더 이상 전압을 억제할 필요가 없는 것으로 판단하여 단계(S34)로 진행한다.

단계(S34)에서는, 전력 억제의 취소를 지시하는 전력 억제 신호가 출력된다. 이에 따라, 제어기(7)에서는 전력 변환 수단(2)의 전압 설정값의 보정량을 감소시켜 스위칭 디바이스에 인가되는 게이트 펄스의 듀티비를 증가시킨다. 다시 말해서, 게이트 펄스의 ON 시간은 증가하고 OFF 시간은 감소한다. 그 결과로, 전력 변환 수단(2)에 입력되는 전력은 증가한다.

다음 단계(S35)에서는, 태양 전지(1)의 동작점 전압과 전류를 샘플링하고, 상술된 바와 같이, 출력 전력 P0을 전압과 전류의 곱으로부터 구하여, P0를 메모리에 저장한다. 다음 단계(S36)에서, 샘플링된 동작점 전압 Vop와 동작 전압 V를 비교한다. 동작점 전압 Vop가 동작 전압 V보다 큰 (V〈Vop) 경우에는, 제어기(7)에서는 아직 전력의 억제가 행해지고 있는 것으로 판단하여, 단계(S33)로 되돌아간다.

따라서, 출력 전력 P0이 전력 제한값 PL 이하 (P0≤PL)이고 샘플링된 동작 전압 Vop이 동작 전압 V보다 큰 (V〈Vop) 경우에는, 단계(S33)로부터 단계(S36)까지를 반복하여, 제어기(7)의 전압 설정값의 보정량을 0에 가깝게 하고, 제어기(7)는 전력 억제 상태로부터 벗어나게 된다.

단계(S33) 내지 단계(S36)를 반복함으로써 제어기(7)를 전력 억제 상태로부터 벗어나게 하는 과정중에 출력 전력 P0가 전력 제한값 PL을 초과하는 경우에는, 단계(S31)로 다시 되돌아가서 이상 설명한 동작을 행한다.

단계(S36)에서 샘플링된 동작 전압 Vop이 동작 전압의 설정값 V 이하(V≥Vop)로 된 경우에는, 전력의 억제도 필요없고 제어기(7)는 전력 억제 상태로부터 벗어난 것으로 판단하여, 단계(S03)로 되돌아간다.

이와 같이, 제2 실시예에 따르면, 통상은 태양 전지(1)로부터 최대 전력 Pmax이 취출되도록 태양 전지(1)의 동작점을 제어하여, 부하(3)에 보다 많은 전력을 공급한다. 태양 전지(1)의 출력 전력이 전력 제한값 PL을 초과하는 경우에는, 제어기(7)에 전력 억제를 지시하는 신호를 보낸다. 제어기(7)에서는 이 신호의 수신시에 전압 설정 수단(6)이 보낸 전압 설정값 V를 보정하고, 태양 전지(1)의 동작점 전압을 상승시키도록 제어를 수행함으로써, 태양 전지(1)의 출력 전력을 전력 제한값 PL로 유지한다.

그에 따라, 전력 제어 장치의 출력 전력을 검출하기 위한 하드웨어의 추가 없이 단순한 구성을 통해 전력 제어 장치의 출력 전력이 과도하게 되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 장치내의 열의 발생이 억제되고 전력 제어 장치의 구성 부품, 특히 전력 변환 수단(2)을 과도한 부하에 의해 발생된 열로부터 보호할 수 있다.

<제3 실시예>

도 6은 제3 실시예의 구성을 도시한 블록도이다. 이 실시예는 전력 검출 수단(8)과 비교기(9)를 포함한다는 점에서 도 1에 도시된 것과 차이가 있다. 상술한 바와 같이, 전압 설정 수단(6)은 전압 검출 신호와 전류 검출 신호에 근거하여 태양 전지(1)로부터 최대 전력 Pmax를 얻도록 하는 전압 설정값 Vs를 출력한다.

전력 검출 유닛(8)은 전력 변환 수단(2)의 출력 전력 Po를 검출하여 이 검출된 출력 전력 Po를 가리키는 전력 신호를 비교기(9)에 출력한다. 비교기(9)는 이 전력 신호가 가리키는 전력 Po를 소정의 값 Pd와 비교하여 비교 신호를 제어기(7)에 출력한다.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 제어기(7)에 의해 행해지는 전력 제어의 절차를 도시한 흐름도이다.

