KR101561640B1 - Micro converter device using power deviation handling of needless high-voltage DC-DC converter and control method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고전압 직류-직류 변환기(DC-DC converter)가 필요없는 전력편차처리형 마이크로 컨버터(micro converter)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양 광 모듈용 전력편차처리 구조의 마이크로 컨버터에서 최대전력점추종(MPPT)을 수행하기 위해 필요한 고전압 직류-직류 변환기를 제거하고 패턴탐색에 의한 듀티 직접 제어방식의 전력편차처리형 마이크로 컨버터에 관한 것이다.
The present invention relates to a power converter processing type micro converter that does not require a high-voltage DC-DC converter, and more particularly, to a micro converter of a power deviation processing type for a photovoltaic module, To a power deviation processing type micro-converter of a duty direct control type by eliminating a high-voltage DC-DC converter necessary for performing the follow-up (MPPT).
일반적으로, 태양 광 발전시스템은 무공해이면서 무한정의 태양 에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 시스템으로서, 근래 신 재생에너지로 각광받고 있다.Generally, a photovoltaic power generation system is a system that converts pollution-free and indefinite solar energy directly into electrical energy, and has recently attracted attention as a renewable energy.
이러한 태양 광 발전시스템에는 필수적으로 태양광모듈(PhotoVoltaic Module; PV모듈)이 구비되며, 태양 광 발전효율을 높이기 위해 중앙의 인버터에서 최대전력점 추종(MPPT)을 한다. 한 개의 인버터에는 수천 개까지의 태양 광 모듈이 연결되는 데, 태양 광 모듈 한 개의 출력 전압 및 전류가 작기 때문에 인버터에 연결되기까지 스트링(string) 단위로는 전압을 올리고, 스트링을 병렬로 연결하여 전류를 올리는 구조로 구성된다.The photovoltaic power generation system is equipped with a photovoltaic module (PV module), and the maximum power point tracking (MPPT) is performed in the central inverter in order to increase the solar power generation efficiency. There are thousands of solar modules connected to a single inverter. Because the output voltage and current of one solar module is small, the voltage is increased in string units until it is connected to the inverter, and the strings are connected in parallel And the current is increased.
이때 스트링 단위로 보면, 내부의 태양 광 모듈들이 직렬로 연결되어 있기 때문에 어느 한 모듈의 특성이 떨어져서 전류를 주변의 다른 모듈에 비해 적게 내보내면 스트링 전체가 이 모듈의 전류 값을 기준으로 흐른다. 또한, 스트링들이 다수 개가 병렬로 연결이 되어있는 구조에서 스트링 간의 미스매치에 의해서 스트링의 전압의 최적치가 서로 다른 경우에 인버터는 한 가지 전압을 인가할 수밖에 없으므로 각 스트링은 최적점에서 벗어나게 된다. 이런 현상들은 중앙의 인버터에서 최대전력점 추종을 수행하는 한 피할 수 없는 현상이다.In this case, since the internal solar modules are connected in series, the characteristic of one module is lowered, and when the current is lower than that of other modules in the vicinity, the entire string flows based on the current value of the module. Also, in the structure in which a plurality of strings are connected in parallel, when the optimum value of the string voltage is different due to a mismatch between strings, the inverter is forced to apply one voltage, so that each string deviates from the optimum point. These phenomena are inevitable as long as the maximum power point tracking is performed in the central inverter.
여기서 스트링 내부의 특정 모듈의 특성이 떨어지는 이유는 그림자, 먼지, 낙엽, 모듈 간의 열화에 의한 특성 변화 등 다양하고 필연적이다.Here, the characteristics of a specific module inside the string are inevitably degraded due to various characteristics such as shadows, dust, leaves, and degradation between modules.
근래에는 모듈 단위로 최대 전력점 추종을 수행하는 마이크로 컨버터가 상용화되고 있어서, 이를 장착하여 특정 모듈의 특성이 떨어지는 것을 어느 정도는 보상하였다. 그러나 이러한 방식은 MPPT를 수행하는 마이크로컨버터를 모듈당 설치해야하므로, 시스템 가격이 오르는 단점을 유발하였다. 또한, 일사량이 좋고 모듈이 균일할 경우에는 모듈당 설치된 장치들이 오히려 에너지를 소모하므로, 오히려 에너지가 감산 되는 역효과가 발생하였다.In recent years, a micro converter has been commercialized to perform maximum power point tracking in units of modules, and it has been compensated to some extent that the characteristics of a specific module are reduced by installing the micro converter. However, this method has a disadvantage that system cost is increased because a micro converter for MPPT is installed per module. In addition, when the solar radiation is good and the module is uniform, the devices installed per module consume energy rather than energy.
한편, 태양 광 모듈은 태양 광의 일사량이 변함에 따라 도 1에 도시한 바와 같이, 전류-전압 및 전력(power)-전압 특성 곡선이 변한다.On the other hand, as shown in FIG. 1, the current-voltage and power-voltage characteristic curves of the solar module are changed as the solar radiation amount of the sunlight changes.
따라서 스트링 내부에 부분적으로 그림자가 질 경우 그림자가 진 태양 광 모듈들은 이 특성 곡선에 따라서 전류 값이 떨어지고 가장 낮은 전류 값을 기준으로 스트링 전체의 전류가 결정이 된다. 또한, 태양 광 모듈 내부에도 보통 세 개의 서브 모듈들이 직렬로 연결이 되어 있는 데, 이 서브 모듈의 어느 한 개가 그림자가 지면 전체적인 태양 광 모듈의 전류가 떨어지게 된다.Therefore, when the shadow is partially shaded inside the string, the current value of the shadow photovoltaic module is decreased according to the characteristic curve, and the current of the entire string is determined based on the lowest current value. In addition, three submodules are usually connected in series inside the solar module, and when one of the submodules is shadowed, the current of the entire solar module is reduced.
도 2는 상기와 같은 태양 광 발전시스템에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 종래에 제안된 P&O 방식의 전력편차처리형 마이크로 컨버터 장치의 구성도이다.FIG. 2 is a block diagram of a P & O type power deviation-type microconverter device proposed in the related art to solve all the problems in the solar power generation system.
