KR100939330B1 - 태양전지 어레이 시뮬레이터 및 그의 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양전지 어레이 시뮬레이터 및 그의 제어방법을 제공하기 위한 것으로, 태양전지의 동작 외부 조건인 일사량(200) 및 어레이의 온도(210)를 시험 조건에 맞게 설정하는 인터페이스부(350)와; 상기 인터페이스부(350)를 통해 입력된 일사량(200) 및 어레이의 온도(210)를 이용하여 전류기준치를 연산하고 연산한 전류기준치를 복수개로 나누어 제어신호를 출력시키는 연산 및 제어부(260)와; 상기 연산 및 제어부(260)에서 출력된 제어신호를 증폭시켜 피시험 PCS(20)로 출력시키는 증폭기부(300)와; 상기 증폭기부(300)에서 증폭된 신호에서 전류 또는 전압 값을 검출하여 상기 연산 및 제어부(260)로 전달하는 센싱부(270, 280);를 포함하여 구성함으로서, 태양전지의 종류나 배선방식, 용량 등에 관계없이 넓은 범위에서 사용할 수 있는 전원장치로서 효율이 높고 실제의 태양전지 어레이와 거의 동일한 빠른 응답 특성을 보장하기에 적당하도록 한 태양전지 어레이 시뮬레이터를 제공할 수 있게 되는 것이다.
태양전지, 태양광발전, 어레이, Simulator, 전류제어, 펄스폭변조

Description

태양전지 어레이 시뮬레이터 및 그의 제어방법{Apparatus and control method for simulation of photovoltaic array}
본 발명은 태양광발전이나 연료전지발전용 전력변환장치(Power Conditioning System, PCS)의 성능평가나 제작사에서의 시험, 혹은 연구용 목적을 위하여 실제의 태양전지 어레이를 사용하는 대신 태양전지 어레이의 전압-전류 특성을 내는 전원장치인 즉, 태양전지 어레이 시뮬레이터에 관한 것으로서, 특히 태양전지의 종류나 배선방식, 용량 등에 관계없이 넓은 범위에서 사용할 수 있는 전원장치로서 효율이 높고 실제의 태양전지 어레이와 거의 동일한 빠른 응답 특성을 보장하기에 적당하도록 한 태양전지 어레이 시뮬레이터 및 그의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 태양전지 어레이 시뮬레이터는 태양광발전이나 연료전지발전용 전력변환장치(PCS)의 성능평가나 제작사에서의 시험, 혹은 연구용 목적을 위하여 실제의 태양전지 어레이를 사용하는 대신 태양전지 어레이의 전압-전류 특성을 내는 전원장치이다.
태양전지 어레이나 연료전지의 시뮬레이터 기술은 크게 운전 조건을 고려한 전압-전류 특성을 연산하는 부분과 이 연산된 결과를 실제의 전압-전류로 증폭하는 부분으로 구성되며 본 기술은 특히 이 증폭기 부분에 관한 것이다. 시뮬레이터용으로 사용할 수 있는 전력증폭기의 기존 기술은 크게 다음과 같은 세 가지 기술로 설명될 수 있다.
첫째, 아날로그 방식의 리니어(Linear, 선형) 증폭기를 사용하는 경우이며, 이는 응답특성이 매우 빠르고 출력 전압 및 전류의 맥동이 매우 낮은 특징이 있음에도 불구하고 변환효율이 매우 낮아 발열이 커서 중대용량급으로 제작하는 것은 비경제적이다. 다른 한편 연산부를 디지털로 구현하는 경우 아날로그형 선형 증폭기는 이 연산신호를 아날로그 제어기에 연결하기 위하여 디지털-아날로그(Digital to Analog, D/A) 변환기를 사용해야 하는데 비용의 증가와 노이즈의 인가 등의 문제를 발생할 수 있다.
둘째, 전류, 전압 모의신호형 시뮬레이터는 연산부에서 연산한 전압, 전류 기준치를 실제의 태양전지나 연료전지의 전압으로 변환하지 않고 PCS 상에 설치된 전압, 전류센서 출력신호로 변환하여 PCS의 기능을 시험하는 방법으로서 여전히 증폭기가 사용되어야 한다. 그러나 신호 수준의 증폭기 이므로 소용량, 정밀급으로 제작이 가능한 대신 실제로 PCS에 태양전지 혹은 연료전지의 출력이 연결되어 운전되는 것이 아니라 모의신호를 사용하기 때문에 기능 시험은 가능해도 완전한 동작 상태에서 수행하는 시험이라 할 수 없는 단점이 있다.
셋째, 강압형 직류-직류 단방향 펄스폭제어 전력변환장치를 이용하는 방법이 있으며 이는 중대용량급 시뮬레이터에서 가장 일반적으로 사용되는 방법이다. 그러나 이 방법은 전력변환효율이 높음에도 불구하고 스위칭 전원방식이기 때문에 출력전압, 전류의 맥동이 크게 되고 이를 줄이기 위해서는 리액터-캐패시터 필터를 증가해야 하는데, 이때는 전압제어 및 전류제어의 응답성이 저하되어 시뮬레이터의 성능이 악화되는 문제가 있다. 다른 한편, 전압이나 전류가 상승할 때는 입력전원의 여유분에 의해 어느 정도 응답성이 좋으나 출력전압이나 전류가 낮아지는 경우에는 전류가 단 방향성이므로 부하상태에 의해서만 응답이 결정되는 단점이 있다. 태양전지나 연료전지를 모의하는 시뮬레이터는 전압 혹은 전류의 상승과 하강이 동일한 특성을 가져야 한다.
도 1은 일반적인 태양광발전 시스템의 구성도이다.
그래서 태양전지 어레이(10), 전력변환장치(20)로 구성되며, 일반적으로는 전력계통(40)에 연계 운전되며, 부하(30)는 전력계통(40)과 전력변환장치(20)로부터 동시에 전력을 공급 받게 된다. 전력변환장치(20)의 출력이 부하(30)보다 큰 경우에는 잔여 출력이 전력계통(40)으로 역송되게 되며, 모자라는 경우에는 부족분이 전력계통(40)으로부터 유입되게 된다. 전력계통(40)이 없는 경우에는 전력변환장치(20)가 독립적으로 운전하는 경우도 있다. 특히, 이렇게 계통에 연계되어 운전될 경우에는 국내외 계통연계표준에 의해 지정된 고조파 억제 및 보호기능을 갖추어야 한다.
도 2는 일반적인 태양광발전 시스템의 PCS 시험장비의 구성도이다.
