KR101079404B1 - Photovoltaic and fuel cell hybrid generation system using single converter and single inverter, and control method of the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단일 컨버터 및 단일 인버터를 이용한 태양광-연료전지 복합 발전 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 본 발명의 태양광-연료전지 복합 발전 시스템은, 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 연료전지(110)로부터의 FC 출력전압(VFC)을 기설정된 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터부(200); 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양전지(120)의 출력단과 상기 DC/DC 컨버터부(200)의 출력단을 공통으로 연결하여, 상기 태양전지(120)로부터의 PV 출력전압(VPV)과 상기 DC/DC 컨버터부(200)로부터의 변환된 FC 출력전압(VFC)을 링크하여 직류 전압(VDC)을 생성하는 직류 링크부(300); 및 상기 직류 링크부(300)로부터의 직류 전압(VDC)을 기설정된 교류 전압(Vac)으로 변환하는 DC/AC 인버터부(400)를 포함한다.
또한, 상기 태양광-연료전지 복합 발전 시스템을 제어하는 방법을 제안한다.
태양전지, 연료전지, 복합 발전, DC/DC 변환, DC/AC 변환
The present invention relates to a photovoltaic-fuel cell combined cycle power generation system using a single converter and a single inverter, and a control method thereof. A DC / DC converter 200 for converting the FC output voltage VFC from 110 into a preset voltage; The output terminal of the solar cell 120 for converting sunlight into electrical energy and the output terminal of the DC / DC converter 200 are connected in common, and the PV output voltage (VPV) from the solar cell 120 and the DC A DC link unit 300 linking the converted FC output voltage VFC from the / DC converter unit 200 to generate a DC voltage VDC; And a DC / AC inverter unit 400 for converting the DC voltage VDC from the DC link unit 300 into a predetermined AC voltage Vac.
In addition, a method for controlling the photovoltaic-fuel cell combined cycle power generation system is proposed.
Solar cell, fuel cell, combined cycle, DC / DC conversion, DC / AC conversion
Description
본 발명은 태양광-연료전지 복합 발전 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 특히 고가의 컨버터 및 인버터의 사용 개수를 줄일 수 있는 단일 컨버터 및 단일 인버터를 이용한 태양광-연료전지 복합 발전 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a photovoltaic-fuel cell combined cycle power generation system and a control method thereof, and more particularly, to a photovoltaic-fuel cell combined cycle power generation system using a single converter and a single inverter that can reduce the number of expensive converters and inverters and control thereof. It is about a method.
20세기 말부터 화석연료의 고갈과 이산화탄소, NOx, SOx 등으로 인한 환경오염 및 지구온난화의 심각성 등으로 인한 신재생 에너지원의 개발 및 수요가 증가해 왔고, 특히 최근 교토 의정서에 준한 온실가스 감축 의무부담 본격화와 국제유가 급등으로 인한 기술개발 요구와 수요가 급속히 증가되고 있다. 이에 따라, 현대의 에너지자원에 대한 문제는 국가 안보문제와 직결되며 이산화탄소 배출 저감에 대한 의지 및 기술이 국가 경쟁력으로 인식되고 있다. Since the end of the 20th century, there has been an increase in the development and demand of renewable energy sources due to the depletion of fossil fuels, environmental pollution caused by carbon dioxide, NOx and SOx, and the seriousness of global warming. The demand and demand for technology development are increasing rapidly due to the full-scale burden and rising oil prices. As a result, the problem of modern energy resources is directly related to the national security problem, and the will and technology for reducing carbon dioxide emission are recognized as the national competitiveness.
또한, 다양한 신재생 에너지원 중 최근 국내 시장에서는 낮은 효율을 갖는 단점에도 불구하고 무한 청정에너지원이며 국내 반도체 기술과 부합된 장점을 갖는 태양전지(PV)가 계속해서 시장을 넓혀가고 있다. 해외의 경우, 장기간 축적된 기술력 및 자금력을 바탕으로 일본 및 독일 주도하에 태양전지(PV) 발전시스템의 상용화가 완료되었다.In addition, despite the shortcomings of low efficiency in the recent domestic market of various renewable energy sources, solar cells (PV) with advantages that are consistent with domestic semiconductor technology continues to expand the market. Overseas, solar cell (PV) power generation system has been commercialized under the leadership of Japan and Germany based on long-term accumulated technology and funding.
그런데, 태양전지(PV)는 햇빛이 있는 주간에만 발전이 가능하고, 구름 및 우천 등 환경조건에 종속적인 간헐 발전원이며 최고효율이 10~15% 정도로 매우 낮은 단점을 가지고 있으므로, 가정용의 경우, 주간에만 태양전지로 발전하고 야간 및 환경제약의 경우 상용계통에서 전력을 공급받는 방식으로 사용되고 있다.By the way, solar cell (PV) can be generated only in the daytime with sunlight, intermittent power source dependent on environmental conditions such as cloud and rain, and has the disadvantage of very low efficiency of 10 to 15%. It is developed as a solar cell only during the day and is used as a way of receiving power from commercial systems in the case of night and environmental constraints.
이러한 단점을 해결하기 위해 기술 선도국을 중심으로 PV-배터리, PV-풍력, PV-디젤 또는 PV-연료전지 등의 복합 발전시스템(Hybrid System)이 연구개발 되고 있으며, 국내에서도 이러한 복합 발전시스템(Hybrid System)에 대한 기술 및 시장선점이 중요한 이슈로 인지되고 있다.To solve these shortcomings, hybrid power systems such as PV-batteries, PV-wind power, PV-diesel, or PV-fuel cells are being researched and developed around technology leaders. In Korea, such hybrid power systems are also being developed. Technology and market preoccupation for systems are recognized as important issues.
PV-배터리의 경우, 배터리는 발전장치가 아닌 2차 전지로 수명이 짧으며 제조 및 폐기과정에서 결국 공해를 유발하는 장치이다. PV-풍력의 경우, 풍력발전원 역시 환경조건에 종속적인 간헐발전원이며 가정용의 경우 설치공간 및 소음 등 많은 문제를 가지고 있다. PV-디젤의 경우, 화석연료를 사용해야 하기 때문에 궁극적 인 미래 발전시스템으로 발전하기에는 한계를 갖는다. In the case of PV-batteries, batteries are secondary batteries, not generators, which have a short lifespan and eventually cause pollution during manufacturing and disposal. In the case of PV-wind, the wind power source is also an intermittent power source dependent on environmental conditions, and in the case of home use, there are many problems such as installation space and noise. In the case of PV-diesel, fossil fuels must be used, so there is a limit to developing the ultimate future power generation system.
또한, PV-연료전지의 경우, 정부가 지향하고 있는 수소경제화 사회와 부합된 무한 청정에너지원인 수소 및 산소를 연료로 사용하며, 발전효율이 매우 높고 (35% ~ 최대 80% - 열병합발전(CHP: Combined Heat and Power) 시), 상시발전이 가능한 연료전지를 사용하기 때문에 미래 복합발전원으로 가장 경쟁력이 있을 것으로 판단된다. 연료전지(FC)를 상시 발전하여 기본 부하를 담당하고 주간에는 PV의 전력을 활용하여 계통에 공급할 수 있고, 향후 PV의 잉여전력으로 물을 전기분해 해 수소를 발생시키고 이를 연료전지(FC)의 연료로 사용하는 궁극적인 무공해 무한 에너지원의 사용이 가능한 장점을 갖는다.In addition, PV-fuel cells use hydrogen and oxygen as fuels, which is an infinite clean energy source in line with the hydrogen economy that the government is aiming for, and has high generation efficiency (35% to 80%-cogeneration) In case of CHP: Combined Heat and Power), it is expected to be the most competitive source of combined power generation in the future as it uses fuel cells that can generate power at all times. Power generation of the fuel cell (FC) at all times is responsible for the basic load, and can be supplied to the system by utilizing the power of PV during the day, and in the future, by generating electricity hydrogen by electrolyzing water with the surplus power of PV, It has the advantage of being able to use the ultimate pollution-free infinite energy source used as fuel.
그러나, 태양전지(PV)와 연료전지(FC)의 서로 다른 출력 특성 때문에 현재까지 태양전지(PV)용 컨버터(Converter)와 인버터(Inverter), 연료전지(FC)용 컨버터(Converter)와 인버터(Inverter) 등으로, 2개의 컨버터 및 2개의 인버터(2CON-2INV) 구조로 구성되므로, 실질적인 복합 발전 시스템을 구현하기에는 제작비가 상승되고, 사이즈가 크다는 문제점이 있다.However, due to the different output characteristics of solar cells (PV) and fuel cells (FC), to date, converters and inverters for solar cells (PV), converters and inverters for fuel cells (FC) Inverter) and two converters and two inverters (2CON-2INV) structure, there is a problem that the manufacturing cost is increased and the size is large to implement a practical complex power generation system.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로써, 그 목적은, 단일 컨버터 및 단일 인버터를 이용하여 태양전지 및 연료전지를 이용하는 복합 발전 시스템을 구현함으로서, 고가의 컨버터 및 인버터의 사용 개수를 줄일 수 있고, 이에 따라 사이즈 및 제작비를 줄일 수 있고 효율적인 시스템 구성이 가능한 단일 컨버터 및 단일 인버터를 이용한 태양광-연료전지 복합 발전 시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, the object of which is to implement a complex power generation system using a solar cell and a fuel cell using a single converter and a single inverter, The present invention provides a photovoltaic-fuel cell combined cycle power generation system and a control method using a single converter and a single inverter, which can reduce the number of uses, thereby reducing the size and manufacturing cost, and enable an efficient system configuration.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 기술적인 측면은, 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 연료전지로부터의 FC 출력전압을 기설정된 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터부; 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양전지의 출력단과 상기 DC/DC 컨버터부의 출력단을 공통으로 연결하여, 상기 태양전지로부터의 PV 출력전압과 상기 DC/DC 컨버터부로부터의 변환된 FC 출력전압을 링크하여 직류 전압을 생성하는 직류 링크부; 및 상기 직류 링크부로부터의 직류 전압을 기설정된 교류 전압으로 변환하는 DC/AC 인버터부를 포함하는 태양광-연료전지 복합 발전 시스템을 제안한다.The first technical aspect of the present invention for achieving the above object of the present invention, DC / DC converter unit for converting the FC output voltage from the fuel cell for converting chemical energy into electrical energy to a predetermined voltage; The output terminal of the solar cell converting sunlight into electrical energy and the output terminal of the DC / DC converter part are connected in common, thereby linking the PV output voltage from the solar cell and the converted FC output voltage from the DC / DC converter part. A direct current link unit for generating a direct current voltage; And a DC / AC inverter unit for converting the DC voltage from the DC link unit into a predetermined AC voltage.
또한, 본 발명의 제2 기술적인 측면은, 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 연료전지로부터의 FC 출력전압을 기설정된 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터부; 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양전지의 출력단과 상기 DC/DC 컨버터부의 출력단을 공통으로 연결하여, 상기 태양전지로부터의 PV 출력전압과 상기 DC/DC 컨버터부로부터의 변환된 FC 출력전압을 링크하여 직류 전압을 생성하는 직류 링크부; 상기 직류 링크부로부터의 직류 전압을 기설정된 교류 전압으로 변환하는 DC/AC 인버터부; 상기 연료전지, 태양전지 및 DC/AC 인버터부 각각에 의해 생성된 전압 및 전류를 검출하는 전압/전류 검출부; 및 상기 전압/전류 검출부에 의해 검출된 복수의 전압 및 전류에 기초해서, 상기 DC/DC 컨버터부 및 상기 DC/AC 인버터부의 동작을 제어하는 복합발전 제어부를 포함하는 태양광-연료전지 복합 발전 시스템을 제안한다.In addition, the second technical aspect of the present invention, the DC / DC converter unit for converting the FC output voltage from the fuel cell for converting chemical energy into electrical energy to a predetermined voltage; The output terminal of the solar cell converting sunlight into electrical energy and the output terminal of the DC / DC converter part are connected in common, thereby linking the PV output voltage from the solar cell and the converted FC output voltage from the DC / DC converter part. A direct current link unit for generating a direct current voltage; A DC / AC inverter unit converting a DC voltage from the DC link unit into a predetermined AC voltage; A voltage / current detector for detecting a voltage and a current generated by each of the fuel cell, the solar cell, and the DC / AC inverter unit; And a combined power generation control unit controlling the operation of the DC / DC converter unit and the DC / AC inverter unit based on the plurality of voltages and currents detected by the voltage / current detection unit. Suggest.
본 발명의 제1 및 제2 기술적인 측면에서, 상기 직류 링크부는, 상기 태양전지의 출력단과 상기 DC/DC 컨버터부의 출력단이 서로 공통으로 연결된 공통 접속노드와 접지 사이에 연결된 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the first and second technical aspects of the present invention, the DC link unit includes a capacitor connected between a common connection node and a ground in which the output terminal of the solar cell and the output terminal of the DC / DC converter unit are connected to each other in common. It is done.
상기 DC/AC 인버터부는, 상기 직류 링크부로부터의 직류 전압을 펄스형태의 전압으로 변환하는 DC/AC 인버터; 및 상기 DC/AC 인버터의 펄스형태의 전압을 상기 교류 전압으로 변환하는 필터; 및 상기 필터로부터의 교류 전압을 계통에 전달하는 계통 전달부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The DC / AC inverter unit may include: a DC / AC inverter for converting a DC voltage from the DC link unit into a pulse voltage; And a filter for converting the voltage of the pulse form of the DC / AC inverter into the AC voltage. And a system transfer unit configured to transfer the AC voltage from the filter to the system.
본 발명의 제2 기술적인 측면에서, 상기 전압/전류 검출부는, 상기 연료전지 의 FC 출력전압 및 전류, 상기 태양전지의 PV 출력전압 및 전류, 상기 DC/AC 인버터부의 교류 전압 및 출력전류, 그리고 상용전원의 계통에서 계통전압을 각각 검출하는 것을 특징으로 한다.In the second technical aspect of the present invention, the voltage / current detection unit, FC output voltage and current of the fuel cell, PV output voltage and current of the solar cell, AC voltage and output current of the DC / AC inverter unit, and The grid voltage of the commercial power system is characterized in that each detection.
상기 복합발전 제어부는, 상기 계통전압, 상기 FC 출력전압 및 전류를 이용하여 상기 DC/DC 컨버터부의 동작을 제어하는 컨버터 제어기; 및 상기 전압/전류 검출부로부터의 PV 출력전압 및 전류에 기초해서 상기 DC/AC 인버터부의 동작을 제어하는 인버터 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.The combined power generation control unit may include a converter controller controlling the operation of the DC / DC converter unit using the grid voltage, the FC output voltage, and the current; And an inverter controller for controlling the operation of the DC / AC inverter unit based on the PV output voltage and current from the voltage / current detector.
상기 컨버터 제어기 및 인버터 제어기 각각은, 계통연계 운전모드에서, 상기 태양전지의 PV 출력전압 및 전류에 의한 PV 전력에 따라 태양발전 상태를 판단하며, 상기 태양발전 유무의 판단결과에 따라 기설정된 제1 및 제2 계통연계-제어모드중 하나의 제어모드를 수행하고, 상기 제1 계통연계-제어모드는, 계통연계 운전모드에서 태양발전이 없는 제어모드이고, 상기 제2 계통연계-제어모드는, 계통연계 운전모드에서 태양발전이 있는 제어모드인 것을 특징으로 한다.Each of the converter controller and the inverter controller, in a grid-connected operation mode, determines the solar power generation state according to the PV power by the PV output voltage and the current of the solar cell, and the first preset power according to the determination result of the solar power generation. And a second grid linkage-control mode, wherein the first grid linkage-control mode is a control mode without solar power generation in the grid linkage operation mode, and the second grid linkage-control mode includes: The grid-connected operation mode is characterized in that the control mode with solar power.
상기 컨버터 제어기는, 상기 제1 계통연계-제어모드에서, 상기 DC/DC 컨버터부에 대해 정전력 제어를 위한 제1 제어 오차값을 산출하는 제1 연산부; 상기 제1 연산부로부터의 제1 제어 오차값을 이용하여 컨버터 제어값을 보상하는 제1 제어값 보상부; 및 상기 제1 제어값 보상부에서 보상된 컨버터 제어값을 이용하여 PWM 컨버터 제어 신호를 생성하고, 상기 PWM 컨버터 제어신호를 이용하여 상기 DC/DC 컨버터부의 동작을 제어하는 제1 PWM 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The converter controller may include: a first calculator configured to calculate a first control error value for constant power control of the DC / DC converter in the first grid-control mode; A first control value compensator for compensating a converter control value using a first control error value from the first calculator; And a first PWM controller configured to generate a PWM converter control signal using the converter control value compensated by the first control value compensator and to control an operation of the DC / DC converter unit using the PWM converter control signal. It is characterized by.
상기 인버터 제어기는, 상기 제1 계통연계-제어모드에서, 상기 DC/AC 인버터 에 대해 직류링크, 계통연계 및 출력전류 제어를 위한 제2 제어 오차값을 산출하는 제2 연산부; 상기 제2 연산부로부터의 제2 제어 오차값을 이용하여 인버터 제어값을 보상하는 제2 제어값 보상부; 및 상기 제2 제어값 보상부에서 보상된 인버터 제어값을 이용하여 PWM 인버터 제어 신호를 생성하고, 상기 PWM 인버터 제어신호를 이용하여 상기 DC/AC 인버터의 동작을 제어하는 제2 PWM 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The inverter controller may include: a second calculator configured to calculate a second control error value for DC link, grid connection, and output current control with respect to the DC / AC inverter in the first grid connection-control mode; A second control value compensator for compensating an inverter control value using a second control error value from the second calculator; And a second PWM controller configured to generate a PWM inverter control signal using the inverter control value compensated by the second control value compensator and control the operation of the DC / AC inverter using the PWM inverter control signal. It is characterized by.
또한, 본 발명의 제3 기술적인 측면은, 연료전지로부터의 FC 출력전압을 기설정된 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터부, 상기 태양전지로부터의 PV 출력전압과 상기 DC/DC 컨버터부로부터의 변환된 FC 출력전압을 링크하여 직류 전압을 생성하는 직류 링크부, 상기 직류 링크부로부터의 직류 전압을 기설정된 교류 전압으로 변환하는 DC/AC 인버터부를 포함하는 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 제어 방법에 있어서, 계통연계 판단 및 태양발전 유무 판단에 필요한 전압 및 전류를 검출하는 시스템 스타트 단계; 상기 계통전압이 정상이 되면 계통연계 운전모드를 수행하여, 상기 태양전지의 PV 출력전압 및 출력전류로부터 계산된 PV 전력과 기설정된 최소 PV 전력을 비교하여 태양발전 상태를 판단하는 계통연계-태양 판단단계; 상기 계통연계-태양 판단단계에서, 계통연계 운전모드에서 태양발전이 없는 경우에는 상기 DC/DC 컨버터부에 대해 정전력을 제어하는 컨버터 제어단계와, 상기 DC/AC 인버터에 대해 직류링크, 계통연계 및 출력 전류를 제어하는 인버터 제어단계를 갖는 제1 계통연계-동작모드를 수행하는 제1 계통연계-제어단계; 및 상기 계통연계-태양 판단단계에서, 계통연계 운전모드에서 태양발전이 있는 경우에는 상기 DC/DC 컨버터부에 대해 정전력을 제어하는 컨버터 제어단계와, 상기 DC/AC 인버터에 대해 최대 전력점 추적, 직류링크, 계통연계 및 출력 전류를 제어하는 인버터 제어단계를 갖는 제2 계통연계-동작모드를 수행하는 제2 계통연계-제어단계를 포함하는 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 제어 방법을 제안한다.In addition, a third technical aspect of the present invention, the DC / DC converter unit for converting the FC output voltage from the fuel cell to a predetermined voltage, the PV output voltage from the solar cell and the conversion from the DC / DC converter unit Method for controlling a photovoltaic-fuel cell combined cycle power generation system comprising a DC link unit for linking the FC output voltage to generate a DC voltage, and a DC / AC inverter unit for converting the DC voltage from the DC link unit to a predetermined AC voltage A system start step of detecting the voltage and current required for grid connection determination and solar power generation determination; When the grid voltage is normal, the grid-connected operation mode is performed by comparing the PV power calculated from the PV output voltage and the output current of the solar cell with a predetermined minimum PV power to determine the solar power generation status. step; In the grid-connected solar determination step, when there is no solar power generation in the grid-connected operation mode, a converter control step of controlling the electrostatic power for the DC / DC converter unit, DC link, grid-linked for the DC / AC inverter And a first grid linkage-control step of performing a first grid linkage-operation mode having an inverter control step of controlling the output current. And a converter control step of controlling electrostatic power for the DC / DC converter unit when there is solar power in the grid-connected operation mode, and tracking the maximum power point for the DC / AC inverter in the grid-connected solar determination step. Proposes a control method of a photovoltaic-fuel cell combined cycle power generation system comprising a second grid linkage-control step of performing a second grid linkage-operation mode having an inverter control step of controlling a direct current link, grid linkage, and output current. do.
