KR102495089B1 - 고효율 최대 전력점 추종 제어 알고리즘을 구비한 전력 시스템 - Google Patents

고효율 최대 전력점 추종 제어 알고리즘을 구비한 전력 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 전력 시스템은 미리 설정된 시간마다, 컨버터부를 MPPT 제어해서 부하로 전력을 전달하는 경우와, 컨버터부를 MPPT 제어하지 않고 부하로 전력을 전달하는 경우 중 어느 경우가 전력 전달 효율이 더 높은 지 판단하고, 그 판단 결과에 따라 컨버터부의 MPPT 제어 여부를 결정하는 제어부를 포함한다. 이러한 본 발명에 의하면, 제어부가 단순히 컨버터부의 MPPT 제어만 하는 경우에 비해, 그리고 제어부가 컨버터부를 MPPT 제어하다가 이후 MPPT 제어를 하지 않고 바이패스 전력 전달 경로를 통해서만 부하로 전력을 전달하는 경우에 비해, 부하로의 전력 전달 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

Description

고효율 최대 전력점 추종 제어 알고리즘을 구비한 전력 시스템{POWER SYSTEM WITH HIGH EFFICIENCY MAXIMUM POWER POINT TRACKING CONTROL ALGORITHM}
본 발명은 제어부가 컨버터부의 MPPT(Maximum Power Point Tracking; 최대 전력점 추종) 제어를 통해 전원부에서 생성된 전력을 부하로 전달하되, 부하로의 전력 전달 효율을 극대화시키기 위하여 컨버터부의 입력 전압과 출력전압을 비교한 값에 따라 컨버터부의 MPPT 제어 여부를 결정하도록 구성된, 고효율 최대 전력점 추종 제어 알고리즘을 구비한 전력 시스템에 관한 것이다.
최근 들어, 수력, 화력, 원자력과 같은 기존 발전 방식이 갖는 여러 문제점들로 인해 신재생 에너지 발전 방식에 대한 관심과 수요가 전세계적으로 증가하고 있다. 신재생 에너지의 점유율은 2050년에 이르러 60%까지 가파르게 증가할 것으로 예측되며, 이러한 신재생 에너지 중에서 태양광 발전 방식이 큰 비중을 차지할 것으로 예상된다.
태양광 발전 방식은 태양광 패널을 이용하며, 태양광 패널의 원가가 최근 큰 폭으로 하락하면서 태양광 발전 방식의 경제성이 개선되고 있다. 최근 이러한 추세에 맞춰 많은 국가들이 정책적으로 태양광 발전 방식을 이용한 태양광 발전 시스템을 갖추고 있다. 일반적으로 태양광 발전 시스템이라 함은 태양광 패널을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 전력 시스템을 의미한다.
태양광 패널은 태양광 패널의 온도와 태양광 패널에 입사되는 일사량에 따라 생성할 수 있는 전력이 변한다. 이에 따라, 일반적인 태양광 발전 시스템에서는 태양광 패널에서 생성되는 전력이 최대가 되도록 하기 위해, 온도와 일사량에 따라 변하는 태양광 패널의 P(전력)-V(전압) 곡선(또는, I(전류)-V(전압) 곡선)에서 최대 전력점을 추종하는 제어(이하, 'MPPT 제어'라 함)가 이루어진다.
산업계에서 가장 일반적으로 사용되고 있는 MPPT 제어 방식으로서 P&O(Perturbation and Observation; 섭동 후 추정) 방식이 있다. P&O 방식에서는, DC-DC 컨버터의 입력 전압과 입력 전류를 이용하여 전력을 계산한다. 만일, 이전 시간인 t-1에 계산된 전력 값에 비해 현재 시간인 t에 계산된 전력 값이 증가하였을 경우, DC-DC 컨버터부의 입력 전압이 t-1에 비해 t에서 증가하였다면 DC-DC 컨버터부의 입력 전압을 미소 전압 값인 ΔV 만큼 증가시키고, DC-DC 컨버터부의 입력 전압이 t-1에 비해 t에서 감소하였다면 DC-DC 컨버터부의 입력 전압을 ΔV 만큼 감소시킨다. 이에 반해, 이전 시간인 t-1에 계산된 전력 값에 비해 현재 시간인 t에 계산된 전력 값이 감소하였을 경우, DC-DC 컨버터부의 입력 전압이 t-1에 비해 t에서 증가하였다면 DC-DC 컨버터부의 입력 전압을 미소 전압 값인 ΔV 만큼 감소시키고, DC-DC 컨버터부의 입력 전압이 t-1에 비해 t에서 감소하였다면 DC-DC 컨버터부의 입력 전압을 ΔV 만큼 증가시킨다. 이와 같은 방식으로 DC-DC 컨버터부의 입력 전압을 증감시킬 경우, DC-DC 컨버터부의 입력 전압이 태양광 패널 P-V 곡선(또는, I-V 곡선)의 최대 전력점에 해당하는 전압 Vmp로 수렴하게 된다.
도 1은 종래 태양광 발전 시스템에서 제어부가 컨버터부를 제어하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 태양광 발전 시스템에서는 제어부가 컨버터부를 MPPT 제어해서, 태양광 패널의 온도와 태양광 패널에 입사되는 일사량에 따라 태양광 패널에서 생성되는 전력이 최대가 되는 지점(즉, 최대 전력점)을 추종한다. 여기서, 컨버터부는 통상적으로 컨버터 스위치 및 인덕터를 포함하고 있다. 다만, 제어부가 태양광 패널의 최대 전력점을 추종하기 위해서는 컨버터 스위치의 스위칭 동작이 계속해서 이루어지도록 해야 하기 때문에, 컨버터 스위치의 스위칭 손실, 인덕터의 코어 손실 및 도통 손실 등이 발생하게 된다. 그리고 이와 같은 손실은 태양광 패널에서 부하로 전달되는 전력 효율을 감소시키는 원인이 된다.
이에 따라, 종래의 태양광 발전 시스템에서는, 제어부가 판단한 결과, 태양광 패널에서 생성되는 전력의 입력 전압(즉, 컨버터부의 입력 전압) Vmp에서 컨버터부의 출력전압 Vout을 감산한 값이 0보다 크고 미리 설정된 기준전압 Vref보다 작을 경우에는, 제어부가 컨버터부를 MPPT 제어하지 않고 컨버터부로 하여금 바이패스 전력 전달 경로를 형성하도록 하여, 태양광 패널에서 생성되는 전력이 상기 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하로 전달되도록 한다. 여기서, 제어부가 컨버터부를 MPPT 제어하지 않을 경우에는, 컨버터 스위치의 스위칭 손실, 인덕터의 코어 손실 및 도통 손실 등이 발생하지 않기 때문에, 제어부가 컨버터부를 MPPT 제어하는 경우에 비해 부하로의 전력 전달 효율이 오히려 더 높을 수 있다. 제어부가 컨버터부를 MPPT 제어하는 경우와 MPPT 제어하지 않는 경우, 부하로의 전력 전달 효율이 어떠한 지에 대해서는 뒤에서 보다 더 자세히 설명하기로 한다.
제어부가 컨버터부를 MPPT 제어하지 않게 되면 태양광 패널의 최대 전력점이 추종될 수 없기 때문에, 시간에 따라 변하는 온도와 일사량 조건에서 태양광 패널이 최대 전력을 생성하도록 하는 것은 불가능하다. 즉, 제어부가 컨버터부를 MPPT 제어하지 않고 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하에 전력을 전달하는 경우에 비해, 제어부가 컨버터부의 MPPT 제어를 통해 부하에 전력을 전달하는 경우가 전력 전달 효율 측면에서 더 유리한 경우가 있음에도 불구하고, 종래의 태양광 발전 시스템에서는 컨버터부가 일단 바이패스 전력 전달 경로를 형성하면 태양광 패널의 MPPT 제어는 더 이상 이루어지지 않기 때문에 부하로의 전력 전달 효율이 극대화되기 어렵다는 문제점이 있다. 이에 따라, 태양광 패널에서 생성되는 전력이 부하로 전달되는 효율을 극대화시킬 수 있는 전력 시스템이 마련될 필요가 있다.
한국 등록특허공보 제10-2034431호(2019.10.11)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 마련된 것으로서, 전원부에서 생성되는 전력이 부하로 전달되는 효율을 극대화시킬 수 있는 전력 시스템을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 고효율 최대 전력점 추종 제어 알고리즘을 구비한 전력 시스템은, 전력을 생성하는 전원부; 입력단은 상기 전원부에 연결되고, 출력단은 부하에 연결되며, 상기 전원부에서 생성되는 전력의 입력 전압을 상기 부하에 전달하는 컨버터부; 및 상기 컨버터부를 MPPT 제어해서, 상기 전원부의 온도와 상기 전원부에 입사되는 일사량에 따라 상기 전원부에서 생성되는 전력이 최대가 되도록 상기 입력 전압을 변화시키는 제어부;를 포함하며, 상기 제어부는, 미리 설정된 시간마다, 상기 입력 전압에서 상기 컨버터부의 출력전압을 감산한 값이 0보다 크고 미리 설정된 기준전압보다 작은지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과에 따라 상기 컨버터부의 MPPT 제어 여부를 결정하도록 구성된다.