그래서 도 2는 이러한 태양광발전시스템의 전력변환장치(20)를 시험하기 위 한 장비의 구성을 나타낸다. 태양광용 PCS(20)의 효율, 보호 기능 등 성능을 평가하기 위해서 실제의 태양전지 어레이(10)를 연결하여 시험할 수도 있지만, 이 경우에 일사량 등 자연 조건에 의존하게 되고 원하는 일사량의 조절 등이 어렵기 때문에 실제적인 시험에 시간이 많이 걸리고 다양한 조건에서의 시험이 어렵게 된다.
따라서 제작사나 연구개발 과정에서는 태양전지 어레이와 동일한 전기적인 특성을 내는 태양전지 어레이 시뮬레이터(50)를 사용하여 시험하게 되며 계통연계형인 PCS(20)는 보호기능 등의 시험을 위하여 전압과 주파수 등을 임의로 변경할 수 있는 전원장치인 전력계통시뮬레이터(60)를 PCS(20)의 출력단에 연결하여 시험하게 된다.
태양전지 어레이 시뮬레이터(50)는 가변직류전원장치로서 실제의 태양전지 어레이와 동일한 전기적 특성을 출력할 수 있어야 하며 출력전력의 변동에 대해서 빠른 전압 및 전류 제어 특성을 보유해야 한다.
도 3은 종래 태양전지 어레이 시뮬레이터의 구성도이다.
이러한 도 3은 종래의 태양전지 어레이 시뮬레이터의 한 종류로서, 태양전지의 전기적인 특성을 수학적으로 연산하는 과정은 동일하나, 출력은 디지털-아날로그 컨버터(150)를 사용하여 전압전류 센서 출력 수준의 신호(Vpv_s, Ipv_s)를 내게 되고 이 신호를 피시험 PCS(20)의 전압 및 전류의 센싱회로로 인가하는 모의시험 방법이다. 이 방법은 피시험 PCS(20)에 실제로 통전시험을 하는 것이 아니라 신호수준에서 기능을 시험하는 것으로서 간편하게 최대출력점추종제어 등 기능의 시험은 가능하나 PCS(20)의 전력변환효율, 고조파 특성, 동작상태의 확인 등은 불가능 한 단점이 있다.
한편 도 4는 종래 스위칭형 전력변환방식으로서, 강압형 직류-직류 컨버터 방식을 보인 구성도이다.
이러한 도 4는 종래에 적용한 증폭기의 구성도로서, 강압형 직류-직류컨버터 방식이다. 이 방식은 일정한 크기의 직류전압(400) 입력을 스위칭 소자(410)로 스위칭하여 출력을 강압하는 방식으로서 스위칭에 의한 전압 및 전류의 맥동을 리액터(420) 및 캐패시터(440)를 이용하여 평활한다. 다이오드(430)는 스위칭 소자(410)가 오프될 때 리액터(420)에 흐르는 전류가 중단되지 않고 연속적으로 흐를 수 있는 경로를 제공하는 역할을 한다. 스위칭 소자(410)가 한쪽 방향으로만(490) 전류를 흘릴 수 있기 때문에 단방향 직류-직류 컨버터라고 하며 두 가지의 단점을 가지고 있다. 평활용 리액터(420) 및 캐패시터(440)로 인하여 출력전압(480)의 제어 응답성이 지연된다는 점과 출력전압(480)이 상승할 경우에는 스위칭소자(410)를 전 구간 턴온시켜 전압을 추종할 수 있지만, 전압이 강하하는 경우에는 전류를 역으로 흘릴 수 없기 때문에 부하 즉, PCS(20)의 출력 상태에 따라서 응답이 달라지는 점이다. 이러한 특성을 개선하기 위한 한 방법으로서 출력단에 저항(460)과 스위칭소자(470)를 이용하여 과도한 출력전압을 저항(460)의 열로 방출하는 보조회로를 추가할 수 있다.
도 5는 종래 스위칭형 전력변환방식으로서, 풀브리지 컨버터 방식을 보인 구성도이다.
도 5에서와 같은 방식은 직류전압(400)을 4개의 스위칭소자(500-1, 500-2, 500-3, 500-4)를 스위칭하여 출력전압(510)의 극성을 +, -의 양극으로 변환할 수 있으며 전류의 방향도 양방향으로 바꿀 수 있다(520). 도 4와 마찬가지로 리액터(530)와 캐패시터(540)를 이용하여 출력전압을 평활하게 된다. 이 구성은 장점에도 불구하고 4개의 스위칭소자(500-1, 500-2, 500-3, 500-4)를 사용하기 때문에 비경제적인 단점이 있다. 특히 대용량의 경우 스위칭소자의 숫자가 늘어남에 따라 필연적으로 손실이 증가하고 효율이 저하하게 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 문제점은 전술한 기존 기술을 보완하는 다음과 같은 점들이다.
첫째, 리니어 증폭기 방식인 경우 손실이 크고 효율이 낮아 대용량으로 하기에는 근본적으로 어려움이 있기 때문에 중대용량급에서도 성능을 악화하지 않고 효율이 우수한 시뮬레이터용 전력변환장치 혹은 전력증폭기 구현하고자 한다.
둘째, 기존의 스위칭 방식의 강압형 단방향 펄스폭제어 전력변환장치(직류-직류 컨버터) 방식의 경우 정확히 태양전지 어레이의 특성을 반영하지 못하는데 이는 스위칭에 의한 출력의 맥동을 감쇄하기 위해 사용하는 리액터-캐패시터 출력필터 특성에 의해서 응답이 지연되기 때문이다. 이러한 응답의 지연은 PCS가 제어하는 최대출력점추종제어(Maximum Power Point Tracking) 특성을 악화시키며 정확한 시험을 불가능하게 한다.
셋째, PCS 시험을 위한 시뮬레이터는 넓은 용량 범위의 PCS를 시험해야만 하는데 특정 용량으로 설계, 제작된 시뮬레이터는 정격용량 근처에서는 요구되는 제어 및 계측의 정밀도가 유지되나 낮은 용량 범위에서는 정밀도가 피시험기기의 정 밀도를 벗어나는 문제가 있다. 따라서 여러 용량급의 시뮬레이터를 준비하여 용량에 맞게 시험해야 하므로 설비의 비용이 증가하게 되며 시험시에 전력분석기 등 계측장비의 재배선 등 시간적인 소모가 많게 된다.