도 2에 도시된 바와 같이, P&O 방식의 전력편차처리형 마이크로 컨버터 장치는 태양광 모듈(11), 정션 박스(Junction box)(12), 마이크로 컨버터(13), 고전압 DC/DC 변환기(14)를 포함하는 스트링 제어기(15)를 포함한다.2, the P & O type power deviation type micro-converter device includes a
이렇게 구성된 전력편차처리형 마이크로 컨버터 장치의 스트링 제어기(15)는 태양 광 모듈의 출력 파워를 100% 받아서 최대전력점 상태가 되도록 각 PV 전압을 조정하고, 그 파워를 스트링으로 내보내는 역할을 한다. 이때 스트링 제어기(15)는 고전압 DC/DC 변환기(14) 때문에 자체적으로 에너지를 2 ~ 3% 정도 소모하게 된다.The
따라서 전력편차형 마이크로 컨버터 시스템은 태양 광 모듈 간의 전력편차만을 처리함으로써, 모듈 간 미스 매치가 없을 경우에는 마이크로 컨버터(13)가 동작을 하지 않고, 원래의 연결 구조대로 전력이 전달됨으로써 삽입 손실을 제거한다. 그리고 모듈 간 미스 매치가 발생할 경우에만 마이크로 컨버터(13)가 스트링 제어기(15)의 제어에 따라 개입함으로써, 전체적인 전력 변환 효율이 캐스케이드 방식에 비하여 크게 개선한다.Therefore, the power deviation type micro converter system only processes the power deviation between the solar modules, so that when there is no mismatch between the modules, the
특히, 스트링 단위로 스트링 제어기(15)가 있고, 이것이 스트링 내부의 각 모듈로부터 받은 전압, 전류 값으로부터 각 모듈의 출력을 계산하고, 이로부터 P&O 방식으로 최대전력점을 추적한다. 이때 스트링의 전체에 걸리는 전압이 최대전력점 알고리즘에서 선정한 값으로 유지가 되어야지만 최대전력점추종이 동작하므로, 반드시 스트링 제어기(15)의 제어를 받는 고전압 DC/DC 변환기(14)가 있어야 한다.In particular, there is a
이러한 구조의 마이크로 컨버터 장치는 종래 캐스케이드 방식에 비하여, 태양 광 모듈은 출력은 여전히 직렬로 연결이 되어 있고, 이와 병행해서 마이크로 컨버터(23)가 연결이 되어 있다는 차이점이 있다. 이는 태양 광 모듈 간에 미스 매치가 없는 높은 일조량 상황하에서는 태양 광 모듈의 출력이 마치 마이크로 컨버터가 없는 것처럼 동작할 수 있게 하면서 마이크로 컨버터는 모듈 간 생산 전력에 차이가 날 때 그 차이만을 처리함으로써, 기존 캐스케이드 방식의 문제점들을 개선하게 된다.In contrast to the conventional cascade type solar cell module, the output of the solar cell module is still connected in series, and the microcomputer 23 is connected in parallel with the solar cell module. This allows the solar module's output to behave as if there is no microconverter under high sunlight conditions where there is no mismatch between the solar modules, while the microconverter treats only the differences when there is a difference in production power between modules, Problems of the method are improved.
예컨대, 스트링 내 모든 PV들이 같은 조건에서 최상의 전력을 내보내고 있어서 전류가 서로 같을 경우에는 마이크로 컨버터는 전력 처리를 하지 않고 셧 다운(shut down) 모드로 들어감으로써, 장치의 삽입 손실을 최소화할 수가 있다. For example, if all the PVs in a string are transmitting the best power under the same conditions, and the currents are equal to each other, the microconverter enters a shutdown mode without power processing, thereby minimizing the insertion loss of the device.
또한, 스트링 내 모듈 간의 전력 출력에 차이가 발생할 경우에는 마이크로 컨버터들이 새로운 전류 경로를 만들어서 이를 처리하는 구조이다. 이를 위해서는 모듈과 모듈 사이에 마이크로 컨버터가 설치가 되어야 하므로, 설치 방법과 결선이 복잡해지는 문제가 있다. 또한, PV들의 최대전력점을 찾기 위한 스트링제어기의 DC/DC변환기가 2 ~ 3%의 손실을 가진다는 문제점이 있다.Also, when there is a difference in the power output between the modules in the string, the micro converters construct a new current path and process it. This requires a micro-converter to be installed between the module and the module, thus complicating the installation method and wiring. Also, there is a problem that the DC / DC converter of the string controller for finding the maximum power point of the PVs has a loss of 2 ~ 3%.
한편, 마이크로 컨버터를 적용한 태양 광 발전 장치에 대한 또 다른 종래 기술이 하기의 <특허문헌 1> 대한민국 등록특허 등록번호 10-1245827호(2013.03.20. 공고)에 개시된다.Meanwhile, another conventional technology for a photovoltaic device using a micro converter is disclosed in the following Patent Document 1: Korean Patent Registration No. 10-1245827 (published on March 20, 2013).
상기 <특허문헌 1>은 태양 광 발전시스템 분야에 대한 에너지 효율 향상 및 원가 절감을 개선하기 위해 각 태양 광 모듈(PV모듈)에 마이크로 인버터 컨버터를 구비하고, 상기 마이크로 인버터 컨버터에서 실시간 모듈단위의 환경/상황요인에 대응, 전력/환경 감시를 수행한다.
In order to improve the energy efficiency and the cost reduction in the solar power generation system field, the above-mentioned
그러나 상기와 같은 종래기술들은 마이크로컨버터가 아니라 마이크로 인버터 구조로서 소형 발전 시스템에만 적용이 되며, 대형 발전시스템에는 적용할 수 없는 단점이 있다.However, the above conventional techniques are applied not only to a micro-converter, but also to a miniature power generation system as a micro-inverter structure, and can not be applied to a large power generation system.
본 발명의 목적은 태양 광 모듈용 전력편차처리 구조의 마이크로 컨버터에서 P&O 등 통상적인 최대전력점추종(MPPT)을 수행하기 위해 필요한 고전압 직류-직류 변환기를 제거하고 패턴탐색에 의한 듀티 직접 제어방식으로 최대전력점추종을 할 수 있도록 한 고전압 직류-직류 변환기가 필요없는 전력편차처리형 마이크로 컨버터장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a duty control system for a solar module in which a high voltage DC-DC converter required to perform a conventional maximum power point tracking (MPPT) such as P & And a power deviation processing type micro-converter device which does not require a high-voltage DC-DC converter capable of following a maximum power point.
