KR101214676B1 - 태양전지 발전 시스템 - Google Patents

태양전지 발전 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101214676B1
KR101214676B1 KR1020110036964A KR20110036964A KR101214676B1 KR 101214676 B1 KR101214676 B1 KR 101214676B1 KR 1020110036964 A KR1020110036964 A KR 1020110036964A KR 20110036964 A KR20110036964 A KR 20110036964A KR 101214676 B1 KR101214676 B1 KR 101214676B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
inverter
solar cell
inverter switching
switching element
voltage
Prior art date
Application number
KR1020110036964A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120119168A (ko
Inventor
이태원
지용혁
김영호
송두영
허민호
김태훈
이세호
원충연
Original Assignee
성균관대학교산학협력단
삼성전기주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 성균관대학교산학협력단, 삼성전기주식회사 filed Critical 성균관대학교산학협력단
Priority to KR1020110036964A priority Critical patent/KR101214676B1/ko
Priority to EP12275013A priority patent/EP2515430A2/en
Priority to US13/413,576 priority patent/US8837177B2/en
Priority to CN201210118678.0A priority patent/CN102751913B/zh
Publication of KR20120119168A publication Critical patent/KR20120119168A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101214676B1 publication Critical patent/KR101214676B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/4807—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode having a high frequency intermediate AC stage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H02M7/53873—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current with digital control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • H02J2300/26—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin involving maximum power point tracking control for photovoltaic sources
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S323/00—Electricity: power supply or regulation systems
    • Y10S323/906—Solar cell systems

Abstract

본 발명은 태양전지에서 생성된 출력 전압을 펄스 형태의 직류 전압으로 변환하는 컨버터, 펄스 형태의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 전력 계통에 인가하는 인버터 및 태양전지의 출력 전압, 태양전지의 출력 전류 및 전력 계통의 전압에 기초하여 태양전지 발전 시스템의 오동작 발생 여부를 판단하고, 오동작이 발생하는 구간에서는 복수 개의 인버터 스위칭 소자 중 적어도 하나의 인버터 스위칭 소자가 정상 동작 시의 주파수보다 높은 주파수로 스위칭 동작하도록 제어하는 제어 장치를 포함하는 태양전지 발전 시스템으로 출력 전력의 품질을 개선할 수 있는 장점이 있다.