한편 선행기술에는 [1] 전력계통 실시간 시뮬레이터를 이용한 신재생에너지전원용 인버터의 계통연계시험 장치 및 방법(TEST DEVICE AND METHOD FOR SYSTEM INTERCONECTION OF RENEWABLE ENERGY INVERTER USING RTDS), 등록번호 제 726024 호, 등록일자 2007.05.31 와 [2] 태양전지용 가상 모의방법(Method of Simulation for Photovoltaic Array), 등록번호 제 726712 호, 등록일자 2007.06.04 가 있다.
그러나 [1]의 RTDS를 사용하는 특허는 RTDS 장비 자체가 고가이므로 전체적인 장비 비용이 증가하는 단점이 있고, [2]의 특허는 실제의 전압, 전류가 아니라 모의된 센서 수준의 전압, 전류를 이용하기 때문에 실제 제품인 PCS를 시험하기는 어려운 한계가 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 태양전지의 종류나 배선방식, 용량 등에 관계없이 넓은 범위에서 사용할 수 있는 전원장치로서 효율이 높고 실제의 태양전지 어레이와 거의 동일한 빠른 응답 특성을 보장할 수 있는 태양전지 어레이 시뮬레이터 및 그의 제어방법을 제공하는데 있다.
PCS를 시험하기 위해서 실제의 태양전지를 사용하는 경우에는 설치비용이 많이 들고, 운영이 어려우며 시험조건에 따른 일사량의 변동을 용이하게 할 수 없는 단점이 있기 때문에 통상은 전기적인 특성을 모의하는 전원장치인 시뮬레이터를 사용하게 된다. 그러나 시뮬레이터는 용량이 제한되어 있어 다양한 용량에 대응하기 어렵고 특히, 정격을 벗어난 용량 범위에서는 요구되는 정밀도를 맞추지 못하게 된다. 또한 전원장치는 일사량, 주위온도, 부하 상태 등 운전조건의 변동에 대하여 빠른 응답특성을 보유하지 못해 실제의 태양전지의 전압-전류 특성을 정밀하게 구현하지 못하는 단점이 있다. 본 발명의 목적은 이러한 단점을 해결하는데 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 어레이 시뮬레이터의 구성도이다.
이에 도시된 바와 같이, 태양전지 어레이 시뮬레이터에 있어서, 태양전지의 동작 외부 조건인 일사량(200) 및 어레이의 온도(210)를 시험 조건에 맞게 설정하는 인터페이스부(350)와; 상기 인터페이스부(350)를 통해 입력된 일사량(200) 및 어레이의 온도(210)를 이용하여 전류기준치를 연산하고 연산한 전류기준치를 복수개(예를 들면 N개, 여기서 N은 컨버터의 수이다)로 나누어 제어신호를 출력시키는 연산 및 제어부(260)와; 상기 연산 및 제어부(260)에서 출력된 제어신호를 증폭시켜 피시험 PCS(20)로 출력시키는 증폭기부(300)와; 상기 증폭기부(300)에서 증폭된 신호에서 전류 또는 전압 값을 검출하여 상기 연산 및 제어부(260)로 전달하는 센싱부(270, 280);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 연산 및 제어부(260)는, 상기 태양전지 어레이 시뮬레이터의 정방향 컨버터 제어를 수행할 경우, 일사량, 온도 및 태양전지의 특성 파라미터와 시뮬레이터의 출력전압을 이용하여 태양전지의 전압-전류 특성으로부터 전류기준치를 발생시키고, 발생시킨 전류기준치를 컨버터의 개수 N으로 나누어 개별적으로 전류제어를 통하여 어레이 전체의 전압-전류 특성을 구현하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 연산 및 제어부(260)는, 상기 태양전지 어레이 시뮬레이터의 역방향 컨버터 제어를 수행할 경우, 정방향 컨버터들의 전류제어기(240)의 출력을 전달받고, 전달받은 출력이 제한치에 도달하는 것을 이용하여 출력전압이 감소하도록 역방향 컨버터의 출력을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 연산 및 제어부(260)는, 컨버터의 개수 N개의 동일 용량의 단방향 컨버터 제어를 수행할 경우, 각각의 컨버터에 전류센서를 부착하고, 각각의 전류기준치 를 이용하여 각각의 전류제어기(240)를 통하여 제어기를 구성하고, 각각의 출력을 펄스폭제어로 변환하는 과정에서 전류 및 전압의 맥동을 최소화하기 위하여 캐리어파인 삼각파를 1/N 만큼씩 지연하여 펄스폭을 발생시키는 것을 특징으로 한다.
상기 연산 및 제어부(260)는, 일사량(200), 온도(210), 동작점 전압(290) 정보와 태양전지의 특성을 결정하는 파라미터들을 이용하여 전압-전류 특성곡선을 연산하고, 해당되는 전류기준치(310)를 출력하는 연산부(220)와; 상기 연산부(220)에서 출력된 전류기준치(310)를 전달받아 제어하여 상기 증폭기부(300)에서 필요한 실제의 전류로 출력시키는 제어부(230);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 제어부(230)는, 상기 연산부(220)에서 출력된 전류기준치(310)를 전달받고, 상기 증폭기부(300)의 출력전류(320)가 전류기준치(310)를 추종 하도록 보상제어를 수행하는 전류제어기(240)와; 상기 전류제어기(240)의 출력(330)을 증폭기부(300)의 실제 전류로 변환하도록 스위칭소자의 온-오프신호(340)를 상기 증폭기부(300)로 전달하는 펄스폭 변조부(250);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
도 7은 도 6에서 연산 및 제어부의 일 예를 보인 구성도이다.
이에 도시된 바와 같이, 상기 연산 및 제어부(260)는, 상기 인터페이스부(350)에서 입력되는 일사량(200), 온도(210) 입력과 어레이전압(290)인 시뮬레이터 출력전압(690)과 태양전지 파라미터를 이용하여 태양전지의 전압-전류 특성곡선에 의해 주어진 데이터로부터 전류원 모델을 적용하여 전류기준치(860)를 연산하고, 연산한 전류기준치(860)를 컨버터 수인 N으로 나누어 N개의 병렬 단위 컨버터(600-1, 2)의 전류기준치(310-1, 2)로 변환시켜 출력하는 연산부(220)와; 상기 연산부(220)에서 출력되는 각각의 전류기준치(310-1, 2)와 검출된 전류(630-1, 2)를 이용하여 비례-적분제어(870-1, 2)를 통하여 오차가 0이 되도록 제어기 출력(800-1, 2)으로 연산을 하여 출력하는 복수개의 전류제어기와; 상기 복수개의 전류제어기의 각각의 출력(800-1, 2)을 해당 컨버터(600-1, 2)의 게이트(640-1, 2)의 온오프신호로 변환하기 위해 비교기(840-1, 2)를 이용하여 펄스폭으로 변환하는 펄스폭변조부(250);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 펄스폭변조부(250)는, 삼각파 캐리어(820)를 사용하여 펄스폭 연산을 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 펄스폭변조부(250)는, 각 컨버터(600-1, 2) 사이에 중첩을 주기 위하여 1/N 만큼의 위상지연(830)을 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 연산 및 제어부(260)는, 각 컨버터(600-1, 2)의 전류제어기 출력(800-1, 2)을 받아서 이 값이 (-) 제한치에 머물고 있는지를 판단하여 이 동안만 게이트신호(650)를 출력하여 직류전압(690)을 직류전원(610) 쪽으로 회생하게 되도록 하는 방전제어부(810);를 더욱 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 방전제어부(810)는, 삼각파 캐리어(820)를 사용하여 방전제어 신호에 대한 펄스폭 연산을 수행하여 방전제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.