상기 제어부가 판단한 결과, 상기 미리 설정된 시간에 상기 입력 전압에서 상기 출력전압을 감산한 값이 0보다 크고 미리 설정된 기준전압보다 작을 경우, 상기 제어부는, 상기 컨버터부를 MPPT 제어하지 않고, 상기 컨버터부로 하여금 바이패스 전력 전달 경로를 형성하도록 하여, 상기 전원부에서 생성되는 전력이 상기 바이패스 전력 전달 경로를 통해 상기 부하로 전달되도록 할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 전원부에서 생성되는 전력이 상기 바이패스 전력 전달 경로를 통해 상기 부하로 전달되도록 한 시점에서 소정의 시간이 지난 뒤에는 상기 컨버터부를 MPPT 제어하고, 상기 미리 설정된 시간에, 상기 입력 전압에서 상기 컨버터부의 출력전압을 감산한 값이 0보다 크고 미리 설정된 기준전압보다 작은지 여부를 다시 판단할 수 있다.
상기 제어부가 판단한 결과, 상기 미리 설정된 시간에 상기 입력 전압에서 상기 출력전압을 감산한 값이 0 이하이거나 상기 미리 설정된 기준전압 이상일 경우, 상기 제어부는, 상기 컨버터부를 MPPT 제어하여, 상기 전원부의 온도와 상기 전원부에 입사되는 일사량에 따라 상기 전원부에서 생성되는 전력이 최대가 되도록 상기 입력 전압을 변화시킬 수 있다.
상기 컨버터부는, 상기 입력 전압을 상기 부하에 전달하는 벅-부스트 컨버터부를 포함할 수 있으며, 상기 제어부는, 상기 벅-부스트 컨버터부를 제어하여, 상기 입력 전압이 상기 벅-부스트 컨버터부에 의해 승압되는 과정을 거쳐 상기 부하로 전달되도록 하거나, 상기 입력 전압이 상기 벅-부스트 컨버터부에 의해 강압되는 과정을 거쳐 상기 부하로 전달되도록 하거나, 상기 입력 전압이 상기 벅-부스트 컨버터부에 의해 변환되는 과정을 거치지 않고 상기 부하로 전달되도록 할 수 있다.
여기서, 상기 벅-부스트 컨버터부는, 상기 전원부에서 출력되는 전류에 의해 충전되는 벅-부스트 인덕터; 상기 벅-부스트 인덕터의 일단과 상기 전원부에 연결되는 제1 벅-부스트 컨버터 스위치; 상기 벅-부스트 인덕터의 타단과 상기 부하에 연결되는 제2 벅-부스트 컨버터 스위치; 상기 벅-부스트 인덕터의 일단과 접지에 연결되는 제3 벅-부스트 컨버터 스위치; 및 상기 벅-부스트 인덕터의 타단과 상기 접지에 연결되는 제4 벅-부스트 컨버터 스위치;를 포함할 수 있다.
또는, 상기 컨버터부는, 상기 입력 전압을 상기 부하에 전달하는 제1 부스트 컨버터부를 포함할 수 있으며, 상기 제어부는, 상기 제1 부스트 컨버터부를 제어하여, 상기 입력 전압이 상기 제1 부스트 컨버터부에 의해 승압되는 과정을 거쳐 상기 부하로 전달되도록 하거나, 상기 입력 전압이 상기 제1 부스트 컨버터부에 의해 변환되는 과정을 거치지 않고 상기 부하로 전달되도록 할 수 있다.
여기서, 상기 제1 부스트 컨버터부는, 일단이 상기 전원부에 연결되어 상기 전원부에서 출력되는 전류에 의해 충전되는 제1 부스트 인덕터; 상기 부하에서 상기 제1 부스트 인덕터 방향으로 역방향 전류가 흐르는 것을 방지하는 제1 부스트 역전류 방지 소자; 및 일단은 상기 제1 부스트 인덕터의 타단과 상기 제1 부스트 역전류 방지 소자에 연결되고, 타단은 접지에 연결되는 제1 부스트 컨버터 스위치;를 포함할 수 있다.
또는, 상기 컨버터부는, 상기 전원부에 연결되는 제1 스위칭부; 및 상기 제1 스위칭부에 연결되며, 상기 입력 전압을 상기 부하에 전달하는 벅 컨버터부;를 포함할 수 있으며, 상기 제어부는, 상기 제1 스위칭부 및 상기 벅 컨버터부를 제어하여, 상기 입력 전압이 상기 벅 컨버터부에 의해 강압되는 과정을 거쳐 상기 부하로 전달되도록 하거나, 상기 입력 전압이 상기 벅 컨버터부에 의해 변환되는 과정을 거치지 않고 상기 부하로 전달되도록 할 수 있다.
여기서, 상기 벅 컨버터부는, 일단이 상기 제1 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 상기 전원부에 연결되거나 상기 전원부와의 연결이 차단되는 벅 컨버터 스위치; 일단은 상기 제1 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 접지에 연결되거나 상기 전원부에 연결되고, 타단은 상기 벅 컨버터 스위치의 타단에 연결되는 벅 역전류 방지 소자; 및 일단은 상기 벅 컨버터 스위치의 타단에 연결되고, 타단은 상기 부하에 연결되는 벅 인덕터;를 포함할 수 있다.
또는, 상기 컨버터부는, 상기 전원부에 연결되는 제2 스위칭부; 및 상기 제2 스위칭부에 연결되며, 상기 입력 전압을 상기 부하에 전달하는 제2 부스트 컨버터부;를 포함할 수 있으며, 상기 제어부는, 상기 제2 스위칭부 및 상기 제2 부스트 컨버터부를 제어하여, 상기 입력 전압이 상기 제2 부스트 컨버터부에 의해 승압되는 과정을 거쳐 상기 부하로 전달되도록 하거나, 상기 입력 전압이 상기 제2 부스트 컨버터부에 의해 변환되는 과정을 거치지 않고 상기 부하로 전달되도록 할 수 있다.
여기서, 상기 제2 부스트 컨버터부는, 일단이 상기 제2 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 상기 전원부에 연결되거나 상기 전원부와의 연결이 차단되는 제2 부스트 인덕터; 상기 제2 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 상기 제2 부스트 인덕터의 타단에 연결되거나 상기 전원부에 연결되는 제2 부스트 컨버터 스위치; 및 상기 부하로부터 상기 제2 부스트 인덕터 방향으로 역방향 전류가 흐르는 것을 방지하는 제2 부스트 역전류 방지 소자;를 포함할 수 있다.
본 발명은 제어부가 미리 설정된 시간마다, 전원부에서 생성되는 전력의 입력 전압에서 컨버터부의 출력전압을 감산한 값이 0보다 크고 미리 설정된 기준전압보다 작은지 여부를 판단하고, 그 판단 결과에 따라 컨버터부의 계속적인 MPPT 제어 여부를 결정하도록 구성되어 있다. 즉, 제어부는 미리 설정된 시간마다, 컨버터부를 MPPT 제어해서 부하로 전력을 전달하는 경우와, 컨버터부를 MPPT 제어하지 않고 부하로 전력을 전달하는 경우 중 어느 경우가 전력 전달 효율이 더 높은 지 판단하고, 그 판단 결과에 따라 컨버터부의 MPPT 제어 여부를 결정한다. 이러한 본 발명에 의하면, 제어부가 단순히 컨버터부의 MPPT 제어만 하는 경우에 비해, 그리고 제어부가 컨버터부를 MPPT 제어하다가 이후 MPPT 제어를 하지 않고 바이패스 전력 전달 경로를 통해서만 부하로 전력을 전달하는 경우에 비해, 부하로의 전력 전달 효율을 향상시킬 수 있게 된다. 즉, 본 발명에 의하면, 종래 방법에 비해 부하로의 전력 전달 효율을 극대화시킬 수 있게 된다.
게다가, 본 발명은 종래의 전력 시스템에 전력 전달 효율 향상을 위한 별도의 소자를 추가하지 않고, 컨버터부를 구성하는 스위치들의 제어 방법의 변경만을 통해, 전원부에서 부하로의 전력이 전달되는 경로를 실시간으로 변경할 수 있으므로, 비교적 저비용 및 고효율로 전력을 전달할 수 있게 된다.
도 1은 종래 태양광 발전 시스템에서 제어부가 컨버터부를 제어하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3a는 태양광 패널에 입사되는 일사량이 1kW/m2일 때 태양광 패널의 온도에 따라 변하는 태양광 패널의 P-V 곡선을 나타낸 도면이다.
도 3b는 태양광 패널의 온도가 25°C일 때 태양광 패널에 입사되는 일사량에 따라 변하는 태양광 패널의 P-V 곡선을 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 도 4e는 도 2의 제어부가 컨버터부를 MPPT 제어하는 경우에 전원부에서 생성되는 전력의 입력 전압과 컨버터부의 출력전압과의 관계, 그리고 전원부에서 생성되는 전력이 MPPT 제어에 의한 전력 전달 경로를 통해 부하로 전달될 때와, MPPT 제어에 의하지 않고 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하로 전달될 때의 관계를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 2의 제어부가 컨버터부를 제어하는 방법을 예시적으로 나타낸 흐름도이다.
도 6은 도 2의 제어부가 컨버터부를 제어하는 방법을 예시적으로 나타낸 또 다른 흐름도이다.
도 7a는 도 2의 전원부의 온도를 시간에 따라 나타낸 시뮬레이션 결과이다.
도 7b는 도 2의 전원부에 입사되는 일사량을 시간에 따라 나타낸 시뮬레이션 결과이다.
