KR102159334B1 - Method for control of MPPT using 3-point - Google Patents

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한국전력공사
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Abstract

The present invention relates to a maximum power point following control method of a solar cell when an amount of solar irradiation rapidly changes. More specifically, the present invention relates to a solar cell maximum power point following control method using a three-point which can efficiently output changing maximum power from the solar cell in an environment in which the amount of solar irradiation rapidly changes and can output the maximum power by reducing an error.

Description

3-포인트를 활용한 태양전지 최대전력점 추종 제어방법{Method for control of MPPT using 3-point}Solar cell maximum power point tracking control method using 3-point {Method for control of MPPT using 3-point}

본 발명은 태양전지의 최대전력점 추종 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일사량이 급변하게되는 환경에서 태양전지로부터 출력되는 변화하는 최대 전력을 효율적이고 오류를 낮추어 출력할 수 있는 3-포인트를 활용한 태양전지의 최대전력점 추종 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a maximum power point tracking control method of a solar cell, and more particularly, a 3-point capable of outputting a variable maximum power output from a solar cell in an environment where the amount of solar radiation rapidly changes, efficiently and with lower errors. The present invention relates to a method for tracking the maximum power point of the used solar cell.

신재생 에너지는 한정적인 연료를 사용하지 않으며 환경오염을 최소화할 수 있으므로 고갈성 연료의 대체, 지구 온난화와 같은 환경문제를 대비할 수 있는 발전시스템이다. IEA(International Energy Agency)에 의하면 세계 에너지 수요를 충족시키는 데 있어 재생 에너지의 비율은 2017년을 기준으로 향후 5년 이내에 5분의 1로 증가해 2023년에는 12.4%에 달할 것으로 예상되며, 재생에너지는 2017년 24%에서 2023년에는 거의 30%의 전력수요를 공급하면서 전기 부문에서 가장 빠른 성장을 보일 것이라고 발표하였다. 또한 국내 정부는 신재생 에너지 전력생산 비율을 2030년까지 20% 이상으로 상승시키는 '신재생 에너지 3020' 정책을 발표했다. 그 중 태양광을 이용한 발전장치는 매우 빠른 속도로 성장하고 있으며 매우 중요한 에너지원임을 알 수 있다. 이러한 태양광발전 장치의 모듈 출력은 비선형적이며 여러 조건(모듈 온도, 일사량, 그림자 영향)에 따라 출력이 크게 변할 수 있다.Renewable energy does not use limited fuel and can minimize environmental pollution, so it is a power generation system that can prepare for environmental problems such as replacement of depleted fuels and global warming. According to the International Energy Agency (IEA), the proportion of renewable energy in meeting global energy demand is expected to increase to a fifth within the next five years from 2017, reaching 12.4% in 2023. Announced that it will see the fastest growth in the electricity sector, supplying electricity demand from 24% in 2017 to nearly 30% in 2023. In addition, the Korean government has announced a'Renewable Energy 3020' policy that raises the ratio of renewable energy generation to more than 20% by 2030. Among them, the power generation device using solar power is growing at a very fast rate, and it can be seen that it is a very important energy source. The module output of such a photovoltaic device is non-linear, and the output can vary greatly depending on various conditions (module temperature, insolation, shadow influence).

상기 태양광 발전장치의 모듈간의 출력이 외부 여러 조건에 의해 도면 1과 같이 불균형해지는 상황(표면 오염, 구름 및 나무에 의한 부분적 그림자 등)에서 발생되는 전력이 모듈 각각의 최대전력의 합보다 작아지게 되어 부분 음영에 의한 부정손실(Mismatch loss)이 발생한다. 태양전지의 부정손실 현상은 태양광 발전시스템의 발전효율을 악화시키며 이로 인한 모듈온도의 상승을 유발하여 장기적으로 태양광 모듈의 수명을 단축시킨다. 또한, 정상상태의 태양전지의 경우 태양전지 특성곡선에서 하나의 국부점(Local maximum point)을 가지게 되지만, 이 상황에서는 다수의 국부점을 가지게 되어 정확하게 최대전력점 (Maximun Power Point)을 추종하지 못하여 출력 및 효율이 저하되는 심각한 문제점이 있다.The power generated in the situation where the output between the modules of the photovoltaic device is unbalanced as shown in Fig. 1 due to various external conditions (surface contamination, partial shadows caused by clouds and trees, etc.) becomes smaller than the sum of the maximum power of each module. As a result, mismatch loss due to partial shading occurs. The undesired loss of the solar cell deteriorates the power generation efficiency of the solar power generation system and causes an increase in module temperature, which shortens the life of the solar module in the long term. In addition, in the case of a solar cell in a normal state, it has one local maximum point in the solar cell characteristic curve, but in this situation, it has a number of local points, so it cannot accurately follow the maximum power point. There is a serious problem in that output and efficiency are deteriorated.

