KR101370856B1 - Photovoltaic maximum power point tracking method to prevent overload by environmental and system thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양광 최대전력 추종제어 방법 및 그 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 태양전지 모듈에서 출력되는 출력 전류의 과부하로 인한 태양광 전력변환장치 내의 소자의 소손을 방지할 수 있는 환경 조건변화에 따른 과부하 방지를 위한 태양광 최대전력 추종제어 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a solar maximum power tracking control method and system thereof, and more particularly, to an environmental condition that can prevent damage to the device in the solar power converter due to the overload of the output current output from the solar cell module The present invention relates to a solar maximum power follow-up control method and system for preventing overload according to the change.
화석 에너지 사용량 증가로 인하여 지구 온난화 및 기후 변화 등 환경문제가 대두되고 있다. 이로 인하여, 대체 에너지 개발이 활발히 진행되고 있으며, 특히 태양광 발전, 풍력 발전 및 연료전지 등 다양한 친환경 에너지가 주목을 받고 있는 실정이다.
Due to the increase in fossil energy consumption, environmental problems such as global warming and climate change are emerging. For this reason, alternative energy development is actively progressing, and in particular, various environmentally friendly energy such as photovoltaic power generation, wind power generation and fuel cells are attracting attention.
이중, 태양광 발전은 별도의 발전기 없이 태양전지를 이용하여 태양광을 전기 에너지로 변환시키는 방식으로 오염 물질을 배출하지 않는 청정 에너지원으로 주거용, 차량, 통신용 기기 등 그 대상이 광범위하게 적용될 수 있다.
Of these, solar power generation is a clean energy source that does not emit pollutants by converting sunlight into electrical energy using solar cells without a separate generator, and can be widely applied to residential, vehicle, and communication devices. .
일반적으로, 태양전지의 출력은 일사량, 표면 온도 등의 환경에 따라 동작 전압과 전류의 상태의 특성 곡선은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 비선형적인 특성을 나타내며, 이러한 특성 곡선상의 전압-전류의 동작점이 결정되면 태양전지의 출력 전력량이 결정된다. 따라서, 태양광 발전의 효율을 극대화시키기 위하여, 항상 최대 전력점(Maximum Power Point, MPP)에서 동작되어 전력을 최대로 이용할 수 있는 최대전력 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT)의 제어가 요구되고 있다.
In general, the output of the solar cell, the characteristic curve of the state of the operating voltage and current according to the environment, such as solar radiation, surface temperature, etc., as shown in Figure 1 exhibits a non-linear characteristic, the operation of the voltage-current on this characteristic curve If the point is determined, the output power of the solar cell is determined. Therefore, in order to maximize the efficiency of photovoltaic power generation, it is required to control the maximum power point tracking (MPPT) that is always operated at the maximum power point (MPP) to maximize the use of power. .
이러한, 최대전력 추종의 제어를 위한 방법으로, 태양전지 어레이의 출력 전압을 주기적으로 증가시키거나 감소시켜 이전 출력 전력과 현재 출력 전력을 비교하여 최대 전력 동작점을 구하는 P&O(Perturbation and Obsevation, 섭동후 추정) 방법, 태양전지 출력의 컨덕턴스와 증분 컨덕턴스를 비교하여 최대 전력 동작점을 구하는 ICN(Incremental Conductance) 방법, 태양광 전력변화장치에서 주기적으로 개방전압을 계측하여 최대 전력 동작점을 구하는 일정전압 제어법 및 태양광 전력변화장치에서 주기적으로 단락전류를 계측하여 최대 전력 동작점을 구하는 일정전류 제어법 등이 일반적으로 사용되고 있다.
As a method for controlling the maximum power tracking, the output voltage of the solar cell array is periodically increased or decreased to compare the previous output power with the current output power to obtain the maximum power operating point, and perturbation and obsevation (after perturbation). Estimation) method, ICN (Incremental Conductance) method for comparing maximum conductance and incremental conductance of solar cell output, and constant voltage control method for calculating maximum power operating point by measuring open voltage periodically in solar power changer And a constant current control method for periodically measuring a short circuit current in a solar power changer to obtain a maximum power operating point.
공개특허 제10-2012-0080107호는 태양광 발전 시스템에서 최대 전력 점을 추종하는 전력 제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 최대 전력점을 추종하고, 일정한 전압 명령에 따라 태양광 발전 시스템의 동작점을 최대 전력점에 유지시킬 수 있는 기술이 개시되고 있다.
Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2012-0080107 relates to a power control method and apparatus for tracking a maximum power point in a photovoltaic power generation system. A technique that can be maintained at the maximum power point is disclosed.
상기와 같은 최대전력 추종의 제어를 위한 종래 기술에서는, 태양광 시스템의 발전효율을 높이기 위한 것으로, 즉 태양전지로부터 최대한의 전력을 생성할 수 있는 방법에 대해서만 기술되고 있다.
In the prior art for controlling the maximum power tracking as described above, only the method for increasing the power generation efficiency of the solar system, that is, generating the maximum power from the solar cell is described.