단계(S41)에서, 제어기(7)는 전력 변환 수단(2)의 스위칭 디바이스에 인가되는 게이트 펄스의 듀티비를 조정하기 위하여 전압 설정값 Vs를 전압 설정값 Vs'으로 설정한다. 단계(S42)에서는, 전력 변환 수단(2)의 출력 전력 Po와 소정의 값 Pd간의 관계를 전술된 비교 신호에 근거하여 결정된다. 비교 신호가 Po≤Pd인 것을 가리키면, 단계(S44)로 진행되어 Vs와 Vs'를 비교한다. 단계(S44)에서 Vs'≤Vs인 것으로 밝혀지면, 단계(S46)에서 등식 Vs=Vs'을 확립한다. 다음 단계(S47)에서는, 태양 전지(1)의 출력 전압이 전압 설정값에 도달하도록 전력 변환 수단(2)의 스위칭 디바이스에 인가되는 게이트 펄스의 듀티비를 조정하고, 그 후에 단계(S42)로 되돌아간다. 다시 말해서, 이 경우에는 통상의 MPPT 제어 동작이 실행된다.

비교 신호가 Po>Pd 이라고 가리키면, 단계(S43)에서 전압 보정값 Va를 전압 설정값 Vs'에 가산한 다음에, 태양 전지(1)의 출력 전압이 전압 설정값보다 크게 되도록 단계(S47)에서 듀티비를 조정한다. 그 다음에 단계(S42)로 되돌아가서, 아직도 비교 신호가 Po>Pd 이라고 가리키면, Va를 현재의 Vs'에 다시 가산하고 단계(S47)에서 듀티비를 조정하기 위한 전력 억제 제어를 반복한다.

Vs'이 Vs보다 크도록 설정된 후 단계(S42)에서 비교 신호가 Po≤Pd를 지시하는 것으로 밝혀지면, 단계(S45)에서 Vs'에서 Va를 빼고, 단계(S47)에서 듀티비를 조정한다. 다음에 단계(S42)로 되돌아간다. 비교 신호가 아직도 Po≤Pd이라고 가리키는 경우에는, 단계(S45)에서 현재의 Vs'에서 Va를 다시 빼고, 단계(S47)에서 듀티비를 조정하기 위한 처리를 반복한다. 단계(S44)에서 이루어진 결정이 Vs'≤Vs인 경우에는, 단계(S46)에서 Vs'=Vs인 것으로 된다. 다시 말해서, 통상의 MPPT 제어 동작이 다시 복원된다.

따라서, 전력 변환 수단(2)의 AC 출력 전력 Po가 소정의 값 Pd보다 큰 경우에, 제어기(7)는 전압 설정 수단(6)으로부터 입력되는 전압 설정값 Vs를 보정함으로써 얻어진 전압 설정값 Vs'에 근거하여 전력 변환 수단(2)의 스위칭 동작을 제어한다. 그 결과, 태양 전지(1)의 동작점 전압은 상승하고, 전력 제어 장치의 출력 전력 Po는 억제된다. 이에 따라, 과도한 부하에 의해 발생된 열로부터 전력 제어 장치의 구성 요소, 특히 전력 변환 수단(2)의 구성요소를 보호할 수 있게 한다.

상술된 바와 같이, 상기한 실시예들 각각은 태양 전지의 출력 전압이 최대 전력 Pmax에 대응하는 최적의 동작 전압을 초과할 때 태양 전지의 출력 전력이 감소한다는 특성을 이용하고 있다. 다시 말해서, 통상의 동작시, 태양 전지의 특성에 근거하여 설정된 태양 전지의 출력 전압를 얻기 위해서, 전력 변환 수단의 스위칭 디바이스에 인가되는 게이트 펄스의 듀티비를 제어함으로써 MPPT 제어가 실행된다. 태양 복사가 강해져 태양 전지에 의해 발생된 전력이 증대되는 경우에 전력 제어 장치의 출력 전력이 너무 크게 될 것이라고 예측된다면, 태양 전지의 출력 전압이 태양 전지의 출력 특성에 근거하여 설정된 출력 전압이 되도록 전력 변환 수단의 스위칭 디바이스에 인가되는 게이트 펄스의 듀티비를 제어하여 태양 전지의 출력 전력을 낮추게 된다. 이와 같이 듀티비를 제어하여 전력의 억제를 제어한다. 물론, 태양 복사가 약해져 태양 전지에 의해 발생된 전력이 감소하는 경우에, 전력을 억제하기 위한 제어가 종료되고 MPPT 제어가 복원된다.

상기 실시예에 따르면, 이하의 잇점이 얻어진다.

