KR100809483B1

KR100809483B1 - 태양광 발전설비의 최적전력 제어시스템 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR100809483B1
Application number: KR1020070107535A
Authority: KR
Inventors: 이현화
Original assignee: 이현화
Priority date: 2007-10-25
Filing date: 2007-10-25
Publication date: 2008-03-03

Abstract

본 발명은 태양광 발전설비의 최적전력 제어시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 특히 저용량 태양광 전원 발전시에도 일부의 전력변환장치에 전원이 집중적으로 공급되게 하는 제어시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

본 발명의 태양광 발전설비의 최적전력 제어시스템은, 복수 개의 태양전지에 의해 출력된 전력을 부하에 공급하기 위한 전력 제어시스템에 있어서, 상기 태양전지에 의해 출력된 전력을 부하에 공급하되, 동작순위가 정해진 복수 개의 변환부; 상기 태양전지의 출력전압과 출력전류를 검출하는 검출부; 상기 검출부로부터 출력전압과 출력전류에 관한 데이터를 수신하여 상기 태양전지의 동작전압을 설정하는 설정부; 상기 변환부 중에서 어느 하나의 변환부가 동작하는지를 감지하는 감지부; 및 상기 태양전지의 출력전압이 상기 설정된 동작전압으로 되도록 제1 동작순위를 갖는 변환부의 동작을 제어하고, 상기 감지부로부터 감지신호를 수신하여 상기 태양전지의 출력전압이 상기 설정된 동작전압으로 되도록 제2 동작순위를 갖는 변환부 내지 마지막 동작순위를 갖는 변환부 중에서 어느 하나의 변환부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

태양광, 태양전지, 출력전압, 출력전류, 동작전압

Description

태양광 발전설비의 최적전력 제어시스템 및 그 제어방법{optimum power control system of the apparatus of solar photovoltatic power generation and control method thereof}

일반적으로, 무정전 전원장치나 태양광을 이용한 낙도용 전원장치 및 연료전지를 이용한 전원장치 등에서 수용가측의 최저와 최고의 부하에 따라 인버터의 효율적인 운전을 위해서는 인버터의 병렬운전이 필요하며, 부하의 증가에 의한 설비확장을 위해서도 인버터의 병렬운전이 필요하다. 이때, 인버터의 병렬운전시 인버터 내부로 흐르는 순환전류를 제어하고 각각의 인버터의 위상을 동기시켜야 한다.

도 1은 종래의 인버터의 병렬운전 제어기의 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 인버터(1)에서 로드에 공급되는 전류(I1)와 로드전류 검출기(2)를 통해 검출되는 로드에 공급되어야 할 전류(IL/n)를 측정하여 전류오차(ΔI)를 검출하는 전류오차 발생기(3)와, 그 전류오차 발생기(3)의 전류오차(ΔI)에 따라 무효전력오차 (ΔQ)를 발생하는 무효전력 오차발생기(4)와, 그 무효전력 오차(ΔQ)에 따라 인버터(1)의 출력전압(Vf) 및 기준전압(Vr)과 비교하여 출력하는 연산기(5)와, 그 연산기(5)의 출력에 따라 이득제어를 하여 무효전력 오차(ΔQ)를 줄이는 방향으로 진폭 제어하는 진폭제어기(6)와, 전류오차 발생기(3)의 전류오차(ΔI)에 따라 유효전력 오차(ΔP)를 발생하는 유효전력 오차 발생기(7)와, 그 유효전력 오차(ΔP)에 따라 그 유효전력 오차(ΔP)를 줄이는 방향으로 위상제어(PLL)를 하는 위상제어기(8)와, 그 위상제어기(8)의 출력을 기준주파수(fo)와 비교연산하는 연산기(9)와, 그 연산기(9)의 출력에 따라 각 인버터의 위상이 같아지도록 발진제어하는 발진기(10)와, 그 발진기(10)의 발진출력을 진폭제어기(6)의 출력에 따라 펄스폭 변조(PWM) 제어하여 인버터(1)의 스위칭 제어를 하는 펄스폭 변조기(11)로 구성되었다. 여기서, IL/n의 n은 인버터의 수이다.

상기와 같은 인버터의 병렬운전시스템은 태양광 발전설비에 이용할 경우에 인버터로 병렬운전을 하여 효율적인 운전을 가능하게 할 수 있다.

