KR101208252B1 - 태양에너지 발전시스템의 최대전력점 추종을 위한 전류 지령치 생성방법 및 장치 - Google Patents

태양에너지 발전시스템의 최대전력점 추종을 위한 전류 지령치 생성방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

태양에너지 발전시스템의 최대전력점 추종을 위한 전류 지령치 생성방법 및 장치가 개시된다. 전류 지령치 생성장치는 태양전지모듈과 태양전지모듈로부터 전압을 입력받아 계통전압으로 출력하는 플라이백 전력 변환부를 포함하는 태양에너지 발전시스템의 최대전력점 추종을 위한 전류 지령치 생성장치에 있어서, 플라이백 전력 변환부의 입력 전압을 검출하는 전압 검출부와, 검출된 입력 전압으로부터 출력 전력을 연산하는 제1 연산부와, 연산된 출력 전력에 기초한 전력 변동분 및 입력 전압의 전압 변동분을 연산하는 제2 연산부와, 연산된 전압 변동분 및 연산된 전력 변동분으로부터 태양전지모듈의 최대전력점을 추종하기 위한 전류 지령치를 생성하는 전류 지령치 생성부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이를 통해, 전류 검출부 없이 전압 검출부만으로 출력 전력을 연산한 후 전류 지령치를 생성할 수 있으며, 고가의 전류 검출부에 드는 비용을 줄일 수 있어 태양에너지 발전시스템의 비용을 절감할 수 있는 한편, 회로를 단순화할 수 있는 효과가 있다.

Description

태양에너지 발전시스템의 최대전력점 추종을 위한 전류 지령치 생성방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD OF GENERATING CURRENT COMMAND FOR TRACKING MAXIMUM POWER POINT IN SOLAR ENERY GENERATING SYSTEM}
본 발명은 태양에너지 발전시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양에너지 발전시스템의 최대 전력점을 추종하기 위한 전류 지령치 생성방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 태양에너지 발전시스템은 태양전지를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 시스템을 말한다. 플라이백 컨버터를 포함하는 태양에너지 발전시스템의 일반적인 구성은 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 태양전지모듈(10)에는 플라이백 컨버터와 같은 전력변환장치(20)가 연결되고, 전력변환장치(20)의 출력단에는 전력계통(30)이 연결되는 구성을 가진다.
이러한 태양에너지 발전시스템에서 사용되는 태양전지모듈(10)은, 도 2 (a) 내지 (b)에서 도시된 바와 같이, 일사량 및 주변 온도에 따라서 발생되는 최대 전력의 양과 최대 전력을 발생시키는 조건(최대전력점, 11)이 변동한다. 즉, (a)에서 도시된 바와 같이, 일사량이 증가함에 따라서 태양전지모듈(10)의 최대전력점(11)은 증가하며, 주변 온도가 증가함에 따라서는 태양전지모듈(10)의 최대전력점(11)이 감소하는 특성을 가진다. 따라서 플라이백 컨버터와 같은 전력변환장치(20)는 다양한 환경조건의 변동시에도 태양전지모듈(10)이 항상 최대 전력을 출력할 수 있도록 설계될 필요가 있다.
또한, 종래 태양에너지 발전시스템의 전력변환장치(20)가 태양전지모듈(10)의 최대전력점을 추종하기 위해서는 태양전지모듈(10)의 전압을 검출하기 위한 전압 검출부 외에도 태양전지모듈(10)의 전류를 검출하기 위한 별도의 전류 검출부가 있어야 한다. 이로 인해 태양에너지 발전시스템의 전체 비용이 증가하며, 회로가 복잡해지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 태양에너지 발전시스템의 비용을 절감할 수 있는 한편, 회로를 단순화할 수 있는 태양에너지 발전시스템의 최대전력점 추종을 위한 전류 지령치 생성방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1 기술적인 측면은, 태양전지모듈과 태양전지모듈로부터 전압을 입력받아 계통전압으로 출력하는 플라이백 전력 변환부를 포함하는 태양에너지 발전시스템의 최대전력점 추종을 위한 전류 지령치 생성장치에 있어서, 플라이백 전력 변환부의 입력 전압으로부터 출력 전력을 연산하는 제1 연산부와, 연산된 출력 전력에 기초한 전력 변동분 및 입력 전압의 전압 변동분을 연산하는 제2 연산부와, 연산된 전압 변동분 및 연산된 전력 변동분으로부터 태양전지모듈의 최대전력점을 추종하기 위한 전류 지령치를 생성하는 전류 지령치 생성부를 포함하는 태양에너지 발전시스템의 최대전력점 추종을 위한 전류 지령치 생성장치를 제공하는 것이다.
