KR101346579B1 - Parallel inverter system connected grid for photovoltaic generation - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 계통 연계형 병렬 인버터 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 발전용 계통 연계형 병렬 인버터 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a grid-linked parallel inverter system, and more particularly to a grid-linked parallel inverter system for solar power generation.
석유, 석탄, 천연가스등과 같은 화석 에너지의 수급 가능한 정도가 석유는 30년, 석탄은 80년, 천연 가스는 180년으로 판단되고 있고, 교토 의정서와 같은 세계 기후 변화 협약 등으로 인하여 신재생 에너지가 점점 주목을 받고 있다. 신에너지 분야에는 연료 전지, 석탄액화 가스화, 수소에너지가 있고, 재생에너지 분야에는 태양열, 태양광 발전, 바이오매스, 풍력, 소수력, 지열, 해양에너지, 폐기물에너지가 있다.The supply of fossil energy such as petroleum, coal, and natural gas is estimated to be 30 years for oil, 80 years for coal, and 180 years for natural gas. It is getting more and more attention. New energy sectors include fuel cells, coal liquefied gasification and hydrogen energy, while renewable energy sectors include solar, photovoltaic, biomass, wind, small hydro, geothermal, marine and waste energy.
신재생 에너지에서 가장 활발하게 연구되고 있는 태양광 발전은 앞으로 수십에서 수백년 이내에 고갈될 수 있는 석유, 석탄, 천연 가스에 비해 50억년 동안 사용 가능할 정도로 영구적이다. 또한, 청정 에너지이기 때문에 화석 에너지를 사용하면서 생길 수 있는 환경 오염 문제를 해결할 수 있고, 수력이나 원자력 발전과 달리 필요한 곳에서 필요한 만큼의 에너지를 수급할 수 있다. 그리고, 대부분 전자부품으로 구성되어 있어서 수명이 길고 유지 보수가 용이하고 기계적인 소음이 없다.Solar power, the most actively researched in renewable energy, is permanent enough to last five billion years compared to oil, coal and natural gas, which could be depleted in the coming decades or even hundreds of years. In addition, because of the clean energy, it is possible to solve the problem of pollution caused by using fossil energy, and unlike the hydroelectric power or nuclear power generation, it can supply as much energy as needed where necessary. In addition, since most of the components are composed of electronic parts, they have a long life, easy maintenance, and no mechanical noise.
최근에는 수 내지 수십 메가와트(MW) 이상의 대단위 태양광 발전단지 시장이 급속히 성장 중이고, 이에 따라 대단위 태양광 발전단지의 계통연계형 태양광 발전용 전력 변환 장치인 인버터도 점점 효율적이고 단가가 저렴한 대용량화의 기술이 요구되고 있다. 현재 대부분의 태양광 발전 시스템은 다권선의 MV(Medium Voltage) 변압기를 이용하여 복수개의 단일용량으로 된 대용량 계통연계형 태양광 인버터를 병렬 연결하여 발전 용량을 증대시키는 병렬 운전 기술을 이용하고 있다.In recent years, the market for large-scale photovoltaic power generation complexes of several to tens of megawatts (MW) or more is rapidly growing. As a result, inverters, which are grid-connected photovoltaic power conversion units of large-scale photovoltaic power generation complexes, are becoming more efficient and cheaper. Technology is required. Currently, most photovoltaic systems use a parallel operation technology that increases power generation capacity by connecting a plurality of single capacity high capacity grid-connected photovoltaic inverters in parallel using multi winding medium voltage (MV) transformers.
변압기의 구조를 다권선으로 사용해야 하는 이유는 태양광 모듈의 구조적인 특징으로 태양광 모듈과 접지 사이에 부유 커패시턴스가 존재하기 때문이다.이 부유 커패시터에 고조파성분의 전압이 발생하게 되면 접지를 통해 누설전류를 발생 시키고 여러 가지 문제점을 수반하게 된다.The reason why the structure of the transformer should be used as a multi-winding wire is because of the structural characteristics of the photovoltaic module due to the presence of stray capacitance between the photovoltaic module and the ground. It generates current and involves various problems.
따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술의 병렬형 태양광 인버터들은 높은 단가와 설계의 어려움, 비효율적임을 인지하면서도 인버터들간의 전기적 분리와, 인버터와 계통의 분리를 위해 다권선 MV변압기를 사용하고 있는 실정이다. Accordingly, as shown in FIG. 1, the parallel solar inverters of the prior art use a multi-winding MV transformer for electrical separation between inverters and separation of inverter and grid while recognizing high cost, design difficulty, and inefficiency. I'm doing it.
도 2는 종래 기술에 따른 복권 변압기를 사용하는 태양광 발전 시스템의 회로도이며, 도 3은 도 2의 등가회로도이고, 도 4은 종래 기술에 따른 계통 연계형 병렬 인버터에서의 부유 전압 및 부유 전류 시뮬레이션 파형도이다.FIG. 2 is a circuit diagram of a photovoltaic power generation system using a lottery transformer according to the prior art, FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of FIG. 2, and FIG. 4 is a simulation of stray voltage and stray current in a grid-connected parallel inverter according to the prior art. It is a waveform diagram.