도 7c는 도 2의 제어부가 컨버터부에 대하여 MPPT 제어만 수행한 경우와, MPPT 제어 및 바이패스 제어를 함께 수행한 경우에 달성되는 전력 변환 효율에 관한 시뮬레이션 결과이다.
도 8a 및 도 8b는 도 2에 나타낸 전력 시스템의 MPPT 전력 전달 경로를 나타낸 도면이다.
도 8c는 도 2에 나타낸 전력 시스템의 바이패스 전력 전달 경로를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 시스템을 나타낸 도면이다.
도 10a는 도 9에 나타낸 전력 시스템의 MPPT 전력 전달 경로를 나타낸 도면이다.
도 10b는 도 9에 나타낸 전력 시스템의 바이패스 전력 전달 경로를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전력 시스템을 나타낸 도면이다.
도 12a는 도 11에 나타낸 전력 시스템의 MPPT 전력 전달 경로를 나타낸 도면이다.
도 12b는 도 11에 나타낸 전력 시스템의 바이패스 전력 전달 경로를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전력 시스템을 나타낸 도면이다.
도 14a는 도 13에 나타낸 전력 시스템의 MPPT 전력 전달 경로를 나타낸 도면이다.
도 14b는 도 13에 나타낸 전력 시스템의 바이패스 전력 전달 경로를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 고효율 최대 전력점 추종 제어 알고리즘을 구비한 전력 시스템에 대해 상세하게 설명한다. 첨부한 도면들은 통상의 기술자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 어디까지나 예시적으로 제공되는 것으로서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들로 한정되지 않고 다른 형태로 얼마든지 구체화될 수 있다. 또한, 명세서에 기재된 용어 '…부'는 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 시스템(1000a)을 나타낸 도면이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 시스템(1000a)은 전원부(100), 컨버터부(200) 및 제어부(300)를 포함한다.
전원부(100)는 전력을 생성하는 역할을 한다. 예를 들어, 전원부(100)는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광 패널일 수 있으며, 여기서 태양광 패널은 태양광을 직류 전원으로 변환하여 출력할 수 있는 태양전지 모듈 다수 개가 서로 직렬로 연결된 것이거나, 병렬로 연결된 것이거나, 또는 직병렬 조합으로 연결된 것일 수 있다.
컨버터부(200)의 입력단은 전원부(100)에 연결되고, 컨버터부(200)의 출력단은 부하(10)에 연결된다. 컨버터부(200)의 입력단이 전원부(100)에 연결되기 때문에, 전원부(100)의 출력전압은 곧 컨버터부(200)의 입력 전압이 된다. 이에 따라, 이하에서는 전원부(100)에서 생성되는 전력의 전압을 입력 전압으로 지칭하기로 한다. 참고로, 부하(10)는 컨버터부(200)의 출력단에 연결되기 때문에, 부하(10)의 전압이 곧 컨버터부(200)의 출력전압이 된다.
컨버터부(200)는 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압을 변환하여 부하(10)에 전달하는 역할을 하며, 이를 위해 컨버터부(200)는 DC-DC 컨버터로 이루어지거나, 이를 포함하여 이루어질 수 있다. 컨버터부(200)가 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압을 변환하는 이유는, 입력 전압이 전원부(100)의 P-V 곡선의 최대 전력점에 해당하는 전압으로 맞춰질 경우, 전원부(100)에서는 최대 전력을 생성할 수 있기 때문이다.
도 2에는 부하(10)의 예시로서 직류 전원을 저장하기 위한 배터리가 도시되어 있으나, 부하(10)가 반드시 배터리만으로 한정되는 것은 아니며, 전원부(100)에서 생성되는 전력을 공급받는 대상이기만 하면 부하(10)에 해당될 수 있다.
전원부(100)에서 생성되는 전력이 최대가 되기 위해서는, 컨버터부(200)의 입력 전압이 전원부(100)의 P-V 곡선의 최대 전력점에 해당하는 전압과 동일해야 한다. 이에 따라, 제어부(300)는 컨버터부(200)의 입력 전압이 전원부(100)의 P-V 곡선의 최대 전력점에 해당하는 전압과 동일해지도록 컨버터부(200)의 MPPT 제어를 수행한다. 즉, 제어부(300)는 컨버터부(200)를 MPPT 제어해서, 전원부(100)의 온도와 전원부(100)에 입사되는 일사량에 따라 전원부(100)에서 생성되는 전력이 최대가 되도록, 컨버터부(200)의 입력 전압을 전원부(100)의 P-V 곡선의 최대 전력점에 해당하는 전압으로 변화시킨다.
제어부(300)가 수행하는 MPPT 제어 방식 중 하나로서 P&O 방식이 사용될 수 있다. 다만, 제어부(300)가 수행하는 MPPT 제어 방식이 반드시 P&O 방식만으로 제한되는 것은 아니며, InCond(Incremental Conductance) 방식 등 다양한 제어 방식이 사용될 수 있다. 제어부(300)에는 P&O 방식이나 InCond 방식 등을 구현하기 위한 MPPT 제어 알고리즘이 미리 저장되어 있을 수 있다.
도 3a는 태양광 패널에 입사되는 일사량이 1kW/m2일 때 태양광 패널의 온도에 따라 변하는 태양광 패널의 P-V 곡선을 나타낸 도면이고, 도 3b는 태양광 패널의 온도가 25°C일 때 태양광 패널에 입사되는 일사량에 따라 변하는 태양광 패널의 P-V 곡선을 나타낸 도면이다.
도 3a 및 도 3b의 태양광 패널은 도 2의 전원부(100)에 해당한다. 또한, 도 3a 및 도 3b에서 x축은 전원부(100)의 출력전압이자, 컨버터부(200)의 입력 전압이고, y축은 전원부(100)에서 생성되는 전력에 해당한다. 도 3a 및 도 3b에 나타낸 바와 같이, 전원부(100)의 온도와 전원부(100)에 입사되는 일사량에 따라 전원부(100)에서 생성되는 전력이 변하며, 제어부(300)는 컨버터부(200)의 입력 전압이 P-V 곡선의 최대 전력점에 해당하는 전압과 동일해지도록 컨버터부(200)를 MPPT 제어한다.
제어부(300)가 컨버터부(200)를 MPPT 제어한 결과, 컨버터부(200)의 입력 전압이 전원부(100)의 P-V 곡선의 최대 전력점에 해당하는 전압과 동일해질 경우, 전원부(100)에서는 최대 전력이 생성될 수 있게 된다.
다만, 실제 환경에서는 제어부(300)가 컨버터부(200)를 MPPT 제어하더라도, 컨버터부(200)의 입력 전압이 전원부(100)의 P-V 곡선의 최대 전력점에 해당하는 전압에 근사할 수는 있지만, 완전히 동일해지지 않는 경우가 있다.
게다가, 제어부(300)가 컨버터부(200)를 MPPT 제어하여 전원부(100)에서 최대 전력이 생성된다 하더라도, 전원부(100)에서 생성된 전력이 MPPT 제어에 의한 전력 전달 경로(이하, 'MPPT 전력 전달 경로'라고 함)를 통해 부하(10)로 전달되는 경우에 비해, MPPT 제어에 의하지 않고 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되는 경우가 오히려 더 높은 전력 전달 효율을 가져오는 경우가 있다.
도 4a 내지 도 4e는 도 2의 제어부(300)가 컨버터부(200)를 MPPT 제어하는 경우에, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압과 컨버터부(200)의 출력전압과의 관계, 그리고 전원부(100)에서 생성되는 전력이 MPPT 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달될 때와, MPPT 제어에 의하지 않고 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달될 때의 관계를 나타낸 도면이다. 또한, 도 4a 내지 도 4e는 전원부(100)의 온도가 25℃이고, 전원부(100)에 입사되는 일사량이 138W/m2일 때 전원부(100)의 P-V 곡선을 나타낸 도면이며, 각각의 도면에서 컨버터부(200)의 출력전압은 48V인 것으로 가정하였다.
우선, 도 4a는 제어부(300)가 컨버터부(200)를 MPPT 제어하는 중에, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp가 48V인 경우를 나타낸 도면이다.
이때 전원부(100)에서 생성되는 전력은 56.09W이며, 제어부(300)가 컨버터부(200)를 MPPT 제어해서 상기 컨버터부(200)로 하여금 MPPT 전력 전달 경로를 형성하도록 하여, 전력 56.09W가 상기 MPPT 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되도록 할 경우에는, 부하(10)로 약 53.29W의 전력이 전달된다.
이에 반해 제어부(300)가 컨버터부(200)를 MPPT 제어하지 않고 상기 컨버터부(200)로 하여금 바이패스 전력 전달 경로를 형성하도록 하여, 전력 56.09W가 상기 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되도록 할 경우에는, 부하(10)로 약 55.53W의 전력이 전달된다.
이와 같이 전원부(100)에서 생성되는 전력이 MPPT 제어에 의한 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되는 경우에 비해, MPPT 제어에 의하지 않고 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되는 경우가 더 높은 전력 전달 효율을 나타내는 이유는, MPPT 제어 시에는, 컨버터부(200)를 구성하는 스위치(예를 들어, 도 2의 벅-부스트 컨버터 스위치(212~215))의 스위칭 손실과, 인덕터(예를 들어, 도 2의 벅-부스트 인덕터(211))의 코어 손실 및 도통 손실이 발생하기 때문이다.