대한민국 공개특허공보 제10-2013-0025286호 (20130311)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2013-0025286 (20130311) 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0129346호 (20181205)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2018-0129346 (20181205)

상기와 같은 문제점을 해결하고자, 본 발명의 목적은 태양광 발전용 전력변환장치(DC-DC 컨버터 및 DC-AC 인버터가 결합)에서 태양전지의 그림자 영향에 따른 태양전지 어레이의 계단형 전류(I)-전압(V) 곡선으로부터 직류출력의 전력손실을 최소화 및 전력변환장치의 효율을 향상하고자 스트링별 DC-DC 컨버터 및 Multi-MPPT 제어방법을 제공하는데 있다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is a stepped current (I) of a solar cell array according to the shadow effect of a solar cell in a power conversion device for solar power generation (a DC-DC converter and DC-AC inverter are combined) It is to provide a DC-DC converter for each string and a multi-MPPT control method to minimize the power loss of DC output from the )-voltage (V) curve and to improve the efficiency of the power conversion device.

P&O기법을 적용한 태양전지의 최대전력점 추종 제어방법에 있어서,In the solar cell's maximum power point tracking control method applying the P&O technique,

일사량 변동 여부를 판단하기 위하여, 소정 시점에 태양광 출력전압(Vpv)값을 피드백하고, 상기 소정의 한주기 시점 이전에 저장된 태양광 출력전압(Vold)값, 태양광 출력전력의 상기 소정의 한주기 시점 이전에 저장된 전력(Pold)값, 상기 소정 시점에 구해진 태양광 출력 전력(Ppv)값 및 상기 소정 시점에 저장된 플래그(flag)값과 플래그_B (flag_B)값을 각각 저장하는 1단계;In order to determine whether the amount of solar radiation fluctuates, the solar output voltage (Vpv) value is fed back at a predetermined time, and the solar output voltage (Vold) value stored before the predetermined period, and the predetermined one week of solar power output A first step of storing a power (Pold) value stored before a time point, a solar power output power (Ppv) value obtained at the predetermined time point, and a flag value and a flag_B (flag_B) value stored at the predetermined time point, respectively;

상기 저장된 1단계 값 중 상기 Ppv값과 Pold값의 차 (dP)값과 Vpv값과 Vold값의 차(dV)값을 구하는 2단계;A second step of obtaining a difference (dP) value between the Ppv value and the Pold value among the stored first step values, and a difference (dV) value between the Vpv value and the Vold value;

상기 1단계값 중 상기 플래그(Flag)값이 0인지 1인지를 판단하거나 상기 플래그_B(Flag_B) 값이 0인지 1인지를 판단하는 3단계;A third step of determining whether the flag value of the first step value is 0 or 1, or determining whether the flag_B (Flag_B) value is 0 or 1;

상기 3단계에서 상기 플래그 값이 0인 경우로 판단되면, 상기 dP와 상기 dV에 의해서 태양전지의 출력전압을 가변하고, 상기 소정 시점 이전 태양광 출력 전압 (vref1)값과 전력(P1) 값; 및 상기 소정 시점 전주기 태양광 출력 전압 (vref2)값과 전력(P2)값과 상기 플래그 (flag)값을 1로 각각 저장하는 4단계를 수행하며;If it is determined in the third step that the flag value is 0, the output voltage of the solar cell is varied by the dP and the dV, and the solar output voltage (vref1) value and the power (P1) value before the predetermined time point; And performing a fourth step of storing the PV output voltage (vref2) value, the power (P2) value, and the flag value as 1 at the predetermined point in time.