Description

태양전지 발전 시스템{Electric generating system using solar cell}
본 발명은 태양전지 발전 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양광을 이용하여 전기를 생성하는 태양전지 발전 시스템에 관한 것이다.
최근 전력 수요의 급증에 따라 전력 인프라의 확충이 매우 중요한 문제로 부각되고 있다. 이러한 전력 수요의 경우 특정 계절, 특정 시간대에 사용되는 전력 부하가 급격하게 증가하면서 상시 대기 전력의 부족분을 초래하고 있으며, 정전과 같은 사고 발생의 원인이 되고 있다.
이에 따라, 상기 문제의 발생을 방지하기 위해 전력 인프라를 확충하고 사용을 제한하는 등의 다양한 시도가 이루어지고 있으며, 이 중에 하나로 무한 청정에너지원이며 국내 반도체 기술과 부합된 장점을 갖는 태양전지(PV)를 이용한 방법이 주목받고 있다.
한편, 이러한 태양전지를 이용한 발전 시스템은 복수 개의 태양전지 모듈 후면에 전력 변환 장치가 각각 장착되어 각 태양전지 모듈이 전력 계통과 연계되도록 한다.
그러나, 태양전지 모듈은 제조상의 특성에 의하여 동일한 전력을 발생시키는 태양전지 모듈이라 할지라도 제조사 및 제품 모델에 따라 서로 다른 출력 특성을 보이기 때문에 상용 전력 계통이 유지하는 보호 및 품질 규정에 종종 벗어나게 되어 안정적인 전력을 전달할 수 없는 문제점이 발생한다.
또한, 태양전지 모듈은 일사량 및 주변 환경 온도에 따라 최대 전력을 발생시키는 조건(최대 전력점)이 변동하기 때문에 일사량 및 주변 환경 온도에 따라 태양전지 발전 시스템에서 오동작이 발생할 수 있으며, 이로 인해 전력 계통의 전력 품질을 저해할 수 있는 문제점이 발생한다.
따라서, 태양전지의 출력 특성이 변동하여 오동작이 발생할지라도 출력 전력의 품질을 확보할 수 있는 방안이 제안되었다.
본 발명의 사상은 태양전지 발전 시스템에서 오동작이 발생하는지 판단하고, 오동작이 발생하는 구간에서는 복수 개의 인버터 스위칭 소자 중 일부 인버터 스위칭 소자를 고주파 스위칭 동작시켜 출력 전력의 품질을 개선할 수 있는 태양전지 발전 시스템을 제공함에 있다.
이를 위해 본 발명의 일실시예에 의한 태양전지 발전 시스템은 태양전지에서 생성된 출력 전압을 펄스 형태의 직류 전압으로 변환하는 컨버터; 상기 펄스 형태의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 전력 계통에 인가하는 인버터; 상기 태양전지의 출력 전압, 상기 태양전지의 출력 전류 및 상기 전력 계통의 전압에 기초하여 태양전지 발전 시스템의 오동작 발생 여부를 판단하고, 상기 오동작이 발생하는 구간에서는 복수 개의 인버터 스위칭 소자 중 적어도 하나의 인버터 스위칭 소자가 정상 동작 시의 주파수보다 높은 주파수로 스위칭 동작하도록 제어하는 제어 장치를 포함한다.
여기서, 상기 인버터는 제1 인버터 스위칭 소자, 상기 제1 인버터 스위칭 소자의 소스에 드레인이 접속된 제2 인버터 스위칭 소자, 상기 제1 인버터 스위칭 소자의 드레인에 드레인이 접속된 제3 인버터 스위칭 소자 및 상기 제2 인버터 스위칭 소자의 소스에 소스가 연결되고, 상기 제3 인버터 스위칭 소자의 소스에 드레인이 접속된 제4 인버터 스위칭 소자를 포함하고, 상기 전력 계통의 전압이 양인 구간에는 상기 제1 및 제4 인버터 스위칭 소자를 턴 온 동작시키고, 상기 전력 계통의 전압이 음인 구간에는 상기 제2 및 제3 인버터 스위칭 소자를 턴 온 동작시킨다.
또한, 상기 제어 장치는 상기 전력 계통의 전압이 양인 구간에서 상기 오동작이 발생하면, 상기 제1 및 제4 인버터 스위칭 소자 중 적어도 하나의 인버터 스위칭 소자가 상기 오동작이 발생하는 구간에서 정상 동작 시의 주파수보다 높은 주파수로 스위칭 동작하도록 제어한다.
그리고, 상기 제어 장치는 상기 전력 계통의 전압이 음인 구간에서 상기 오동작이 발생하면, 상기 제2 및 제3 인버터 스위칭 소자 중 적어도 하나의 인버터 스위칭 소자가 상기 오동작이 발생하는 구간에서 정상 동작 시의 주파수보다 높은 주파수로 스위칭 동작하도록 제어한다.
한편, 상기 제어 장치는 상기 태양전지에서 오동작이 발생하는지 판단하고, 상기 오동작 발생 여부에 따라 상기 인버터 스위칭 소자를 제어하는 인버터 제어 신호를 보정하기 위한 보정 신호를 생성하여 출력하는 컨버터 제어부; 상기 보정 신호와 상기 전력 계통의 상용 주파수 신호를 이용하여 상기 오동작이 발생하는 구간에서는 복수 개의 인버터 스위칭 소자 중 적어도 하나의 인버터 스위칭 소자가 정상 동작 시의 주파수보다 높은 주파수로 스위칭 동작하도록 제어하는 인버터 제어부를 포함한다.
이때, 상기 컨버터 제어부는 컨버터 스위칭 소자를 제어하기 위한 전류 지령 값과 제1 기준 신호를 비교하여 상기 비교한 결과로 컨버터 제어 신호를 출력하는 비교기; 상기 태양전지의 출력 전압, 상기 컨버터 스위칭 소자의 통류율 정보 및 상기 직류 전압을 이용하여 임계값을 산출하고, 상기 산출된 임계값과 상기 전류 지령 값을 비교한 결과를 이용하여 오동작 발생 여부를 판단하고, 상기 오동작 발생 여부에 따라 상기 보정 신호를 가변하여 출력하는 보정기를 포함한다.
상기 보정기는 상기 전류 지령 값이 상기 임계값보다 작으면, 정상 동작으로 판단하고, 상기 전류 지령 값이 상기 임계값보다 작지 않으면, 오동작으로 판단한다.
즉, 상기 보정기는 하기의 [수학식 1]의 조건을 만족하면, 오동작으로 판단하고, 상기 [수학식 1]의 조건을 만족하지 않으면, 정상 동작으로 판단한다.
Figure 112011029486319-pat00001
여기서, Du는 제1 기준 신호의 최대 값, n은 변압기(T)의 권선비, VDC는 직류 전압, VPV는 태양전지에서 생성된 출력 전압 및 Iout*는 전류 지령 값이다.
그리고, 상기 인버터 제어부는 상기 보정 신호와 기설정된 제2 기준 신호를 비교하여 상기 비교한 결과로 고주파 제어 신호를 출력하는 고주파 신호 발생부; 상기 전력 계통의 위상과 동기하는 상용 주파수 신호를 출력하는 상용 주파수 신호 발생부; 상기 고주파 제어 신호와 상기 상용 주파수 신호를 이용하여 상기 복수 개의 인버터 제어 신호를 발생시키는 인버터 신호 발생부를 포함한다.
아울러, 상기 보정기는 상기 산출된 임계값과 상기 전류 지령 값을 비교하고, 상기 비교한 결과를 이용하여 오동작 발생 여부를 판단하는 오동작 판단기; 상기 오동작 판단기에서 정상 동작으로 판단하면, 상기 제2 기준 신호의 최대 값을 상기 보정 신호로서 출력하는 보정 신호 발생기를 포함한다.
게다가, 상기 보정기는 상기 산출된 임계값과 상기 전류 지령 값을 비교하고, 상기 비교한 결과를 이용하여 오동작 발생 여부를 판단하는 오동작 판단기; 상기 오동작 판단기에서 오정상 동작으로 판단하면, 발전해야 하는 전력량을 기준으로 출력 상수를 추정하는 출력 상수 추정기; 상기 출력 상수를 바탕으로 하여 보정 계수를 산출하는 보정 계수 산출기; 상기 보정 계수, 상기 제1 및 제2 기준 신호의 최대 값 및 상기 전류 지령 값을 이용하여 상기 보정 신호를 생성하는 보정 신호 발생기를 포함한다.
또한, 상기 인버터 신호 발생부는 상기 오동작이 발생하는 구간에서는 상기 고주파 제어 신호와 상기 상용 주파수 신호를 곱하여 생성된 상기 인버터 제어 신호를 상기 복수 개의 인버터 스위칭 소자 중 적어도 하나의 인버터 스위칭 소자로 인가하고, 상기 상용 주파수 신호를 상기 복수 개의 인버터 스위칭 소자 중 나머지 스위칭 소자로 인가한다.
이때, 상기 복수 개의 인버터 스위칭 소자 중 적어도 하나의 인버터 스위칭 소자는 능동형 스위칭 소자로 구성된다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 태양전지 발전 시스템에 따르면, 태양전지 발전 시스템에서 오동작이 발생하여 컨버터에서 출력되는 전류가 왜곡되는지 판단하고, 전류가 왜곡되는 구간에서는 복수 개의 인버터 스위칭 소자 중 일부 인버터 스위칭 소자를 고주파 스위칭 동작시켜 스위칭 방식을 개선함으로써 출력 전력의 품질을 확보할 수 있는 장점이 있다.