도 2를 참조하면, 종래 기술에 따른 복권 변압기를 사용하는 태양광 발전 시스템은 병렬연결된 복수의 태양광 발전 장치(110, 120, 130)와, 태양광 발전 장치(110, 120, 130)의 출력 전압을 변압하는 복권 변압기(140)를 포함하고, 계통(150)은 변압기(140)의 출력과 연결된다.Referring to FIG. 2, a photovoltaic power generation system using a lottery transformer according to the related art includes a plurality of parallel photovoltaic
각각의 태양광 발전 장치(110, 120, 130)는 태양광에너지를 직류의 전기에너지로 변환하는 태양광 모듈(111, 121, 131), 직류의 전기에너지를 교류의 전기에너지로 변환하는 인버터(112, 122, 132), 및 교류의 전기에너지에 포함된 노이즈를 제거하는 LC 필터(113, 123, 133)를 포함한다.Each photovoltaic device (110, 120, 130) is a solar module (111, 121, 131) for converting solar energy into electrical energy of direct current, inverter for converting electrical energy of direct current into electrical energy of alternating current ( 112, 122, 132, and
한편, 제1 태양광 모듈(111)과 접지(G) 사이에는 원하지 않는 부유 커패시턴스(Cst1)가 존재하고, 제2 태양광 모듈(121)과 접지(G) 사이에는 원하지 않는 부유 커패시턴스(Cst2)가 존재한다. 즉, 제1 태양광 모듈(111)과 접지(G) 사이에는 접지 임피던스(Zet1)와 부유 커패시턴스(Cst1)가 존재하고, 제2 태양광 모듈(121)과 접지(G) 사이에도 접지 임피던스(Zet2)와 부유 커패시턴스(Cst2)가 존재하므로, 제1 태양광 모듈(111)과 제2 태양광 모듈(121)은 회로적으로 연결된 상태에 놓이게 된다.Meanwhile, unwanted floating capacitance Cst1 exists between the first
따라서, 복수의 태양광 발전 장치를 병렬운전하는 경우, 예컨대,‘제1 태양광 모듈(111) - 제1 인버터(112) - 제1 LC 필터(113) - 제2 LC 필터(123) - 제2 인버터(122) - 제2 태양광 모듈(121) - 제2 부유 커패시터(Cst2) - 제1 부유 커패시터(Cst1)’로 이어지는 폐로가 형성되어 부유 전류가 흐르게 된다. Therefore, when a plurality of photovoltaic devices are operated in parallel, for example, 'first solar module 111-first inverter 112-first LC filter 113-second LC filter 123-first' A closed path is connected to the second inverter 122-the second solar module 121-the second floating capacitor Cst2-the first floating capacitor Cst1 ', so that the floating current flows.
도 2를 참조하여, 부유 전압을 계산하면 다음과 같다.Referring to FIG. 2, the stray voltage is calculated as follows.
3상 대칭인 상태에서, 수학식1 내지 수학식3을 더하고, 양변을 3으로 나누면 수학식4와 같은 부유 전압(Vcst)를 구할 수 있다.In the state of three-phase symmetry, by adding Equations 1 to 3 and dividing both sides by three, the stray voltage Vcst can be obtained.
즉, 부유 커패시터에는 인버터와 인버터간의 스위칭 전압의 형태로 나타내게 되며 각각 독립적으로 제어하는 인버터와 인버터간의 스위칭 전압은 같을 수가 없다. 따라서 수학식 4와 같이 스위칭 주파수의 형태로 부유전압이 나오게 되고 아래의 수학식과 같이 매우 높은 부유전류가 흐르게 됨을 알 수 있다.That is, the floating capacitor is represented in the form of a switching voltage between the inverter and the inverter, and the switching voltage between the inverter and the inverter that are independently controlled may not be the same. Therefore, as shown in Equation 4, the floating voltage comes out in the form of a switching frequency, and as shown in the following Equation, a very high floating current flows.
이와 같이 종래 기술에서 복권 변압기를 사용하는 태양광 발전 시스템에서는 원하지 않는 부유 전류(stray current)로 인하여 작업자가 태양광 모듈을 접촉하는 경우 감전사고의 위험이 있고, 태양광 모듈이 열화되기 쉬우며, 태양광 모듈의 열화로 인하여 태양광 모듈이 파괴되기 쉽고, 인버터의 출력파형에 고조파 왜곡이 심하게 나타나는 문제점이 있다.As described above, in the photovoltaic power generation system using the lottery transformer in the prior art, there is a risk of electric shock when the worker contacts the photovoltaic module due to undesired stray current, and the photovoltaic module is easily deteriorated. Due to deterioration of the solar module, the solar module is easily destroyed, and there is a problem in that harmonic distortion is severely displayed on the output waveform of the inverter.
