KR102281878B1 - Pv 스트링별 전압 부스팅 장치 및 이를 포함하는 태양광 발전 시스템 - Google Patents

Pv 스트링별 전압 부스팅 장치 및 이를 포함하는 태양광 발전 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 PV 스트링별 전압 부스팅 장치는 태양광 발전 시스템에 포함된 다수의 PV 스트링들 각각의 출력단에 연결되어, 대응된 PV 스트링의 출력전압을 부스팅하며, 상기 PV 스트링으로부터 입력된 PV 입력 전압을 검출하는 입력 전압 검출부; 상기 인버터로 출력되는 전류를 검출하여 PV 출력 전압을 도출하는 전류 검출부; 상기 입력 전압 검출부 및 상기 전류 검출부 사이에 설치되어 상기 PV 출력 전압의 역류를 방지하는 역류 방지 다이오드; 상기 입력 전압 검출부와 상기 역류 방지 다이오드 사이에 설치되어 상기 PV 입력 전압을 부스팅하거나 바이패스하는 부스터부; 및 상기 PV 입력 전압과 상기 PV 출력 전압의 전압차이에 의거하여 대응된 PV 스트링의 전압강하 여부를 감지하고, 그 결과에 의거하여 상기 부스터부의 동작을 제어하되, 상기 전압차이가, 부스팅 여부를 결정하기 위해 설정된, 소정의 전압 강하 범위 이내인 경우, 상기 PV 입력 전압을 부스팅하도록 상기 부스터부를 제어하는 부스팅 제어부를 포함한다. 따라서, 본 발명은 PV 스트링들 각각의 최대 전력점을 일치시키고, 다수의 극점이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 부스팅 효율이 떨어지는 문제를 해결할 수 있다. 또한, 본 발명은 PV 스트링별 부스팅 이력 정보에 의거하여 PV 스트링들 각각의 고장 여부를 진단할 수 있다.

Description

PV 스트링별 전압 부스팅 장치 및 이를 포함하는 태양광 발전 시스템{SYSTEM FOR GENERATING SOLAR POWER INCLUDING VOLTAGE BOOSTING DEVICE FOR EACH STRING}
본 발명은 태양광 발전 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 태양 전지 모듈의 PV 스트링별로 출력 전압을 부스팅하기 위한 장치를 포함하는 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 발전은 높은 발전단가에 비해 전력 생산 효율이 낮은 단점이 있다. 즉, 태양광 발전을 일으키는 태양전지(solar cell)의 출력은 매우 낮다. 또한, 태양광 발전 장치의 출력이 주변 환경(예컨대, 일사량, 온도, 구름 등)에 따라 비선형적으로 변화하는 특성을 가진다.
따라서 종래에는, 태양전지 여러 개를 직렬로 연결하여 태양전지 모듈(PV Module, Photo Voltanic Module)을 구성하고, 상기 태양전지 모듈을 다시 직렬로 연결하여 태양전지 스트링(PV String)을 구성하되, 상기 태양전지 스트링 뒷단에 스트링 옵티마를 연결하여, 상기 태양전지 스트링으로부터 공급되는 전압을 스트링별로 부스팅하거나 스트링별 최대 전력점을 추종함으로써, 태양전지의 낮은 효율 및 불안정한 전력공급을 개선하는 태양광 발전 장치가 개발되고 있다.
