KR100763135B1 - 태양광 발전 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

태양광 발전 시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광 발전 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 태양광 발전 시스템은, 태양전지에서 출력되는 전력을 계통선에서 요구되는 전력으로 변환하는 인버터와, 태양전지와 인버터 사이에 접속되어 태양전지에서 출력되는 전압을 승압시키는 부스트 컨버터와, 태양전지의 출력 전압을 검출하는 전압 검출부와, 태양전지의 출력 전류를 검출하는 전류 검출부와, 태양전지의 출력 전압 및 출력 전류를 기초로 태양전지가 최대 전력을 출력할 수 있도록 하는 태양전지의 동작 전압 지령치 및 인버터의 출력 전류 지령치를 발생하는 최대 전력 추종 제어기와, 최대 전력 추종 제어기에서 출력되는 전압 지령치와 전압 검출부에서 검출된 출력 전압의 차이를 보상하여 부스트 컨버터를 제어하기 위한 스위칭 신호를 발생하는 전압 제어기; 및 최대 전력 추종 제어기에서 출력되는 전류 지령치와 인버터의 출력 전류의 차이를 보상하여 인버터를 제어하기 위한 스위칭 신호를 발생하는 전류 제어기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
태양광, 전압 리플, 전압 제어기, 전류 제어기, MPPT

Description

태양광 발전 시스템 및 그 제어방법{Photovoltaic power generation system and control method thereof}
도 1은 종래 계통 연계형 태양광 발전 시스템에 대한 회로도,
도 2는 도 1에 도시된 계통 연계형 태양광 발전 시스템에 대한 부분 동작 파형도,
도 3은 종래 부스트 컨버터 방식의 태양광 발전 시스템에 대한 회로도,
도 4는 태양전지의 전력-전압 특성 곡선을 도시한 그래프,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템에 대한 개략적인 블록도, 그리고,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 제어 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 태양전지 115 : 부스트 컨버터
120 : 단상 풀브리지 인버터 135 : 전류 검출부
140 : 전압 검출부 145 : MPPT 제어기
150 : 전압 제어기 160 : 전류 제어기
본 발명은 태양광 발전 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양전지 출력단과 인버터의 입력단 사이에 접속된 전해 콘덴서의 용량을 최소화시킴과 동시에 태양전지에서 최대 전력을 추출할 수 있도록 한 태양광 발전 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 태양광 발전 시스템이라 함은 태양전지를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 시스템으로서, 독립 전력원으로 이용되거나 또는 상용교류전원의 계통과 연계되어 보조 전력원으로 이용된다.
도 1은 종래 계통 연계형 태양광 발전 시스템에 대한 회로도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 계통 연계형 태양광 발전 시스템은, 태양전지(10), 상기 태양전지 출력단에 접속된 콘덴서(Cs), 상기 콘덴서(Cs)의 출력단에 접속된 단상 풀브리지 인버터(20), 상기 단상 풀브리지 인버터(20)를 구성하는 제1 및 제2 반도체 스위치(Q1, Q2) 사이의 접속점과, 제3 및 제4 반도체 스위치(Q3, Q4)의 접속점 사이에 연결된 LC 필터(30)와, 상기 LC 필터(30)의 출력단에 접속된 계통선(40)으로 구성되어 있다.
상기 단상 풀브리지 인버터(20)는 태양전지(10)에서 발생한 직류전원을 계통선(40)과 동일한 주파수, 동일한 위상을 갖는 전류로 변환하는 역할을 수행한다. 그리고, 상기 LC 필터(30)는 단상 풀브리지 인버터(20)의 출력단에 나타나는 전압 리플(ripple)의 크기를 제거하여 깨끗한 정현파 파형의 전류가 계통선(40)으로 인가되도록 해준다.