도 8은 도 6에서 증폭기부의 일 예를 보인 구성도이다.
이에 도시된 바와 같이, 상기 증폭기부(300)는, 입력 부분은 일정 크기의 직류전압(610)에 연결되어 있으며 출력 부분은 전류센서(630-1, 630-2, 630-3) 또는 직류출력단 평활용 캐패시터(620)에 연결된 다수의 정방향 컨버터(600-1, 600-2, 600-3)와; 상기 다수의 정방향 컨버터(600-1, 600-2, 600-3)의 출력을 상기 다수의 정방향 컨버터(600-1, 600-2, 600-3)의 입력으로 연결시키는 역방향 컨버터(660);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 다수의 정방향 컨버터(600-1, 600-2, 600-3)는, 출력이 증가하는 동안에는 상기 다수의 정방향 컨버터(600-1, 600-2, 600-3)들 각각은 위상차를 가지고 동작(670)하며, 출력이 감소하는 동안에는 상기 역방향 컨버터(660)에 의해 출력이 감소(680)하도록 동작(680)하는 것을 특징으로 한다.
상기 다수의 정방향 컨버터(600-1, 600-2, 600-3)는, 각각의 전류센서(630-1, 630-2, 630-3)에 의해 독립적으로 전류가 검출되도록 제어되는 것을 특징으로 한다.
상기 역방향 컨버터(660)는, 입력측 전압(480)이 출력측 전압(610) 보다 낮도록 승압형 컨버터 구조를 사용한 것을 특징으로 한다.
도 9는 도 6에서 센싱부의 일 예를 보인 구성도이다.
이에 도시된 바와 같이, 상기 센싱부(270, 280)는, 출력전압의 범위에 따라 전류센서(280)의 출력(740)에 설치된 전류-전압 변환용 저항소자(730-1, 2, 3)를 선택하는 것에 의해 센서의 출력전압을 가변할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 어레이 시뮬레이터의 제어방법을 보인 흐름도이다.
이에 도시된 바와 같이, 태양전지 어레이 시뮬레이터의 제어방법에 있어서, 태양전지의 동작 외부 조건인 일사량(200) 및 어레이의 온도(210)를 시험 조건에 맞게 설정하는 제 1 단계(ST1)와; 상기 제 1 단계에서 입력된 일사량(200) 및 어레이의 온도(210)를 이용하여 전류기준치를 연산하고 연산한 전류기준치를 복수개(예를 들면 N개, 여기서 N은 컨버터의 수이다)로 나누어 제어신호를 출력시키는 제 2 단계(ST2)와; 상기 제 2 단계에서 출력된 제어신호를 증폭시키는 제 3 단계(ST3)와; 상기 제 3 단계에서 증폭된 신호에서 전류 또는 전압 값을 검출하고, 피시험 PCS(20)로 출력할 것인지 판별하는 제 4 단계(ST4, ST5)와; 상기 제 4 단계에서 피시험 PCS(20)로 출력하지 않는 것으로 판별하면 상기 제 2 단계로 리턴하고, 피시험 PCS(20)로 출력하는 것으로 판별하면 연산 및 제어되어 증폭된 제어신호를 피시험 PCS(20)로 출력시키는 제 5 단계(ST6);를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 단계는, 상기 태양전지 어레이 시뮬레이터의 정방향 컨버터 제어를 수행할 경우, 일사량, 온도 및 태양전지의 특성 파라미터와 시뮬레이터의 출력전압을 이용하여 태양전지의 전압-전류 특성으로부터 전류기준치를 발생시키고, 발생시킨 전류기준치를 컨버터의 개수 N으로 나누어 개별적으로 전류제어를 통하여 어레이 전체의 전압-전류 특성을 구현하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 단계는, 상기 태양전지 어레이 시뮬레이터의 역방향 컨버터 제어를 수행할 경우, 정방향 컨버터들의 전류제어기(240)의 출력을 전달받고, 전달받은 출력이 제한치에 도달하는 것을 이용하여 출력전압이 감소하도록 역방향 컨버터의 출력을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 단계는, 출력을 펄스폭제어로 변환하는 과정에서 전류 및 전압의 맥동을 최소화하기 위하여 캐리어파인 삼각파를 1/N 만큼씩 지연하여 펄스폭을 발생시키는 것을 특징으로 한다.
상기 제 3 단계는, 다수의 정방향 컨버터(600-1, 600-2, 600-3)와 하나의 역방향 컨버터(660)를 이용하여 증폭시키는 것을 특징으로 한다.
상기 제 4 단계는, 출력전압의 범위에 따라 전류센서(280)의 출력(740)에 설치된 전류-전압 변환용 저항소자(730-1, 2, 3)를 선택하는 것에 의해 센서의 출력전압을 가변할 수 있도록 하여 전류 또는 전압 값을 검출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 태양전지 어레이 시뮬레이터 및 그의 제어방법은 태양전지의 종류나 배선방식, 용량 등에 관계없이 넓은 범위에서 사용할 수 있는 전원장치로서 효율이 높고 실제의 태양전지 어레이와 거의 동일한 빠른 응답 특성을 보장할 수 있는 효과가 있게 된다.
이러한 본 발명에 의해 다음과 같은 장점이 있게 된다.
첫째, 실제의 태양전지 혹은 연료전지를 사용하지 않고 태양전지 혹은 연료전지용 PCS의 특성 평가나 시험이 가능하므로 운영이 용이하고 시간이 절감된다.
둘째, 자연조건이나 운전 조건을 임의로 변경할 수 있기 때문에 여러 조건에서 PCS를 시험할 수 있다.
셋째, 전지의 종류나 용량의 변동에 대해서 쉽게 설정을 변경하여 사용할 수 있으므로 여러 종류의 시뮬레이터를 갖출 필요가 없어 경제적으로 시험을 할 수 있다.