한국 공개특허 제 10-2013-0130428 호에는 태양전지 스트링 뒷단에 스트링 옵티마를 연결한 태양광 발전 장치의 예로서, 출력 최적화 스트링 옵티마와 이를 포함하는 태양광 발전 시스템 및 이를 이용한 출력 최적화 태양광 발전 방법이 개시되어 있다. 즉, 상기 특허에는, 복수의 태양전지 모듈이 연결된 태양전지스트링이 복수로 구성되는 태양전지 어레이와 연결되어, 상기 태양전지 스트링 각각에 대한 최대 전력점 추종을 수행하고, 상기 발전전력의 전압을 변압하여 변환전력을 출력하는 스트링옵티마에 있어서, 상기 스트링옵티마는 복수로 구성되어 복수의 상기 태양전지스트링 각각에 연결되어, 상기 태양전지스트링별 최대전력점 추종 및 상기 태양전지스트링 각각으로부터 공급되는 상기 발전전력으로부터 변환전력을 생산하며, 상기 변환전력의 생산을 위해 스위칭을 수행하는 옵티마변환부; 상기 옵티마 변환부의 최대전력점 추종 및 상기 스위칭의 시점을 제어하는 옵티마제어부;를 포함하여 구성되며, 복수의 상기 옵티마 변환부로부터 출력되는 상기 변환 전력의 전압은 동일한 것을 특징으로 하는 출력 최적화 스트링 옵티마가 개시되어 있다.
상기 특허에 의하면, 태양전지 스트링으로부터 공급되는 발전전력을 직류-직류 변환하는 복수의 직류-직류 컨버터의 스위칭을 서로 다른 시점에 이루어지게 하며, 컨버터간의 스위칭 시점이 균등한 시간 간격을 가지도록 함으로써, 변환된 발전전력의 맥동을 최소화하여 발전효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
하지만, 상기와 같은 종래 기술의 경우, 특정 PV 모듈이 고장 나거나 음영이 발생하는 경우 MPPT의 효율이 떨어지는 문제가 있었다. 즉, 종래에는, 다수의 PV 스트링 각각의 출력을 병렬로 연결하여 하나로 결합한 후, 상기 하나로 결합된 출력을 이용하여 MPPT를 추종하도록 제어함으로써, 다수의 PV 스트링 각각의 I-V 특성이 모두 같다면 MPPT의 효율에 문제가 없지만, 특정 PV 모듈에 고장이 나거나 음영이 발생하여 해당 PV 스트링의 I-V 특성이 바뀌고 이로 인해 PV 스트링별 Vmpp가 서로 달라지는 경우, 최대로 출력을 내지 못하는 PV 스트링이 발생하고, 이로 인해, MPPT 부정합 손실이 발생할 수 있는 문제가 있었다.
즉, 종래에는 특정 PV 스트링에 문제가 있거나 음영이 발생하는 경우, 해당 PV 스트링의 P-V 곡선에 다수의 극점이 존재함으로써, 지역 최대점(Vmpp)에 빠지거나, 최대 출력이 낮아지는 문제가 있었다.
한국 공개특허 제 10-2013-0130428 호
따라서 상기 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 다수의 PV 스트링을 포함하는 PV 어레이에서, 임의의 PV 스트링에 대한 전압강하 여부를 감지하고, 상기 PV 스트링의 전압을 부스팅하여 가장 우수한 성능을 갖는 PV 스트링의 전압과 동일하게 함으로써, PV 스트링들 각각의 최대 전력점을 일치시키고, 다수의 극점이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 하는 PV 스트링별 전압 부스팅 장치 및 이를 포함하는 태양광 발전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 PV 스트링의 전압강하가 감지된 경우, 상기 전압강하의 범위가 미리 설정된 소정의 범위에 포함되는 경우에만 해당 PV 스트링의 출력 전압을 부스팅하도록 함으로써, 부스팅 전압이 과도하게 소모됨으로써 부스팅 효율이 떨어지는 문제를 해결할 수 있도록 하는 PV 스트링별 전압 부스팅 장치 및 이를 포함하는 태양광 발전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 PV 스트링들 각각의 부스팅 횟수 및 부스팅 전압을 모니터링하고, 상기 정보에 의거하여 PV 스트링의 정상 동작 여부를 진단함으로써, PV 스트링을 효율적으로 관리할 수 있도록 하는 PV 스트링별 전압 부스팅 장치 및 이를 포함하는 태양광 발전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서 