또한, 전류 지령치 생성부는, 연산된 전압 변동분 및 연산된 전력 변동분으로부터 태양전지모듈의 최대전력점 곡선상의 동작점의 위치를 판단하고, 판단된 동작점에 기초하여, 최대 전력점을 추종하기 위한 전류 지령치를 생성할 수 있다.
또한, 전류 지령치 생성부는, 전압 변동분 및 전력 변동분이 모두 (+)인 경우에, 최대 전력점 곡선상에서 최대 전력점의 좌측에 상기 동작점이 존재하는 것으로 판단하며, 전압 변동분 및 전력 변동분 중 어느 하나가 (-)인 경우에, 최대 전력점 곡선상에서 최대 전력점의 우측에 동작점이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
또한, 전류 지령치 생성부는, 동작점이 최대 전력점의 좌측에 존재하는 경우 기존 전류 지령치에 일정값을 감산하며, 동작점이 최대 전력점의 우측에 존재하는 경우 기존 전류 지령치에 일정값을 가산함으로써, 전류 지령치를 생성할 수 있다.
또한, 제1 연산부는, 하기의 수학식:
Figure 112010084428821-pat00001
에 의해 출력 전력을 연산하며, VG는 플라이백 컨버터의 출력단에 연결된 계통전압의 최대치, VPV는 입력 전압의 최대치, Lm은 플라이백 컨버터에 포함된 트랜스포머의 자화 인덕턴스, fmin은 최소 스위칭 주파수, ω는 스위칭 주파수, Lf는 플라이백 컨버터의 출력 인덕터, Cf는 플라이백 컨버터의 출력 커패시터, n은 플라이백 컨버터에 포함된 트랜스포머의 권선비를 의미할 수 있다.
본 발명의 제1 기술적인 측면은, 태양전지모듈과 태양전지모듈로부터 전압을 입력받아 계통전압으로 출력하는 플라이백 전력 변환부를 포함하는 태양에너지 발전시스템의 최대전력점 추종을 위한 전류 지령치 생성방법에 있어서, 플라이백 전력 변환부의 입력 전압을 검출하는 단계와, 검출된 입력 전압으로부터 출력 전력을 연산하는 단계와, 연산된 출력 전력에 기초한 전력 변동분 및 입력 전압의 전압 변동분을 연산하는 단계와, 연산된 전압 변동분 및 연산된 전력 변동분으로부터 태양전지모듈의 최대전력점을 추종하기 위한 전류 지령치를 생성하는 단계를 포함하는 태양에너지 발전시스템의 최대전력점 추종을 위한 전류 지령치 생성방법을 제공하는 것이다.
또한, 전류 지령치를 생성하는 단계는, 연산된 전압 변동분 및 연산된 전력 변동분으로부터 태양전지모듈의 최대전력점 곡선상의 동작점의 위치를 판단하는 단계와, 판단된 동작점에 기초하여, 최대 전력점을 추종하기 위한 전류 지령치를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 동작점의 위치를 판단하는 단계는, 전압 변동분 및 전력 변동분이 모두 (+)인 경우에, 최대 전력점 곡선상에서 최대 전력점의 좌측에 동작점이 존재하는 것으로 판단하며, 전압 변동분 및 전력 변동분 중 어느 하나가 (-)인 경우에, 최대 전력점 곡선상에서 최대 전력점의 우측에 동작점이 존재하는 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 전류 지령치를 생성하는 단계는, 동작점이 최대 전력점의 좌측에 존재하는 경우 기존 전류 지령치에 일정값을 감산하며, 동작점이 최대 전력점의 우측에 존재하는 경우 기존 전류 지령치에 일정값을 가산함으로써, 전류 지령치를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 출력 전력을 연산하는 단계는, 하기의 수학식:
Figure 112010084428821-pat00002
에 의하며, VG는 플라이백 컨버터의 출력단에 연결된 계통전압의 최대치, VPV는 입력 전압의 최대치, Lm은 플라이백 컨버터에 포함된 트랜스포머의 자화 인덕턴스, fmin은 최소 스위칭 주파수, ω는 스위칭 주파수, Lf는 플라이백 컨버터의 출력 인덕터, Cf는 플라이백 컨버터의 출력 커패시터, n은 플라이백 컨버터에 포함된 트랜스포머의 권선비를 의미할 수 있다.