넷째, 기존의 방식 보다 변환효율이 높아 시험을 위한 전력비용을 절감할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 태양전지 어레이 시뮬레이터 및 그의 제어방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있으며, 이에 따라 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다.
먼저 본 발명은 태양전지의 종류나 배선방식, 용량 등에 관계없이 넓은 범위에서 사용할 수 있는 전원장치로서 효율이 높고 실제의 태양전지 어레이와 거의 동일한 빠른 응답 특성을 보장할 수 있는 태양전지 어레이 시뮬레이터를 제공하고자 한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 어레이 시뮬레이터의 구성도이다.
그래서 도 6에서와 같이 본 발명은 인터페이스부(350), 연산 및 제어부(260), 증폭기부(300) 및 센싱부(270, 280)로 되어 있다.
먼저, 인터페이스부(350)는 태양전지의 동작 외부 조건인 일사량(200) 및 어레이의 온도(210)를 시험 조건에 맞게 설정하는 수단을 제공하고 있다.
태양전지 어레이의 전기적인 전압-전류 특성곡선(220)은 이 조건 이외에 동작점의 전압 혹은 전류에 의해 특성이 변하므로 어레이의 전압(290)을 증폭기부(300)의 출력에 전압검출기(280)를 설치하여 이 값을 읽어 들이게 된다. 일사량(200), 온도(210), 동작점 전압(290) 정보와 태양전지의 특성을 결정하는 파라미터들을 이용하여 연산되는 전압-전류 특성곡선(220)은 해당 전류기준치(310)를 출력하게 된다. 이 전류기준치(310)는 제어부(230)에서 제어를 통하여 증폭기부(300)에서 실제의 전류로 출력된다.
제어부(230)는 전류제어기(240)와 펄스폭변조부(250)로 구성되는데 전류제어기(240)는 증폭기의 출력전류(320)가 전류기준치(310)를 추종 하도록 하는 보상제어기이며 펄스폭변조부(250)는 전류제어기(240)의 출력(330)을 증폭기(300)의 실제 전류로 변환하기 위한 증폭기(300) 내부의 스위칭소자의 온-오프신호(340)이다.
출력전류(320)는 증폭기(300)의 출력단에 설치된 전류센서(270)에 의해 검출된다. 증폭기(300)의 출력은 실제의 태양전지 어레이와 동일한 전압-전류 특성을 가지게 되고 이를 피시험 PCS(20)와 연결하여 시험하게 된다.
도 7은 도 6에서 연산 및 제어부의 일 예를 보인 구성도이다.
그래서 태양전지의 전압-전류 특성곡선(220)은 인터페이스부(350)에서 입력 되는 일사량(200), 온도(210) 입력과 어레이전압(290) 즉, 시뮬레이터 출력전압(690) 및 태양전지 파라미터를 이용하여 전류기준치(860)로 연산된다. 태양전지의 전압-전류 특성곡선(220)은 주어진 데이터로부터 전류원 모델을 적용하여 전류기준치(860)를 연산하고 연산한 이 전류기준치(860)를 N개의 병렬 단위 컨버터(600-1, 2)의 전류기준치(310-1, 2)로 바꾸기 위해 N으로 나누어 출력한다.
각각의 전류기준치(310-1, 2)와 검출된 전류(630-1, 2)를 이용하여 비례-적분제어(870-1, 2)를 통하여 오차가 0이 되도록 제어기 출력(800-1, 2) 연산을 하여 출력한다. 이 각각의 제어기의 출력(800-1, 2)을 해당 컨버터(600-1, 2)의 게이트(640-1, 2)의 온오프신호로 변환하기 위해 비교기(840-1, 2)를 이용하여 펄스폭으로 변환한다. 이 변환과정에서 삼각파 캐리어(820)를 사용할 수 있으며 등가의 펄스폭을 연산해서 사용할 수 있다. 각 컨버터(600-1, 2)의 펄스폭 연산을 위해서 삼각파 캐리어(820)를 사용하되 각 컨버터(600-1, 2) 사이에 중첩을 주기 위하여 1/N 만큼의 위상지연(830)이 필요하다. 각각의 펄스폭은 해당 컨버터(600-1, 2)의 케이트(640-1, 2)로 입력된다.
일사량(200)의 감소 등의 원인으로 인하여 출력전압(690)의 빠른 강하가 필요한 경우에 상기의 전류제어기 출력(800-1, 2)은 (-) 제한치에 도달하여 더 이상 동작할 수 없게 되고 즉, 각 컨버터(600-1, 2)의 게이트(640-1, 2)는 차단되게 되고 따라서 출력전압은 부하 특성에 의해 감소하게 되며 이는 시뮬레이터의 특성을 악화시키므로 이를 방지하기 위한 빠른 전압강하를 위해 역방향 컨버터(660)의 방전제어(810)가 필요하게 된다. 방전제어기(850)는 각 컨버터(600-1, 2)의 전류제어 기 출력(800-1, 2)을 받아서 이 값이 (-) 제한치에 머물고 있는지를 판단하여 이 동안만 게이트신호(650)를 출력하여 직류전압(690)을 직류전원(610) 쪽으로 회생하게 된다. 이러한 방전제어를 통하여 직류전압이 빠르게 감소하게 하여 응답성을 개선하며 이 직류전압원을 열로 소모하지 않고 직류전원(610)으로 회생하여 시뮬레이터의 손실을 감소시킬 수 있다.
도 8은 도 6에서 증폭기부의 일 예를 보인 구성도이다.
그래서 증폭기부(300)는 도 8에서와 같이 다수의 정방향 컨버터(600-1, 600-2, 600-3)와 1개의 역방향 컨버터(660)를 사용함으로써, 경제적인 중대용량급 증폭기 시스템의 구성이 가능하다.
각각의 정방향 컨버터(600-1, 600-2, 600-3)는 동일한 구조로서 입력은 일정 크기의 직류전압(610)에 연결되어 있으며 출력부는 각각 전류센서(630-1, 630-2, 630-3)를 설치하고 직류출력단 평활용 캐패시터(620)에 연결되어 있다. 출력전압(480)은 전압센서(690)에 의해 검출된다. 출력이 증가하는 동안에는 정방향 컨버터(600-1, 600-2, 600-3)들이 위상차를 가지고 동작하며(670), 출력이 감소하는 동안에는 역방향 컨버터(660)에 의해 출력이 감소하게 된다(680). 동일한 용량의 단위 컨버터(600-1, 600-2, 600-3)를 사용하고 이들의 스위칭 시점에 위상차를 주는 것에 의해 출력단의 전압 혹은 전류의 맥동이 감소하게 된다. 즉, 스위칭에 의한 전압 및 전류의 맥동이 중첩이 되면서 스위칭 주파수를 fs라 하고 컨버터의 수를 N이라 하면 정상상태에서 N x fs의 출력단 전압 및 전류맥동이 발생하게 되고, 이는 평활용 리액터와 캐패시터(620) 용량을 줄일 수 있게 되며 따라서 응답성도 개선할 수 있게 된다.