이에 도 5에 도시된 종래기술(등록특허 10-1220230호)의 계통 연계형 병렬 인버터를 이용한 태양광 발전 시스템에서는 Y 결선의 커패시터군(414, 424)을 LC 필터(413, 423)와 태양광 모듈(411, 421) 사이에 연결하여 부유 전류를 감소시킬 수 있도록 하는 기술이 제시되었다.Accordingly, in the photovoltaic power generation system using the grid-connected parallel inverter of the prior art shown in FIG. 5 (registered patent 10-1220230), the
그런데, 도 6에 도시된 바와 같이, 도 5에서 계통 연계형 병렬 인버터는 모든 상측 스위치(SW11, SW12, SW13)가 턴온되는 제로 벡터 상태의 프리휠링 동안, 다음과 같은 3개의 경로를 통해 LC 필터(413) 내 필터 인덕터(LfA1, LfB1, LfC1)와 입력 캐패시터(460) 간에 막대한 양의 무효 전력의 교환이 이루어진다. However, as shown in FIG. 6, the system-linked parallel inverter in FIG. 5 is an LC filter through three paths as follows, during freewheeling in a zero vector state in which all upper switches SW11, SW12, and SW13 are turned on. A large amount of reactive power is exchanged between the filter inductors LfA1, LfB1, LfC1 and the
i) CPV1 -> SW11 -> LFA1 -> C21i) CPV1-> SW11-> LFA1-> C21
ii) CPV1 -> SW12 -> LFB1 -> C22ii) CPV1-> SW12-> LFB1-> C22
iii) CPV1 -> SW13 -> LFC1 -> C23
iii) CPV1->SW13->LFC1-> C23
이에 따라, 입력 캐패시터(460)에서는 임피던스 손실이 발생하고, 필터 인덕터(LfA1, LfB1, LfC1)에 흐르는 전류 리플이 증가한다. 한편, 전류 리플을 줄이기 위하여 더욱 큰 용량의 필터 인덕터(LfA1, LfB1, LfC1)를 사용해야 한다.
Accordingly, impedance loss occurs in the
본 발명은 제로 벡터 상태 동안 입력 캐패시터와 필터 인덕터 간 무효 전력의 교환을 차단할 수 있는 태양광 발전용 계통 연계형 병렬 인버터 시스템을 제공한다.The present invention provides a grid-connected parallel inverter system for solar power generation that can block the exchange of reactive power between an input capacitor and a filter inductor during a zero vector state.
또한, 본 발명은 제로 벡터 상태 동안 필터 인덕터에 흐르는 전류에 포함된 리플을 저감할 수 있는 태양광 발전용 계통 연계형 병렬 인버터 시스템을 제공한다.In addition, the present invention provides a grid-connected parallel inverter system for photovoltaic power generation that can reduce the ripple included in the current flowing through the filter inductor during the zero vector state.
또한, 본 발명은 필터 인덕터의 크기를 줄일 수 있는 태양광 발전용 계통 연계형 병렬 인버터 시스템을 제공한다.In addition, the present invention provides a grid-connected parallel inverter system for photovoltaic power generation that can reduce the size of the filter inductor.
또한, 본 발명은 제로 벡터 상태 동안 입력 캐패시터에 임피던스 손실이 발생하지 않는 태양광 발전용 계통 연계형 병렬 인버터 시스템을 제공한다. In addition, the present invention provides a grid-connected parallel inverter system for photovoltaic power generation in which impedance loss does not occur in an input capacitor during a zero vector state.
또한, 본 발명은 제로 벡터 상태 동안 입력 캐패시터와 필터 인덕터 간 무효 전력의 교환을 차단할 수 있는 병렬 운전 인버터 시스템을 제공한다.
The present invention also provides a parallel operating inverter system capable of blocking the exchange of reactive power between the input capacitor and the filter inductor during the zero vector state.
본 발명에 따른 태양광 발전용 계통 연계형 병렬 인버터 시스템은, 계통측 변압기와 연결되는 태양광 발전용 계통 연계형 병렬 인버터 시스템에 있어서, 태양광에너지를 직류의 전기에너지로 변환하는 태양광 모듈; 상기 태양광 모듈과 병렬 연결된 입력 캐패시터; 상기 태양광 모듈로부터 출력되는 직류의 전기에너지를 교류의 전기에너지로 변환하는 인버터; 상기 인버터로부터 출력되는 교류의 전기에너지에 포함된 노이즈를 제거하는 LC 필터; 상기 LC 필터의 인덕터 타단부와 태양광 모듈의 타단부 사이에 연결되어 부유 전류를 저감하기 위한 한쌍의 Y결선의 캐패시터군; 및 상기 한쌍의 Y결선의 캐패시터군과 인버터의 입력단부 사이에 연결되는 보조 스위치부를 포함한다.In accordance with the present invention, a grid-connected parallel inverter system for solar power generation includes: a grid-connected parallel inverter system for solar power generation connected to a grid-side transformer, comprising: a solar module converting solar energy into electrical energy of direct current; An input capacitor connected in parallel with the solar module; An inverter for converting electrical energy of direct current outputted from the solar module into electrical energy of alternating current; An LC filter for removing noise included in electrical energy of alternating current output from the inverter; A pair of capacitors connected to the Y-connector connected between the other end of the inductor of the LC filter and the other end of the solar module to reduce stray current; And an auxiliary switch unit connected between the pair of capacitors of the Y-connected pair and the input terminal of the inverter.
바람직하게는, 상기 LC 필터는 상기 인버터 출력단에 노이즈를 필터링하기 위한 델타 결선의 커패시터군을 더 포함한다.Preferably, the LC filter further includes a capacitor group of delta connection for filtering noise at the inverter output stage.
바람직하게는, 상기 보조 스위치부는 양방향 스위칭소자 또는 역직렬로 연결된 복수의 단방향 스위칭소자이다.Preferably, the auxiliary switch unit is a bidirectional switching device or a plurality of unidirectional switching devices connected in reverse series.