본 발명에 따르면, 플라이백 전력 변환부의 특성을 이용하여 전류 검출부 없이 전압 검출부만으로 출력 전력을 연산한 후 전류 지령치를 생성할 수 있다. 또한, 고가의 전류 검출부에 드는 비용을 줄일 수 있어 태양에너지 발전시스템의 비용을 절감할 수 있는 한편, 회로를 단순화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 플라이백 컨버터를 포함하는 태양에너지 발전시스템의 일반적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 태양에너지 발전시스템에서 사용되는 태양전지 모듈의 최대 전력점 변동특성을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 지령치 생성장치를 포함하는 태양에너지 발전시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 생성된 전류 지령치에 의해 제어되는 플라이백 변환장치의 주요부의 파형을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 지령치 생성방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 지령치 생성장치(360)를 포함하는 태양에너지 발전시스템의 전체 구성도이다. 태양에너지 발전시스템은 플라이백 전력변환부(A), 전류 지령치 생성 장치(360), 계통 위상 검출부(370) 및 PWM 생성부(380)를 포함할 수 있다.
우선, 도 3을 참조하여 플라이백 전력변환부(A)의 구성을 살펴보면, 플라이백 전력변환부(A)는 입력 콘덴서 뱅크(310), 메인 스위치 세트(330), 고주파 트랜스포머(320), 라인 스위치 세트(340), 그리고 출력 필터(350)로 구성된다.
플라이백 전력변환부(A)의 입력 콘덴서 뱅크(310)는, 전압 리플을 제거하여 입력 전압을 직류에 가깝게 평활화하기 위해 몇 개의 콘덴서를 병렬로 연결하여 구성된다.
플라이백 전력변환부(A)의 메인 스위치 세트(330)는, 메인 스위치(Qm)와 메인 스위치(Qm)의 전압을 안정화시키기 위한 스너버(331)로 구성된다. 메인 스위치(Qm)는 고주파(수십kHz ~ 수백kHz)로 스위칭함으로써, 태양전지모듈로부터 입력되는 직류 출력을 교류의 형태로 변환한 후, 이를 트랜스포머(320)의 2차측으로 전달한다. 스너버(331)는 여러 형태로 구성될 수 있으나 도 3에는 가장 일반적인 RC 스너버를 도식화 하였다. RC 스너버(331)는 스너버 저항(R)과 스너버 콘덴서(C)로 구성되며, 스너버 콘덴서(C)의 용량에 따라 메인 스위치(Qm)의 전압 정격이 결정되고, 스너버 저항(R)은 스너버 콘덴서(R) 방전시의 전류를 제한하는 역할을 한다.
플라이백 전력변환부(A)의 고주파 트랜스포머(320)는, 3권선으로 구성되며 1차측은 입력 콘덴서 뱅크(310)의 (+) 단과 메인 스위치 세트(330) 사이에 연결된다. 2차측은 중간탭 형식으로 구성되고, 중간탭은 전력계통(도 1의 30 참조)의 중성점에 연결되며, 중간탭 이외의 권선은 라인 스위치 세트(340)에 연결된다.
플라이백 전력변환부(A)의 라인 스위치 세트(340)는, 전력계통(도 1의 30 참조)의 주파수와 동기되어 스위칭되며, 플라이백 전력변환부(A)의 출력 전류가 계통전압과 동상이 되도록 전류 방향을 제어하는 역할을 한다. 라인 스위치 세트(340)는 2개의 스위치(Qp, Qn)와 2개의 다이오드(D1, D2)로 구성된다. 계통전압의 양의 반주기 동안에는 정방향 교류 스위치(Qp)를 도통시키고, 역방향 교류스위치(Qn)를 차단시킴으로써, 메인 스위치(Qm)의 스위칭에 의해 트랜스포머(320)를 통해 전달된 전류(iQp)는 정방향 교류 스위치(Qp)과 정방향 다이오드(Dp)를 통해 출력측으로 흐르게 된다. 계통전압의 음의 반주기 동안에는 역방향 교류스위치(Qn)를 도통시키고, 정방향 교류 스위치(Qp)를 차단함으로써 전류(iQn)의 방향을 바꾼다.