제공하는 PV 스트링별 전압 부스팅 장치는, 태양광 발전 시스템에 포함된 다수의 PV 스트링들 각각의 출력단에 연결되어, 대응된 PV 스트링의 출력전압을 부스팅한 후 인버터로 전달하는 PV 스트링별 전압 부스팅 장치에 있어서, 상기 PV 스트링으로부터 입력된 PV 입력 전압을 검출하는 입력 전압 검출부; 상기 인버터로 출력되는 전류를 검출하여 PV 출력 전압을 도출하는 전류 검출부; 상기 입력 전압 검출부 및 상기 전류 검출부 사이에 설치되어 상기 PV 출력 전압의 역류를 방지하는 역류 방지 다이오드; 상기 입력 전압 검출부와 상기 역류 방지 다이오드 사이에 설치되어 상기 PV 입력 전압을 부스팅하거나 바이패스하는 부스터부; 및 상기 PV 입력 전압과 상기 PV 출력 전압의 전압차이에 의거하여 대응된 PV 스트링의 전압강하 여부를 감지하고, 그 결과에 의거하여 상기 부스터부의 동작을 제어하되, 상기 전압차이가, 부스팅 여부를 결정하기 위해 설정된, 소정의 전압 강하 범위 이내인 경우, 상기 PV 입력 전압을 부스팅하도록 상기 부스터부를 제어하는 부스팅 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 부스팅 제어부는 상기 태양광 발전 시스템의 최대 전력점을 기준으로 부스팅 여부를 결정하기 위한 소정의 전압 강하 범위를 결정하되, 미리 설정된 부스팅 허용 전압에 의거하여 상기 전압 강하 범위를 결정할 수 있다.
바람직하게, 상기 부스팅 제어부는 상기 전압차이가 상기 전압 강하 범위 이내인 경우, 상기 PV 스트링의 PV 입력전압 부스팅값을 결정하기 위한 PWM 펄스를 생성하되, 상기 전압 차이가 '0'이 되도록 상기 PWM 펄스의 듀티비를 조정한 후 그에 의거하여 PWM 펄스를 생성하여 상기 부스터부로 전달할 수 있다.
바람직하게, 상기 PV 스트링별 전압 부스팅 장치는 상기 부스팅 제어부의 제어에 의해 온/오프가 결정되어, 상기 PWM 펄스를 상기 부스터부로 전달하는 스위치부; 및 상기 스위치부의 온/오프 동작시 발생하는 노이즈를 제거하는 노이즈 필터부를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템은 다수의 PV 스트링들; 상기 PV 스트링들 각각의 출력전압을 최대 전압으로 동일하게 부스팅하여 출력하는 다수의 PV 스트링별 전압 부스팅 장치; 병렬로 연결하여 하나로 결합된, 상기 PV 스트링별 전압 부스팅 장치들 각각의 출력을 입력받아 MPPT 추종을 제어하는 인버터; 및 고장여부를 결정하기 위한 기준정보를 미리 저장하고, 상기 다수의 PV 스트링별 전압 부스팅 장치들 각각으로부터 부스팅 이력 정보를 전달받아, 상기 기준정보 및 상기 부스팅 이력 정보에 의거하여 대응된 상기 PV 스트링들 각각의 고장 여부를 진단하는 고장 진단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 PV 스트링별 전압 부스팅 장치는 상기 PV 스트링으로부터 입력된 PV 입력 전압을 검출하는 입력 전압 검출부; 상기 인버터로 출력되는 전류를 검출하여 PV 출력 전압을 도출하는 전류 검출부; 상기 입력 전압 검출부 및 상기 전류 검출부 사이에 설치되어 상기 PV 출력 전압의 역류를 방지하는 역류 방지 다이오드; 상기 입력 전압 검출부와 상기 역류 방지 다이오드 사이에 설치되어 상기 PV 입력 전압을 부스팅하거나 바이패스하는 부스터부; 및 상기 PV 입력 전압과 상기 PV 출력 전압의 전압차이에 의거하여 대응된 PV 스트링의 전압강하 여부를 감지하고, 그 결과에 의거하여 상기 부스터부의 동작을 결정하되, 상기 전압차이가, 부스팅 여부를 결정하기 위해 설정된, 소정의 전압 강하 범위 이내인 경우, 상기 PV 입력 전압을 부스팅하도록 상기 부스터부를 제어하는 부스팅 제어부를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 고장 진단부는 상기 PV 스트링별 전압 부스팅 장치들 각각의 부스팅 횟수와, 부스팅 전압을 포함하는 부스팅 이력 정보를 전달받을 수 있다.