본 발명의 다른 목적은 최대전력점을 계산할 때 각 모듈의 듀티를 스트링 제어기에서 직접 제어하여 스트링 전압을 의도하는 대로 고정하는 단점을 개선할 수 있는 고전압 직류-직류 변환기가 필요없는 전력편차처리형 마이크로 컨버터장치를 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide a power deviation correction type microprocessor which does not require a high-voltage DC-DC converter capable of improving the disadvantage of directly controlling the duty of each module at the time of calculating the maximum power point, And to provide a converter device.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 고전압 직류-직류 변환기가 필요없는 전력편차처리형 마이크로 컨버터장치는 복수의 태양 광 모듈; 상기 복수의 태양 광 모듈 중 맨 마지막에 연결된 태양 광 모듈의 전력을 직접 측정하고, 상기 맨 마지막에 연결된 태양 광 모듈을 제외한 나머지 태양 광 모듈의 전력은 해당 모듈의 모듈 제어기를 통해 획득하며, 획득한 전력 값들을 기초로 패턴탐색 알고리즘을 이용하여 각 모듈 제어기의 펄스폭변조 듀티 값을 계산하여 각 모듈 제어기를 제어하는 스트링 제어수단; 상기 스트링 제어수단에서 발생한 펄스폭변조 듀티 값에 따라 태양 광 모듈의 출력 전력을 제어하는 모듈 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a power converter micro-converter device that does not require a high-voltage DC-DC converter according to the present invention includes a plurality of solar modules; The power of the solar module connected to the last of the plurality of solar modules is directly measured and the power of the solar modules other than the last connected solar module is acquired through the module controller of the module, A string control means for controlling each module controller by calculating a pulse width modulation duty value of each module controller using a pattern search algorithm based on power values; And a module controller for controlling the output power of the solar module according to the pulse width modulation duty value generated in the string control unit.
상기에서 모듈 제어기는 상기 복수의 태양 광 모듈(N)의 전체 개수 대비하여 N-1개로 구성되며, 상기 스트링 제어수단은 스트링 단위당 1개로 구성되는 것을 특징으로 한다.The module controller may include N-1 pieces of the number of the solar modules N in total, and the number of the string control units may be one per string unit.
상기에서 스트링 제어수단은 상기 맨 마지막에 연결된 태양 광 모듈의 전압 및 전류를 검출하는 모듈 전압/전류 검출기; 스트링 전류를 측정하는 스트링 전류 검출기를 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein the string control means comprises: a module voltage / current detector for detecting a voltage and a current of the lastly connected solar module; And a string current detector for measuring the string current.
상기에서 스트링 제어수단은 상기 모듈 전압/전류 검출기에서 검출한 전압 및 전류 값과 상기 스트링 전류 검출기에서 검출한 스트링 전류 값과 나머지 태양 광 모듈의 전압 및 전류 값들로부터 계산된 전력을 기초로 패턴탐색 알고리즘을 이용하여 각 모듈 제어기의 펄스폭 변조 듀티 값을 계산하여 각 모듈 제어기를 제어하는 스트링 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The string control means determines the pattern search algorithm based on the voltage and current values detected by the module voltage / current detector, the string current value detected by the string current detector, and the power calculated from the voltage and current values of the remaining solar modules. And a string controller for controlling each module controller by calculating a pulse width modulation duty value of each module controller by using the controller.
상기에서 스트링 제어기는 상기 모듈 제어기와 통신을 하여 태양 광 모듈의 전압 및 전류 측정값을 수신하고, 상기 모듈 제어기에 태양 광 모듈 제어를 위한 제어 데이터를 전송하는 통신 모듈; 상기 통신 모듈을 통해 수신한 태양 광 모듈의 전압 및 전류 값과 직접 측정한 태양 광 모듈의 전압/전류 및 스트링 전류를 기초로 패턴탐색 알고리즘을 이용하여 최대전력점을 산출하는 최대전력점 산출부; 상기 최대전력점 산출부에서 산출한 최대전력점에 따라 상기 모듈 제어기에 듀티 사이클 제어신호를 전송하여 태양 광 모듈의 전압을 조정하는 듀티 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein the string controller communicates with the module controller to receive voltage and current measurements of the solar module and to transmit control data for controlling the solar module to the module controller; A maximum power point calculating unit for calculating a maximum power point using a pattern search algorithm based on the voltage and current values of the photovoltaic module received through the communication module and the voltage / current and string current of the photovoltaic module directly measured; And a duty controller for adjusting a voltage of the solar module by transmitting a duty cycle control signal to the module controller according to a maximum power point calculated by the maximum power point calculating unit.
상기에서 모듈 제어기는 전류 편차 보상을 위한 인덕터; 상기 인덕터의 일단에 설치되어 전류 경로를 설정하는 제1 및 제2 스위치; 연결된 태양 광 모듈의 전압 및 전류 측정값을 상기 스트링 제어수단에 전송하고, 상기 스트링 제어수단으로부터 전송된 듀티 사이클 제어 데이터를 기초로 상기 제1 및 제2 스위치의 듀티 사이클을 제어하는 듀티 제어기; 상기 듀티 제어기의 제어에 따라 상기 제1 및 제2 스위치를 온 또는 오프 상태로 구동시키기 위한 드라이버를 포함한다.Wherein the module controller comprises: an inductor for current deviation compensation; First and second switches provided at one end of the inductor to set a current path; A duty controller for transmitting the voltage and current measurement values of the connected solar modules to the string control means and for controlling the duty cycle of the first and second switches based on the duty cycle control data transmitted from the string control means; And a driver for driving the first and second switches to the on or off state under the control of the duty controller.
상기에서 제1 및 제2 스위치는 모스펫(MOSFET)으로 구성하고, 상기 제1 및 제2 스위치는 상호 반대로 동작하는 것을 특징으로 한다.
The first and second switches may be MOSFETs, and the first and second switches operate in opposite directions.
본 발명에 따르면 태양 광 모듈용 전력편차처리 구조의 마이크로 컨버터에서 최대전력점추종(MPPT)을 수행하기 위해 필요한 고전압 직류-직류 변환기를 제거하면서도, 패턴탐색에 의한 듀티 직접 제어방식으로 최대전력점추종을 간단하게 할 수 있어, 시스템 구현 비용을 절감하면서도 장치 구현을 간소화할 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, the high voltage DC-DC converter required for performing the maximum power point tracking (MPPT) in the micro converter of the power deviation processing structure for the photovoltaic module is removed, , Simplifying the device implementation while reducing the system implementation cost.
또한, 본 발명에 따르면 스트링 단위의 맨 마지막에 연결된 태양 광 모듈의 전압, 전류를 스트링 제어수단에서 직접 측정함으로써, 최대전력점 계산시 오차와 계산량이 줄어드는 장점이 있다.In addition, according to the present invention, the voltage and current of the solar module connected to the end of the string unit are directly measured by the string control means, thereby reducing the error and calculation amount when calculating the maximum power point.
또한, 본 발명에 따르면 최대전력점을 계산할 때 각 모듈의 듀티를 스트링 제어기에서 직접 제어함으로써, 스트링 전압을 의도하는 대로 고정해야하는 단점을 개선할 수 있는 장점이 있다.