또한 단위 컨버터(600-1, 600-2, 600-3)들은 각각 전류센서(630-1, 630-2, 630-3)를 가지고 각각이 독립적으로 전류를 검출하고 제어함으로서 전체 용량에 관계없이 단위 용량 범위 내에서 측정 및 제어 정밀도의 유지가 가능하게 된다.
역방향 컨버터(660)는 출력전압(480)을 감소할 경우에만 동작하는 일종의 방전회로로서 전체 용량의 100%를 커버할 필요는 없고 전체 시뮬레이터(50) 용량의 20- 30% 정도로 구성하는 것으로 충분히 소기의 목적을 달성할 수 있다. 또한 역방향 컨버터(680)는 입력측 전압(480)이 출력측 전압(610) 보다 낮기 때문에 정방향의 단위 컨버터(600-1, 2, 3)와는 다른 승압형 컨버터 구조를 사용해야 한다.
도 9는 도 6에서 센싱부의 일 예를 보인 구성도이다.
제8도는 출력전압 범위에 관계없이 정밀도를 유지할 수 있게 하는 전압센서회로의 구성도로서 전압센서(280)의 출력(740)은 입력전압에 비례하는 전류 출력으로서 외부 저항(730-1, 2, 3)에 의해 전압으로 변환된다. 입력되는 전압 범위에 따라서 스위치(720)를 선택함으로서 출력전압의 측정 정밀도를 유지할 수 있다. 전압센서는 +15V(700)와 -15V(710)의 보조전원을 인가해 주어야 한다.
도 10은 본 발명을 적용한 사례도이다.
그래서 본 발명은 제 10도에 보이는 것처럼, 전력의 소모가 거의 없는 태양광발전용 PCS(20)의 시험 설비를 구축하여 사용할 수 있다. 예를 들어 100kW급 PCS(20)를 시험하는 시뮬레이터(50)를 구축하고자 할 경우, 일반적으로 시뮬레이터(50)의 용량은 부하율 및 응답성 등을 고려하여 시험 용량의 2배인 200kW급의 시 뮬레이터(50)가 필요하게 되며 이때 70kW급의 단위 컨버터(600-1, 2, 3)를 3대 사용하면 210kW급의 시뮬레이터(50)의 구성이 가능하다.
시뮬레이터(50)의 전원 공급은 교류전원(900)으로부터 교류를 공급받아 변압기(920)로 승압한 다음 정류기(930)와 필터 캐패시터(620)를 사용하여 직류전원으로 변환하여 사용한다.
시뮬레이터(50)의 출력은 피시험 PCS(20)의 입력으로 연결하여 절연용 변압기(910)를 통하여 교류전원(900)에 연결한다.
이러한 구성으로 시험 할 경우의 전류의 흐름이 940 - 970에 나타나 있다.
피시험 PCS(20)가 운전을 하면 전류는 950 방향으로 흐르게 되고 이때 시뮬레이터(50)는 이 전류를 공급하기 위해 970 방향으로 전류가 흐르며 전체적으로 전류는 960을 통하여 순환하는 형태가 되어 실제로 소모되는 전력은 시뮬레이터(50)와 피시험PCS(20)의 손실만큼만 전원계통(900)에서 흐르게 되어(940) 손실이 거의 없는 시험장비의 구축이 가능하다.
이러한 시험장비의 구축은 피시험 PCS의 용량에 관계없이 또 단위 컨버터(600-1, 2, 3)의 용량에 관계없이 구성이 가능하며 태양광용 시뮬레이터에 국한되지 않고 연료전지 등 다른 분야에의 응용도 가능하다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 어레이 시뮬레이터의 제어방법을 보인 흐름도이다.
먼저 태양전지의 동작 외부 조건인 일사량(200) 및 어레이의 온도(210)를 시험 조건에 맞게 설정한다(ST1).
그리고 입력된 일사량(200) 및 어레이의 온도(210)를 이용하여 전류기준치를 연산하고 연산한 전류기준치를 복수개(예를 들면 N개, 여기서 N은 컨버터의 수이다)로 나누어 제어신호를 출력시킨다.
이때 태양전지 어레이 시뮬레이터의 정방향 컨버터 제어를 수행할 경우, 일사량, 온도 및 태양전지의 특성 파라미터와 시뮬레이터의 출력전압을 이용하여 태양전지의 전압-전류 특성으로부터 전류기준치를 발생시키고, 발생시킨 전류기준치를 컨버터의 개수 N으로 나누어 개별적으로 전류제어를 통하여 어레이 전체의 전압-전류 특성을 구현하도록 제어한다.
또한 태양전지 어레이 시뮬레이터의 역방향 컨버터 제어를 수행할 경우, 정방향 컨버터들의 전류제어기(240)의 출력을 전달받고, 전달받은 출력이 제한치에 도달하는 것을 이용하여 출력전압이 감소하도록 역방향 컨버터의 출력을 제어한다.
또한 출력을 펄스폭제어로 변환하는 과정에서 전류 및 전압의 맥동을 최소화하기 위하여 캐리어파인 삼각파를 1/N 만큼씩 지연하여 펄스폭을 발생시킨다(ST2).
그리고 출력된 제어신호를 증폭시킨다. 이 경우 다수의 정방향 컨버터(600-1, 600-2, 600-3)와 하나의 역방향 컨버터(660)를 이용하여 증폭시킨다(ST3).
그런 다음 증폭된 신호에서 전류 또는 전압 값을 검출한다. 이 때 출력전압의 범위에 따라 전류센서(280)의 출력(740)에 설치된 전류-전압 변환용 저항소자(730-1, 2, 3)를 선택하는 것에 의해 센서의 출력전압을 가변할 수 있도록 하여 전류 또는 전압 값을 검출한다(ST4).
그리고 피시험 PCS(20)로 출력할 것인지 판별한다(ST5).
피시험 PCS(20)로 출력하지 않는 것으로 판별하면 다시 연산 및 제어를 수행하고, 피시험 PCS(20)로 출력하는 것으로 판별하면 연산 및 제어되어 증폭된 제어신호를 피시험 PCS(20)로 출력시킨다(ST6).