바람직하게는, 상기 보조 스위치부 중 제1 보조 스위치는 상기 한쌍의 Y결선의 캐패시터군 중 어느 하나의 Y결선의 캐패시터군과 상기 인버터의 상측 스위칭소자군의 입력단부 사이에 연결되고, 상기 보조 스위치부 중 제2 보조 스위치는 상기 한쌍의 Y결선의 캐패시터군 중 다른 하나의 Y결선의 캐패시터군과 상기 인버터의 하측 스위칭소자군의 입력단부 사이에 연결된다.Preferably, the first auxiliary switch of the auxiliary switch unit is connected between the capacitor group of any one of the Y connection capacitor group of the pair of Y connection and the input terminal of the upper switching element group of the inverter, the auxiliary switch The second auxiliary switch of the pair is connected between the capacitor group of the other Y connection of the pair of capacitor groups of the Y connection and the input terminal of the lower switching element group of the inverter.
바람직하게는, 상기 인버터의 상측 스위칭소자군의 전부가 턴온되는 동안, 상기 제1 보조 스위치가 턴온되고, 상기 제2 보조 스위치는 턴오프된다.Preferably, while the whole of the upper switching element group of the inverter is turned on, the first auxiliary switch is turned on and the second auxiliary switch is turned off.
바람직하게는, 상기 인버터의 하측 스위칭소자군의 전부가 턴온되는 동안, 상기 제2 보조 스위치가 턴온되고, 상기 제1 보조 스위치는 턴오프된다.Preferably, while the whole of the lower switching element group of the inverter is turned on, the second auxiliary switch is turned on, and the first auxiliary switch is turned off.
바람직하게는, 상기 변압기는 복권 변압기 또는 다권선 변압기이다.Preferably, the transformer is a lottery transformer or a multi-wound transformer.
또한, 본원의 제2 발명에 따른 병렬 연결 인버터 시스템에서, 각각의 인버터 시스템은, 인가되는 상용 전원의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터; 상기 컨버터와 병렬 연결된 직류 링크 캐패시터; 상기 컨버터의 직류 전압을 소정의 교류 전압으로 변환하여 출력하는 인버터; 상기 인버터로부터 출력되는 교류 전압에 제어되어 동작하는 부하; 상기 상용 전원과 컨버터 사이에 배치되어 노이즈를 제거하는 LC 필터; 상기 LC 필터의 인덕터 타단부와 상기 부하의 타단부 사이에 연결되어 부유 전류를 저감하기 위한 한쌍의 Y결선의 캐패시터군; 및 상기 한쌍의 Y결선의 캐패시터군과 상기 컨버터의 출력단부 사이에 연결되는 보조 스위치부를 포함한다.In addition, in the parallel-connected inverter system according to the second invention of the present application, each inverter system, the converter for converting the AC voltage of the commercial power applied to the DC voltage; A DC link capacitor connected in parallel with the converter; An inverter converting the DC voltage of the converter into a predetermined AC voltage and outputting the converted AC voltage; A load controlled and operated by an AC voltage output from the inverter; An LC filter disposed between the commercial power supply and the converter to remove noise; A pair of capacitors of a Y-connected capacitor connected between the other end of the inductor of the LC filter and the other end of the load to reduce stray current; And an auxiliary switch unit connected between the pair of capacitors of the Y-connected pair and the output end of the converter.
바람직하게는, 상기 LC 필터는 상기 컨버터 입력단에 노이즈를 필터링하기 위한 델타 결선의 커패시터군을 더 포함한다.Advantageously, said LC filter further comprises a group of capacitors of delta connection for filtering noise at said converter input.
바람직하게는, 상기 보조 스위치부는 양방향 스위칭소자 또는 역직렬로 연결된 복수의 단방향 스위칭소자이다.Preferably, the auxiliary switch unit is a bidirectional switching device or a plurality of unidirectional switching devices connected in reverse series.
바람직하게는, 상기 보조 스위치부 중 제1 보조 스위치는 상기 한쌍의 Y결선의 캐패시터군 중 어느 하나의 Y결선의 캐패시터군과 상기 컨버터의 상측 스위칭소자군의 출력단부 사이에 연결되고, 상기 보조 스위치부 중 제2 보조 스위치는 상기 한쌍의 Y결선의 캐패시터군 중 다른 하나의 Y결선의 캐패시터군과 상기 컨버터의 하측 스위칭소자군의 출력단부 사이에 연결된다.Preferably, the first auxiliary switch of the auxiliary switch unit is connected between the capacitor group of any one of the Y connection of the pair of capacitors of the Y connection and the output terminal of the upper switching element group of the converter, the auxiliary switch The second auxiliary switch of the pair is connected between the capacitor group of the other Y connection of the pair of capacitors of the Y connection and the output end of the lower switching element group of the converter.
바람직하게는, 상기 컨버터의 상측 스위칭소자군의 전부가 턴온되는 동안, 상기 제1 보조 스위치가 턴온되고, 상기 제2 보조 스위치는 턴오프된다.Preferably, while the entire upper switching element group of the converter is turned on, the first auxiliary switch is turned on and the second auxiliary switch is turned off.