상기 3단계에서 상기 플래그 값이 1인 경우로 판단되면, 상기 태양광 출력전압 (Vpv)값을 상기 소정 시점 이전 태양광 출력 전압 (vref1)값으로, 상기 태양광 출력 전력(Ppv)값을 상기 소정 시점 전주기 태양광 출력 전력(P2)값으로 저장하며 상기 플래그(flag)값은 2로 저장되는 5단계를 수행하며;If it is determined in step 3 that the flag value is 1, the solar output voltage (Vpv) value is the solar output voltage (vref1) value before the predetermined time point, and the solar output power (Ppv) value is the 5 steps of storing the PV output power (P2) value at a predetermined point in time and storing the flag value as 2 are performed;

상기 3단계에서 상기 플래그_B (flag_B)값이 0으로 판단되면, 상기 소정 시점에 구해진 태양광 출력 전력(Ppv)값을 전력(P3)값으로 저장하고, 상기 4단계, 5단계 구해진 상기 전력 P1>P2>P3 or P1<P2<P3 값을 비교하며 상기 태양광 출력 전압의 값을 가변하고 상기 플래그_B (flag_B)값을 가변하기 위한 6단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.If the flag_B (flag_B) value is determined to be 0 in step 3, the solar power output power (Ppv) value obtained at the predetermined time is stored as a power (P3) value, and the power obtained in steps 4 and 5 And comparing the values of P1>P2>P3 or P1<P2<P3, varying the value of the solar output voltage, and changing the value of the flag_B (flag_B).

또한, 상기 일사량 변동이 없는 상태로 판단되는 경우, 상기 전력 P1>P2를 비교하여 상기 소정 시점 이전 태양광 출력 전압 (vref1)값 또는 상기 소정 시점 전주기 태양광 출력 전압 (vref2) 값을 태양전지의 출력전압으로 저장하며 상기 6단계를 반복하는 것을 특징으로 한다.In addition, when it is determined that there is no fluctuation in the amount of insolation, the power P1>P2 is compared to determine the solar power output voltage (vref1) value before the predetermined time point or the solar power output voltage (vref2) value of the predetermined time period before It is characterized in that it stores the output voltage of and repeats the step 6.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.According to the present invention can have the following effects.

1. 외부 조건 변화에 강인성을 갖는 3-포인트 알고리즘을 기반으로 한 Multi-MPPT방식을 이용하여 일사량이 급변하는 상황에서도 높은 효율을 출력하는 장점이 있다.1. Using the Multi-MPPT method based on a 3-point algorithm with robustness against changes in external conditions, it has the advantage of outputting high efficiency even in situations where the amount of insolation changes rapidly.

2. 3-포인트를 활용한 알고리즘을 통해 일사량이 급변하는 상황에서도 출력 전압이 MPP (Maximun Power Point) 전압에서 크게 벗어나지 않으며 외부 조건에 의해 그림자가 발생하는 경우에도 각 어레이가 최대 전력을 출력할 수 있다.2. Through the 3-point algorithm, the output voltage does not significantly deviate from the MPP (Maximun Power Point) voltage even when the insolation changes rapidly, and each array can output the maximum power even when a shadow occurs due to external conditions. have.

3. 태양광 발전 장치의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.3. It can improve the utilization efficiency of solar power generation devices.

도 1은 태양광 모듈간의 출력이 불균형해지는 상황예시
도 2는 부분 음영 상황에서의 모듈
도 3은 음영영향에 따른 태양광 모듈의 출력
도 4는 고-중 일사량 그래프 (EN50530)
도 5는 본 발명의 3-포인트 MPPT 알고리즘을 위한 순서도
도 6은 고-중 일사량 변화에 따른 기존 P&O 기법과 3-포인트 MPPT 알고리즘 비교
도 7은 일사량이 증가할 때 기준 전압이 상승 또는 감소할 때의 효율 그래프
도 8은 다중 개별 인버터를 포함한 시스템 구성도
도 9은 다중 컨버터와 하나의 인버터를 결합한 시스템 구성도
도 10은 세 대의 부스트 컨버터를 이용한 시뮬레이션
도 11은 실험을 위한 시스템 구성
1 is an example of a situation in which the output between solar modules is unbalanced
2 is a module in a partial shading situation
3 is an output of the solar module according to the shadow effect
4 is a high-medium solar radiation graph (EN50530)
Figure 5 is a flow chart for the 3-point MPPT algorithm of the present invention
6 is a comparison between the conventional P&O technique and the 3-point MPPT algorithm according to the change of high-medium insolation
7 is an efficiency graph when the reference voltage increases or decreases when the amount of insolation increases
8 is a system configuration diagram including multiple individual inverters
9 is a system configuration diagram combining multiple converters and one inverter
Figure 10 is a simulation using three boost converters
11 is a system configuration for an experiment

이하, 도면을 참고로 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도면 2는 부분 음영 상황에서 모듈을 나타낸 그림이다. 모듈은 출력되는 전압을 높여주기 위하여 직렬로 연결하며 전류를 높여주기 위해 병렬로 연결한다. 도면 2와 같이 모듈의 일부가 그림자로 인해 전력을 생산하지 못하거나 적게 생산하는 모듈이 발생하게 되면, 전력을 생산하지 않는 모듈로 인하여 전압 또는 전류가 감소하게 된다.2 is a diagram showing a module in a partial shading situation. Modules are connected in series to increase the output voltage and parallel to increase the current. As shown in FIG. 2, when a module that does not produce power or produces less power occurs due to a shadow of a part of the module, the voltage or current decreases due to the module that does not produce power.