도 2는 도 1에 도시된 계통 연계형 태양광 발전 시스템에 대한 부분 동작 파형도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 태양전지(10)의 출력단에 단상 풀브리지 인버터(20)가 연결될 경우, 도 2의 (a)와 같이 계통전압(Vo)과 동상의 계통전류(Io)를 인가해 주어야 한다. 이 경우 (b)에 도시된 바와 같이, 계통에 인가되는 전력(Po)은 직류성분 뿐만 아니라 교류성분(맥동성분)을 포함하게 된다. 따라서, 이 교류성분으로 인해 (c)에 도시된 바와 같이, 단상 풀브리지 인버터(20)의 입력단에 계통 주파수의 2배에 해당하는 맥동 전류가 흐르게 되며, 이 맥동전류로 인하여 태양전지(10)의 입력단 전압(Vs)에도 (d)에서와 같은 맥동성분이 생기게 된다. 따라서, 태양전지(10)에서 발생하는 전력(Ps)도 (e)에 도시된 바와 같이 맥동성분을 갖게 된다.
이러한 맥동성분을 줄이기 위해서는 태양전지(10)의 출력단에 접속된 콘덴서(Cs)의 용량을 크게 하여야 한다. 그런데 상기와 같이 콘덴서(Cs)의 용량을 크게 하더라도 맥동전압의 크기를 줄이는 데 한계가 있기 때문에 태양전지(10)와 콘덴서(Cs) 사이에 평활용 리액터를 추가 하여야 한다. 이와 같이, 콘덴서(Cs)의 용량을 크게 하거나, 평활용 리액터를 추가하는 경우 태양광 발전 시스템의 크기가 커지게 되고, 가격도 상승하게 되는 문제점이 발생한다.
한편, 도 3은 종래 부스트 컨버터 방식의 태양광 발전 시스템에 대한 회로도 이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 종래 부스트 컨버터 방식의 태양광 발전 시스템은, 태양전지(10), 상기 태양전지 출력단에 접속된 콘덴서(Cs), 상기 콘덴서(Cs)의 출력단에 접속되어 있으며, 리액터(Lb), 반도체 스위치(Q5), 및 다이오드(D1)로 구성된 부스트 컨버터(Boost Converter)(15), 상기 부스트 컨버터의 출력단에 접속된 평활 콘덴서(Cd), 상기 평활 콘덴서(Cd)에 접속되어 있으며, 복수의 반도체 스위치(Q1 내지 Q4)로 구성된 단상 풀브리지 인버터(20), 상기 단상 풀브리지 인버터(20)의 제1 및 제2 반도체 스위치(Q1, Q2) 사이의 접속점과, 제3 및 제4 반도체 스위치(Q3, Q4)의 접속점 사이에 연결된 LC 필터(30)와, 상기 LC 필터(30)의 출력단에 접속된 계통선(40)으로 구성되어 있다.
상기에서 부스트 컨버터(15)는 태양전지(10)의 낮은 전압을 승압시켜 단상 풀브리지 인버터(20)의 효율을 증가시키는 역할만을 수행한다.
따라서, 상기에서와 같이 태양전지(10)의 출력단과 단상 풀브리지 인버터(20) 사이에 부스트 컨버터(15)를 삽입한 경우에도, 단상 풀브리지 인버터(20)로 흘러 들어오는 맥동 전류 성분으로 인하여 사용전원 주파수의 2배에 해당하는 전압 리플의 크기를 억제 할 수 없게 되어 태양전지(10)에서 최대 전력을 추출하지 못하는 문제점이 발생한다.
도 4는 태양전지의 전력-전압 특성 곡선을 도시한 그래프이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 태양전지(10)의 동작전압(Vs)이 올라감에 따라 발생되는 출력전력(Ps)도 함께 올라 가다가 최대 전력점(A)을 지나고 나면 태양전지 (10)의 동작전압이 올라가더라도 태양전지(10)의 입력단 및 단상 풀브리지 인버터(20)의 출력단에 나타나는 전압 리플에 의해 출력 전력이 B 또는 C점으로 떨어지게 된다. 따라서, 태양전지(10)에서 최대 전력을 추출하기 위해서는 태양전지(10)의 입력단 및 단상 풀브리지 인버터(20)의 출력단에 나타나는 전압 리플을 줄여야 한다.