그러나, 일출 및 일몰 시간대와 같은 저용량 태양광 전원 발전시에는 태양광에 의한 태양전지의 전원 생산량이 적어 인버터를 동작시킬 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 일출 및 일몰 시간대와 같은 저용량 태양광 전원 발전시에도 일부의 전력변환장치를 동작시킬 수 있는 제어시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일측면은, 복수 개의 태양전지에 의해 출력된 전력을 부하에 공급하기 위한 전력 제어시스템에 있어서, 상기 태양전지에 의해 출력된 전력을 부하에 공급하되, 동작순위가 정해진 복수 개의 변환부; 상기 태양전지의 출력전압과 출력전류를 검출하는 검출부; 상기 검출부로부터 출력전압과 출력전류에 관한 데이터를 수신하여 상기 태양전지의 동작전압을 설정하는 설정부; 상기 변환부 중에서 어느 하나의 변환부가 동작하는지를 감지하는 감지부; 및 상기 태양전지의 출력전압이 상기 설정된 동작전압으로 되도록 제1 동작순위를 갖는 변환부의 동작을 제어하고, 상기 감지부로부터 감지신호를 수신하여 상기 태양전지의 출력전압이 상기 설정된 동작전압으로 되도록 제2 동작순위를 갖는 변환부 내지 마지막 동작순위를 갖는 변환부 중에서 어느 하나의 변환부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전설비의 최적전력 제어시스템을 제공한다.

본 발명의 다른 측면은, 복수 개의 태양전지에 의해 출력된 전력을 부하에 공급하기 위한 전력제어방법에 있어서, 검출부가 상기 태양전지의 출력전압과 출력전류를 검출하는 제1단계; 설정부가 상기 검출부로부터 출력전압과 출력전류에 관 한 데이터를 수신하여 상기 태양전지의 동작전압을 설정하는 제2단계; 제어부가 상기 태양전지의 출력전압이 상기 설정된 동작전압으로 되도록 제1동작순위를 갖는 변환부의 동작을 제어하는 제3단계; 감지부가 상기 제1 동작순위를 갖는 변환부가 동작하는지를 감지하는 제4단계; 상기 제어부가 상기 감지부로부터 감지신호를 수신하여 상기 태양전지의 출력전압이 상기 설정된 동작전압으로 되도록 제2 동작순위를 갖는 변환부의 동작을 제어하는 제5단계; 상기 감지부가 상기 제2 동작순위를 갖는 변환부가 동작하는지를 감지하는 제6단계; 및 상기 제3단계 내지 제6단계와 같은 방법을 반복하여 제3 동작순위를 갖는 변환부 내지 마지막 동작순위를 갖는 변환부 중에서 어느 하나의 변환부의 동작을 제어하는 제8단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전설비의 최적전력 제어시스템의 제어방법을 제공한다.

본 발명에 따른 태양광 발전설비의 최적전력 제어시스템 및 그 제어방법은, 일부의 전력변환장치로 전원을 집중시켜 동작시킬 수 있기 때문에, 일출 및 일몰 시간대와 같은 저용량 태양광 전원 발전시에도 태양광 발전이 가능하다.

이하, 본 발명을 도면을 통하여 상세히 살펴보기로 한다.

도 2는 본 발명의 태양광 발전설비의 최적전력 제어시스템의 블록도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 태양광 발전설비의 최적전력 제어시스템은, 제1 내지 제n 태양전지(110, 120, 130, 140), 제1 내지 제n 변환부(210, 220, 230, 240) 및 부하(300)로 구성되어 제1 내지 제n 태양전지(110, 120, 130, 140)에 의해 출력된 전 력을 제1 내지 제n 변환부(210, 220, 230, 240) 중에서 적어도 하나의 변환부에 의해 부하에 공급한다.

제1 내지 제n 태양전지(110, 120, 130, 140)는 비정질 실리콘, 결정 실리콘 또는 화합물 반도체를 사용하는 다수의 태양전지를 직병렬로 조합시켜 원하는 출력전압과 출력전류를 얻을 수 있도록 어레이 구성된다.

제1 내지 제n 변환부(210, 220, 230, 240)는 전력 트랜지스터, 전력 MOSFET, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 또는 게이트 턴 오프 사이리스터와 같은 자기 소호형 스위칭 디바이스를 이용한 DC/DC 변환기 또는 자려식 전압형 인버터일 수 있다.

제1 내지 제n 변환부(210, 220, 230, 240)는 제1 내지 제n 태양전지(110, 120, 130, 140)에 의해 출력된 전력을 부하(300)에 공급하되, 동작순위가 정해져 있다. 즉, 제1 내지 제n 태양전지(110, 120, 130, 140)에 의해 생산된 전력은 우선 제1 변환부(210)를 동작시키고, 잉여전력이 생길 경우에는 제2 변환부(220)를 동작시킨다. 그리고, 제2 변환부(220)를 동작시킨 후, 제1 내지 제n 태양전지(110, 120, 130, 140)에 의해 생산된 전력에 잉여전력이 생길 경우에는 제3 변환부(230)를 동작시킨다. 이와 같은 방식으로 최대 제n 변환부(240)까지 동작시킬 수 있게 된다. 본 발명에서는 제1 내지 n 변환부(210, 220, 230, 240)의 동작순위를 편의상 제1 변환부(210), 제2 변환부(220), 제3변환부(230), … , 제n 변환부(240)의 순으로 정하는데, 설정에 따라 동작순위를 달리 정할 수도 있다.