According to the present invention, the duty of each module is directly controlled by the string controller when calculating the maximum power point, thereby improving the disadvantage of fixing the string voltage as intended.
도 1은 일사량 변화시 일반적인 태양 광 모듈의 전류-전압 및 전력-전압 특성 곡선도,
도 2는 종래 태양 광 발전 시스템에 적용된 P&O 방식의 전력편차처리형 마이크로 컨버터장치의 구성도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고전압 직류-직류 변환기가 필요없는 전력편차처리형 마이크로 컨버터장치의 구성도,
도 4는 도 3의 스트링 제어기의 실시 예 구성도,
도 5a는 본 발명에 적용된 P&O 방식의 최대전력점추종 순서도, 도 5b는 본 발명에 적용된 패턴탐색 방식의 최대전력점추종 순서도,
도 6은 본 발명에 적용되는 GPS 패턴탐색 방식의 측정용 내부 테이블 예시도,
도 7은 본 발명에 적용되는 MGPS 패턴탐색 방식의 측정용 내부 테이블 예시도,
도 8a 및 도 8b는 태양 광 모듈이 4개일 경우 최대전력점추종 시뮬레이션 결과도.FIG. 1 is a current-voltage and power-voltage characteristic curve diagram of a general solar module in the case of a change in irradiation dose,
2 is a configuration diagram of a P & O type power deviation-type microconverter device applied to a conventional photovoltaic power generation system.
3 is a configuration diagram of a power deviation processing type micro-converter device which does not require a high-voltage DC-DC converter according to a preferred embodiment of the present invention,
FIG. 4 is a block diagram of an embodiment of the string controller of FIG. 3,
FIG. 5A is a flowchart of a maximum power point follow-up procedure of the P & O scheme applied to the present invention, FIG. 5B is a flowchart of a maximum power point follow-
6 is an illustration of an internal table for measurement of a GPS pattern search method applied to the present invention,
7 is an illustration of an internal table for measurement of the MGPS pattern search method applied to the present invention,
8A and 8B are simulation results of the maximum power point tracking when four solar modules are provided.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고전압 직류-직류 변환기가 필요없는 전력편차처리형 마이크로 컨버터장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a power deviation processing type micro-converter device that does not require a high-voltage DC-DC converter according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고전압 직류-직류 변환기가 필요없는 전력편차처리형 마이크로 컨버터장치의 구성도이다.3 is a block diagram of a power deviation processing type micro-converter device which does not require a high-voltage DC-DC converter according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고전압 직류-직류 변환기가 필요없는 전력편차처리형 마이크로 컨버터장치는 복수의 태양 광 모듈(111 ~ 113), 모듈 제어기(121 ~ 122) 및 스트링 제어수단(130)을 포함한다.As shown in FIG. 3, the power deviation processing type micro-converter device that does not require a high-voltage DC-DC converter according to the present invention includes a plurality of
여기서 모듈 제어기(121 ~ 122)는 상기 복수의 태양 광 모듈(111 ~ 113)(N)의 전체 개수 대비하여 N-1개로 구성되며, 상기 스트링 제어수단(130)은 스트링 단위당 1개로 구성된다. 본 발명에서는 편의상 태양 광 모듈을 3개만 도시하였으나, 이것에 한정되는 것은 아니고, 스트링 단위 구성에 따라 그 개수는 증가 또는 감소할 수 있다. 그리고 모듈 제어기(121 ~ 122)는 태양 광 모듈에 일대일 대응하게 구성되나, 스트링을 구성하는 맨 마지막 태양 광 모듈만 모듈 제어기 대신에 스트링 제어수단(130)이 연결된다. 아울러 복수의 태양 광 모듈의 각각의 내부 구성 및 작용은 동일하고, 복수의 모듈 제어기의 내부 구성 및 작용을 동일하므로, 이하 설명의 편의를 위해 태양 광 모듈은 맨 처음 태양 광 모듈(111)과 맨 마지막 태양 광 모듈(113)에 대해서만 설명하기로 하고, 모듈 제어기는 맨 처음의 모듈 제어기(121)에 대해서만 설명하기로 한다.The number of the
상기 스트링 제어수단(130)은 맨 마지막에 연결된 태양 광 모듈(113)의 전력을 직접 측정하고, 상기 맨 마지막에 연결된 태양 광 모듈을 제외한 나머지 태양 광 모듈의 전력은 해당 모듈의 모듈 제어기(121)를 통해 획득하며, 획득한 전력 값들을 기초로 패턴탐색 알고리즘을 이용하여 각 모듈 제어기(121)의 펄스폭변조(PWM) 듀티 값을 계산하여 각 모듈 제어기(121)를 제어하는 역할을 한다.The string control means 130 directly measures the power of the last connected
여기서 스트링 제어수단(130)은 상기 맨 마지막에 연결된 태양 광 모듈(113)의 전압 및 전류를 검출하는 모듈 전압/전류 검출기(132); 스트링 전류(Itot)를 측정하는 스트링 전류 검출기(131); 상기 모듈 전압/전류 검출기(132)에서 검출한 전압 및 전류 값과 상기 스트링 전류 검출기(131)에서 검출한 스트링 전류 값과 나머지 태양 광 모듈의 전압 및 전류를 기초로 패턴탐색 알고리즘을 이용하여 각 모듈 제어기(121)의 펄스폭변조 듀티 값을 계산하여 각 모듈 제어기(121)를 제어하는 스트링 제어기(133)를 포함한다.Here, the string control means 130 includes a module voltage /
아울러 상기 스트링 제어기(133)는 상기 모듈 제어기(121)와 통신을 하여 태양 광 모듈(111)의 전압 및 전류 측정값을 수신하고, 상기 모듈 제어기(121)에 태양 광 모듈(111) 제어를 위한 제어 데이터를 전송하는 통신 모듈(133a); 상기 통신 모듈(133a)을 통해 수신한 태양 광 모듈의 전압 및 전류 값과 직접 측정한 태양 광 모듈(113)의 전류 및 스트링 전류를 기초로 패턴탐색 알고리즘을 이용하여 최대전력점을 산출하는 최대전력점 산출부(133b); 상기 최대전력점 산출부(133b)에서 산출한 최대전력점에 따라 상기 모듈 제어기(121)에 듀티 사이클 제어신호를 전송하여 태양 광 모듈(111)의 전압을 조정하는 듀티 제어기(133c)를 포함한다.The
또한, 상기 모듈 제어기(121)는 상기 스트링 제어수단(130)에서 발생한 펄스폭변조 듀티 값에 따라 태양 광 모듈(111)의 출력 전력을 제어하는 역할을 한다.In addition, the