또한, 본 발명의 제4 기술적인 측면은, 연료전지로부터의 FC 출력전압을 기설정된 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터부, 상기 태양전지로부터의 PV 출력전압과 상기 DC/DC 컨버터부로부터의 변환된 FC 출력전압을 링크하여 직류 전압을 생성하는 직류 링크부, 상기 직류 링크부로부터의 직류 전압을 기설정된 교류 전압으로 변환하는 DC/AC 인버터부를 포함하는 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 제어 방법에 있어서, 계통연계 판단 및 태양발전 유무 판단에 필요한 전압 및 전류를 검출하는 시스템 스타트 단계; 상기 계통전압에 따라 계통연계 운전모드인지 독립 운전모드인지를 판단하는 운전모드 판단단계; 계통연계 운전모드 수행시, 상기 태양전지의 PV 출력전압 및 출력전류로부터 계산된 PV 전력과 기설정된 최소 PV 전력을 비교하여 태양발전 상태를 판단하는 계통연계-태양 판단단계; 독립 운전모드 수행시, 상기 태양전지의 PV 전력과 기설정된 최소 PV 전력을 비교하여 태양발전 상태를 판단하는 독립-태양 판단단계; 상기 계통연계-태양 판단단계에서, 계통연계 운전모드에서 태양발전이 없는 경우에는 상기 DC/DC 컨버터부에 대해 정전력을 제어하는 컨버터 제어단계와, 상기 DC/AC 인버터에 대해 직류링크, 계통연계 및 출력 전류를 제어하는 인버터 제어단계를 갖는 제1 계통연계-동작모드를 수행하는 제1 계통연계-제어단계; 상기 계통연계-태양 판단단계에서, 계통연계 운전모드에서 태양발전이 있는 경우에는 상기 DC/DC 컨버터부에 대해 정전력을 제어하는 컨버터 제어단계와, 상기 DC/AC 인버터에 대해 최대 전력점 추적, 직류링크, 계통연계 및 출력 전류를 제어하는 인버터 제어단계를 갖는 제2 계통연계-동작모드를 수행하는 제2 계통연계-제어단계; 상기 독립-태양 판단단계에서, 독립 운전모드에서 태양발전이 있는 경우에는 상기 DC/DC 컨버터부에 대해 전류를 제어하는 컨버터 제어단계와, 상기 DC/AC 인버터에 대해 최대 전력점 추적, 직류링크 및 출력 정전압을 제어하는 인버터 제어단계를 갖는 제1 독립 동작모드를 수행하는 제1 독립-제어단계; 및 상기 독립-태양 판단단계에서, 독립 운전모드에서 태양발전이 없는 경우에는 상기 DC/DC 컨버터부에 대해 직류링크를 제어하는 컨버터 제어단계와, 상기 DC/AC 인버터에 대해 출력 정전압을 제어하는 인버터 제어단계를 갖는 제2 독립-동작모드를 수행하는 제2 독립-제어단계를 포함하는 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 제어 방법을 제안한다.In addition, the fourth technical aspect of the present invention, the DC / DC converter unit for converting the FC output voltage from the fuel cell to a predetermined voltage, the PV output voltage from the solar cell and the conversion from the DC / DC converter unit Method for controlling a photovoltaic-fuel cell combined cycle power generation system comprising a DC link unit for linking the FC output voltage to generate a DC voltage, and a DC / AC inverter unit for converting the DC voltage from the DC link unit to a predetermined AC voltage A system start step of detecting the voltage and current required for grid connection determination and solar power generation determination; An operation mode determination step of determining whether the system-linked operation mode or the independent operation mode is based on the system voltage; A grid connection-sun determination step of determining a solar power generation state by comparing the PV power calculated from the PV output voltage and the output current of the solar cell with a predetermined minimum PV power when the grid connection operation mode is performed; An independent-sun determination step of determining a solar power generation state by comparing the PV power of the solar cell with a preset minimum PV power when the independent operation mode is performed; In the grid-connected solar determination step, when there is no solar power generation in the grid-connected operation mode, a converter control step of controlling the electrostatic power for the DC / DC converter unit, DC link, grid-linked for the DC / AC inverter And a first grid linkage-control step of performing a first grid linkage-operation mode having an inverter control step of controlling the output current. In the grid-connected solar determination step, if there is solar power in grid-connected operation mode, the converter control step of controlling the electrostatic power for the DC / DC converter unit, tracking the maximum power point for the DC / AC inverter, A second grid linkage-control step of performing a second grid linkage-operation mode having an inverter control step of controlling the DC link, the grid linkage and the output current; In the independent-sun determination step, when there is solar power in the independent operation mode, the converter control step of controlling the current for the DC / DC converter unit, the maximum power point tracking, DC link and A first independent control step of performing a first independent operation mode having an inverter control step of controlling an output constant voltage; And a converter control step of controlling a DC link to the DC / DC converter unit when there is no solar power in the independent operation mode, and an inverter controlling an output constant voltage to the DC / AC inverter in the independent-sun determination step. A control method of a solar-fuel cell combined cycle power generation system including a second independent control step of performing a second independent operation mode having a control step is proposed.
본 발명의 제3 및 제4 기술적인 측면에서, 상기 시스템 스타트 단계, 운전모드 판단단계, 계통연계-태양 판단단계, 독립-태양 판단단계, 제1 계통연계-제어단계 및 제2 계통연계-제어단계 각각은, 상기 연료전지의 FC 출력전압 및 전류, 상기 태양전지의 PV 출력전압 및 전류, 상기 DC/AC 인버터부의 교류 전압 및 출력전류, 그리고 상용전원의 계통에서 계통전압을 각각 검출하고,In the third and fourth technical aspects of the present invention, the system start step, operation mode determination step, grid connection-sun determination step, independent-sun determination step, first grid connection-control step and second grid connection-control In each step, the FC output voltage and current of the fuel cell, the PV output voltage and current of the solar cell, the AC voltage and output current of the DC / AC inverter unit, and the grid voltage in the system of the commercial power supply, respectively,
상기 제1 독립-제어단계 및 제1 독립-제어단계 각각은, Each of the first independent-control step and the first independent-control step,
상기 연료전지의 FC 출력전압 및 전류, 상기 태양전지의 PV 출력전압 및 전류, 상기 DC/AC 인버터부의 교류 전압 및 출력전류를 검출하는 것을 특징으로 한다.The FC output voltage and current of the fuel cell, the PV output voltage and current of the solar cell, AC voltage and output current of the DC / AC inverter unit is detected.
상기 제1 계통연계-제어 단계의 컨버터 제어단계는, 상기 DC/DC 컨버터부에 대해 정전력 제어를 위한 제1 제어 오차값을 산출하는 제1 연산단계; 상기 제1 연산단계로부터의 제1 제어 오차값을 이용하여 컨버터 제어값을 보상하는 제1 제어값 보상단계; 및 상기 제1 제어값 보상단계에서 보상된 컨버터 제어값을 이용하여 PWM 컨버터 제어 신호를 생성하고, 상기 PWM 컨버터 제어신호를 이용하여 상기 DC/DC 컨버터부의 동작을 제어하는 제1 PWM 제어단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The converter control step of the first grid linkage-control step may include: a first calculation step of calculating a first control error value for constant power control for the DC / DC converter; A first control value compensation step of compensating a converter control value using the first control error value from the first calculation step; And a first PWM control step of generating a PWM converter control signal using the converter control value compensated in the first control value compensation step, and controlling the operation of the DC / DC converter unit using the PWM converter control signal. Characterized in that.
상기 제1 계통연계-제어 단계의 인버터 제어단계는, 상기 DC/AC 인버터에 대해 직류링크, 계통연계 및 출력 전류 제어를 위한 제2 제어 오차값을 산출하는 제2 연산단계; 상기 제2 연산단계로부터의 제2 제어 오차값을 이용하여 인버터 제어값을 보상하는 제2 제어값 보상단계; 및 상기 제2 제어값 보상단계에서 보상된 인버터 제어값을 이용하여 PWM 인버터 제어 신호를 생성하고, 상기 PWM 인버터 제어신호를 이용하여 상기 DC/AC 인버터의 동작을 제어하는 제2 PWM 제어단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The inverter control step of the first grid linkage-control step may include: a second calculation step of calculating a second control error value for DC link, grid linkage, and output current control with respect to the DC / AC inverter; A second control value compensation step of compensating the inverter control value using the second control error value from the second calculation step; And a second PWM control step of generating a PWM inverter control signal using the inverter control value compensated in the second control value compensation step and controlling the operation of the DC / AC inverter using the PWM inverter control signal. Characterized in that.
상기 제2 계통연계-제어 단계의 컨버터 제어단계는, 상기 DC/DC 컨버터부에 대해 정전력 제어를 위한 제1 제어 오차값을 산출하는 제1 연산단계; 상기 제1 연 산단계로부터의 제1 제어 오차값을 이용하여 컨버터 제어값을 보상하는 제1 제어값 보상단계; 및 상기 제1 제어값 보상단계에서 보상된 컨버터 제어값을 이용하여 PWM 컨버터 제어 신호를 생성하고, 상기 PWM 컨버터 제어신호를 이용하여 상기 DC/DC 컨버터부의 동작을 제어하는 제1 PWM 제어단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The converter control step of the second grid linkage-control step may include: a first calculation step of calculating a first control error value for constant power control for the DC / DC converter; A first control value compensation step of compensating a converter control value using a first control error value from the first operation step; And a first PWM control step of generating a PWM converter control signal using the converter control value compensated in the first control value compensation step, and controlling the operation of the DC / DC converter unit using the PWM converter control signal. Characterized in that.
상기 제2 계통연계-제어 단계의 인버터 제어단계는, 상기 DC/AC 인버터에 대해 최대 전력점 추적, 직류링크, 계통연계 및 출력 전류 제어를 위한 제2 제어 오차값을 산출하는 제2 연산단계; 상기 제2 연산단계로부터의 제2 제어 오차값을 이용하여 인버터 제어값을 보상하는 제2 제어값 보상단계; 및 상기 제2 제어값 보상단계에서 보상된 인버터 제어값을 이용하여 PWM 인버터 제어 신호를 생성하고, 상기 PWM 인버터 제어신호를 이용하여 상기 DC/AC 인버터의 동작을 제어하는 제2 PWM 제어단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The inverter control step of the second grid linkage-control step may include: a second calculation step of calculating a second control error value for maximum power point tracking, DC link, grid linkage, and output current control with respect to the DC / AC inverter; A second control value compensation step of compensating the inverter control value using the second control error value from the second calculation step; And a second PWM control step of generating a PWM inverter control signal using the inverter control value compensated in the second control value compensation step and controlling the operation of the DC / AC inverter using the PWM inverter control signal. Characterized in that.
본 발명의 제4 기술적인 측면에서, 상기 제1 독립-제어 단계의 컨버터 제어단계는, 상기 DC/DC 컨버터부에 대해 전류 제어를 위한 제1 제어 오차값을 산출하는 제1 연산단계; 상기 제1 연산단계로부터의 제1 제어 오차값을 이용하여 컨버터 제어값을 보상하는 제1 제어값 보상단계; 및 상기 제1 제어값 보상단계에서 보상된 컨버터 제어값을 이용하여 PWM 컨버터 제어 신호를 생성하고, 상기 PWM 컨버터 제어신호를 이용하여 상기 DC/DC 컨버터부의 동작을 제어하는 제1 PWM 제어단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In a fourth technical aspect of the present invention, the converter control step of the first independent control step includes: a first calculation step of calculating a first control error value for current control for the DC / DC converter; A first control value compensation step of compensating a converter control value using the first control error value from the first calculation step; And a first PWM control step of generating a PWM converter control signal using the converter control value compensated in the first control value compensation step, and controlling the operation of the DC / DC converter unit using the PWM converter control signal. Characterized in that.
상기 제1 독립-제어 단계의 인버터 제어단계는, 상기 DC/AC 인버터에 대해 최대 전력점 추적, 직류링크 및 출력 정전압 제어를 위한 제2 제어 오차값을 산출하는 제2 연산단계; 상기 제2 연산단계로부터의 제2 제어 오차값을 이용하여 인버터 제어값을 보상하는 제2 제어값 보상단계; 및 상기 제2 제어값 보상단계에서 보상된 인버터 제어값을 이용하여 PWM 인버터 제어 신호를 생성하고, 상기 PWM 인버터 제어신호를 이용하여 상기 DC/AC 인버터의 동작을 제어하는 제2 PWM 제어단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The inverter control step of the first independent control step includes: a second calculation step of calculating a second control error value for the maximum power point tracking, the DC link, and the output constant voltage control for the DC / AC inverter; A second control value compensation step of compensating the inverter control value using the second control error value from the second calculation step; And a second PWM control step of generating a PWM inverter control signal using the inverter control value compensated in the second control value compensation step and controlling the operation of the DC / AC inverter using the PWM inverter control signal. Characterized in that.
상기 제2 독립-제어 단계의 컨버터 제어단계는, 상기 DC/DC 컨버터부에 대해 직류링크 제어를 위한 제1 제어 오차값을 산출하는 제1 연산단계; 상기 제1 연산단계로부터의 제1 제어 오차값을 이용하여 컨버터 제어값을 보상하는 제1 제어값 보상단계; 및 상기 제1 제어값 보상단계에서 보상된 컨버터 제어값을 이용하여 PWM 컨버터 제어 신호를 생성하고, 상기 PWM 컨버터 제어신호를 이용하여 상기 DC/DC 컨버터부의 동작을 제어하는 제1 PWM 제어단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The converter control step of the second independent control step may include: a first calculating step of calculating a first control error value for DC link control with respect to the DC / DC converter; A first control value compensation step of compensating a converter control value using the first control error value from the first calculation step; And a first PWM control step of generating a PWM converter control signal using the converter control value compensated in the first control value compensation step, and controlling the operation of the DC / DC converter unit using the PWM converter control signal. Characterized in that.
상기 제2 독립-제어 단계의 인버터 제어단계는, 상기 DC/AC 인버터에 대해 출력 정전압 제어를 위한 제2 제어 오차값을 산출하는 제2 연산단계; 상기 제2 연산단계로부터의 제2 제어 오차값을 이용하여 인버터 제어값을 보상하는 제2 제어값 보상단계; 및 상기 제2 제어값 보상단계에서 보상된 인버터 제어값을 이용하여 PWM 인버터 제어 신호를 생성하고, 상기 PWM 인버터 제어신호를 이용하여 상기 DC/AC 인버터의 동작을 제어하는 제2 PWM 제어단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The inverter control step of the second independent control step may include: a second calculation step of calculating a second control error value for output constant voltage control with respect to the DC / AC inverter; A second control value compensation step of compensating the inverter control value using the second control error value from the second calculation step; And a second PWM control step of generating a PWM inverter control signal using the inverter control value compensated in the second control value compensation step and controlling the operation of the DC / AC inverter using the PWM inverter control signal. Characterized in that.
이와 같은 본 발명의 태양광-연료전지 복합 발전 시스템에 의하면, 단일 컨버터 및 단일 인버터를 이용하여 태양전지 및 연료전지를 이용하는 복합 발전 시스템을 구현함으로서, 고가의 컨버터 및 인버터의 사용 개수를 줄일 수 있고, 이에 따라 사이즈 및 제작비를 줄일 수 있는 효과가 있다.According to the solar-fuel cell combined cycle power generation system of the present invention, by implementing a complex power generation system using a solar cell and a fuel cell using a single converter and a single inverter, the number of expensive converters and inverters can be reduced Therefore, the size and manufacturing cost can be reduced.
또한, 본 발명의 태양광-연료전지 복합 발전 시스템에서는, 계통연계 여부와 태양발전 유무에 따라 기설정된 복수의 제어모드중 최적의 제어모드를 수행할 수 있도록 함으로서, 사용 환경에 적절한 복합 발전 시스템의 전력 제어가 가능하다는 효과도 있다.In addition, in the solar-fuel cell combined cycle power generation system of the present invention, it is possible to perform the optimal control mode among a plurality of preset control mode according to whether the grid connection or solar power generation, so that the Power control is also possible.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 설명되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예는 본 발명의 기술적 사상에 대한 이해를 돕기 위해서 사용된다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.The present invention is not limited to the embodiments described, and the embodiments of the present invention are used to assist in understanding the technical spirit of the present invention. In the drawings referred to in the present invention, components having substantially the same configuration and function will use the same reference numerals.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 단일 컨버터 및 단일 인버터를 이용한 태양광-연료전지 복합 발전 시스템을 보이는 회로 블록도이다.1 is a circuit block diagram illustrating a solar-fuel cell combined cycle power generation system using a single converter and a single inverter according to a first embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템은, 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 연료전지(110)로부터의 FC 출력전 압(VFC)을 기설정된 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터부(200)와, 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양전지(120)의 출력단과 상기 DC/DC 컨버터부(200)의 출력단을 공통으로 연결하여, 상기 태양전지(120)로부터의 PV 출력전압(VPV)과 상기 DC/DC 컨버터부(200)로부터의 변환된 FC 출력전압(VFC)을 링크하여 직류 전압(VDC)을 생성하는 직류 링크부(300)와, 상기 직류 링크부(300)로부터의 직류 전압(VDC)을 기설정된 교류 전압(Vac)으로 변환하는 DC/AC 인버터부(400)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, in the solar-fuel cell combined cycle power generation system according to the first embodiment of the present invention, a FC output voltage (VFC) from a
여기서, 상기 연료전지(110)는, 수소와 산소의 산화환원 반응을 이용하여 화학에너지를 일정한 크기의 전기에너지로 변환하여 출력한다.Here, the
상기 태양전지(120)는, 주간 등과 같이 태양광이 있는 시간과 야간 등과 같이 태양광이 없는 시간으로 구분되어, 태양광이 있는 시간에는 태양발전이 수행되어 태양발전에 의한 유효한 PV 전력을 생성하고, 태양발전이 수행되지 못하는 경우에는 유효한 PV 전력을 생성할 수 없다. 이와 같이, 상기 태양전지(120)는 태양광 유무에 따라 태양발전이 일정하게 수행되지 못하므로, 상기 태양전지(120)에 의해 생성되는 전력중에서 최대 전력점을 추적하는 최대 전력점 추적(MPPT: Maximum Power Point Tracking)을 통해서 최대 전력을 생성할 수 있도록 제어되어야 한다.The
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 단일 컨버터 및 단일 인버터를 이용한 태양광-연료전지 복합 발전 시스템을 보이는 회로 블록도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템은, 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 연료전지(110)로부터의 FC 출력전압(VFC)을 기설정된 전압 으로 변환하는 DC/DC 컨버터부(200)와, 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양전지(120)의 출력단과 상기 DC/DC 컨버터부(200)의 출력단을 공통으로 연결하여, 상기 태양전지(120)로부터의 PV 출력전압(VPV)과 상기 DC/DC 컨버터부(200)로부터의 변환된 FC 출력전압(VFC)을 링크하여 직류 전압(VDC)을 생성하는 직류 링크부(300)와, 상기 직류 링크부(300)로부터의 직류 전압(VDC)을 기설정된 교류 전압(Vac)으로 변환하는 DC/AC 인버터부(400)와, 상기 연료전지(110), 태양전지(120) 및 DC/AC 인버터부(400) 각각에 의해 생성된 전압 및 전류를 검출하는 전압/전류 검출부(700)와, 상기 전압/전류 검출부(700)에 의해 검출된 복수의 전압 및 전류에 기초해서, 상기 DC/DC 컨버터부(200) 및 상기 DC/AC 인버터부(400)의 동작을 제어하는 복합발전 제어부(800)를 포함할 수 있다.2 is a circuit block diagram illustrating a solar-fuel cell combined cycle power generation system using a single converter and a single inverter according to a second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, in the solar-fuel cell combined cycle power generation system according to the second embodiment of the present invention, an FC output voltage VFC from a
도1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예 및 제2 실시 예에서, 상기 직류 링크부(300)는, 상기 태양전지(120)의 출력단과 상기 DC/DC 컨버터부(200)의 출력단이 서로 공통으로 연결된 공통 접속노드(NC)와 접지 사이에 연결된 커패시터(Cdc)를 포함할 수 있다.1 and 2, in the first and second embodiments of the present disclosure, the
상기 DC/AC 인버터부(400)는, 상기 직류 링크부(300)로부터의 직류 전압(VDC)을 펄스형태의 전압으로 변환하는 DC/AC 인버터(410)와, 상기 DC/AC 인버터(410)의 펄스형태의 전압을 상기 교류 전압(Vac)으로 변환하는 필터(420)를 포함할 수 있다.The DC /
또한, 상기 DC/AC 인버터부(400)는, 상용전원(600)에 전력을 공급하기 위해, 계통연계가 필요한 경우에는 상기 필터(420)로부터의 교류 전압(Vac)을 계통(Grid)에 전달하는 계통 전달부(430)를 더 포함할 수 있다.In addition, the DC /
이때, 상기 계통 전달부(430)는 상기 복합발전 제어부(800)의 제어에 따라 동작하여, 상기 필터(420)로부터의 교류 전압(Vac)을 계통(Grid)에 전달할 수 있다.In this case, the
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에서, 상기 전압/전류 검출부(700)는, 상기 연료전지(110)의 FC 출력전압(VFC) 및 전류(IFC), 상기 태양전지(120)의 PV 출력전압(VPV) 및 전류(IPV), 상기 DC/AC 인버터부(400)의 교류 전압(Vac) 및 출력전류(Iout), 그리고 상용전원(600)의 계통에서 계통전압(Vgrid)을 각각 검출할 수 있다.Referring to FIG. 2, in the second embodiment of the present disclosure, the voltage /
상기 복합발전 제어부(800)는, 상기 계통전압(Vgrid), 상기 FC 출력전압(VFC) 및 전류(IFC)를 이용하여 상기 DC/DC 컨버터부(200)의 동작을 제어하는 컨버터 제어기(810)와, 상기 전압/전류 검출부(700)로부터의 PV 출력전압(VPV) 및 전류(IPV)에 기초해서 상기 DC/AC 인버터부(400)의 동작을 제어하는 인버터 제어기(820)를 포함할 수 있다.The combined
도 3은 본 발명에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 계통연계 운전시 출력특성이다.3 is an output characteristic during grid-linked operation of the photovoltaic-fuel cell combined cycle power generation system according to the present invention.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 복합발전 제어부(800)는, 계통연계 운전모드 에서, 상기 태양전지(120)의 PV 출력전압(VPV) 및 전류(IPV)에 의한 PV 전력(PPV)에 따라 태양발전 상태를 판단하며, 상기 태양발전 유무의 판단결과에 따라 기설정된 제1 및 제2 계통연계-제어모드중 하나의 제어모드를 수행하고, 상기 제1 계통연계-제어모드는, 계통연계 운전모드에서 태양발전이 없는 제어모드이고, 상기 제2 계통연계-제어모드는, 계통연계 운전모드에서 태양발전이 있는 제어모드이다.2 and 3, in the grid-connected operation mode, the combined power
보다 구체적으로는, 상기 컨버터 제어기(810) 및 인버터 제어기(820) 각각은, 계통연계 운전모드에서, 상기 태양전지(120)의 PV 출력전압(VPV) 및 전류(IPV)에 의한 PV 전력(PPV)에 따라 태양발전 상태를 판단하며, 상기 태양발전 유무의 판단결과에 따라 기설정된 제1 및 제2 계통연계-제어모드중 하나의 제어모드를 수행하고, 상기 제1 계통연계-제어모드는, 계통연계 운전모드에서 태양발전이 없는 제어모드이고, 상기 제2 계통연계-제어모드는, 계통연계 운전모드에서 태양발전이 있는 제어모드이다.More specifically, each of the
도 4는 본 발명에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 독립 운전시 출력특성도이다. 4 is an output characteristic diagram during independent operation of the solar-fuel cell combined cycle power generation system according to the present invention.