플라이백 전력변환부(A)의 출력 필터(350)는, 필터 콘덴서(Cf)와 필터 인덕터(Lf)로 구성되며, 메인 스위치(Qm)의 스위칭에 의해 트랜스포머(320) 2차측으로 전달된 고주파 전류를 계통전압의 주파수에 해당하는 저주파(50Hz ~ 60Hz)전류로 평활화하는 역할을 한다. 한편, 본 발명에서 플라이백 전력변환부(B)의 출력은 도 1에 도시된 바와 같은 전력계통(30)에 연결되므로, 플라이백 전력변환부(B)의 출력전압은 계통전압과 같은 의미로 사용된다.
여기서, 미도시된 도면부호 Vcf는 필터 콘덴서(Cf)의 전압을, VLf는 필터 인덕터(Lf) 양단간 전압을. io은 출력 전류를, Vg은 계통전압을, Ll은 트랜스포머의 누설인덕턴스, Lm은 트랜스포머의 자화 인덕턴스를, iLm은 트랜스포머의 자화전류를, VQm은 메인 스위치(Qm)의 전압을, Vpv은 입력전압을, ip는 트랜스포머의 1차측 전류를, Vp는 트랜스포머 1차측 전압을, Vs1, Vs2는 트랜스포머 2차측 전압을 도시하고 있다.
계통 위상 검출부(370)는 플라이백 전력 변환부(A)의 출력 전압, 즉 계통전압(Vg)의 위상을 검출하고, 검출된 계통전압(Vg)의 위상을 PWM 생성부(380)로 전달한다.
전류 지령치 생성장치(360)는 플라이백 전력 변환부(A)의 입력 전압(Vpv)을 검출하여 제1 연산부(362)와 제2 연산부(363)로 전달하는 전압 검출부(361)와, 전압 검출부(361)로부터 전달받은 입력 전압(Vpv)으로부터 출력 전력을 연산하고, 연산된 출력 전력을 제2 연산부(363)로 전달하는 제1 연산부(362)와, 제1 연산부(362)로부터 전달받은 출력 전력에 기초한 전력 변동분(△P)과 전압 검출부(361)로부터 전달받은 입력 전압의 전압 변동분(△V)을 연산한 후, 연산된 전력 변동분(△P)과 전압 변동분(△V)을 전류 지령치 생성부(364)로 전달하는 제2 연산부(363)와, 제2 연산부(363)로부터 전달받은 전력 변동분(△P) 및 전압 변동분(△V)으로부터 태양전지모듈의 최대전력점을 추종하기 위한 전류 지령치(ip*( pk ))를 생성하는 전류 지령치 생성부(364)를 포함할 수 있다. 생성된 전류 지령치(ip*( pk ))는 PWM 생성부(380)로 전달될 수 있다.
이하 입력 전압(Vpv)으로부터 출력 전력을 연산하는 과정을 더욱 상세하게 설명한다.
플라이백 전력 변환부(A)의 출력 전류를 io(=Iosinωt)라 하고, 계통전압을 Vg(=Vosinωt)라고 할 때, 계통전압의 한 주기 동안의 평균 출력 전력 Po는 다음의 수학식 (1)과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112010084428821-pat00003
한편, 출력 전류 io는 다음의 수학식 (2)과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112010084428821-pat00004
그리고, 수학식 (2)로부터 필터 인덕터(Lf) 양단의 전압(VLf)은 다음의 수학식 (3)과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112010084428821-pat00005
필터 콘덴터(Cf)의 양단간 전압(VCf)는 필터 인덕터(Lf) 양단의 전압(VLf)과 계통전압(Vg)의 합으로 표현될 수 있으며, 필터 콘덴서(Cf)로 유입되는 전류(icf)는 다음의 수학식 (4)와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112010084428821-pat00006
출력 필터(350)의 입력단 전류를 is라고 할 때, 입력단 전류(is)는, 다음의 수학식 (5)와 같이, 출력 전류(io)와 필터 콘덴서(Cf)로 유입되는 전류(icf)의 합으로 표현될 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112010084428821-pat00007
수학식 (5)로부터 스위칭 주기마다 요구되는 트랜스포머(320)의 2차측 첨두치 전류(is ( pk ))는 다음의 수학식 (6)과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112010084428821-pat00008
여기서, Dpk는 메인 스위치(Qm)의 최대 시비율(duty ratio)을 나타내며, 메인 스위치(Qm)는 트랜스포머(320)의 자화 인덕터(Lm)에 흐르는 전류가 임계점 도통 모드(BCM: Boundary Conduction Mode)로 동작하도록 제어된다.