그러나, 태양광 전력변화장치는 정격 용량에 대응하여 내부의 소자 등이 결정되는데, 이러한 내부의 소자들은 일반적으로 환경조건이 25℃를 기준으로 설계가 된다.However, the solar power change device is determined according to the rated capacity, such as the internal device, these internal devices are generally designed based on the environmental conditions of 25 ℃.
따라서, 태양광 전력변화장치가 태양전지의 주변온도 및 일사량의 변화에 따라 최대전력 추종만을 수행하는 경우, 정격 용량을 초과하는 전력이 생성되고, 이로 인하여 과전류나 과열에 의해 태양광 전력변환장치를 구성하는 내부 전력소자의 소손 등이 발생할 수 있는 문제점이 있다.
Therefore, when the solar power changer performs only the maximum power tracking according to the change in the ambient temperature and the solar radiation amount of the solar cell, the power exceeding the rated capacity is generated, thereby causing the solar power converter to be overheated or overheated. There is a problem that burnout of the internal power device constituting.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 일사량 또는 온도 변화 등 환경변화에 따라 태양광 전력변환장치의 입력 및 출력 전류를 실시간 모니터링하여, 최대전력 추종을 유지하면서 과도한 출력 전류를 발생하지 않도록 태양광 전력변환장치를 제어함으로써, 과부하로 인한 태양광 전력변환장치 내의 소자의 소손을 방지할 수 있는 환경 조건변화에 따른 과부하 방지를 위한 태양광 최대전력 추종제어 방법 및 그 시스템의 제공을 목적으로 한다.
The present invention has been made to solve the problems described above, by real-time monitoring the input and output current of the solar power converter according to environmental changes, such as solar radiation or temperature changes, while maintaining the maximum power tracking excessive output current Providing a solar maximum power follow-up control method and system for controlling overload according to environmental conditions that can prevent the burnout of devices in the solar power converter by overload by controlling the solar power converter so as not to occur. For the purpose.
그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
However, the object of the present invention is not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 과부하 방지를 위한 태양광 최대전력 추종제어 방법은, 태양전지 모듈이 태양광을 수신하여 제 1 전력을 출력하는 제 1 단계와, 제 1 센서부가 k시점에서 제 1 전력의 출력전류(Ipv) 및 출력전압(Vpv)을 측정하는 제 2 단계와, 태양광 전력변환부가 상기 태양전지 모듈에서 출력된 제 1 전력을 미리 설정된 전압 레벨의 제 2 전력으로 변환하는 제 3 단계와, 제 2 센서부가 제 2 전력의 출력전류(Iinv) 및 출력전압(Vinv)을 측정하는 제 4 단계와, 최대전력 제어부가 출력전류(Ipv)와 상기 태양광 전력변환부의 입력 DC전압에 대한 최대 허용전류(Idc, max)를 비교하여 출력전류(Ipv)가 최대 허용전류(Idc, max) 미만인지 여부를 판단하는 제 5 단계와, 상기 제 5 단계에서, 출력전류(Ipv)가 최대 허용전류(Idc, max) 미만으로 판단되면, 출력전류(Iinv)와 상기 태양광 전력변환부의 출력 AC전압에 대한 최대 허용전류(Iinv, max)를 비교하여 출력전류(Iinv)가 최대 허용전류(Iinv, max) 미만인지 여부를 판단하는 제 6 단계와, 출력전류(Iinv)가 최대 허용전류(Iniv, max) 미만으로 판단되면, 상기 최대전력 제어부가 최대전력 추종(MPPT, Maximum Power Point Tracking)을 수행하도록 상기 태양광 전력변환부를 제어하는 제 7 단계 및 상기 제 5 단계에서, 출력전류(Ipv)가 최대 허용전류(Idc, max) 이상으로 판단되면, 상기 최대전력 제어부가 K-1 시점에서의 태양전지 모듈의 출력전압이 K-2 시점에서의 태양전지 모듈의 출력전압보다 낮은지 여부를 판단하여 K 시점에서의 태양전지 모듈의 출력전압을 K-1 시점에서의 태양전지 모듈의 출력전압보다 증가시키거나 감소시키는 제 8 단계를 포함하고, 상기 제 6 단계에서, 출력전류(Iinv)가 최대 허용전류(Iniv, max) 이상으로 판단되면, 상기 제 8 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the solar maximum power tracking control method for overload protection according to an embodiment of the present invention, the solar cell module receives the sunlight and outputs the first power, and the first A second step of the sensor unit measuring the output current Ipv and the output voltage Vpv of the first power at time k, and the solar power converter is configured to measure the first power output from the solar cell module at a predetermined voltage level. A third step of converting the power into second power; a fourth step of the second sensor unit measuring the output current Iinv and the output voltage Vinv of the second power; and a maximum power control unit outputting the output current Ipv and the solar light. In a fifth step of determining whether the output current (Ipv) is less than the maximum allowable current (Idc, max) by comparing the maximum allowable current (Idc, max) for the input DC voltage of the power converter, and in the fifth step, Output current Ipv is below maximum allowable current Idc, max When it is determined, it is determined whether the output current Iinv is less than the maximum allowable current Iinv by max by comparing the output current Iinv with the maximum allowable current Iinv and max for the output AC voltage of the solar power converter. When the output current Iinv is determined to be less than the maximum allowable current Iniv and max, the solar power converter performs the maximum power point tracking (MPPT). In the seventh and fifth steps of controlling, when the output current Ipv is determined to be greater than or equal to the maximum allowable current Idc and max, the maximum power control unit outputs the output voltage of the solar cell module at the time K-1. An eighth step of determining whether the output voltage of the solar cell module at the time of -2 is lower than the output voltage of the solar cell module at the time of K-1 by determining whether the output voltage is lower than the output voltage of the solar cell module at the time of -2; Including, the sixth stage In, when the output current (Iinv) is determined more than the maximum allowable current (Iniv, max), characterized by performing the steps of
여기에서, K 시점은 측정시점을 나타내고, K-1 시점은 K 시점보다 이전 측정시점을 나타내며, K-2 시점은 K-1 시점보다 이전 측정시점을 나타낸다.