그러나, 상술한 바와 같이 종래 방식으로는 태양전지(10)의 입력단 및 단상 풀브리지 인버터(20)의 출력단에 나타나는 리플 전압을 줄이는 데 한계가 있으며, 이로 인해 태양전지(10)에서 최대 전력을 추출하지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은, 태양전지 출력단에 계통 연계형 인버터가 연결될 경우에 태양전지 입력단의 전압 리플을 최소화시킴으로써, 태양전지에서 최대 전력을 출력할 수 있도록 하며, 적은 용량의 콘덴서로도 태양전지에서 발생되는 전력의 맥동성분을 충분히 줄일 수 있도록 하여 제품의 크기 및 가격을 줄일 수 있도록 한 태양광 발전 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템은, 태양전지에서 출력되는 전력을 계통선에서 요구되는 전력으로 변환하는 인버터; 상기 태양 전지와 상기 인버터 사이에 접속되어 상기 태양전지에서 출력되는 전압을 승압시키는 부스트 컨버터; 상기 태양전지의 출력 전압을 검출하는 전압 검출부; 상기 태양전지의 출력 전류를 검출하는 전류 검출부; 상기 태양전지의 출력 전압 및 출력 전류를 기초로 태양전지가 최대 전력을 출력할 수 있도록 하는 태양전지의 동작 전압 지령치 및 상기 인버터의 출력 전류 지령치를 발생하는 최대 전력 추종 제어기; 상기 최대 전력 추종 제어기에서 출력되는 전압 지령치와 상기 전압 검출부에서 검출된 출력 전압의 차이를 보상하여 상기 부스트 컨버터를 제어하기 위한 스위칭 신호를 발생하는 전압 제어기; 및 상기 최대 전력 추종 제어기에서 출력되는 전류 지령치와 상기 인버터의 출력 전류의 차이를 보상하여 상기 인버터를 제어하기 위한 스위칭 신호를 발생하는 전류 제어기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템은, 상기 태양전지의 출력단과 상기 부스트 컨버터의 입력단 사이에 접속된 제1 콘덴서; 상기 부스트 컨버터의 출력단과 상기 인버터의 입력단 사이에 접속된 제2 콘덴서; 및 상기 인버터의 출력단과 상기 계통선 사이에 접속되어, 상기 인버터의 출력단에 나타나는 전압 리플을 제거하는 LC 필터를 더 포함한다.
상기 전압 제어기는, 상기 태양전지의 입력단에 전압 리플이 나타나지 않도록 하기 위하여 사용전원 주파수의 2배에 해당하는 고조파 주파수의 10배에 해당하는 스위칭 신호를 발생하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 전압 제어기는, 상기 최대 전력 추종 제어기에서 출력되는 전압 지령치와 상기 검출수단에서 검출된 전압을 감산하는 감산기; 상기 감산기 의 오차신호를 입력 받아 비례 적분하여 출력하는 PI 제어기; 및 상기 PI 제어기의 출력 전류를 입력받아 기준전류 이상의 과전류를 제한하는 전류 제한기;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 최대 전력 추종 제어기는 상기 태양전지 동작 전압을 가변시키면서 이전 동작점 전력과 현재 동작점 전력의 차이를 비교하여 상기 태양전지 전압의 최대 출력점을 추종하는 Hill-Climbing 방식을 이용하여 상기 태양전지의 최대 전력점을 추출하고, 상기 추출된 최대 전력점을 기초로 상기 태양전지의 동작 전압 지령치 및 상기 인버터의 출력 전류 지령치를 발생하는 것을 특징으로 한다.