본 발명의 태양광 발전용 계통 연계형 병렬 인버터 시스템에 따르면, 제로 벡터 상태 동안 입력 캐패시터와 필터 인덕터 간 무효 전력의 교환을 차단할 수 있고, 필터 인덕터에 흐르는 전류에 포함된 리플을 저감할 수 있고, 필터 인덕터의 크기를 줄일 수 있고, 제로 벡터 상태 동안 입력 캐패시터에 임피던스 손실이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 병렬 연결 인버터 시스템은 병렬 운전하는 모터에 적용하더라도 동일한 효과를 가질 수 있다.
According to the grid-connected parallel inverter system for solar power generation of the present invention, it is possible to block the exchange of reactive power between the input capacitor and the filter inductor during the zero vector state, to reduce the ripple included in the current flowing through the filter inductor, It is possible to reduce the size of the filter inductor and to prevent the occurrence of impedance losses in the input capacitor during the zero vector state. In addition, the parallel connected inverter system of the present invention may have the same effect even if applied to a motor that operates in parallel.
도 1은 종래 기술에 따른 다권선 변압기를 사용하는 태양광 발전 시스템 회로도,
도 2는 종래 기술에 따른 복권 변압기를 사용하는 태양광 발전 시스템 회로도,
도 3은 도 2의 등가 회로도,
도 4는 종래 기술에 따른 계통 연계형 병렬 인버터에서의 부유 전압 및 부유 전류 시뮬레이션 파형도,
도 5는 종래 기술의 일실시예에 따른 계통 연계형 병렬 인버터를 이용하는 태양광 발전 시스템 회로도,
도 6은 도 5에서 인버터의 상측 스위치가 모두 턴온된 경우 전류 흐름도,
도 7a는 본 발명의 일실시예에서 인버터의 상측 스위치가 모두 턴온된 경우 전류 흐름도,
도 7b는 본 발명의 일실시예에서 인버터의 하측 스위치가 모두 턴온된 경우 전류 흐름도,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 보조 스위치 양단전압 및 전류 파형도,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전용 계통 연계형 병렬 인버터 시스템 회로도,
도 10a은 종래기술에 따른 필터 인덕터에 흐르는 전류 파형도,
도 10b는 본 발명의 일실시예에 따른 필터 인덕터에 흐르는 전류 파형도,
도 11a은 종래기술에 따른 필터 인덕터에 흐르는 전류 파형 확대도, 및
도 11b는 본 발명의 일실시예에 따른 필터 인덕터에 흐르는 전류 파형 확대도이다.1 is a solar power system circuit diagram using a multi-winding transformer according to the prior art,
2 is a circuit diagram of a photovoltaic power generation system using a lottery transformer according to the prior art;
3 is an equivalent circuit diagram of FIG.
4 is a waveform diagram of a floating voltage and a floating current in a grid-connected parallel inverter according to the prior art;
5 is a circuit diagram of a photovoltaic power generation system using a grid-connected parallel inverter according to an embodiment of the prior art;
FIG. 6 is a current flowchart when all of the upper switches of the inverter in FIG. 5 are turned on;
FIG. 7A is a current flow diagram when all of the upper switches of the inverter are turned on in one embodiment of the present invention; FIG.
Figure 7b is a flow diagram of the current when all the lower switch of the inverter is turned on in one embodiment of the present invention,
8 is a waveform diagram of the voltage across the auxiliary switch and the current according to an embodiment of the present invention;
9 is a circuit diagram of a grid-connected parallel inverter system for solar power generation according to an embodiment of the present invention;
10A is a waveform diagram of current flowing through a filter inductor according to the prior art;
10B is a waveform diagram of current flowing through a filter inductor according to an embodiment of the present invention;
11A is an enlarged view of a current waveform flowing through a filter inductor according to the prior art, and
11B is an enlarged view of a current waveform flowing through a filter inductor according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예(들)에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 하기의 설명에서는 많은 특정사항들이 도시되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
Hereinafter, exemplary embodiment (s) of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, in adding reference numerals to the elements of each drawing, it should be noted that the same elements are denoted by the same reference numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, many specific details are shown in the following description, which is provided to help a more general understanding of the present invention, and the present invention may be practiced without these specific details. Will be self-evident. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 7a는 본 발명의 일실시예에서 인버터의 상측 스위치가 모두 턴온된 경우의 전류 흐름도이고, 도 7b는 본 발명의 일실시예에서 인버터의 하측 스위치가 모두 턴온된 경우의 전류 흐름도이다.FIG. 7A is a flowchart of a current when all of the upper switches of the inverter are turned on in one embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a flowchart of a current when all of the lower switches of the inverter are turned on in one embodiment of the present invention.