Here, the time point K represents a measurement time point, the K-1 time point represents a measurement time point earlier than the K time point, and the K-2 time point represents a measurement time point earlier than the K-1 time point.
또한, 본 발명에 따른 과부하 방지를 위한 태양광 최대전력 추종제어 방법은, 상기 제 7 단계에서, 최대전력 추종은 P&O(Pertuation and Observation) 기법을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 한다.
In addition, the maximum solar power tracking control method for preventing overload according to the present invention, in the seventh step, characterized in that the maximum power tracking is performed using a P & O (Pertuation and Observation) technique.
또한, 본 발명에 따른 과부하 방지를 위한 태양광 최대전력 추종제어 방법은, 미리 설정된 전압 레벨은 최대전력 동작점 전압인 것을 특징으로 한다.
In addition, the maximum solar power tracking control method for preventing overload according to the present invention, the predetermined voltage level is characterized in that the maximum power operating point voltage.
또한, 본 발명에 따른 과부하 방지를 위한 태양광 최대전력 추종제어 방법은, 상기 제 8 단계에서, K-1 시점에서의 태양전지 모듈의 출력전압이 K-2 시점에서의 태양전지 모듈의 출력전압보다 낮은 것으로 판단되면, 상기 최대전력 제어부가 최대전력 추종을 수행하도록 K 시점에서의 태양전지 모듈의 출력전압을 K-1 시점에서의 태양전지 모듈의 출력전압보다 증가시키는 것을 특징으로 한다.
In the eighth step, the output voltage of the solar cell module at the time K-1 is the output voltage of the solar cell module at the time K-2 in the eighth step. If it is determined to be lower, the maximum power control unit to increase the output voltage of the solar cell module at the point of time K-1 than the output voltage of the solar cell module at the time K-1 to perform the maximum power tracking.
또한, 본 발명에 따른 과부하 방지를 위한 태양광 최대전력 추종제어 방법은, 상기 제 8 단계에서, K-1 시점에서의 태양전지 모듈의 출력 전압이 K-2 시점에서의 태양전지 모듈의 출력 전압보다 높은 것으로 판단되면, 상기 최대전력 제어부가 최대전력 추종을 수행하도록 K 시점에서의 태양전지 모듈의 출력전압을 K-1 시점에서의 태양전지 모듈의 출력전압보다 감소시키는 것을 특징으로 한다.
In the eighth step, the output voltage of the solar cell module at the time K-1 is the output voltage of the solar cell module at the time K-2 in the eighth step. If it is determined to be higher, the output voltage of the solar cell module at the point of time K-1 than the output voltage of the solar cell module at the time K-1 so that the maximum power control unit performs the maximum power.
본 발명에 따른 과부하 방지를 위한 태양광 최대전력 추종제어 시스템은, 태양광으로부터 전기 에너지를 생성하기 위해 제 1 전력을 출력하는 태양전지 모듈과, 제 1 전력에 포함된 출력전류(Ipv) 및 출력전압(Vpv)을 측정하는 제 1 센서부와, 상기 태양전지 모듈에서 출력된 제 1 전력을 미리 설정된 전압 레벨의 제 2 전력으로 변환하는 태양광 전력변환부와, 제 2 전력에 포함된 출력전류(Iinv) 및 출력전압(Vinv)을 측정하는 제 2 센서부와, 상기 태양광 전력변환부에서 변환되는 제 2 전력에 대해 최대전력 추종(MPPT, Maximum Power Point Tracking)을 수행하도록 상기 태양광 전력변환부를 제어하는 최대전력 제어부 및 상기 태양광 전력변환부에서 변환된 제 2 전력을 제공받아 소모하는 부하를 포함하고, 상기 최대전력 제어부는, 출력전류(Ipv)와 상기 태양광 전력변환부의 입력 DC전압에 대한 최대 허용전류(Idc, max)를 비교하는 제 1 전류판단 모듈과, 출력전류(Iinv)와 상기 태양광 전력변환부의 출력 AC전압에 대한 최대 허용전류(Iinv, max)를 비교하는 제 2 전류판단 모듈 및 최대전력 추종을 수행하도록 상기 태양광 전력변환부를 제어하는 최대전력 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Solar maximum power tracking control system for preventing overload according to the present invention, a solar cell module for outputting the first power to generate electrical energy from sunlight, the output current (Ipv) and output included in the first power A first sensor unit measuring a voltage Vpv, a solar power converter converting the first power output from the solar cell module into a second power having a predetermined voltage level, and an output current included in the second power A second sensor unit measuring Iinv and an output voltage Vinv and the maximum power point tracking (MPPT) for the second power converted by the solar power converter; And a load that receives and consumes the second power converted by the solar power converter, wherein the maximum power controller includes an output current Ipv and the solar power converter. The first current determination module for comparing the maximum allowable current (Idc, max) for the input DC voltage of the output current (Iinv) and the maximum allowable current (Iinv, max) for the output AC voltage of the solar power converter And a maximum power control module for controlling the solar power converter to perform the second current determination module for comparing and the maximum power tracking.