도 2, 도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 복합발전 제어부(800)는, 상기 계통전압(Vgrid)에 따라 계통연계 운전모드인지 독립 운전모드인지를 판단하고, 상기 계통연계 운전모드와 독립 운전모드 각각에서, 상기 태양전지(120)의 PV 출력전압(VPV) 및 전류(IPV)에 의한 PV 전력(PPV)에 따라 태양발전 상태를 판단하여, 기설정된 제1 및 제2 계통연계-제어모드와, 제1 및 제2 독립-제어모드중 하나의 제어 모드를 수행하고, 상기 제1 계통연계-제어모드는, 계통연계 운전모드에서 태양발전이 없는 제어모드이고, 상기 제2 계통연계-제어모드는, 계통연계 운전모드에서 태양발전이 있는 제어모드이고, 상기 제1 독립-제어모드는, 계통연계없이 독립 운전시 태양발전이 있는 제어모드이며, 상기 제2 독립-제어모드는, 계통연계없이 독립 운전시 태양발전이 없는 제어모드이다.2, 3, and 4, the hybrid
보다 구체적으로는, 상기 컨버터 제어기(810) 및 인버터 제어기(820) 각각은, 상기 계통전압(Vgrid)에 따라 계통연계 여부를 판단하고, 상기 태양전지(120)의 PV 출력전압(VPV) 및 전류(IPV)에 의한 PV 전력(PPV)에 따라 태양발전 상태를 판단하며, 이러한 계통연계 여부 및 태양발전 유무에 따라 기설정된 제1 및 제2 계통연계-제어모드와, 제1 및 제2 독립-제어모드중 하나의 제어모드를 수행하고, 상기 제1 계통연계-제어모드는, 계통연계 운전모드에서 태양발전이 없는 제어모드이고, 상기 제2 계통연계-제어모드는, 계통연계 운전모드에서 태양발전이 있는 제어모드이고, 상기 제1 독립-제어모드는, 계통연계없이 독립 운전시 태양발전이 있는 제어모드이며, 상기 제2 독립-제어모드는, 계통연계없이 독립 운전시 태양발전이 없는 제어모드이다.More specifically, each of the
도 5는 본 발명에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 계통연계 운전시 태양발전이 없는 제1 계통연계-제어모드의 제어 개념도이다. 5 is a conceptual diagram illustrating a control of a first grid-control mode without solar power during grid-linked operation of the solar-fuel cell combined cycle power generation system according to the present invention.
도 5를 참조하면, 상기 컨버터 제어기(810)는, 상기 제1 계통연계-제어모드 에서, 상기 DC/DC 컨버터부(200)에 대해 정전력 제어를 위한 제1 제어 오차값을 산출하는 제1 연산부(811)와, 상기 제1 연산부(811)로부터의 제1 제어 오차값을 이용하여 컨버터 제어값(VC-con)을 보상하는 제1 제어값 보상부(812)와, 상기 제1 제어값 보상부(812)에서 보상된 컨버터 제어값(VC-con)을 이용하여 PWM 컨버터 제어 신호(PWM-con)를 생성하고, 상기 PWM 컨버터 제어신호를 이용하여 상기 DC/DC 컨버터부(200)의 동작을 제어하는 제1 PWM 제어부(813)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, the
상기 컨버터 제어기(810)의 제1 연산부(811)는, 상기 제1 계통연계-제어모드에서는, 기설정된 FC 전력 지령치(P-FC)를 상기 FC 출력전압(VFC)으로 나누어 FC 전류 지령치(I*FC)를 생성하고, 상기 FC 전류 지령치(I*FC)와 상기 FC 전류(IFC)와의 차이값에 해당되는 상기 제1 제어 오차값을 산출하도록 이루어질 수 있다.In the first grid linkage-control mode, the first calculating
도 5를 참조하면, 상기 인버터 제어기(820)는, 상기 제1 계통연계-제어모드에서, 상기 DC/AC 인버터부(400)에 대해 직류링크, 계통연계 및 출력전류 제어를 위한 제2 제어 오차값을 산출하는 제2 연산부(821)와, 상기 제2 연산부(821)로부터의 제2 제어 오차값을 이용하여 인버터 제어값(VC-inv)을 보상하는 제2 제어값 보상부(822)와, 상기 제2 제어값 보상부(822)에서 보상된 인버터 제어값(VC-inv)을 이용하여 PWM 인버터 제어 신호(PWM-inv)를 생성하고, 상기 PWM 인버터 제어신호(PWM-inv)를 이용하여 상기 DC/AC 인버터부(400)의 동작을 제어하는 제2 PWM 제어부(823)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, the
상기 인버터 제어기(820)의 제2 연산부(821)는, 상기 제1 계통연계-제어모드에서는, 기설정된 직류 전압 지령치(V*DC)와 상기 직류 전압(VDC)과의 차이값에 해당되는 전류 오차값을 산출하고, 상기 전류 오차값으로 전류 지령치를 보상하는 직류 링크 연산부(821-2)와, 기설정된 FC 전력 지령치(P*FC)를 상기 계통전압(Vgrid)으로 나누어 전류 수정치(Iout_ff)를 산출하고, 상기 전류 수정치(Iout-ff)로 상기 직류 링크 연산부(821-2)로부터의 상기 보상된 전류 지령치를 수정하는 오차 수정부(821-4)와, 상기 계통전압(Vgrid)의 위상을 검출하고, 상기 검출된 위상에 동기시켜 상기 오차 수정부(821-4)의 전류 지령치를 교류의 출력 전류 지령치(I*out)로 변환하는 DC/AC 변환부(821-6)와, 상기 DC/AC 변환부(821-6)로부터의 출력 전류 지령치(I*out)와 상기 출력전류(Iout)와의 차이값에 해당되는 상기 제2 제어 오차값을 생성하는 오차 연산부(821-8)를 포함할 수 있다.In the first grid linkage-control mode, the second calculating
도 6은 본 발명에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 계통연계 운전시 태양발전이 있는 제2 계통연계-제어모드의 제어 개념도이다.6 is a control conceptual diagram of a second grid linkage-control mode with solar power generation during grid linkage operation of the solar-fuel cell combined cycle power generation system according to the present invention.
도 6을 참조하면, 상기 컨버터 제어기(810)는, 상기 제2 계통연계-제어모드에서, 상기 DC/DC 컨버터부(200)에 대해 정전력 제어를 위한 제1 제어 오차값을 산출하는 제1 연산부(811)와, 상기 제1 연산부(811)로부터의 제1 제어 오차값을 이용하여 컨버터 제어값(VC-con)을 보상하는 제1 제어값 보상부(812)와, 상기 제1 제어값 보상부(812)에서 보상된 컨버터 제어값(VC-con)을 이용하여 PWM 컨버터 제어 신 호(PWM-con)를 생성하고, 상기 PWM 컨버터 제어신호를 이용하여 상기 DC/DC 컨버터부(200)의 동작을 제어하는 제1 PWM 제어부(813)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6, the
상기 컨버터 제어기(810)의 제1 연산부(811)는, 상기 제2 계통연계-제어모드에서는, 기설정된 FC 전력 지령치(P*FC)를 상기 FC 출력전압(VFC)으로 나누어 FC 전류 지령치(I*FC)를 생성하고, 상기 FC 전류 지령치(I*FC)와 상기 FC 전류(IFC)와의 차이값에 해당되는 상기 제1 제어 오차값을 산출하도록 이루어질 수 있다.In the second grid linkage-control mode, the first calculating
도 6을 참조하면, 상기 인버터 제어기(820)는, 상기 제2 계통연계-제어모드에서, 상기 DC/AC 인버터부(400)에 대해 최대 전력점 추적(MPPT), 직류링크, 계통연계 및 출력전류 제어를 위한 제2 제어 오차값을 산출하는 제2 연산부(821)와, 상기 제2 연산부(821)로부터의 제2 제어 오차값을 이용하여 인버터 제어값(VC-inv)을 보상하는 제2 제어값 보상부(822)와, 상기 제2 제어값 보상부(822)에서 보상된 인버터 제어값(VC-inv)을 이용하여 PWM 인버터 제어 신호(PWM-inv)를 생성하고, 상기 PWM 인버터 제어신호(PWM-inv)를 이용하여 상기 DC/AC 인버터부(400)의 동작을 제어하는 제2 PWM 제어부(823)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6, the
상기 인버터 제어기(820)의 제2 연산부(821)는, 상기 제2 계통연계-제어모드에서는, 상기 PV 출력전압(VPV) 및 전류(IPV)를 이용하여 기설정된 최대 전력점 추적(MPPT: Maximum Power Point Tracking)을 수행하여 PV 출력전압 지령치(V*PV)를 생성하는 최대 전력점 추적부(821-1)와, 상기 PV 출력전압(VPV)과 상기 PV 출력전 압 지령치(V*PV)와의 차이값에 해당되는 전압 오차값을 산출하고, 상기 전압 오차값으로 출력 전류 지령치를 보상하는 직류 링크 연산부(821-2)를 포함한다.In the second grid linkage-control mode, the second calculating
또한, 상기 인버터 제어기(820)의 제2 연산부(821)는, 기설정된 FC 전력 지령치(P*FC)와 기설정된 PV 전력 지령치(P*PV)를 가산하여 전력 지령치를 산출하고, 상기 전력 지령치를 상기 계통전압(Vgrid)으로 나누어 전류 수정치(Iout_ff)를 산출하고, 상기 전류 보상치(Iout-ff)를 이용하여 상기 직류 링크 연산부(821-2)의 전류 오차값을 수정하는 오차 수정부(821-4)와, 상기 계통전압(Vgrid)의 위상을 검출하고, 상기 검출된 위상에 동기시켜 상기 전류 지령치를 교류의 출력 전류 지령치(I*out)를 변환하는 DC/AC 변환부(821-6)와, 상기 DC/AC 변환부(821-6)로부터의 출력 전류 지령치(I*out)와 상기 출력전류(Iout)와의 차이값에 해당되는 상기 제2 제어 오차값을 생성하는 오차 연산부(821-8)를 포함할 수 있다.In addition, the
도 7은 본 발명에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 독립발전 운전시 태양발전이 있는 제1 독립-제어모드의 제어 개념도이다. 7 is a conceptual diagram of the control of the first independent control mode with solar power during the independent power generation operation of the photovoltaic-fuel cell combined cycle power generation system according to the present invention.
도 7을 참조하면, 상기 컨버터 제어기(810)는, 상기 제1 독립-제어모드에서, 상기 DC/DC 컨버터부(200)에 대해 전류 제어를 위한 제1 제어 오차값을 산출하는 제1 연산부(811)와, 상기 제1 연산부(811)로부터의 제1 제어 오차값을 이용하여 컨버터 제어값(VC-con)을 보상하는 제1 제어값 보상부(812)와, 상기 제1 제어값 보상부(812)에서 보상된 컨버터 제어값(VC-con)을 이용하여 PWM 컨버터 제어 신호(PWM- con)를 생성하고, 상기 PWM 컨버터 제어신호를 이용하여 상기 DC/DC 컨버터부(200)의 동작을 제어하는 제1 PWM 제어부(813)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7, the
이때, 상기 컨버터 제어기(810)의 제1 연산부(811)는, 상기 제1 계통연계-제어모드, 제2 계통연계-제어모드 및 제1 독립-제어모드 각각에서는, 기설정된 FC 전력 지령치(P*FC)를 상기 FC 출력전압(VFC)으로 나누어 FC 전류 지령치(I*FC)를 생성하고, 상기 FC 전류 지령치(I*FC)와 상기 FC 전류(IFC)와의 차이값에 해당되는 상기 제1 제어 오차값을 산출하도록 이루어질 수 있다.At this time, the
여기서, 상기 DC/AC 인버터부(400)의 교류 전압(Vac) 및 출력전류(Iout)를 이용하여 출력 전력(Pout)을 산출하고, 상기 태양전지(120)의 PV 출력전압(VPV) 및 전류(IPV)를 이용하여 PV 전력(PPV)을 산출하며, 상기 FC 전력 지령치(P*FC)는, 상기 출력 전력(Pout)과 상기 PV 전력(PPV)과의 차이값에 해당될 수 있다.Here, the output power Pout is calculated using the AC voltage Vac and the output current Iout of the DC /
도 7을 참조하면, 상기 인버터 제어기(820)는, 상기 제1 독립-제어모드에서, 상기 DC/AC 인버터부(400)에 대해 최대 전력점 추적(MPPT), 직류링크 및 출력 정전압 제어를 위한 제2 제어 오차값을 산출하는 제2 연산부(821)와, 상기 제2 연산부(821)로부터의 제2 제어 오차값을 이용하여 인버터 제어값(VC-inv)을 보상하는 제2 제어값 보상부(822)와, 상기 제2 제어값 보상부(822)에서 보상된 인버터 제어값(VC-inv)을 이용하여 PWM 인버터 제어 신호(PWM-inv)를 생성하고, 상기 PWM 인버터 제어신호(PWM-inv)를 이용하여 상기 DC/AC 인버터부(400)의 동작을 제어하는 제2 PWM 제어부(823)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7, the
상기 인버터 제어기(820)의 제2 연산부(821)는, 상기 제1 독립-제어모드에서는, 상기 PV 출력전압(VPV) 및 전류(IPV)를 이용하여 기설정된 최대 전력점 추적(MPPT: Maximum Power Point Tracking)을 수행하여 PV 출력전압 지령치(V*PV)를 생성하는 최대 전력점 추적부(821-1)와, 상기 PV 출력전압(VPV)과 상기 PV 출력전압 지령치(V*PV)와의 차이값에 해당되는 전압 오차값을 산출하고, 상기 전압 오차값으로 출력 전압 지령치(V*out)를 보상하는 직류 링크 연산부(821-2)와, 상기 직류 링크 연산부(821-2)로부터의 출력 전압 지령치를 교류의 출력 전압 지령치(V*out)로 변환하는 DC/AC 변환부(821-6)와, 상기 DC/AC 변환부(821-6)로부터의 출력 전압 지령치(V*out)와 상기 출력전압(Vout)과의 차이값에 해당되는 상기 제2 제어 오차값을 생성하는 오차 연산부(821-8)를 포함할 수 있다.In the first independent control mode, the
도 8은 본 발명에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 독립발전 운전시 태양발전이 없는 제2 독립-제어모드의 제어 개념도이다.8 is a conceptual diagram of a second independent control mode without solar power during the independent power generation operation of the solar-fuel cell combined cycle power generation system according to the present invention.
도 8을 참조하면, 상기 컨버터 제어기(810)는, 상기 제2 독립-제어모드에서, 상기 DC/DC 컨버터부(200)에 대해 직류링크 제어를 위한 제1 제어 오차값을 산출하는 제1 연산부(811)와, 상기 제1 연산부(811)로부터의 제1 제어 오차값을 이용하여 컨버터 제어값(VC-con)을 보상하는 제1 제어값 보상부(812)와, 상기 제1 제어값 보상부(812)에서 보상된 컨버터 제어값(VC-con)을 이용하여 PWM 컨버터 제어 신 호(PWM-con)를 생성하고, 상기 PWM 컨버터 제어신호를 이용하여 상기 DC/DC 컨버터부(200)의 동작을 제어하는 제1 PWM 제어부(813)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8, the
이때, 상기 컨버터 제어기(810)의 제1 연산부(811)는, 상기 제2 독립-제어모드시, 기설정된 직류 전압 지령치(V*DC)와 상기 직류 전압(VDC)의 차이값에 해당되는 전압 오차값을 산출하고, 이 전압 오차값을 이용하여 기설정된 FC 전류 지령치(I*FC)를 보상하고, 상기 보상된 FC 전류 지령치(I*FC)와 상기 FC 전류(IFC)와의 차이값에 해당되는 상기 제1 제어 오차값을 산출하도록 이루어질 수 있다.At this time, the
도 8을 참조하면, 상기 인버터 제어기(820)는, 상기 제2 독립-제어모드에서, 상기 DC/AC 인버터부(400)에 대해 출력 정전압 제어를 위한 제2 제어 오차값을 산출하는 제2 연산부(821)와, 상기 제2 연산부(821)로부터의 제2 제어 오차값을 이용하여 인버터 제어값(VC-inv)을 보상하는 제2 제어값 보상부(822)와, 상기 제2 제어값 보상부(822)에서 보상된 인버터 제어값(VC-inv)을 이용하여 PWM 인버터 제어 신호(PWM-inv)를 생성하고, 상기 PWM 인버터 제어신호(PWM-inv)를 이용하여 상기 DC/AC 인버터부(400)의 동작을 제어하는 제2 PWM 제어부(823)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8, the
이때, 상기 인버터 제어기(820)의 제2 연산부(821)는, 상기 제2 독립-제어모드에서는, 상기 교류 전압 지령치(V*ac)와 교류 전압(Vac)과의 차이값에 해당되는 상기 제2 제어 오차값을 생성하도록 이루어질 수 있다.In this case, in the second independent control mode, the second calculating
도 9는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 단일 컨버터 및 단일 인버터를 이용한 태양광-연료전지 복합 발전 방법을 보이는 플로우챠트이다.FIG. 9 is a flowchart illustrating a photovoltaic-fuel cell combined cycle power generation method using a single converter and a single inverter according to a third embodiment of the present invention.