또한, 별도의 검출기나 센서 없이도 태양전지 발전 시스템의 출력 전력의 품질을 용이하게 개선할 수 있으며, 별도의 검출기나 센서를 구입하는 비용이 필요 없기 때문에 제조 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
게다가, 입력 전압의 범위가 자동으로 확장될 수 있으므로 동일한 정격 출력 전력을 갖는 태양전지 모듈에 다양하게 사용할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 오동작이 발생하더라도 안전한 동작 영역 내에서 태양전지 발전 시스템을 동작시키므로 태양 에너지의 사용 측면에서 손실을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 태양전지 발전 시스템의 전체 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 전력 변환 장치의 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시한 컨버터의 내부 회로도이다.
도 4a 내지 도 4d는 도 2에 도시한 인버터의 내부 회로도이다.
도 5는 도 2에 도시한 제어 장치의 구성도이다.
도 6은 도 2에 도시한 제어 장치 일부의 상세 구성도이다.
도 7은 도 5에 도시한 제어 장치에서 출력되는 신호를 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 제어 장치의 구성도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 의한 컨버터 신호 발생부의 상세 구성도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 컨버터 신호 발생부의 상세 구성도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 태양전지 발전 시스템의 전체 구성도를 나타낸다.
도 1에 도시한 바와 같이, 태양전지 발전 시스템(1)은 크게 태양전지(100: 100a~100n), 태양전지(100)에서 생성된 전력을 변환하여 전력 계통(300, Grid)에 인가하는 전력 변환 장치(200: 200a~200n) 및 전력 계통(300, Grid)으로 이루어진다.
여기서, 태양전지(100)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 생성하지 않는다.
이와 같이, 태양전지(100)는 태양광 유무에 따라 태양발전이 일정하게 수행되지 못하므로 태양전지(100)에 의해 생성되는 전력 중에서 최대 전력점을 추적하는 최대 전력점 추적(MPPT : Maximum Power Point Tracking)을 통해서 최대 전력을 생성할 수 있도록 제어되어야 한다.
도 2는 도 1에 도시한 전력 변환 장치의 구성도를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 전력 변환 장치(200)는 태양전지(100)에서 생성된 출력 전압(VPV)을 펄스 형태의 직류 전압(VDC)으로 변환하는 DC/DC 변환 장치(220, 이하, 컨버터(converter)라고 함), 펄스 형태의 직류 전압(VDC)을 교류 전압(Vac)으로 변환하여 전력 계통(300)에 인가하는 DC/AC 변환 장치(240, 이하, 인버터(inverter)라고 함) 및 태양전지(100)의 출력 전압(VPV), 태양전지(100)의 출력 전류(IPV) 및 전력 계통(300)의 전압(Vgrid)에 기초하여 컨버터(220) 및 인버터(240)의 동작을 제어하는 제어 장치(260)를 포함하여 구성된다.
컨버터(220)는 태양전지(100)에서 생성된 출력 전압(VPV)을 전파 정류된 정현파 형태의 직류 전압(VDC)으로 변환하는 수단으로서, 상기 직류 전압(VDC)은 전력 계통(300)의 대략 두 배 주파수를 가질 수 있다.
이러한 컨버터(220)로는 플라이백(flyback) 컨버터, 벅 부스트(buck-boost) 컨버터, 푸쉬풀(push-pull) 컨버터, 하프 브리지(half-bridge) 컨버터, 풀 브리지(full-bridge) 컨버터 등이 사용될 수 있으며, 컨버터를 기반으로 하여 변형된 형태의 컨버터도 사용될 수 있음은 물론이다.
도 3은 도 2에 도시한 컨버터의 내부 회로도로서, 본 발명의 일실시예에서는 플라이백 컨버터를 예로 들어 설명하도록 한다.
도 3을 참조하여 컨버터(220)의 동작 과정을 간략하게 살펴보면, 제어 장치(260)에서 출력되는 컨버터 제어 신호(PWM_sw)를 컨버터 스위칭 소자(SW)로 인가하면, 컨버터 제어 신호(PWM_sw)의 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 동작에 따라 전원 커패시터(C_p)에 충전된 전압이 변압기(T)의 1차 코일에서 2차 코일로 유도된다. 그러면, 유도된 전압이 출력 다이오드(D1)와 출력 커패시터(C1)를 거쳐 직류 전압(VDC)으로서 출력되는 것이다.
도 2로 다시 돌아와서 설명하면, 인버터(240)는 컨버터(220)에서 출력된 펄스 형태의 직류 전압(VDC)을 전력 계통(300)과 동기하는 교류 전압(Vac)으로 변환하여 전력 계통(300)에 인가하는 수단으로서, 제어 장치(260)에서 출력되는 복수 개의 인버터 제어 신호(PWM_q1 ~ PWM_qn)에 따라 스위칭 동작을 수행하는 복수 개의 인버터 스위칭 소자(Q1 ~ Qn)로 구성된다.
도 4a 내지 도 4d는 도 2에 도시한 인버터의 내부 회로도이다.
도 4a 내지 도 4d를 참조하면, 본 발명의 일실시예에서는 4개의 인버터 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)를 예로 들어 설명하도록 하며, 이러한 4개의 인버터 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)는 H-브릿지 형태로 구현되는 것을 특징으로 한다.
보다 구체적으로, 인버터(240)는 제1 인버터 스위칭 소자(Q1), 제1 인버터 스위칭 소자(Q1)의 소스(source)에 드레인(drain)이 접속된 제2 인버터 스위칭 소자(Q2), 제1 인버터 스위칭 소자(Q1)의 드레인(drain)에 드레인(drain)이 접속된 제3 인버터 스위칭 소자(Q3) 및 제2 인버터 스위칭 소자(Q2)의 소스(source)에 소스(source)가 연결되고, 제3 인버터 스위칭 소자(Q3)의 소스(source)에 드레인(drain)이 접속된 제4 인버터 스위칭 소자(Q4)를 포함하여 구성된다.
이러한 H-브릿지 형태의 인버터(240)에서 전력 계통(300)의 전압이 양(+)인 구간에서는 제1 및 제4 인버터 스위칭 소자(Q1, Q4)가 턴 온(turn on) 동작하고, 제2 및 제3 인버터 스위칭 소자(Q2, Q3)는 턴 오프(turn off) 동작한다. 그리고, 전력 계통(300)의 전압이 음(-)인 구간에서는 제2 및 제3 인버터 스위칭 소자(Q2, Q3)가 턴 온(turn on) 동작하고, 제1 및 제4 인버터 스위칭 소자(Q1, Q4)는 턴 오프(turn off) 동작한다.
이때, 도 4a 내지 도 4d의 인버터(240)는 제1 내지 제4 인버터 스위칭 소자(Q1 ~ Q4) 중에서 적어도 한 개의 인버터 스위칭 소자가 차단 제어가 가능한 능동형 스위칭 소자(MOSFET, IGBT, BJT)로 구성되어야 한다.
이와 같이 능동형 스위칭 소자를 적어도 한 개로 구성해야 하는 이유는 별도의 리셋 회로 없이 스위칭 제어 신호만으로 리셋 동작을 수행할 수 있으며, 스위칭 소자의 차단 제어가 용이하기 때문에 이를 이용하여 출력 전력의 품질을 개선할 수 있기 때문이다.