한편, 메인 스위치(Qm)의 시비율(duty ratio)은 다음의 수학식 (7)과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112010084428821-pat00009
따라서, 트랜스포머(320)의 턴수비를 n이라고 하면, 수학식 (6) 및 (7)로부터 트랜스포머(320)의 1차측 전류의 첨두치(ip(pk))는 다음의 수학식 (8)과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 8]
Figure 112010084428821-pat00010
한편, 플라이백 전력 변환부(A)의 특성, 즉 1차측 전류의 첨두치(ip(pk))와 자화 인덕터(Lm), 최대 시비율(Dpk), 입력 전압의 최대치(Vpv) 및 스위칭 주기(T)와의 관계는 일반적으로 다음과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 9]
Figure 112010084428821-pat00011
수학식 (7), (8) 및 (9)로부터 플라이백 전력 변환부(A)의 출력전력(Po)은 다음의 수학식 (10)과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 10]
Figure 112010084428821-pat00012
여기서, 입력 전압(Vpv)를 제외하고 나머지 변수들은 모두 알 수 있는 값임을 고려하면, 플라이백 전력 변환부(A)의 특성상 출력 전력(Po)는 입력 전압(Vpv)만으로도 연산될 수 있다는 것을 알 수 있다.
한편, 전류 지령치 생성부(364)는 전압 변동분(△V) 및 전력 변동분(△P)으로부터 태양전지모듈의 최대전력점 곡선상의 동작점의 위치를 판단하고, 판단된 동작점에 기초하여, 최대 전력점을 추종하기 위한 전류 지령치(ip*( pk ))를 생성한다. 구체적으로, 전류 지령치 생성부(364)는, 전압 변동분(△V) 및 전력 변동분(△P)이 모두 (+)인 경우에, 최대 전력점 곡선상에서 최대 전력점의 좌측에 동작점이 존재하는 것으로 판단하며, 전압 변동분(△V) 및 전력 변동분(△P) 중 어느 하나가 (-)인 경우에, 최대 전력점 곡선상에서 최대 전력점의 우측에 동작점이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
전류 지령치 생성부(364)는 동작점이 최대 전력점의 좌측에 존재하는 경우 기존 전류 지령치에 일정값을 감산하며, 동작점이 최대 전력점의 우측에 존재하는 경우 기존 전류 지령치에 일정값을 가산함으로써, 전류 지령치(ip*( pk ))를 생성한다. 상술한 전압 변동분(△V)과 전력 변동분(△P)의 관계를 하기의 표 1에서 도시하였다.
△P > 0 △P < 0
△V > 0 최대 전력점의 왼쪽에
동작점 위치		 최대 전력점의 오른쪽에 동작점 위치
△V < 0 최대 전력점의 오른쪽에 동작점 위치 최대 전력점의 왼쪽에 동작점 위치
한편, 하기의 표 2에 동작점 위치에 따른 전류 지령치의 변동을 도시하였다.