검출부(400)는 제1 내지 제n 태양전지(110, 120, 130, 140)의 출력전압과 출 력전류를 검출한다.

설정부(500)는 검출부(400)로부터 출력전압과 출력전류에 관한 데이터를 수신하여 제1 내지 제n 태양전지(110, 120, 130, 140)의 동작전압을 설정한다. 설정부(500)는 검출부(400)에서 검출된 출력전압과 출력전류의 곱이 소정의 값보다 큰 경우에 동작전압을 소정의 전압만큼 상승시킨다. 제1 변환부(210)로 예로 들면, 제1 변환부(210)가 동작하기 위한 최소한의 전력만을 제1 내지 제n 태양전지(110, 120, 130, 140)에서 생산시키기 위해 동작전압을 상승시킨다. 그럼으로써, 제1 내지 제n 태양전지(110, 120, 130, 140)에서 필요 이상의 전력을 발생시키지 않고, 제2 변환부(220)가 동작할 수 있게 한다. 그리고, 설정부(500)는 검출된 출력전압과 출력전류의 곱이 소정의 값보다 작은 경우에 제1 내지 제n 태양전지(110, 120, 130, 140)로부터 최대 출력을 얻도록 동작전압을 설정한다.

감지부(600)는 제1 내지 제n 변환부(210, 220, 230, 240) 중에서 어느 하나의 변환부가 동작하는지를 감지한다. 즉, 제1 내지 제n 태양전지(110, 120, 130, 140)에 의해 생산된 전력으로 우선 제1 변환부(210)가 동작하게 되면 제1 변환부(210)가 동작하는지를 감지하고, 제1 변환부(210)가 동작하게 되면 제2 변환부(220)가 동작하는지를 감지한다. 이와 같은 방식으로 제n 변환부(240)가 동작하게 되면 제n 변환부(240)가 동작하는지를 감지한다.

제어부(700)는 제1 내지 제n 태양전지(110, 120, 130, 140)의 출력전압이 설정된 동작전압으로 되도록 제1 변환부(210)의 동작을 제어하고, 감지부(600)로부터 감지신호를 수신하여 제1 내지 제n 태양전지(110, 120, 130, 140)의 출력전압이 설 정된 동작전압으로 되도록 제2 내지 제n 변환부(220, 230, 240) 중에서 어느 하나의 변환부의 동작을 제어한다. 제1 변환부(210)의 경우에는 가장 먼저 동작하기 때문에, 제어부(700)는 감지부(600)로부터의 감지신호 없이도 동작을 제어한다. 그러나, 제2 내지 제n 변환부(220, 230, 240)의 경우에는 가장 먼저 동작하지 않기 때문에, 제어부(700)는 감지부(600)로부터의 감지신호가 있어야만 동작을 제어한다. 그리고, 제어부(700)는 제1 내지 제n 변환부(210, 220, 230, 240)의 스위칭 장치에 인가되는 게이트 펄스의 ON/OFF 듀티를 제어함으로써 제1 내지 제n 태양전지(110, 120, 130, 140)의 출력전압을 제어한다.

도 3은 본 발명의 태양광 발전설비의 최적전력 제어방법의 흐름도이다. 도 3을 도 2와 함께 살펴보면, 태양광 발전설비의 최적전력 제어방법은 다음과 같은 과정을 갖는다.

먼저, 검출부(400)가 제1 내지 제n 태양전지(110, 120, 130, 140)의 출력전압과 출력전류를 검출한다(S100).

이후에, 설정부(500)가 검출부(400)로부터 출력전압과 출력전류에 관한 데이터를 수신하여 제1 내지 제n 태양전지(110, 120, 130, 140)의 동작전압을 설정한다(S200).

이후에, 제어부(700)가 제1 내지 제n 태양전지(110, 120, 130, 140)의 출력전압이 설정된 동작전압으로 되도록 제1 변환부(210)의 동작을 제어한다(S300).

이후에, 감지부(600)가 제1 변환부(210)가 동작하는지를 감지한다(S400).