본 발명의 일실시예에서는 제1 내지 제4 인버터 스위칭 소자(Q1 ~ Q4)가 모두 능동형 스위칭 소자인 도 4c의 실시예를 예로 들어 설명하도록 한다.
도 5는 도 2에 도시한 제어 장치의 구성도 및 도 6은 도 2에 도시한 제어 장치 일부의 상세 구성도를 나타낸다.
도 5에 도시한 바와 같이, 제어 장치(260)는 크게 태양전지(100)에서 생성된 출력 전압(VPV)을 동 위상의 직류 전압(VDC)으로 변환시키기 위해 컨버터(220)로 컨버터 제어 신호(PWM_sw)를 생성하여 출력하는 컨버터 제어부(260a) 및 컨버터(220)에서 출력된 직류 전압(VDC)을 교류 전압(Vac)으로 변환시키기 위해 인버터(240)로 인버터 제어 신호(PWM_q1 ~ PWM_q4)를 생성하여 출력하는 인버터 제어부(260b)로 구성된다.
이때, 컨버터 제어부(260a)는 컨버터 제어 신호(PWM_sw)를 생성하여 출력하는 역할 외에 태양전지 발전 시스템(1)에서 오동작이 발생하는지 판단하고, 오동작 발생 여부에 따라 인버터 스위칭 소자(Q1 ~ Q4)의 스위칭 동작을 가변시켜 태양전지 발전 시스템(1)에서 출력되는 전력의 품질을 개선하는 동작도 수행한다.
이를 위해 컨버터 제어부(260a)는 인버터 스위칭 소자(Q1 ~ Q4)를 제어하는 인버터 제어 신호(PWM_q1 ~ PWM_q4)를 보정하기 위한 보정 신호(Sc)를 생성하여 인버터 제어부(260b)로 전달하는 역할도 수행한다.
상술한 컨버터 제어부(260a)에 대하여 보다 상세하게 설명하면, 컨버터 제어부(260a)는 MPPT 제어부(261a), 전류 제어부(262a), 위상 검출부(263a), 사인 값 산출부(264a), 연산부(265a) 및 컨버터 신호 발생부(266a)를 포함하여 구성된다.
MPPT 제어부(261a)는 인버터(240)의 전력 변환 및 최대 출력을 유지하기 위해 태양전지(100)의 출력 전압(VPV) 및 출력 전류(IPV) 정보를 기반으로 최대 전력 추종(MPPT : Maximum Power Point Tracking) 제어를 수행하여 기준 전류(IPV*)를 생성하고, 이를 전류 제어부(262a)에 전달한다.
전류 제어부(262a)는 태양전지(100)의 출력 전류(IPV)와 기준 전류(IPV*)의 차이 값에 따라서 직류 전류 지령 값(Io*)을 산출하여 출력한다.
위상 검출부(263a)는 전력 계통(300)의 위상 각을 검출하고, 사인 값 산출부(264a)는 미리 설정된 일정 기준 주파수와 인버터(240)의 출력 주파수의 차이를 미리 설정된 이득으로 증폭하여 주파수 차이 증폭 값을 산출하고, 산출된 주파수 차이 증폭 값과 위상 검출부(263a)에서 검출된 전력 계통(300)의 위상 각을 가산하여 사인(SINE) 값을 출력한다.
연산부(265a)는 곱셈기(265a1)로 구성되어 사인 값 산출부(264a)에서 출력된 사인(SINE) 값을 전류 제어부(262a)가 출력한 직류 전류 지령 값(Io*)에 곱하여 전류 지령 값(Iout*)을 출력한다.
도 6을 참조하면, 컨버터 신호 발생부(266a)는 비교기(267a) 및 보정기(268a)를 포함한다.
비교기(267a)는 연산부(265a)에서 출력된 전류 지령 값(Iout*)과 기설정된 삼각파형의 제1 기준 신호(제1 반송파)와 비교하여 예를 들어, 전류 지령 값(Iout*)이 제1 기준 신호보다 높으면, 하이(High) 레벨의 컨버터 제어 신호(PWM_sw)를 출력하고, 반대로 전류 지령 값(Iout*)이 제1 기준 신호보다 높지 않으면, 로우(Low) 레벨의 컨버터 제어 신호(PWM_sw)를 출력한다. 즉, 비교기(267a)는 전류 지령 값(Iout*)의 크기 레벨에 따라 펄스 폭이 가변되는 컨버터 제어 신호(PWM_sw)를 생성한다.
보정기(268a)는 태양전지(100)를 포함한 태양전지 발전 시스템(1)에서 오동작이 발생하는지 판단하고, 오동작 발생 여부에 따라 보정 신호(Sc)를 다르게 생성하여 출력하는 수단으로서, 오동작 판단기(268a1), 출력 전력 추정기(268a2), 보정 계수 연산기(268a3) 및 보정 신호 발생기(268a4)로 구성된다.
오동작 판단기(268a1)는 태양전지 발전 시스템(1)의 오동작 발생 여부를 판단하는 수단으로서, 컨버터 스위칭 소자(SW)의 통류율(듀티) 정보, 태양 전지(100)의 출력 전압(VPV) 및 직류 전압(VDC)과, 연산부(265a)에서 출력된 전류 지령 값(Iout*)을 이용하여 오동작 발생 여부를 판단한다.
보다 구체적으로 설명하면, 오동작 판단기(268a1)는 컨버터 스위칭 소자(SW)의 통류율(듀티) 정보, 태양 전지(100)의 출력 전압(VPV) 및 직류 전압(VDC)을 바탕으로 하여 산출한 임계값과 연산부(265a)에서 출력된 전류 지령 값(Iout*)을 비교하여 전류 지령 값(Iout*)이 임계값보다 작으면, 정상 동작으로 판단하고, 전류 지령 값(Iout*)이 임계 값보다 작지 않으면, 오동작으로 판단한다.
이를 수학식으로 표현하면, 아래의 [수학식 1]과 같으며, [수학식 1]의 조건을 만족하면(전류 지령 값(Iout*)이 임계값보다 작지 않으면), 오동작으로 판단하고, [수학식 1]의 조건을 만족하지 않으면(전류 지령 값(Iout*)이 임계값보다 작으면), 정상 동작으로 판단한다.
[수학식 1]
Figure 112011029486319-pat00002
여기서, Du는 제1 기준 신호의 최대 값이고, n은 변압기(T)의 권선비이다.
오동작 판단기(268a1)에서 오동작으로 판단하면, 보정기(268a)에서 출력되는 보정 신호(Sc)는 출력 전력 추정기(268a2) 및 보정 계수 연산기(268a3)에 의해서 결정된다.
출력 전력 추정기(268a2)는 현재 발전해야 하는 전력량을 기준으로 출력 상수(PG)를 추정하는데, 출력 상수(PG)는 하기의 [수학식 2]를 이용하여 추정한다.
Figure 112011029486319-pat00003
여기서, DPK는 컨버터 스위칭 소자의 통류율 최대값, VG는 전력 계통 전압의 최대값, fs는 스위칭 주파수, Lm은 자화 인덕턴스, Lf는 출력 필터 인덕턴스 및 Cf는 출력 필터 커패시턴스이다.
보정 계수 연산기(268a3)는 출력 상수(PG)를 바탕으로 하여 보정 계수(Km)를 연산하는데, 보정 계수(Km)는 [수학식 3]을 이용하여 연산한다.
Figure 112011029486319-pat00004
여기서, IG는 전력 계통 전류의 최대값, VG는 전력 계통 전압의 최대값, fs는 스위칭 주파수, Np 및 Ns는 변압기의 1차 및 2차 코일의 권선수이다.
이때, 보정 계수(Km)는 오동작에 의해 왜곡된 출력 전류를 보정하기 위한 보정 신호(Sc)의 기울기를 결정하기 때문에 안정적인 계통 연계 운전을 수행할 수 있게 된다.
그리고, 보정 신호 발생기(268a4)는 보정 계수(Km), 제1 및 제2 기준 신호의 최대 값(Du, Au) 및 전류 지령 값(Iout*)을 이용하여 보정 신호(Sc)를 생성하는데, 보다 구체적으로는 하기의 [수학식 4]를 이용하여 생성한다.
Figure 112011029486319-pat00005
한편, 오동작 판단기(268a1)에서 정상 동작으로 판단하면, 보정 신호 발생기(268a4)는 하기에서 설명할 고주파 신호 발생부(261b)에서 사용되는 제2 기준 신호의 최대 값(Au)을 출력한다. 이에 따라, 보정 신호 발생기(268a4)는 하이(High) 레벨의 보정 신호(Sc)를 출력한다.
인버터 제어부(260b)는 고주파 신호 발생부(261b), 상용 주파수 신호 발생부(262b) 및 인버터 신호 발생부(263b)를 포함한다.