상기 최대 전력 추종 제어기는 상기 태양전지 동작 전압을 가변시키면서 이전 동작점 전력과 현재 동작점 전력의 차이를 비교하여 상기 태양전지 전압의 최대 출력점을 추종하는 Hill-Climbing 방식을 이용하여 상기 태양전지의 동작 전압 지령치 및 상기 인버터의 출력 전류 지령치를 발생하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템 제어방법은, 전압 및 전류 검출기를 이용하여 태양전지의 출력 전압과 출력 전류를 검출하는 단계; 최대 전력 추종 제어기가 상기 검출된 출력 전압과 출력 전류를 기초로 태양전지가 최대 전력을 출력할 수 있도록 하는 태양전지의 동작 전압 지령치 및 인버터의 출력 전류 지령치를 발생하는 단계; 전압제어기가 상기 최대 전력 추종 제어기에서 출력되는 전압 지령치와 상기 전압 검출기에 의해 검출된 출력 전압의 차이를 보상하여 상기 부스트 컨버터를 제어하는 단계; 및 상기 최대 전력 추종 제어기에서 출력되는 전류 지령치와 인버터의 출력 전류의 차이를 보상하여 상기 인버터를 제어하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 부스트 컨버터 제어단계는, 상기 태양전지의 입력단 전압에 리플전압이 나타나지 않도록 하기 위하여 사용전원 주파수의 2배에 해당하는 고조파 주파수의 10배에 해당하는 스위칭 신호를 발생하여 상기 부스트 컨버터를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 동작 전압 지령치 및 상기 출력 전류 지령치 발생단계는, 상기 태양전지 동작 전압을 가변시키면서 이전 동작점 전력과 현재 동작점 전력의 차이를 비교하여 상기 태양전지 전압의 최대 출력점을 추종하는 Hill-Climbing 방식을 이용하여 상기 태양전지의 최대 전력점을 추출하고, 상기 추출된 최대 전력점을 기초로 상기 태양전지의 동작 전압 지령치 및 상기 인버터의 출력 전류 지령치를 발생하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템에 대한 개략적인 블록도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템은, 광기전력 효과(Photovoltaic Effect)를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 태 양전지(110), 상기 태양전지(110)의 출력단에 접속된 콘덴서(Cs), 상기 콘덴서(Cs)의 출력단에 접속된 부스트 컨버터(115), 상기 부스트 컨버터(115)의 출력단에 접속된 평활용 콘덴서(Cd), 상기 평활용 콘덴서(Cd)의 출력단에 접속된 단상 풀브리지 인버터(120), 상기 단상 풀브리지 인버터(120)를 구성하는 제1 및 제2 반도체 스위치(Q1, Q2) 사이의 접속점과, 제3 및 제4 반도체 스위치(Q3, Q4)의 접속점 사이에 연결된 LC 필터(125), 상기 LC 필터(125)의 출력단에 접속된 계통선(130), 상기 태양전지(110)의 출력 전류(Is)를 검출하는 전류 검출부(135), 상기 태양전지(110)의 출력 전압(Vs)을 검출하는 전압 검출부(140), 상기 전류 검출부(135) 및 상기 전압 검출부(140)에 의해 검출된 태양전지(110)의 출력 전류(Is)와 출력 전압(Vs)을 기초로 태양전지(110)가 최대 전력을 출력할 수 있도록 하는 태양전지(110)의 동작 전압 지령치(Vs*) 및 단상 풀브리지 인버터(120)의 출력 전류 지령치(Io*)를 발생하는 최대 전력 추종(MPPT : Maximum Power Point tracking) 제어기(145)(이하, 'MPPT 제어기'라 칭함), 상기 MPPT 제어기(145)에서 출력되는 전압 지령치(Vs*)와 상기 전압 검출부(140)에서 검출된 출력 전압(Vs)의 차이를 보상하여 부스트 컨버터(115)를 제어하기 위한 스위칭 신호를 발생하는 전압 제어기(150), 상기 MPPT 제어기(145)에서 출력되는 전류 지령치(Io*)와 상기 단상 풀브리지 인버터(120)의 출력 전류(Ic)의 차이를 보상하여 출력하는 전류 제어기(160), 상기 전류 제어기(160)에서 출력되는 신호를 이용하여 상기 단상 풀브리지 인버터(120)를 제어하기 위한 스위칭 신호를 발생하는 PWM(Pulse Width Modulation) 발생부(170) 및 상기 PWM 발생부(170)에서 출력되는 스위칭 신호를 이용하여 상기 단상 풀브리지 인버터(120)를 구성하는 제1 내지 제4 반도체 소자(Q1 내지 Q5)를 구동하는 게이트 드라이버(175)를 포함하여 구성되어 있다.
상기에서 부스트 컨버터(115)는 리액터(Lb), 반도체 스위치(Q5) 및 다이오드(D1)로 구성되어 있으며, 태양전지(110)에서 출력되는 낮은 전압을 승압시키는 역할을 수행한다.
본 발명은 전압 제어기(150)를 통해 부스트 컨버터(115)를 제어하여, 태양전지(110)의 입력단 전압에 나타나는 전압 리플을 최소화 하는 것을 특징으로 한다.