본 발명의 환경 조건변화에 따른 과열 방지를 위한 태양광 최대전력 추종제어 방법 및 그 시스템에 따르면, 일사량 또는 온도 변화 등 환경변화에 따라 태양광 전력변환장치의 입력 및 출력 전류를 실시간 모니터링하여, 최대전력 추종을 유지하면서 과도한 출력 전류를 발생하지 않도록 태양광 전력변환장치를 제어함으로써, 과부하로 인한 태양광 전력변환장치 내의 소자의 소손을 방지할 수 있는 이점이 있다.
According to the solar maximum power follow-up control method and system for preventing overheating according to the change of the environmental conditions of the present invention, by monitoring the input and output current of the solar power converter in real time according to the environmental change, such as changes in solar radiation or temperature, By controlling the solar power converter so as not to generate excessive output current while maintaining power tracking, there is an advantage of preventing burnout of the device in the solar power converter due to overload.
도 1은, 태양전지 모듈의 전압-전력 특성 곡선을 나타내는 예시도이다.
도 2는, 본 발명의 환경 조건변화에 따른 과부하 방지를 위한 태양광 최대전력 추종제어 시스템의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 3은, 본 발명에 따른 최대전력 제어부의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 4는, 일사량 변화에 따른 태양전지 모듈에서의 전류-전압(I-V) 특성 곡선과 전력-전압(P-V) 특성 곡선을 나타내는 예시도이다.
도 5는, 온도 변화에 따른 태양전지 모듈에서의 전류-전압(I-V) 특성 곡선과 전력-전압(P-V) 특성 곡선을 나타내는 예시도이다.
도 6은, 본 발명의 환경 조건변화에 따른 과부하 방지를 위한 태양광 최대전력 추종제어 방법을 나타내는 흐름도이다.1 is an exemplary view showing a voltage-power characteristic curve of a solar cell module.
2 is a block diagram showing a configuration of a solar maximum power follow-up control system for preventing overload according to changes in environmental conditions of the present invention.
3 is a block diagram showing the configuration of the maximum power control unit according to the present invention.
4 is an exemplary diagram illustrating a current-voltage (IV) characteristic curve and a power-voltage (PV) characteristic curve in a solar cell module according to a change in solar radiation amount.
5 is an exemplary diagram illustrating a current-voltage (IV) characteristic curve and a power-voltage (PV) characteristic curve in a solar cell module according to temperature change.
6 is a flowchart illustrating a solar maximum power tracking control method for preventing overload according to changes in environmental conditions of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a detailed description of preferred embodiments of the present invention will be given with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
Embodiments in accordance with the concepts of the present invention can make various changes and have various forms, so that specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in this specification or application. It is to be understood, however, that it is not intended to limit the embodiments according to the concepts of the present invention to the particular forms of disclosure, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, the terms "comprises ",or" having ", or the like, specify that there is a stated feature, number, step, operation, , Steps, operations, components, parts, or combinations thereof, as a matter of principle.
도 2는 본 발명의 환경 조건변화에 따른 과부하 방지를 위한 태양광 최대전력 추종제어 시스템의 구성을 나타내는 블럭도이고, 도 3은 본 발명에 따른 최대전력 제어부의 구성을 나타내는 블럭도이다.2 is a block diagram showing the configuration of the solar maximum power tracking control system for preventing overload according to the change of environmental conditions of the present invention, Figure 3 is a block diagram showing the configuration of the maximum power control unit according to the present invention.
도시한 바와 같이, 태양광 최대전력 추종제어 시스템(10)은, 태양전지 모듈(100), 제 1 센서부(200), 태양광 전력변환부(300), 제 2 센서부(400), 최대전력 제어부(500) 및 부하(600)로 구성될 수 있다.
As shown, the maximum solar power
태양전지 모듈(100)은 태양광을 수신하여 DC성분의 제 1 전력을 생성하여 출력한다. 이러한, 태양전지 모듈(100)은 온도 및 일사량에 따라 생성되는 전력 특성이 달라진다. 태양전지 모듈(100)은 전압(V)이 증가할수록 전류(I)가 일정하게 유지되다가 특정 전압 이상에 전류가 급격하게 감소하는 특성이 있다.The
즉, 태양전지 모듈(100)의 전압이 증가하면 전력(W)도 증가하다가, 특정 전압 레벨(예를 들어, 최대전력 동작점 전압(Vmpp)) 이상에서는 급격히 감소하는 특성을 갖는다.
That is, when the voltage of the
제 1 센서부(200)에서는 태양전지 모듈(100)에서 출력되는 제 1 전력에 포함된 출력전류(Ipv) 및 출력전압(Vpv)을 실시간으로 측정한다.