고주파 신호 발생부(261b)는 비교기(261b1)로 구성되어 컨버터 신호 발생부(266a)의 보정기(268a)에서 출력된 보정 신호(Sc)와 기설정된 삼각파형의 제2 기준 신호(제2 반송파)와 비교하여 예를 들어, 보정 신호(Sc)가 제2 기준 신호보다 높으면, 하이(High) 레벨의 고주파 제어 신호(Sf)를 출력하고, 반대로 보정 신호(Sc)가 제2 기준 신호보다 높지 않으면, 로우(Low) 레벨의 고주파 제어 신호(Sf)를 출력한다.
상용 주파수 신호 발생부(262b)는 위상 검출부(263a)에서 검출된 전력 계통(300)의 위상 각과 동기하는 상용 주파수 신호(Sl)를 출력한다.
인버터 신호 발생부(263b)는 제1 내지 제4 인버터 스위칭 소자(Q1 ~ Q4)를 제어하기 위해 제1 내지 제4 인버터 제어 신호(PWM_q1 ~ PWM_q4)를 생성하는 수단으로서, 전력 계통(300)의 전압이 양(+)인 구간에서 오동작이 발생하면, 오동작이 발생하는 구간에서 제1 및 제4 인버터 스위칭 소자(Q1, Q4) 중 적어도 하나의 인버터 스위칭 소자가 정상 동작 시의 주파수보다 높은 주파수로 스위칭 동작하도록 제어한다.
그리고, 전력 계통(300)의 전압이 음(-)인 구간에서 오동작이 발생하면, 오동작이 발생하는 구간에서 제2 및 제3 인버터 스위칭 소자(Q2, Q3) 중 적어도 하나의 인버터 스위칭 소자가 정상 동작 시의 주파수보다 높은 주파수로 스위칭 동작하도록 제어한다.
여기서, 인버터 스위치가 정상 동작한다는 것은 상용 주파수(일례로, 60Hz)에 맞도록 스위칭 동작한다는 것이고, 정상 동작 시의 주파수(일례로, 60Hz)보다 높은 주파수로 스위칭 동작하는 것은 수 kHz이상의 주파수에 맞도록 스위칭 동작하는 것이다. 즉, 인버터 스위칭 소자가 PWM 제어 동작한다는 것을 의미한다.
도 3c 및 도 6을 참조하면, 인버터 신호 발생부(263b)는 전력 계통(300)의 전압이 양(+)인 구간에서 제1 및 제4 인버터 스위칭 소자(Q1, Q4)를 PWM 동작시키기 위한 제1 및 제4 인버터 제어 신호(PWM_q1, PWM_q4)를 인가하되, 오동작이 발생하면, 곱셈기(263b2)를 이용하여 오동작이 발생하는 구간에서는 고주파 제어 신호(Sf)와 상용 주파수 신호(Sl)를 곱하여 제4 인버터 스위칭 소자(Q4)로 인가하고, 제1 인버터 스위칭 소자(Q1)로 상용 주파수 신호(Sl)를 그대로 인가한다.
또한, 인버터 신호 발생부(263b)는 전력 계통(300)의 전압이 음(-)인 구간에서 제2 및 제3 인버터 스위칭 소자(Q2, Q43)를 PWM 동작시키기 위한 제2 및 제3 인버터 제어 신호(PWM_q2, PWM_q3)를 인가하되, 오동작이 발생하면, 곱셈기(263b1)는 오동작이 발생하는 구간에서는 고주파 제어 신호(Sf)와 상용 주파수 신호(Sl)를 곱하여 제2 인버터 스위칭 소자(Q2)로 인가하고, 제3 인버터 스위칭 소자(Q3)로 상용 주파수 신호(Sl)를 그대로 인가한다.
도 7a 내지 도 7j는 도 5에 도시한 제어 장치에서 출력되는 신호를 보여주는 그래프를 나타낸다.
태양전지(100)에서 일사량 및 주변 환경 온도에 따라 태양전지 발전 시스템(1)에서 오동작이 발생하면, 도 7c의 F1 및 F2 구간에서와 같이 컨버터(220)는 직류 전압(VDC)을 왜곡하여 출력한다.
그러면, 제어 장치(260)는 오동작이 발생하는 구간을 검출하고, 오동작이 발생하는 구간(F1 및 F2)에서는 복수 개의 인버터 스위칭 소자(Q1 ~ Q4) 중에서 적어도 하나의 인버터 스위칭 소자가 고주파 스위칭 동작하여 왜곡된 전압을 보정할 수 있도록 제어한다.
왜곡된 전압을 보정하는 기술을 보다 자세하게 기술하면, 컨버터 제어부(260a)의 연산부(265a)는 도 7d와 같은 전류 지령 값(Iout*)을 출력하고, 보정기(268a)는 앞서 설명한 보정 과정을 통하여 도 7e와 같은 보정 신호(Sc)를 생성하여 출력한다. 그러면, 고주파 신호 발생부(261b)는 보정 신호(Sc)와 제2 기준 신호를 비교하여 상기 비교한 결과로 도 7f와 같은 고주파 제어 신호(Sf)를 출력한다.
다음으로, 도 7g 내지 도 7j에서와 같이 전력 계통(300)의 전압이 양(+)인 구간에서는 제1 및 제4 인버터 스위칭 소자(Q1, Q4)를 턴 온 시키되, 오동작이 발생하는 구간(F1)에서는 도 7j와 같은 제4 인버터 제어 신호(PWM_q4)를 출력하여 제4 인버터 스위칭 소자(Q4)가 고주파 스위칭 동작하도록 제어한다.
또한, 전력 계통(300)의 전압이 음(-)인 구간에서는 제2 및 제3 인버터 스위칭 소자(Q2, Q3)를 턴 온 시키되, 오동작이 발생하는 구간(F2)에서는 도 7h와 같은 제2 인버터 제어 신호(PWM_q2)를 출력하여 제2 인버터 스위칭 소자(Q2)가 고주파 스위칭 동작하도록 제어한다.
한편, 도 7g 내지 도 7j에서는 전력 계통(300)의 전압이 양(+)인 구간에서는 제1 및 제4 인버터 스위칭 소자(Q1, Q4)를 턴 온 시키되, 오동작이 발생하는 구간(F1)에서는 제4 인버터 스위칭 소자(Q4)만 고주파 스위칭 동작시키는 것으로 설명하였으나, 오동작이 발생하는 구간(F1)에서 제1 및 제4 인버터 스위칭 소자(Q1, Q4)가 동시에 고주파 스위칭 동작하는 것도 가능하며, 전력 계통(300)의 전압이 음(-)인 구간 중 오동작이 발생하는 구간(F2)에서는 제2 및 제3 인버터 스위칭 소자(Q2, Q3)가 동시에 고주파 스위칭 동작하는 것도 가능하다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 제어 장치의 구성도 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 의한 컨버터 신호 발생부의 상세 구성도를 나타낸다.
도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의한 제어 장치는 본 발명의 일실시예에 의한 스위칭 제어 기법을 보다 확장시킨 방식으로서, 인버터 스위칭 소자(Q1 ~ Q4)로 능동형 스위칭 소자가 사용되지 않는 경우에도 적용할 수 있다.
이하, 기능이 동일한 구성은 본 발명의 일실시예에서 설명하였으므로 생략하기로 한다.
컨버터 신호 발생부(360a)는 오동작 판단기(368a1) 및 보정 신호 발생기(368a4)를 포함하여 구성된다.
오동작 판단기(368a1)는 본 발명의 일실시예에서 설명하면 [수학식 1]의 조건을 만족하여 오동작이 발생한 것으로 판단하면, 제어 신호를 보정 신호 발생기(368a4)로 전달하고, 보정 신호 발생기(368a4)는 제어 신호를 기반으로 하하여 전류 지령 값(Iout*)을 제한함으로써 컨버터 스위칭 소자(SW)의 통류율이 증가하는 것을 제한한다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 컨버터 신호 발생부의 상세 구성도로서, 본 발명의 또 다른 실시예는 오동작 판단기(468a1)에서 출력된 제어 신호가 제1 기준 신호(제1 반송파)의 주파수를 변동하도록 하는 것이다.
도 10에 도시한 바와 같이, 오동작 판단기(468a1)는 본 발명의 일실시예에서 설명하면 [수학식 1]의 조건을 만족하여 오동작이 발생한 것으로 판단하면, 제어 신호를 제1 반송파 발생기(469)로 전달하고, 제1 반송파 발생기(469)는 제1 반송파의 주파수를 변동시켜 비교기(467a)로 하여금 전류 지령 값(Iout*)과 제1 반송파를 비교한 결과인 컨버터 제어 신호(PWM_sw)를 출력하도록 하는 것이다.
이렇게 하여 출력된 컨버터 제어 신호(PWM_sw)는 스위칭 주파수를 낮추어 출력 전력의 품질 보정 효과와 함께 오동작에 의한 전력 변환 장치의 소손까지 막을 수 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
1. 태양전지 발전 시스템 100. 태양전지
200. 전력 변환 장치 300. 전력 계통
220. DC/DC 변환 장치 240. DC/AC 변환 장치
260. 제어 장치 260a. 컨버터 제어부
260b. 인버터 제어부