상기 MPPT 제어기(145)는 전류 검출부(135) 및 전압 검출부(140)에서 출력되는 태양전지(110)의 출력 전류(Is) 및 출력 전압(Vs)을 기초로 태양전지(110)의 출력 전력을 계산하여 최대 전력점을 추출하고, 그 최대 전력점을 갖는 태양전지(110)의 출력 전류(Is)와 출력 전압(Vs)을 찾아낸다. 이 때, MPPT 제어기(145)는 상기 태양전지(110)의 동작 전압을 가변시키면서 이전 동작점 전력과 현재 동작점 전력의 차이를 비교하여 최대 전력점을 추종하는 Hill-Climbing 방식을 이용하여 상기 태양전지(110)의 최대 전력점을 추출한다.
그리고 MPPT 제어기(145)는 그 찾아낸 값을 이용하여 태양전지(110)가 최대 전력을 출력할 수 있는 동작 전압 지령치(Vs*) 및 전류 지령치(Io*)를 생성하여 전압 제어기(150) 및 전류 제어기(160)로 출력한다.
전압 제어기(150)는 계통선(130)으로 태양전지(110)가 최대 전력을 출력할 수 있는 전압값을 인가하기 위해, 상기 MPPT 제어기(145)에서 출력되는 전압 지령치(Vs*)와 전압 검출부(140)에서 출력되는 출력 전압(Vs)의 차이를 보상하여 부스트 컨버터(115)를 구성하는 반도체 스위치(Q5)의 스위칭 동작을 제어하는 것이다.
이를 위해, 상기 전압 제어기(150)는 MPPT 제어기(145)에서 출력되는 전압 지령치(Vs*)와 전압 검출부(140)에서 출력되는 출력 전압(Vs)을 감산하는 감산기(152)와, 상기 감산기(152)의 오차신호를 입력받아 비례 적분하는 PI 제어기(154)와, 상기 PI 제어기(154)의 출력 전류를 입력받아 기준전류 이상의 과전류를 제한하는 전류 제한기(156)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 전압 제어기(150)는 태양전지(110)의 입력단 전압에 리플 전압이 나타나지 않도록 하기 위하여 사용전원 주파수의 2배에 해당하는 고조파 주파수의 10배에 해당하는 스위칭 신호를 발생하여 부스트 컨버터(115)의 반도체 스위치(Q5)를 제어하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 전류 제어기(160)는 계통선(130)으로 태양전지(110)가 최대 전력을 출력할 수 있는 전류값을 인가하기 위해, 상기 MPPT 제어기(145)에서 출력되는 전류 지령치(Io*)와 전류 검출부(135)에서 출력되는 출력 전류(Ic)의 차이를 보상하여 단상 풀브리지 인버터(120)를 구성하는 반도체 소자(Q1 내지 Q4)의 스위칭 동작을 제어하는 것이다.
이를 위해, 상기 전류 제어기(160)는 MPPT 제어기(145)에서 출력되는 전류 지령치(Io*)와 상기 단상 풀브리지 인버터(120)의 출력 전류(Ic)를 감산하는 감산기 (162)와, 상기 감산기(162)의 오차신호를 입력받아 비례 적분하여 출력하는 PI 제어기(164)와, 상기 PI 제어기(164)에서 출력되는 신호와 상기 계통선(130)에 인가되는 계통전압(Vo)을 가산하여 출력하는 가산기(166)를 포함하여 구성되어 있다.
PWM 발생부(170)는 상기 전류 제어기(160)의 출력신호를 기초로 게이트 드라이버(175)를 제어하기 위한 스위칭 신호를 발생한다.
게이트 드라이버(175)는 상기 PWM 발생부(170)로부터 인가되는 스위칭 신호를 이용하여 상기 단상 풀브리지 인버터(120)의 반도체 스위치(Q1 내지 Q4)를 구동 시킨다.
단상 풀브리지 인버터(120)는 상기 게이트 드라이버(175)로부터 인가되는 스위칭 신호에 따라 스위칭 동작하여 부스트 컨버터(115)에서 출력되는 전원을 계통선(130)에서 요구되는 전원으로 변환하여 출력한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 제어 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 먼저 전류 검출부(135) 및 전압 검출부(140)를 이용하여 태양전지(110)의 출력 전류(Is) 및 출력 전압(Vs)을 검출한다(S210). 상기 검출된 태양전지(110)의 출력 전류(Is) 및 출력 전압(Vs) 값은 MPPT 제어기(145)로 인가된다.