인버터(720)의 상측 스위치가 모두 턴온되는 제로 벡터 상태이면, 보조스위치1(741)을 턴온시키고, 보조스위치2(743)을 턴오프시킴으로써 다음과 같은 입력 캐패시터(CPV1)와 무관한 전류 경로가 형성된다.When the upper switch of the
i) SW11 -> LfA1 -> C24 -> 보조스위치1(741)i) SW11-> LfA1-> C24-> Auxiliary Switch 1 (741)
ii) SW12 -> LfB1 -> C25 -> 보조스위치1(741)ii) SW12-> LfB1-> C25-> Auxiliary Switch 1 (741)
iii) SW13 -> LfC1 -> C26 -> 보조스위치1(741)
iii) SW13->LfC1->C26-> Auxiliary Switch 1 (741)
한편, 인버터(720)의 하측 스위치가 모두 턴온되는 제로 벡터 상태이면, 보조스위치1(741)을 턴오프시키고, 보조스위치2(743)을 턴온시킴으로써 다음과 같은 입력 캐패시터(CPV1)와 무관한 전류 경로가 형성된다.On the other hand, if all of the lower switches of the
i) SW14 -> LfA1 -> C21 -> 보조스위치2(743)i) SW14-> LfA1-> C21-> Auxiliary Switch 2 (743)
ii) SW15 -> LfB1 -> C22 -> 보조스위치2(743)ii) SW15-> LfB1-> C22-> Auxiliary Switch 2 (743)
iii) SW16 -> LfC1 -> C23 -> 보조스위치2(743)
iii) SW16->LfC1->C23-> Auxiliary Switch 2 (743)
여기서, 보조스위치1,2(741, 743)는 양방향으로 도통하는 스위칭소자이거나, 2개의 단방향 스위칭소자를 역직렬로 연결한 것을 사용할 수 있다. 이는 상용화된 단방향 스위칭소자에는 역병렬 연결된 프리휠링 다이오드가 있는데, 1개의 단방향 스위칭소자만을 사용한다면, 단방향 스위칭소자에 역병렬 연결된 프리휠링 다이오드로 인해 원하지 않은 전류 경로가 존재하게 된다. 따라서, 프리휠링 다이오드가 역병렬로 연결된 개별 단방향 스위칭소자 2개를 역직렬로 연결하여 사용함으로써 원하지 않은 전류 경로의 생성을 방지할 수 있다.Here, the auxiliary switches 1 and 2 (741 and 743) may be switching devices that conduct in both directions, or two unidirectional switching devices connected in reverse series. The commercially available unidirectional switching device includes an anti-parallel connected freewheeling diode. If only one unidirectional switching device is used, an undesired current path exists due to the anti-parallel freewheeling diode connected to the unidirectional switching device. Thus, the use of two separate unidirectional switching elements in which the freewheeling diode is connected in anti-parallel in reverse series can be used to prevent the generation of unwanted current paths.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 보조 스위치의 양단에 인가되는 전압파형과, 보조 스위치에 흐르는 전류파형도로서, 보조 스위치가 턴오프 되어 전류가 흐르지 않는 동안, 양단전압도 거의 변화하지 않아 보조 스위치에서의 손실은 거의 발생하지 않음을 알 수 있다.
8 is a voltage waveform applied to both ends of the auxiliary switch and a current waveform flowing through the auxiliary switch according to an embodiment of the present invention. It can be seen that little loss occurs in the auxiliary switch.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전용 계통 연계형 병렬 인버터 시스템 회로도이다.9 is a circuit diagram of a grid-connected parallel inverter system for solar power generation according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일실시예에 따르면, 각각의 계통 연계형 병렬 인버터 시스템은 태양광에너지를 직류의 전기에너지로 변환하는 태양광 모듈(710, 715), 태양광 모듈(710, 715)과 병렬 연결된 입력 캐패시터(720, 725), 태양광 모듈(710, 715)로부터 출력되는 직류의 전기에너지를 교류의 전기에너지로 변환하는 인버터(730, 735), 인버터로부터 출력되는 교류의 전기에너지에 포함된 노이즈를 제거하는 LC 필터(750, 755), LC 필터의 인덕터 타단부와 태양광 모듈의 타단부 사이에 연결되어 부유 전류를 저감하기 위한 한쌍의 Y결선의 캐패시터군(760, 765), 및 한쌍의 Y결선의 캐패시터군과 인버터의 입력단부 사이에 연결되는 보조 스위치부(740, 745)를 포함한다.According to one embodiment of the present invention, each grid-connected parallel inverter system inputs connected in parallel with the solar modules (710, 715), solar modules (710, 715) for converting solar energy into electrical energy of direct current Noise included in the electrical energy of the alternating current output from the
여기서, 도면 부호 770은 변압기이고, 780은 상용계통이다.
Here,
도 10은 종래기술에 따른 필터 인덕터 및 본 발명의 일실시예에 따른 필터 인덕터에 흐르는 전류 파형도이고, 도 11a은 종래기술에 따른 필터 인덕터에 흐르는 전류 파형 확대도이고, 도 11b는 본 발명의 일실시예에 따른 필터 인덕터에 흐르는 전류 파형 확대도이다.FIG. 10 is a current waveform diagram flowing through a filter inductor according to the prior art and a filter inductor according to an embodiment of the present invention, FIG. 11A is an enlarged view of current waveform flowing through a filter inductor according to the prior art, and FIG. An enlarged view of a current waveform flowing through a filter inductor according to an exemplary embodiment.
제로 벡터 상태 동안 필터 인덕터(LfA1, LfB1, LfC1)와 입력 캐패시터(720, 725) 간에 막대한 양의 무효 전력의 교환을 방지할 수 있으므로 필터 인덕터에 흐르는 전류에서 리플을 저감할 수 있고, 부유 전압 및 부유 전류도 줄어드는 것을 확인할 수 있다.During the zero vector state, it is possible to prevent the exchange of a large amount of reactive power between the filter inductors LfA1, LfB1, LfC1 and the
구체적으로, 개별 인버터의 출력 정격이 350킬로와트이고, 130마이크로 헨리 크기의 필터 인덕터를 사용하는 경우, 도 6과 같은 종래기술에 따르면, 제로 벡터 상태 동안 peak-to-peak 인덕터 전류가 810 내지 1150 암페어인 반면, 본 발명에 따르면, 900 내지 1090 암페어로 개선되어 인덕터에서의 손실이 줄어드는 것을 알 수 있다.