Claims (14)

  1. 태양전지에서 생성된 출력 전압을 펄스 형태의 직류 전압으로 변환하는 컨버터;
    상기 펄스 형태의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 전력 계통에 인가하는 인버터;
    상기 태양전지의 출력 전압, 상기 태양전지의 출력 전류 및 상기 전력 계통의 전압에 기초하여 태양전지 발전 시스템의 오동작 발생 여부를 판단하고, 상기 오동작이 발생하는 구간에서는 복수 개의 인버터 스위칭 소자 중 적어도 하나의 인버터 스위칭 소자가 정상 동작 시의 주파수보다 높은 주파수로 스위칭 동작하도록 제어하는 제어 장치를 포함하고,
    상기 인버터는,
    제1 인버터 스위칭 소자, 상기 제1 인버터 스위칭 소자의 소스에 드레인이 접속된 제2 인버터 스위칭 소자, 상기 제1 인버터 스위칭 소자의 드레인에 드레인이 접속된 제3 인버터 스위칭 소자 및 상기 제2 인버터 스위칭 소자의 소스에 소스가 연결되고, 상기 제3 인버터 스위칭 소자의 소스에 드레인이 접속된 제4 인버터 스위칭 소자를 포함하며,
    상기 전력 계통의 전압이 양인 구간에는 상기 제1 및 제4 인버터 스위칭 소자를 턴 온 동작시키고, 상기 전력 계통의 전압이 음인 구간에는 상기 제2 및 제3 인버터 스위칭 소자를 턴 온 동작시키며,
    상기 제어 장치는,
    상기 전력 계통의 전압이 양인 구간에서 상기 오동작이 발생하면, 상기 제1 및 제4 인버터 스위칭 소자 중 적어도 하나의 인버터 스위칭 소자가 상기 오동작이 발생하는 구간에서 정상 동작 시의 주파수보다 높은 주파수로 스위칭 동작하도록 제어하고,
    상기 제어 장치는,
    상기 전력 계통의 전압이 음인 구간에서 상기 오동작이 발생하면, 상기 제2 및 제3 인버터 스위칭 소자 중 적어도 하나의 인버터 스위칭 소자가 상기 오동작이 발생하는 구간에서 정상 동작 시의 주파수보다 높은 주파수로 스위칭 동작하도록 제어하는 태양전지 발전 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 태양전지 발전 시스템에서 오동작이 발생하는지 판단하고, 상기 오동작 발생 여부에 따라 상기 인버터 스위칭 소자를 제어하는 인버터 제어 신호를 보정하기 위한 보정 신호를 생성하여 출력하는 컨버터 제어부;
    상기 보정 신호와 상기 전력 계통의 상용 주파수 신호를 이용하여 상기 오동작이 발생하는 구간에서는 복수 개의 인버터 스위칭 소자 중 적어도 하나의 인버터 스위칭 소자가 정상 동작 시의 주파수보다 높은 주파수로 스위칭 동작하도록 제어하는 인버터 제어부를 포함하는 태양전지 발전 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 컨버터 제어부는,
    컨버터 스위칭 소자를 제어하기 위한 전류 지령 값과 제1 기준 신호를 비교하여 상기 비교한 결과로 컨버터 제어 신호를 출력하는 비교기;
    상기 태양전지의 출력 전압, 상기 컨버터 스위칭 소자의 통류율 정보 및 상기 직류 전압을 이용하여 임계값을 산출하고, 상기 산출된 임계값과 상기 전류 지령 값을 비교한 결과를 이용하여 오동작 발생 여부를 판단하고, 상기 오동작 발생 여부에 따라 상기 보정 신호를 가변하여 출력하는 보정기를 포함하는 태양전지 발전 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 보정기는,
    상기 전류 지령 값이 상기 임계값보다 작으면, 정상 동작으로 판단하고,
    상기 전류 지령 값이 상기 임계값보다 작지 않으면, 오동작으로 판단하는 태양전지 발전 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 보정기는,
    하기의 [수학식 1]의 조건을 만족하면, 오동작으로 판단하고,
    상기 [수학식 1]의 조건을 만족하지 않으면, 정상 동작으로 판단하는 태양전지 발전 시스템.
    [수학식 1]
    Figure 112011029486319-pat00006