이러한 모듈 제어기(121)는 전류 편차 보상을 위한 인덕터(121a); 상기 인덕터(121a)의 일단에 설치되어 전류 경로를 설정하는 제1 및 제2 스위치(121b)(121c); 연결된 태양 광 모듈(111)의 전압 및 전류 측정값을 상기 스트링 제어수단(130)에 전송하고, 상기 스트링 제어수단(130)으로부터 전송된 듀티 사이클 제어 데이터를 기초로 상기 제1 및 제2 스위치(121b)(121c)의 듀티 사이클을 제어하는 듀티 제어기(121e); 상기 듀티 제어기(121e)의 제어에 따라 상기 제1 및 제2 스위치(121b)(121c)를 온 또는 오프 상태로 구동시키기 위한 드라이버(121d)를 포함한다.The
여기서 제1 및 제2 스위치(121b)(121c)는 모스펫(MOSFET)으로 구성하고, 상기 제1 및 제2 스위치(121b)(121c)는 상호 반대로 동작하는 것이 바람직하다.Here, the first and
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 고전압 직류-직류 변환기가 필요없는 전력편차처리형 마이크로 컨버터장치의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The operation of the power deviation-type microconverter device which does not require the high-voltage DC-DC converter according to the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 고전압 직류-직류 변환기가 필요없는 전력편차처리형 마이크로 컨버터장치는 스트링 제어수단(130)에서 고압의 스트링 양단 전압을 입력으로 하는 것이 아니고 마지막 태양 광 모듈(113)에만 연결되어 있다. 이러한 구조는 고전압 DC/DC 변환기가 필요 없는 구조이다.The power deviation processing type microconverter device which does not require the high voltage DC-DC converter according to the present invention is connected to only the last
먼저, 모듈 제어기(121)의 듀티 제어기(121e)는 도면에는 도시하지 않았지만 연결된 태양 광 모듈(111)의 전압 및 전류를 측정하고, 이를 내부의 통신 모듈을 통해 스트링 제어수단(130)에 전송한다. 이때 통신 모듈은 무선 통신 모듈로 구현하는 것이 바람직하다. 아울러 모듈 제어기(121)는 태양 광 모듈(111)의 전압 및 전류 측정값을 스트링 제어기(130)에 전송할 때, 측정값과 그에 대응하는 태양 광 모듈(111)의 고유번호(ID)를 함께 전송하여 태양 광 모듈을 구분하는 것이 바람직하다. 여기서 태양 광 모듈별로 각각의 고유번호(ID)를 부여함으로써, 스트링 제어기(130)에서는 용이하게 수신한 전압 및 전류 측정값이 어느 태양 광 모듈의 전압, 전류인지를 알 수 있게 된다.First, the
스트링 제어수단(130) 내의 스트링 제어기(133)의 통신 모듈(133a)은 복수의 모듈 제어기(121)(122)에서 송출되는 각 태양 광 모듈의 전압, 전류 측정값을 수신하여 듀티 제어기(133c)에 전달한다. 듀티 제어기(133c)는 입력되는 전압, 전류 측정값을 그에 상응하는 디지털 전압, 전류 값으로 변환을 하여, 내부 메모리에 저장함과 동시에 최대전력점 산출부(133b)에 전달한다.The
아울러 스트링 제어수단(130)의 모듈 전류 검출기(132)는 스트링 단위의 맨 마지막에 연결된 태양 광 모듈(113)의 모듈 전압 및 전류를 직접 측정하여 듀티 제어기(133c)에 전달하게 되고, 스트링 전류 검출기(131)는 스트링 전체의 전류를 검출하여 상기 듀티 제어기(133c)에 전달한다. 듀티 제어기(133c)는 이와 같이 전달되는 맨 마지막 태양 광 모듈(113)의 전압 및 전류 값과 스트링 전류 값을 디지털 전류 값으로 변환하여 내부 메모리에 저장함과 동시에 상기 최대전력 산출부(133b)에 전달한다.In addition, the module
이때, 듀티 제어기(133c)는 스트링에 흐르는 전류와 각 모듈 제어기로부터 전송된 모듈 전류 값을 기초로 각 모듈 제어기에 구비된 인덕터에 흐르는 전류를 하기의 [식1]을 이용하여 계산한다.At this time, the
이로부터 특정 인덕터에 과전류가 흐르면, 듀티 제어기(133c)는 최대전력점 산출부(133b)를 통해 태양 광 모듈의 전압을 조정하기 위한 최대전력점을 산출하도록 한다.When an overcurrent flows from the inductor to the specific inductor, the
이러한 제어에 따라 최대전력점 산출부(133b)는 기존에 최대전력점추종을 위해 이용하는 P&O 알고리즘 대신 패턴탐색 알고리즘을 이용하여 최대전력점을 추종하게 된다. According to this control, the maximum
도 5a는 P&O 알고리즘을 이용한 최대전력점추종 과정을 도시한 것이다. 5A illustrates a process of following a maximum power point using the P & O algorithm.
P&O 알고리즘은 새로운 기준 전압이 결정되면, 이로부터 각 모듈 제어기의 듀티가 결정되고, 이것을 무선으로 각 모듈 제어기에 보내고, 이후 태양 광 모듈의 새로운 전압, 전류 값을 무선으로 받아서 전력을 계산하고, 그 계산된 전력의 증감에 따라 새로운 기준 전압을 결정하는 사이클을 무한 반복하게 된다. 따라서 이러한 방식은 최대전력점을 추종하는 시간이 오래 걸릴 수 있다. 또한, 스트링 전압을 제어해야하기 때문에 스트링 제어기 내부에 고전압 DC/DC 변환기를 필요로 하였다.When the new reference voltage is determined, the P & O algorithm determines the duty of each module controller, sends it wirelessly to each module controller, calculates the power by wirelessly receiving the new voltage and current values of the solar module, As the calculated power increases or decreases, a cycle for determining a new reference voltage is repeated infinitely. Therefore, this method may take a long time to follow the maximum power point. Also, because of the need to control the string voltage, a high voltage DC / DC converter was needed inside the string controller.
도 5b는 패턴 탐색 알고리즘을 이용한 최대전력점추종 과정을 도시한 것이다.FIG. 5B shows a process of following a maximum power point using a pattern search algorithm.
패턴탐색 알고리즘은 각 모듈 제어기의 듀티 값을 직접 제어하는 데, 듀티 값들을 무선으로 각 모듈 제어기로 전송한 후, 각 모듈로부터 전압, 전류 값을 무선으로 받아서 전력을 계산하고, 그 계산한 전력과 이전 전력 값을 비교하여 그 결과에 따라 새로운 듀티 벡터를 계산하게 된다. 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.The pattern search algorithm directly controls the duty value of each module controller. After the duty values are wirelessly transmitted to each module controller, the voltage and current values are received wirelessly from each module to calculate power, The previous power value is compared and a new duty vector is calculated according to the result. This will be described in detail as follows.