다만, 도 4a의 경우에, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압(즉, 48V)과, 컨버터부(200)의 출력전압(즉, 48V)이 서로 동일하기 때문에, 전원부(100)에서 생성되는 전력은 바이패스 전력 전달 경로를 통해서 부하(10)로 전달되지 않는다. 즉, 전원부(100)에서 생성되는 전력이 부하(10)로 전달되기 위해서는, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp에서 컨버터부(200)의 출력전압 Vout을 감산한 값이 0보다 커야 한다. 이를 달리 말하면, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp에서 컨버터부(200)의 출력전압 Vout을 감산한 값이 0 이하일 경우에는, 제어부(300)가 컨버터부(200)를 MPPT 제어함으로써, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp가 컨버터부(200)의 출력전압 Vout보다 큰 값이 나올 수 있도록 해야 한다는 것을 의미한다.
다음으로, 도 4b를 참고하면, 도 4b는 제어부(300)가 컨버터부(200)를 MPPT 제어하는 중에, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp가 49V인 경우를 나타낸 도면이다.
이때 전원부(100)에서 생성되는 전력은 56W이며, 제어부(300)가 컨버터부(200)를 계속 MPPT 제어해서(이 경우 전원부(100)에서 생성되는 전력은 도 4a에 나타낸 바와 같이 56.09W가 됨) 상기 컨버터부(200)로 하여금 MPPT 전력 전달 경로를 형성하도록 하여, 전력 56.09W가 상기 MPPT 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되도록 할 경우에는, 부하(10)로 약 53.29W의 전력이 전달된다.
이에 반해 제어부(300)가 컨버터부(200)를 MPPT 제어하지 않고 상기 컨버터부(200)로 하여금 바이패스 전력 전달 경로를 형성하도록 하여, 상기 전력 56W가 상기 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되도록 할 경우에는, 부하(10)로 약 55.44W의 전력이 전달된다.
다음으로, 도 4c를 참고하면, 도 4c는 제어부(300)가 컨버터부(200)를 MPPT 제어하는 중에, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp가 50.5V인 경우를 나타낸 도면이다.
이때 전원부(100)에서 생성되는 전력은 54.8W이며, 제어부(300)가 컨버터부(200)를 계속 MPPT 제어해서(이 경우 전원부(100)에서 생성되는 전력은 도 4a에 나타낸 바와 같이 56.09W가 됨) 상기 컨버터부(200)로 하여금 MPPT 전력 전달 경로를 형성하도록 하여, 전력 56.09W가 상기 MPPT 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되도록 할 경우에는, 부하(10)로 약 53.29W의 전력이 전달된다.
이에 반해 제어부(300)가 컨버터부(200)를 MPPT 제어하지 않고 상기 컨버터부(200)로 하여금 바이패스 전력 전달 경로를 형성하도록 하여, 상기 전력 54.8W가 상기 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되도록 할 경우에는, 부하(10)로 약 54.25W의 전력이 전달된다.
또한, 도 4d를 참고하면, 도 4d는 제어부(300)가 컨버터부(200)를 MPPT 제어하는 중에, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp가 51V인 경우를 나타낸 도면이다.
이때 전원부(100)에서 생성되는 전력은 53.89W이며, 제어부(300)가 컨버터부(200)를 계속 MPPT 제어해서(이 경우 전원부(100)에서 생성되는 전력은 도 4a에 나타낸 바와 같이 56.09W가 됨) 상기 컨버터부(200)로 하여금 MPPT 전력 전달 경로를 형성하도록 하여, 전력 56.09W가 상기 MPPT 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되도록 할 경우에는, 부하(10)로 약 53.29W의 전력이 전달된다.
이에 반해 제어부(300)가 컨버터부(200)를 MPPT 제어하지 않고 상기 컨버터부(200)로 하여금 바이패스 전력 전달 경로를 형성하도록 하여, 상기 전력 53.89W가 상기 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되도록 할 경우에는, 부하(10)로 약 53.35W의 전력이 전달되게 되어, 제어부(300)가 컨버터부(200)를 계속해서 MPPT 제어할 경우 부하(10)로 전달되는 전력량과 거의 동일해진다.
도 4a 내지 도 4d를 종합적으로 고려하면, 제어부(300)가 컨버터부(200)를 MPPT 제어하는 중에, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp(예를 들어, 48V, 49V, 50.5V, 51V)와 컨버터부(200)의 출력전압 Vout(예를 들어, 48V) 사이의 관계 설정을 통해, 제어부(300)가 컨버터부(200)의 MPPT 제어를 수행하는 경우와 MPPT 제어를 수행하지 않는 경우 중에서 어느 경우의 전력 전달 효율이 더 높은지가 결정될 수 있다.
즉, 도 4e를 더 참고하면, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp(예를 들어, 48V, 49V, 50.5V, 51V)에서 컨버터부(200)의 출력전압 Vout(예를 들어, 48V)을 감산한 값이 0보다 크고 미리 설정된 기준전압 Vref(예를 들어, 3V)보다 작을 경우에는, 제어부(300)가 컨버터부(200)의 MPPT 제어를 수행하여 MPPT 전력 전달 경로를 통해 전력을 전달하는 경우에 비해, MPPT 제어를 수행하지 않고 바이패스 전력 전달 경로를 통해 전력을 전달하는 경우가 부하(10)로의 전력 전달 효율이 더 높다는 것을 알 수 있다. 여기서, 상기 기준전압은 전원부(100)의 온도, 전원부(100)에 입사되는 일사량 및 컨버터부(200)의 출력전압 중 적어도 어느 하나 이상에 따라 결정될 수 있으며, 이와 같은 기준전압은 제어부(300)에 미리 설정되어 있을 수 있다.
이에 반해, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp에서 컨버터부(200)의 출력전압 Vout을 감산한 값이 미리 설정된 기준전압 Vref(예를 들어, 3V) 이상일 경우에는, 제어부(300)가 컨버터부(200)의 MPPT 제어를 수행하여 MPPT 전력 전달 경로를 통해 전력을 전달하는 경우가, 제어부(300)가 MPPT 제어를 수행하지 않고 바이패스 전력 전달 경로를 통해 전력을 전달하는 경우에 비해 부하(10)로의 전력 전달 효율이 더 높다는 것을 알 수 있다.
게다가, 상술한 바와 같이, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp에서 컨버터부(200)의 출력전압 Vout을 감산한 값이 0 이하일 경우, 제어부(300)는 컨버터부(200)를 MPPT 제어함으로써, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp가 컨버터부(200)의 출력전압 Vout보다 큰 값이 나올 수 있도록 해야 한다.
본 발명에 따른 전력 시스템(1000a~1000d)은 이와 같은 점에서 착안하여 마련된 것이다. 즉, 본 발명에 따른 전력 시스템(1000a~1000d)의 제어부(300)는 미리 설정된 시간(후술하는, t1, t3, t5, t7, …)마다, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp에서 컨버터부(200)의 출력전압 Vout을 감산한 값이 0보다 크고 미리 설정된 기준전압 Vref보다 작은지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과에 따라 컨버터부(200)의 MPPT 제어 여부를 결정한다.
도 5는 도 2의 제어부가 컨버터부를 제어하는 방법을 예시적으로 나타낸 흐름도이다.
도 5를 참고하면, 제어부(300)는 시점 t1 이전에 컨버터부(200)를 MPPT 제어해서 컨버터부(200)로 하여금 MPPT 전력 전달 경로를 형성하도록 하여, 전원부(100)에서 생성되는 전력이 상기 MPPT 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되도록 할 수 있다. 이 경우 전원부(100)의 온도와 전원부(100)에 입사되는 일사량에 따라 전원부(100)에서 생성되는 전력이 최대가 되도록 컨버터부(200)의 입력 전압이 변하게 된다.
제어부(300)는 시점 t1에서, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp에서 컨버터부(200)의 출력전압 Vout을 감산한 값이 0보다 크고 미리 설정된 기준전압 Vref보다 작은지 여부를 판단한다.
시점 t1에서 제어부(300)가 판단한 결과, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp에서 컨버터부(200)의 출력전압 Vout을 감산한 값이 0 이하이거나 미리 설정된 기준전압 Vref 이상일 경우, 제어부(300)는 컨버터부(200)를 계속해서 MPPT 제어하여, 전원부(100)의 온도와 전원부(100)에 입사되는 일사량에 따라 전원부(100)에서 생성되는 전력이 최대가 되도록 상기 입력 전압 Vmp를 변화시킨다.
이는 입력 전압 Vmp에서 출력전압 Vout을 감산한 값이 0 이하일 경우에는, 제어부(300)가 컨버터부(200)를 MPPT 제어함으로써, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp가 컨버터부(200)의 출력전압 Vout보다 큰 값이 나올 수 있도록 하기 위함이다. 그리고 입력 전압 Vmp에서 출력전압 Vout을 감산한 값이 미리 설정된 기준전압 Vref 이상일 경우에는, 전원부(100)에서 생성되는 전력이 MPPT 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되는 것이, 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되는 것에 비해 전력 전달 효율이 더 높기 때문이다.