    여기서, Du는 제1 기준 신호의 최대 값, n은 변압기(T)의 권선비, VDC는 직류 전압, VPV는 태양전지에서 생성된 출력 전압 및 Iout*는 전류 지령 값이다.
  9. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 보정 신호와 기설정된 제2 기준 신호를 비교하여 상기 비교한 결과로 고주파 제어 신호를 출력하는 고주파 신호 발생부;
    상기 전력 계통의 위상과 동기하는 상용 주파수 신호를 출력하는 상용 주파수 신호 발생부;
    상기 고주파 제어 신호와 상기 상용 주파수 신호를 이용하여 상기 복수 개의 인버터 제어 신호를 발생시키는 인버터 신호 발생부를 포함하는 태양전지 발전 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 보정기는,
    상기 산출된 임계값과 상기 전류 지령 값을 비교하고, 상기 비교한 결과를 이용하여 오동작 발생 여부를 판단하는 오동작 판단기;
    상기 오동작 판단기에서 정상 동작으로 판단하면, 상기 제2 기준 신호의 최대 값을 상기 보정 신호로서 출력하는 보정 신호 발생기를 포함하는 태양전지 발전 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 보정기는,
    상기 산출된 임계값과 상기 전류 지령 값을 비교하고, 상기 비교한 결과를 이용하여 오동작 발생 여부를 판단하는 오동작 판단기;
    상기 오동작 판단기에서 오정상 동작으로 판단하면, 발전해야 하는 전력량을 기준으로 출력 상수를 추정하는 출력 상수 추정기;
    상기 출력 상수를 바탕으로 하여 보정 계수를 산출하는 보정 계수 산출기;
    상기 보정 계수, 상기 제1 및 제2 기준 신호의 최대 값 및 상기 전류 지령 값을 이용하여 상기 보정 신호를 생성하는 보정 신호 발생기를 포함하는 태양전지 발전 시스템.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 인버터 신호 발생부는,
    상기 오동작이 발생하는 구간에서는 상기 고주파 제어 신호와 상기 상용 주파수 신호를 곱하여 생성된 상기 인버터 제어 신호를 상기 복수 개의 인버터 스위칭 소자 중 적어도 하나의 인버터 스위칭 소자로 인가하는 태양전지 발전 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 인버터 신호 발생부는,
    상기 상용 주파수 신호를 상기 복수 개의 인버터 스위칭 소자 중 나머지 스위칭 소자로 인가하는 태양전지 발전 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 인버터 스위칭 소자 중 적어도 하나의 인버터 스위칭 소자는,
    능동형 스위칭 소자로 구성되는 태양전지 발전 시스템.
KR1020110036964A 2011-04-20 2011-04-20 태양전지 발전 시스템 KR101214676B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110036964A KR101214676B1 (ko) 2011-04-20 2011-04-20 태양전지 발전 시스템
EP12275013A EP2515430A2 (en) 2011-04-20 2012-02-13 Electric generating system using solar cell
US13/413,576 US8837177B2 (en) 2011-04-20 2012-03-06 Electric generating system using solar cell
CN201210118678.0A CN102751913B (zh) 2011-04-20 2012-04-20 使用太阳能电池的发电系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110036964A KR101214676B1 (ko) 2011-04-20 2011-04-20 태양전지 발전 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120119168A KR20120119168A (ko) 2012-10-30
KR101214676B1 true KR101214676B1 (ko) 2012-12-21