The
태양광 전력변환부(300)는 태양전지 모듈(100)에서 출력된 제 1 전력을 미리 설정된 전압 레벨(예를 들어, 최대전력 동작점 전압)에 근거하여, AC 성분을 갖는 제 2 전력으로 변환할 수 있다. 태양광 전력변환부(300)에서 변환되어 출력되는 제 2 전력은 부하(600)에 제공될 수 있다.
The
부하(600)는, 태양광 전력변환부(300)에서 변환되어 출력된 제 2 전력을 제공받아 소모하는 것으로, 예를 들어, 가정의 가전기기나 공장의 생산 설비 등 또는, 출력된 전력을 송전선로나 배전선로를 통해 송출하기 위해 전압이나 전류의 성질을 바꾸는 변전소나 송전소 등을 포함할 수 있다.
The
또한, 제 2 센서부(400)에서는 태양광 전력변환부(300)에서 출력되는 제 2 전력에 포함된 출력전류(Iinv) 및 출력전압(Vinv)을 실시간을 측정한다.
In addition, the
최대전력 제어부(500)는 태양광 전력변환부(300)에서 최대전력 추종(MPPT, Maximum Power Point Tracking), 예를 들어 P&O(Pertuation and Observation) 기법을 이용하여 최대전력 추종을 수행함으로써, 제 2 전력이 생성될 수 있도록 태양광 전력변환부(300)를 제어할 수 있다.
The maximum
이러한, 최대전력 제어부(500)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 제 1 센서부(200)에서 측정되는 출력전류(Ipv)와 상기 태양광 전력변환부의 입력 DC전압에 대한 최대 허용전류(Idc, max)를 비교하는 제 1 전류판단 모듈(510)과, 제 2 센서부(400)에서 측정되는 출력전류(Iinv)와 상기 태양광 전력변환부의 출력 AC전압에 대한 최대 허용전류(Iinv, max)를 비교하는 제 2 전류판단 모듈을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 3, the maximum
따라서, 제 1 전류판단 모듈(510)과 제 2 전류판단 모듈(520)에서 판단된 비교값을 기준으로 최대전력 제어모듈(530)에서는 태양광 전력변환부(300)에 대해서 최대전력 추종을 수행하도록 제어한다.
Accordingly, the maximum
일반적으로, 태양전지 모듈의 최대전력은 일사량이 증가하면 증가하는 특성을 갖는다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 예를 들어, 일사량이 1㎾/㎡에서 3㎾가 최대로 발전이 되도록 설계된 태양광 전력변환부에 대해서, 환경에 따라 일사량이 1㎾/㎡를 초과하여 발생할 수 있다.In general, the maximum power of the solar cell module has a characteristic of increasing as the amount of insolation increases. As shown in FIG. 4, for example, for a solar power converter designed to generate the maximum amount of solar radiation at 1 kW /
이때, 태양광 전력변환부는 기존이 최대전력 추종기법을 적용하는 경우, 정격용량이 3㎾임에도 불구하고, 3㎾ 이상의 전력을 생산할 수 있게 된다. 이 경우, 3㎾ 기준으로 설계된 태양광 전력변환부의 소자에 과전류로 인한 과부하 발생되어되어, 소자의 소손이 발생할 수 있다.
At this time, when the conventional solar power converter is applied to the maximum power tracking method, even though the rated capacity is 3 kW, it is possible to produce more than 3 kW. In this case, an overload occurs due to an overcurrent in the device of the solar power conversion unit designed based on 3 ㎾, and burnout of the device may occur.
또한, 도 5에 나타낸 바와 같이, 태양전지 모듈은 온도에 따라 최대전력점 (Pmax)에서의 전압의 변동이 상당히 크게 나타나게 된다. 따라서, 고온의 환경조건에서 3㎾ 전력을 생산하더라도, DC쪽 출력 전류가 허용할 수 있는 전류 이상이 발생할 수 있게 된다. 즉, 태양광 전력변환부에 입력 허용 전류 이상이 입력될 수 있다. 이 경우에도, 태양전지 모듈에서 발생한 DC 과전류 및 과열로 인해 태양광 전력변환부의 소자의 소손이 발생할 수 있게 된다.
In addition, as shown in FIG. 5, the voltage change at the maximum power point Pmax of the solar cell module is considerably large. Therefore, even when producing 3 kW power in high temperature environmental conditions, the output current of DC side can be more than acceptable. That is, more than the allowable input current may be input to the solar power converter. Even in this case, burnout of the device of the solar power conversion unit may occur due to the DC overcurrent and the overheat generated in the solar cell module.
따라서, 본 발명에서는 일사량 및 온도 변화 등에 대해서, 태양전지 모듈(100) 및 태양광 전력변환부(300)에서 출력되는 각 출력전류 및 출력전압을 실시간 측정하고, 과도한 출력전류가 발생하지 않도록, 최대전력 제어부(500)에서 출력을 감소 또는 유지시킬 수 있다.