(1) 전력 제어 장치의 출력 전력이 너무 커지는 것을 방지할 수 있고, 전력 제어 장치의 구성 부품을 열로부터 보호할 수 있다.

(2) 제1 및 제2 실시예에 따르면, 전력을 억제하기 위한 제어를 하드웨어의 추가나 변형없이 단순한 회로 구성을 통해 달성할 수 있다.

(3) 상기한 전압 설정값과 전력 제한값 등의 다양한 변수를 단지 태양 전지의 특성과 전력 변환 수단의 사양에 맞춰 설정함으로써, 전력을 억제하기 위한 제어를 임의의 태양 시스템에도 적용할 수 있다. 이에 따라 저비용으로 높은 범용성을 갖는 전력 억제 제어를 실현할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명의 전력 제어 장치는 상용 AC 전력 계통에 결합된 태양광 발전 시스템에 사용될 때 매우 유용하고 극히 효율적이다.

본 발명의 다른 많은 실시예들이 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있기 때문에, 본 발명은 첨부된 청구 범위에 정의된 것을 제외하고는 그 특정 실시예에 한정되지 않는다는 것을 알아야 한다.

Claims

태양 전지에 의해 출력된 전력을 부하에 공급하기 위한 전력 제어 장치에 있어서,

상기 태양 전지의 출력 전력을 상기 부하에 적합한 전력으로 변환하는 변환 수단;

상기 태양 전지의 출력 전압과 출력 전류를 검출하기는 검출 수단;

상기 검출된 출력 전압과 출력 전류에 근거하여 상기 태양 전지의 동작 전압을 설정하는 설정 수단; 및

상기 태양 전지의 출력 전압이 상기 설정된 동작 전압으로 되도록 상기 변환 수단의 동작을 제어하는 제어 수단

을 포함하되,

상기 설정 수단은 상기 검출된 출력 전압과 출력 전류의 곱이 소정의 값보다 큰 경우에 상기 동작 전압을 소정의 전압만큼 상승시키는 것을 특징으로 하는 전력 제어 장치.
제1항에 있어서,

상기 설정 수단은 상기 검출된 출력 전압과 출력 전류의 곱이 상기 소정의 값 이하인 경우에 상기 태양 전지로부터 최대 출력 전력을 얻도록 상기 동작 전압을 설정하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 장치.
제1항에 있어서,

상기 제어 수단은 상기 변환 수단의 스위칭 디바이스에 인가되는 게이트 펄스의 ON/OFF 듀티(duty)를 제어함으로써 상기 태양 전지의 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 장치.
태양 전지에 의해 출력된 전력을 부하에 공급하기 위한 전력 제어 방법에 있어서,

상기 태양 전지의 출력 전압과 출력 전류를 검출하는 단계;

상기 검출된 출력 전압과 출력 전류에 근거하여 상기 태양 전지의 동작 전압을 설정하는 단계; 및

상기 태양 전지의 출력 전력을 상기 부하에 적합한 전력으로 변환하는 변환 수단의 동작을 제어하여 상기 태양 전지의 출력 전압이 상기 설정된 동작 전압으로 되도록 하는 단계

를 포함하되,

상기 동작 전압의 설정 단계는 상기 검출된 출력 전압과 출력 전류의 곱이 소정의 값보다 큰 경우에 상기 동작 전압을 소정의 전압만큼 상승시키는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
태양 전지에 의해 출력된 전력을 부하에 공급하기 위한 전력 제어 장치에 있어서,

상기 태양 전지의 출력 전력을 상기 부하에 적합한 전력으로 변환하는 변환 수단;

상기 태양 전지의 출력 전압과 출력 전류을 검출하는 검출 수단;

상기 검출된 출력 전압과 출력 전류에 근거하여 상기 태양 전지의 동작 조건을 지정하는 지정 수단; 및

상기 지정 수단에 의해 이루어진 지정에 근거하여 상기 변환 수단의 동작을 제어하는 제어 수단

을 포함하되,

상기 검출된 출력 전압과 출력 전류의 곱이 소정의 값 이하인 경우에는, 상기 지정 수단은 상기 태양 전지의 동작 전압을 지정하고, 상기 제어 수단은 상기 태양 전지의 출력 전압이 상기 지정된 동작 전압에 도달하도록 상기 변환 수단의 동작을 제어하며,

상기 검출된 출력 전압과 출력 전류의 곱이 상기 소정의 값을 초과하는 경우에는, 상기 지정 수단은 상기 태양 전지의 동작 전압을 상승시키도록 지정하여 상기 제어 수단에 전력을 억제하도록 지령하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 장치.
제5항에 있어서,