도 2, 도 3 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 제어방법은, 연료전지(110)로부터의 FC 출력전압(VFC)을 기설정된 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터부(200), 상기 태양전지(120)로부터의 PV 출력전압(VPV)과 상기 DC/DC 컨버터부(200)로부터의 변환된 FC 출력전압(VFC)을 링크하여 직류 전압(VDC)을 생성하는 직류 링크부(300), 상기 직류 링크부(300)로부터의 직류 전압(VDC)을 기설정된 교류 전압(Vac)으로 변환하는 DC/AC 인버터부(400)를 포함하는 태양광-연료전지 복합 발전 시스템에 적용될 수 있다.2, 3 and 9, in the control method of the solar-fuel cell combined cycle power generation system according to the third embodiment of the present invention, the FC output voltage VFC from the
본 발명의 제3 실시 예에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 제어방법은, 계통연계 판단 및 태양발전 유무 판단에 필요한 전압 및 전류를 검출하는 시스템 스타트 단계(S50)와, 상기 계통연계가 가능한 상태이면 계통연계 운전모드를 수행하여, 상기 태양전지(120)의 PV 출력전압(VPV) 및 출력전류(IPV)로부터 계산된 PV 전력(PPV)과 기설정된 최소 PV 전력(Pmin)을 비교하여 태양발전 상태를 판단하는 계통연계-태양 판단단계(S200)와, 상기 계통연계-태양 판단단계(S200)에서, 계통연계 운전모드에서 태양발전이 없는 경우에는 상기 DC/DC 컨버터부(200)에 대해 정전력을 제어하는 컨버터 제어단계(S410)를 포함한다.The control method of the solar-fuel cell combined cycle power generation system according to a third embodiment of the present invention, the system start step (S50) for detecting the voltage and current required for grid connection determination and solar power generation determination, and the grid connection If possible, perform a grid-connected operation mode, and compare the PV power PPV calculated from the PV output voltage (VPV) and the output current (IPV) of the
또한, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 제어방법은, 상기 DC/AC 인버터부(400)에 대해 직류링크, 계통연계 및 출력 전류를 제어하는 인버터 제어단계(S420)를 갖는 제1 계통연계-동작모드를 수행하는 제1 계통연계-제어단계(S400)와, 상기 계통연계-태양 판단단계(S200)에서, 계통연계 운전모드에서 태양발전이 있는 경우에는 상기 DC/DC 컨버터부(200)에 대해 정전력을 제어하는 컨버터 제어단계(S510)와, 상기 DC/AC 인버터부(400)에 대해 최대 전력점 추적(MPPT), 직류링크, 계통연계 및 출력 전류를 제어하는 인버터 제어단계(S510)를 갖는 제2 계통연계-동작모드를 수행하는 제2 계통연계-제어단계(S500)를 포함할 수 있다.In addition, the control method of the photovoltaic-fuel cell combined cycle power generation system according to a third embodiment of the present invention, the inverter control step of controlling the DC link, grid connection and the output current to the DC / AC inverter 400 ( In a first grid linkage-control step of performing a first grid linkage-operation mode (S420) and the grid linkage-solar determination step (S200), when there is solar power generation in the grid linkage operation mode. Converter control step (S510) for controlling the constant power for the DC /
도 10은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 단일 컨버터 및 단일 인버터를 이용한 태양광-연료전지 복합 발전 방법을 보이는 플로우챠트이다.FIG. 10 is a flowchart illustrating a photovoltaic-fuel cell combined cycle power generation method using a single converter and a single inverter according to a fourth embodiment of the present invention.
도 2, 도 3, 도 4 및 도 10를 참조하면, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 제어방법은, 연료전지(110)로부터의 FC 출력전압(VFC)을 기설정된 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터부(200), 상기 태양전지(120)로부터의 PV 출력전압(VPV)과 상기 DC/DC 컨버터부(200)로부터의 변환된 FC 출력전압(VFC)을 링크하여 직류 전압(VDC)을 생성하는 직류 링크부(300), 상기 직류 링크부(300)로부터의 직류 전압(VDC)을 기설정된 교류 전압(Vac)으로 변환하는 DC/AC 인버터부(400)를 포함하는 태양광-연료전지 복합 발전 시스템에 적용될 수 있다.2, 3, 4, and 10, the control method of the solar-fuel cell combined cycle power generation system according to the fourth embodiment of the present invention, the FC output voltage (VFC) from the
본 발명의 제4 실시 예에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 제어방법은, 계통연계 판단 및 태양발전 유무 판단에 필요한 전압 및 전류를 검출하는 시스템 스타트 단계(S50)와, 상기 계통전압(Vgrid)에 따라 계통연계 운전모드인지 독립 운전모드인지를 판단하는 운전모드 판단단계(S100)와, 계통연계 운전모드 수행시, 상기 태양전지(120)의 PV 출력전압(VPV) 및 출력전류(IPV)로부터 계산된 PV 전력(PPV)과 기설정된 최소 PV 전력(Pmin)을 비교하여 태양발전 상태를 판단하는 계통연계-태양 판단단계(S200)와, 독립 운전모드 수행시, 상기 태양전지(120)의 PV 전력(PPV)과 기설정된 최소 PV 전력(Pmin)을 비교하여 태양발전 상태를 판단하는 독립-태양 판단단계(S300)와, 상기 계통연계-태양 판단단계(S200)에서, 계통연계 운전모드에서 태양발전이 없는 경우에는 상기 DC/DC 컨버터부(200)에 대해 정전력을 제어하는 컨버터 제어단계(S410)를 포함한다.The control method of the solar-fuel cell combined cycle power generation system according to a fourth embodiment of the present invention, the system start step (S50) for detecting the voltage and current required for grid linkage determination and solar power generation, and the grid voltage ( Operation mode determination step (S100) for determining whether the grid-connected operation mode or the independent operation mode according to (Vgrid), and when performing the grid-connected operation mode, the PV output voltage (VPV) and the output current (IPV) of the
또한, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 제어방법은, 상기 DC/AC 인버터부(400)에 대해 직류링크, 계통연계 및 출력 전류를 제어하는 인버터 제어단계(S420)를 갖는 제1 계통연계-동작모드를 수행하는 제1 계통연계-제어단계(S400)와, 상기 계통연계-태양 판단단계(S200)에서, 계통연계 운전모드에서 태양발전이 있는 경우에는 상기 DC/DC 컨버터부(200)에 대해 정전력을 제어하는 컨버터 제어단계(S510)와, 상기 DC/AC 인버터부(400)에 대해 최대 전력점 추적(MPPT), 직류링크, 계통연계 및 출력 전류를 제어하는 인버터 제어단계(S510)를 갖는 제2 계통연계-동작모드를 수행하는 제2 계통연계-제어단계(S500)를 포함한다.In addition, the control method of the photovoltaic-fuel cell combined cycle power generation system according to a fourth embodiment of the present invention, the inverter control step for controlling the DC link, grid connection and the output current to the DC / AC inverter 400 ( In a first grid linkage-control step of performing a first grid linkage-operation mode (S420) and the grid linkage-solar determination step (S200), when there is solar power generation in the grid linkage operation mode. Converter control step (S510) for controlling the constant power for the DC /
또한, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 제어방법은, 상기 독립-태양 판단단계(S300)에서, 독립 운전모드에서 태양발전이 있는 경우에는 상기 DC/DC 컨버터부(200)에 대해 전류를 제어하는 컨버터 제어단계(S610)와, 상기 DC/AC 인버터부(400)에 대해 최대 전력점 추적(MPPT), 직류링크 및 출력 정전압을 제어하는 인버터 제어단계(S620)를 갖는 제1 독립 동작모드를 수행하는 제1 독립-제어단계(S600)와, 상기 독립-태양 판단단계(S300)에서, 독립 운전모드에서 태양발전이 없는 경우에는 상기 DC/DC 컨버터부(200)에 대해 직류링크를 제어하는 컨버터 제어단계(S710)와, 상기 DC/AC 인버터부(400)에 대해 출력 정전압을 제어하는 인버터 제어단계(S720)를 갖는 제2 독립-동작모드를 수행하는 제2 독립-제어단계(S700)를 포함할 수 있다.In addition, the control method of the solar-fuel cell combined cycle power generation system according to a fourth embodiment of the present invention, in the independent-solar determination step (S300), when there is solar power in the independent operation mode, the DC / DC converter Converter control step (S610) for controlling the current to the
상기 시스템 스타트 단계(S50), 운전모드 판단단계(S100). 계통연계-태양 판단단계(S200), 독립-태양 판단단계(S300), 제1 계통연계-제어단계(S400) 및 제2 계통연계-제어단계(S500) 각각은, 상기 연료전지(110)의 FC 출력전압(VFC) 및 전류(IFC), 상기 태양전지(120)의 PV 출력전압(VPV) 및 전류(IPV), 상기 DC/AC 인버터부(400)의 교류 전압(Vac) 및 출력전류(Iout), 그리고 상용전원(600)의 계통에서 계통전압(Vgrid)을 각각 검출하도록 이루어질 수 있다.The system start step (S50), the operation mode determination step (S100). Grid-connected solar determination step (S200), independent-solar determination step (S300), the first grid linkage-control step (S400) and the second grid linkage-control step (S500), respectively, of the
상기 제1 독립-제어단계 및 제1 독립-제어단계 각각은, 상기 연료전지(110)의 FC 출력전압(VFC) 및 전류(IFC), 상기 태양전지(120)의 PV 출력전압(VPV) 및 전류(IPV), 상기 DC/AC 인버터부(400)의 교류 전압(Vac) 및 출력전류(Iout)를 검출하도록 이루어질 수 있다.Each of the first independent control step and the first independent control step may include an FC output voltage VFC and a current IFC of the
도 11은 본 발명에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 계통연계 운전시 태양발전이 없는 제1 계통연계-제어모드의 제어 흐름도.11 is a control flowchart of a first grid-control mode without solar power during grid-linked operation of the solar-fuel cell combined cycle power generation system according to the present invention.
도 9, 도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 제1 계통연계-제어 단계(S400)의 컨버터 제어단계(S410)는, 상기 DC/DC 컨버터부(200)에 대해 정전력 제어를 위한 제1 제어 오차값을 산출하는 제1 연산단계(S411)와, 상기 제1 연산단계(S411)로부터의 제1 제어 오차값을 이용하여 컨버터 제어값(VC-con)을 보상하는 제1 제어값 보상단계(S412)와, 상기 제1 제어값 보상단계(S412)에서 보상된 컨버터 제어값(VC-con)을 이용하여 PWM 컨버터 제어 신호(PWM-con)를 생성하고, 상기 PWM 컨버터 제어신호를 이용하여 상기 DC/DC 컨버터부(200)의 동작을 제어하는 제1 PWM 제어단계(S413)를 포함할 수 있다.9, 10, and 11, the converter control step S410 of the first grid linkage-control step S400 includes a first method for controlling electrostatic power with respect to the DC /
상기 제1 계통연계-제어 단계(S400)의 제1 연산단계(S411)는, 기설정된 FC 전력 지령치(P*FC)를 상기 FC 출력전압(VFC)으로 나누어 FC 전류 지령치(I*FC)를 생성하고, 상기 FC 전류 지령치(I*FC)와 상기 FC 전류(IFC)와의 차이값에 해당되는 상기 제1 제어 오차값을 산출하도록 이루어질 수 있다.In the first calculation step S411 of the first grid linkage-control step S400, a predetermined FC power command value P * FC is divided by the FC output voltage VFC to divide an FC current command value I * FC. And generate the first control error value corresponding to a difference value between the FC current command value I * FC and the FC current IFC.
도 9, 도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 제1 계통연계-제어 단계(S400)의 인버터 제어단계(S420)는, 상기 DC/AC 인버터부(400)에 대해 직류링크, 계통연계 및 출력 전류 제어를 위한 제2 제어 오차값을 산출하는 제2 연산단계(S421)와, 상기 제2 연산단계(S421)로부터의 제2 제어 오차값을 이용하여 인버터 제어값(VC-inv)을 보상하는 제2 제어값 보상단계(S422)와, 상기 제2 제어값 보상단계(S422)에서 보상된 인버터 제어값(VC-inv)을 이용하여 PWM 인버터 제어 신호(PWM-inv)를 생성하고, 상기 PWM 인버터 제어신호(PWM-inv)를 이용하여 상기 DC/AC 인버터부(400)의 동작을 제어하는 제2 PWM 제어단계(S423)를 포함할 수 있다.9, 10 and 11, the inverter control step (S420) of the first grid connection-control step (S400), DC link, grid connection and output to the DC /
상기 제1 계통연계-제어 단계(S400)의 제2 연산단계(S421)는, 기설정된 직류 전압 지령치(V*DC)와 상기 직류 전압(VDC)과의 차이값에 해당되는 전류 오차값을 산출하고, 상기 전류 오차값으로 전류 지령치를 보상하는 직류 링크 연산단계(S421-2)와, 기설정된 FC 전력 지령치(P*FC)를 상기 계통전압(Vgrid)으로 나누어 전류 수정치(Iout_ff)를 산출하고, 상기 전류 수정치(Iout-ff)로 상기 직류 링크 연산단계(S421-2)로부터의 상기 보상된 전류 지령치를 수정하는 오차 수정단계(S421-4)와, 상기 계통전압(Vgrid)의 위상을 검출하고, 상기 검출된 위상에 동기시켜 상기 오차 수정단계(S421-4)의 전류 지령치를 교류의 출력 전류 지령치(I*out)로 변환하는 DC/AC 변환단계(S421-6)와, 상기 DC/AC 변환단계(S421-6)로부터의 출력 전류 지령치(I*out)와 상기 출력전류(Iout)와의 차이값에 해당되는 상기 제2 제어 오차값을 생성하는 오차 연산단계(S421-8)를 포함할 수 있다.The second calculation step (S421) of the first grid connection-control step (S400) calculates a current error value corresponding to a difference value between a preset DC voltage command value V * DC and the DC voltage VDC. The current correction value Iout_ff is calculated by dividing the DC link operation step S421-2 for compensating the current command value with the current error value and the predetermined FC power command value P * FC by the grid voltage Vgrid. And an error correction step (S421-4) for correcting the compensated current command value from the DC link calculation step (S421-2) with the current correction value (Iout-ff), and the phase of the grid voltage (Vgrid). And a DC / AC conversion step (S421-6) for converting the current command value of the error correction step (S421-4) into an AC output current command value (I * out) in synchronization with the detected phase. The above corresponds to a difference value between the output current command value I * out and the output current Iout from the DC / AC conversion step S421-6. It may include an error operation step (S421-8) for generating a second control error value.
도 12는 본 발명에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 계통연계 운전시 태양발전이 있는 제2 계통연계-제어모드의 제어 흐름도이다.12 is a control flowchart of a second grid linkage-control mode with solar power generation during grid linkage operation of the solar-fuel cell combined cycle power generation system according to the present invention.
도 9, 도 10 및 도 12를 참조하면, 상기 제2 계통연계-제어 단계(S500)의 컨버터 제어단계(S510)는, 상기 DC/DC 컨버터부(200)에 대해 정전력 제어를 위한 제1 제어 오차값을 산출하는 제1 연산단계(S511)와, 상기 제1 연산단계(S511)로부터의 제1 제어 오차값을 이용하여 컨버터 제어값(VC-con)을 보상하는 제1 제어값 보상단계(S512)와, 상기 제1 제어값 보상단계(S512)에서 보상된 컨버터 제어값(VC-con)을 이용하여 PWM 컨버터 제어 신호(PWM-con)를 생성하고, 상기 PWM 컨버터 제어신호를 이용하여 상기 DC/DC 컨버터부(200)의 동작을 제어하는 제1 PWM 제어단계(S513)를 포함할 수 있다.9, 10, and 12, the converter control step (S510) of the second grid linkage-control step (S500) may include a first method for controlling the constant power of the DC /
이때, 상기 제2 계통연계-제어 단계(S500)의 제1 연산단계(S411)는, 기설정된 FC 전력 지령치(P*FC)를 상기 FC 출력전압(VFC)으로 나누어 FC 전류 지령치(I*FC)를 생성하고, 상기 FC 전류 지령치(I*FC)와 상기 FC 전류(IFC)와의 차이값에 해당되는 상기 제1 제어 오차값을 산출하도록 이루어질 수 있다.At this time, the first calculation step (S411) of the second grid connection-control step (S500), by dividing a predetermined FC power command value (P * FC) by the FC output voltage (VFC) FC current command value (I * FC). ) And calculate the first control error value corresponding to the difference between the FC current command value I * FC and the FC current IFC.
도 9, 도 10 및 도 12를 참조하면, 상기 제2 계통연계-제어 단계(S500)의 인버터 제어단계(S520)는, 상기 DC/AC 인버터부(400)에 대해 최대 전력점 추적(MPPT), 직류링크, 계통연계 및 출력 전류 제어를 위한 제2 제어 오차값을 산출하는 제2 연산단계(S521)와, 상기 제2 연산단계(S521)로부터의 제2 제어 오차값을 이용하여 인버터 제어값(VC-inv)을 보상하는 제2 제어값 보상단계(S522)와, 상기 제2 제어값 보상단계(S522)에서 보상된 인버터 제어값(VC-inv)을 이용하여 PWM 인버터 제어 신호(PWM-inv)를 생성하고, 상기 PWM 인버터 제어신호(PWM-inv)를 이용하여 상기 DC/AC 인버터부(400)의 동작을 제어하는 제2 PWM 제어단계(S523)를 포함할 수 있다.9, 10, and 12, the inverter control step (S520) of the second grid linkage-control step (S500) may include a maximum power point tracking (MPPT) for the DC /
상기 제2 계통연계-제어 단계(S500)의 제2 연산단계(S421)는, 상기 PV 출력전압(VPV) 및 전류(IPV)를 이용하여 기설정된 최대 전력점 추적(MPPT: Maximum Power Point Tracking)을 수행하여 PV 출력전압 지령치(V*PV)를 생성하는 최대 전력점 추적단계(S421-1)와, 상기 PV 출력전압(VPV)과 상기 PV 출력전압 지령치(V*PV)와의 차이값에 해당되는 전압 오차값을 산출하고, 상기 전압 오차값으로 출력 전류 지령치를 보상하는 직류 링크 연산단계(S421-2)와, 기설정된 FC 전력 지령치(P*FC)와 기설정된 PV 전력 지령치(P*PV)를 가산하여 전력 지령치를 산출하고, 상기 전력 지령치를 상기 계통전압(Vgrid)으로 나누어 전류 수정치(Iout_ff)를 산출하고, 상기 전류 보상치(Iout-ff)를 이용하여 상기 직류 링크 연산단계(S421-2)의 전류 오차값을 수정하는 오차 수정단계(S421-4)와, 상기 계통전압(Vgrid)의 위상을 검출하고, 상기 검출된 위상에 동기시켜 상기 전류 지령치를 교류의 출력 전류 지령치(I*out)를 변환하는 DC/AC 변환단계(S421-6)와, 상기 DC/AC 변환단계(S421-6)로부터의 출력 전류 지령치(I*out)와 상기 출력전류(Iout)와의 차이값에 해당되는 상기 제2 제어 오차값을 생성하는 오차 연산단계(S421-8)를 포함할 수 있다.In the second calculation step S421 of the second grid linkage-control step S500, a maximum power point tracking (MPPT) is preset using the PV output voltage VPV and the current IPV. Corresponds to a maximum power point tracking step (S421-1) for generating a PV output voltage command value (V * PV) and a difference between the PV output voltage (VPV) and the PV output voltage command value (V * PV). A DC link calculation step (S421-2) for calculating a voltage error value, and compensating an output current command value with the voltage error value, a predetermined FC power command value (P * FC) and a preset PV power command value (P * PV). ) To calculate a power command value, divide the power command value by the grid voltage Vgrid, calculate a current correction value Iout_ff, and calculate the DC link operation step using the current compensation value Iout-ff ( Error correction step (S421-4) for correcting the current error value of S421-2 and the phase of the grid voltage (Vgrid) And a DC / AC conversion step (S421-6) for converting the current command value to an AC output current command value (I * out) in synchronization with the detected phase, and the DC / AC conversion step (S421-6). It may include an error calculation step (S421-8) for generating the second control error value corresponding to the difference between the output current command value (I * out) and the output current (Iout) from the ().
도 13은 본 발명에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 독립발전 운전 시 태양발전이 있는 제1 독립-제어모드의 제어 흐름도이다.13 is a control flowchart of the first independent control mode with solar power during the independent power generation operation of the photovoltaic-fuel cell combined cycle power generation system according to the present invention.
도 10 및 도 13을 참조하면, 상기 제1 독립-제어 단계(S600)의 컨버터 제어단계(S610)는, 상기 DC/DC 컨버터부(200)에 대해 전류 제어를 위한 제1 제어 오차값을 산출하는 제1 연산단계(S611)와, 상기 제1 연산단계(S611)로부터의 제1 제어 오차값을 이용하여 컨버터 제어값(VC-con)을 보상하는 제1 제어값 보상단계(S612)와, 상기 제1 제어값 보상단계(S612)에서 보상된 컨버터 제어값(VC-con)을 이용하여 PWM 컨버터 제어 신호(PWM-con)를 생성하고, 상기 PWM 컨버터 제어신호를 이용하여 상기 DC/DC 컨버터부(200)의 동작을 제어하는 제1 PWM 제어단계(S613)를 포함할 수 있다.10 and 13, in the converter control step S610 of the first independent control step S600, a first control error value for current control is calculated for the DC /
이때, 상기 제1 독립-제어 단계(S600)의 제1 연산단계(S611)는, 기설정된 FC 전력 지령치(P*FC)를 상기 FC 출력전압(VFC)으로 나누어 FC 전류 지령치(I*FC)를 생성하고, 상기 FC 전류 지령치(I*FC)와 상기 FC 전류(IFC)와의 차이값에 해당되는 상기 제1 제어 오차값을 산출하도록 이루어질 수 있다.At this time, the first operation step (S611) of the first independent control step (S600), by dividing the predetermined FC power command value (P * FC) by the FC output voltage (VFC) FC current command value (I * FC). And calculate the first control error value corresponding to the difference between the FC current command value I * FC and the FC current IFC.
여기서, 상기 DC/AC 인버터부(400)의 교류 전압(Vac) 및 출력전류(Iout)를 이용하여 출력 전력(Pout)을 산출하고, 상기 태양전지(120)의 PV 출력전압(VPV) 및 전류(IPV)를 이용하여 PV 전력(PPV)을 산출하며, 상기 FC 전력 지령치(P*FC)는, 상기 출력 전력(Pout)과 상기 PV 전력(PPV)과의 차이값에 해당될 수 있다.Here, the output power Pout is calculated using the AC voltage Vac and the output current Iout of the DC /
도 10 및 도 13을 참조하면, 상기 제1 독립-제어 단계(S600)의 인버터 제어단계(S620)는, 상기 DC/AC 인버터부(400)에 대해 최대 전력점 추적(MPPT), 직류링크 및 출력 정전압 제어를 위한 제2 제어 오차값을 산출하는 제2 연산단계(S621)와, 상기 제2 연산단계(S621)로부터의 제2 제어 오차값을 이용하여 인버터 제어값(VC-inv)을 보상하는 제2 제어값 보상단계(S622)와, 상기 제2 제어값 보상단계(S622)에서 보상된 인버터 제어값(VC-inv)을 이용하여 PWM 인버터 제어 신호(PWM-inv)를 생성하고, 상기 PWM 인버터 제어신호(PWM-inv)를 이용하여 상기 DC/AC 인버터부(400)의 동작을 제어하는 제2 PWM 제어단계(S623)를 포함할 수 있다.10 and 13, the inverter control step (S620) of the first independent control step (S600) includes a maximum power point tracking (MPPT), a DC link, and the like for the DC /
도 10 및 도 13을 참조하면, 상기 제1 독립-제어 단계(S600)의 제2 연산단계(S621)는, 상기 PV 출력전압(VPV) 및 전류(IPV)를 이용하여 기설정된 최대 전력점 추적(MPPT: Maximum Power Point Tracking)을 수행하여 PV 출력전압 지령치(V*PV)를 생성하는 최대 전력점 추적단계(S621-1)와, 상기 PV 출력전압(VPV)과 상기 PV 출력전압 지령치(V*PV)와의 차이값에 해당되는 전압 오차값을 산출하고, 상기 전압 오차값으로 출력 전압 지령치(V*out)를 보상하는 직류 링크 연산단계(S621-2)와, 상기 직류 링크 연산단계(S421-2)로부터의 출력 전압 지령치를 교류의 출력 전압 지령치(V*out)로 변환하는 DC/AC 변환단계(S621-6)와, 상기 DC/AC 변환단계(S621-6)로부터의 출력 전압 지령치(V*out)와 상기 출력전압(Vout)과의 차이값에 해당되는 상기 제2 제어 오차값을 생성하는 오차 연산단계(S621-8)를 포함할 수 있다.10 and 13, the second calculation step S621 of the first independent control step S600 may be based on the preset maximum power point tracking using the PV output voltage VPV and the current IPV. A maximum power point tracking step (S621-1) of performing a maximum power point tracking (MPPT) to generate a PV output voltage command value (V * PV), the PV output voltage (VPV) and the PV output voltage command value (V). A DC link calculation step S621-2 calculating a voltage error value corresponding to a difference value of * PV), and compensating an output voltage command value V * out with the voltage error value, and the DC link calculation step S421. A DC / AC conversion step (S621-6) for converting the output voltage command value from -2) into an output voltage command value (V * out) of AC, and an output voltage command value from the DC / AC conversion step (S621-6). And an error calculation step S621-8 for generating the second control error value corresponding to the difference between V * out and the output voltage Vout.
도 14는 본 발명에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 독립발전 운전시 태양발전이 없는 제2 독립-제어모드의 제어 흐름도이다.14 is a control flowchart of a second independent control mode without solar power during the independent power generation operation of the solar-fuel cell combined cycle power generation system according to the present invention.
도 10 및 도 14를 참조하면, 상기 제2 독립-제어 단계(S700)의 컨버터 제어단계(S710)는, 상기 DC/DC 컨버터부(200)에 대해 직류링크 제어를 위한 제1 제어 오차값을 산출하는 제1 연산단계(S711)와, 상기 제1 연산단계(S711)로부터의 제1 제어 오차값을 이용하여 컨버터 제어값(VC-con)을 보상하는 제1 제어값 보상단계(S712)와, 상기 제1 제어값 보상단계(S712)에서 보상된 컨버터 제어값(VC-con)을 이용하여 PWM 컨버터 제어 신호(PWM-con)를 생성하고, 상기 PWM 컨버터 제어신호를 이용하여 상기 DC/DC 컨버터부(200)의 동작을 제어하는 제1 PWM 제어단계(S713)를 포함할 수 있다.10 and 14, the converter control step (S710) of the second independent control step (S700) may include a first control error value for DC link control with respect to the DC /
상기 제2 독립-제어 단계(S700)의 제1 연산단계(S711)는, 기설정된 직류 전압 지령치(V*DC)와 상기 직류 전압(VDC)의 차이값에 해당되는 전압 오차값을 산출하고, 이 전압 오차값을 이용하여 기설정된 FC 전류 지령치(I*FC)를 보상하고, 상기 보상된 FC 전류 지령치(I*FC)와 상기 FC 전류(IFC)와의 차이값에 해당되는 상기 제1 제어 오차값을 산출하도록 이루어질 수 있다.The first calculation step S711 of the second independent control step S700 calculates a voltage error value corresponding to a difference value between a preset DC voltage command value V * DC and the DC voltage VDC, The voltage error value is used to compensate for a predetermined FC current command value I * FC, and the first control error corresponding to a difference value between the compensated FC current command value I * FC and the FC current IFC. It can be made to calculate a value.
도 10 및 도 14를 참조하면, 상기 제2 독립-제어 단계(S700)의 인버터 제어단계(S720)는, 상기 DC/AC 인버터부(400)에 대해 출력 정전압 제어를 위한 제2 제어 오차값을 산출하는 제2 연산단계(S721)와, 상기 제2 연산단계(S721)로부터의 제2 제어 오차값을 이용하여 인버터 제어값(VC-inv)을 보상하는 제2 제어값 보상단계(S722)와, 상기 제2 제어값 보상단계(S722)에서 보상된 인버터 제어값(VC-inv)을 이용하여 PWM 인버터 제어 신호(PWM-inv)를 생성하고, 상기 PWM 인버터 제어신호(PWM-inv)를 이용하여 상기 DC/AC 인버터부(400)의 동작을 제어하는 제2 PWM 제어단계(S723)를 포함할 수 있다.10 and 14, the inverter control step S720 of the second independent control step S700 may include a second control error value for output constant voltage control with respect to the DC /
상기 제2 독립-제어 단계(S700)의 제2 연산단계(S721)는, 상기 교류 전압 지령치(V*ac)와 교류 전압(Vac)과의 차이값에 해당되는 상기 제2 제어 오차값을 생성하도록 이루어질 수 있다.The second operation step S721 of the second independent control step S700 generates the second control error value corresponding to a difference value between the AC voltage command value V * ac and the AC voltage Vac. It can be made to.
이하, 본 발명의 작용 및 효과를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다. Hereinafter, the operation and effects of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명의 태양광-연료전지 복합 발전 시스템에 대해 설명한다.1 to 2, a solar-fuel cell combined cycle power generation system of the present invention will be described.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 및 제2 실시 예에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템에서, 본 발명의 DC/DC 컨버터부(200)는 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 연료전지(110)로부터의 FC 출력전압(VFC)을 기설정된 전압으로 변환하여 직류 링크부(300)에 출력한다. First, referring to FIGS. 1 and 2, in the solar-fuel cell combined cycle power generation system according to the first and second embodiments of the present invention, the DC /
이때, 상기 연료전지(110)는, 예를 들어, 대략 24V 내지 42V의 FC 출력전압과, 대략 50A까지의 FC 전류(IFC)를 출력할 수 있다. 상기 DC/DC 컨버터부(200)는 상기 FC 출력전압(VFC)을 DC/AC 변환에서 요구되는 대략 350V 내지 380V 정도로 변 환한다.In this case, the
상기 직류 링크부(300)는, 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양전지(120)의 출력단과 상기 DC/DC 컨버터부(200)의 출력단을 공통으로 연결하여, 상기 태양전지(120)로부터의 PV 출력전압(VPV)과 상기 DC/DC 컨버터부(200)로부터의 변환된 FC 출력전압(VFC)을 링크하여 직류 전압(VDC)을 생성하여 DC/AC 인버터부(400)에 출력한다. The
이때, 상기 태양전지(120)는 복수의 태양전지가 직렬로 접속되어, 태양이 있는 경우에 DC/AC 변환에서 요구되는 예를 들어 대략 350V 정도의 전압을 생성할 수 있도록 구현될 수 있다. 상기 태양전지(120)를 이용해 최대 전력을 생산하기 위해서는, 상기 태양전지(120)에 의해 생성되는 전력에 대해 최대 전력점을 추적하는 최대 전력점 추적(MPPT)이 수행되어야 한다.In this case, the
그리고, 상기 DC/AC 인버터부(400)는, 상기 직류 링크부(300)로부터의 직류 전압(VDC)을 기설정된 교류 전압(Vac)으로 변환한다.The DC /
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템은, 본 발명의 전압/전류 검출부(700)는, 상기 연료전지(110), 태양전지(120) 및 DC/AC 인버터부(400) 각각에 의해 생성된 전압 및 전류를 검출하여 복합발전 제어부(800)에 제공한다.2, in the solar-fuel cell hybrid power generation system according to the second embodiment of the present invention, the voltage /
상기 복합발전 제어부(800)는, 상기 전압/전류 검출부(700)에 의해 검출된 복수의 전압 및 전류에 기초해서, 상기 DC/DC 컨버터부(200) 및 상기 DC/AC 인버터 부(400)의 동작을 제어할 수 있다.The combined power
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예 및 제2 실시 예에서, 상기 직류 링크부(300)는 커패시터(Cdc)를 포함할 수 있으며, 이 경우, 상기 커패시터(Cdc)에 의해서 상기 직류 전압(VDC)에 포함될 수 있는 노이즈나 교류 리플 성분이 제거될 수 있으므로, 상기 직류 링크부(300)는 보다 안정된 직류 전압(VDC)을 제공할 수 있다.1 and 2, in the first and second embodiments of the present disclosure, the
또한, 상기 DC/AC 인버터부(400)가, DC/AC 인버터(410) 및 필터(420)를 포함하는 경우, 상기 DC/AC 인버터(410)는 상기 직류 링크부(300)로부터의 직류 전압(VDC)을 펄스형태의 전압으로 변환하여 필터(420)에 출력한다. 상기 필터(420)는, 상기 DC/AC 인버터(410)의 펄스형태의 전압을 상기 교류 전압(Vac)으로 변환할 수 있다.In addition, when the DC /
상기 DC/AC 인버터부(400)가 계통 전달부(430)를 더 포함하는 경우, 상기 계통 전달부(430)는 상기 필터(420)로부터의 교류 전압(Vac)을 계통(Grid)에 전달할 수 있다.When the DC /
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에서, 상기 전압/전류 검출부(700)는, 상기 연료전지(110)의 FC 출력전압(VFC) 및 전류(IFC), 상기 태양전지(120)의 PV 출력전압(VPV) 및 전류(IPV), 상기 DC/AC 인버터부(400)의 교류 전압(Vac) 및 출력전류(Iout), 그리고 상용전원(600)의 계통에서 계통전압(Vgrid)을 각각 검출할 수 있다.Referring to FIG. 2, in the second embodiment of the present disclosure, the voltage /
상기 복합발전 제어부(800)가 컨버터 제어기(810) 및 인버터 제어기(820)를 포함하는 경우, 상기 컨버터 제어기(810)는, 상기 계통전압(Vgrid), 상기 FC 출력전압(VFC) 및 전류(IFC)를 이용하여 상기 DC/DC 컨버터부(200)의 동작을 제어할 수 있다. 상기 인버터 제어기(820)는, 상기 전압/전류 검출부(700)로부터의 PV 출력전압(VPV) 및 전류(IPV)에 기초해서 상기 DC/AC 인버터부(400)의 동작을 제어할 수 있다.When the combined power
본 발명의 태양광-연료전지 복합 발전 시스템은, 상용전원(600)에 연결하여 운전되는 계통연계 운전이 가능하고, 또는 도서, 산간 지역 등과 같이, 상용전원과 연계되지 못하여 독립적으로 운전되는 독립 운전이 가능하다.Photovoltaic-fuel cell combined cycle power generation system of the present invention, the grid-driven operation can be operated by connecting to the
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 복합발전 제어부(800), 또는 상기 컨버터 제어기(810) 및 인버터 제어기(820) 각각은, 계통연계 운전모드에서, 상기 태양전지(120)의 PV 출력전압(VPV) 및 전류(IPV)에 의한 PV 전력(PPV)에 따라 태양발전 상태를 판단하며, 상기 태양발전 유무의 판단결과에 따라 기설정된 제1 및 제2 계통연계-제어모드중 하나의 제어모드를 수행할 수 있다. 여기서, 상기 제1 계통연계-제어모드는, 계통연계 운전모드에서 태양발전이 없는 제어모드이고, 상기 제2 계통연계-제어모드는, 계통연계 운전모드에서 태양발전이 있는 제어모드이다.2 and 3, the combined
또한, 도 2 및 도 4를 참조하면, 상기 복합발전 제어부(800), 또는 상기 컨버터 제어기(810) 및 인버터 제어기(820) 각각은, 독립 운전모드에서, 상기 태양발전 유무의 판단결과에 따라 기설정된 제1 및 제2 독립-제어모드중 하나의 제어모드를 수행할 수 있다. 여기서, 상기 제1 독립-제어모드는, 계통연계없이 독립 운전시 태양발전이 있는 제어모드이며, 상기 제2 독립-제어모드는, 계통연계없이 독립 운전시 태양발전이 없는 제어모드이다.2 and 4, each of the combined
이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템에서, 계통연계 운전중 태양발전이 없는 제1 계통연계-제어모드 및 태양발전이 있는 제2 계통연계-제어모드에 대해 설명한다.Hereinafter, in the solar-fuel cell combined cycle power generation system according to the present invention with reference to FIGS. 5 and 6, the first grid linkage-control mode without solar power and the second grid linkage-control with solar power generation during grid linkage operation. The mode will be described.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 컨버터 제어기(810)가 제1 연산부(811), 제1 제어값 보상부(812) 및 제1 PWM 제어부(813)를 포함할 수 있고, 상기 인버터 제어기(820)가, 제2 연산부(821), 제2 제어값 보상부(822) 및 제2 PWM 제어부(823)를 포함할 수 있다.5 and 6, the
먼저, 도 5를 참조하면, 본 발명의 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 제1 계통연계-제어모드에 대해 설명한다.First, referring to FIG. 5, a first grid linkage-control mode of the solar-fuel cell combined cycle power generation system of the present invention will be described.
도 5를 참조하면, 상기 컨버터 제어기(810)의 제1 연산부(811)는, 상기 DC/DC 컨버터부(200)에 대해 정전력 제어를 위한 제1 제어 오차값을 산출하여 상기 제1 제어값 보상부(812)에 출력한다. 상기 제1 제어값 보상부(812)는 상기 제1 연산부(811)로부터의 제1 제어 오차값을 이용하여 컨버터 제어값(VC-con)을 보상하여 상기 제1 PWM 제어부(813)에 출력한다. 그리고, 상기 제1 PWM 제어부(813)는, 상기 제1 제어값 보상부(812)에서 보상된 컨버터 제어값(VC-con)을 이용하여 PWM 컨버터 제어 신호(PWM-con)를 생성하고, 상기 PWM 컨버터 제어신호를 이용하여 상기 DC/DC 컨버터부(200)의 동작을 제어할 수 있다. Referring to FIG. 5, the
이때, 상기 컨버터 제어기(810)의 제1 연산부(811)는, 상기 제1 계통연계-제어모드에서는, 기설정된 FC 전력 지령치(P*FC)를 상기 FC 출력전압(VFC)으로 나누어 FC 전류 지령치(I*FC)를 생성하고, 상기 FC 전류 지령치(I*FC)와 상기 FC 전류(IFC)와의 차이값에 해당되는 상기 제1 제어 오차값을 산출할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 제어 오차값은, 상기 FC 전류 지령치(I*FC)에서 상기 FC 전류(IFC)를 감산한 차이값에 해당될 수 있다.At this time, the first calculating
여기서, 상기 제1 제어값 보상부(812)는 상기 제1 연산부(811)로부터의 제1 제어 오차값을 이용하여 상기 컨버터 제어값(VC-con)의 오차성분을 제거하는 비례적분(PI: Proportional Integrate) 제어기로 이루어질 수 있다.Here, the first
그리고, 상기 제1 PWM 제어부(813)는, 상기 제1 제어값 보상부(812)에서 보상된 컨버터 제어값(VC-con)과 기설정된 삼각파형의 기준신호와 비교하여, 예를 들어, 상기 컨버터 제어값(VC-con)이 상기 기준신호보다 높으면 하이레벨을 출력하 고, 반대로 상기 컨버터 제어값(VC-con)이 상기 기준신호보다 높지 않으면 로우레벨을 출력한다. 즉, 상기 제1 PWM 제어부(813)는, 상기 컨버터 제어값(VC-con)의 크기레벨에 따라 펄스폭이 가변되는 PWM 컨버터 제어 신호(PWM-con)를 생성한다.The
또한, 도 5를 참조하면, 상기 인버터 제어기(820)의 제2 연산부(821)는, 상기 DC/AC 인버터부(400)에 대해 직류링크, 계통연계 및 출력전류 제어를 위한 제2 제어 오차값을 산출하여 상기 제2 제어값 보상부(822)에 출력한다. 상기 제2 제어값 보상부(822)는, 상기 제2 연산부(821)로부터의 제2 제어 오차값을 이용하여 인버터 제어값(VC-inv)을 보상하여 제2 PWM 제어부(823)에 출력한다. 그리고, 상기 제2 PWM 제어부(823)는, 상기 제2 제어값 보상부(822)에서 보상된 인버터 제어값(VC-inv)을 이용하여 PWM 인버터 제어 신호(PWM-inv)를 생성하고, 상기 PWM 인버터 제어신호(PWM-inv)를 이용하여 상기 DC/AC 인버터부(400)의 동작을 제어할 수 있다.In addition, referring to FIG. 5, the second calculating
여기서, 상기 인버터 제어기(820)가 상기 DC/AC 인버터부(400)의 출력전류를 제어함으로서, 상기 DC/AC 인버터부(400)의 앞단에 위치하는 직류 링크부(300)의 직류링크 전압이 제어될 수 있고, 이에 따라 상기 DC/AC 인버터부(400)의 출력전력이 제어될 수 있다.Here, the
또한, 상기 계통연계는, 상기 필터(420)로부터의 교류 전압(Vac)의 위상과, 상기 계통(Grid) 전압과의 위상을 동기시켜, 상기 DC/AC 인버터부(400)의 계통 전달부(430)를 통해, 상기 필터(420)로부터의 교류 전압(Vac)을 계통(Grid)에 전달하는 것이다.In addition, the grid connection is synchronized with the phase of the AC voltage (Vac) from the
이때, 상기 인버터 제어기(820)의 제2 연산부(821)는, 직류 링크 연산부(821-2), 오차 수정부(821-4), DC/AC 변환부(821-6) 및 오차 연산부(821-8)를 포함하는 경우, 상기 직류 링크 연산부(821-2)는, 기설정된 직류 전압 지령치(V*DC)와 상기 직류 전압(VDC)과의 차이값에 해당되는 전류 오차값을 산출하고, 상기 전류 오차값으로 전류 지령치를 보상하여 상기 오차 수정부(821-4)에 제공한다. In this case, the
이러서, 상기 오차 수정부(821-4)는, 기설정된 FC 전력 지령치(P*FC)를 상기 계통전압(Vgrid)으로 나누어 전류 수정치(Iout_ff)를 산출하고, 상기 전류 수정치(Iout-ff)로 상기 직류 링크 연산부(821-2)로부터의 상기 보상된 전류 지령치를 수정하여 DC/AC 변환부(821-6)에 제공한다. 상기 DC/AC 변환부(821-6)는, 상기 계통전압(Vgrid)의 위상을 검출하고, 상기 검출된 위상에 동기시켜 상기 오차 수정부(821-4)의 전류 지령치를 교류의 출력 전류 지령치(I*out)로 변환하여 오차 연산부(821-8)에 제공한다. 그리고 상기 오차 연산부(821-8)는, 상기 DC/AC 변환부(821-6)로부터의 출력 전류 지령치(I*out)와 상기 출력전류(Iout)와의 차이값에 해당되는 상기 제2 제어 오차값을 생성한다.Thus, the error correction unit 821-4 divides the predetermined FC power command value P * FC by the grid voltage Vgrid to calculate the current correction value Iout_ff, and the current correction value Iout−. ff) corrects the compensated current command value from the DC link calculating unit 821-2 and provides it to the DC / AC converter 821-6. The DC / AC converter 821-6 detects the phase of the grid voltage Vgrid, and synchronizes the detected phase with the current command value of the error correction part 821-4 to output an AC output current command value. It converts to (I * out) and provides it to the error calculating part 821-8. The error calculating unit 821-8 may further include the second control error corresponding to a difference value between the output current command value I * out and the output current Iout from the DC / AC converter 821-6. Create a value.
여기서, 예를 들면, 상기 직류 링크 연산부(821-2)에서의 전류 오차값은, 기설정된 직류 전압 지령치(V*DC)에서 상기 직류 전압(VDC)을 감산한 차이값에 해당될 수 있고, 상기 직류 링크 연산부(821-2)에서의 전류 지령치 보상은, 상 전류 오차값을 이용하여, 상기 전류 지령치의 전류오차를 제거하는 비례적분 제어기에 의해 구현될 수 있다.Here, for example, the current error value in the DC link calculating unit 821-2 may correspond to a difference value obtained by subtracting the DC voltage VDC from a preset DC voltage command value V * DC. The current command value compensation in the DC link operation unit 821-2 may be implemented by a proportional integral controller which removes a current error of the current command value by using a phase current error value.
먼저, 도 6을 참조하면, 본 발명의 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 제2 계통연계-제어모드에 대해 설명한다.First, referring to FIG. 6, a second grid linkage-control mode of the solar-fuel cell combined cycle power generation system of the present invention will be described.
도 6을 참조하면, 상기 컨버터 제어기(810)의 제1 연산부(811)는, 상기 DC/DC 컨버터부(200)에 대해 정전력 제어를 위한 제1 제어 오차값을 산출하여 제1 제어값 보상부(812)에 제공한다. 상기 제1 제어값 보상부(812)는 상기 제1 연산부(811)로부터의 제1 제어 오차값을 이용하여 컨버터 제어값(VC-con)을 보상하여 제1 PWM 제어부(813)에 제공한다. 그리고, 상기 제1 PWM 제어부(813)는, 상기 제1 제어값 보상부(812)에서 보상된 컨버터 제어값(VC-con)을 이용하여 PWM 컨버터 제어 신호(PWM-con)를 생성하고, 상기 PWM 컨버터 제어신호를 이용하여 상기 DC/DC 컨버터부(200)의 동작을 제어할 수 있다.Referring to FIG. 6, the
이때, 상기 컨버터 제어기(810)의 제1 연산부(811)는, 상기 제2 계통연계-제어모드에서는, 기설정된 FC 전력 지령치(P*FC)를 상기 FC 출력전압(VFC)으로 나누어 FC 전류 지령치(I*FC)를 생성하고, 상기 FC 전류 지령치(I*FC)와 상기 FC 전류(IFC)와의 차이값에 해당되는 상기 제1 제어 오차값을 산출할 수 있다.At this time, the first calculating
또한, 도 6을 참조하면, 상기 인버터 제어기(820)의 제2 연산부(821)는, 상기 DC/AC 인버터부(400)에 대해 최대 전력점 추적(MPPT), 직류링크, 계통연계 및 출력전류 제어를 위한 제2 제어 오차값을 산출하여 제2 제어값 보상부(822)에 제공한다. 상기 제2 제어값 보상부(822)는 상기 제2 연산부(821)로부터의 제2 제어 오차값을 이용하여 인버터 제어값(VC-inv)을 보상하여 제2 PWM 제어부(823)에 제공한다. 그리고, 상기 제2 PWM 제어부(823)는, 상기 제2 제어값 보상부(822)에서 보상된 인버터 제어값(VC-inv)을 이용하여 PWM 인버터 제어 신호(PWM-inv)를 생성하고, 상기 PWM 인버터 제어신호(PWM-inv)를 이용하여 상기 DC/AC 인버터부(400)의 동작을 제어할 수 있다.In addition, referring to FIG. 6, the second calculating
한편, 상기 최대 전력점 추적(MPPT)에 대해 간단히 설명하면, 상기 PV 전력이 기설정된 기준전력보다 높을 경우에는, 상기 태양전지는 그 특성상 최대 전력점을 가지므로, 최대 전력을 생산하기 위해서, 전력에 관련되는 저항, 전압 및 전류중에서 하나를 가변시켜 가면서 최대 전력점을 찾아가는 제어를 의미한다. In the meantime, the maximum power point tracking (MPPT) will be briefly described. When the PV power is higher than a predetermined reference power, the solar cell has a maximum power point due to its characteristics, so that the maximum power point tracking is performed in order to produce the maximum power. It refers to the control to find the maximum power point while varying one of the resistance, voltage and current related to.
이때, 상기 인버터 제어기(820)의 제2 연산부(821)는, 최대 전력점 추적부(821-1), 직류 링크 연산부(821-2), 오차 수정부(821-4), DC/AC 변환부(821-6) 및 오차 연산부(821-8)를 포함하는 경우, 상기 최대 전력점 추적부(821-1)는, 상기 PV 출력전압(VPV) 및 전류(IPV)를 이용하여 기설정된 최대 전력점 추적(MPPT: Maximum Power Point Tracking)을 수행하여 PV 출력전압 지령치(V*PV)를 생성하여 직류 링크 연산부(821-2)에 제공한다. 상기 직류 링크 연산부(821-2)는, 상기 PV 출력전압(VPV)과 상기 PV 출력전압 지령치(V*PV)와의 차이값에 해당되는 전압 오차값을 산출하고, 상기 전압 오차값으로 출력 전류 지령치를 보상하여 오차 수정부(821-4)에 제공한다. At this time, the
이어서, 상기 오차 수정부(821-4)는, 기설정된 FC 전력 지령치(P*FC)와 기설정된 PV 전력 지령치(P*PV)를 가산하여 전력 지령치를 산출하고, 상기 전력 지령치를 상기 계통전압(Vgrid)으로 나누어 전류 수정치(Iout_ff)를 산출하고, 상기 전류 보상치(Iout-ff)를 이용하여 상기 직류 링크 연산부(821-2)의 전류 오차값을 수정하여 DC/AC 변환부(821-6)에 제공한다. 상기 DC/AC 변환부(821-6)는, 상기 계통전압(Vgrid)의 위상을 검출하고, 상기 검출된 위상에 동기시켜 상기 전류 지령치를 교류의 출력 전류 지령치(I*out)를 변환하여 오차 연산부(821-8)에 제공한다. 그리고, 상기 오차 연산부(821-8)는, 상기 DC/AC 변환부(821-6)로부터의 출력 전류 지령치(I*out)와 상기 출력전류(Iout)와의 차이값에 해당되는 상기 제2 제어 오차값을 생성할 수 있다.Subsequently, the error correction unit 821-4 calculates a power command value by adding a preset FC power command value P * FC and a preset PV power command value P * PV, and calculates the power command value from the grid voltage. Divide by (Vgrid) to calculate the current correction value Iout_ff, and correct the current error value of the DC link operation unit 821-2 by using the current compensation value Iout-ff to convert the DC /
이하, 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템에서, 독립 운전중 태양발전이 있는 제1 독립-제어모드 및 태양발전이 없는 제2 독립-제어모드에 대해 설명한다.Hereinafter, in the solar-fuel cell combined cycle power generation system according to the present invention with reference to Figures 7 and 8, for the first independent control mode with solar power and the second independent control mode without solar power in independent operation Explain.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 컨버터 제어기(810)가 제1 연산부(811), 제1 제어값 보상부(812) 및 제1 PWM 제어부(813)를 포함할 수 있고, 상기 인버터 제어기(820)가, 제2 연산부(821), 제2 제어값 보상부(822) 및 제2 PWM 제어부(823)를 포함할 수 있다.7 and 8, the
먼저, 도 7을 참조하면, 본 발명의 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 제1 독립-제어모드에 대해 설명한다.First, referring to FIG. 7, a first independent control mode of the solar-fuel cell combined cycle power generation system of the present invention will be described.
도 7을 참조하면, 상기 컨버터 제어기(810)의 제1 연산부(811)는, 상기 DC/DC 컨버터부(200)에 대해 전류 제어를 위한 제1 제어 오차값을 산출하여 제1 제어값 보상부(812)에 제공한다. 상기 제1 제어값 보상부(812)는, 상기 제1 연산부(811)로부터의 제1 제어 오차값을 이용하여 컨버터 제어값(VC-con)을 보상하여 제1 PWM 제어부(813)에 제공한다. 그리고, 상기 제1 PWM 제어부(813)는, 상기 제1 제어값 보상부(812)에서 보상된 컨버터 제어값(VC-con)을 이용하여 PWM 컨버터 제어 신호(PWM-con)를 생성하고, 상기 PWM 컨버터 제어신호를 이용하여 상기 DC/DC 컨버터부(200)의 동작을 제어할 수 있다.Referring to FIG. 7, the
이때, 상기 컨버터 제어기(810)의 제1 연산부(811)는, 상기 제1 계통연계-제어모드, 제2 계통연계-제어모드 및 제1 독립-제어모드 각각에서는, 기설정된 FC 전력 지령치(P*FC)를 상기 FC 출력전압(VFC)으로 나누어 FC 전류 지령치(I*FC)를 생성하고, 상기 FC 전류 지령치(I*FC)와 상기 FC 전류(IFC)와의 차이값에 해당되는 상기 제1 제어 오차값을 산출할 수 있다.At this time, the
여기서, 상기 DC/AC 인버터부(400)의 교류 전압(Vac) 및 출력전류(Iout)를 이용하여 출력 전력(Pout)을 산출하고, 상기 태양전지(120)의 PV 출력전압(VPV) 및 전류(IPV)를 이용하여 PV 전력(PPV)을 산출하며, 상기 FC 전력 지령치(P*FC)는, 상기 출력 전력(Pout)과 상기 PV 전력(PPV)과의 차이값에 해당될 수 있다.Here, the output power Pout is calculated using the AC voltage Vac and the output current Iout of the DC /
또한, 도 7을 참조하면, 상기 인버터 제어기(820)의 제2 연산부(821)는, 상기 DC/AC 인버터부(400)에 대해 최대 전력점 추적(MPPT), 직류링크 및 출력 정전압 제어를 위한 제2 제어 오차값을 산출하여 제2 제어값 보상부(822)에 제공한다. 상기 제2 제어값 보상부(822)는, 상기 제2 연산부(821)로부터의 제2 제어 오차값을 이용하여 인버터 제어값(VC-inv)을 보상하여 제2 PWM 제어부(823)에 제공한다. 상기 제2 PWM 제어부(823)는, 상기 제2 제어값 보상부(822)에서 보상된 인버터 제어값(VC-inv)을 이용하여 PWM 인버터 제어 신호(PWM-inv)를 생성하고, 상기 PWM 인버터 제어신호(PWM-inv)를 이용하여 상기 DC/AC 인버터부(400)의 동작을 제어할 수 있다.In addition, referring to FIG. 7, the second calculating
이때, 상기 인버터 제어기(820)의 제2 연산부(821)는, 최대 전력점 추적부(821-1), 직류 링크 연산부(821-2), DC/AC 변환부(821-6) 및 오차 연산부(821-8)를 포함하는 경우, 상기 최대 전력점 추적부(821-1)는, 상기 PV 출력전압(VPV) 및 전류(IPV)를 이용하여 기설정된 최대 전력점 추적(MPPT: Maximum Power Point Tracking)을 수행하여 PV 출력전압 지령치(V*PV)를 생성하여 직류 링크 연산부(821-2)에 제공한다. In this case, the second calculating
이러서, 상기 직류 링크 연산부(821-2)는, 상기 PV 출력전압(VPV)과 상기 PV 출력전압 지령치(V*PV)와의 차이값에 해당되는 전압 오차값을 산출하고, 상기 전압 오차값으로 출력 전압 지령치(V*out)를 보상하여 DC/AC 변환부(821-6)에 제공한다. 상기 DC/AC 변환부(821-6)는, 상기 직류 링크 연산부(821-2)로부터의 출력 전압 지 령치를 교류의 출력 전압 지령치(V*out)로 변환하여 오차 연산부(821-8)에 제공한다. 그리고, 상기 오차 연산부(821-8)는, 상기 DC/AC 변환부(821-6)로부터의 출력 전압 지령치(V*out)와 상기 출력전압(Vout)과의 차이값에 해당되는 상기 제2 제어 오차값을 생성할 수 있다.Thus, the DC link calculating unit 821-2 calculates a voltage error value corresponding to a difference value between the PV output voltage VPV and the PV output voltage command value V * PV, and calculates the voltage error value as the voltage error value. The output voltage command value V * out is compensated for and provided to the DC / AC converter 821-6. The DC / AC converter 821-6 converts the output voltage command value from the DC link operation unit 821-2 to an output voltage command value V * out of AC and converts the output voltage command value into an error calculation unit 821-8. to provide. The error calculating unit 821-8 corresponds to the second value corresponding to a difference value between the output voltage command value V * out and the output voltage Vout from the DC / AC converter 821-6. A control error value can be generated.
다음, 도 8을 참조하면, 본 발명의 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 제2 독립-제어모드에 대해 설명한다.Next, referring to FIG. 8, a second independent control mode of the solar-fuel cell combined cycle power generation system of the present invention will be described.
도 8을 참조하면, 상기 컨버터 제어기(810)의 제1 연산부(811)는, 상기 DC/DC 컨버터부(200)에 대해 직류링크 제어를 위한 제1 제어 오차값을 산출하여 제1 제어값 보상부(812)에 제공한다. 상기 제1 제어값 보상부(812)는, 상기 제1 연산부(811)로부터의 제1 제어 오차값을 이용하여 컨버터 제어값(VC-con)을 보상하여 제1 PWM 제어부(813)에 제공한다. 그리고, 상기 제1 PWM 제어부(813)는, 상기 제1 제어값 보상부(812)에서 보상된 컨버터 제어값(VC-con)을 이용하여 PWM 컨버터 제어 신호(PWM-con)를 생성하고, 상기 PWM 컨버터 제어신호를 이용하여 상기 DC/DC 컨버터부(200)의 동작을 제어할 수 있다.Referring to FIG. 8, the
이때, 상기 컨버터 제어기(810)의 제1 연산부(811)는, 상기 제2 독립-제어모드시, 기설정된 직류 전압 지령치(V*DC)와 상기 직류 전압(VDC)의 차이값에 해당되는 전압 오차값을 산출하고, 이 전압 오차값을 이용하여 기설정된 FC 전류 지령치(I*FC)를 보상하고, 상기 보상된 FC 전류 지령치(I*FC)와 상기 FC 전류(IFC)와의 차이값에 해당되는 상기 제1 제어 오차값을 산출할 수 있다.At this time, the
또한, 도 8을 참조하면, 상기 인버터 제어기(820)의 제2 연산부(821)는, 상기 DC/AC 인버터부(400)에 대해 출력 정전압 제어를 위한 제2 제어 오차값을 산출하여 제2 제어값 보상부(822)에 제공한다. 상기 제2 제어값 보상부(822)는, 상기 제2 연산부(821)로부터의 제2 제어 오차값을 이용하여 인버터 제어값(VC-inv)을 보상하여 제2 PWM 제어부(823)에 제공한다. 그리고, 상기 제2 PWM 제어부(823)는, 상기 제2 제어값 보상부(822)에서 보상된 인버터 제어값(VC-inv)을 이용하여 PWM 인버터 제어 신호(PWM-inv)를 생성하고, 상기 PWM 인버터 제어신호(PWM-inv)를 이용하여 상기 DC/AC 인버터부(400)의 동작을 제어할 수 있다.In addition, referring to FIG. 8, the second calculating
이때, 상기 인버터 제어기(820)의 제2 연산부(821)는, 상기 제2 독립-제어모드에서는, 상기 교류 전압 지령치(V*ac)와 교류 전압(Vac)과의 차이값에 해당되는 상기 제2 제어 오차값을 생성할 수 있다.In this case, in the second independent control mode, the second calculating
이하, 도 2, 도 3, 도 4, 도 9 내지 도 14를 참조하여 본 발명의 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 제어방법에 대해 설명한다.Hereinafter, a control method of the solar-fuel cell hybrid power generation system of the present invention will be described with reference to FIGS. 2, 3, 4, and 9 to 14.
도 2, 도 3 및 도 9 내지 도 14를 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예 및 제4 실시 예에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 방법은, 연료전지(110)로부터의 FC 출력전압(VFC)을 기설정된 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터부(200), 상기 태양전지(120)로부터의 PV 출력전압(VPV)과 상기 DC/DC 컨버터부(200)로부터의 변환된 FC 출력전압(VFC)을 링크하여 직류 전압(VDC)을 생성하는 직류 링크부(300), 상기 직류 링크부(300)로부터의 직류 전압(VDC)을 기설정된 교류 전압(Vac)으로 변환하는 DC/AC 인버터부(400)를 포함하는 태양광-연료전지 복합 발전 시스템에 적용될 수 있다.2, 3, and 9 to 14, the combined photovoltaic-fuel cell power generation method according to the third and fourth embodiments of the present invention, the FC output voltage from the fuel cell 110 ( DC /
먼저, 도 9를 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 제어방법에서, 먼저 시스템 스타트 단계(S50)는, 계통연계 판단 및 태양발전 유무 판단에 필요한 전압 및 전류를 검출한다.First, referring to FIG. 9, in the method for controlling a photovoltaic-fuel cell combined cycle power generation system according to a third embodiment of the present invention, first, the system start step (S50) includes a voltage required for grid linkage determination and solar power generation determination. And current.
다음, 계통연계-태양 판단단계(S200)는, 상기 계통연계가 가능한 상태이면 계통연계 운전모드를 수행하여, 상기 태양전지(120)의 PV 출력전압(VPV) 및 출력전류(IPV)로부터 계산된 PV 전력(PPV)과 기설정된 최소 PV 전력(Pmin)을 비교하여 태양발전 상태를 판단한다. 예를 들어, 상기 PV 전력(PPV)이 최소 PV 전력(Pmin)보다 높으면 유효한 태양발전이 있는 것으로 판단하고, 반대로 상기 PV 전력(PPV)이 최소 PV 전력(Pmin)보다 높지 않으면 유효한 태양발전이 없는 것으로 판단할 수 있다.Next, the grid-connected solar determination step (S200), if the grid-linked state is possible, performs a grid-connected operation mode, calculated from the PV output voltage (VPV) and the output current (IPV) of the
다음, 제1 계통연계-제어단계(S400)의 제1 계통연계-동작모드는, 상기 계통연계-태양 판단단계(S200)에서, 계통연계 운전모드에서 태양발전이 없는 경우에, 컨버터 제어단계(S410) 및 인버터 제어단계(S420)가 수행된다. Next, the first grid linkage-operation mode of the first grid linkage-control step (S400), in the grid linkage-solar determination step (S200), when there is no solar power in the grid linkage operation mode, the converter control step ( S410 and the inverter control step S420 are performed.
이때, 상기 컨버터 제어단계(S410)에서는, 상기 DC/DC 컨버터부(200)에 대해 정전력을 제어한다. 그리고, 상기 인버터 제어단계(S420)에서는, 상기 DC/AC 인버터부(400)에 대해 직류링크, 계통연계 및 출력 전류를 제어한다.At this time, in the converter control step (S410), the constant power is controlled for the DC /
그 다음, 제2 계통연계-제어단계(S500)의 제2 계통연계-동작모드는, 상기 컨버터 제어단계(S510)에서, 계통연계 운전모드에서 태양발전이 있는 경우에, 컨버터 제어단계(S510) 및 인버터 제어단계(S510)가 수행된다.Then, the second grid linkage-operation mode of the second grid linkage-control step (S500), in the converter control step (S510), when there is solar power in the grid linkage operation mode, the converter control step (S510) And inverter control step (S510) is performed.
이때, 상기 컨버터 제어단계(S510)에서는, 상기 DC/DC 컨버터부(200)에 대해 정전력을 제어할 수 있다. 상기 인버터 제어단계(S510)에서는 상기 DC/AC 인버터부(400)에 대해 최대 전력점 추적(MPPT), 직류링크, 계통연계 및 출력 전류를 제어할 수 있다.At this time, in the converter control step (S510), it is possible to control the electrostatic power for the DC /
다음, 도 10을 참조하면, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 제어방법에서, 먼저 시스템 스타트 단계(S50)에서는, 계통연계 판단 및 태양발전 유무 판단에 필요한 전압 및 전류를 검출한다.Next, referring to FIG. 10, in the method for controlling a photovoltaic-fuel cell combined cycle power generation system according to a fourth embodiment of the present invention, first, in a system start step (S50), voltage required for grid linkage determination and solar power generation determination. And current.
다음, 운전모드 판단단계(S100)에서는, 상기 계통전압(Vgrid)에 따라 계통연계 운전모드인지 독립 운전모드인지를 판단한다.Next, in the operation mode determination step (S100), it is determined whether the grid-connected operation mode or the independent operation mode according to the grid voltage (Vgrid).
다음, 계통연계-태양 판단단계(S200)에서는, 계통연계 운전모드 수행시, 상기 태양전지(120)의 PV 출력전압(VPV) 및 출력전류(IPV)로부터 계산된 PV 전력(PPV)과 기설정된 최소 PV 전력(Pmin)을 비교하여 태양발전 상태를 판단한다.Next, in the grid-connected solar determination step (S200), when the grid-connected operation mode is performed, the PV power (PPV) calculated from the PV output voltage (VPV) and the output current (IPV) of the
다음, 독립-태양 판단단계(S300)에서는, 독립 운전모드 수행시, 상기 태양전지(120)의 PV 전력(PPV)과 기설정된 최소 PV 전력(Pmin)을 비교하여 태양발전 상태를 판단한다.Next, in the independent-solar determination step (S300), when the independent operation mode is performed, the solar power generation state is determined by comparing the PV power (PPV) of the
다음, 제1 계통연계-제어단계(S400)의 제1 계통연계-동작모드는, 상기 계통연계-태양 판단단계(S200)에서, 계통연계 운전모드에서 태양발전이 없는 경우에, 컨버터 제어단계(S410) 및 인버터 제어단계(S420)가 수행된다. 즉, 상기 컨버터 제어단계(S410)에서는, 상기 DC/DC 컨버터부(200)에 대해 정전력을 제어한다. 그리고, 상기 인버터 제어단계(S420)에서는, 상기 DC/AC 인버터부(400)에 대해 직류링크, 계통연계 및 출력 전류를 제어한다.Next, the first grid linkage-operation mode of the first grid linkage-control step (S400), in the grid linkage-solar determination step (S200), when there is no solar power in the grid linkage operation mode, the converter control step ( S410 and the inverter control step S420 are performed. That is, in the converter control step (S410), the constant power is controlled for the DC /
다음, 제2 계통연계-제어단계(S500)의 제2 계통연계-동작모드는, 상기 컨버터 제어단계(S510)에서, 계통연계 운전모드에서 태양발전이 있는 경우에, 컨버터 제어단계(S510) 및 인버터 제어단계(S510)가 수행된다. 즉, 상기 컨버터 제어단계(S510)에서는, 상기 DC/DC 컨버터부(200)에 대해 정전력을 제어할 수 있고, 상기 인버터 제어단계(S510)에서는 상기 DC/AC 인버터부(400)에 대해 최대 전력점 추적(MPPT), 직류링크, 계통연계 및 출력 전류를 제어할 수 있다.Next, the second grid linkage-operation mode of the second grid linkage-control step (S500), in the converter control step (S510), when there is solar power in the grid linkage operation mode, the converter control step (S510) and Inverter control step S510 is performed. That is, in the converter control step (S510), it is possible to control the constant power for the DC /
다음, 제1 독립-제어단계(S600)의 제1 독립 동작모드는, 상기 독립-태양 판단단계(S300)에서, 독립 운전모드에서 태양발전이 있는 경우에 컨버터 제어단계(S610) 및 인버터 제어단계(S620)가 수행된다. 즉, 상기 컨버터 제어단계(S610)에서는 상기 DC/DC 컨버터부(200)에 대해 전류를 제어할 수 있고, 상기 인버터 제어단계(S620)에서는 상기 DC/AC 인버터부(400)에 대해 최대 전력점 추적(MPPT), 직류링크 및 출력 정전압을 제어할 수 있다.Next, the first independent operation mode of the first independent control step (S600), the converter control step (S610) and the inverter control step when there is solar power in the independent operation mode in the independent-sun determination step (S300) (S620) is performed. That is, the converter control step (S610) can control the current for the DC /
다음, 제2 독립-제어단계(S700)의 제2 독립-동작모드는, 상기 독립-태양 판단단계(S300)에서, 독립 운전모드에서 태양발전이 없는 경우에 컨버터 제어단계(S710) 및 인버터 제어단계(S720)가 수행된다. 즉, 상기 컨버터 제어단계(S710)에서는 상기 DC/DC 컨버터부(200)에 대해 직류링크를 제어할 수 있고, 상기 인버터 제어단계(S720)에서는 상기 DC/AC 인버터부(400)에 대해 출력 정전압을 제어할 수 있다.Next, the second independent operation mode of the second independent control step (S700), in the independent-sun determination step (S300), when there is no solar power in the independent operation mode, the converter control step (S710) and the inverter control Step S720 is performed. That is, the converter control step (S710) can control the DC link for the DC /
본 발명의 제3 및 제4 실시 예에서, 상기 시스템 스타트 단계(S50), 운전모드 판단단계(S100). 계통연계-태양 판단단계(S200), 독립-태양 판단단계(S300), 제1 계통연계-제어단계(S400) 및 제2 계통연계-제어단계(S500) 각각은, 상기 연료전지(110)의 FC 출력전압(VFC) 및 전류(IFC), 상기 태양전지(120)의 PV 출력전압(VPV) 및 전류(IPV), 상기 DC/AC 인버터부(400)의 교류 전압(Vac) 및 출력전류(Iout), 그리고 상용전원(600)의 계통에서 계통전압(Vgrid)을 각각 검출할 수 있다.In the third and fourth embodiments of the present invention, the system start step (S50), the operation mode determination step (S100). Grid-connected solar determination step (S200), independent-solar determination step (S300), the first grid linkage-control step (S400) and the second grid linkage-control step (S500), respectively, of the
또한, 상기 제1 독립-제어단계 및 제1 독립-제어단계 각각은, 상기 연료전 지(110)의 FC 출력전압(VFC) 및 전류(IFC), 상기 태양전지(120)의 PV 출력전압(VPV) 및 전류(IPV), 상기 DC/AC 인버터부(400)의 교류 전압(Vac) 및 출력전류(Iout)를 검출할 수 있다.In addition, each of the first independent control step and the first independent control step may include an FC output voltage VFC and a current IFC of the
이하, 도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 제어방법은, 계통연계 운전중 태양발전이 없는 제1 계통연계-제어모드를 수행하는 제1 계통연계-제어 단계(S400) 및 태양발전이 있는 제2 계통연계-제어모드를 수행하는 제2 계통연계-제어 단계(S500)를 수행한다.11 and 12, a control method of a solar-fuel cell combined cycle power generation system according to the present invention includes a first grid linkage that performs a first grid linkage-control mode without solar power during grid linkage operation. A second grid linkage-control step (S500) of performing the control step (S400) and the second grid linkage-control mode with solar power generation is performed.
먼저, 도 11을 참조하면, 본 발명의 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 제어방법에서, 제1 계통연계-제어모드를 수행하는 제1 계통연계-제어 단계(S400)에 대해 설명한다.First, referring to FIG. 11, in the control method of the solar-fuel cell combined cycle power generation system of the present invention, a first grid linkage-control step (S400) performing a first grid linkage-control mode will be described.
도 11을 참조하면, 상기 제1 계통연계-제어 단계(S400)의 컨버터 제어단계(S410)의 제1 연산단계(S411)에서는, 상기 DC/DC 컨버터부(200)에 대해 정전력 제어를 위한 제1 제어 오차값을 산출하여 제1 제어값 보상단계(S412)에 제공한다. 상기 제1 제어값 보상단계(S412)에서는, 상기 제1 연산단계(S411)로부터의 제1 제어 오차값을 이용하여 컨버터 제어값(VC-con)을 보상하여 제1 PWM 제어단계(S413)에 제공한다. 상기 제1 PWM 제어단계(S413)에서는, 상기 제1 제어값 보상단계(S412)에서 보상된 컨버터 제어값(VC-con)을 이용하여 PWM 컨버터 제어 신 호(PWM-con)를 생성하고, 상기 PWM 컨버터 제어신호를 이용하여 상기 DC/DC 컨버터부(200)의 동작을 제어할 수 있다.Referring to FIG. 11, in the first calculation step S411 of the converter control step S410 of the first grid linkage-control step S400, the DC /
이때, 상기 제1 계통연계-제어 단계(S400)의 제1 연산단계(S411)는, 기설정된 FC 전력 지령치(P*FC)를 상기 FC 출력전압(VFC)으로 나누어 FC 전류 지령치(I*FC)를 생성하고, 상기 FC 전류 지령치(I*FC)와 상기 FC 전류(IFC)와의 차이값에 해당되는 상기 제1 제어 오차값을 산출하도록 이루어질 수 있다.At this time, the first calculation step (S411) of the first grid linkage-control step (S400), the predetermined FC power command value (P * FC) divided by the FC output voltage (VFC) FC current command value (I * FC). ) And calculate the first control error value corresponding to the difference between the FC current command value I * FC and the FC current IFC.
또한, 도 11을 참조하면, 상기 제1 계통연계-제어 단계(S400)의 인버터 제어단계(S420)의 제2 연산단계(S421)에서는, 상기 DC/AC 인버터부(400)에 대해 직류링크, 계통연계 및 출력 전류 제어를 위한 제2 제어 오차값을 산출하여 제2 제어값 보상단계(S422)에 제공한다. 상기 제2 제어값 보상단계(S422)에서는, 상기 제2 연산단계(S421)로부터의 제2 제어 오차값을 이용하여 인버터 제어값(VC-inv)을 보상하여 제2 PWM 제어단계(S423)에 제공한다. 그리고, 상기 제2 PWM 제어단계(S423)에서는, 상기 제2 제어값 보상단계(S422)에서 보상된 인버터 제어값(VC-inv)을 이용하여 PWM 인버터 제어 신호(PWM-inv)를 생성하고, 상기 PWM 인버터 제어신호(PWM-inv)를 이용하여 상기 DC/AC 인버터부(400)의 동작을 제어할 수 있다.In addition, referring to Figure 11, in the second calculation step (S421) of the inverter control step (S420) of the first grid linkage-control step (S400), the DC link, for the DC /
이때, 상기 제1 계통연계-제어 단계(S400)의 제2 연산단계(S421)의 직류 링크 연산단계(S421-2)에서는, 기설정된 직류 전압 지령치(V*DC)와 상기 직류 전압(VDC)과의 차이값에 해당되는 전류 오차값을 산출하고, 상기 전류 오차값으로 전 류 지령치를 보상하여 오차 수정단계(S421-4)에 제공한다. 상기 오차 수정단계(S421-4)에서는, 기설정된 FC 전력 지령치(P*FC)를 상기 계통전압(Vgrid)으로 나누어 전류 수정치(Iout_ff)를 산출하고, 상기 전류 수정치(Iout-ff)로 상기 직류 링크 연산단계(S421-2)로부터의 상기 보상된 전류 지령치를 수정하여 DC/AC 변환단계(S421-6)에 제공한다. At this time, in the DC link calculation step (S421-2) of the second calculation step (S421) of the first grid linkage-control step (S400), a preset DC voltage command value (V * DC) and the DC voltage (VDC). The current error value corresponding to the difference between and is calculated, and the current command value is compensated by the current error value and provided to the error correction step (S421-4). In the error correction step (S421-4), the predetermined FC power command value (P * FC) is divided by the grid voltage (Vgrid) to calculate a current correction value (Iout_ff), and to the current correction value (Iout-ff). The compensated current command value from the DC link operation step S421-2 is corrected and provided to the DC / AC conversion step S421-6.
이어서, 상기 DC/AC 변환단계(S421-6)에서는, 상기 계통전압(Vgrid)의 위상을 검출하고, 상기 검출된 위상에 동기시켜 상기 오차 수정단계(S421-4)의 전류 지령치를 교류의 출력 전류 지령치(I*out)로 변환하여 오차 연산단계(S421-8)에 제공한다. 그리고, 상기 오차 연산단계(S421-8)에서는, 상기 DC/AC 변환단계(S421-6)로부터의 출력 전류 지령치(I*out)와 상기 출력전류(Iout)와의 차이값에 해당되는 상기 제2 제어 오차값을 생성할 수 있다.Subsequently, in the DC / AC conversion step S421-6, the phase of the grid voltage Vgrid is detected, and the current command value of the error correction step S421-4 is outputted in synchronization with the detected phase. The current command value I * out is converted to the error calculation step S421-8. In the error calculation step S421-8, the second corresponding to the difference value between the output current command value I * out and the output current Iout from the DC / AC conversion step S421-6. A control error value can be generated.
다음, 도 12를 참조하면, 본 발명의 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 제어방법에서, 제2 계통연계-제어모드를 수행하는 제2 계통연계-제어 단계(S500)에 대해 설명한다.Next, referring to FIG. 12, a second grid linkage-control step S500 of performing a second grid linkage-control mode in the control method of the solar-fuel cell combined cycle power generation system of the present invention will be described.
도 12를 참조하면, 상기 제2 계통연계-제어 단계(S500)의 컨버터 제어단계(S510)의 제1 연산단계(S511)에서는, 상기 DC/DC 컨버터부(200)에 대해 정전력 제어를 위한 제1 제어 오차값을 산출하여 제1 제어값 보상단계(S512)에 제공한다. 상기 제1 제어값 보상단계(S512)에서는, 상기 제1 연산단계(S511)로부터의 제1 제어 오차값을 이용하여 컨버터 제어값(VC-con)을 보상하여 제1 PWM 제어단계(S513) 에 제공한다. 그리고, 상기 제1 PWM 제어단계(S513)에서는, 상기 제1 제어값 보상단계(S512)에서 보상된 컨버터 제어값(VC-con)을 이용하여 PWM 컨버터 제어 신호(PWM-con)를 생성하고, 상기 PWM 컨버터 제어신호를 이용하여 상기 DC/DC 컨버터부(200)의 동작을 제어할 수 있다.Referring to FIG. 12, in the first calculation step S511 of the converter control step S510 of the second grid linkage-control step S500, the DC /
이때, 상기 제2 계통연계-제어 단계(S500)의 제1 연산단계(S511)는, 기설정된 FC 전력 지령치(P*FC)를 상기 FC 출력전압(VFC)으로 나누어 FC 전류 지령치(I*FC)를 생성하고, 상기 FC 전류 지령치(I*FC)와 상기 FC 전류(IFC)와의 차이값에 해당되는 상기 제1 제어 오차값을 산출하도록 이루어질 수 있다.At this time, the first calculation step (S511) of the second grid linkage-control step (S500), by dividing a predetermined FC power command value (P * FC) by the FC output voltage (VFC) FC current command value (I * FC). ) And calculate the first control error value corresponding to the difference between the FC current command value I * FC and the FC current IFC.
또한, 도 12를 참조하면, 상기 제2 계통연계-제어 단계(S500)의 인버터 제어단계(S520)의 제2 연산단계(S521)에서는, 상기 DC/AC 인버터부(400)에 대해 최대 전력점 추적(MPPT), 직류링크, 계통연계 및 출력 전류 제어를 위한 제2 제어 오차값을 산출하여 제2 제어값 보상단계(S522)에 제공한다. 상기 제2 제어값 보상단계(S522)에서는, 상기 제2 연산단계(S521)로부터의 제2 제어 오차값을 이용하여 인버터 제어값(VC-inv)을 보상하여 제2 PWM 제어단계(S523)에 제공한다. 그리고, 상기 제2 PWM 제어단계(S523)에서는, 상기 제2 제어값 보상단계(S522)에서 보상된 인버터 제어값(VC-inv)을 이용하여 PWM 인버터 제어 신호(PWM-inv)를 생성하고, 상기 PWM 인버터 제어신호(PWM-inv)를 이용하여 상기 DC/AC 인버터부(400)의 동작을 제어할 수 있다.12, in the second calculation step S521 of the inverter control step S520 of the second grid linkage-control step S500, the maximum power point with respect to the DC /
이때, 상기 제2 계통연계-제어 단계(S500)의 제2 연산단계(S421)의 최대 전력점 추적단계(S421-1)에서는, 상기 PV 출력전압(VPV) 및 전류(IPV)를 이용하여 기설정된 최대 전력점 추적(MPPT: Maximum Power Point Tracking)을 수행하여 PV 출력전압 지령치(V*PV)를 생성하여 직류 링크 연산단계(S421-2)에 제공한다. 상기 직류 링크 연산단계(S421-2)에서는, 상기 PV 출력전압(VPV)과 상기 PV 출력전압 지령치(V*PV)와의 차이값에 해당되는 전압 오차값을 산출하고, 상기 전압 오차값으로 출력 전류 지령치를 보상하여 오차 수정단계(S421-4)에 제공한다. At this time, in the maximum power point tracking step (S421-1) of the second calculation step (S421) of the second grid linkage-control step (S500), the PV output voltage (VPV) and the current (IPV) are used. By performing the set maximum power point tracking (MPPT), a PV output voltage command value (V * PV) is generated and provided to the DC link operation step S421-2. In the DC link operation step S421-2, a voltage error value corresponding to a difference value between the PV output voltage VPV and the PV output voltage command value V * PV is calculated and an output current is used as the voltage error value. The command value is compensated for and provided to the error correction step S421-4.
이러서, 상기 오차 수정단계(S421-4)에서는, 기설정된 FC 전력 지령치(P*FC)와 기설정된 PV 전력 지령치(P*PV)를 가산하여 전력 지령치를 산출하고, 상기 전력 지령치를 상기 계통전압(Vgrid)으로 나누어 전류 수정치(Iout_ff)를 산출하고, 상기 전류 보상치(Iout-ff)를 이용하여 상기 직류 링크 연산단계(S421-2)의 전류 오차값을 수정하여 DC/AC 변환단계(S421-6)에 제공한다. 상기 DC/AC 변환단계(S421-6)에서는, 상기 계통전압(Vgrid)의 위상을 검출하고, 상기 검출된 위상에 동기시켜 상기 전류 지령치를 교류의 출력 전류 지령치(I*out)를 변환하여 오차 연산단계(S421-8)에 제공한다. 그리고, 상기 오차 연산단계(S421-8)에서는, 상기 DC/AC 변환단계(S421-6)로부터의 출력 전류 지령치(I*out)와 상기 출력전류(Iout)와의 차이값에 해당되는 상기 제2 제어 오차값을 생성할 수 있다.Thus, in the error correction step (S421-4), the power command value is calculated by adding the preset FC power command value P * FC and the preset PV power command value P * PV, and calculating the power command value in the system. The current correction value Iout_ff is calculated by dividing by the voltage Vgrid, and the current error value of the DC link operation step S421-2 is corrected using the current compensation value Iout-ff to convert the DC / AC. To (S421-6). In the DC / AC conversion step (S421-6), the phase of the grid voltage Vgrid is detected, and the current command value is converted into an AC output current command value I * out in synchronization with the detected phase to thereby obtain an error. It is provided to the calculation step (S421-8). In the error calculation step S421-8, the second corresponding to the difference value between the output current command value I * out and the output current Iout from the DC / AC conversion step S421-6. A control error value can be generated.
다음, 도 13을 참조하면, 본 발명의 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 제어방법에서, 제1 독립-제어모드를 수행하는 제1 독립-제어 단계(S600)에 대해 설명 한다.Next, referring to FIG. 13, the first independent control step S600 of performing the first independent control mode in the control method of the solar-fuel cell combined cycle power generation system of the present invention will be described.
도 13을 참조하면, 상기 제1 독립-제어 단계(S600)의 컨버터 제어단계(S610)의 제1 연산단계(S611)에서는, 상기 DC/DC 컨버터부(200)에 대해 전류 제어를 위한 제1 제어 오차값을 산출하여 제1 제어값 보상단계(S612)에 제공한다. 상기 제1 제어값 보상단계(S612)에서는 상기 제1 연산단계(S611)로부터의 제1 제어 오차값을 이용하여 컨버터 제어값(VC-con)을 보상하여 제1 PWM 제어단계(S613)에 제공한다. 그리고, 상기 제1 PWM 제어단계(S613)에서는, 상기 제1 제어값 보상단계(S612)에서 보상된 컨버터 제어값(VC-con)을 이용하여 PWM 컨버터 제어 신호(PWM-con)를 생성하고, 상기 PWM 컨버터 제어신호를 이용하여 상기 DC/DC 컨버터부(200)의 동작을 제어할 수 있다.Referring to FIG. 13, in the first calculation step S611 of the converter control step S610 of the first independent control step S600, the first DC /
이때, 상기 제1 독립-제어 단계(S600)의 제1 연산단계(S611)는, 기설정된 FC 전력 지령치(P*FC)를 상기 FC 출력전압(VFC)으로 나누어 FC 전류 지령치(I*FC)를 생성하고, 상기 FC 전류 지령치(I*FC)와 상기 FC 전류(IFC)와의 차이값에 해당되는 상기 제1 제어 오차값을 산출할 수 있다.At this time, the first operation step (S611) of the first independent control step (S600), by dividing the predetermined FC power command value (P * FC) by the FC output voltage (VFC) FC current command value (I * FC). May be generated and the first control error value corresponding to a difference value between the FC current command value I * FC and the FC current IFC may be calculated.
여기서, 상기 DC/AC 인버터부(400)의 교류 전압(Vac) 및 출력전류(Iout)를 이용하여 출력 전력(Pout)을 산출하고, 상기 태양전지(120)의 PV 출력전압(VPV) 및 전류(IPV)를 이용하여 PV 전력(PPV)을 산출하며, 상기 FC 전력 지령치(P*FC)는, 상기 출력 전력(Pout)과 상기 PV 전력(PPV)과의 차이값에 해당될 수 있다.Here, the output power Pout is calculated using the AC voltage Vac and the output current Iout of the DC /
또한, 도 13을 참조하면, 상기 제1 독립-제어 단계(S600)의 인버터 제어단계(S620)의 제2 연산단계(S621)에서는, 상기 DC/AC 인버터부(400)에 대해 최대 전력점 추적(MPPT), 직류링크 및 출력 정전압 제어를 위한 제2 제어 오차값을 산출하여 제2 제어값 보상단계(S622)에 제공한다. 상기 제2 제어값 보상단계(S622)에서는, 상기 제2 연산단계(S621)로부터의 제2 제어 오차값을 이용하여 인버터 제어값(VC-inv)을 보상하여 제2 PWM 제어단계(S623)에 제공한다. In addition, referring to FIG. 13, in the second calculation step S621 of the inverter control step S620 of the first independent control step S600, the maximum power point tracking is performed for the DC /
그리고, 상기 제2 PWM 제어단계(S623)에서는, 상기 제2 제어값 보상단계(S622)에서 보상된 인버터 제어값(VC-inv)을 이용하여 PWM 인버터 제어 신호(PWM-inv)를 생성하고, 상기 PWM 인버터 제어신호(PWM-inv)를 이용하여 상기 DC/AC 인버터부(400)의 동작을 제어할 수 있다.In the second PWM control step S623, a PWM inverter control signal PWM-inv is generated using the inverter control value VC-inv compensated in the second control value compensation step S622. The operation of the DC /
이때, 상기 제1 독립-제어 단계(S600)의 제2 연산단계(S621)의 최대 전력점 추적단계(S421-1)에서는, 상기 PV 출력전압(VPV) 및 전류(IPV)를 이용하여 기설정된 최대 전력점 추적(MPPT: Maximum Power Point Tracking)을 수행하여 PV 출력전압 지령치(V*PV)를 생성하여 직류 링크 연산단계(S421-2)에 제공한다. 상기 직류 링크 연산단계(S421-2)에서는, 상기 PV 출력전압(VPV)과 상기 PV 출력전압 지령치(V*PV)와의 차이값에 해당되는 전압 오차값을 산출하고, 상기 전압 오차값으로 출력 전압 지령치(V*out)를 보상하여 DC/AC 변환단계(S421-6)에 제공한다. At this time, in the maximum power point tracking step S421-1 of the second calculation step S621 of the first independent control step S600, the PV output voltage VPV and the current IPV are preset. Maximum power point tracking (MPPT) is performed to generate a PV output voltage command value (V * PV) and provide the DC link operation step (S421-2). In the DC link operation step S421-2, a voltage error value corresponding to a difference value between the PV output voltage VPV and the PV output voltage command value V * PV is calculated, and an output voltage is used as the voltage error value. The command value V * out is compensated for and provided to the DC / AC conversion step S421-6.
상기 DC/AC 변환단계(S421-6)에서는, 상기 직류 링크 연산단계(S421-2)로부터의 출력 전압 지령치를 교류의 출력 전압 지령치(V*out)로 변환하여 오차 연산단계(S421-8)에 제공한다. 그리고 상기 오차 연산단계(S421-8)에서는, 상기 DC/AC 변 환단계(S421-6)로부터의 출력 전압 지령치(V*out)와 상기 출력전압(Vout)과의 차이값에 해당되는 상기 제2 제어 오차값을 생성할 수 있다.In the DC / AC conversion step (S421-6), the output voltage command value from the DC link calculation step (S421-2) is converted into an output voltage command value (V * out) of AC to calculate an error (S421-8). To provide. In the error calculating step S421-8, the first voltage corresponding to the difference value between the output voltage command value V * out and the output voltage Vout from the DC / AC converting step S421-6. Two control error values can be generated.
그리고, 도 14를 참조하면, 본 발명의 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 제어방법에서, 제2 독립-제어모드를 수행하는 제2 독립-제어 단계(S700)에 대해 설명한다.In addition, referring to FIG. 14, the second independent control step S700 of performing the second independent control mode in the control method of the solar-fuel cell combined cycle power generation system of the present invention will be described.
도 14를 참조하면, 상기 제2 독립-제어 단계(S700)의 컨버터 제어단계(S710)의 제1 연산단계(S711)에서는, 상기 DC/DC 컨버터부(200)에 대해 직류링크 제어를 위한 제1 제어 오차값을 산출하여 제1 제어값 보상단계(S712)에 제공한다. 상기 제1 제어값 보상단계(S712)에서는, 상기 제1 연산단계(S711)로부터의 제1 제어 오차값을 이용하여 컨버터 제어값(VC-con)을 보상하여 제1 PWM 제어단계(S713)에 제공한다. 그리고 상기 제1 PWM 제어단계(S713)에서는, 상기 제1 제어값 보상단계(S712)에서 보상된 컨버터 제어값(VC-con)을 이용하여 PWM 컨버터 제어 신호(PWM-con)를 생성하고, 상기 PWM 컨버터 제어신호를 이용하여 상기 DC/DC 컨버터부(200)의 동작을 제어할 수 있다.Referring to FIG. 14, in the first calculation step S711 of the converter control step S710 of the second independent control step S700, the DC /
이때, 상기 제2 독립-제어 단계(S700)의 제1 연산단계(S711)는, 기설정된 직류 전압 지령치(V*DC)와 상기 직류 전압(VDC)의 차이값에 해당되는 전압 오차값을 산출하고, 이 전압 오차값을 이용하여 기설정된 FC 전류 지령치(I*FC)를 보상하고, 상기 보상된 FC 전류 지령치(I*FC)와 상기 FC 전류(IFC)와의 차이값에 해당되는 상 기 제1 제어 오차값을 산출할 수 있다.At this time, the first operation step (S711) of the second independent control step (S700), calculates a voltage error value corresponding to the difference between the preset DC voltage command value (V * DC) and the DC voltage (VDC). The voltage error value is used to compensate the predetermined FC current command value I * FC, and corresponds to a difference value between the compensated FC current command value I * FC and the FC current IFC. 1 The control error value can be calculated.
또한, 도 14를 참조하면, 상기 제2 독립-제어 단계(S700)의 인버터 제어단계(S720)의 제2 연산단계(S721)에서는, 상기 DC/AC 인버터부(400)에 대해 출력 정전압 제어를 위한 제2 제어 오차값을 산출하여 제2 제어값 보상단계(S722)에 제공한다. 상기 제2 제어값 보상단계(S722)에서는, 상기 제2 연산단계(S721)로부터의 제2 제어 오차값을 이용하여 인버터 제어값(VC-inv)을 보상하여 제2 PWM 제어단계(S723)에 제공한다. 그리고, 상기 제2 PWM 제어단계(S723)에서는, 상기 제2 제어값 보상단계(S722)에서 보상된 인버터 제어값(VC-inv)을 이용하여 PWM 인버터 제어 신호(PWM-inv)를 생성하고, 상기 PWM 인버터 제어신호(PWM-inv)를 이용하여 상기 DC/AC 인버터부(400)의 동작을 제어할 수 있다.In addition, referring to FIG. 14, in the second operation step S721 of the inverter control step S720 of the second independent control step S700, output constant voltage control is performed on the DC /
이때, 상기 제2 독립-제어 단계(S700)의 제2 연산단계(S721)는, 상기 교류 전압 지령치(V*ac)와 교류 전압(Vac)과의 차이값에 해당되는 상기 제2 제어 오차값을 생성할 수 있다.In this case, the second operation step S721 of the second independent control step S700 may include the second control error value corresponding to a difference value between the AC voltage command value V * ac and the AC voltage Vac. Can be generated.
전술한 바와 같은 본 발명의 복합 발전 시스템에서, 전력제어 측면에서 연료전지는 정격용량으로 상시 발전하고 태양전지는 발전 가능시간에 최대전력을 출력함으로써 연료전지를 보조하는 알고리즘을 적용하여 두 독립전원의 출력전력을 독립적으로 제어가 가능하게 된다. 게다가, 일정한 출력을 부하에 공급하기 위해서, PV는 최대전력을 발전하고, FC은 설정된 전력과 PV 발전전력의 차를 발전하는 제어 가 이루어질 수 있다.In the combined power generation system of the present invention as described above, in terms of power control, the fuel cell generates power at a rated capacity at all times and the solar cell outputs maximum power at a power generation time by applying an algorithm to assist the fuel cell. Output power can be controlled independently. In addition, in order to supply a constant output to the load, PV can generate a maximum power, and FC can be controlled to generate a difference between the set power and the PV generated power.
또한, DC/DC 컨버터의 출력전압은 태양전지의 출력전압 변동과 DC/AC 인버터의 MPPT 제어로 인한 전압변동을 더한 전압 지령치로 동작될 수 있으며, 상기 DC/AC 인버터는 태양전지의 최대 전력출력을 위한 MPPT와 인버팅(Inverting), 계통연계 및 보호협조 알고리즘이 적용되어 동작될 수 있다. In addition, the output voltage of the DC / DC converter can be operated by a voltage command value plus the voltage change due to the output voltage change of the solar cell and the MPPT control of the DC / AC inverter, the DC / AC inverter is the maximum power output of the solar cell MPPT and Inverting, grid linkage and protection coordination algorithms can be applied.
그리고, 태양전지의 출력이 일몰 또는 환경적 요인으로 인하여 최소 전력값 이하로 떨어지게 되면 MPPT 모드가 종료되고, 또한, 일몰 후, DC/DC 컨버터는 전력지령에 의해 지속적으로 지령전력을 추종하도록 제어되며, DC/AC 인버터가 직류링크 전압 제어 및 출력 전류 제어 및 계통연계 동작을 수행할 수 있다.When the output of the solar cell falls below the minimum power value due to sunset or environmental factors, the MPPT mode is terminated, and after sunset, the DC / DC converter is controlled to follow the command power continuously by the power command. In addition, DC / AC inverter can perform DC link voltage control, output current control and grid connection operation.
또한, 본 발명의 복합 발전 시스템 및 그 제어방법에서는, 태양전지와 연료전지의 두 에너지원을 복합적으로 운용하는 시스템 및 그 제어방법으로, 단일 DC/DC 컨버터부와, 단일 DC/AC 인버터부로 구동되며, 하나의 복합발전 제어기로 복합발전을 위한 전압, 전류 및 전력의 제어가 가능하며, 이에 따라 재료비 및 시스템 손실, 부피 등을 저감할 수 있는 장점을 갖는다. In addition, in the hybrid power generation system and control method thereof of the present invention, a system and a control method for operating two energy sources of a solar cell and a fuel cell in combination, and driven by a single DC / DC converter unit and a single DC / AC inverter unit The single power generation controller can control the voltage, current, and power for the combined power generation, thereby reducing the material cost, system loss, and volume.
또한, 태양전지의 출력전압이 DC/AC 변환을 위한 직류링크 최저전압 이상이 되도록 설계한다. In addition, the output voltage of the solar cell is designed to be above the DC link minimum voltage for DC / AC conversion.
이에 따라, 본 발명의 복합 발전 시스템에 의하면, 첫째, 2개의 DC/DC 컨버터부 및 2개의 DC/AC 인버터를 이용하는 종래 시스템 하드웨어에 비해 50%로 감소 되어 시스템 효율이 우수하다. 둘째, 시스템의 크기가 40%가량 감소되며 및 재료비 부담이 30% 이상 감소하여 저가구현이 가능하고 가격 경쟁력 확보가 가능하다. 셋째, 실질적인 태양전지(PV)-연료전지(FC) 복합(Hybrid) 발전 시스템의 구현을 현실화하여 궁극적인 무공해 무한 에너지원을 이용한 발전이 가능하므로 이에 대한 시장선점이 가능해진다.Accordingly, according to the complex power generation system of the present invention, first, the system efficiency is reduced by 50% compared to conventional system hardware using two DC / DC converter units and two DC / AC inverters. Second, the size of the system is reduced by about 40%, and the material cost burden is reduced by more than 30%, enabling low-cost implementation and securing price competitiveness. Third, it is possible to preoccupy the market because it is possible to realize power generation using the ultimate solar energy (PV) -fuel cell (FC) hybrid power generation system and ultimately use the pollution-free energy source.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 단일 컨버터 및 단일 인버터를 이용한 태양광-연료전지 복합 발전 시스템을 보이는 회로 블록도.1 is a circuit block diagram showing a solar-fuel cell combined cycle power generation system using a single converter and a single inverter according to a first embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 단일 컨버터 및 단일 인버터를 이용한 태양광-연료전지 복합 발전 시스템을 보이는 회로 블록도.2 is a circuit block diagram showing a solar-fuel cell combined cycle power generation system using a single converter and a single inverter according to a second embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 계통연계 운전시 출력특성도.Figure 3 is an output characteristic of the grid-linked operation of the solar-fuel cell combined cycle power generation system according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 독립 운전시 출력특성도.Figure 4 is an output characteristic of the independent operation of the photovoltaic-fuel cell combined cycle power generation system according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 계통연계 운전시 태양발전이 없는 제1 계통연계-제어모드의 제어 개념도.5 is a control conceptual diagram of a first grid-controlled mode without solar power during grid-connected operation of a solar-fuel cell combined cycle power generation system according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 계통연계 운전시 태양발전이 있는 제2 계통연계-제어모드의 제어 개념도.6 is a control conceptual diagram of a second grid linkage-control mode with solar power during grid linkage operation of a solar-fuel cell combined cycle power generation system according to the present invention;
도 7은 본 발명에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 독립발전 운전시 태양발전이 있는 제1 독립-제어모드의 제어 개념도.7 is a control conceptual diagram of a first independent control mode with solar power during independent power generation operation of a solar-fuel cell combined cycle power generation system according to the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 독립발전 운전시 태양발전이 없는 제2 독립-제어모드의 제어 개념도.8 is a control conceptual diagram of a second independent control mode without solar power during the independent power generation operation of the solar-fuel cell combined cycle power generation system according to the present invention.
도 9는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 단일 컨버터 및 단일 인버터를 이용한 태양광-연료전지 복합 발전 방법을 보이는 플로우챠트.FIG. 9 is a flowchart illustrating a photovoltaic-fuel cell combined cycle power generation method using a single converter and a single inverter according to a third embodiment of the present invention. FIG.
도 10은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 단일 컨버터 및 단일 인버터를 이용 한 태양광-연료전지 복합 발전 방법을 보이는 플로우챠트.FIG. 10 is a flowchart illustrating a solar-fuel cell combined cycle power generation method using a single converter and a single inverter according to a fourth embodiment of the present invention. FIG.
도 11은 본 발명에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 계통연계 운전시 태양발전이 없는 제1 계통연계-제어모드의 제어 흐름도.11 is a control flowchart of a first grid-control mode without solar power during grid-linked operation of the solar-fuel cell combined cycle power generation system according to the present invention.
도 12는 본 발명에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 계통연계 운전시 태양발전이 있는 제2 계통연계-제어모드의 제어 흐름도.12 is a control flowchart of a second grid linkage-control mode with solar power generation during grid linkage operation of the solar-fuel cell combined cycle power generation system according to the present invention.
도 13은 본 발명에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 독립발전 운전시 태양발전이 있는 제1 독립-제어모드의 제어 흐름도.13 is a control flowchart of a first independent control mode with solar power during the independent power generation operation of the photovoltaic-fuel cell combined cycle power generation system according to the present invention.
도 14는 본 발명에 따른 태양광-연료전지 복합 발전 시스템의 독립발전 운전시 태양발전이 없는 제2 독립-제어모드의 제어 흐름도.14 is a control flowchart of a second independent control mode without solar power during the independent power generation operation of the solar-fuel cell combined cycle power generation system according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
110 : 연료전지 120 : 태양전지110: fuel cell 120: solar cell
200 : DC/DC 컨버터부 300 : 직류 링크부200: DC / DC converter unit 300: DC link unit
400 : DC/AC 인버터부 410 : DC/AC 인버터400: DC / AC inverter unit 410: DC / AC inverter
420 : 변환하는 필터 430 : 계통 전달부420: filter to be converted 430: grid transmission unit
600 : 상용전원 700 : 전압/전류 검출부600: commercial power supply 700: voltage / current detection unit
800 : 복합발전 제어부 810 : 컨버터 제어기800: combined power control unit 810: converter controller
811 : 제1 연산부 812 : 제1 제어값 보상부811: first calculating unit 812: first control value compensating unit
813 : 제1 PWM 제어부 821 : 제2 연산부813: First PWM controller 821: Second calculator
822 : 제2 제어값 보상부 823 : 제2 PWM 제어부822: Second control value compensation unit 823: Second PWM control unit
820 ; 인버터 제어기 820; Inverter controller
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