따라서 본 발명의 PV 스트링별 전압 부스팅 장치 및 이를 포함하는 태양광 발전 시스템은 다수의 PV 스트링을 포함하는 PV 어레이에서, 임의의 PV 스트링에 대한 전압강하 여부를 감지하고, 상기 PV 스트링의 전압을 부스팅하여 가장 우수한 성능을 갖는 PV 스트링의 전압과 동일하게 함으로써, PV 스트링들 각각의 최대 전력점을 일치시키고, 다수의 극점이 발생하는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 PV 스트링의 전압강하가 감지된 경우, 상기 전압강하의 범위가 미리 설정된 소정의 범위에 포함되는 경우에만 해당 PV 스트링의 출력 전압을 부스팅하도록 함으로써, 부스팅 전압이 과도하게 소모됨으로써 부스팅 효율이 떨어지는 문제를 해결할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 상기 PV 스트링들 각각의 부스팅 횟수 및 부스팅 전압을 모니터링하고, 상기 정보에 의거하여 PV 스트링의 정상 동작 여부를 진단함으로써, PV 스트링을 효율적으로 관리할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템에 대한 개략적인 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 PV 스트링별 전압 부스팅 장치에 대한 개략적인 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 PV 스트링별 전압 부스팅 장치에 대한 동작 조건을 설명하기 위한 Vmpp 범위를 도시한 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 설명하되, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 한편 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 또한 상세한 설명을 생략하여도 본 기술 분야의 당업자가 쉽게 이해할 수 있는 부분의 설명은 생략하였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템에 대한 개략적인 블록구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템(100)은 태양전지 어레이(110), 전압 부스팅 장치부(120), 인버터(130), 출력전압 검출부(140) 및 고장 진단부(150)를 포함하여 구성된다.
태양전지 어레이(110)는 태양광에 의해 발전하여 발전전력을 생산하고, 생산된 발전전력을 전압 부스팅 장치부(120)로 전달한다. 이를 위해, 태양전지 어레이(110)는 다수의 태양전지 스트링(PV string)(111)들을 포함하여 구성되며, 각 태양전지 스트링(111)은 일정 수준 이상의 발전 전압을 확보하기 위해 복수개의 태양전지 모듈들을 직렬로 연결하여 구성될 수 있다. 또한, 각 태양전지 스트링(111)은 각각 전압 부스팅 장치부(120)의 PV 스트링별 전압 부스팅 장치(121)와 개별적으로 연결되어 발전전력을 전달한다.
전압 부스팅 장치부(120)는 태양전지 어레이(110)로부터의 발전전력을 DC-DC 변환하여 인버터(130)에 공급한다. 이를 위해, 전압 부스팅 장치부(120)는 태양전지 어레이(110)에 포함된 PV 스트링(111)과 동일한 수의 PV 스트링별 전압 부스팅 장치(121)를 포함하고, PV 스트링별 전압 부스팅 장치(121)들 각각은 대응된 태양전지 스트링(111)의 발전전력을 인버터(130)의 입력전압에 맞게 부스팅하여 출력하되, 그 출력전압을 병렬로 연결하여 인버터(130)로 전달할 수 있다. 특히, PV 스트링별 전압 부스팅 장치부(121)들 각각은 대응된 PV 스트링(111)의 출력전압을 최대 전압(Vmpp)으로 동일하게 부스팅하여 출력할 수 있다. 즉, PV 스트링별 전압 부스팅 장치부(121)는 대응된 PV 스트링(111)의 출력전압을, 다수의 PV 스트링(111)들 각각의 출력전압 중 최대값(Vmpp)과 동일하게 부스팅하여 출력할 수 있다.