△P > 0 △P < 0
△V > 0 (ip*( pk )) ↓ (ip*( pk )) ↑
△V < 0 (ip*( pk )) ↑ (ip*( pk )) ↓
한편, PWM 생성부(380)는 전류 지령치 생성장치(360)로부터 전달받은 전류 지령치와 계통 위상 검출부(370)로부터 전달받은 계통전압의 위상으로부터 메인 스위치(Qm), 2쌍의 라인 스위치(Qp, Qn)를 제어하기 위한 스위칭 신호들(SWQm, SWQp, SWQn)을 생성하고, 생성된 스위칭 신호들(SWQm, SWQp, SWQn)에 의해 스위치들(Qm, Qp, Qn)의 제어한다. 본 발명에 있어서, PWM 생성부(380)의 구체적인 동작은 본 발명의 범위를 벗어나므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
한편, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 생성된 전류 지령치에 의해 제어되는 플라이백 변환장치의 주요부의 파형을 도시한 도면이다. 도 4에서 Vg는 계통전압을, SWQm은 메인 스위치(Qm)의 제어신호를, SWQp와 SWQn은 각각 라인 스위치들(Qp, Qn)의 제어 신호를, iLm은 자화 인덕터(Lm)를 흐르는 전류를, ip는 트랜스포머(320)의 1차측을 흐르는 전류를, iQp는 라인 스위치(Qp)를 흐르는 전류를, in은 라인 스위치(Qn)를 흐르는 전류를, io는 출력 전류를 의미한다.
도 4를 참조하면, 메인 스위치(Qm)는 트랜스포머(320)의 1차측 전류(ip)가 전류 지령치 생성장치(360)에 의해 생성된 전류 지령치(ip*(pk))에 도달한 시점에서 턴오프됨을 알 수 있으며, 자화 전류(iLm)가 0이 되는 순간 턴온됨을 알 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 지령치 생성방법을 도시한 흐름도이다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 단계 500에서 전압 검출부(361)는 플라이백 전력 변환부(A)의 입력 전압(Vpv)을 검출하여 제1 연산부(362)와 제2 연산부(363)로 전달한다.
단계 501에서, 제1 연산부(362)는 전압 검출부(361)로부터 전달받은 입력 전압(Vpv)으로부터 출력 전력(Ppv[n])을 연산하고, 연산된 출력 전력(Ppv[n])을 제2 연산부(363)로 전달한다.
단계 502에서, 제2 연산부(363)는 제1 연산부(362)로부터 전달받은 출력 전력에 기초한 전력 변동분(△P)과 전압 검출부(361)로부터 전달받은 입력 전압의 전압 변동분(△V)을 연산한 후, 연산된 전력 변동분(△P)과 전압 변동분(△V)을 전류 지령치 생성부(364)로 전달한다. 여기서, 전력 변동분(△P)은 현재 전력(Ppv[n])에서 이전 전력(Ppv[n-1])을 뺀 값이며, 전압 변동분(△V)은 현재 전압(Vpv[n])에서 이전 전압(Vpv[n-1])을 뺀 값이다.
단계 503에서, 전류 지령치 생성부(364)는 제2 연산부(363)로부터 전달받은 전력 변동분(△P) 및 전압 변동분(△V)으로부터 태양전지모듈의 최대전력점을 추종하기 위한 전류 지령치(ip*( pk ))를 생성한다. 구체적으로, 전류 지령치 생성부(364)는 전력 변동분(△P) 및 전압 변동분(△V)에 따라 태양전지모듈의 최대전력점 곡선상의 동작점의 위치를 판단하고, 판단한 동작점의 위치에 따라 전류 지령치(ip*( pk ))를 생성한다. 이하 더욱 구체적으로 설명한다.
단계 503 및 단계 504에서, 전류 지령치 생성부(364)는 전력 변동분(△P)과 전압 변동분(△V)이 모두 (+)이면, 동작점의 위치가 최대 전력점 곡선상에서 최대 전력점의 좌측에 위치한 것으로 판단하며, 이후 단계 505로 진행한다.
단계 505에서는, 전류 지령치 생성부(364)는 이전 전류 지령치(ip*(pk)[n])에서 일정값(△i)를 감산하여 새로운 전류 지령치(ip*( pk )[n+1])를 생성한다. 생성된 전류 지령치(ip*( pk )[n+1])는 PWM 생성부(380)로 전달된다.
마찬가지로, 단계 503 및 단계 504에서, 전류 지령치 생성부(364)는 전력 변동분(△P)이 (+)이며, 전압 변동분(△V)이 (-)이면, 동작점의 위치가 최대 전력점 곡선상에서 최대 전력점의 우측에 위치한 것으로 판단하며, 이후 단계 506로 진행한다.