Therefore, in the present invention, each output current and output voltage output from the
도 6은 본 발명의 환경 조건변화에 따른 과부하 방지를 위한 태양광 최대전력 추종제어 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 2, 도 3 및 도 6을 참조하면, 먼저, 태양전지 모듈(100)에서 태양광을 수신하여 DC 성분의 제 1 전력을 생성하여 출력하면(S101), 제 1 센서부는 K 시점에서 제 1 전력의 출력전류(Ipv) 및 출력전압(Vpv)을 측정한다(S102). 이때, K 시점은 출력되는 출력전류(Ipv) 및 출력전압(Vpv)을 측정하는 특정 측정시점으로, 예를 들면, 현재 측정시점일 수 있다.
6 is a flowchart illustrating a method of controlling maximum solar power tracking for overload according to changes in environmental conditions of the present invention. Referring to FIGS. 2, 3, and 6, first, when the
이후, 태양광 전력변환부(300)에서는 태양전지 모듈(100)에서 출력된 제 1 전력을 미리 설정된 전압 레벨(예를 들어, 최대전력 동작점 전압)에 기초하여 AC 성분의 제 2 전력으로 변환하고(S103), 제 2 센서부(400)에서는 변환된 제 2 전력의 출력전류(Iinv) 및 출력전압(Vinv)을 측정한다(S104).
Thereafter, the
최대전력 제어부(500)는 제 1 센서부(200)에서 측정된 출력전류(Ipv)와 태양광 전력변환부(300)의 입력 DC전압에 대한 최대 허용전류(Idc, max)를 비교하여 출력전류(Ipv)가 최대 허용전류(Idc, max) 미만인지 여부를 판단하고(S105), 출력전류(Ipv)가 최대 허용전류(Idc, max) 미만으로 판단되면, 출력전류(Iinv)와 태양광 전력변환부(300)의 출력 AC전압에 대한 최대 허용전류(Iinv, max)를 비교하여 출력전류(Iinv)가 최대 허용전류(Iinv, max) 미만인지 여부를 판단한다(S106).
The
이때, 출력전류(Iinv)를 최대 허용전류(Iniv, max) 미만으로 판단하면, 즉 정격전류 이하로 판단하면, 최대전력 제어부(107)는 최대전력 추종(MPPT)을 하도록 태양광 전력변환부(300)를 제어한다(S107). 이 경우, 최대전력 추종(MPPT)은 P&O(Pertuation and Observation) 기법을 이용할 수 있다.
At this time, if it is determined that the output current (Iinv) is less than the maximum allowable current (Iniv, max), that is, determined to be less than the rated current, the maximum power control unit 107 is the solar power converter (PPT) to perform the maximum power tracking (MPPT) 300 is controlled (S107). In this case, the maximum power tracking (MPPT) may use a Pertuation and Observation (P & O) technique.
반면에, 최대전력 제어부(500)가 출력전류(Ipv)를 최대 허용전류(Idc, max) 이상으로 판단하거나, 출력전류(Iinv)를 최대 허용전류(Iniv, max) 이상으로 판단하면, 최대전력 제어부(500)는 K-1 시점(K 시점보다 이전 시점)에서의 태양전지 모듈(100)의 출력전압이 K-2 시점(K-1 시점보다 이전 시점)에서의 태양전지 모듈(100)의 출력전압보다 낮은지 여부를 판단한다(S108).
On the other hand, when the
이때, 최대전력 제어부(500)가 K-1 시점에서의 태양전지 모듈(100)의 출력전압이 K-2 시점에서의 출력전압보다 낮은 것으로 판단하면, 최대전력 제어부(500)는 K 시점에서의 태양전지 모듈(100)의 출력전압을 K-1 시점에서의 출력전압보다 증가시켜 최대전력 추종을 수행하도록 제어한다(S109).
At this time, when the maximum
이에 반하여, 최대전력 제어부(500)가 K-1 시점에서의 태양전지 모듈의 출력전압이 K-2 시점에서의 출력전압보다 높은 것으로 판단하면, K 시점에서의 태양전지 모듈의 출력전압을 K-1 시점에서의 출력전압보다 감소시켜 최대전력 추종을 수행하도록 제어한다(S110).
On the contrary, if the maximum
상기와 같이, 본 발명에서는 일사량 및 온도 변화 등에 의해 태양전지 모듈에서 변화되는 출력전력에 대해서, 태양광 전력변환부의 입력측 DC 정격전류를 초과하거나 또는 태양광 전력변환부의 출력측 AC 정격전류를 초과하는 경우, 지속적으로 최대전력 추종을 수행하지 않고, 태양전지 모듈에 출력되는 출력값을 저감 또는 유지시킴으로써 과도한 출력전류가 발생하지 않도록 제어할 수 있는 특징이 있다.
As described above, in the present invention, when the output power changed in the solar cell module due to the amount of solar radiation and temperature changes, the input DC rated current of the solar power converter or the output AC rated current of the solar power converter is exceeded. In addition, it is possible to control not to generate excessive output current by reducing or maintaining the output value output to the solar cell module without continuously performing the maximum power tracking.