따라서, 다수의 PV 스트링별 전압 부스팅 장치(121)들 각각의 출력전압은 모두 Vmpp가 되며, 태양광 발전 시스템(100)에 포함된 모든 PV 스트링(111)이 정상이고, PV 스트링별 전압 부스팅 장치(121)의 PV 입력 전압과 PV 출력 전압의 차이가 없을 때 PV 입력 전압은 바이패스되어 부스팅 동작이 발생하지 않을 것이다. 또한, PV 스트링별 전압 부스팅 장치(121)가 한대만 연결된 경우에도, 인버터(130)에서 MPPT 제어를 하는 출력쪽의 Vmpp와 입력단 전압이 일치하여 항상 바이패스되며 결과적으로 부스팅 동작은 발생하지 않는다.
하지만, 2개 이상의 PV 스트링 각각에 PV 스트링별 전압 부스팅 장치(121)가 연결되고, 전압이 강하되는 PV 스트링이 발생하는 경우에는 상기 전압강하가 발생한 PV 스트링에 대해서 부스팅을 한다. 이러한 PV 스트링별 전압 부스팅 장치(121)의 구성 및 동작에 대한 구체적인 설명은 도 2를 참조하여 후술할 것이다.
인버터(130)는 전압 부스팅 장치부(120)로부터 전달되는 DC 전력을 교류 발전 전력(AC)로 변환하여 전력 계통 또는 수용가에 공급한다. 이를 위해, 인버터(130)는 PV 스트링별 전압 부스팅 장치(121)들 각각의 출력을 입력받아 MPPT 추종을 제어하되, PV 스트링별 전압 부스팅 장치(121)들 각각의 출력을 병렬로 연결하여 하나로 결합된 상태로 전달받아 MPPT 추종을 제어한다.
출력전압 검출부(140)는 이처럼 PV 스트링별 전압 부스팅 장치(121)들 각각의 출력을 하나로 결합하여 인버터(130)로 전달하는 역할을 한다. 또한, 그 출력전압을 고장 진단부(150)로 전달한다.
고장 진단부(150)는 태양광 발전 시스템(100)의 고장 여부를 진단할 수 있다. 이를 위해, 고장 진단부(150)는 고장여부를 결정하기 위한 기준정보를 미리 저장하고, PV 스트링별 전압 부스팅 장치(121)들 각각으로부터 부스팅 이력 정보(예컨대, 부스팅 횟수와, 부스팅값 등)가 전달되면, 상기 기준정보 및 상기 부스팅 이력 정보에 의거하여 대응된 상기 PV 스트링들 각각의 고장 여부를 진단할 수 있다. 즉, 고장 진단부(150)는 PV 스트링의 고장여부를 결정하기 위한 기준정보로서, 허용 가능한 부스팅 횟수(즉, 미리 설정된 소정의 시간 이내에 허용 가능한 부스팅 횟수) 또는 허용 가능한 최대 부스팅 전압(예컨대, 200V 등)을 미리 저장하고, PV 스트링별 전압 부스팅 장치(121)들 각각으로부터 전달된 부스팅 이력 정보와 상기 기준정보를 조합하여 대응된 PV 스트링의 고장 여부를 진단할 수 있다. 예를 들어, PV 고장여부를 결정하기 위한 기준정보로서, 1시간, 10회, 100V 가 저장된 경우, 고장 진단부(150)는 1시간 이내에 부스팅이 10회 이상 발생한 PV 스트링, 또는 100V 이상으로 부스팅한 횟수가 10회 이상인 PV 스트링, 또는 1시간 이내에 100V 이상으로 부스팅한 횟수가 10회 이상인 PV 스트링 중 어느 하나에 대하여 고장이 발생한 것으로 진단할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 PV 스트링별 전압 부스팅 장치에 대한 개략적인 회로도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 PV 스트링별 전압 부스팅 장치(121)는 입력 전압 검출부(21), 전류 검출부(22), 역류 방지 다이오드(23), 부스터부(24), 스위치부(25), 노이즈 필터(26) 및 부스팅 제어부(27)를 포함한다.