Specifically, when the output rating of an individual inverter is 350 kilowatts and a 130 micro henry filter inductor is used, according to the prior art as shown in FIG. 6, the peak-to-peak inductor current is 810 to 1150 amps during the zero vector state. In contrast, according to the present invention, it can be seen that the loss in the inductor is reduced by being improved to 900 to 1090 amps.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 태양광 모듈 대신 모터에 적용하는 것도 가능하다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 병렬 인버터 시스템에 있어서, 각각의 인버터 시스템은 인가되는 상용 전원의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터, 컨버터와 병렬 연결된 직류 링크 캐패시터, 컨버터의 직류 전압을 소정의 교류 전압으로 변환하여 출력하는 인버터, 인버터로부터 출력되는 교류 전압에 제어되어 동작하는 모터, 상용 전원과 컨버터 사이에 배치되어 노이즈를 제거하는 LC 필터, LC 필터의 인덕터 타단부와 모터의 타단부 사이에 연결되어 부유 전류를 저감하기 위한 한쌍의 Y결선의 캐패시터군, 및 한쌍의 Y결선의 캐패시터군과 컨버터의 출력단부 사이에 연결되는 보조 스위치부를 포함한다.
In addition, according to another embodiment of the present invention, it is also possible to apply to a motor instead of a solar module. That is, in the parallel inverter system according to another embodiment of the present invention, each inverter system is a converter for converting the AC voltage of the commercial power applied to a DC voltage, a DC link capacitor connected in parallel with the converter, a predetermined DC voltage of the converter Inverter that converts and outputs to AC voltage, motor that is controlled and operated by AC voltage output from inverter, LC filter disposed between commercial power supply and converter to remove noise, between the other end of inductor of LC filter and the other end of motor And a pair of capacitors of Y-connected to reduce stray current, and an auxiliary switch unit connected between the pair of capacitors of Y-connected and the output end of the converter.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예(들)에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예(들)에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
Although the present invention has been described in detail with respect to specific embodiments thereof, it should be understood that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiment (s), but should be defined by equivalents to the appended claims, as well as the following claims.
710, 715: 태양광 모듈
720, 725: 입력 캐패시터
730, 735: 인버터
740, 745: 보조 스위치부
750, 755: LC 필터
760, 765: Y결선의 캐패시터군
770: 변압기
780: 상용계통710, 715: solar modules
720, 725: input capacitor
730, 735: inverter
740 and 745: auxiliary switch
750, 755: LC filter
760, 765: capacitor group for Y-connection
770: transformer
780: commercial system
Claims (12)
태양광에너지를 직류의 전기에너지로 변환하는 태양광 모듈;
상기 태양광 모듈과 병렬 연결된 입력 캐패시터;
상기 태양광 모듈로부터 출력되는 직류의 전기에너지를 교류의 전기에너지로 변환하는 인버터;
상기 인버터로부터 출력되는 교류의 전기에너지에 포함된 노이즈를 제거하는 LC 필터;
상기 LC 필터의 인덕터 타단부와 태양광 모듈의 타단부 사이에 연결되어 부유 전류를 저감하기 위한 한쌍의 Y결선의 캐패시터군; 및
상기 한쌍의 Y결선의 캐패시터군과 인버터의 입력단부 사이에 연결되는 보조 스위치부를 포함하고,
상기 보조 스위치부는 양방향 스위칭소자 또는 역직렬로 연결된 복수의 단방향 스위칭소자인 태양광 발전용 계통 연계형 병렬 인버터 시스템.
In the grid-connected parallel inverter system for solar power generation connected to the grid-side transformer,
A solar module for converting solar energy into electrical energy of direct current;
An input capacitor connected in parallel with the solar module;
An inverter for converting electrical energy of direct current outputted from the solar module into electrical energy of alternating current;
An LC filter for removing noise included in electrical energy of alternating current output from the inverter;
A pair of capacitors connected to the Y-connector connected between the other end of the inductor of the LC filter and the other end of the solar module to reduce stray current; And
An auxiliary switch unit connected between the pair of capacitors of the Y-connected pair and an input terminal of the inverter,
The auxiliary switch unit is a grid-connected parallel inverter system for photovoltaic power generation is a bidirectional switching device or a plurality of unidirectional switching devices connected in reverse series.
상기 LC 필터는 상기 인버터 출력단에 노이즈를 필터링하기 위한 델타 결선의 커패시터군을 더 포함하는 태양광 발전용 계통 연계형 병렬 인버터 시스템.
The method of claim 1,
The LC filter further includes a group of capacitors of delta connection for filtering noise at the inverter output stage.