듀티 벡터 및 메쉬 크기를 아래의 [식2]와 같이 정의한다.The duty vector and the mesh size are defined as shown in [Equation 2] below.
한 번의 폴(Poll)은 하기의 [식3]과 같이 2(N-1)번의 시도를 의미한다.A single poll (Poll) means 2 (N-1) attempts as shown in the following Equation (3).
여기서 2(N-1)개의 패턴 벡터는 아래의 [식4]와 같이 정의한다.Here, 2 (N-1) pattern vectors are defined as shown in [Equation 4] below.
다음 폴의 기준을 정하기 위해 GPS(Generalized Pattern Search) 또는 MGPS(Modified Generalized Pattern Search)의 두 가지를 사용한다. 우선 GPS는 각 trial에서 계산된 스트링 단의 출력값(Ptot,k)들과 그 전 폴의 최고치 중에서 최대치를 찾은 후, 그때의 듀티 벡터를 새로운 기준으로 삼는 방식이다. 도 7은 이를 위한 내부 테이블 구성의 예를 보인 것이다. We use two types of GPS (Generalized Pattern Search) or MGPS (Modified Generalized Pattern Search) to determine the next pole. First, the GPS finds the maximum value among the output values (P tot, k ) of the string stage calculated in each trial and the peak value of the previous pole, and then uses the duty vector at that time as a new reference. FIG. 7 shows an example of the internal table configuration for this purpose.
MGPS는 trial들 중에서 스트링 단의 전력이 최대 전력인 trial을 찾는 것이 아니라 각 전압별로 2(N-1) trial중 최대의 전력이 생산되었을 때의 전압 값들을 구한 후에 이 전압들로부터 듀티를 계산하여 새로운 듀티 벡터를 구하는 방식이다. 도 8은 이를 위한 내부 테이블 구성의 예를 보인 것이다. 이때 GPS 및 MGPS를 혼합한 형태의 알고리즘도 가능하다. 즉, 새로운 폴을 시작할 때, GPS와 MGPS를 모두 수행한 후에 비교하여 출력이 최대가 되는 trial을 새로운 폴의 기준점으로 정하는 것이다.MGPS calculates the voltage values when the maximum power of 2 (N-1) trials is produced for each voltage, not the trial, which is the maximum power of the string stage, among the trials, and then calculates the duty from these voltages And a new duty vector is obtained. FIG. 8 shows an example of the internal table configuration for this purpose. At this time, an algorithm of a mixture of GPS and MGPS is possible. In other words, when starting a new pole, a trial that maximizes the output after comparing both GPS and MGPS is set as a reference point of a new pole.
새로운 폴의 새로운 메쉬 크기는 각 폴 간에 측정된 전력의 변화량에 따라 그 전 값의 2배로 할지 여부를 결정한다. 만약, 폴내에서 그 전 폴의 최대치보다 높은 전력을 만들어 준 듀티 벡터가 없으면, 그 폴은 실패라고 하고, 새로운 폴의 새로운 메쉬 크기는 그 전 값의 1/4로 한다. 이때 2(N-1)까지 시도할 것이 아니라 중간에 그 전 폴의 최대 전력 값보다 큰 값이 나오면 폴을 성공으로 처리하고, 다음 폴을 준비하는 변형된 방식도 가능하다. 또한, 듀티가 계산된 후, 듀티 값에 상한선 및 하한선을 두어서 듀티가 어느 범위 밖으로 벗어나지 않게 함으로써, 급격한 인덕터 전류 변화를 사전에 막을 수가 있다. The new mesh size of the new poll determines whether to multiply the previous value by the amount of power measured between each pole. If there is no duty vector in the pole that produced a higher power than the previous pole's maximum, the pole is said to fail and the new mesh's new mesh size is 1/4 of its previous value. In this case, instead of attempting to reach 2 (N-1), if the value is larger than the maximum power value of the previous poles in the middle, it is possible to deal with the polling success and prepare the next pole. In addition, after the duty is calculated, the duty can be prevented from deviating from a certain range by setting an upper limit and a lower limit to the duty value, thereby preventing sudden change in inductor current.
도 8a 및 도8b는 태양 광 모듈이 4개일 경우 시뮬레이션을 한 결과이다. 도 8a는 전압, 전류, 도 8b는 전력 및 듀티 값을 보인 것이다. 이로부터 시스템은 수십 차례의 시도 끝에 안정적으로 최대전력점을 찾음을 알 수 있다.FIGS. 8A and 8B show the result of simulation when four solar modules are provided. FIG. 8A shows voltage and current, and FIG. 8B shows power and duty values. From this, it can be seen that the system stably finds the maximum power point after several dozen attempts.