입력 전압 검출부(21)는 PV 스트링별 전압 부스팅 장치(121)로 입력되는 PV 입력 전압(즉, 대응된 PV 스트링의 출력전압)을 검출하고, 전류 검출부(22)는 인버터(130)로 출력되는 전류를 검출하여 PV 출력 전압을 도출한다.
이 때, 입력 전압 검출부(21) 및 전류 검출부(22)에서 검출된 전압 및 전류는 대응된 PV 스트링의 상태와 고장 진단을 위해, 고장진단부(150)로 전달될 수 있다.
이 때, 입력 전압 검출부(21) 및 전류 검출부(22)에서 검출된 전압 및 전류는 고장진단부(150)에서 상태체크와 고장진단을 하도록 고장진단부(150)로 전달될 수 있다.
역류 방지 다이오드(23)는 입력 전압 검출부(21) 및 전류 검출부(22) 사이에 설치되어 PV 출력 전압의 역류를 방지한다. 즉, 역류 방지 다이오드(23)는 PV 출력 전압이 병렬로 연결된 다른 PV 스트링 전압 부스팅 장치(121)들의 출력 전압 중 가장 큰 값으로 일괄 변경된 경우, 그 값이 역류 방지 다이오드(23) 앞단으로 역류하는 것을 방지한다.
부스터부(24)는 입력 전압 검출부(21)와 역류 방지 다이오드(23) 사이에 설치되어 상기 PV 입력 전압을 부스팅하거나 바이패스한다. 즉, 부스터부(24)는 후술될 부스팅 제어부(27)의 제어를 받아 동작하되, 부스팅 제어부(27)로부터 부스팅 여부 및 부스팅값 정보를 전달받아 상기 PV 입력 전압을 부스팅할 수 있다.
스위치부(25)는 후술될 부스팅 제어부(27)의 제어에 의해 온/오프가 결정되어, 부스팅 제어부(27)에서 결정된 부스팅값 결정 정보(즉, 부스팅 값을 결정하기 위한 PWM 펄스)를 부스터부(24)로 전달한다. 이를 위해, 스위치부(25)는 IGBT, MOSFET, SCR 등 반도체 스위칭 소자를 사용할 수 있지만, 더욱 바람직하게는, 발열을 최소화 할 수 있는 Sic IGBT를 사용할 수 있다.
노이즈 필터부(26)는 스위치부(25)의 온/오프 동작시 발생하는 노이즈를 제거하기 위한 것으로서, 부스팅 제어부(27)로부터 스위치부(25)로 제어신호를 전달하기 위한 신호라인에 설치될 수 있다.
부스팅 제어부(27)는 상기 PV 입력 전압과 상기 PV 출력 전압의 전압차이에 의거하여 부스터부(24)의 동작을 제어하되, 상기 전압차이에 의거하여 대응된 PV 스트링의 전압강하 여부를 감지하고, 그 결과에 의거하여 부스터부(24)의 동작을 제어한다. 특히, 부스팅 제어부(27)는, 상기 전압차이가, 부스팅 여부를 결정하기 위해 설정된, 소정의 전압 강하 범위 이내인 경우에만, 상기 PV 입력 전압을 부스팅하도록 부스터부(24)를 제어한다.