이처럼 본 발명은 태양전지의 종류나 배선방식, 용량 등에 관계없이 넓은 범위에서 사용할 수 있는 전원장치로서 효율이 높고 실제의 태양전지 어레이와 거의 동일한 빠른 응답 특성을 보장하는 태양전지 어레이 시뮬레이터를 제공하게 되는 것이다.
이상에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 일반적인 태양광발전 시스템의 구성도이다.
도 2는 일반적인 태양광발전 시스템의 PCS 시험장비의 구성도이다.
도 3은 종래 태양전지 어레이 시뮬레이터의 구성도이다.
도 4는 종래 스위칭형 전력변환방식으로서, 강압형 직류-직류 컨버터 방식을 보인 구성도이다.
도 5는 종래 스위칭형 전력변환방식으로서, 풀브리지 컨버터 방식을 보인 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 어레이 시뮬레이터의 구성도이다.
도 7은 도 6에서 연산 및 제어부의 일 예를 보인 구성도이다.
도 8은 도 6에서 증폭기부의 일 예를 보인 구성도이다.
도 9는 도 6에서 센싱부의 일 예를 보인 구성도이다.
도 10은 본 발명을 적용한 사례도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 어레이 시뮬레이터의 제어방법을 보인 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 태양전지 어레이
20 : 전력변환장치(PCS)
30 : 부하
40 : 전력계통
50 : 태양전지 어레이 시뮬레이터
60 : 전력계통 시뮬레이터
200 : 일사량
210 : 어레이의 온도
220 : 연산부
230 : 제어기부
240 : 전류제어기
250 : 펄스폭변조부
260 : 연산 및 제어부
270 : 전류검출부
280 : 전압검출부
290 : 동작점 전압
300 : 증폭기부
310 : 전류기준치
320 : 증폭기부의 출력전류
330 : 전류제어기의 출력
340 : 스위칭소자의 온-오프 신호
350 : 인터페이스부
400, 610 : 전압원
480 : 시뮬레이터 출력전압

Claims (22)

  1. 태양전지 어레이 시뮬레이터에 있어서,
    태양전지의 동작 외부 조건인 일사량(200) 및 어레이의 온도(210)를 시험 조건에 맞게 설정하는 인터페이스부(350)와;
    상기 인터페이스부(350)를 통해 입력된 일사량(200) 및 어레이의 온도(210)를 이용하여 전류기준치를 연산하고 연산한 전류기준치를 복수개로 나누어 제어신호를 출력시키는 연산 및 제어부(260)와;
    상기 연산 및 제어부(260)에서 출력된 제어신호를 증폭시켜 피시험 PCS(20)로 출력시키는 증폭기부(300)와;
    상기 증폭기부(300)에서 증폭된 신호에서 전류 또는 전압 값을 검출하여 상기 연산 및 제어부(260)로 전달하는 센싱부(270, 280);
    를 포함하여 구성되고,
    상기 연산 및 제어부(260)는,
    상기 태양전지 어레이 시뮬레이터의 정방향 컨버터 제어를 수행할 경우, 일사량, 온도 및 태양전지의 특성 파라미터와 시뮬레이터의 출력전압을 이용하여 태양전지의 전압-전류 특성으로부터 전류기준치를 발생시키고, 발생시킨 전류기준치를 컨버터의 개수 N으로 나누어 개별적으로 전류제어를 통하여 어레이 전체의 전압-전류 특성을 구현하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양전지 어레이 시뮬레이터.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 연산 및 제어부(260)는,
    상기 태양전지 어레이 시뮬레이터의 역방향 컨버터 제어를 수행할 경우, 정방향 컨버터들의 전류제어기(240)의 출력을 전달받고, 전달받은 출력이 제한치에 도달하는 것을 이용하여 출력전압이 감소하도록 역방향 컨버터의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 태양전지 어레이 시뮬레이터.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 연산 및 제어부(260)는,
    컨버터의 개수 N개의 동일 용량의 단방향 컨버터 제어를 수행할 경우, 각각의 컨버터에 전류센서를 부착하고, 각각의 전류기준치를 이용하여 각각의 전류제어기(240)를 통하여 제어기를 구성하고, 각각의 출력을 펄스폭제어로 변환하는 과정에서 전류 및 전압의 맥동을 최소화하기 위하여 캐리어파인 삼각파를 1/N 만큼씩 지연하여 펄스폭을 발생시키는 것을 특징으로 하는 태양전지 어레이 시뮬레이터.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 연산 및 제어부(260)는,
    일사량(200), 온도(210), 동작점 전압(290) 정보와 태양전지의 특성을 결정하는 파라미터들을 이용하여 전압-전류 특성곡선을 연산하고, 해당되는 전류기준치(310)를 출력하는 연산부(220)와;
    상기 연산부(220)에서 출력된 전류기준치(310)를 전달받아 제어하여 상기 증폭기부(300)에서 필요한 실제의 전류로 출력시키는 제어부(230);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양전지 어레이 시뮬레이터.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어부(230)는,
    상기 연산부(220)에서 출력된 전류기준치(310)를 전달받고, 상기 증폭기부(300)의 출력전류(320)가 전류기준치(310)를 추종 하도록 보상제어를 수행하는 전류제어기(240)와;
    상기 전류제어기(240)의 출력(330)을 증폭기부(300)의 실제 전류로 변환하도록 스위칭소자의 온-오프신호(340)를 상기 증폭기부(300)로 전달하는 펄스폭 변조부(250);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양전지 어레이 시뮬레이터.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 연산 및 제어부(260)는,
    상기 인터페이스부(350)에서 입력되는 일사량(200), 온도(210) 입력과 어레이전압(290)인 시뮬레이터 출력전압(690)과 태양전지 파라미터를 이용하여 태양전지의 전압-전류 특성곡선에 의해 주어진 데이터로부터 전류원 모델을 적용하여 전류기준치(860)를 연산하고, 연산한 전류기준치(860)를 컨버터 수인 N으로 나누어 N개의 병렬 단위 컨버터(600-1, 2)의 전류기준치(310-1, 2)로 변환시켜 출력하는 연산부(220)와;
    상기 연산부(220)에서 출력되는 각각의 전류기준치(310-1, 2)와 검출된 전류(630-1, 2)를 이용하여 비례-적분제어(870-1, 2)를 통하여 오차가 0이 되도록 제어기 출력(800-1, 2)으로 연산을 하여 출력하는 복수개의 전류제어기와;
    상기 복수개의 전류제어기의 각각의 출력(800-1, 2)을 해당 컨버터(600-1, 2)의 게이트(640-1, 2)의 온오프신호로 변환하기 위해 비교기(840-1, 2)를 이용하여 펄스폭으로 변환하는 펄스폭변조부(250);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양전지 어레이 시뮬레이터.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 펄스폭변조부(250)는,
    삼각파 캐리어(820)를 사용하여 펄스폭 연산을 수행하는 것을 특징으로 하는 태양전지 어레이 시뮬레이터.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 펄스폭변조부(250)는,
    각 컨버터(600-1, 2) 사이에 중첩을 주기 위하여 1/N 만큼의 위상지연(830)을 수행하는 것을 특징으로 하는 태양전지 어레이 시뮬레이터.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 연산 및 제어부(260)는,
    각 컨버터(600-1, 2)의 전류제어기 출력(800-1, 2)을 받아서 이 값이 (-) 제한치에 머물고 있는지를 판단하여 이 동안만 게이트신호(650)를 출력하여 직류전압(690)을 직류전원(610) 쪽으로 회생하게 되도록 하는 방전제어부(810);
    를 더욱 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양전지 어레이 시뮬레이터.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 방전제어부(810)는,
    삼각파 캐리어(820)를 사용하여 방전제어 신호에 대한 펄스폭 연산을 수행하여 방전제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 태양전지 어레이 시뮬레이터.