상기 본 발명의 내용은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 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.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. will be. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
10 : 태양광 최대전력 추종제어 시스템
100 : 태양전지 모듈 200 : 제 1 센서부
300 : 태양광 전력변환부 400 : 제 2 센서부
500 : 최대전력 제어부 510 : 제 1 전류판단 모듈
520 : 제 2 전류판단 모듈 530 : 최대전력 제어모듈
600 : 부하10: Maximum solar power tracking control system
100: solar cell module 200: first sensor unit
300: solar power conversion unit 400: the second sensor unit
500: maximum power control unit 510: first current determination module
520: second current determination module 530: maximum power control module
600: load
Claims (8)
제 1 센서부가 k시점에서 제 1 전력의 출력전류(Ipv) 및 출력전압(Vpv)을 측정하는 제 2 단계;
태양광 전력변환부가 상기 태양전지 모듈에서 출력된 제 1 전력을 미리 설정된 전압 레벨의 제 2 전력으로 변환하는 제 3 단계;
제 2 센서부가 제 2 전력의 출력전류(Iinv) 및 출력전압(Vinv)을 측정하는 제 4 단계;
최대전력 제어부가 출력전류(Ipv)와 상기 태양광 전력변환부의 입력 DC전압에 대한 최대 허용전류(Idc, max)를 비교하여 출력전류(Ipv)가 최대 허용전류(Idc, max) 미만인지 여부를 판단하는 제 5 단계;
상기 제 5 단계에서, 출력전류(Ipv)가 최대 허용전류(Idc, max) 미만으로 판단되면, 출력전류(Iinv)와 상기 태양광 전력변환부의 출력 AC전압에 대한 최대 허용전류(Iinv, max)를 비교하여 출력전류(Iinv)가 최대 허용전류(Iinv, max) 미만인지 여부를 판단하는 제 6 단계;
출력전류(Iinv)가 최대 허용전류(Iniv, max) 미만으로 판단되면, 상기 최대전력 제어부가 최대전력 추종(MPPT, Maximum Power Point Tracking)을 수행하도록 상기 태양광 전력변환부를 제어하는 제 7 단계;
상기 제 5 단계에서, 출력전류(Ipv)가 최대 허용전류(Idc, max) 이상으로 판단되면, 상기 최대전력 제어부가 K-1 시점에서의 태양전지 모듈의 출력전압이 K-2 시점에서의 태양전지 모듈의 출력전압보다 낮은지 여부를 판단하여 K 시점에서의 태양전지 모듈의 출력전압을 K-1 시점에서의 태양전지 모듈의 출력전압보다 증가시키거나 감소시키는 제 8 단계;를 포함하고,
상기 제 6 단계에서, 출력전류(Iinv)가 최대 허용전류(Iniv, max) 이상으로 판단되면, 상기 제 8 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 과부하 방지를 위한 태양광 최대전력 추종제어 방법.
(여기에서, K 시점은 측정시점을 나타내고, K-1 시점은 K 시점보다 이전 측정시점을 나타내며, K-2 시점은 K-1 시점보다 이전 측정시점을 나타냄)
A first step of the solar cell module receiving sunlight and outputting first power;
A second step of measuring, by the first sensor unit, the output current Ipv and the output voltage Vpv of the first power at time k;
A third step of converting, by the solar power converter, the first power output from the solar cell module into second power having a preset voltage level;
A fourth step of measuring, by the second sensor unit, the output current Iinv and the output voltage Vinv of the second power;
The maximum power controller compares the output current Ipv with the maximum allowable current Idc and max for the input DC voltage of the solar power converter to determine whether the output current Ipv is less than the maximum allowable current Idc and max. Determining a fifth step;
In the fifth step, if the output current Ipv is determined to be less than the maximum allowable current Idc, max, the maximum allowable current Iinv and max for the output current Iinv and the output AC voltage of the solar power converter. A sixth step of determining whether the output current Iinv is less than the maximum allowable current Iinv and max;
A seventh step of controlling the solar power converter to perform the maximum power point tracking (MPPT) when the output current Iinv is determined to be less than the maximum allowable current Iniv, max;
In the fifth step, if the output current Ipv is determined to be equal to or greater than the maximum allowable current Idc, max, the maximum power controller determines that the output voltage of the solar cell module at the time K-1 is at the time K-2. And an eighth step of determining whether the output voltage of the battery module is lower than the output voltage of the solar cell module at the time K-1 by increasing or decreasing the output voltage of the solar cell module at the time K-1.
In the sixth step, if the output current (Iinv) is determined to be greater than the maximum allowable current (Iniv, max), performing the eighth step, characterized in that the solar maximum power tracking control method for overload protection.
(In this case, the K point represents the measurement point, the K-1 point represents the measurement point before the K point, and the K-2 point represents the measurement point before the K-1 point.)
상기 제 7 단계에서,
최대전력 추종은, P&O(Pertuation and Observation) 기법을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 과부하 방지를 위한 태양광 최대전력 추종제어 방법.
The method of claim 1,
In the seventh step,
Maximum power tracking, the maximum solar power tracking control method for the overload protection, characterized in that performed using the P & O (Pertuation and Observation) technique.
상기 미리 설정된 전압 레벨은 최대전력 동작점 전압인 것을 특징으로 하는 과부하 방지를 위한 태양광 최대전력 추종제어 방법.
The method of claim 1,
And the predetermined voltage level is a maximum power operating point voltage.