Family

ID=45656762

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110036964A KR101214676B1 (ko) 2011-04-20 2011-04-20 태양전지 발전 시스템

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8837177B2 (ko)
EP (1) EP2515430A2 (ko)
KR (1) KR101214676B1 (ko)
CN (1) CN102751913B (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140040985A (ko) * 2012-09-27 2014-04-04 삼성전기주식회사 직류-교류 전력 변환 장치 및 이를 갖는 태양광 전력 공급 장치
JP2014158401A (ja) * 2013-02-18 2014-08-28 Sekisui Chem Co Ltd パワーコンディショナー、太陽光発電システム、パワーコンディショナーの制御方法および太陽光発電システムの制御方法
EP3011653A1 (en) * 2013-06-19 2016-04-27 SMA Solar Technology AG Dynamic power distribution in photovoltaic installations
CN103472885B (zh) * 2013-08-19 2015-09-30 西安理工大学 应用于多级式光伏并网发电系统的最大功率点追踪方法
GB2522201B (en) * 2014-01-15 2018-06-27 Nidec Control Techniques Ltd Method and system for controlling a power output of an inverter
MA40029A (fr) * 2014-05-27 2015-12-03 Sunpower Corp Protection de système photovoltaïque
JP6378572B2 (ja) * 2014-07-30 2018-08-22 株式会社日立産機システム 電力変換制御装置および太陽光発電システム
US10720878B2 (en) * 2016-12-31 2020-07-21 Sunpower Corporation Method and system for communication between inverter and solar module
KR102245969B1 (ko) * 2019-11-21 2021-04-29 연세대학교 산학협력단 태양광 발전 시스템의 일정 출력 제어를 위한 장치 및 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002270876A (ja) 2001-03-14 2002-09-20 Nissin Electric Co Ltd 太陽光発電装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3027891B2 (ja) 1993-02-02 2000-04-04 富士電機株式会社 可変速インバータの制御方法
JP3744679B2 (ja) * 1998-03-30 2006-02-15 三洋電機株式会社 太陽光発電装置
US7239113B2 (en) * 2005-05-03 2007-07-03 Caterpillar Inc Method for reducing undesired currents in an electrical power generation system
KR100999244B1 (ko) 2008-12-09 2010-12-07 성균관대학교산학협력단 저주파 리플전류 제거를 위한 전력변환장치, 방법 및 기록매체

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002270876A (ja) 2001-03-14 2002-09-20 Nissin Electric Co Ltd 太陽光発電装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20120268970A1 (en) 2012-10-25
US8837177B2 (en) 2014-09-16
CN102751913B (zh) 2015-09-16
EP2515430A2 (en) 2012-10-24
CN102751913A (zh) 2012-10-24
KR20120119168A (ko) 2012-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101214676B1 (ko) 태양전지 발전 시스템
US10050446B2 (en) Device and method for global maximum power point tracking
KR101310572B1 (ko) Ｄｃ／ｄｃ 변환 장치 및 이를 포함하는 태양전지 발전 시스템
US20150015072A1 (en) Power Converter Circuit and Method
US11005268B2 (en) Optimizer, control method and parallel arrangement for photovoltaic system
US9804627B2 (en) Multi-input PV inverter with independent MPPT and minimum energy storage
US9954462B2 (en) Converter topologies and control
JP2004194500A (ja) 太陽光発電用電力変換装置
Kaliamoorthy et al. Single-phase fifteen-level grid-connected inverter for photovoltaic system with evolutionary programming based MPPT algorithm
KR101426696B1 (ko) 계통 연계 모듈형 태양광 전력 변환 장치
JP2005312158A (ja) 電力変換装置およびその制御方法、並びに、太陽光発電装置
KR101224741B1 (ko) Ｄｃ/ｄｃ 변환 장치 및 이를 포함하는 태양전지 발전 시스템
Mirzahosseini et al. A lifetime improved single phase grid connected photovoltaic inverter
KR101099919B1 (ko) 태양전지를 이용한 전력변환 제어 장치
Sher et al. Performance enhancement of a flyback photovoltaic inverter using hybrid maximum power point tracking
Paul et al. Modeling and analysis of PV micro-inverter
Pandya et al. Diagonal PV micro-inverter with isolated output
KR20140140656A (ko) 태양광 전력 공급 장치 및 이의 전력 공급 제어 방법
KR20130141782A (ko) 태양광 발전 장치 및 그 제어방법
Tran et al. Simple structure for reactive power control of AC photovoltaic modules
KR101273756B1 (ko) 태양전지 발전 시스템
Repak et al. Design of power converter for model of photovoltaic power plant
KR101273799B1 (ko) Ｄｃ／ｄｃ 변환 장치 및 이를 포함하는 태양전지 발전 시스템
Hafez et al. Simple maximum power point controller for single-phase grid-connected PV system
Tran Control of Grid-connected Inverters Under Unbalanced Voltage Sag

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160118

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee