KR101146127B1

KR101146127B1 - Control Apparatus and Method for Maximum Power Point Tracking in Photovoltaic System

Info

Publication number: KR101146127B1
Application number: KR1020090116027A
Authority: KR
Inventors: 박정욱; 강병관
Original assignee: 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2009-11-27
Publication date: 2012-05-16
Also published as: KR20110059327A

Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 제어장치는, 기준전압(Vref)에 따라 태양광 모듈의 출력 전압(V) 및 전류(I)에 따른 전력을 출력하는 전력 변환부; 상기 출력 전압(V), 출력 전류(I) 및 일사량(S)을 센싱하는 센서부; 센싱된 일사량(S)이 기설정된 일사량 임계치(S_T)보다 큰지 여부를 판단하는 일사량 판별부; 센싱된 출력 전압(V) 및 출력 전류(I)에 의해 계산된 전력의 변동량(ΔP)과 출력 전류(I)에 따라, 기준전압(Vref)의 스텝 사이즈를 가변하여 출력하는 스텝 사이즈 가변부; 및 일정 전압을 기준전압으로 결정하여 상기 전력 변환부로 출력하거나 상기 스텝 사이즈 가변부로부터 출력되는 스텝 사이즈를 이전 기준전압에 가산 또는 감산하여 상기 전력 변환부로 출력하거나 이전 기준전압을 상기 전력 변환부로 출력하는 기준전압 결정부를 포함한다.The maximum power point tracking control apparatus of the solar power generation system according to an aspect of the present invention, the power conversion unit for outputting the power according to the output voltage (V) and the current (I) of the photovoltaic module according to the reference voltage (Vref) ; A sensor unit configured to sense the output voltage (V), output current (I), and solar radiation amount (S); A solar radiation amount determining unit that determines whether the sensed solar radiation amount S is greater than a predetermined solar radiation threshold value S _T ; A step size variable unit for varying and outputting a step size of the reference voltage Vref according to the variation amount? P and the output current I calculated by the sensed output voltage V and the output current I; And determining a predetermined voltage as a reference voltage and outputting the output voltage to the power converter or adding or subtracting a step size output from the step size variable part to a previous reference voltage to output to the power converter or outputting a previous reference voltage to the power converter. And a reference voltage determiner.

태양광 발전 Solar power

Description

Control Apparatus and Method for Maximum Power Point Tracking in Photovoltaic System

본 발명은 태양광 발전 시스템의 제어 장치와 제어 방법에 관한 것으로, 특히 태양전지 어레이와 같은 태양광 모듈이 최대 전력점을 추종하여 최대 전력을 추출할 수 있도록 제어하는 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a control device and a control method of a photovoltaic system, and in particular, a maximum power point of a photovoltaic system for controlling a solar module such as a solar cell array to extract the maximum power by following the maximum power point. A tracking control device and a control method thereof.

태양광 발전 시스템은 무한한 태양에너지를 이용하여 친환경적인 전력 에너지를 생산해낼 수 있을 뿐만 아니라 진동과 소음이 없고 수명이 거의 반영구적인 장점을 갖는다. 또한 설비 자동화가 용이해 태양광 발전 시스템의 운전 및 유지 관리에 드는 비용을 최소화시킬 수 있다. 이러한 태양광 발전 시스템은, 발전 효율을 높이기 위해서, 태양전지 어레이 또는 태양광 모듈으로부터 최대 전력을 추출할 수 있도록 하는 제어가 필요하다. 최대 전력 추종(Maximum Power Point Tracking, 이하 간단히 MPPT 라고도 함) 제어는 태양광 모듈(즉, 태양광을 입사 받아 전압 및 전류를 출력하는 모듈. 예를 들어, 태양전지 어레이)을 제어하여 동작점이 최대 전 력점을 추종하도록 동작시키기 위한 제어기법이다. The photovoltaic system not only produces environmentally friendly power energy using infinite solar energy, but also has the advantage of being semi-permanent with no vibration and noise and almost life. In addition, facility automation is easy, minimizing the cost of operating and maintaining a photovoltaic system. Such a photovoltaic power generation system requires a control to extract maximum power from a solar cell array or a photovoltaic module in order to increase power generation efficiency. Maximum power point tracking (also referred to simply as MPPT) control controls solar modules (i.e., modules that receive sunlight and output voltage and current, e.g. solar cell arrays) It is a control method to operate to follow the power point.

도 1은 계통연계형(grid-connected) 태양광 발전 시스템을 도시적으로 나타낸 개략도로서 특히 PCS(Power Conditioning System)을 개략적으로 보여주고 있다. 도 1을 참조하면, 태양광 발전 시스템은, 다수의 태양전지가 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 이루어진 태양전지 어레이(PV 어레이)와, 컨버터 및 인버터와, 필터 등을 포함한다. 컨버터는 PV 어레이에서 생산된 DC 출력을 승압 또는 감압하여 소정의 전압으로 조정하고, 인버터는 이 조정된 전압을 계통과 같은 AC(교류) 220V 전압으로 변환할 수 있다. PV 어레이에 구비되는 태양광 셀 혹은 태양전지는 예컨대 반도체 디바이스로서 빛을 흡수하여 전기에너지로 바꾸는 소자이다. FIG. 1 is a schematic representation of a grid-connected photovoltaic power generation system, in particular a schematic diagram of a power conditioning system (PCS). Referring to FIG. 1, a photovoltaic power generation system includes a solar cell array (PV array), a converter, an inverter, a filter, and the like, in which a plurality of solar cells are connected in series and / or in parallel. The converter boosts or decompresses the DC output produced in the PV array to a predetermined voltage, and the inverter can convert this regulated voltage to an AC (AC) 220V voltage as a grid. The photovoltaic cell or solar cell provided in the PV array is, for example, a semiconductor device that absorbs light and converts it into electrical energy.

이러한 태양전지의 I-V(전류-전압) 특성은 도 2에 나타난 바와 같이, 출력 전류(I)는 출력 전압(V)의 증가에 따라 단락 전류(y 절편)로부터 미소하게 감소하다가 소정 전압 이상이 되면 출력 전류(I)는 급격하게 감소하고, 출력 전압이 소정이 한계 전압, 즉 개방 전압 이상이 되면 출력 전류는 발생되지 않는다. 이러한 I-V 특성을 나타내는 태양전지에 있어서 최대의 전력을 나타내는 동작점(최대 전력점)이 있게 된다.As shown in FIG. 2, the IV (current-voltage) characteristic of the solar cell is slightly decreased from the short-circuit current (y-intercept) as the output voltage V increases, and then becomes higher than a predetermined voltage. The output current I is drastically reduced, and if the output voltage is above a predetermined threshold voltage, i.e., an open voltage, no output current is generated. In the solar cell exhibiting such I-V characteristics, there is an operating point (maximum power point) indicating the maximum power.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 일사량(S)과 온도(t)와 같은 외부 환경 요인에 따라 태양전지의 I-V 특성은 변하게 된다. 도 2(a)는 온도 t(℃)에 따른 태양 전지의 I-V 특성 곡선들을 나타내고, 도 2(b)는 일사량 S(W/m²)에 따른 태양전지의 I-V 특성 곡선들을 나타낸다. 통상적으로, 온도(t)의 변화에 따라, 최대 전력점의 전류값은 거의 일정하거나 작은 변화만 있으나 최대 전력점의 전압값은 상당히 변한다. 이에 반하여, 일사량(S)의 변화에 따라, 최대 전력점의 전압값은 거의 일정하거나 작은 변화만 있으나 최대 전력점이 전류값은 현저하게 변한다. 이러한 태양전지의 특성은 다수의 태양전지를 연결하여 얻어지는 PV 어레이에 있어서도 마찬가지로 적용된다. 따라서, 태양전지 또는 PV 어레이를 효율적으로 동작시키기 위해서는 일사량, 온도와 같은 외부 환경 변화에 따라 PV 어레이의 출력을 최대 전력점에서 추출하도록 하는 제어가 필요하다. In addition, as shown in FIG. 2, the IV characteristic of the solar cell is changed according to external environmental factors such as the solar radiation amount S and the temperature t. FIG. 2 (a) shows the IV characteristic curves of the solar cell according to the temperature t (° C.), and FIG. 2 (b) shows the IV characteristic curves of the solar cell according to the solar radiation amount S (W / m ² ). Typically, as the temperature t changes, the current value of the maximum power point is almost constant or only small but the voltage value of the maximum power point changes significantly. On the contrary, according to the change in the solar radiation amount S, the voltage value of the maximum power point is almost constant or small, but the maximum power point is significantly changed in the current value. The characteristics of such solar cells also apply to PV arrays obtained by connecting a plurality of solar cells. Therefore, in order to efficiently operate a solar cell or a PV array, it is necessary to control the extraction of the output of the PV array at the maximum power point according to external environmental changes such as solar radiation or temperature.

현재 많이 사용되는 최대 전력 추종(MPPT) 제어 기법으로는 컨덕턴스 증가법(Incremental Conductance)이 있다. 컨덕턴스 증가법은 태양전지 또는 PV 어레이의 출력 전압 및 전류을 이전 출력과 비교하고 dP/dV의 부호를 판별하여 그 부호에 따라 단순히 전압을 상승 또는 하강시킴으로써 최대 전력점을 추종하는 방법이다. 이러한 기존의 컨덕턴스 증가법은 갑작스러운 외부 환경의 변화 등과 같은 실제 환경에서 오동작을 일으켜 인버터가 정지하거나, 글로벌 최대점(global maximum point)를 빠르게 초종하지 못해서 최대 효율을 낼수 없는 문제점을 갖고 있다. 또한 인버터의 스위칭 동작에 의한 리플(ripple)이 많아서 전력 품질을 저하시키는 문제를 안고 있다. The most commonly used maximum power tracking (MPPT) control technique is Incremental Conductance. The conductance increasing method is a method of following a maximum power point by comparing the output voltage and current of a solar cell or PV array with a previous output, determining the sign of dP / dV, and simply increasing or decreasing the voltage according to the sign. The conventional conductance increasing method has a problem in that the inverter does not operate due to a malfunction in a real environment such as a sudden change in the external environment, or the maximum efficiency cannot be achieved because the global maximum point is not rapidly reached. In addition, there is a lot of ripple due to the switching operation of the inverter has a problem of lowering the power quality.

본 발명의 실시형태들은, 외부 환경 변화에 따른 태양광 발전 시스템의 과도 현상을 개선하여 외부 환경 변화에도 최대 전력점을 빠르게 추종할 수 있고, 정상상태에서의 리플을 줄여 전력 품질을 개선할 수 있는 태양광 발전 시스템에서의 최대 전력점 추종 제어 장치를 제공한다. Embodiments of the present invention, by improving the transient phenomenon of the photovoltaic system according to the external environment change can quickly follow the maximum power point even in the external environment change, can reduce the ripple in the steady state to improve the power quality It provides a maximum power point tracking control device in a solar power system.

또한, 본 발명의 실시형태들은, 외부 환경 변화에 따른 태양광 발전 시스템의 과도 현상을 개선하여 외부 환경 변화에도 최대 전력점을 빠르게 추종할 수 있고, 정상 상태에서의 리플을 줄여 전력 품질을 개선할 수 있는 태양광 발전 시스템에서의 최대 전력점 추종 제어 방법을 제공한다. In addition, embodiments of the present invention can improve the transient phenomenon of the photovoltaic power generation system according to the external environment change, can quickly follow the maximum power point even in the external environment change, and improve the power quality by reducing the ripple in the steady state The present invention provides a maximum power point tracking control method in a photovoltaic power generation system.

본 발명의 일 측면에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 제어장치는, 기준전압(Vref)에 따라 태양광 모듈의 출력 전압(V) 및 전류(I)에 따른 전력을 출력하는 전력 변환부; 상기 태양광 모듈의 출력 전압(V) 및 출력 전류(I)과 상기 태양광 모듈에의 일사량(S)을 센싱하는 센서부; 상기 센싱된 일사량(S)이 기설정된 일사량 임계치(S_T)보다 큰지 여부를 판단하는 일사량 판별부; 상기 센싱된 출력 전압(V) 및 출력 전류(I)에 의해 계산된 전력의 변동량(ΔP=Δ(VI))과 상기 출력 전 류(I)에 따라, 최대 전력점 추종을 위한 기준전압(Vref)의 스텝 사이즈(step size)를 가변하여 출력하는 스텝 사이즈 가변부; 및 상기 센싱된 일사량(S)이 상기 일사량 임계치(S_T)이하인 경우에는 기설정된 일정 전압을 기준전압으로 결정하여 상기 전력 변환부로 출력하고, 상기 센싱된 일사량이 상기 일사량 임계치(S_T)보다 큰 경우에는 상기 스텝 사이즈 가변부로부터 출력되는 스텝 사이즈를 이전에 결정된 기준전압에 가산 또는 감산하여 상기 전력 변환부로 출력하거나 상기 이전에 결정된 기준전압을 상기 전력 변환부로 출력하는 기준전압 결정부를 포함한다.The maximum power point tracking control apparatus of the solar power generation system according to an aspect of the present invention, the power conversion unit for outputting the power according to the output voltage (V) and the current (I) of the photovoltaic module according to the reference voltage (Vref) ; A sensor unit configured to sense an output voltage (V) and an output current (I) of the photovoltaic module and the solar radiation amount (S) to the photovoltaic module; A solar radiation amount determining unit that determines whether the sensed solar radiation amount S is greater than a predetermined solar radiation threshold value S _T ; The reference voltage Vref for tracking the maximum power point according to the variation amount ΔP = Δ (VI) of the power calculated by the sensed output voltage V and the output current I and the output current I. A step size variable unit for varying and outputting a step size of? And when the sensed solar radiation amount S is equal to or lower than the solar radiation threshold value S _T , determine a predetermined constant voltage as a reference voltage, and output the predetermined voltage to the power converter, and wherein the sensed solar radiation amount is greater than the solar radiation threshold value S _T. The reference voltage determination unit may add or subtract the step size output from the step size variable unit to a previously determined reference voltage and output the same to the power converter or to output the previously determined reference voltage to the power converter.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 스텝 사이즈 가변부는, 상기 전력의 변동량(ΔP)의 절대값이 설정치(ε_r)보다 큰 지 여부를 판단하는 전력 변동 판별부; 일사량(S)과 최대 전력점에서의 기준 전류(Iref)의 특성 곡선을 이용하여 상기 센싱된 일사량(S)에 따른 기준 전류(Iref)를 산출하는 기준 전류 산출부; 상기 센싱된 출력 전류(I)가 상기 기준 전류 산출부에서 산출한 기준 전류(Iref)로부터 벗어난 정도를 판별하는 전류 판별부; 상기 전력 변동 판별부의 판단 결과와 상기 전류 판별부의 판별 결과에 따라 스텝 사이즈 가중치(K)를 결정하고, 상기 결정된 스텝 사이즈 가중치(K)에 따라 스텝 사이즈를 결정하는 스텝 사이즈 결정부;를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the invention, the step size varying portion, a power fluctuation determination unit that the absolute value of the power variation (ΔP) in the determination whether or not greater than the set value (ε _r); A reference current calculator configured to calculate a reference current Iref according to the sensed radiation amount S using a characteristic curve of the solar radiation amount S and the reference current Iref at the maximum power point; A current discriminating unit for determining a degree to which the sensed output current I deviates from the reference current Iref calculated by the reference current calculating unit; And a step size determining unit determining a step size weight K based on a determination result of the power variation determining unit and a determination result of the current determination unit, and determining a step size according to the determined step size weight K. have.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 기준 전류 산출부는 선형 관계식 Iref = a*S+b을 이용하여 상기 센서부에 의해 센싱된 일사량(S)으로부터 기준 전류(Iref)를 산출할 수 있다. 상기 선형 관계식에서 a와 b는 일사량(S)과 최대 전력점에서의 기준전류(Iref)의 특성 곡선으로부터 얻어지는 상수이다. According to the exemplary embodiment of the present invention, the reference current calculating unit may calculate the reference current Iref from the solar radiation amount S sensed by the sensor unit using the linear relationship Iref = a * S + b. In the linear relation, a and b are constants obtained from the characteristic curve of the solar radiation amount S and the reference current Iref at the maximum power point.

상기 전류 판별부는 상기 기준 전류 산출부에 의해 산출된 기준 전류(Iref) 값과 상기 센서부에 의해 센싱된 출력 전류(I)가 전류 판별식 p*Iref ＜ I ＜ q*Iref를 만족하는 지 여부를 판단하고, 그 판단 결과를 상기 스텝 사이즈 결정부에 출력할 수 있다. 상기 전류 판별식에서 p와 q는 0＜p＜1, 1＜q를 만족하는 기설정된 상수이다. 예를 들어, p와 q는 0.5＜p＜0.98, 1.02＜q＜2 범위 내에서 설정된 상수 일 수 있다. The current discriminator determines whether the reference current Iref value calculated by the reference current calculator and the output current I sensed by the sensor part satisfy a current discrimination equation p * Iref <I <q * Iref. May be determined and the determination result may be output to the step size determining unit. In the current discriminant, p and q are predetermined constants satisfying 0 <p <1 and 1 <q. For example, p and q may be constants set within a range of 0.5 <p <0.98 and 1.02 <q <2.

상기 스텝 사이즈 결정부는, 상기 전력의 변동량(ΔP)의 절대값이 설정치(ε_r)보다 크고 상기 출력 전류(I)가 상기 전류 판별식을 만족하는 경우에는 스텝 사이즈 가중치(K)를 K=α로 결정하고, 상기 전력의 변동량(ΔP)의 절대값이 설정치(ε_r)보다 크고 상기 전류 판별식을 만족하지 않는 경우에는 스텝 사이즈 가중치(K)를 K=β로 결정하고, 상기 전력의 변동량(ΔP)의 절대값이 설정치(ε_r)보다 크지 않은 경우, 스텝 사이즈 가중치(K)를 K=α로 결정할 수 있다. 여기서, α는 스텝 사이즈를 작게하기 위한 가중치로서 0＜α＜1인 기설정된 상수이고, β는 스텝 사이즈를 크게하기 위한 가중치로서 1＜β인 기설정된 상수이다. The step size determining section, when the absolute value of the variation amount ΔP of the power is larger than a set value ε _r and the output current I satisfies the current discrimination equation, sets the step size weight K to K = α. If the absolute value of the fluctuation amount ΔP of the power is larger than the set value ε _r and does not satisfy the current discriminant, the step size weight K is determined as K = β, and the fluctuation amount of the power When the absolute value of ΔP is not larger than the set value ε _r , the step size weight K may be determined as K = α. Here, α is a predetermined constant of 0 <α <1 as a weight for decreasing the step size, and β is a predetermined constant of 1 <β as a weight for increasing the step size.

상기 스텝 사이즈 결정부는, 상기 결정된 스텝 사이즈 가중치(K)를 기본 스텝 사이즈(dV_b)에 곱하여 스텝 사이즈를 결정할 수 있다.The step size determining unit may determine the step size by multiplying the determined step size weight K by the basic step size dV _b .

상기 기준전압 결정부는 상기 태양광 모듈의 출력 전압(V)에 따른 출력 전력(P)의 변동율(dP/dV)의 부호에 따라, 상기 스텝 사이즈 결정부에 의해 결정된 스텝 사이즈를 이전에 결정된 기준전압에 가산 또는 감산하여 상기 전력 변환부로 출력하거나 상기 이전에 결정된 기준전압을 상기 전력 변환부로 출력할 수 있다.The reference voltage determiner determines the step size determined by the step size determiner according to a sign of the variation rate dP / dV of the output power P according to the output voltage V of the photovoltaic module. It may be added to or subtracted to output to the power converter or the previously determined reference voltage to the power converter.

본 발명의 다른 측면에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 제어방법은, 태양광 모듈의 출력 전압(V) 및 출력 전류(I)와 상기 태양광 모듈에의 일사량(S)을 센싱하는 단계; 상기 센싱된 일사량이 기설정된 일사량 임계치(S_T)이하인 경우에, 기설정된 일정 전압을 기준전압으로 정하여 일정 전압 제어(constant voltage control) 방식으로 상기 태양광 모듈의 최대 전력점 추종을 제어하는 단계; 상기 센싱된 일사량이 기설정된 일사량 임계치(S_T)보다 큰 경우에, 상기 센싱된 출력 전압(V) 및 출력 전류(I)에 의해 계산된 전력의 변동량(ΔP=Δ(VI))과 상기 출력 전류(I)에 따라 최대 전력점 추종을 위한 기준전압(Vref)의 스텝 사이즈를 가변하여 출력하는 단계; 상기 출력된 스텝 사이즈를 이전에 결정된 기준전압에 가산 또는 감산하여 새로운 기준전압을 생성하는 단계; 및 상기 생성된 새로운 기준전압 에 따라 상기 태양광 모듈의 최대전력점을 추종하여 상기 태양광 모듈의 전력을 추출하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a maximum power point tracking of a solar power generation system, the method comprising: sensing an output voltage (V) and an output current (I) of a solar module and an amount of solar radiation (S) to the solar module. ; Controlling the maximum power point tracking of the photovoltaic module in a constant voltage control manner by setting a predetermined constant voltage as a reference voltage when the sensed amount of solar radiation is equal to or less than a predetermined solar radiation threshold value (S _T ); When the sensed solar radiation amount is greater than a predetermined solar radiation threshold value S _T , the variation amount of power ΔP = Δ (VI) calculated by the sensed output voltage V and the output current I and the output Varying and outputting a step size of the reference voltage Vref for tracking the maximum power point according to the current I; Generating a new reference voltage by adding or subtracting the output step size to a previously determined reference voltage; And extracting power of the solar module by following the maximum power point of the solar module according to the generated new reference voltage.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 기준전압(Vref)의 스텝 사이즈를 가변하여 출력하는 단계는, 상기 전력의 변동량(ΔP)의 절대값이 설정치(ε_r)보다 큰 지 여부를 판단하는 단계; 상기 전력의 변동량(ΔP)의 절대값이 설정치(ε_r)보다 큰 경우, 일사량(S)과 최대 전력점에서의 기준 전류(Iref) 특성 곡선을 이용하여 상기 센싱된 일사량(S)에 따른 기준 전류(Iref)를 산출하는 단계; 상기 센싱된 출력 전류(I)가 상기 산출된 기준 전류(Iref)로부터 벗어난 정도를 판별하는 전류 판별 단계; 상기 전력의 변동량(ΔP)의 절대값이 설정치(ε_r)보다 큰 지 여부에 따라 그리고 상기 센싱된 출력 전류(I)가 상기 산출된 기준 전류(Iref)로부터 벗어난 정도에 따라 스텝 사이즈 가중치(K)를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 스텝 사이즈 가중치(K)에 따라 스텝 사이즈를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present disclosure, the step of varying and outputting the step size of the reference voltage Vref may include determining whether an absolute value of the variation amount ΔP of the power is greater than a set value ε _r ; When the absolute value of the variation amount ΔP of the power is larger than the set value ε _r , the reference according to the sensed solar radiation amount S using the characteristic curve of the solar radiation amount S and the reference current Iref at the maximum power point. Calculating a current Iref; A current discrimination step of determining a degree to which the sensed output current I deviates from the calculated reference current Iref; The step size weight K according to whether the absolute value of the variation amount ΔP of the power is greater than the set value ε _r and the degree to which the sensed output current I deviates from the calculated reference current Iref. Determining; And determining the step size according to the determined step size weight K.

상기 기준 전류의 산출 단계는, 선형 관계식 Iref = a*S+b을 이용하여 상기 센싱된 일사량(S)으로부터 기준 전류를 산출하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, a와 b는 일사량(S)과 최대 전력점에서의 기준전류(Iref)의 특성 곡선으로부터 얻어지는 상수이다. The calculating of the reference current may include calculating a reference current from the sensed solar radiation amount S using the linear relationship Iref = a * S + b. Here, a and b are constants obtained from the characteristic curves of the solar radiation amount S and the reference current Iref at the maximum power point.

상기 전류 판별 단계는 상기 산출된 기준 전류(Iref) 값과 상기 센서부에 의해 센싱된 출력 전류(I)가 전류 판별식 p*Iref ＜ I ＜ q*Iref를 만족하는 지 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 전류 판별식에서 p와 q는 0＜p＜1, 1＜q를 만족하는 기설정된 상수이다. 예를 들어, p와 q는 0.5＜p＜0.98, 1.02＜q＜2 범위 내에서 설정된 상수 일 수 있다. The current discriminating step may include determining whether the calculated reference current Iref and the output current I sensed by the sensor unit satisfy a current discrimination equation p * Iref <I <q * Iref. It may include. In the current discriminant, p and q are predetermined constants satisfying 0 <p <1 and 1 <q. For example, p and q may be constants set within a range of 0.5 <p <0.98 and 1.02 <q <2.

상기 스텝 사이즈 가중치(K)의 결정 단계는, 상기 전력의 변동량(ΔP)의 절대값이 설정치(ε_r)보다 큰 경우 상기 전류 판별식을 만족하는 지 여부에 따라 다른 스텝 사이즈 가중치(K)를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. The step of determining the step size weight K may include different step size weights K depending on whether the current discriminant is satisfied when the absolute value of the variation amount ΔP of the power is larger than a set value ε _r . Determining may include.

상기 스텝 사이즈 가중치(K)의 결정 단계는, 상기 전력의 변동량(ΔP)의 절대값이 설정치(ε_r)보다 크고 상기 전류 판별식을 만족하는 경우에는 스텝 사이즈 가중치(K)를 K=α로 결정하고, 상기 전력의 변동량(ΔP)의 절대값이 설정치(ε_r)보다 크고 상기 전류 판별식을 만족하지 않는 경우에는 스텝 사이즈 가중치(K)를 K=β로 결정하고, 상기 전력의 변동량(ΔP)의 절대값이 설정치(ε_r)보다 크지 않은 경우에는, 스텝 사이즈 가중치(K)를 K=α로 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, α는 스텝 사이즈를 작게하기 위한 가중치로서 0＜α＜1인 기설정된 상수이고, β는 스텝 사이즈를 크게하기 위한 가중치로서 1＜β인 기설정된 상수이다. In the step of determining the step size weight K, when the absolute value of the variation amount ΔP of the power is larger than a set value ε _r and satisfies the current discrimination equation, the step size weight K is set to K = α. If the absolute value of the fluctuation amount ΔP of the power is larger than the set value ε _r and does not satisfy the current discrimination equation, the step size weight K is determined as K = β, and the fluctuation amount of the power ( If the absolute value of ΔP is not greater than the set value ε _r , determining the step size weight K as K = α. Here, α is a predetermined constant of 0 <α <1 as a weight for decreasing the step size, and β is a predetermined constant of 1 <β as a weight for increasing the step size.

상기 결정된 스텝 사이즈 가중치(K)에 따라 스텝 사이즈를 결정하는 단계(스텝 사이즈 결정 단계)는, 상기 스텝 사이즈 가중치 결정 단계에서 결정된 스텝 사이즈 가중치(K)를 기본 스텝 사이즈(dV_b)에 곱하여 스텝 사이즈를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.The step size determination step (step size determination step) according to the determined step size weight K is performed by multiplying the step size weight K determined in the step size weight determination step by the basic step size dV _b . Determining may include.

상기 새로운 기준전압을 생성하는 단계는, 상기 태양광 모듈의 출력 전압(V)에 따른 출력 전력(P)의 변동율(dP/dV)의 부호에 따라, 상기 스텝 사이즈 결정 단계에서 결정된 스텝 사이즈(K*dV_b)를 이전에 결정된 기준전압에 가산 또는 감산하여 새로운 기준전압으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다. The generating of the new reference voltage may include the step size (K) determined in the step size determination step, according to the sign of the rate of change (dP / dV) of the output power (P) according to the output voltage (V) of the solar module. and adding or subtracting * dV _b ) to a previously determined reference voltage to determine a new reference voltage.

상기 태양광 모듈의 출력 전압의 변동량(ΔV)이 0이 아닌 경우에는, ΔI/ΔV＞-I/V (ΔI는 상기 태양광 모듈의 출력 전류의 변동량임)이면 상기 스텝 사이즈(K*dV_b)를 상기 이전에 결정된 기준전압에 가산하여 새로운 기준전압으로 결정하고 ΔI/ΔV＜-I/V 이면 상기 스텝 사이즈(K*dV_b)를 상기 이전에 결정된 기준전압에 감산하여 새로운 기준전압으로 결정할 수 있다. When the variation amount ΔV of the output voltage of the photovoltaic module is not 0, if ΔI / ΔV> -I / V (ΔI is the variation amount of the output current of the photovoltaic module), the step size (K * dV _b) ) Is determined as a new reference voltage by adding to the previously determined reference voltage, and when ΔI / ΔV <−I / V, the step size (K * dV _b ) is subtracted from the previously determined reference voltage to determine a new reference voltage. Can be.

상기 태양광 모듈의 출력 전압의 변동량(ΔV)이 0인 경우에는, ΔI＞0이면 상기 스텝 사이즈(K*dV_b)를 상기 이전에 결정된 기준전압에 가산하여 새로운 기준전 압으로 결정하고 ΔI＜0 이면 상기 스텝 사이즈(K*dV_b)를 상기 이전에 결정된 기준전압에 감산하여 새로운 기준전압으로 결정할 수 있다.When the variation amount ΔV of the output voltage of the photovoltaic module is 0, when ΔI> 0, the step size K * dV _b is added to the previously determined reference voltage and determined as a new reference voltage, and ΔI < If 0, the step size K * dV _b may be determined as a new reference voltage by subtracting the previously determined reference voltage.

상기 센싱된 일사량이 기설정된 일사량 임계치(S_T)보다 큰 경우에, 상기 태양광 모듈의 출력 전압의 변동량(ΔV)이 0이 아니고 ΔI/ΔV = -I/V 이면 상기 이전에 결정된 기준전압을 현재의 기준전압으로 그대로 유지할 수 있다. 또한, 상기 태양광 모듈의 출력 전압의 변동량(ΔV)이 0이고 ΔI=0 이면 상기 이전에 결정된 기준전압을 현재의 기준전압으로 그대로 유지할 수 있다. When the sensed solar radiation amount is greater than a predetermined solar radiation threshold value S _T , when the variation amount ΔV of the output voltage of the solar module is not 0 and ΔI / ΔV = −I / V, the previously determined reference voltage is determined. It can be kept at the current reference voltage. In addition, when the variation amount ΔV of the output voltage of the solar module is 0 and ΔI = 0, the previously determined reference voltage may be maintained as the current reference voltage.

본 발명의 실시형태들에 따르면, 급격한 외부 환경의 변화에 응하여 빠르게 동작하여 과도 현상을 개선함으로써 태양광 발전 시스템의 효율을 높이고 분산전원의 안정성과 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 정상상태에서 인버터 등의 전력 변환 장치의 스위칭 동작에 의한 리플을 개선하여 전력 품질을 높일 수 있다. According to embodiments of the present invention, it is possible to increase the efficiency of the photovoltaic power generation system and improve the stability and quality of the distributed power supply by operating quickly in response to a sudden change in the external environment to improve the transient phenomenon. In addition, it is possible to improve the power quality by improving the ripple due to the switching operation of the power converter such as an inverter in the steady state.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below.

도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종(MPPT) 제어장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 4는 도 3의 제어장치 구성중 스텝 사이즈의 구성을 나타낸 블록도이다. 또한 도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.3 is a block diagram schematically showing a configuration of a maximum power point tracking (MPPT) control device of a solar power generation system according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a configuration showing a step size of the configuration of the control device of FIG. It is a block diagram. 5 is a flowchart for explaining a maximum power point control method of the solar power generation system according to the embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 최대 전력점 추종 제어장치는, 기준전압(Vref)에 따라 태양광 모듈(100)의 출력 전압(V) 및 출력 전류(I)에 따른 전력을 출력하는 전력 변환부(110)와, 기준전압(Vref)을 결정하여 그 결정된 기준전압(Vref)을 전력 변환부(110)로 출력하는 기준전압 결정부(160)를 포함한다. 태양광 모듈(100)은 빛을 받아 전압 및 전류를 출력하는 모듈로서 태양전지 어레이(PV array) 등이 이에 해당한다. 전력 변환부(110)는 예를 들어 PCS(Power Conditioning System)가 이에 해당하며, 컨버터와 인버터를 구비하여 태양광 모듈(100)에서 생산된 DC 출력을 승압 또는 감압하여 일정 전압으로 조정하고 계통과 같은 AC 전압으로 변환시킬 수 있다. Referring to FIG. 3, the maximum power point tracking control device may include a power converter 110 that outputs power according to an output voltage V and an output current I of the solar module 100 according to a reference voltage Vref. And a reference voltage determiner 160 that determines the reference voltage Vref and outputs the determined reference voltage Vref to the power converter 110. The photovoltaic module 100 is a module that receives light and outputs voltage and current. The solar module 100 corresponds to a PV array. The power converter 110 corresponds to, for example, a power conditioning system (PCS), and includes a converter and an inverter, and adjusts the DC output produced by the solar module 100 to a predetermined voltage by boosting or reducing the voltage. Can be converted to the same AC voltage.

또한, 최대 전력점 추종 제어장치는, 최대 전력점 추종을 위한 스텝 사이즈(step size), 즉, 최대 전력점을 추종하도록 이전 단계의 기준전압에서 현재 단계의 기준전압으로의 기준전압 변동폭(Vref(k) - Vref(k-1))을 정하기 위해 센서 부(120), 일사량 판별부(130) 및 스텝 사이즈 가변부(140)를 포함한다. Vref(k)는 k 번째 단계에서의 기준전압이고 Vref(k-1)은 이전 단계, 즉 k-1번째 단계에서의 기준전압이다. In addition, the maximum power point following control apparatus may include a step size for tracking the maximum power point, that is, a reference voltage fluctuation range (Vref) from the reference voltage of the previous step to the reference voltage of the current step to follow the maximum power point. k)-the sensor unit 120, the solar radiation amount determining unit 130 and the step size variable unit 140 to determine the Vref (k-1)). Vref (k) is the reference voltage in the kth stage and Vref (k-1) is the reference voltage in the previous stage, that is, the k-1st stage.

센서부(120)는 종래의 컨덕턴스 증가법에서와 달리, 태양광 모듈(100)의 출력 전압(V) 및 출력 전류(I)뿐만 아니라 태양광 모듈로의 일사량(S)도 센싱(검출)한다. Unlike the conventional conductance increasing method, the sensor unit 120 senses (detects) not only the output voltage V and the output current I of the solar module 100 but also the solar radiation S to the solar module. .

일사량 판별부(120)는 센서부(110)에 의해 센싱된 일사량(S)이 기설정된 일사량 임계치(S_T)보다 큰지 여부를 판단한다. The solar radiation determination unit 120 determines whether the solar radiation amount S sensed by the sensor unit 110 is greater than a predetermined solar radiation threshold value S _T.

스텝 사이즈 가변부(140)는 센싱된 출력 전압(V)과 출력 전류(I)에 의해 계산되는 전력의 변동량(ΔP=Δ(VI))과 출력 전류(I)에 따라 최대 전력점 추종을 위한 기준 전압(Vref)의 스텝 사이즈를 가변하여 출력한다. 보다 구체적으로는, 스텝 사이즈 가변부(140)는, 전력의 변동량(ΔP)의 절대값이 설정치(ε_r)보다 큰 지 여부에 따라 그리고 출력 전류(I)가 최대 전력점에서의 기준 전류(Iref)로부터 벗어난 정도에 따라 기준 전압(Vref)의 스텝 사이즈를 결정하여 이를 기준전압 결정부(160)로 출력한다.The step size variable unit 140 is configured to follow the maximum power point according to the variation amount ΔP = Δ (VI) of the power calculated by the sensed output voltage V and the output current I and the output current I. The step size of the reference voltage Vref is varied and output. More specifically, the step size variable section 140 determines whether the output current I is the reference current at the maximum power point depending on whether the absolute value of the variation amount ΔP of power is larger than the set value ε _r . The step size of the reference voltage Vref is determined according to the deviation from Iref, and is output to the reference voltage determiner 160.

기준전압 결정부(160)는 일사량 판별부(120)의 판별 결과 센싱된 일사량(S)이 임계치(S_T)이하인 경우(S≤S_T)에는, 기설정된 일정 전압을 기준전압으로 결정하여 전력 변환부(110)로 출력한다. 이 일정 전압은 일정 전압 제어 방식의 MPPT 추종 제어를 위한 기준전압으로 사용되어, 임계치 이하의 저 일사량에서는 일정 전압 제어 방식이 적용된다. The reference voltage determination section 160 has determined that the not more than the sensing solar radiation (S), the threshold _(T S) (S≤S _T) of the irradiation determination section 120, a group power to a constant voltage determined by the reference voltage set Output to the converter 110. This constant voltage is used as a reference voltage for MPPT tracking control of a constant voltage control method, and a constant voltage control method is applied at a low solar radiation below a threshold.

또한, 기준전압 결정부(160)는 일사량 판별부(120)의 판별 결과 센싱된 일사량(S)이 임계치(S_T)보다 큰 경우(S ＞ S_T )에는 스텝 사이즈 가변부(140)으로부터 출력되는 스텝 사이즈를 이전에 결정된 기준전압에 가산 또는 감산하여 새로운 기준전압을 생성하여 이를 전력 변환부(110)에 출력하거나 또는 이전에 결정된 기준전압을 그대로 전력 변환부(110)로 출력한다. In addition, the reference voltage determination unit 160 solar radiation when the result of sensing solar radiation (S) determination of the determination section 120 is greater than the threshold value (S _T) (S> S _T) is outputted from the step size variable portion 140 The step size is added to or subtracted from the previously determined reference voltage to generate a new reference voltage and output it to the power converter 110, or output the previously determined reference voltage to the power converter 110 as it is.

보다 구체적으로는, 후술하는 바와 같이, S ＞ S_T 인 경우에, 이전에 결정된 기준전압이 최대 전력점의 전압보다 작은 것으로 판단되면 기준 전압 결정부(160)는 이전에 결정된 기준전압에 스텝 사이즈 가변부(140)에서 결정된 스텝 사이즈를 가산하여 새로운 기준전압으로 결정한다. 또한, S ＞ S_T 인 경우에, 이전에 결정된 기준전압이 최대 전력점의 전압보다 큰 것으로 판단되면 기준 전압 결정부(160)는 이전에 결정된 기준전압에 스텝 사이즈 가변부(140)에서 결정된 스텝 사이즈를 감 산하여 새로운 기준전압으로 결정한다. 또한, S ＞ S_T 인 경우에, 이전에 결정된 기준전압이 최대 전력점의 전압과 같은 것으로 판단되면 기준전압부(160)는 이전에 결정된 기준전압을 그대로 유지한 채 전력 변환부(110)로 출력한다. More specifically, as will be described later, in the case of S> _ST , if it is determined that the previously determined reference voltage is smaller than the voltage of the maximum power point, the reference voltage determiner 160 determines the step size to the previously determined reference voltage. The step size determined by the variable unit 140 is added to determine a new reference voltage. In addition, when S> _ST , when it is determined that the previously determined reference voltage is greater than the voltage of the maximum power point, the reference voltage determiner 160 determines the step determined by the step size variable section 140 at the previously determined reference voltage. Subtract the size to determine the new reference voltage. In addition, when S> S _T , if it is determined that the previously determined reference voltage is the same as the voltage of the maximum power point, the reference voltage unit 160 maintains the previously determined reference voltage as it is to the power converter 110. Output

도 4를 참조하여 스텝 사이즈 가변부(140)를 보다 상세히 설명한다. 스텝 사이즈 가변부(140)는 전력 변동 판별부(142), 기준전류 산출부(144), 전류 판별부(146) 및 스텝 사이즈 결정부(148)를 포함한다.The step size variable part 140 will be described in more detail with reference to FIG. 4. The step size variable unit 140 includes a power variation determiner 142, a reference current calculator 144, a current determiner 146, and a step size determiner 148.

센싱된 일사량(S)이 임계치(S_T)보다 큰 경우에, 전력 변동 판별부(142)는, 전력의 변동량(ΔP)의 절대값, 즉 │ΔP│ = │P(k)-P(k-1)│이 설정치(ε_r)보다 큰 지 여부를 판단한다. 여기서, P(k)는 k 번째 단계에서 센싱된 출력 전압(V(k)) 및 출력 전류(I(k))로부터 계산된 전력((V(k)*I(k))이고 P(k-1)은 이전 단계, 즉 k-1 번째 단계에서 센싱된 출력 전압(V(k-1)) 및 출력 전류(I(k-1))로부터 계산된 전력(V(k-1))*I(k-1))이다.When the sensed solar radiation amount S is greater than the threshold value S _T , the power variation determination unit 142 may determine an absolute value of the variation amount ΔP of power, that is, ΔΔP│ = P (k) -P (k It is determined whether -1) │ is greater than the set value (ε _r ). Where P (k) is the power ((V (k) * I (k)) calculated from the output voltage V (k) and the output current I (k) sensed in the kth stage and P (k) -1) is the power V (k-1) calculated from the output voltage V (k-1) and output current I (k-1) sensed in the previous step, i. I (k-1)).

기준 전류 산출부(144)는 최대 전력점에서의 기준 전류(Iref at Pmax)를 산출하는데, 센싱된 일사량(S)과 최대 전력점에서의 기준 전류(Iref)의 특성 곡선(S-Iref 특성 곡선)을 이용하여 기준 전류(Iref)을 산출한다. 보다 구체적으로는, S-Iref 특성 곡선을 일차식(선형식)으로 근사화하여 센싱된 일사량(S)으로부터 기준 전류(Iref)를 산출한다. The reference current calculator 144 calculates a reference current Iref at Pmax at the maximum power point, and the characteristic curve of the sensed solar radiation S and the reference current Iref at the maximum power point (S-Iref characteristic curve). ) Is used to calculate the reference current Iref. More specifically, the S-Iref characteristic curve is approximated in a linear form (linear form) to calculate the reference current Iref from the sensed solar radiation amount S. FIG.

도 6에 도시된 바와 같이, 태양전지의 특성상, 일사량 변화에 따라 최대 전력점에서의 기준 전류(Iref at Pmax)는 상대적으로 크게 변화하는 반면에, 온도 변화에 따라서는 기준 전류(Iref at Pmax)의 변화가 매우 작거나 무시할만하며, S-Iref 특성 곡선은 실질적으로 선형으로 그려진다. 따라서, 온도 변화(예를 들어, 통상적인 외부 환경의 온도 범위에서)에 무관하게, Iref(또는 Iref at Pmax)는 하기의 수학식 2에 나타난 바와 같이, S의 일차식을 작성할 수 있다. As shown in FIG. 6, the reference current (Iref at Pmax) at the maximum power point changes relatively large as the solar radiation changes, while the reference current (Iref at Pmax) changes depending on the temperature change. The change in is very small or negligible, and the S-Iref characteristic curve is drawn substantially linearly. Thus, irrespective of temperature change (eg, in the temperature range of a typical external environment), Iref (or Iref at Pmax) can produce a linear equation of S, as shown in Equation 2 below.

Iref = a*S+bIref = a * S + b

여기서, a와 b는 태양광 모듈의 특성에 따라 결정되는 것으로서 Iref-S 특성 곡선으로부터 얻어지는 상수라 할 수 있다. Here, a and b are determined according to the characteristics of the photovoltaic module and can be referred to as constants obtained from an Iref-S characteristic curve.

예를 들어, 대표적인 온도 25℃에서의 태양광 모듈의 기준전류-일사량(Iref-S) 특성을 측정하여 Iref를 S의 1차식(a*S+b)으로 표현한 후에 이를 모든 온도 사용범위에서 적용할 수 있다. 따라서, 위와 같은 선형식이 작성된 경우에는, 센싱된 일사량(S)으로부터 기준 전류(Iref)을 쉽게 산출할 수 있게 된다. For example, by measuring the reference current-insolation (Iref-S) characteristics of a solar module at a typical temperature of 25 ° C, expressing Iref as the first equation (a * S + b) of S and applying it in all temperature ranges. can do. Therefore, when the above linear equation is prepared, the reference current Iref can be easily calculated from the sensed solar radiation S.

전류 판별부(146)는, 센서부(120)에서 센싱된 출력 전류(I)가 기준 전류 산출부(144)에서 산출된 기준 전류(Iref)로부터 벗어난 정도를 판별한다. 보다 구체적으로는, 예를 들어 센싱된 전류(I)와 산출된 기준 전류(Iref)의 비(I/Iref)가 1 근방의(1을 포함하는) 기설정된 범위 내에 있는지 여부를 판단할 수 있다. 즉, 전류 판별부(146)는 하기의 수학식 2로 표현되는 전류 판별식을 만족하는지 여부를 판단할 수 있다. The current determination unit 146 determines the degree to which the output current I sensed by the sensor unit 120 deviates from the reference current Iref calculated by the reference current calculator 144. More specifically, for example, it may be determined whether the ratio I / Iref of the sensed current I and the calculated reference current Iref is within a preset range of 1 vicinity (including 1). . That is, the current determination unit 146 may determine whether the current determination equation represented by Equation 2 below is satisfied.

p ＜ I/Iref ＜ q, 또는 p*Iref ＜ I ＜ q*Irefp <I / Iref <q, or p * Iref <I <q * Iref

(0＜p＜1, 1＜q를 만족하는 기설정된 상수)(A preset constant that satisfies 0 <p <1, 1 <q)

실시예로서, p와 q는 0.5＜p＜0.98, 1.02＜q＜2 범위 내에서 설정된 상수일 수 있는데, 예를 들어, 전류 판별부(146)는 0.95*Iref ＜ I ＜ 1.05*Iref의 전류 판별식을 사용하여, 상기 센싱된 출력 전류(I)가 이 전류 판별식을 만족하는 지 여부를 판별할 수 있다. 이 전류 판별식을 만족하면 현재의 동작점은 최대 전력점 근방에 있고, 전류 판별식을 만족하지 않으면 현재의 동작점은 최대 전력점에서 멀어져 있는 것으로 판단할 수 있다. 전류 판별식에서 상수 p와 q는 태양광 모듈의 특성, 즉 태양전지의 특성에 따라 적절한 값으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같은 태양광 모듈의 온도에 따른 Iref-S 특성을 고려하여 p, q 값을 설정할 수 있다.As an example, p and q may be constants set within a range of 0.5 <p <0.98 and 1.02 <q <2. For example, the current determining unit 146 may have a current of 0.95 * Iref <I <1.05 * Iref. The discriminant can be used to determine whether the sensed output current I satisfies this current discriminant. If the current discrimination equation is satisfied, the current operating point is near the maximum power point, and if the current discrimination equation is not satisfied, the current operating point is determined to be far from the maximum power point. In the current discrimination equation, the constants p and q may be determined as appropriate values depending on the characteristics of the solar module, that is, the characteristics of the solar cell. For example, p and q values may be set in consideration of Iref-S characteristics according to temperature of the solar module as shown in FIG. 6.

스텝 사이즈 결정부(148)는 전력 변동 판별부(142)의 판별 결과와 전류 판별부(146)의 판별 결과에 따라 스텝 사이즈 가중치(K)를 결정하고, 이 결정된 스텝 사이즈 가중치(K)를 기본 스텝 사이즈(base step size: dV_b)에 곱하여 스텝 사이즈를 결정한다. 기본 스텝 사이즈(dV_b)는 MPPT 제어 설계자에 따라, 미리 설정된 상수일 수도 있고 아니면 전압 변동량(ΔV = V(k)-V(k-1))과 같은 변수로 정할 수도 있다. The step size determination unit 148 determines the step size weight K according to the determination result of the power variation determination unit 142 and the determination result of the current determination unit 146, and based on the determined step size weight K. The step size is determined by multiplying the step size (dV _b ). The basic step size dV _b may be a predetermined constant or may be set by a variable such as a voltage variation amount ΔV = V (k) −V (k−1) according to the MPPT control designer.

보다 구체적으로 설명하면, 전력의 변동량(ΔP)의 절대값이 설정치(ε_r)보다 크지 않은 경우, 스텝 사이즈 가중치(K)를 K=α(0＜α＜1인 기설정된 상수)로 결정할 수 있다. 스텝 사이즈 가중치(K)를 1보다 작은 양수인 α로 결정함으로써, 기본 스텝 사이즈(dV_b)보다 작은 스텝 사이즈로 최대 전력점을 추종할 수 있다. 따라서, 일사량의 변화 혹은 온도 변화와 같은 외부 환경의 변화가 작을 때에 스텝 사이즈를 작게하여 PCS(Power Conditioning System)에 의해 발생하는 노이즈의 리플을 줄일 수 있다. More specifically, when the absolute value of the variation amount ΔP of the power is not larger than the set value ε _r , the step size weight K may be determined as K = α (a preset constant of 0 <α <1). have. By determining the step size weight K as a positive number smaller than 1, the maximum power point can be followed at a step size smaller than the basic step size dV _b . Therefore, when the change in the external environment such as the change in the solar radiation amount or the temperature change is small, the step size can be reduced to reduce the ripple of noise generated by the PCS (Power Conditioning System).

전력의 변동량(ΔP)의 절대값이 설정치(ε_r)보다 크고 출력 전류(I)가 전류 판별식(p*Iref ＜ I ＜ q*Iref)을 만족하는 경우에는, 스텝 사이즈 결정부(148)는 스텝 사이즈 가중치(K)를 K=α로 결정할 수 있다. 스텝 사이즈 가중치(K)를 1보다 작은 양수인 α로 결정함으로써, 기본 스텝 사이즈(dV_b)보다 작은 스텝 사이즈로 최대 전력점을 추종할 수 있다. 따라서, 동작점이 최대 전력점 근방에 있을 때에 스텝 사이즈를 작게 하여 노이즈의 리플을 줄임과 동시에 최대 전력점을 보다 효율적으로 빨리 추종할 수 있게 한다. When the absolute value of the fluctuation amount ΔP of the electric power is larger than the set value ε _r and the output current I satisfies the current discrimination equation p * Iref <I <q * Iref, the step size determination unit 148 May determine the step size weight K as K = α. By determining the step size weight K as a positive number smaller than 1, the maximum power point can be followed at a step size smaller than the basic step size dV _b . Therefore, when the operating point is near the maximum power point, the step size can be reduced to reduce the ripple of noise and to follow the maximum power point more efficiently and quickly.

전력 변동량(ΔP)의 절대값이 설정치(ε_r)보다 크지만 전류 판별식(p*Iref ＜ I ＜ q*Iref)을 만족하지 않는 경우에는, 스텝 사이즈 결정부(148)는 스텝 사이즈 가중치(K)를 K=β (1＜β인 기설정된 상수)로 결정할 수 있다. 스텝 사이즈 가중치(K)를 1보다 큰 수인 β로 결정함으로써, 기본 스텝 사이즈(dV_b)보다 큰 스텝 사이즈로 최대 전력점을 추종할 수 있다. 따라서, 동작점이 최대 전력점에서 상대적으로 멀리 떨어져 있을 때 스텝 사이즈를 크게 하여 급격한 외부 환경 변화에 적응하여 최대 전력점을 가능한 빨리 추종할 수 있게 한다. When the absolute value of the power fluctuation amount ΔP is larger than the set value ε _r but does not satisfy the current discrimination equation p * Iref <I <q * Iref, the step size determining unit 148 may determine the step size weight ( K) can be determined as K = β (preset constant where 1 <β). By determining the step size weight K as a number greater than 1, the maximum power point can be followed at a step size larger than the basic step size dV _b . Therefore, when the operating point is relatively far from the maximum power point, the step size is increased to adapt to the sudden change of the external environment so that the maximum power point can be followed as soon as possible.

기준전압 결정부(160)는, 이전에 결정된 기준전압과 최대 전력점의 전압간의 대소에 따라 스텝 사이즈(스텝 사이즈 결정부(148)에 의해 결정된 스텝 사이즈)를 가산하거나 감산하거나 아니면 이전에 결정된 기준전압을 그대로 출력한다. 특히, 기존의 컨덕턴스 증가법에서와 마찬가지로, 이전에 결정된 기준전압과 최대 전력점의 전압의 대소는 태양광 모듈의 출력 전압(V)에 따른 출력 전력(P)의 변동 율(dP/dV)의 부호에 의해 결정될 수 있다. 그러나, 기존의 컨덕턴스 증가법과 달리, 일사량(S)으로부터 산출되는 기준전류와 출력 전류에 의한 전류 판별식의 만족 여부에 따라 그리고 전력의 변동량(ΔP)의 절대값이 설정치보다 큰지 여부에 따라 가변되는 스텝 사이즈를 적용한다. 뿐만 아니라, 임계치 이하의 저 일사량에서는 일정 전압 제어 방식을 적용하여 센서부를 통해 관측되는 전압과 전류의 변화를 잘 인식하지 못하는 문제를 해결한다. The reference voltage determination unit 160 adds or subtracts the step size (step size determined by the step size determination unit 148) according to the magnitude between the previously determined reference voltage and the voltage of the maximum power point or the previously determined reference. Output voltage as it is. In particular, as in the conventional conductance increasing method, the magnitude of the voltage of the reference voltage and the maximum power point previously determined is determined by the rate of change (dP / dV) of the output power P according to the output voltage V of the solar module. Can be determined by sign. However, unlike the conventional conductance increasing method, it is varied depending on whether the current discrimination equation based on the reference current and the output current calculated from the solar radiation amount S is satisfied and whether the absolute value of the variation amount ΔP of the power is larger than the set value. Apply the step size. In addition, the low solar radiation below the threshold solves the problem of not recognizing the change in voltage and current observed through the sensor unit by applying a constant voltage control method.

다음으로, 도 5를 참조하여 본 발명의 실시형태에 따른 최대 전력점 추종 제어방법을 설명한다. 본 실시형태의 제어방법는 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 제어에 적용될 수 있다. Next, with reference to FIG. 5, the maximum power point following control method which concerns on embodiment of this invention is demonstrated. The control method of this embodiment can be applied to the maximum power point following control of a grid-tied photovoltaic power generation system.

도 5에 도시된 바와 같이, 제어 시작과 동시에, 빠른 동작을 위해 태양광 모듈의 개방회로 전압(Voc)의 75 내지 85% 사이의 전압(예컨대, 0.8Voc)을 기준 전압(Vref)의 초기값으로 정하여 초기 동작을 수행할 수 있다(S201). 이는 통상적인 일사량과 표면 온도에서는 최대전력점이 대략 개방회로 전압(Voc)의 75 내지 85% 사이에 있을 것이라는 점에 근거한 것으로서, 해당 지역의 일사량과 표면 온도에 따라 초기 기준 전압은 달리(예컨대, Voc의 75%보다 작거나 Voc의 85%보다 크게) 설정될 수 있다. 상술한 바와 같이 초기 기준 전압을 설정하여 동작시킴으로써 초기 기준 전압 설정을 위한 별도의 센싱 과정이나 센싱된 값의 계산 과정이 필요 없으므로 동작 속도를 개선할 수 있다. As shown in FIG. 5, at the same time as the start of control, a voltage between 75 to 85% of the open circuit voltage Voc of the photovoltaic module (for example, 0.8Voc) is set to an initial value of the reference voltage Vref for fast operation. The initial operation may be performed by setting it as (S201). This is based on the fact that at typical solar radiation and surface temperatures, the maximum power point will be approximately between 75 and 85% of the open circuit voltage (Voc), depending on the solar radiation and surface temperature in the area (eg, Voc Less than 75% of VOC or greater than 85% of Voc). As described above, by setting and operating the initial reference voltage, an additional sensing process for calculating the initial reference voltage or a process of calculating the sensed value is not required, thereby improving operation speed.

그리고 나서, 태양광 모듈(100)의 출력 전압(V)과 출력 전류(I), 그리고 일사량(S)을 센싱한다(S202). 센서부(120)에 의해 센싱된 일사량(S)이 기설정된 임계치(S_T, 예를 들어 200 W/m²)보다 큰지 여부를 판단한다(S203). Then, the output voltage V, the output current I, and the solar radiation amount S of the solar module 100 are sensed (S202). It is determined whether the solar radiation amount S sensed by the sensor unit 120 is greater than a predetermined threshold value S _T , for example, 200 W / m ² (S203).

단계(S203)에서의 일사량 판별 결과 일사량(S)이 임계치(S_T)보다 크지 않은 경우에는, 저일사량에서는 출력 전력의 변동이 매우 작고 센서를 통해 관측되는 전압 및 전류의 변화를 잘 인식하지 못하는 문제를 해결하기 위해 기설정된 일정 전압을 기준전압으로 정하여(S220) 일정 전압 제어 방식으로 최대 전력점 추종을 제어한다. 이러한 일정 전압 제어 방식에서 기준 전압으로 적용되는 일정 전압의 크기는 태양광 모듈(태양전지 어레이 등)의 특성을 미리 파악하여 정해질 수 있다. If the solar radiation determination result in step S203 is not larger than the threshold value S _T , at low solar radiation, the fluctuation of the output power is very small, and the change of voltage and current observed through the sensor is hardly recognized. In order to solve the problem, the predetermined constant voltage is set as the reference voltage (S220) to control the maximum power point following by the constant voltage control method. The magnitude of the constant voltage applied as the reference voltage in the constant voltage control method may be determined by grasping the characteristics of the solar module (solar cell array, etc.) in advance.

단계(S203)에서의 일사량 판별 결과 일사량(S)이 임계치(S_T)보다 큰 경우에는, 센싱된 출력 전압 및 출력 전류에 의해 신출되는 전력의 변동량(ΔP)의 절대값(│ΔP│ = │P(k)-P(k-1)│)과 센싱된 출력 전류(I)에 따라 최대 전력점 추종을 위한 기준 전압(Vref)의 스텝 사이즈를 가변하여 출력한다. As a result of the solar radiation determination in step S203, when the solar radiation amount S is larger than the threshold value S _T , the absolute value of the variation amount ΔP of power generated by the sensed output voltage and output current (│ΔP│ = | The step size of the reference voltage Vref for maximum power point tracking is varied and output according to P (k) -P (k-1) │) and the sensed output current I.

보다 구체적으로 설명하면, 일사량(S)이 임계치(S_T, 예컨대 200W/m²)보다 큰 경우에는, 전력의 변동량(ΔP)의 절대값이 미리 정한 설정치(ε_r)보다 큰 지 여부를 판단한다(S204). More specifically, when the solar radiation amount S is greater than the threshold value S _T , for example 200 W / m ² , it is determined whether the absolute value of the variation amount ΔP of power is larger than a predetermined set value ε _r . (S204).

단계 S204에서의 판단 결과 일사량의 변동량(ΔP)의 절대값이 설정치(ε_r)보다 크지 않은 경우에는, 스텝 사이즈 가중치(K)를 K=α (0＜α＜1인 기설정된 상수)로 결정한다(S207). 이 경우, 예를 들어 K=0.5로 결정할 수 있다. 이와 같이 전력의 변동량(ΔP)의 절대값이 상대적으로 작은 경우에 스텝 사이즈 가중치(K)를 1 미만의 양수로 정함으로써 스텝 사이즈를 상대적으로 작게 하여(따라서, 스텝 사이즈가 기설정된 기본 스텝 사이즈(dV_b)보다 작게 됨) PCS에 의해 발생하는 노이즈의 리플을 줄일 수 있다. 설정치(ε_r)는 전력의 변동량(ΔP)의 절대값이 상대적으로 큰 지 작은 지를 결정하여 그 결정에 따라 다른 스텝 사이즈 가중치를 주기 위한 상수로서 MPPT 제어 설계자에 의해 해당 지역의 일사량 수준이나 PCS 스펙 등에 따라 적절히 설정될 수 있다. As a result of the determination in step S204, when the absolute value of the variation amount ΔP of the solar radiation amount is not larger than the set value ε _r , the step size weight K is determined as K = α (a predetermined constant with 0 <α <1). (S207). In this case, for example, K = 0.5 can be determined. As described above, when the absolute value of the variation amount ΔP of the electric power is relatively small, the step size weight K is set to a positive number less than 1 so that the step size is made relatively small (hence, the default step size in which the step size is preset less than dV _b ) can reduce the ripple of the noise generated by the PCS. The set point ε _r is a constant for determining whether the absolute value of the change in power ΔP is relatively large or small and giving different step size weights according to the decision. It may be appropriately set according to the like.

단계 S204에서의 판단 결과 전력의 변동량(ΔP)의 절대값이 설정치(ε_r)보다 큰 경우에는, 일사량(S)과 최대 전력점에서의 기준 전류(Iref)의 특성 곡선을 이용하여 일사량(S)에 따른 기준 전류(Iref)를 산출한다(S205). 구체적으로는, 상술한 바와 같이 S-Iref 특성 곡선이 온도 변화에 거의 무관하게 일정한 선형 조건(Iref = a*S+b)을 만족한다는 점(도 6 참조)을 이용하여, 센싱된 일사량(S)으로부터 기준 전류(Iref)를 산출할 수 있다. As a result of the determination in step S204, when the absolute value of the fluctuation amount ΔP of the electric power is larger than the set value ε _r , the solar radiation amount S using the characteristic curve of the solar radiation amount S and the reference current Iref at the maximum power point. Reference current Iref is calculated according to step S205. Specifically, using the fact that the S-Iref characteristic curve satisfies a constant linear condition (Iref = a * S + b) as described above (refer to FIG. 6), the sensed solar radiation amount S ) Can be used to calculate the reference current Iref.

그리고 나서, 산출된 기준 전류(Iref)를 이용하여 출력 전류(I)가 기준 전류(Iref)로부터 벗어난 정도를 판별하는 전류 판별식을 작성하고, 센싱된 출력 전류(I)가 이 전류 판별식을 만족하는지를 판별한다(S206). 구체적으로는, 단계 S206에서는, 출력 전류(I)가 전류 판별식 "p*Iref ＜ I ＜ q*Iref (p, q는 0＜p＜1, 1＜q인 상수)"을 만족하는 지 여부를 판별할 수 있다. 실시예로서, 전류 판별식에 사용되는 상수 p와 q는 0.5＜p＜0.98, 1.02＜q＜2 범위 내의 상수로 설정할 수 있다. 출력 전류(I)가 전류 판별식에서 정의한 범위를 벗어나면 동작점이 최대 전력점에서 상당히 벗어난 것이지만 그 범위 내에 들어가면 동작점이 최대 전력점에서 크게 벗어나지 않은 것으로 판단할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 전류 판별식을 0.95*Iref ＜ I ＜ 1.05*Iref로 설정하여 출력 전류(I)가 이 전류 판별식을 만족하는지 판별할 수 있다. Then, using the calculated reference current Iref, a current discrimination equation for determining the degree to which the output current I deviates from the reference current Iref is prepared, and the sensed output current I expresses this current discrimination equation. It is determined whether it is satisfied (S206). Specifically, in step S206, whether or not the output current I satisfies the current discrimination expression "p * Iref <I <q * Iref (p, q is a constant of 0 <p <1, 1 <q)" Can be determined. As an example, the constants p and q used in the current discriminant can be set to constants in the range of 0.5 <p <0.98, 1.02 <q <2. If the output current (I) is outside the range defined by the current discriminant, the operating point is significantly out of the maximum power point, but if the output current (I) is within the range, it can be determined that the operating point is not far from the maximum power point. For example, as illustrated in FIG. 5, the current discrimination equation may be set to 0.95 * Iref <I <1.05 * Iref to determine whether the output current I satisfies this current discrimination equation.

단계 S206에서의 판단 결과 전류 판별식(예컨대, 0.95*Iref ＜ I ＜ 1.05*Iref)을 만족하는 경우에는, 스텝 사이즈 가중치(K)를 K=α (0＜α＜1)로 결정한다(S207). 따라서 동작점이 최대 전력점을 크게 벗어나지 않은 경우 혹은 최대 전력점 근방에 있는 경우에 스텝 사이즈를 상대적으로 작게 함으로써 MPPT 추종을 효율적으로 빠르게 진행시킬 수 있고 리플에 의한 노이즈도 줄일 수 있다. 예를 들 어 K=0.5로 정함으로써 스텝 사이즈를 기본 스텝 사이즈(dV_b)의 1/2로 줄일 수 있다.When the determination result at step S206 satisfies the current discrimination equation (for example, 0.95 * Iref <I <1.05 * Iref), the step size weight K is determined as K = α (0 <α <1) (S207). ). Therefore, when the operating point does not deviate significantly from the maximum power point or is near the maximum power point, the step size can be relatively small, so that the MPPT tracking can be progressed efficiently and quickly, and the noise caused by the ripple can be reduced. For example, by setting K = 0.5, the step size can be reduced to 1/2 of the basic step size (dV _b ).

단계 S206에서의 판단 결과 전류 판별식(예컨대, 0.95*Iref ＜ I ＜ 1.05*Iref)을 만족하지 않는 경우에는, 스텝 사이즈 가중치(K)를 K=β (1＜β인 기설정된 상수) 로 결정한다. 따라서 동작점이 최대 전력점에서 상당히 벗어난 경우에는 스텝 사이즈를 상대적으로 크게 함으로써 급격한 외부 환경 변화에 빠르게 반응하면서 MPPT 추종을 효율적으로 보다 신속히 수행할 수 있다. 예를 들어, K=2로 정함으로써 스텝 사이즈를 기본 스텝 사이즈(dV_b)의 2배로 늘릴 수 있다. When the determination result at step S206 does not satisfy the current discrimination equation (for example, 0.95 * Iref <I <1.05 * Iref), the step size weight K is determined as K = β (a predetermined constant of 1 <β). do. Therefore, when the operating point is significantly out of the maximum power point, the step size can be made relatively large, so that the MPPT tracking can be performed more efficiently and quickly while responding to the rapid external environment change. For example, by setting K = 2, the step size can be increased to twice the basic step size dV _b .

다음으로, 상술한 바와 같이 결정된 스텝 사이즈 가중치(K)에 따라 스텝 사이즈(K*dV_b)를 결정하고 이 스텝 사이즈를 이전에 결정된 기준 전압(Vref)에 가산 또는 감산하여 새로운 기준 전압을 생성한다. 이 새로운 기준 전압에 따라 MPPT 추종을 수행한다. 다만, 이전에 결정된 기준 전압이 최대 전력점에서의 전압으로 판단되는 경우(예를 들어 dP/dV = 0)에는, 스텝 사이즈의 가산 또는 감산 없이 이전에 결정된 기준 전압을 유지하여 그대로 현재의 기준 전압으로 사용할 수 있다.Next, the step size K * dV _b is determined according to the step size weight K determined as described above, and the step size is added or subtracted to the previously determined reference voltage Vref to generate a new reference voltage. . MPPT tracking is performed according to this new reference voltage. However, when the previously determined reference voltage is determined as the voltage at the maximum power point (for example, dP / dV = 0), the current reference voltage is maintained as it is while maintaining the previously determined reference voltage without adding or subtracting the step size. Can be used as

이하, 도 5를 참조하여 스텝 사이즈의 가산 또는 감산 여부를 보다 구체적으로 설명한다. 하기의 설명에서는 기존의 컨덕턴스 증가법에서와 마찬가지로 dP/dV 의 부호가 + 인지 - 인지 아니면 0인지에 따라 스텝 사이즈의 가산 또는 감산 여부 혹은 스텝 사이즈의 가감 없이 이전 결정된 기준 전압을 그대로 사용할 지 여부를 결정하여 현재의 기준 전압을 출력하고 있다. 그러나, 이는 예시적인 것에 불과할 뿐이며 스텝 사이즈를 가산할 지 감산할지 혹은 이전의 기준 전압을 그대로 이용할 지는(즉, 전력(P)-전압(V) 그래프 상에서 현재 동작점이 최대 전력점의 왼쪽에 있는지 또는 오른 쪽에 있는지 혹은 최대 전력점에 있는지는) 다른 방식을 통해 결정될 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 컨덕턴스 증가법과는 달리, 출력 전류(I)가 S-Iref의 선형식으로부터 얻어지는 Iref에 관한 전류 판별식을 만족하는 지 여부와 전력의 변동량(ΔP)의 절대값이 설정치(ε_r)보다 큰 지 여부에 따라 달라지는 가변적인 스텝 사이즈를 이용할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 임계 일사량 이하의 저일사량에서는 기설정된 일정 전압을 사용하여 일정 전압 제어 방식으로 MPPT의 추종을 제어할 수 있다. Hereinafter, the addition or subtraction of the step size will be described in more detail with reference to FIG. 5. In the following description, as in the conventional conductance increasing method, whether or not to add or subtract a step size according to whether dP / dV is +,-or 0, or whether or not to use the previously determined reference voltage without the step size is used as it is. And the current reference voltage is output. However, this is only an example, and whether the step size is added or subtracted or the previous reference voltage is used (ie, the current operating point on the power (P) -voltage (V) graph is to the left of the maximum power point or Whether it is on the right or at its maximum power point can be determined in other ways. In addition, in the present embodiment, unlike the conductance increasing method, whether the output current I satisfies the current discrimination equation for Iref obtained from the linear equation of S-Iref and the absolute value of the variation amount ΔP of power are set values. A variable step size that depends on whether it is greater than (ε _r ) can be used. In addition, in this embodiment, following the MPPT can be controlled by the constant voltage control system by the predetermined constant voltage in the low radiation amount below the threshold insolation amount.

먼저 3개의 부등식 dP/dV = 0, dP/dV ＞ 0, dP/dV ＜ 0은 다음과 같이 ΔI/ΔV와 I/V로 표현될 수 있다. First, three inequalities dP / dV = 0, dP / dV> 0, and dP / dV <0 may be expressed as ΔI / ΔV and I / V as follows.

P=VI이므로, dP/dV = d(VI)/dV = I + VdI/dV Since P = VI, dP / dV = d (VI) / dV = I + VdI / dV

위 수학식을 이산식의 형태로 표현하면, dP/dV ≒ I + VΔI/ΔV 이다.If the above equation is expressed in discrete form, dP / dV ≒ I + VΔI / ΔV.

따라서, dP/dV = I + VΔI/ΔV ＞ 0 이면 ΔI/ΔV ＞ -I/V 이다. Therefore, if dP / dV = I + VΔI / ΔV> 0, then ΔI / ΔV> −I / V.

마찬가지로, dP/dV ＞ 0 은 ΔI/ΔV ＞ -I/V ------------------(1)Similarly, dP / dV> 0 means ΔI / ΔV> -I / V ------------------ (1)

dP/dV ＜ 0 은 ΔI/ΔV ＜ -I/V ------------------------------(2)dP / dV <0 is ΔI / ΔV <-I / V ------------------------------ (2)

dP/dV = 0 은 ΔI/ΔV = -I/V ---------------------------------(3)dP / dV = 0 is ΔI / ΔV = -I / V --------------------------------- (3)

로 표현될 수 있다. . &Lt; / RTI >

센싱 스텝 마다 센싱되는 태양광 모듈의 출력 전압(V)과 출력 전압(I)으로부터 출력 전압의 변동량(ΔV=V(k)-V(k-1))과 출력 전류의 변동량(ΔI=I(k)-I(k-1))을 계산한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 단계 S209에서 출력 전압의 변동량(V(k)-V(k-1))이 0인지 판단한다. V(k)-V(k-1)이 0이 아니면 위 부등식 (1) 내지 (3)을 이용하여 dP/dV = 0, dP/dV ＜ 0, dP/dV ＞ 0 여부를 판단한다. The amount of change of the output voltage (ΔV = V (k) -V (k-1)) and the amount of change of the output current (ΔI = I () from the output voltage (V) and the output voltage (I) of the solar module sensed at each sensing step. k) -I (k-1)). As shown in Fig. 5, it is determined in step S209 whether the variation amount V (k) -V (k-1) of the output voltage is zero. If V (k) -V (k-1) is not 0, it is determined whether dP / dV = 0, dP / dV <0, and dP / dV> 0 using the above inequality (1) to (3).

구체적으로 예를 들면, 단계 S209에서의 판단 결과 V(k)-V(k-1)≠ 0 이면, 단계 S211에서 ΔI/ΔV = -I/V 여부를 판단할 수 있다. 단계 S211에서의 판단 결과 ΔI/ΔV = -I/V 이면 dP/dV = 0 이므로 현재 동작점을 최대 전력점으로 보아 이전에 결정된 기준 전압을 현재 현재의 기준전압으로 그대로 유지하여 태양광 모듈로부터 전력을 추출한다. Specifically, for example, if the determination result in step S209 is V (k) -V (k-1) ≠ 0, it may be determined in step S211 whether ΔI / ΔV = -I / V. If ΔI / ΔV = -I / V, the result of the determination in step S211 is dP / dV = 0. Therefore, the current operating point is regarded as the maximum power point, and the previously determined reference voltage is maintained as the current reference voltage. Extract

단계 S211에서의 판단 결과 ΔI/ΔV ≠ -I/V 이면, 단계 S213에서 ΔI/ΔV ＞ -I/V 여부를 판단할 수 있다. 단계 S213에서의 판단 결과 ΔI/ΔV ＞ -I/V이면 dP/dV ＞ 0 이므로 이전에 결정된 기준 전압(Vref)에 스텝 사이즈(K*dV_b)를 가산하 여 새로운 기준 전압을 산출한다(S216). 그러나, 단계 S213에서의 판단 결과 ΔI/ΔV ＞ -I/V이 아니면 dP/dV ＜ 0 이므로 이전에 결정된 기준 전압(Vref)에 스텝 사이즈(K*dV_b)를 감산하여 새로운 기준 전압을 산출한다(S215). If ΔI / ΔV ≠ −I / V as a result of the determination in step S211, it may be determined whether ΔI / ΔV> -I / V in step S213. Is determined in step S213 ΔI / ΔV> is -I / V if dP / dV> 0 because it is calculated over the new reference voltage and adding the step size (K _b * dV) to the previous reference voltage (Vref) determined (S216 ). However, if ΔI / ΔV> −I / V is not determined as dP / dV <0, the step size K * dV _b is subtracted from the previously determined reference voltage Vref to calculate a new reference voltage. (S215).

또한, 단계 S209에서의 판단 결과 V(k)-V(k-1) = 0 이면, ΔI = 0인지 여부를 판단할 수 있다(S212). 그 판단 결과 ΔI = 0 이면, 최대 전력점에서 동작하고 있다고 보고 이전의 기준 전압을 그대로 유지한다. 반대로 ΔI = 0 을 만족하지 않으면, 단계 S214에서 ΔI ＞ 0인지 판단하여 ΔI ＞ 0이면 이전에 결정된 기준 전압(Vref)에 스텝 사이즈(K*dV_b)를 가산하여 새로운 기준 전압을 산출한다(S218). 그러나, 단계 S214에서의 판단 결과 ΔI ＞ 0이 아니면 이전에 결정된 결정된 기준 전압(Vref)에 스텝 사이즈(K*dV_b)를 감산하여 새로운 기준 전압을 산출한다(S217). In addition, if V (k) -V (k-1) = 0 as a result of the determination in step S209, it may be determined whether ΔI = 0 (S212). As a result of the determination, if ΔI = 0, it is regarded as operating at the maximum power point and maintains the previous reference voltage. On the contrary, if ΔI = 0 is not satisfied, it is determined in step S214 whether ΔI> 0, and if ΔI> 0, the step size K * dV _b is added to the previously determined reference voltage Vref to calculate a new reference voltage (S218). ). However, if the determination result in step S214 is not ΔI> 0, the new reference voltage is calculated by subtracting the step size K * dV _b from the previously determined determined reference voltage Vref.

위 단계 S215, S216, S217, S218에서 산출된 새로운 기준 전압은 전력 변환부로 출력되어 최대 전력점을 추종하면서 태양광 모듈의 전력을 추출한다. 그 이후 다음 스텝에서 현재 출력한 전압 및 전류은 이전 전압 및 전류로 치환되고 새로운 센싱 작업(S202)을 수행하여 상술한 동작을 반복함으로써 계속해서 최대 전력점을 추종하면서 태양광 모듈로부터 전력을 추출한다.The new reference voltages calculated in the above steps S215, S216, S217, S218 are output to the power converter to extract the power of the solar module while following the maximum power point. Thereafter, the voltage and current currently output in the next step are replaced with the previous voltage and current, and the new sensing operation S202 is performed to repeat the above-described operation to extract power from the solar module while continuously following the maximum power point.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부 된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.The present invention is not limited by the above-described embodiment and the accompanying drawings. It is intended that the scope of the invention be defined by the appended claims, and that various forms of substitution, modification, and alteration are possible without departing from the spirit of the invention as set forth in the claims. Will be self-explanatory.

도 1은 종래의 계통연계형(grid-connected) 태양광 발전 시스템을 도시적으로 나타낸 개략도이다.1 is a schematic diagram illustrating a conventional grid-connected photovoltaic system.

도 2(a)는 표면 온도(t)에 따른 태양전지의 전류-전압(I-V) 특성을 나타내는 그래프이고, 도 2(b)는 일사량(S)에 따른 태양전지의 I-V 특성을 나타내는 그래프이다.2 (a) is a graph showing the current-voltage (I-V) characteristics of the solar cell according to the surface temperature (t), Figure 2 (b) is a graph showing the I-V characteristics of the solar cell according to the solar radiation (S).

도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종(MPPT) 제어장치의 구성을 도식적으로 나타낸 블록도이다. 3 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a maximum power point tracking (MPPT) control device of a solar power generation system according to an embodiment of the present invention.

도 4는 도 3의 제어장치에 있어서 스텝 사이즈 가변부의 구성을 도식적으로 나타낸 블록도이다.4 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a step size variable portion in the control device of FIG. 3.

도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.5 is a flowchart for explaining a maximum power point tracking control method of the photovoltaic power generation system according to the embodiment of the present invention.

도 6은 일사량(S)-최대 전력점에서의 기준 전류(Iref) 특성 곡선을 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing a characteristic curve of the reference current Iref at the solar radiation S-maximum power point.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100: 태양광 모듈 110: 전력 변환부100: solar module 110: power converter

120: 센서부 130: 일사량 판별부120: sensor unit 130: solar radiation determination unit

140: 스텝 사이즈 가변부 160: 기준 전압 결정부140: step size variable part 160: reference voltage determiner

142: 전력 변동 판별부 144: 기준전류 산출부142: power fluctuation determining unit 144: reference current calculating unit

146: 전류 판별부 148: 스텝 사이즈 결정부146: current determination unit 148: step size determination unit

Claims

delete

A power converter configured to output power according to the output voltage V and the current I of the solar module according to the reference voltage Vref;

A sensor unit configured to sense an output voltage (V) and an output current (I) of the photovoltaic module and the solar radiation amount (S) to the photovoltaic module;

A solar radiation amount determining unit that determines whether the sensed solar radiation amount S is greater than a predetermined solar radiation threshold value S _T ;

The step size of the reference voltage Vref for tracking the maximum power point is varied according to the variation amount ΔP of the power calculated by the sensed output voltage V and the output current I and the output current I. A step size variable section for outputting; And

When the sensed solar radiation amount S is less than or equal to the solar radiation threshold value S _T , a predetermined predetermined voltage is determined as a reference voltage and output to the power converter, and the sensed solar radiation amount is greater than the solar radiation threshold value S _T. And a reference voltage determination unit which adds or subtracts a step size output from the step size variable unit to a previously determined reference voltage and outputs the power to the power converter, or outputs the previously determined reference voltage to the power converter,

The step size variable unit,

A power fluctuation determining unit which determines whether an absolute value of the fluctuation amount [Delta] P is greater than a set value [epsilon] _r ;

A reference current calculator configured to calculate a reference current Iref according to the sensed radiation amount S using a characteristic curve of the solar radiation amount S and the reference current Iref at the maximum power point;

A current discriminating unit for determining a degree to which the sensed output current I deviates from the reference current Iref calculated by the reference current calculating unit; And

And a step size determination unit determining a step size weight K according to a determination result of the power variation determination unit and a determination result of the current determination unit, and determining a step size according to the determined step size weight K. Power point following control device of solar power system.

3. The method of claim 2,

The reference current calculator calculates a reference current Iref from the solar radiation amount S sensed by the sensor unit using a linear relational expression represented by Equation 1 below. Following control.

[Equation 1]

Iref = a * S + b

a and b are constants obtained from the characteristic curve of the solar radiation S and the reference current Iref at the maximum power point.

The method according to claim 2 or 3,

The current discriminator determines whether the reference current Iref value calculated by the reference current calculator and the output current I sensed by the sensor part satisfy a current discrimination equation expressed by Equation 2 below. And determining and outputting the result of the determination to the step size determination unit.

[Equation 2]

p * Iref <I <q * Iref

p and q are preset constants that satisfy 0 <p <1, 1 <q.

5. The method of claim 4,

In the current discriminant, p and q are constants set within a range of 0.5 < p < 0.98 and 1.02 < q <

5. The method of claim 4,

The step size determination unit,

When the absolute value of the fluctuation amount ΔP of the power is larger than the set value ε _r and the output current I satisfies the current discriminant, the step size weight K is determined as K = α,

If the absolute value of the fluctuation amount ΔP of the power is larger than the set value ε _r and does not satisfy the current discrimination equation, the step size weight K is determined as K = β,

When the absolute value of the fluctuation amount ΔP of the power is not larger than the set value ε _r , the step size weight K is determined as K = α, and the maximum power point following control apparatus of the solar power generation system .

α is a predetermined constant of 0 <α <1 as a weight for decreasing the step size, and β is a predetermined constant of 1 <β as a weight for increasing the step size.

The method according to claim 2 or 3,

And the step size determining unit determines a step size by multiplying the determined step size weight (K) by a basic step size (dV _b ).

The method of claim 7, wherein

The reference voltage determination unit determines the step size (K * dV _b ) determined by the step size determination unit according to the sign of the rate of change (dP / dV) of the output power P according to the output voltage V of the solar module. Is added to or subtracted from a previously determined reference voltage and output to the power converter, or outputs the previously determined reference voltage to the power converter.

delete

Sensing the output voltage (V) and output current (I) of the solar module and the solar radiation amount (S) to the solar module;

Controlling the maximum power point tracking of the photovoltaic module by setting a predetermined constant voltage as a reference voltage when the sensed amount of solar radiation is equal to or less than a predetermined solar radiation threshold value (S _T );

When the sensed amount of solar radiation is greater than a predetermined amount of solar radiation threshold value S _T , the amount of variation ΔP calculated by the sensed output voltage V and the output current I and the output current I Varying and outputting a step size of the reference voltage Vref for tracking the maximum power point;

Generating a new reference voltage by adding or subtracting the output step size to a previously determined reference voltage; And

Extracting power of the photovoltaic module by following the maximum power point of the photovoltaic module according to the generated new reference voltage;

The step of varying and outputting the step size of the reference voltage (Vref),

Determining whether an absolute value of the variation amount ΔP of the power is greater than a set value ε _r ;

When the absolute value of the variation amount ΔP of the power is larger than the set value ε _r , the detected amount of solar radiation S is determined using a characteristic curve of the solar radiation amount S and the reference current Iref at the maximum power point. Calculating a reference current Iref;

A current discrimination step of determining a degree to which the sensed output current I deviates from the calculated reference current Iref;

The step size weight K according to whether the absolute value of the variation amount ΔP of the power is greater than the set value ε _r and the degree to which the sensed output current I deviates from the calculated reference current Iref. Determining); And

And determining a step size according to the determined step size weight (K).

The method of claim 10,

The step of calculating the reference current,

And calculating a reference current from the sensed solar radiation amount S using a linear relational expression represented by Equation 3 below.

&Quot; (3) "

Iref = a * S + b

The method according to claim 10 or 11, wherein

The current discriminating step may include determining whether the calculated reference current Iref and the sensed output current I satisfy a current discrimination equation expressed by Equation 4 below. Maximum power point tracking control method of the solar power system.

&Quot; (4) "

p * Iref <I <q * Iref

p and q are predetermined constants satisfying 0 <p <1, 1 <q.

The method of claim 12,

The step of determining the step size weight K may include different step size weights K depending on whether the current discriminant is satisfied when the absolute value of the variation amount ΔP of the power is larger than a set value ε _r . And determining the maximum power point tracking control method of the solar power generation system.

The method of claim 12,

The determining step of the step size weight K,

When the absolute value of the fluctuation amount ΔP of the power is larger than the set value ε _r and satisfies the current discriminant, the step size weight K is determined as K = α,

And determining the step size weight K as K = α when the absolute value of the fluctuation amount ΔP is not greater than the set value ε _r . Point tracking control method.

The method according to claim 10 and 11,

The determining of the step size may include determining a step size by multiplying the step size weight K determined in the step size weight determining step by a basic step size dV _b . Maximum power point tracking control method of.

The method of claim 16,

The generating of the new reference voltage may include the step size (K) determined in the step size determination step, according to the sign of the rate of change (dP / dV) of the output power (P) according to the output voltage (V) of the solar module. and adding or subtracting * dV _b ) to a previously determined reference voltage to determine the new reference voltage as the maximum power point tracking control method of the solar power generation system.

The method of claim 17,

Generating the new reference voltage,

When the variation amount ΔV of the output voltage of the photovoltaic module is not 0, if ΔI / ΔV> -I / V (ΔI is the variation amount of the output current of the photovoltaic module), the step size (K * dV _b) ) Is added to the previously determined reference voltage to determine a new reference voltage, and if ΔI / ΔV <−I / V, the step size (K * dV _b ) is subtracted from the previously determined reference voltage to determine a new reference voltage. and,

When the variation amount ΔV of the output voltage of the photovoltaic module is 0, when ΔI> 0, the step size K * dV _b is added to the previously determined reference voltage and determined as a new reference voltage, and ΔI < And determining the new reference voltage by subtracting the step size K * dV _b from the previously determined reference voltage.

The method of claim 18,

When the sensed solar radiation amount is greater than the predetermined solar radiation threshold value S _T ,

If the variation amount ΔV of the output voltage of the solar module is not 0 and ΔI / ΔV = -I / V, the previously determined reference voltage is maintained as the current reference voltage.

And maintaining the previously determined reference voltage at the current reference voltage when the variation amount ΔV of the output voltage of the solar module is 0 and ΔI = 0. Tracking control method.