MPPT 제어기(145)는 상기 전류 검출부(135) 및 전압 검출부(140)에 의해 검출된 태양전지(110)의 출력 전류(Is) 및 출력 전압(Vs)을 기초로 태양전지(110)의 출력 전력을 계산하고, 계산된 전력을 추종하여 태양전지(110)의 최대 전력점을 추 출한다(S220). 일 예로, 상기 MPPT 제어기(145)는 상기 태양전지(110)의 동작 전압을 가변시키면서 이전 동작점 전력과 현재 동작점 전력의 차이를 비교하여 최대 전력점을 추종하는 Hill-Climbing 방식을 이용하여 상기 태양전지(110)의 최대 전력점을 추출한다.
그리고, MPPT 제어기(145)는 추출한 최대 전력점을 갖는 태양전지(110)의 출력 전류(Is)와 출력 전압(Vs)을 찾아내고, 상기 찾아낸 값을 이용하여 태양전지(110)가 최대 전력을 출력할 수 있도록 하는 동작 전압 지령치(Vs*) 및 전류 지령치(Io)를 발생한다(S230). 상기 동작 전압 지령치(Vs*)는 전압 제어기(150)로 인가되며, 전류 지령치(Io)는 전류 제어기(160)로 인가된다.
전압 제어기(150)는 상기 MPPT 제어기(145)에서 출력되는 전압 지령치(Vs*)와 전압 검출부(140)에서 출력되는 출력 전압(Vs)의 차이를 보상하여 부스트 컨버터(115)를 구성하는 반도체 스위치(Q5)의 스위칭 동작을 제어한다(S240).
이 때, 상기 전압 제어기(150)는 태양전지(110)의 입력단에 전압 리플이 나타나지 않도록 하기 위하여 사용전원 주파수의 2배에 해당하는 고조파 주파수의 10배 정도의 스위칭 신호를 발생하여 부스트 컨버터(115)의 반도체 스위치(Q5)를 제어한다.
전류 제어기(160)는 상기 MPPT 제어기(145)에서 출력되는 전류 지령치(Io*)와 전류 검출부(135)에서 출력되는 출력 전류(Ic)의 차이를 보상하여 단상 풀브리 지 인버터(120)를 구성하는 반도체 소자(Q1 내지 Q4)의 스위칭 동작을 제어한다(S250).
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 MPPT 제어기(145)에서 출력되는 전압 지령치(Vs*)와 전압 검출부(140)에서 출력되는 출력 전압(Vs)의 차이를 보상하여 부스트 컨버터(115)의 동작을 제어함으로서, 태양전지(110)의 입력단에 나타나는 전압 리플을 제거할 수 있다.
한편, 이상에서 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 계통 연계형 태양광 발전 시스템에 있어서 전압 제어기를 이용하여 부스트 컨버터의 스위칭 동작을 제어하여 태양전지 입력단의 전압 리플을 최소화 시킬 수 있음으로써, 태양전지에서 최대 전력을 출력할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 상기와 같이 태양전지 입력단의 전압 리플을 최소화 시킴으로써, 적은 용량의 콘덴서로도 태양전지에서 발생되는 전력의 맥동성분을 충분히 줄일 수 있으므로 제품의 크기 및 가격을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 태양전지에서 출력되는 전력을 계통선에서 요구되는 전력으로 변환하는 인버터;
    상기 태양전지와 상기 인버터 사이에 접속되어 상기 태양전지에서 출력되는 전압을 승압시키는 부스트 컨버터;
    상기 태양전지의 출력 전압을 검출하는 전압 검출부;
    상기 태양전지의 출력 전류를 검출하는 전류 검출부;
    상기 태양전지의 출력 전압 및 출력 전류를 기초로 태양전지가 최대 전력을 출력할 수 있도록 하는 태양전지의 동작 전압 지령치 및 상기 인버터의 출력 전류 지령치를 발생하는 최대 전력 추종 제어기;
    상기 최대 전력 추종 제어기에서 출력되는 전압 지령치와 상기 전압 검출부에서 검출된 출력 전압의 차이를 보상하여 상기 부스트 컨버터를 제어하기 위한 스위칭 신호를 발생하는 전압 제어기; 및
    상기 최대 전력 추종 제어기에서 출력되는 전류 지령치와 상기 인버터의 출력 전류의 차이를 보상하여 상기 인버터를 제어하기 위한 스위칭 신호를 발생하는 전류 제어기;를 포함하고,
    상기 전류 제어기는,
    상기 최대 전력 추종 제어기에서 출력되는 전류 지령치와 상기 인버터의 출력 전류를 감산하는 감산기;