단계 506에서는, 전류 지령치 생성부(364)는 이전 전류 지령치(ip*(pk)[n])에서 일정값(△i)를 가산하여 새로운 전류 지령치(ip*( pk )[n+1])를 생성한다. 생성된 전류 지령치(ip*( pk )[n+1])는 PWM 생성부(380)로 전달된다.
단계 503 및 단계 507에서, 전류 지령치 생성부(364)는 전력 변동분(△P)이 (-)이며, 전압 변동분(△V)이 (+)이면, 동작점의 위치가 최대 전력점 곡선상에서 최대 전력점의 우측에 위치한 것으로 판단하며, 이후 단계 508로 진행한다.
단계 508에서는, 전류 지령치 생성부(364)는 이전 전류 지령치(ip*(pk)[n])에서 일정값(△i)를 가산하여 새로운 전류 지령치(ip*( pk )[n+1])를 생성한다. 생성된 전류 지령치(ip*( pk )[n+1])는 PWM 생성부(380)로 전달된다.
마찬가지로, 단계 503 및 단계 509에서, 전력 변동분(△P)과 전압 변동분(△V)이 모두 (-)이면, 동작점의 위치가 최대 전력점 곡선상에서 최대 전력점의 좌측에 위치한 것으로 판단하며, 이후 단계 509로 진행한다.
단계 509에서는, 전류 지령치 생성부(364)는 이전 전류 지령치(ip*(pk)[n])에서 일정값(△i)를 감산하여 새로운 전류 지령치(ip*( pk )[n+1])를 생성한다. 생성된 전류 지령치(ip*( pk )[n+1])는 PWM 생성부(380)로 전달된다.
이상 도면과 명세서에서 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
A: 플라이백 전력변화부
300: 태양에너지 발전시스템 310: 입력 콘덴서 뱅크
320: 고주파 트랜스포머 330: 메인 스위치 세트
340: 라인 스위치 세트 350: 출력 필터부
360: 전류 지령치 생성장치 361: 전압 검출부
362: 제1 연산부 363: 제2 연산부
364: 전류 지령치 생성부 370: 계통위상 검출부
380: PWM 생성부

Claims (10)

  1. 태양전지모듈과 상기 태양전지모듈로부터 전압을 입력받아 계통전압으로 출력하는 플라이백 전력 변환부를 포함하는 태양에너지 발전시스템의 최대전력점 추종을 위한 전류 지령치 생성장치에 있어서,
    상기 플라이백 전력 변환부의 입력 전압을 검출하는 전압 검출부;
    상기 검출된 입력 전압으로부터 출력 전력을 연산하는 제1 연산부;
    상기 연산된 출력 전력에 기초한 전력 변동분 및 상기 입력 전압의 전압 변동분을 연산하는 제2 연산부; 및
    상기 연산된 전압 변동분 및 상기 연산된 전력 변동분으로부터 상기 태양전지모듈의 최대전력점을 추종하기 위한 전류 지령치를 생성하는 전류 지령치 생성부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양에너지 발전시스템의 최대전력점 추종을 위한 전류 지령치 생성장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전류 지령치 생성부는,
    상기 연산된 전압 변동분 및 상기 연산된 전력 변동분으로부터 상기 태양전지모듈의 최대전력점 곡선상의 동작점의 위치를 판단하고,
    상기 판단된 동작점에 기초하여, 상기 최대 전력점을 추종하기 위한 전류 지령치를 생성하는 것을 특징으로 하는 태양에너지 발전시스템의 최대전력점 추종을 위한 전류 지령치 생성장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전류 지령치 생성부는,
    상기 전압 변동분 및 상기 전력 변동분이 모두 (+)인 경우에, 상기 최대 전력점 곡선상에서 최대 전력점의 좌측에 상기 동작점이 존재하는 것으로 판단하며,
    상기 전압 변동분 및 상기 전력 변동분 중 어느 하나가 (-)인 경우에, 상기 최대 전력점 곡선상에서 최대 전력점의 우측에 상기 동작점이 존재하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 태양에너지 발전시스템의 최대전력점 추종을 위한 전류 지령치 생성장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전류 지령치 생성부는,
    상기 동작점이 상기 최대 전력점의 좌측에 존재하는 경우 기존 전류 지령치에 일정값을 감산하며,
    상기 동작점이 상기 최대 전력점의 우측에 존재하는 경우 기존 전류 지령치에 일정값을 가산함으로써, 상기 전류 지령치를 생성하는 것을 특징으로 하는 태양에너지 발전시스템의 최대전력점 추종을 위한 전류 지령치 생성장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 연산부는,
    하기의 수학식:
    Figure 112012050022949-pat00013

    에 의해 출력 전력을 연산하며, 상기 VG는 상기 플라이백 컨버터의 출력단에 연결된 계통전압의 최대치, VPV는 상기 입력 전압의 최대치, Lm은 상기 플라이백 컨버터에 포함된 트랜스포머의 자화 인덕턴스, fmin은 최소 스위칭 주파수, ω는 스위칭 주파수, Lf는 상기 플라이백 컨버터의 출력 인덕터, Cf는 상기 플라이백 컨버터의 출력 커패시터, n은 상기 플라이백 컨버터에 포함된 트랜스포머의 권선비를 의미하는 태양에너지 발전시스템의 최대전력점 추종을 위한 전류 지령치 생성장치.