상기 지정 수단은 상기 검출된 출력 전압과 출력 전류의 곱이 상기 소정의 값 이하인 경우에 상기 태양 전지로부터 최대 출력 전력을 얻도록 상기 동작 전압을 지정하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 장치.
제5항에 있어서,

상기 제어 수단은 상기 변환 수단의 스위칭 디바이스에 인가되는 게이트 펄스의 ON/OFF 듀티를 제어함으로써 상기 태양 전지의 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 장치.
제5항에 있어서,

전력의 억제가 지정된 후, 상기 검출된 출력 전압과 출력 전류의 곱이 상기 소정의 값 이하인 경우에, 상기 지정 수단은 상기 제어 수단에 대해 전력의 억제를 취소하도록 지령하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 장치.
태양 전지에 의해 출력된 전력을 부하에 공급하기 위한 전력 제어 방법에 있어서,

상기 태양 전지의 출력 전압과 출력 전류를 검출하는 단계;

상기 검출된 출력 전압과 출력 전류에 근거하여 상기 태양 전지의 동작 조건을 지정하는 단계; 및

상기의 지정에 근거하여, 상기 태양 전지의 출력 전력을 상기 부하에 적합한 전력으로 변환하는 변환 수단의 동작을 제어하는 단계

를 포함하되,

상기 검출된 출력 전압과 출력 전류의 곱이 소정의 값 이하인 경우에, 상기 지정 단계는 상기 태양 전지의 동작 전압을 지정하고, 상기 제어 단계는 상기 태양 전지의 출력 전압이 지정된 상기 동작 전압에 도달하도록 상기 변환 수단의 동작을 제어하며,

상기 검출된 출력 전압과 출력 전류의 곱이 상기 소정의 값을 초과하는 경우에, 상기 지정 단계는 상기 태양 전지의 동작 전압을 상승시키도록 지정하고 전력의 억제를 지정하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
태양 전지에 의해 출력된 전력을 부하에 공급하기 위한 전력 제어 장치에 있어서,

상기 태양 전지의 출력 전력을 상기 부하에 적합한 전력으로 변환하는 변환 수단;

상기 변환 수단의 출력 전력을 검출하는 제1 검출 수단;

상기 태양 전지의 출력 전압과 출력 전류을 검출하는 제2 검출 수단;

상기 태양 전지의 상기 검출된 출력 전압과 출력 전류에 근거하여 상기 태양 전지의 동작 전압을 설정하는 설정 수단; 및

상기 설정된 동작 전압과 상기 변환 수단의 검출된 출력 전력에 근거하여 상기 변환 수단의 동작을 제어함으로써 상기 태양 전지의 출력 전압을 제어하는 제어 수단

을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 장치.
제10항에 있어서,

상기 설정 수단은 상기 태양 전지의 검출된 출력 전압과 출력 전류에 근거하여 상기 태양 전지로부터 최대 출력 전력이 얻어지도록 동작 전압을 설정하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 장치.
제10항에 있어서,

상기 변환 수단의 상기 검출된 출력 전력의 값이 소정의 값보다 큰 경우에, 상기 제어 수단은 상기 동작 전압을 소정의 전압만큼 상승시킴으로써 얻어진 제어 전압에 근거하여 상기 변환 수단의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 장치.
제12항에 있어서,

상기 제어 전압에 근거하여 제어를 시작한 후에 상기 변환 수단의 상기 검출된 출력 전력의 값이 상기 소정의 값 이하인 경우에는, 상기 제어 수단은 보다 낮춘 제어 전압에 근거하여 상기 변환 수단의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 장치.
제10항에 있어서,

상기 제어 수단은 상기 변환 수단의 스위칭 디바이스에 인가되는 게이트 펄스의 ON/OFF 듀티를 제어함으로써 상기 태양 전지의 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 장치.
태양 전지에 의해 출력된 전력을 부하에 공급하기 위한 전력 제어 방법에 있어서,

상기 태양 전지의 출력 전력을 부하에 적합한 전력으로 변환하는 변환 수단의 출력 전력을 검출하는 단계;

상기 태양 전지의 출력 전압과 출력 전류를 검출하는 단계;

상기 태양 전지의 검출된 출력 전압과 출력 전류에 근거하여 상기 태양 전지의 동작 전압을 설정하는 단계; 및

상기 설정된 동작 전압과 상기 변환 수단의 검출된 출력 전력에 근거하여 상기 변환 수단의 동작을 제어함으로써 상기 태양 전지의 출력 전압을 제어하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.