  12. 청구항 1 또는 청구항 3 내지 청구항 11 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 증폭기부(300)는,
    입력 부분은 일정 크기의 직류전압(610)에 연결되어 있으며 출력 부분은 전류센서(630-1, 630-2, 630-3) 또는 직류출력단 평활용 캐패시터(620)에 연결된 다수의 정방향 컨버터(600-1, 600-2, 600-3)와;
    상기 다수의 정방향 컨버터(600-1, 600-2, 600-3)의 출력을 상기 다수의 정방향 컨버터(600-1, 600-2, 600-3)의 입력으로 연결시키는 역방향 컨버터(660);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양전지 어레이 시뮬레이터.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 다수의 정방향 컨버터(600-1, 600-2, 600-3)는,
    출력이 증가하는 동안에는 상기 다수의 정방향 컨버터(600-1, 600-2, 600-3)들 각각은 위상차를 가지고 동작(670)하며, 출력이 감소하는 동안에는 상기 역방향 컨버터(660)에 의해 출력이 감소(680)하도록 동작(680)하는 것을 특징으로 하는 태양전지 어레이 시뮬레이터.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 다수의 정방향 컨버터(600-1, 600-2, 600-3)는,
    각각의 전류센서(630-1, 630-2, 630-3)에 의해 독립적으로 전류가 검출되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 태양전지 어레이 시뮬레이터.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 역방향 컨버터(660)는,
    입력측 전압(480)이 출력측 전압(610) 보다 낮도록 승압형 컨버터 구조를 사용한 것을 특징으로 하는 태양전지 어레이 시뮬레이터.
  16. 청구항 1 또는 청구항 3 내지 청구항 11 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 센싱부(270, 280)는,
    출력전압의 범위에 따라 전류센서(280)의 출력(740)에 설치된 전류-전압 변환용 저항소자(730-1, 2, 3)를 선택하는 것에 의해 센서의 출력전압을 가변할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 태양전지 어레이 시뮬레이터.
  17. 태양전지 어레이 시뮬레이터의 제어방법에 있어서,
    태양전지의 동작 외부 조건인 일사량(200) 및 어레이의 온도(210)를 시험 조건에 맞게 설정하는 제 1 단계(ST1)와;
    상기 제 1 단계에서 입력된 일사량(200) 및 어레이의 온도(210)를 이용하여 전류기준치를 연산하고 연산한 전류기준치를 복수개로 나누어 제어신호를 출력시키는 제 2 단계(ST2)와;
    상기 제 2 단계에서 출력된 제어신호를 증폭시키는 제 3 단계(ST3)와;
    상기 제 3 단계에서 증폭된 신호에서 전류 또는 전압 값을 검출하고, 피시험 PCS(20)로 출력할 것인지 판별하는 제 4 단계(ST4, ST5)와;
    상기 제 4 단계에서 피시험 PCS(20)로 출력하지 않는 것으로 판별하면 상기 제 2 단계로 리턴하고, 피시험 PCS(20)로 출력하는 것으로 판별하면 연산 및 제어되어 증폭된 제어신호를 피시험 PCS(20)로 출력시키는 제 5 단계(ST6);
    를 포함하여 수행하고,
    상기 제 2 단계는,
    상기 태양전지 어레이 시뮬레이터의 정방향 컨버터 제어를 수행할 경우, 일사량, 온도 및 태양전지의 특성 파라미터와 시뮬레이터의 출력전압을 이용하여 태양전지의 전압-전류 특성으로부터 전류기준치를 발생시키고, 발생시킨 전류기준치를 컨버터의 개수 N으로 나누어 개별적으로 전류제어를 통하여 어레이 전체의 전압-전류 특성을 구현하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양전지 어레이 시뮬레이터의 제어방법.
  18. 삭제
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 제 2 단계는,
    상기 태양전지 어레이 시뮬레이터의 역방향 컨버터 제어를 수행할 경우, 정방향 컨버터들의 전류제어기(240)의 출력을 전달받고, 전달받은 출력이 제한치에 도달하는 것을 이용하여 출력전압이 감소하도록 역방향 컨버터의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 태양전지 어레이 시뮬레이터의 제어방법.
  20. 청구항 17에 있어서,
    상기 제 2 단계는,
    출력을 펄스폭제어로 변환하는 과정에서 전류 및 전압의 맥동을 최소화하기 위하여 캐리어파인 삼각파를 1/N 만큼씩 지연하여 펄스폭을 발생시키는 것을 특징으로 하는 태양전지 어레이 시뮬레이터의 제어방법.
  21. 청구항 17 또는 청구항 19 또는 청구항 20 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제 3 단계는,
    다수의 정방향 컨버터(600-1, 600-2, 600-3)와 하나의 역방향 컨버터(660)를 이용하여 증폭시키는 것을 특징으로 하는 태양전지 어레이 시뮬레이터의 제어방법.
  22. 청구항 17 또는 청구항 19 또는 청구항 20 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제 4 단계는,
    출력전압의 범위에 따라 전류센서(280)의 출력(740)에 설치된 전류-전압 변환용 저항소자(730-1, 2, 3)를 선택하는 것에 의해 센서의 출력전압을 가변할 수 있도록 하여 전류 또는 전압 값을 검출하는 것을 특징으로 하는 태양전지 어레이 시뮬레이터의 제어방법.
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