도면 2의 태양광 어레이 18kW를 6kW 씩으로 세 부분으로 나누어 한 부분은 그림자가 발생하지 않고 다른 두 부분은 그림자가 발생하였다고 가정하여 나타냈다. 도면 2의 1단에서는 개방전압 650V와 단락전류 12A를 가지며 최대전력은 6kW를 출력한다. 반면에 도면 2의 2단에서는 약 20% 정도의 음영이 발생하였을 때의 출력이며 개방전압은 416V이고 단락전류는 병렬연결된 부분의 음영은 없다고 가정하여 음영이 없는 태양광 어레이 부분과 마찬가지로 12A이며 최대전력은 약 80%인 4.8kW를 출력한다. 마지막으로 3단에서는 약 40% 정도의 음영이 발생하였을 때의 출력이며 개방전압은 330V이고 단락전류는 병렬연결된 부분의 음영은 없다고 가정하여 음영이 없는 태양광 어레이 부분과 마찬가지로 12A이며 최대전력은 60%인 3.6kW를 출력한다. 음영에 대한 영향이 있는 상황에서는 도면 3과 같이 국부점이 여러 개인 출력곡선을 가지고 발전하게 된다. 이러한 상황에서는 국부점이 세 개이기 때문에 낮은 국부점에서 최대전력을 추종할 수 있다는 문제점이 있으며 높은 국부점을 찾더라도 실질적인 최대전력을 출력하지 못한다.The 18kW photovoltaic array of Fig. 2 is divided into three parts by 6kW, and it is assumed that one part does not generate a shadow and the other two parts have a shadow. In the first stage of Figure 2, it has an open-circuit voltage of 650V and a short-circuit current of 12A, and the maximum power outputs 6kW. On the other hand, in the second stage of Fig. 2, it is the output when about 20% of shading occurs, and the open-circuit voltage is 416V and the short-circuit current is 12A like the solar array without shading, assuming that there is no shading in the parallel connected part. The power outputs about 80%, 4.8kW. Lastly, it is the output when about 40% of the shade occurs in the 3rd stage, and the open-circuit voltage is 330V and the short-circuit current is 12A like the solar array without shade, assuming that there is no shade in the parallel connected part, and the maximum power is 60. It outputs 3.6kW which is %. In a situation where there is an influence on the shadow, it develops with an output curve with several local points as shown in FIG. 3. In this situation, since there are three local points, there is a problem that the maximum power can be tracked at a low local point, and even if a high local point is found, the actual maximum power cannot be output.

부분음영이 발생하지 않은 부분의 최대전력은 6kW이며 부분음영이 발생한 최대전력은 각각 4,8kW 3.6kW 이다. 이 둘을 합하면 최대전력은 14.4kW가 출력되어야 이 태양광 어레이의 최대전력을 출력하게 된다. 하지만 도면 3의 특성곡선의 최대출력점은 11.3kW이다. 본 발명에서는 14.4kW를 출력할 수 있도록 각 단 어레이의 부스트 컨버터에 새로운 3-포인트 MPPT 알고리즘을 제시하고, 3단을 통합한 Multi-MPPT의 성능을 알아보기 위해 시뮬레이션 및 실험을 수행하였다.The maximum power of the part without partial shading is 6kW, and the maximum power with partial shading is 4,8kW and 3.6kW, respectively. When these two are combined, the maximum power of this solar array is output only when 14.4kW is output. However, the maximum output point of the characteristic curve in Fig. 3 is 11.3kW. In the present invention, a new 3-point MPPT algorithm was presented to the boost converter of each stage array so as to output 14.4 kW, and simulations and experiments were performed to find out the performance of the Multi-MPPT incorporating 3 stages.