이후에, 제어부(700)가 감지부(600)로부터 감지신호를 수신하여 제1 내지 제 n 태양전지(110, 120, 130, 140)의 출력전압이 설정된 동작전압으로 되도록 제2 변환부(220)의 동작을 제어한다(S500). 제1 변환부(210)의 경우에는 가장 먼저 동작하기 때문에, 제어부(700)는 감지부(600)로부터의 감지신호 없이도 동작을 제어한다. 그러나, 제2 내지 제n 변환부(220, 230, 240)의 경우에는 가장 먼저 동작하지 않기 때문에, 제어부(700)는 감지부(600)로부터의 감지신호가 있어야만 동작을 제어한다.

이후에, 감지부(600)가 제2 변환부(220)가 동작하는지를 감지한다(S600).

이후에, S300 단계 내지 S600 단계와 같은 방법으로 제3 변환부(230) 내지 제n 변환부(240) 중에서 어느 하나의 변환부의 동작을 제어한다(S700).

도 1은 종래의 인버터의 병렬운전 제어기의 블록도이다.

도 2는 본 발명의 태양광 발전설비의 최적전력 제어시스템의 블록도이다.

도 3은 본 발명의 태양광 발전설비의 최적전력 제어방법의 흐름도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 도면부호의 설명>

110 : 제1 태양전지 120 : 제2 태양전지

130 : 제3 태양전지 140 : 제n 태양전지

210 : 제1 변환부 220 : 제2 변환부

230 : 제3 변환부 240 : 제n 변환부

300 : 부하 400 : 검출부

500 : 설정부 600 : 감지부

700 : 제어부

Claims

복수 개의 태양전지에 의해 출력된 전력을 부하에 공급하기 위한 전력 제어시스템에 있어서,

상기 태양전지에 의해 출력된 전력을 부하에 공급하되, 동작순위가 정해진 복수 개의 변환부;

상기 태양전지의 출력전압과 출력전류를 검출하는 검출부;

상기 검출부로부터 출력전압과 출력전류에 관한 데이터를 수신하여 상기 태양전지의 동작전압을 설정하는 설정부;

상기 변환부 중에서 어느 하나의 변환부가 동작하는지를 감지하는 감지부; 및

상기 태양전지의 출력전압이 상기 설정된 동작전압으로 되도록 제1 동작순위를 갖는 변환부의 동작을 제어하고, 상기 감지부로부터 감지신호를 수신하여 상기 태양전지의 출력전압이 상기 설정된 동작전압으로 되도록 제2 동작순위를 갖는 변환부 내지 마지막 동작순위를 갖는 변환부 중에서 어느 하나의 변환부의 동작을 제어하는 제어부;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전설비의 최적전력 제어시스템.
제1항에 있어서,

상기 설정부는 상기 검출부에서 검출된 출력전압과 출력전류의 곱이 소정의 값보다 큰 경우에 상기 동작전압을 소정의 전압만큼 상승시키는 것을 특징으로 하는 태양광 발전설비의 최적전력 제어시스템.
제1항에 있어서,

상기 설정부는 상기 검출된 출력전압과 출력전류의 곱이 상기 소정의 값보다 작은 경우에 태양전지로부터 최대 출력을 얻도록 상기 동작전압을 설정하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전설비의 최적전력 제어시스템.
제1항에 있어서,

상기 제어부는 상기 변환부의 스위칭 장치에 인가되는 게이트 펄스의 ON/OFF 듀티를 제어함으로써 상기 태양전지의 출력전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전설비의 최적전력 제어시스템.
복수 개의 태양전지에 의해 출력된 전력을 부하에 공급하기 위한 전력제어방법에 있어서,

검출부가 상기 태양전지의 출력전압과 출력전류를 검출하는 제1단계;

설정부가 상기 검출부로부터 출력전압과 출력전류에 관한 데이터를 수신하여 상기 태양전지의 동작전압을 설정하는 제2단계;

제어부가 상기 태양전지의 출력전압이 상기 설정된 동작전압으로 되도록 제1동작순위를 갖는 변환부의 동작을 제어하는 제3단계;

감지부가 상기 제1 동작순위를 갖는 변환부가 동작하는지를 감지하는 제4단계;

상기 제어부가 상기 감지부로부터 감지신호를 수신하여 상기 태양전지의 출력전압이 상기 설정된 동작전압으로 되도록 제2 동작순위를 갖는 변환부의 동작을 제어하는 제5단계;

상기 감지부가 상기 제2 동작순위를 갖는 변환부가 동작하는지를 감지하는 제6단계; 및

상기 제3단계 내지 제6단계와 같은 방법을 반복하여 제3 동작순위를 갖는 변환부 내지 마지막 동작순위를 갖는 변환부 중에서 어느 하나의 변환부의 동작을 제어하는 제8단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전설비의 최적전력 제어시스템의 제어방법.