상기 보조 스위치부 중 제1 보조 스위치는 상기 한쌍의 Y결선의 캐패시터군 중 어느 하나의 Y결선의 캐패시터군과 상기 인버터의 상측 스위칭소자군의 입력단부 사이에 연결되고,
상기 보조 스위치부 중 제2 보조 스위치는 상기 한쌍의 Y결선의 캐패시터군 중 다른 하나의 Y결선의 캐패시터군과 상기 인버터의 하측 스위칭소자군의 입력단부 사이에 연결되는 태양광 발전용 계통 연계형 병렬 인버터 시스템.
The method of claim 1,
The first auxiliary switch of the auxiliary switch unit is connected between the capacitor group of any one of the Y connection of the pair of capacitors of the Y connection and the input terminal of the upper switching element group of the inverter,
The second auxiliary switch of the auxiliary switch unit is a grid-connected parallel for solar power generation connected between the capacitor group of the other Y connection of the pair of capacitors of the Y connection and the input end of the lower switching element group of the inverter. Inverter system.
상기 인버터의 상측 스위칭소자군의 전부가 턴온되는 동안, 상기 제1 보조 스위치가 턴온되고, 상기 제2 보조 스위치는 턴오프되는 태양광 발전용 계통 연계형 병렬 인버터 시스템.
5. The method of claim 4,
And the first auxiliary switch is turned on and the second auxiliary switch is turned off while all of the upper switching element group of the inverter is turned on.
상기 인버터의 하측 스위칭소자군의 전부가 턴온되는 동안, 상기 제2 보조 스위치가 턴온되고, 상기 제1 보조 스위치는 턴오프되는 태양광 발전용 계통 연계형 병렬 인버터 시스템.
5. The method of claim 4,
And the second auxiliary switch is turned on and the first auxiliary switch is turned off while all of the lower switching element groups of the inverter are turned on.
상기 변압기는 복권 변압기 또는 다권선 변압기인 것을 특징으로 하는 태양광 발전용 계통 연계형 병렬 인버터 시스템.
The method according to any one of claims 1, 2, and 4 to 6,
The transformer is a grid-connected parallel inverter system for solar power generation, characterized in that the lottery transformer or multi-winding transformer.
인가되는 상용 전원의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터;
상기 컨버터와 병렬 연결된 직류 링크 캐패시터;
상기 컨버터의 직류 전압을 소정의 교류 전압으로 변환하여 출력하는 인버터;
상기 인버터로부터 출력되는 교류 전압에 제어되어 동작하는 부하;
상기 상용 전원과 컨버터 사이에 배치되어 노이즈를 제거하는 LC 필터;
상기 LC 필터의 인덕터 타단부와 상기 부하의 타단부 사이에 연결되어 부유 전류를 저감하기 위한 한쌍의 Y결선의 캐패시터군; 및
상기 한쌍의 Y결선의 캐패시터군과 상기 컨버터의 출력단부 사이에 연결되는 보조 스위치부를 포함하고,
상기 보조 스위치부는 양방향 스위칭소자 또는 역직렬로 연결된 복수의 단방향 스위칭소자인 병렬 연결 인버터 시스템.
In a parallel connected inverter system, each inverter system is
A converter for converting an AC voltage of an applied commercial power supply into a DC voltage;
A DC link capacitor connected in parallel with the converter;
An inverter converting the DC voltage of the converter into a predetermined AC voltage and outputting the converted AC voltage;
A load controlled and operated by an AC voltage output from the inverter;
An LC filter disposed between the commercial power supply and the converter to remove noise;
A pair of capacitors of a Y-connected capacitor connected between the other end of the inductor of the LC filter and the other end of the load to reduce stray current; And
An auxiliary switch unit connected between the pair of capacitors of the Y-connected pair and an output end of the converter,
And the auxiliary switch unit is a bidirectional switching element or a plurality of unidirectional switching elements connected in reverse series.
상기 LC 필터는 상기 컨버터 입력단에 노이즈를 필터링하기 위한 델타 결선의 커패시터군을 더 포함하는 병렬 연결 인버터 시스템.
9. The method of claim 8,
And said LC filter further comprises a group of capacitors of delta connection for filtering noise at said converter input.
상기 보조 스위치부 중 제1 보조 스위치는 상기 한쌍의 Y결선의 캐패시터군 중 어느 하나의 Y결선의 캐패시터군과 상기 컨버터의 상측 스위칭소자군의 출력단부 사이에 연결되고,
상기 보조 스위치부 중 제2 보조 스위치는 상기 한쌍의 Y결선의 캐패시터군 중 다른 하나의 Y결선의 캐패시터군과 상기 컨버터의 하측 스위칭소자군의 출력단부 사이에 연결되는 병렬 연결 인버터 시스템.
10. The method according to claim 8 or 9,
A first auxiliary switch of the auxiliary switch unit is connected between the capacitor group of any one of the Y connection of the pair of capacitors of the Y connection and the output terminal of the upper switching element group of the converter,
And a second auxiliary switch of the auxiliary switch unit is connected between the capacitor group of the other Y connection of the pair of capacitors of the Y connection and the output end of the lower switching element group of the converter.
상기 컨버터의 상측 스위칭소자군의 전부가 턴온되는 동안, 상기 제1 보조 스위치가 턴온되고, 상기 제2 보조 스위치는 턴오프되는 병렬 연결 인버터 시스템. 12. The method of claim 11,
And said first auxiliary switch is turned on and said second auxiliary switch is turned off while all of the upper switching element group of said converter is turned on.
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