  6. 태양전지모듈과 상기 태양전지모듈로부터 전압을 입력받아 계통전압으로 출력하는 플라이백 전력 변환부를 포함하는 태양에너지 발전시스템의 최대전력점 추종을 위한 전류 지령치 생성방법에 있어서,
    상기 플라이백 전력 변환부의 입력 전압을 검출하는 단계;
    상기 검출된 입력 전압으로부터 출력 전력을 연산하는 단계;
    상기 연산된 출력 전력에 기초한 전력 변동분 및 상기 입력 전압의 전압 변동분을 연산하는 단계; 및
    상기 연산된 전압 변동분 및 상기 연산된 전력 변동분으로부터 상기 태양전지모듈의 최대전력점을 추종하기 위한 전류 지령치를 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양에너지 발전시스템의 최대전력점 추종을 위한 전류 지령치 생성방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전류 지령치를 생성하는 단계는,
    상기 연산된 전압 변동분 및 상기 연산된 전력 변동분으로부터 상기 태양전지모듈의 최대전력점 곡선상의 동작점의 위치를 판단하는 단계; 및
    상기 판단된 동작점에 기초하여, 상기 최대 전력점을 추종하기 위한 전류 지령치를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양에너지 발전시스템의 최대전력점 추종을 위한 전류 지령치 생성방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 동작점의 위치를 판단하는 단계는,
    상기 전압 변동분 및 전력 변동분이 모두 (+)인 경우에, 상기 최대 전력점 곡선상에서 최대 전력점의 좌측에 상기 동작점이 존재하는 것으로 판단하며,
    상기 전압 변동분 및 전력 변동분 중 어느 하나가 (-)인 경우에, 상기 최대 전력점 곡선상에서 최대 전력점의 우측에 상기 동작점이 존재하는 것으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양에너지 발전시스템의 최대전력점 추종을 위한 전류 지령치 생성방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전류 지령치를 생성하는 단계는,
    상기 동작점이 상기 최대 전력점의 좌측에 존재하는 경우 기존 전류 지령치에 일정값을 감산하며,
    상기 동작점이 상기 최대 전력점의 우측에 존재하는 경우 기존 전류 지령치에 일정값을 가산함으로써, 전류 지령치를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양에너지 발전시스템의 최대전력점 추종을 위한 전류 지령치 생성방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 출력 전력을 연산하는 단계는,
    하기의 수학식:
    Figure 112012050022949-pat00014

    에 의하며, 상기 VG는 상기 플라이백 컨버터의 출력단에 연결된 계통전압의 최대치, VPV는 상기 입력 전압의 최대치, Lm은 상기 플라이백 컨버터에 포함된 트랜스포머의 자화 인덕턴스, fmin은 최소 스위칭 주파수, ω는 스위칭 주파수, Lf는 상기 플라이백 컨버터의 출력 인덕터, Cf는 상기 플라이백 컨버터의 출력 커패시터, n은 상기 플라이백 컨버터에 포함된 트랜스포머의 권선비를 의미하는 태양에너지 발전시스템의 최대전력점 추종을 위한 전류 지령치 생성방법.
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