유럽에서는 여러 조건에 따라 MPPT의 효율을 측정하는 평가를 실시하고 있다. 도면 4는 고-중 일사량 그래프 (EN50530)로서 일사량이 급변 시에 MPPT 효율이 어떻게 되는 지를 측정하는 시험이다. 기존의 MPPT의 경우는 일사량이 급변 시 효율이 낮아지는 현상을 나타낸다. 도면 4는 일사량이 변화할 때 최대전력점의 전압은 많이 변화하지 않는 태양광 어레이 특성을 이용하여 도면 5와 같은 3-포인트 MPPT 알고리즘을 제시하였다. 이 알고리즘은 주기적으로 일사량이 변화하는지를 검사하고 변화를 한다면 그 전주기의 전압의 크기를 유지하며 일사량이 변화하지 않으면 MPP점을 추종하는 것이며 동작 순서는 다음과 같다.In Europe, evaluations are being conducted to measure the efficiency of MPPT under various conditions. FIG. 4 is a high-medium solar radiation graph (EN50530), which is a test for measuring how MPPT efficiency becomes when solar radiation is rapidly changed. In the case of the existing MPPT, the efficiency decreases when the amount of insolation changes rapidly. FIG. 4 presents a 3-point MPPT algorithm as shown in FIG. 5 using the solar array characteristic in which the voltage at the maximum power point does not change much when the amount of solar radiation changes. This algorithm periodically checks whether the amount of insolation changes, and if it changes, it maintains the magnitude of the voltage of the previous period, and if the amount of insolation does not change, it follows the MPP point. The operation sequence is as follows.

첫 번째로 현재 전력과 전 주기의 전력을 비교한 후 기준 전압을 증가 또는 감소시킨다. 두 번째로 기준 전압을 증가 또는 감소시키기 전 기준 전압을 출력한다. 세 번째로 일사량이 변할 때와 일사량이 변하지 않을 때로 구분된다. 일사량이 변할 경우 현재 전압과 전 주기의 전압을 번갈아 가면서 출력하고 일사량이 변하지 않는다고 판단될 때까지 반복된다. 일사량이 변하지 않을 경우 현재 전압과 전 주기의 전압을 비교하여 더 높은 전력의 전압점을 출력하고 다시 처음으로 돌아간다.First, the current power and the power of the previous cycle are compared, and then the reference voltage is increased or decreased. Secondly, the reference voltage is output before increasing or decreasing the reference voltage. Third, it is divided into when insolation changes and when insolation does not change. When the amount of insolation changes, the current voltage and the voltage of the previous cycle are output alternately and repeated until it is determined that the amount of insolation does not change. If the amount of insolation does not change, the current voltage is compared with the voltage of the previous period, outputs a voltage point of higher power, and returns to the beginning.

도면 5는 3-포인트 알고리즘 순서도이다. 초기 상태는 flag = 0, flag_B = 0으로 설정되어 있다. 초기 상태에 의해 flag == 0은 참으로 시작된다. flag = 0은 전압을 변동시키기 위한 동작이며 이때 동작은 P&O 알고리즘을 수행하며 전압 변동 후 전력을 저장하고 flag 값에 1을 저장한다. 다음으로 flag == 1이 참인 것으로 동작한다. flag = 1은 전압 변동 이전의 전력과 변동 이후의 전력을 비교하기 위한 동작의 비교 대상을 만들어 주는 것이며, 이때 전압이 변동하기 이전 전력과 전압을 출력하며 flag 값에 2를 저장한다. flag 값에 2가 저장되어있으므로 flag = 1이 거짓이고 초기 상태에서 변화하지 않은 flag_B의 값에 의해 flag_B == 0 이 참으로 동작한다. flag_B는 일사량이 변동하는 것을 확인하기 위한 동작이며 일사량이 변동하는 상황과 변동하지 않는 상황으로 나누어져 동작하게 된다. 일사량이 변하지 않을 경우 flag = 0과 flag_B = 0을 출력하고 flag = 0과 flag = 1에서 출력된 전력을 비교하여 더 높은 전력의 전압점을 출력하게 되고 초기 상태와 같은 상태로 돌아가게 된다. 일사량이 변할 경우 flag = 0과 flag = 1에서 출력한 전압을 반복하여 출력하게 된다. 이 동작이 일사량이 변할 때 최대 전력을 출력하는 전압이 크기가 크게 변하지 않음을 이용한 것이다.Figure 5 is a three-point algorithm flow chart. The initial state is set to flag = 0, flag_B = 0. By default, flag == 0 starts true. Flag = 0 is an operation to change the voltage. At this time, the operation executes the P&O algorithm, stores power after voltage change, and stores 1 in the flag value. Next, it operates as if flag == 1 is true. Flag = 1 makes an operation comparison object for comparing the power before the voltage change and the power after the change. At this time, the power and voltage before the voltage change are output, and 2 is stored in the flag value. Since 2 is stored in the flag value, flag = 1 is false, and flag_B == 0 operates as true by the unchanged flag_B value in the initial state. The flag_B is an operation for confirming that the insolation fluctuates, and is operated by being divided into a fluctuating situation and a non-changing situation. If the insolation does not change, flag = 0 and flag_B = 0 are output, and the voltage point of higher power is output by comparing the power output from flag = 0 and flag = 1, and returns to the same state as the initial state. When the amount of insolation changes, the voltage output from flag = 0 and flag = 1 is repeatedly output. This operation uses the voltage that outputs the maximum power does not change significantly when the amount of insolation changes.