이에 반해, 도 5에 도시된 바와 같이, 시점 t1에서 제어부(300)가 판단한 결과, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp에서 컨버터부(200)의 출력전압 Vout을 감산한 값이 0보다 크고 미리 설정된 기준전압 Vref보다 작을 경우, 제어부(300)는 컨버터부(200)를 MPPT 제어하지 않고, 컨버터부(200)로 하여금 바이패스 전력 전달 경로를 형성하도록 하여, 전원부(100)에서 생성되는 전력이 상기 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되도록 한다. 이는 입력 전압 Vmp에서 출력전압 Vout을 감산한 값이 0보다 크고 미리 설정된 기준전압 Vref보다 작을 경우에는, 전원부(100)에서 생성되는 전력이 MPPT 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되는 것보다는, 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되는 것이 전력 전달 효율이 더 높기 때문이다. 이에 따라, 시점 t1부터는 전원부(100)에서 생성되는 전력이 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)에 전달된다.
제어부(300)는, 전원부(100)에서 생성되는 전력이 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되도록 한 시점 t1에서 소정의 시간 ΔT1이 지난 뒤의 시점, 즉 시점 t2에서 컨버터부(200)를 다시 MPPT 제어한다. 여기서, ΔT1은 제어부(300)에 미리 설정되어 있을 수 있으며, 예를 들어 15분, 30분, 50분 등으로 설정될 수 있다.
제어부(300)가 시점 t2에서 컨버터부(200)를 다시 MPPT 제어하는 이유는, 제어부(300)가 컨버터부(200)를 MPPT 제어해서 컨버터부(200)로 하여금 MPPT 전력 전달 경로를 형성하도록 하는 경우와, 컨버터부(200)를 MPPT 제어하지 않고 컨버터부(200)로 하여금 바이패스 전력 전달 경로를 형성하도록 하는 경우 중 어느 경우에 부하(10)로의 전력 전달 효율이 더 높은지를 다시 판단하기 위함이다.
종래의 태양광 발전 시스템에서는 컨버터부가 일단 바이패스 전력 전달 경로를 형성하면 태양광 패널의 MPPT 제어가 더 이상 이루어지지 않기 때문에 부하로의 전력 전달 효율이 극대화되기 어렵다는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는, 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)에 전력이 전달되고, 그로부터 소정의 시간 ΔT1이 지나면 제어부(300)는 컨버터부(200)를 강제로 MPPT 제어하는 것이다. 이에 따라, 시점 t2부터는 전원부(100)에서 생성되는 전력이 MPPT 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달될 수 있다.
제어부(300)는, 전원부(100)에서 생성되는 전력이 MPPT 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되도록 한 시점 t2에서 소정의 시간 ΔT2가 지난 뒤의 시점, 즉 시점 t3에서, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp에서 컨버터부(200)의 출력전압 Vout을 감산한 값이 0보다 크고 미리 설정된 기준전압 Vref보다 작은지 여부를 다시 판단한다.
여기서, ΔT2는 제어부(300)에 미리 설정되어 있을 수 있으며, 예를 들어 0.1msec, 10msec, 100msec 등으로 설정될 수 있다. ΔT1은 MPPT 전력 전달 경로 및 바이패스 전력 전달 경로 중 전력 전달 효율이 더 우수한 경로를 통해 전력을 전달하는 시간에 해당하므로 시간 설정을 상대적으로 길게 할 필요가 있다. 이에 반해, ΔT2는 MPPT 전력 전달 경로 및 바이패스 전력 전달 경로 중 전력 전달 효율이 더 우수한 경로를 판단하기 위해서, 일시적으로 MPPT 전력 전달 경로를 통해 전력을 전달하는 시간에 해당하므로, 시간 설정을 상대적으로 짧게 할 필요가 있다. 즉, ΔT2는 ΔT1에 비해 짧게 설정되는 것이 바람직하다.
시점 t3에서 제어부(300)가 판단한 결과, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp에서 컨버터부(200)의 출력전압 Vout을 감산한 값이 0 이하이거나 미리 설정된 기준전압 Vref 이상일 경우, 제어부(300)는 컨버터부(200)를 계속해서 MPPT 제어하여, 전원부(100)의 온도와 전원부(100)에 입사되는 일사량에 따라 전원부(100)에서 생성되는 전력이 최대가 되도록 상기 입력 전압 Vmp를 변화시킨다.
이에 반해, 도 5에 도시된 바와 같이, 시점 t3에서 제어부(300)가 판단한 결과, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp에서 컨버터부(200)의 출력전압 Vout을 감산한 값이 0보다 크고 미리 설정된 기준전압 Vref보다 작을 경우, 제어부(300)는 컨버터부(200)를 MPPT 제어하지 않고, 컨버터부(200)로 하여금 바이패스 전력 전달 경로를 형성하도록 하여, 전원부(100)에서 생성되는 전력이 상기 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되도록 한다. 이는 입력 전압 Vmp에서 출력전압 Vout을 감산한 값이 0보다 크고 미리 설정된 기준전압 Vref보다 작을 경우에는, 전원부(100)에서 생성되는 전력이 MPPT 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되는 것보다는, 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되는 것이 전력 전달 효율이 더 높기 때문이다. 이에 따라, 시점 t3부터는 전원부(100)에서 생성되는 전력이 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)에 전달된다.
제어부(300)는, 전원부(100)에서 생성되는 전력이 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되도록 한 시점 t3에서 소정의 시간 ΔT1이 지난 뒤의 시점, 즉 시점 t4에서 컨버터부(200)를 다시 MPPT 제어한다. 제어부(300)가 시점 t4에서 컨버터부(200)를 다시 MPPT 제어하는 이유는, 제어부(300)가 컨버터부(200)를 MPPT 제어해서 컨버터부(200)로 하여금 MPPT 전력 전달 경로를 형성하도록 하는 경우와, 컨버터부(200)를 MPPT 제어하지 않고 컨버터부(200)로 하여금 바이패스 전력 전달 경로를 형성하도록 하는 경우 중 어느 경우에 부하(10)로의 전력 전달 효율이 더 높은지를 다시 판단하기 위함이다.
제어부(300)는, 전원부(100)에서 생성되는 전력이 MPPT 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되도록 한 시점 t4에서 소정의 시간 ΔT2가 지난 뒤의 시점, 즉 시점 t5에서, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp에서 컨버터부(200)의 출력전압 Vout을 감산한 값이 0보다 크고 미리 설정된 기준전압 Vref보다 작은지 여부를 다시 판단한다.
상술한 바와 같이, 시점 t5에서 제어부(300)가 판단한 결과, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp에서 컨버터부(200)의 출력전압 Vout을 감산한 값이 0 이하이거나 미리 설정된 기준전압 Vref 이상일 경우, 제어부(300)는 컨버터부(200)를 MPPT 제어하여, 전원부(100)의 온도와 전원부(100)에 입사되는 일사량에 따라 전원부(100)에서 생성되는 전력이 최대가 되도록 상기 입력 전압 Vmp를 변화시킨다.
이에 반해, 시점 t5에서 제어부(300)가 판단한 결과, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp에서 컨버터부(200)의 출력전압 Vout을 감산한 값이 0보다 크고 미리 설정된 기준전압 Vref보다 작을 경우, 제어부(300)는 컨버터부(200)를 MPPT 제어하지 않고, 컨버터부(200)로 하여금 바이패스 전력 전달 경로를 형성하도록 하여, 전원부(100)에서 생성되는 전력이 상기 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되도록 한다. 이 경우, 제어부(300)는 전원부(100)에서 생성되는 전력이 상기 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되도록 한 시점인 t5에서 소정의 시간 ΔT1이 지난 뒤에는 컨버터부(200)를 MPPT 제어하고, 그로부터 소정의 시간 ΔT2 이후의 시간에는, 상기 입력 전압 Vmp에서 상기 출력전압 Vout을 감산한 값이 0보다 크고 미리 설정된 기준전압보다 작은지 여부를 다시 판단한다.
한편, 도 6은 도 2의 제어부가 컨버터부를 제어하는 방법을 예시적으로 나타낸 또 다른 흐름도이다.
도 6을 참고하면, 제어부(300)는 시점 t1 이전에 컨버터부(200)를 MPPT 제어해서 컨버터부(200)로 하여금 MPPT 전력 전달 경로를 형성하도록 하여, 전원부(100)에서 생성되는 전력이 상기 MPPT 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되도록 할 수 있다. 이 경우 전원부(100)의 온도와 전원부(100)에 입사되는 일사량에 따라 전원부(100)에서 생성되는 전력이 최대가 되도록 컨버터부(200)의 입력 전압이 변하게 된다.
제어부(300)는 시점 t1에서, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp에서 컨버터부(200)의 출력전압 Vout을 감산한 값이 0보다 크고 미리 설정된 기준전압 Vref보다 작은지 여부를 판단한다.
시점 t1에서 제어부(300)가 판단한 결과, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp에서 컨버터부(200)의 출력전압 Vout을 감산한 값이 0보다 크고 미리 설정된 기준전압 Vref보다 작을 경우, 제어부(300)는 컨버터부(200)를 MPPT 제어하지 않고, 컨버터부(200)로 하여금 바이패스 전력 전달 경로를 형성하도록 하여, 전원부(100)에서 생성되는 전력이 상기 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되도록 한다. 이는 입력 전압 Vmp에서 출력전압 Vout을 감산한 값이 0보다 크고 미리 설정된 기준전압 Vref보다 작을 경우에는, 전원부(100)에서 생성되는 전력이 MPPT 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되는 것보다는, 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되는 것이 전력 전달 효율이 더 높기 때문이다.