이를 위해, 부스팅 제어부(27)는 상기 전압 강하 범위를 결정하되, 태양광 발전 시스템(100)의 최대 전력점(Vmpp) 및 미리 설정된 부스팅 허용 전압에 의거하여 상기 전압 강하 범위를 결정한다. 예를 들어, 부스팅 허용 전압을 200V 사양으로 설계하고자 하는 경우, 부스팅 제어부(27)는 최대 전력점(Vmpp)을 기준으로 200V를 넘지 않도록 상기 전압 강하 범위를 결정할 수 있다. 즉, 상기 전압 강하 범위를 Vmpp의 20% 이내로 결정할 수 있다. 또한, 오차 범위를 고려하여, 상기 전압 강하 범위를 Vmpp의 7% 이상으로 추가 한정할 수 있다. 이 경우, 상기 전압 강하 범위는 Vmpp의 7%~20% 가 될 수 있다.
상기의 예와 같이 전압 강하 범위를 결정한 경우, 태양광 발전 시스템(100)의 최대 전력점(Vmpp)은 일사량 변화에 따라 가변하므로, 실제 부스팅이 이루어지는 PV 스트링의 출력전압(즉, PV 스트링별 전압 부스팅 장치(121)의 PV 입력 전압)의 범위는 달라질 수 있다. 예를 들어, Vmpp가 800V인 경우 부스팅이 이루어지는 PV 스트링 출력 전압의 범위는 650V ~ 750V가 되고, Vmpp가 700V로 하향 조정된 경우 부스팅이 이루어지는 PV 스트링 출력 전압의 범위는 560V ~ 650V가 될 것이다.
한편, 부스팅 제어부(27)는 상기 전압차이가, 상기 전압 강하 범위 이내인 경우 그 전압차이에 비례하는 부스팅값을 결정한 후 상기 부스팅값에 의해 상기 PV 입력 전압을 부스팅하도록 부스터부(24)를 제어한다. 이를 위해, 부스팅 제어부(27)는 상기 부스팅값을 결정하기 위한 PWM 펄스를 생성하여 부스터부(24)로 전달하는데, 상기 전압차이가 '0'이 되도록 상기 PWM 펄스의 듀티비를 조정한 후 그에 의거하여 PWM 펄스를 생성하고, 스위치부(25)를 동작시켜 부스터부(24)로 전달할 수 있다. 이 때, 상기 전압차이가 크면 상기 듀티비도 커지게 되며, 상기 부스팅 전압을 더 높이면서 출력전압과 부스팅 출력전압의 차이가 최소가 되도록 가변적으로 제어할 수 있다.
한편, 상기 전압차이가 Vmpp의 7%미만이거나 20%이상인 경우, 부스팅 제어부(27)는 스위치부(25)를 ‘오프’시켜 PV 입력 전압을 바이패스 시킨다.
이는 스트링 전압 부스팅 장치의 제작비용 절감을 위한 것으로서, 부스팅 전압을 200V 정도 사양으로 설계하기 위함이다. 즉, 상기 특정 PV 스트링의 출력전압이 20% 이상 강하되는 경우, 그 전압을 Vmpp까지 부스팅하기 위해 부스팅 전압이 과도하게 소모됨으로써 부스팅 효율이 떨어지므로, 이러한 부스팅 효율 저하를 해결하기 위해, 본 발명에서는, 전압강하의 범위가 20%를 초과하는 경우는 부스팅을 수행하지 않는 것이다.