도면 6는 기존의 일반적으로 사용되고 있는 MPPT 기법인 P&O기법과 3-포인트 기법을 비교하기 위한 시뮬레이션이다. 고-중 일사량 중 기울기가 100 W/㎡/s 로 급변 시 출력되는 전력과 최대로 출력할 수 있는 전력을 비교한 그래프이다. 그래프상으로 보아도 3-포인트 MPPT가 최대 출력점과 가깝다는 것을 확인할 수 있다. 태양광 효율 기준 규정인 IEC의 EN50530을 참고하여 일사량이 변하는 상황을 모의했다. EN50530에서 P&O 알고리즘은 일사량이 증가할 때와 감소할 때 기준 전압이 증가하는 방향인 지 감소하는 방향인 지에 따라 효율 차이가 크게 발생한다. 정확한 효율을 관찰하기 위해 기준 전압이 증가할 때와 감소할 때를 나눠 효율을 분석하였다. 표 1과 2는 여러 일사량 변화에 따른 효율을 나타낸 표이다.FIG. 6 is a simulation for comparing the P&O technique and the 3-point technique, which is a conventional MPPT technique used in general. This is a graph comparing the power output and the maximum output power when the slope of the high-medium solar radiation changes rapidly to 100 W/㎡/s . From the graph, it can be seen that the 3-point MPPT is close to the maximum output point. The situation in which the amount of insolation changes was simulated by referring to EN50530 of IEC, which is the standard regulation of solar efficiency. In EN50530, the P&O algorithm has a large difference in efficiency depending on whether the reference voltage increases or decreases when the solar radiation increases and decreases. In order to observe the exact efficiency, the efficiency was analyzed by dividing when the reference voltage increased and when it decreased. Tables 1 and 2 are tables showing the efficiency according to various insolation changes.

표1. 고-중 일사량 변화에 따른 P&O기법과 3-포인트기법의 효율 비교 (Vref 증가시)Table 1. Efficiency comparison of P&O technique and 3-point technique according to high-medium insolation change (when Vref increases)

Figure 112019501211048-pat00001
Figure 112019501211048-pat00001

표2. 고-중 일사량 변화에 따른 P&O기법과 3-포인트기법의 효율 비교 (Vref 감소시)Table 2. Efficiency comparison of P&O technique and 3-point technique according to high-medium insolation change (when Vref decreases)

Figure 112019501211048-pat00002
Figure 112019501211048-pat00002

도면 7은 일사량이 증가할 때 기준 전압이 상승할 때와 감소할 때의 효율을 평균치로 나타낸 그래프이다. 도면 7의 왼쪽 그래프는 저-중 일사량 상황이며, 도면 7(a)는 고-중 일사량 상황에 따른 그래프이다.7 is a graph showing the average value of the efficiency when the reference voltage increases and decreases when the amount of insolation increases. The left graph of Fig. 7 is a low-medium solar radiation situation, and Fig. 7(a) is a graph according to a high-medium solar radiation condition.

일반적으로 태양광 발전 장치를 건물과 나무 등 외형지물로 인해 그림자가 발생할 장소에 태양광 발전 장치를 설치하였다면 도면 8과 같이 어레이를 나누어 인버터를 설치하는 것이 출력을 좋게 할 수 있다. 하지만 인버터를 여러 대 사용하기에는 비용이 커지므로 이를 대신하여 MPPT를 각각 할 수 있도록 도면 9과 같이 한 대의 인버터에 세 대의 부스트 컨버터를 배치하여 각각 MPPT를 하는 시스템을 구동하는 것이 일반적이다.In general, if the photovoltaic device is installed in a place where shadows may occur due to external features such as buildings and trees, installing an inverter by dividing an array as shown in FIG. 8 can improve output. However, since it is expensive to use multiple inverters, it is common to drive a system that performs MPPT by arranging three boost converters in one inverter as shown in Fig. 9 so that MPPT can be performed instead.