이에 따라, 시점 t1부터는 전원부(100)에서 생성되는 전력이 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)에 전달된다. 참고로, 시점 t1에서 제어부(300)가 판단한 결과, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp에서 컨버터부(200)의 출력전압 Vout을 감산한 값이 0 이하이거나 미리 설정된 기준전압 Vref 이상일 경우, 제어부(300)는 컨버터부(200)의 MPPT 제어를 유지한다.
제어부(300)는, 전원부(100)에서 생성되는 전력이 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되도록 한 시점 t1에서 소정의 시간 ΔT1이 지난 뒤의 시점, 즉 시점 t2에서 컨버터부(200)를 다시 MPPT 제어한다. 여기서, ΔT1은 제어부(300)에 미리 설정되어 있을 수 있으며, 예를 들어 15분, 30분, 50분 등으로 설정될 수 있다.
제어부(300)가 시점 t2에서 컨버터부(200)를 다시 MPPT 제어하는 이유는, 제어부(300)가 컨버터부(200)를 MPPT 제어해서 컨버터부(200)로 하여금 MPPT 전력 전달 경로를 형성하도록 하는 경우와, 컨버터부(200)를 MPPT 제어하지 않고 컨버터부(200)로 하여금 바이패스 전력 전달 경로를 형성하도록 하는 경우 중 어느 경우에 부하(10)로의 전력 전달 효율이 더 높은지를 다시 판단하기 위함이다.
상술한 바와 같이, 종래의 태양광 발전 시스템에서는 컨버터부가 일단 바이패스 전력 전달 경로를 형성하면 태양광 패널의 MPPT 제어가 더 이상 이루어지지 않기 때문에 부하로의 전력 전달 효율이 극대화되기 어렵다는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는, 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)에 전력이 전달되고, 그로부터 소정의 시간 ΔT1이 지나면 제어부(300)는 컨버터부(200)를 강제로 MPPT 제어하는 것이다. 이에 따라, 시점 t2부터는 전원부(100)에서 생성되는 전력이 MPPT 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달될 수 있다.
제어부(300)는, 전원부(100)에서 생성되는 전력이 MPPT 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되도록 한 시점 t2에서 소정의 시간 ΔT2가 지난 뒤의 시점, 즉 시점 t3에서, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp에서 컨버터부(200)의 출력전압 Vout을 감산한 값이 0보다 크고 미리 설정된 기준전압 Vref보다 작은지 여부를 다시 판단한다.
여기서, ΔT2는 제어부(300)에 미리 설정되어 있을 수 있으며, 예를 들어 0.1msec, 10msec, 100msec 등으로 설정될 수 있다. ΔT1은 MPPT 전력 전달 경로 및 바이패스 전력 전달 경로 중 전력 전달 효율이 더 우수한 경로를 통해 전력을 전달하는 시간에 해당하므로 시간 설정을 상대적으로 길게 할 필요가 있다. 이에 반해, ΔT2는 MPPT 전력 전달 경로 및 바이패스 전력 전달 경로 중 전력 전달 효율이 더 우수한 경로를 판단하기 위해서, 일시적으로 MPPT 전력 전달 경로를 통해 전력을 전달하는 시간에 해당하므로, 시간 설정을 상대적으로 짧게 할 필요가 있다. 즉, ΔT2는 ΔT1에 비해 짧게 설정되는 것이 바람직하다.
도 6에 도시된 바와 같이, 시점 t3에서 제어부(300)가 판단한 결과, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp에서 컨버터부(200)의 출력전압 Vout을 감산한 값이 0 이하이거나 미리 설정된 기준전압 Vref 이상일 경우, 제어부(300)는 컨버터부(200)를 MPPT 제어하여, 전원부(100)의 온도와 전원부(100)에 입사되는 일사량에 따라 전원부(100)에서 생성되는 전력이 최대가 되도록 상기 입력 전압 Vmp를 변화시킨다.
이는 입력 전압 Vmp에서 출력전압 Vout을 감산한 값이 0 이하일 경우에는, 제어부(300)가 컨버터부(200)를 MPPT 제어함으로써, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp가 컨버터부(200)의 출력전압 Vout보다 큰 값이 나올 수 있도록 하기 위함이다. 그리고 입력 전압 Vmp에서 출력전압 Vout을 감산한 값이 미리 설정된 기준전압 Vref 이상일 경우에는, 전원부(100)에서 생성되는 전력이 MPPT 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되는 것이, 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되는 것에 비해 전력 전달 효율이 더 높기 때문이다. 이에 따라, 시점 t3에서 입력 전압 Vmp에서 출력전압 Vout을 감산한 값이 미리 설정된 기준전압 Vref 이상일 경우, 시점 t3부터는 전원부(100)에서 생성되는 전력이 MPPT 전력 전달 경로를 통해 부하(10)에 전달된다.
본래 제어부(300)는, 시점 t3에서 소정의 시간 ΔT1이 지난 뒤의 시점, 즉 시점 t4에서 컨버터부(200)를 다시 MPPT 제어한다. 다만, 도 6에 의하면, 제어부(300)는 시점 t3부터 이미 컨버터부(200)를 MPPT 제어하고 있었기 때문에, 시점 t4에서 컨버터부(200)의 MPPT 제어를 굳이 다시 수행할 필요는 없다.
제어부(300)는, 시점 t4에서 소정의 시간 ΔT2가 지난 뒤의 시점, 즉 시점 t5에서, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp에서 컨버터부(200)의 출력전압 Vout을 감산한 값이 0보다 크고 미리 설정된 기준전압 Vref보다 작은지 여부를 다시 판단한다.
시점 t5에서 제어부(300)가 판단한 결과, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp에서 컨버터부(200)의 출력전압 Vout을 감산한 값이 0보다 크고 미리 설정된 기준전압 Vref보다 작을 경우, 제어부(300)는 컨버터부(200)를 MPPT 제어하지 않고, 컨버터부(200)로 하여금 바이패스 전력 전달 경로를 형성하도록 하여, 전원부(100)에서 생성되는 전력이 상기 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되도록 한다. 이는 입력 전압 Vmp에서 출력전압 Vout을 감산한 값이 0보다 크고 미리 설정된 기준전압 Vref보다 작을 경우에는, 전원부(100)에서 생성되는 전력이 MPPT 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되는 것보다는, 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되는 것이 전력 전달 효율이 더 높기 때문이다. 이에 따라, 시점 t5부터는 전원부(100)에서 생성되는 전력이 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)에 전달된다.
제어부(300)는, 전원부(100)에서 생성되는 전력이 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되도록 한 시점 t5에서 소정의 시간 ΔT1이 지난 뒤의 시점, 즉 시점 t6에서 컨버터부(200)를 다시 MPPT 제어한다. 제어부(300)가 시점 t6에서 컨버터부(200)를 다시 MPPT 제어하는 이유는, 제어부(300)가 컨버터부(200)를 MPPT 제어해서 컨버터부(200)로 하여금 MPPT 전력 전달 경로를 형성하도록 하는 경우와, 컨버터부(200)를 MPPT 제어하지 않고 컨버터부(200)로 하여금 바이패스 전력 전달 경로를 형성하도록 하는 경우 중 어느 경우에 부하(10)로의 전력 전달 효율이 더 높은지를 다시 판단하기 위함이다. 이에 따라, 시점 t6부터는 전원부(100)에서 생성되는 전력이 MPPT 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달된다.
제어부(300)는, 시점 t6에서 소정의 시간 ΔT2가 지난 뒤의 시점, 즉 시점 t7에서, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp에서 컨버터부(200)의 출력전압 Vout을 감산한 값이 0보다 크고 미리 설정된 기준전압 Vref보다 작은지 여부를 다시 판단한다.
상술한 바와 같이, 시점 t7에서 제어부(300)가 판단한 결과, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp에서 컨버터부(200)의 출력전압 Vout을 감산한 값이 0보다 크고 미리 설정된 기준전압 Vref보다 작을 경우, 제어부(300)는 컨버터부(200)를 MPPT 제어하지 않고, 컨버터부(200)로 하여금 바이패스 전력 전달 경로를 형성하도록 하여, 전원부(100)에서 생성되는 전력이 상기 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되도록 한다. 이 경우, 제어부(300)는 전원부(100)에서 생성되는 전력이 상기 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되도록 한 시점인 t7에서 소정의 시간 ΔT1이 지난 뒤에는 컨버터부(200)를 MPPT 제어하고, 그로부터 소정의 시간 ΔT2 이후의 시간에는, 상기 입력 전압 Vmp에서 상기 출력전압 Vout을 감산한 값이 0보다 크고 미리 설정된 기준전압보다 작은지 여부를 다시 판단한다.
이에 반해, 시점 t7에서 제어부(300)가 판단한 결과, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압 Vmp에서 컨버터부(200)의 출력전압 Vout을 감산한 값이 0 이하이거나 미리 설정된 기준전압 Vref 이상일 경우, 제어부(300)는 컨버터부(200)를 MPPT 제어하여, 전원부(100)의 온도와 전원부(100)에 입사되는 일사량에 따라 전원부(100)에서 생성되는 전력이 최대가 되도록 상기 입력 전압 Vmp를 변화시킨다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제어부(300)는 미리 설정된 시간(즉, t1, t3, t5, …)마다 컨버터부(200)를 MPPT 제어해서 부하(10)로 전력을 전달하는 경우와, 컨버터부(200)를 MPPT 제어하지 않고 부하(10)로 전력을 전달하는 경우 중 어느 경우가 전력 전달 효율이 더 높은지를 판단하고, 그 판단 결과에 따라 컨버터부(200)의 MPPT 제어 여부를 결정한다. 이러한 본 발명에 의하면, 제어부(300)가 단순히 컨버터부(200)의 MPPT 제어만 하는 경우에 비해, 그리고 제어부(300)가 컨버터부(200)를 MPPT 제어하다가 이후 MPPT 제어를 하지 않고 바이패스 전력 전달 경로를 통해서만 부하(10)로 전력이 전달되도록 하는 경우에 비해, 부하(10)로의 전력 전달 효율이 더 높아지게 된다.