이렇게 추종된 최대전력점은 듀티 제어기(133c)에 전달된다. 듀티 제어기(133c)는 각각의 태양 광 모듈에 대한 전압, 전류 측정값이 입력되면, 각 모듈의 전류 값들 및 스트링 전류 값을 이용하여 상기 [식1]에 따라서 각 모듈의 인덕터에 흐르는 전류를 추출하고, 이를 기반으로 태양 광 모듈의 셧-다운 모드 여부를 판단한다. 여기서 셧-다운 모드의 조건은 모든 태양 광 모듈이 같은 환경 조건으로 인해서 같은 전류 값을 가질 경우인데, 즉, 모든 모듈 제어기의 인덕터 전류가 0에 가까울 경우인데, 이 경우 모든 모듈 제어기를 셧-다운시키고, 지속적으로 각 모듈의 전압, 전류 값을 관찰하여 전류의 변동이 발생할 경우에 정상 모드로 돌아간다.The following maximum power point is transmitted to the
이 판단 결과 셧-다운 모드일 경우, 모듈 제어기의 동작 제어 제어데이터(셧-다운 데이터)를 생성하여 통신 모듈(133a)을 통해 모듈 제어기(121)에 전송한다. 이때 실질적으로 모든 모듈 제어기에 동작 제어 데이터가 전송된다.As a result of the determination, in the shut-down mode, operation control data (shut-down data) of the module controller is generated and transmitted to the
모듈 제어기(121) 내의 듀티 제어기(121e)는 동작 제어 데이터를 수신하여 분석한다. 그 분석 결과 동작 제어 데이터가 셧-다운 데이터이면 드라이버(121d)의 구동을 오프하고, 스트링 제어수단(130)과 통신을 수행하기 위한 통신 모듈 및 전압, 전류 센서 모듈만 동작을 하고, 나머지 모든 구성 요소는 셧-다운 상태로 동작한다. 상기 드라이버(121d)의 구동이 오프되면 그에 연계된 제1 및 제2 스위치(121b)(121c)도 모두 오프 상태가 되어 동작을 하지 않게 된다. 즉, 태양 광 모듈이 정상상태이면 모듈 제어기의 동작을 셧-다운 모드로 동작시켜, 삽입 손실을 최소화하게 된다.The
한편, 듀티 제어기(133c)는 각각의 태양 광 모듈에서 측정한 전압, 전류 값을 검색하여 태양 광 모듈 간의 전력 출력 차이가 발생한 경우에는 이를 보상하기 위해 최대전력점 산출부(133b)에서 산출한 최대전력점을 기반으로 각각의 태양 광 모듈의 전압 조정을 위한 듀티 사이클을 생성한다. 여기서 듀티 사이클 생성은 상기 MGPS 방식을 이용하므로, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.The
태양 광 모듈 간의 출력 전력 차이에 따른 듀티 사이클을 생성하면, 이를 통신 모듈(133a)을 통해 모듈 제어기(121)로 전송한다.When a duty cycle corresponding to the difference in output power between the solar modules is generated, the duty cycle is transmitted to the
상기 모듈 제어기(121)의 듀티 제어기(121e)는 이를 수신하고, 그 수신한 듀티 사이클에 따라 드라이버(121d)를 구동시켜, 인덕터(121a) 일단의 제1 및 제2 스위치(121b)(121c)를 동작시킨다. 이때, 인덕터 일단의 두 개의 스위치는 정상동작시 서로 반대로 동작한다.The
이러한 스위치의 동작과 인덕터에 의해 각각의 태양 광 모듈에서 출력되는 전력 라인의 출력 경로가 변경된다. 이러한 출력 전력 경로의 변경에 따라 태양 광 모듈의 전압이 최적으로 조정되어, 태양 광 모듈의 출력 전력 편차에 따른 보상이 이루어지게 되는 것이다.The operation of these switches and the inductor changes the output path of the power line output from each solar module. As the output power path is changed, the voltage of the solar module is adjusted optimally and compensation is performed according to the output power deviation of the solar module.
이와 같이 본 발명은 스트링 단위의 맨 마지막에 연결된 태양 광 모듈의 전압, 전류를 스트링 제어수단에서 직접 측정함으로써, 최대전력점 계산시 오차와 계산량이 줄어드는 장점이 있다.As described above, according to the present invention, the voltage and current of the solar module connected at the end of the string unit are directly measured by the string control means, thereby reducing the error and calculation amount when calculating the maximum power point.
한편, 전력편차처리 방식의 중요한 문제점으로 태양 광 모듈간 미스 매치가 심하게 발생하거나 미스 매치가 발생한 모듈들이 연속적으로 있으면, 그렇지 않은 모듈과의 경계에 있는 모듈 제어기의 인덕터에 과전류가 흐르게 된다는 점이다. 이에 대한 대책으로서, 본 발명에서는 초기 기동 시 소프트스타트라는 방식을 이용한다. 즉, 태양 광 모듈의 상황과 관련 없이 모듈 제어기의 제1 및 제2 스위치를 d=0.5를 초기치로 해서 무조건 기동하는 것이 아니라, 초기에는 모든 모듈 제어기의 스위치를 오프하고, 각 모듈 제어기의 듀티를 순차 온 시킨다. 이때 모듈 제어기의 듀티를 작동하기 전후의 전체 전력량의 변화를 측정하여 변화가 음수 즉, 줄어들면 해당 듀티를 오프한다. 반대로 전체 전력량이 증가를 하면 그대로 놓되 이 모듈제어기의 듀티가 온됨으로 인해 인덕터에 과전류가 흐르는 모듈 제어기가 존재하는지를 확인한다. 만약, 과전류가 발생한 인덕터가 있다면 그 인덕터를 중심으로 인접한 모듈부터 먼 쪽으로 양방향으로 인덕터 전류를 확인하여, 0에 가까운 인덕터 전류를 가진 모듈 제어기의 듀티를 오프한 후, 과전류가 흐르던 인덕터의 전류가 기준치 이하로 떨어지는지를 확인한다. 만약, 과전류가 흐르던 인덕터의 전류가 기준치 이하로 안 떨어지면 그 다음으로 0에 가까운 인덕터가 속한 모듈 제어기의 듀티를 오프한다. 과전류가 기준점 이하로 내려올 때까지 이런 동작을 반복한다.On the other hand, when the mismatch between the photovoltaic modules occurs seriously or the mismatching modules are consecutively present, an overcurrent flows to the inductors of the module controller at the boundary with the module which is not the main one. As a countermeasure against this, in the present invention, a method called soft start is used at the time of initial startup. That is, regardless of the status of the solar module, the first and second switches of the module controller are not unconditionally started with d = 0.5 as an initial value, but initially all the module controllers are switched off and the duty of each module controller is set to Turn on sequentially. At this time, the change of the total amount of power before and after the duty of the module controller is measured, and when the change is negative, that is, when the duty decreases, the duty is turned off. On the other hand, if the total power amount is increased, it is set as it is, and it is confirmed that there is a module controller in which an overcurrent flows due to the duty of the module controller being turned on. If there is an overcurrent inductor, the inductor current is checked bidirectionally from the adjacent module centered on the inductor, the duty of the module controller having the inductor current close to 0 is turned off, and the current of the inductor, Or less. If the current of the inductor through which the overcurrent flows has fallen below the reference value, then the duty of the module controller to which the inductor close to 0 belongs turns off. This operation is repeated until the overcurrent falls below the reference point.
한편, 정상 동작 중 스트링 제어수단은 주기적으로 인덕터의 과전류를 확인하여, 인덕터의 전류가 기준 이상으로 흐르는 모듈이 존재하면, 앞의 소프트스타트처럼 그 인덕터를 중심으로 인접한 모듈부터 먼 쪽으로 양방향으로 인덕터 전류를 확인하여 0에 가까운 인덕터 전류를 가진 모듈 제어기의 듀티를 오프한 후, 과전류가 흐르던 인덕터의 전류가 기준치 이하로 떨어지는 지를 확인한다. 이 확인 결과 인덕터의 전류가 기준치 이하로 떨어지지 않으면 0에 가까운 인덕터가 속한 모듈 제어기의 듀티를 오프한다. 과전류가 기준점 이하로 내려올 때까지 이런 동작을 반복하게 된다.In the normal operation, the string control means periodically checks the overcurrent of the inductor. If there is a module in which the current of the inductor flows above the reference, the string control means turns on the inductor current The duty of the module controller having the inductor current close to 0 is turned off, and it is confirmed whether or not the current of the inductor in which the overcurrent has flowed falls below the reference value. If the current of the inductor does not fall below the reference value, the duty of the module controller to which the inductor close to zero belongs is turned off. This operation is repeated until the overcurrent falls below the reference point.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
Although the present invention has been described in detail with reference to the above embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention.