이에 본 발명의 도면 10 부스트 한 대를 동작시킨 것과 세 대를 동작시켰을 때를 비교하는 시뮬레이션으로 구성하였으며, 한 대를 이용할 경우 3-포인트 알고리즘으로 구현하였으며 세 대의 경우 Multi-MPPT 알고리즘으로 각 부스트 컨버터가 3-포인트 알고리즘을 수행하도록 구현하였다. '일반 MPPT' 는 부스트 컨버터 한 대를 이용한 MPPT, '부분 일사량을 고려한 MPPT' 는 하이브리드(Hybrid) MPPT를 이용한 MPPT 그리고 'Multi-MPPT' 는 각 PV에 부스트 컨버터를 한 대씩 달아 총 세 대의 부스트 컨버터를 사용한 MPPT이다. PV1은 음영 효과가 없으며 PV2는 음영 효과가 10%, 그리고 PV3는 음영 효과가 0% ~ 40% 있는 상황을 모의하여 표 3에 MPPT 효율을 비교했다.Accordingly, the diagram of the present invention is composed of a simulation comparing the operation of one boost and the operation of three. When using one, it is implemented as a 3-point algorithm, and in the case of three, each boost converter is used as a Multi-MPPT algorithm. Is implemented to perform a 3-point algorithm. 'General MPPT' is MPPT using one boost converter,'MPPT considering partial insolation' is MPPT using hybrid MPPT, and'Multi-MPPT' is a total of three boost converters with one boost converter attached to each PV. Is the MPPT using. The MPPT efficiency was compared in Table 3 by simulating a situation where PV1 has no shading effect, PV2 has 10% shading effect, and PV3 has 0% to 40% shading effect.

표3. 시뮬레이션을 통한 MPPT 수행 결과의 출력비교Table 3. Output comparison of MPPT performance results through simulation

Figure 112019501211048-pat00003
Figure 112019501211048-pat00003

실험에서는 하드웨어적인 제약으로 도면 11과 같이 3상 12kW 인버터, 태양광 발전 모의전원장치 두 대를 사용하여 표 4와 같은 결과를 얻었다.In the experiment, the results shown in Table 4 were obtained using two three-phase 12kW inverters and solar power generation simulation power supplies as shown in Figure 11 due to hardware limitations.

표 4. 실험을 통한 MPPT 수행 결과의 출력비교Table 4. Output comparison of MPPT performance results through experiment

Figure 112019501211048-pat00004
Figure 112019501211048-pat00004

실험에서 PV1은 음영 효과를 받지 않으며, PV2는 음영 효과를 0% ~ 40% 으로 변화시킨 효율 표이다. 부분 일사량을 고려한 MPPT는 Hybrid-MPPT 기법이다. PV2의 음영효과가 20% 이상 일 때 일반 MPPT에서 PV2의 출력은 0kW 인 반면에 부분 일사량을 고려한 MPPT는 4.8kW를 출력한다. 일반 MPPT가 음영 효과를 받을 때 큰 출력 저하가 발생하는 데 비해, Multi-MPPT의 경우는 PV2가 음영 효과를 받을 때 PV2가 낼 수 있는 최대 출력 전력에 근접하며 일반 MPPT와 비교했을 때 출력이 매우 높음을 확인했다.In the experiment, PV1 does not receive the shading effect, and PV2 is an efficiency table with the shading effect changed from 0% to 40%. MPPT considering partial solar radiation is a Hybrid-MPPT technique. When the shading effect of PV2 is more than 20%, the output of PV2 is 0kW in general MPPT, while the MPPT considering partial solar radiation outputs 4.8kW. While the general MPPT suffers from a large power drop when it receives the shading effect, the Multi-MPPT is close to the maximum output power that PV2 can produce when PV2 is shaded, and the output is very high compared to the general MPPT. Confirmed high.

..