도 7a는 도 2의 전원부(100)의 온도를 시간에 따라 나타낸 시뮬레이션 결과이고, 도 7b는 도 2의 전원부(100)에 입사되는 일사량을 시간에 따라 나타낸 시뮬레이션 결과이다. 전원부(100)의 온도와 전원부(100)에 입사되는 일사량에 대한 시간대는 오전 7시에서 오후 6시까지로 설정하였다.
도 7c는 도 2의 제어부가 컨버터부에 대하여 MPPT 제어만 수행한 경우와, MPPT 제어 및 바이패스 제어를 함께 수행한 경우에 달성되는 전력 변환 효율을 나타낸 시뮬레이션 결과이다.
도 7c에 의하면, 제어부(300)가 컨버터부(200)에 대하여 MPPT 제어만 수행한 경우에, 컨버터부(200)의 전력 변환 효율이 최저 89%에서 최대 95%로 나타난다는 것을 알 수 있다.
이에 반해, 도 7c에 의하면, 제어부(300)가 컨버터부(200)에 대하여 MPPT 제어 및 바이패스 제어를 함께 수행한 경우에, 컨버터부(200)의 전력 변환 효율이 전체 시간대에 걸쳐 대부분 99%로 나타난다는 것을 알 수 있다. 또한, 도 7c에 의하면, 제어부(300)가 컨버터부(200)를 MPPT 제어해서 부하(10)로 전력을 전달하는 경우와, 컨버터부(200)를 MPPT 제어하지 않고 부하(10)로 전력을 전달하는 경우 중 전력 전달 효율이 더 높은 경우를 판단하는 특정 시간에서는, 제어부(300)가 MPPT 제어만 수행한 경우의 전력 변환 효율이 나타난다는 것을 알 수 있다.
다음으로, 제어부(300)가 컨버터부(200)로 하여금 MPPT 전력 전달 경로 및 바이패스 전력 전달 경로를 형성하도록 하는 각종 실시예들에 대해 설명하기로 한다.
다시 도 2를 참고하면, 컨버터부(200)는 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압을 승압 또는 강압하여 부하(10)에 전달하는 벅-부스트 컨버터부(210)를 포함한다.
벅-부스트 컨버터부(210)는 벅-부스트 인덕터(211), 제1 벅-부스트 컨버터 스위치(212), 제2 벅-부스트 컨버터 스위치(213), 제3 벅-부스트 컨버터 스위치(214), 제4 벅-부스트 컨버터 스위치(215)를 포함할 수 있다. 여기서, 벅-부스트 인덕터(211)와 복수의 벅-부스트 컨버터 스위치(212~215)는 H-브리지를 형성할 수 있다.
벅-부스트 인덕터(211)는 전원부(100)에서 출력되는 입력 전류에 의해 전기 에너지가 충전되는 구성이다.
제1 벅-부스트 컨버터 스위치(212)는 벅-부스트 인덕터(211)의 일단과 전원부(100)에 연결되고, 제2 벅-부스트 컨버터 스위치(213)는 벅-부스트 인덕터(211)의 타단과 부하(10)에 연결된다. 또한, 제3 벅-부스트 컨버터 스위치(214)는 벅-부스트 인덕터(211)의 일단과 접지에 연결되고, 제4 벅-부스트 컨버터 스위치(215)는 벅-부스트 인덕터(211)의 타단과 접지에 연결된다.
복수의 벅-부스트 컨버터 스위치(212~215)로는, 예를 들어 반도체 스위치인 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)이 사용될 수 있다.
제어부(300)가 복수의 벅-부스트 컨버터 스위치(212~215)를 어떻게 제어하느냐에 따라서, 벅-부스트 컨버터부(210)는 입력 전압을 승압시키는 부스트 컨버터로 동작할 수도 있고, 또는 입력 전압을 강압시키는 벅 컨버터로서 동작할 수도 있다.
예를 들어, 벅-부스트 컨버터부(210)는, 제1 벅-부스트 컨버터 스위치(212)가 항상 온으로 동작하고, 제3 벅-부스트 컨버터 스위치(214)가 항상 오프로 동작하는 상태에서, 제2 벅-부스트 컨버터 스위치(213)와 제4 벅-부스트 컨버터 스위치(215)의 온오프 교번 동작에 의해 입력 전압이 승압되는 부스트 컨버터로서 동작할 수 있다.
구체적으로, 제어부(300)는 제1 벅-부스트 컨버터 스위치(212)를 온시키고, 제3 벅-부스트 컨버터 스위치(214)를 오프시킨 상태에서, 제2 벅-부스트 컨버터 스위치(213)와 제4 벅-부스트 컨버터 스위치(215)를 MPPT 제어 알고리즘에 의한 듀티비에 따라 교번으로 온오프시킬 수 있다.
제2 벅-부스트 컨버터 스위치(213)가 오프로 동작하고, 제4 벅-부스트 컨버터 스위치(215)가 온으로 동작하는 동안, 도 8a의 점선 방향으로 입력 전류가 흘러 벅-부스트 인덕터(211)에 전기 에너지가 충전된다.
이후 제2 벅-부스트 컨버터 스위치(213)가 온으로 동작하고, 제4 벅-부스트 컨버터 스위치(215)가 오프로 동작하는 동안, 도 8a의 실선 방향으로 입력 전류가 흘러 벅-부스트 인덕터(211)에 충전된 에너지와 전원부(100)로부터 출력되는 입력 전류가 동시에 부하(10)로 전달되면서 입력 전압이 승압된다.
이와 같이 제어부(300)는 벅-부스트 컨버터부(210)를 MPPT 제어해서, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압이 벅-부스트 컨버터부(210)에 의해 승압되는 과정을 거쳐 부하(10)로 전달되는 MPPT 전력 전달 경로를 형성할 수 있다.
또는, 벅-부스트 컨버터부(210)는, 제2 벅-부스트 컨버터 스위치(213)가 항상 온으로 동작하고, 제4 벅-부스트 컨버터 스위치(215)가 항상 오프로 동작하는 상태에서, 제1 벅-부스트 컨버터 스위치(212)와 제3 벅-부스트 컨버터 스위치(214)의 온오프 교번 동작에 의해 입력 전압이 강압되는 벅 컨버터로서 동작할 수 있다.
구체적으로, 제어부(300)는 제2 벅-부스트 컨버터 스위치(213)를 온시키고, 제4 벅-부스트 컨버터 스위치(215)를 오프시킨 상태에서, 제1 벅-부스트 컨버터 스위치(212)와 제3 벅-부스트 컨버터 스위치(214)를 MPPT 제어 알고리즘에 의한 듀티비에 따라 교번으로 온오프시킬 수 있다.
제1 벅-부스트 컨버터 스위치(212)가 온으로 동작하고, 제3 벅-부스트 컨버터 스위치(214)가 오프로 동작하는 동안, 도 8b에 점선으로 나타낸 바와 같이 입력 전류가 흘러 벅-부스트 인덕터(211)에는 전기 에너지가 충전되며, 그와 동시에 부하(10)에 전력이 전달된다.
이후 제1 벅-부스트 컨버터 스위치(212)가 오프로 동작하고, 제3 벅-부스트 컨버터 스위치(214)가 온으로 동작하는 동안, 도 8b에 실선으로 나타낸 바와 같이 입력 전류가 흘러 벅-부스트 인덕터(211)에 충전된 에너지가 방출된다. 상기 제1 벅-부스트 컨버터 스위치(212)와 제3 벅-부스트 컨버터 스위치(214)의 온오프 동작이 교번으로 반복되면서, 전원부(100)에서 출력되는 입력 전압은 강압되어 부하(10)로 전달된다.
이와 같이 제어부(300)는 벅-부스트 컨버터부(210)를 MPPT 제어해서, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압이 벅-부스트 컨버터부(210)에 의해 강압되는 과정을 거쳐 부하(10)로 전달되는 MPPT 전력 전달 경로를 형성할 수 있다.
한편, 제어부(300)는 바이패스 전력 전달 경로를 형성하기 위해 벅-부스트 컨버터부(210)를 MPPT 제어하지 않고, 단순히 제1 벅-부스트 컨버터 스위치(212)와 제2 벅-부스트 컨버터 스위치(213)를 온시키고, 제3 벅-부스트 컨버터 스위치(214)와 제4 벅-부스트 컨버터 스위치(215)를 오프시킬 수 있다.