    상기 감산기의 오차신호를 입력받아 비례 적분하여 출력하는 PI 제어기; 및
    상기 PI 제어기에서 출력되는 신호와 상기 계통선에 인가되는 계통전압을 가산하여 출력하는 가산기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 태양전지의 출력단과 상기 부스트 컨버터의 입력단 사이에 접속된 제1 콘덴서;
    상기 부스트 컨버터의 출력단과 상기 인버터의 입력단 사이에 접속된 제2 콘덴서;
    상기 인버터의 출력단과 상기 계통선 사이에 접속되어, 상기 인버터의 출력단에 나타나는 전압 리플을 제거하는 LC 필터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전압 제어기는, 상기 태양전지의 입력단에 전압 리플이 나타나지 않도록 하기 위하여 사용전원 주파수의 2배에 해당하는 고조파 주파수의 10배에 해당하는 스위칭 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 전압 제어기는,
    상기 최대 전력 추종 제어기에서 출력되는 전압 지령치와 상기 검출수단에서 검출된 전압을 감산하는 감산기;
    상기 감산기의 오차신호를 입력 받아 비례 적분하여 출력하는 PI 제어기; 및
    상기 PI 제어기의 출력 전류를 입력받아 기준전류 이상의 과전류를 제한하는 전류 제한기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 최대 전력 추종 제어기는 상기 태양전지 동작 전압을 가변시키면서 이전 동작점 전력과 현재 동작점 전력의 차이를 비교하여 상기 태양전지 전압의 최대 출력점을 추종하는 Hill-Climbing 방식을 이용하여 상기 태양전지의 최대 전력점을 추출하고, 상기 추출된 최대 전력점을 기초로 상기 태양전지의 동작 전압 지령치 및 상기 인버터의 출력 전류 지령치를 발생하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  7. 전압 및 전류 검출기를 이용하여 태양전지의 출력 전압과 출력 전류를 검출하는 단계;
    최대 전력 추종 제어기가 상기 검출된 출력 전압과 출력 전류를 기초로 태양전지가 최대 전력을 출력할 수 있도록 하는 태양전지의 동작 전압 지령치 및 인버터의 출력 전류 지령치를 발생하는 단계;
    전압제어기가 상기 최대 전력 추종 제어기에서 출력되는 전압 지령치와 상기 전압 검출기에 의해 검출된 출력 전압의 차이를 보상하여 부스트 컨버터를 제어하는 단계; 및
    상기 최대 전력 추종 제어기에서 출력되는 전류 지령치와 상기 인버터의 출력 전류를 감산하고, 그 감산에 따른 오차신호를 비례 적분하여 출력한 신호와 계통선에 인가되는 계통전압을 가산함으로써 상기 최대 전력 추종 제어기에서 출력되는 전류 지령치와 상기 인버터의 출력 전류의 차이를 보상하여 상기 인버터를 제어하는 단계;를 포함하여 이루어진 태양광 발전 시스템의 제어방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 부스트 컨버터 제어단계는, 상기 태양전지의 입력단 전압에 리플전압이 나타나지 않도록 하기 위하여 사용전원 주파수의 2배에 해당하는 고조파 주파수의 10배에 해당하는 스위칭 신호를 발생하여 상기 부스트 컨버터를 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 제어방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 동작 전압 지령치 및 상기 출력 전류 지령치 발생단계는,
    상기 태양전지 동작 전압을 가변시키면서 이전 동작점 전력과 현재 동작점 전력의 차이를 비교하여 상기 태양전지 전압의 최대 출력점을 추종하는 Hill-Climbing 방식을 이용하여 상기 태양전지의 최대 전력점을 추출하고, 상기 추출된 최대 전력점을 기초로 상기 태양전지의 동작 전압 지령치 및 상기 인버터의 출력 전류 지령치를 발생하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 제어방법.
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