Claims (2)

P&O기법을 적용한 태양전지의 최대전력점 추종 제어방법에 있어서,
일사량 변동 여부를 판단하기 위하여,
소정 시점에 태양광 출력전압(Vpv)값을 피드백하고, 상기 소정의 한주기 시점 이전에 저장된 태양광 출력전압(Vold)값, 태양광 출력전력의 상기 소정의 한주기 시점 이전에 저장된 전력(Pold)값, 상기 소정 시점에 구해진 태양광 출력 전력(Ppv)값 및 상기 소정 시점에 저장된 플래그 (Flag)값과 플래그_B (Flag_B)값을 각각 저장하는 1단계;
상기 저장된 1단계 값 중 상기 Ppv값과 Pold값의 차 (dP)값과 Vpv값과 Vold값의 차(dV)값을 구하는 2단계;
상기 1단계값 중 상기 플래그(Flag)값이 0인지 1인지를 판단하거나 상기 플래그_B(Flag_B) 값이 0인지 1인지를 판단하는 3단계;
상기 3단계에서 상기 플래그 값이 0인 경우로 판단되면, 상기 dP와 상기 dV에 의해서 태양전지의 출력전압을 가변하고, 상기 소정 시점 이전 태양광 출력 전압 (Vref1)값과 전력(P1) 값; 및 상기 소정 시점 전주기 태양광 출력 전압 (Vref2)값과 전력(P2)값과 상기 플래그 (Flag)값을 1로 각각 저장하는 4단계를 수행하며;
상기 3단계에서 상기 플래그 값이 1인 경우로 판단되면, 상기 태양광 출력전압 (Vpv)값을 상기 소정 시점 이전 태양광 출력 전압 (Vref1)값으로, 상기 태양광 출력 전력(Ppv)값을 상기 소정 시점 전주기 태양광 출력 전력(P2)값으로 저장하며 상기 플래그(Flag)값은 2로 저장되는 5단계를 수행하며;
상기 3단계에서 상기 플래그_B (Flag_B)값이 0으로 판단되면, 상기 소정 시점에 구해진 태양광 출력 전력(Ppv)값을 전력(P3)값으로 저장하고, 상기 4단계, 5단계 구해진 상기 전력 P1>P2>P3 or P1<P2<P3 값을 비교하며 상기 태양광 출력 전압의 값을 가변하고 상기 플래그_B (Flag_B)값을 가변하기 위한 6단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 최대전력점 추종 제어방법.
In the solar cell's maximum power point tracking control method applying the P&O technique,
To determine whether the insolation fluctuates,
The photovoltaic output voltage (V pv ) value is fed back at a predetermined time, and the photovoltaic output voltage (V old ) value stored before the predetermined period, and the power stored before the predetermined period of the photovoltaic output power A first step of storing a (P old ) value, a solar power output power (P pv ) value obtained at the predetermined time point, a flag (Flag) value and a flag_B (Flag_B) value stored at the predetermined time point, respectively;
A second step of obtaining a difference (dP) value between the P pv value and the Po ld value and a difference (dV) value between the V pv value and the V old value among the stored first step values;
A third step of determining whether the flag value of the first step value is 0 or 1, or determining whether the flag_B (Flag_B) value is 0 or 1;
If it is determined that the flag value is 0 in step 3, the output voltage of the solar cell is varied by the dP and the dV, and the solar output voltage (V ref1 ) value and power (P 1 ) before the predetermined time point value; And performing a fourth step of storing the predetermined time full-cycle solar output voltage (V ref2 ) value, power (P 2 ) value, and the flag (Flag) value as 1, respectively.
If it is determined in step 3 that the flag value is 1, the solar output voltage (Vpv) value is converted to the solar output voltage (V ref1 ) before the predetermined time, and the solar output power (P pv ) value 5 steps of storing the PV as a value of the PV output power (P 2 ) of the predetermined point in time, and the flag value being stored as 2;
If the flag_B (Flag_B) value is determined to be 0 in the third step, the solar output power (P pv ) value obtained at the predetermined time is stored as a power (P 3 ) value, and the fourth and fifth steps are obtained. Comparing the values of the power P1>P2>P3 or P1<P2<P3, varying the value of the solar output voltage, and changing the value of the flag_B (Flag_B);
Maximum power point tracking control method of a solar cell comprising a.
제1항에 있어서,
상기 일사량 변동이 없는 상태로 판단되는 경우, 상기 전력 P1>P2를 비교하여 상기 소정 시점 이전 태양광 출력 전압 (Vref1)값 또는 상기 소정 시점 전주기 태양광 출력 전압 (Vref2) 값을 태양전지의 출력전압으로 저장하며 상기 6단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 최대전력점 추종 제어방법.
The method of claim 1,
When it is determined that there is no fluctuation in the amount of insolation, the power P1>P2 is compared and the solar output voltage (V ref1 ) value before the predetermined time point or the solar power output voltage (V ref2 ) value of the solar cell during the predetermined time period is compared to the solar cell. The maximum power point tracking control method of a solar cell, characterized in that it stores as an output voltage of and repeats step 6.
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