예를 들어, 부스팅 제어부(27)에서 설정한 전압 강하 범위가 Vmpp의 7~20%이고, Vmpp가 800V인 태양광 발전 시스템(100)을 구성하는 다수의 PV 스트링들 중, 특정 PV 스트링에 음영이 지거나 PV 모듈의 바이패스 다이오드가 손상되어 상기 특정 PV 스트링의 출력 전압이 강하되는 경우, 본 발명의 PV 스트링별 전압 부스팅 장치(121)는 그 전압강하의 범위가 650V 내지 750V 인 경우에만 부스팅을 수행한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 PV 스트링별 전압 부스팅 장치에 대한 동작 조건을 설명하기 위한 Vmpp 범위를 도시한 그래프로서, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 PV 스트링별 전압 부스팅 장치는 전압강하의 범위가 Vmpp의 7%~20%인 구간(즉, A와 B 사이의 구간, 및 C와 D 사이의 구간)에서만 부스팅을 수행함으로써, 부스팅 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
이상에서는 본 발명의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명이 실시 예로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
100: 태양광 발전 시스템 110: 태양전지 어레이
120: 전압 부스팅 장치부 121: PV 스트링별 전압 부스팅 장치
130: 인버터 140: 출력 전압 검출부
150: 고장 진단부

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 태양광 발전 시스템에 있어서,
    다수의 PV 스트링들;
    상기 PV 스트링들 각각의 출력전압을 최대 전압으로 동일하게 부스팅하여 출력하는 다수의 PV 스트링별 전압 부스팅 장치;
    병렬로 연결하여 하나로 결합된, 상기 PV 스트링별 전압 부스팅 장치들 각각의 출력을 입력받아 MPPT 추종을 제어하는 인버터; 및
    고장여부를 결정하기 위한 기준정보를 미리 저장하고, 상기 다수의 PV 스트링별 전압 부스팅 장치들 각각으로부터 부스팅 이력 정보를 전달받아, 상기 기준정보 및 상기 부스팅 이력 정보에 의거하여 대응된 상기 PV 스트링들 각각의 고장 여부를 진단하는 고장 진단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 PV 스트링별 전압 부스팅 장치는
    상기 PV 스트링으로부터 입력된 PV 입력 전압을 검출하는 입력 전압 검출부;
    상기 인버터로 출력되는 전류를 검출하여 PV 출력 전압을 도출하는 전류 검출부;
    상기 입력 전압 검출부 및 상기 전류 검출부 사이에 설치되어 상기 PV 출력 전압의 역류를 방지하는 역류 방지 다이오드;
    상기 입력 전압 검출부와 상기 역류 방지 다이오드 사이에 설치되어 상기 PV 입력 전압을 부스팅하거나 바이패스하는 부스터부; 및
    상기 PV 입력 전압과 상기 PV 출력 전압의 전압차이에 의거하여 대응된 PV 스트링의 전압강하 여부를 감지하고, 그 결과에 의거하여 상기 부스터부의 동작을 제어하되, 상기 전압차이가, 부스팅 여부를 결정하기 위해 설정된, 소정의 전압 강하 범위 이내인 경우, 상기 PV 입력 전압을 부스팅하도록 상기 부스터부를 제어하는 부스팅 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 부스팅 제어부는
    상기 태양광 발전 시스템의 최대 전력점을 기준으로 부스팅 여부를 결정하기 위한 소정의 전압 강하 범위를 결정하되, 미리 설정된 부스팅 허용 전압에 의거하여 상기 전압 강하 범위를 결정하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 부스팅 제어부는
    상기 전압차이가 상기 전압 강하 범위 이내인 경우, 상기 PV 스트링의 PV 입력전압 부스팅값을 결정하기 위한 PWM 펄스를 생성하되,
    상기 전압 차이가 '0'이 되도록 상기 PWM 펄스의 듀티비를 조정한 후 그에 의거하여 PWM 펄스를 생성하여 상기 부스터부로 전달하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 부스팅 제어부의 제어에 의해 온/오프가 결정되어, 상기 PWM 펄스를 상기 부스터부로 전달하는 스위치부; 및
    상기 스위치부의 온/오프 동작시 발생하는 노이즈를 제거하는 노이즈 필터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  10. 제5항에 있어서, 상기 고장 진단부는
    상기 PV 스트링별 전압 부스팅 장치들 각각의 부스팅 횟수와, 부스팅 전압을 포함하는 부스팅 이력 정보를 전달받는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
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