본 발명은 태양 광 발전 장치에 적용된다. 특히, 태양 광 모듈의 전압을 조정하기 위해 스트링 제어기에서 직접 태양 광 모듈의 전력을 측정하고, 이를 기초로 패턴탐색 알고리즘을 이용하여 최대전력점을 계산하는 기술에 효과적으로 적용된다.
The present invention is applied to a photovoltaic device. In particular, it is effectively applied to a technique of measuring the power of a solar module directly in a string controller to adjust the voltage of the solar module, and calculating a maximum power point using the pattern search algorithm based on the power.
110… 태양광 모듈
120… 정션 박스
130… 마이크로 컨버터
131… 모듈 제어기
132,133… 드라이버
140… 스트링 제어기
141… 통신 모듈
142… 최대전력점 산출부
143… 듀티 제어기
150… 양방향 직류-직류 컨버터110 ... Solar modules
120 ... Junction box
130 ... Micro converter
131 ... Module controller
132, 133 ... driver
140 ... String controller
141 ... Communication module
142 ... The maximum power point calculation unit
143 ... Duty controller
150 ... Bidirectional DC-DC converter
Claims (13)
상기 복수의 태양 광 모듈 중 맨 마지막에 연결된 태양 광 모듈의 전력을 직접 측정하고, 상기 맨 마지막에 연결된 태양 광 모듈을 제외한 나머지 태양 광 모듈의 전력은 모듈 제어기를 통해 획득하며, 획득한 전력 값들을 기초로 패턴탐색 알고리즘을 이용하여 각 모듈 제어기의 펄스폭변조 듀티 값을 계산하여 각 모듈 제어기를 제어하는 스트링 제어수단; 및
상기 스트링 제어수단에서 발생한 펄스폭변조 듀티 값에 따라 태양 광 모듈의 출력 전력을 제어하는 모듈 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 직류-직류 변환기가 필요없는 전력편차처리형 마이크로 컨버터장치.
A plurality of solar modules;
The power of the solar module connected to the last of the plurality of solar modules is directly measured and the power of the solar modules other than the last connected solar module is acquired through the module controller, A string control means for controlling each module controller by calculating a pulse width modulation duty value of each module controller using a pattern search algorithm as a basis; And
And a module controller for controlling the output power of the solar module in accordance with the pulse width modulation duty value generated by the string control unit, wherein the high voltage DC-DC converter is not required.
The high-voltage DC-DC converter according to claim 1, wherein the module controller comprises N-1 pieces of the number of the solar modules (N) in total, and the string control unit comprises one string unit A power deviation processing type micro-converter device which does not need to be used.
2. The apparatus of claim 1, wherein the string control means comprises: a module voltage / current detector for detecting voltage and current of the last connected solar module; And a string current detector for measuring a string current, wherein the high-voltage DC-DC converter is not required.
The string control device according to claim 3, wherein the string control means is configured to calculate a string current value detected by the string current detector, a voltage and a current value detected by the module voltage / current detector, and a power calculated from voltage and current values of the remaining solar module And a string controller for controlling each module controller by calculating a pulse width modulation duty value of each module controller using a pattern search algorithm. .
5. The system of claim 4, wherein the string controller comprises: a communication module for communicating with the module controller to receive voltage and current measurements of the solar module and to transmit control data for controlling the solar module to the module controller; A maximum power point calculating unit for calculating a maximum power point using a pattern search algorithm based on the voltage and current values of the photovoltaic module received through the communication module and the voltage / current and string current of the photovoltaic module directly measured; And a duty controller for adjusting a voltage of the solar module by transmitting a duty cycle control signal to the module controller according to a maximum power point calculated by the maximum power point calculating unit. Power deviation processing type micro converter device.
The module of claim 1, wherein the module controller comprises: an inductor for current deviation compensation; First and second switches provided at one end of the inductor to set a current path; A duty controller for transmitting the voltage and current measurement values of the connected solar modules to the string control means and for controlling the duty cycle of the first and second switches based on the duty cycle control data transmitted from the string control means; And a driver for driving the first and second switches to an on or off state under the control of the duty controller.
2. The method of claim 1, wherein the string control means performs both a GPS (Generalized Pattern Search) and a MGPS (Modified Generalized Pattern Search) when starting a new poll, Pole DC-DC converter, wherein a high-voltage DC-DC converter is not required.
2. The apparatus of claim 1, wherein the string control means obtains voltage values when the maximum power is produced, and then calculates a duty from the voltages to obtain a new duty vector. The high voltage DC- Displacement type microconverter device.
9. The method of claim 8, wherein the string control means sets the new mesh size of the new poll to 1/4 of its previous value if there is no duty vector in the poll that produced a power higher than the maximum of the previous poll, And when a value greater than the maximum power value of the previous pole is found during the search, the duty is calculated by successively processing the corresponding pole, thereby eliminating the need for a high-voltage DC-DC converter.
The high-voltage DC-DC converter according to claim 9, wherein the string control unit calculates a duty and then sets an upper limit and a lower limit to the duty value so that the duty does not deviate out of a certain range to prevent a sudden change in inductor current. A power deviation processing type micro-converter device which does not need to be used.
2. The method of claim 1, wherein the string control means turns off the first and second switches of the module controller at the start of the startup regardless of the status of the solar module, sequentially turns on the duty of each module controller, Wherein the duty ratio of the power converter is measured by measuring a change in the total power amount before and after the operation of the microcomputer is performed, and when the amount of power is decreased, the duty is turned off and the current duty is maintained when the power amount is increased. .
The string control unit according to claim 11, wherein the string control unit checks whether there is a module controller in which an overcurrent flows in the inductor with the current duty maintained, and if there is an inductor in which an overcurrent occurs, And the duty of the module controller is controlled by checking the current and turning off the duty of the module controller having the inductor current close to zero.
The string control device according to claim 11, wherein the string control means periodically checks an overcurrent of the inductor during normal operation so that if there is a module in which the current of the inductor flows above the reference, the inductor current flows in both directions away from the adjacent module Wherein the duty of the module controller is controlled in such a manner that the duty of the module controller having the inductor current close to zero is turned off, thereby controlling the duty of the module controller.
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| WO2023106564A1 (en) * | 2021-12-10 | 2023-06-15 | 주식회사 나눔에너지 | Photovoltaic power generation system for optimally controlling individual modules that provides augmented reality-based state information |
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