상기 제 8 단계에서,
K-1 시점에서의 태양전지 모듈의 출력전압이 K-2 시점에서의 태양전지 모듈의 출력전압보다 낮은 것으로 판단되면, 상기 최대전력 제어부가 최대전력 추종을 수행하도록 K 시점에서의 태양전지 모듈의 출력전압을 K-1 시점에서의 태양전지 모듈의 출력전압보다 증가시키는 것을 특징으로 하는 과부하 방지를 위한 태양광 최대전력 추종제어 방법.
The method of claim 1,
In the eighth step,
If it is determined that the output voltage of the solar cell module at the time of K-1 is lower than the output voltage of the solar cell module at the time of K-2, the maximum power controller performs the maximum power tracking of the solar cell module at the time of K. The maximum solar power tracking control method for preventing overload, characterized in that for increasing the output voltage than the output voltage of the solar cell module at the time K-1.
상기 제 8 단계에서,
K-1 시점에서의 태양전지 모듈의 출력 전압이 K-2 시점에서의 태양전지 모듈의 출력 전압보다 높은 것으로 판단되면, 상기 최대전력 제어부가 최대전력 추종을 수행하도록 K 시점에서의 태양전지 모듈의 출력전압을 K-1 시점에서의 태양전지 모듈의 출력전압보다 감소시키는 것을 특징으로 하는 과부하 방지를 위한 태양광 최대전력 추종제어 방법.
The method of claim 1,
In the eighth step,
If it is determined that the output voltage of the solar cell module at the time of K-1 is higher than the output voltage of the solar cell module at the time of K-2, the maximum power control unit performs the maximum power tracking of the solar cell module at the time of K. The maximum solar power tracking control method for preventing overload, characterized in that for reducing the output voltage than the output voltage of the solar cell module at the time K-1.
제 1 전력에 포함된 출력전류(Ipv) 및 출력전압(Vpv)을 측정하는 제 1 센서부;
상기 태양전지 모듈에서 출력된 제 1 전력을 미리 설정된 전압 레벨의 제 2 전력으로 변환하는 태양광 전력변환부;
제 2 전력에 포함된 출력전류(Iinv) 및 출력전압(Vinv)을 측정하는 제 2 센서부;
상기 태양광 전력변환부에서 변환되는 제 2 전력에 대해 최대전력 추종(MPPT, Maximum Power Point Tracking)을 수행하도록 상기 태양광 전력변환부를 제어하는 최대전력 제어부; 및
상기 태양광 전력변환부에서 변환된 제 2 전력을 제공받아 소모하는 부하;를 포함하고,
상기 최대전력 제어부는,
출력전류(Ipv)와 상기 태양광 전력변환부의 입력 DC전압에 대한 최대 허용전류(Idc, max)를 비교하는 제 1 전류판단 모듈;
출력전류(Iinv)와 상기 태양광 전력변환부의 출력 AC전압에 대한 최대 허용전류(Iinv, max)를 비교하는 제 2 전류판단 모듈; 및
최대전력 추종을 수행하도록 상기 태양광 전력변환부를 제어하는 최대전력 제어모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 과부하 방지를 위한 태양광 최대전력 추종제어 시스템.
A solar cell module that outputs first power to generate electrical energy from sunlight;
A first sensor unit measuring an output current Ipv and an output voltage Vpv included in the first power;
A solar power converter converting the first power output from the solar cell module into second power having a predetermined voltage level;
A second sensor unit measuring an output current Iinv and an output voltage Vinv included in the second power;
A maximum power control unit controlling the solar power converter to perform a maximum power point tracking (MPPT) on the second power converted by the solar power converter; And
And a load that receives and consumes the second power converted by the solar power converter.
The maximum power control unit,
A first current determination module for comparing an output current Ipv with a maximum allowable current Idc, max for an input DC voltage of the solar power converter;
A second current determination module comparing an output current Iinv and a maximum allowable current Iinv and max with respect to the output AC voltage of the solar power converter; And
And a maximum power control module for controlling the solar power converter to perform the maximum power tracking.
상기 최대전력 제어모듈은,
P&O(Pertuation and Observation) 기법을 이용하여 상기 태양전지 모듈의 출력전압에 대한 최대전력 추종을 수행하는 것을 특징으로 하는 과부하 방지를 위한 태양광 최대전력 추종제어 시스템.
The method according to claim 6,
The maximum power control module,
Maximum power tracking control system for solar overload protection, characterized in that to perform the maximum power tracking for the output voltage of the solar cell module using a P & O (Pertuation and Observation) technique.
미리 설정된 전압 레벨은 최대전력 동작점 전압인 것을 특징으로 하는 과부하 방지를 위한 태양광 최대전력 추종제어 시스템.
The method according to claim 6,
The maximum solar power tracking control system for overload protection, characterized in that the predetermined voltage level is the maximum power operating point voltage.
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|---|---|---|---|
| KR1020120125064A KR101370856B1 (en) | 2012-11-06 | 2012-11-06 | Photovoltaic maximum power point tracking method to prevent overload by environmental and system thereof |
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| KR1020120125064A KR101370856B1 (en) | 2012-11-06 | 2012-11-06 | Photovoltaic maximum power point tracking method to prevent overload by environmental and system thereof |
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