이 경우 전원부(100)에서 출력되는 입력 전류는 도 8c에 실선으로 나타낸 바와 같이 흐르게 된다. 이때 제1 벅-부스트 컨버터 스위치(212), 제2 벅-부스트 컨버터 스위치(213), 제3 벅-부스트 컨버터 스위치(214) 및 제4 벅-부스트 컨버터 스위치(215)는 듀티비에 따라 교번으로 온오프되는 것이 아니라, 제1 벅-부스트 컨버터 스위치(212)와 제2 벅-부스트 컨버터 스위치(213)는 온 상태를 유지하게 되고, 제3 벅-부스트 컨버터 스위치(214)와 제4 벅-부스트 컨버터 스위치(215)는 오프 상태를 유지하게 되며, 벅-부스트 인덕터(211)는 단락 상태로 동작하게 된다. 이에 따라, 전원부(100)에서 생성되는 전력이 벅-부스트 컨버터 스위치(212~215)에 의한 스위칭 손실, 벅-부스트 인덕터(211)의 코어 손실 및 도통 손실 등 없이 부하(10)에 그대로 전달되게 된다.
이와 같이 제어부(300)는 벅-부스트 컨버터부(210)를 MPPT 제어하지 않고 상기 벅-부스트 컨버터부(210)로 하여금 바이패스 전력 전달 경로(즉, 도 8c의 실선 경로)를 형성하도록 하여, 전원부(100)에서 생성되는 전력이 상기 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되도록 할 수 있다. 즉, 제어부(300)는 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압이 벅-부스트 컨버터부(210)에 의해 변환되는 과정을 거치지 않고 부하(10)에 그대로 전달되는 바이패스 전력 전달 경로를 형성할 수도 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 시스템(1000a)은 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압을 저장하는 입력측 저장부(Ca1)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 입력측 저장부(Ca1)의 일단은 전원부(100) 및 제1 벅-부스트 컨버터 스위치(212)에 연결되고, 입력측 저장부(Ca1)의 타단은 접지에 연결될 수 있다. 입력측 저장부(Ca1)는 전원부(100)에서 출력되는 입력 전압에 노이즈가 끼거나 상기 입력 전압이 흔들리는 상황에서 부하(10)에 안정적인 직류전압이 공급될 수 있도록 하는 역할을 하며, 이를 위해 입력측 저장부(Ca1)는 커패시터를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 시스템(1000a)은 벅-부스트 컨버터부(210)의 출력전압을 저장하는 출력측 저장부(Ca2)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 출력측 저장부(Ca2)의 일단은 제2 벅-부스트 컨버터 스위치(213) 및 부하(10)에 연결되고, 출력측 저장부(Ca2)의 타단은 접지에 연결될 수 있다. 출력측 저장부(Ca2)는 벅-부스트 컨버터부(210)의 출력전압에 노이즈가 끼거나 상기 출력전압이 흔들리는 상황에서 부하(10)에 안정적인 직류전압이 공급될 수 있도록 하는 역할을 하며, 이를 위해 출력측 저장부(Ca2)는 커패시터를 포함할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 시스템을 나타낸 도면이다.
도 9에 나타낸 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 시스템(1000b)은, 도 2에 나타낸 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 시스템(1000a)과 마찬가지로, 전원부(100), 컨버터부(200) 및 제어부(300)를 포함하며, 이들 구성이 수행하는 기능은 전술한 바와 동일하다. 도 9에 나타낸 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 시스템(1000b)은 도 2에 나타낸 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 시스템(1000a)과 비교해서 컨버터부(200)의 세부 구성만 상이하므로, 이하에서는 이에 대해서 중점적으로 설명하기로 한다.
도 9을 참고하면, 컨버터부(200)는 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압을 부하(10)에 전달하는 제1 부스트 컨버터부(220)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 부스트 컨버터부(220)는 제1 부스트 인덕터(221), 제1 부스트 역전류 방지 소자(222) 및 제1 부스트 컨버터 스위치(223)를 포함할 수 있다.
제1 부스트 인덕터(221)의 일단은 전원부(100)에 연결되고, 제1 부스트 인덕터(221)의 타단은 제1 부스트 컨버터 스위치(223)의 일단에 연결되며, 전원부(100)에서 출력되는 입력 전류에 의해 전기 에너지가 충전되는 구성이다.
제1 부스트 역전류 방지 소자(222)는 부하(10)에서 제1 부스트 인덕터(221) 방향으로 역방향 전류가 흐르는 것을 방지하기 위한 구성이다. 제1 부스트 역전류 방지 소자(222)로는 다이오드, FET 등의 소자가 사용될 수 있다.
제1 부스트 컨버터 스위치(223)의 일단은 제1 부스트 인덕터(221)의 타단과 제1 부스트 역전류 방지 소자(222)의 일단에 연결되고, 제1 부스트 컨버터 스위치(223)의 타단은 접지에 연결된다. 제1 부스트 컨버터 스위치(223)로는, 예를 들어 반도체 스위치인 MOSFET이 사용될 수 있다.
제어부(300)는 제1 부스트 컨버터부(220)를 제어하는 구성으로서, 제1 부스트 컨버터부(220)를 MPPT 제어하여, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압이 상기 제1 부스트 컨버터부(220)에 의해 승압되는 과정을 거쳐 부하(10)로 전달되는 MPPT 전력 전달 경로를 형성할 수 있다.
구체적으로, 제어부(300)는 제1 부스트 컨버터 스위치(223)를 MPPT 제어 알고리즘에 의한 듀티비에 따라 교번으로 온오프시킬 수 있다. 제1 부스트 컨버터 스위치(223)가 온으로 동작하는 동안, 도 10a의 실선 방향으로 입력 전류가 흘러 제1 부스트 인덕터(221)에 전기 에너지가 충전된다. 이후 제1 부스트 컨버터 스위치(223)가 오프로 동작하게 되면, 도 10a의 점선 방향으로 입력 전류가 흘러 제1 부스트 인덕터(221)에 충전된 에너지와 전원부(100)로부터 출력되는 입력 전류가 동시에 부하(10)로 전달되면서 입력 전압이 승압된다.
이와 같이 제어부(300)는 제1 부스트 컨버터부(220)를 MPPT 제어해서, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압이 제1 부스트 컨버터부(220)에 의해 승압되는 과정을 거쳐 부하(10)로 전달되는 MPPT 전력 전달 경로를 형성할 수 있다.
한편, 제어부(300)는 바이패스 전력 전달 경로를 형성하기 위해 제1 부스트 컨버터부(220)를 MPPT 제어하지 않고, 단순히 제1 부스트 컨버터 스위치(223)를 오프시킬 수 있다.
이 경우 전원부(100)에서 출력되는 입력 전류는 도 10b에 실선으로 나타낸 바와 같이 흐르게 된다. 이때 제1 부스트 컨버터 스위치(223)는 듀티비에 따라 교번으로 온오프되는 것이 아니라 오프 상태를 유지하게 되며, 제1 부스트 인덕터(221)는 단락 상태로 동작하게 된다. 이에 따라, 전원부(100)에서 생성되는 전력이 제1 부스트 컨버터 스위치(223)에 의한 스위칭 손실, 제1 부스트 인덕터(221)의 코어 손실 및 도통 손실 등 없이 부하(10)에 그대로 전달되게 된다.
이와 같이 제어부(300)는 제1 부스트 컨버터부(220)를 MPPT 제어하지 않고 상기 제1 부스트 컨버터부(220)로 하여금 바이패스 전력 전달 경로(즉, 도 10b의 실선 경로)를 형성하도록 하여, 전원부(100)에서 생성되는 전력이 상기 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되도록 할 수 있다. 즉, 제어부(300)는 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압이 제1 부스트 컨버터부(220)에 의해 변환되는 과정을 거치지 않고 부하(10)에 그대로 전달되는 바이패스 전력 전달 경로를 형성할 수도 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 시스템(1000b)은 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압을 저장하는 입력측 저장부(Cb1)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 입력측 저장부(Cb1)의 일단은 전원부(100) 및 제1 부스트 인덕터(221)에 연결되고, 입력측 저장부(Cb1)의 타단은 접지에 연결될 수 있다. 입력측 저장부(Cb1)는 전원부(100)에서 출력되는 입력 전압에 노이즈가 끼거나 상기 입력 전압이 흔들리는 상황에서 부하(10)에 안정적인 직류전압이 공급될 수 있도록 하는 역할을 하며, 이를 위해 입력측 저장부(Cb1)는 커패시터를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 시스템(1000b)은 제1 부스트 컨버터부(220)의 출력전압을 저장하는 출력측 저장부(Cb2)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 출력측 저장부(Cb2)의 일단은 제1 부스트 역전류 방지 소자(222)의 타단 및 부하(10)에 연결되고, 출력측 저장부(Cb2)의 타단은 접지에 연결될 수 있다. 출력측 저장부(Cb2)는 제1 부스트 컨버터부(220)의 출력전압에 노이즈가 끼거나 상기 출력전압이 흔들리는 상황에서 부하(10)에 안정적인 직류전압이 공급될 수 있도록 하는 역할을 하며, 이를 위해 출력측 저장부(Cb2)는 커패시터를 포함할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전력 시스템을 나타낸 도면이다.
도 11에 나타낸 본 발명의 제3 실시예에 따른 전력 시스템(1000c)은, 도 2에 나타낸 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 시스템(1000a)과 마찬가지로, 전원부(100), 컨버터부(200) 및 제어부(300)를 포함하며, 이들 구성이 수행하는 기능은 전술한 바와 동일하다. 도 11에 나타낸 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 시스템(1000c)은 도 2에 나타낸 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 시스템(1000a)과 비교해서 컨버터부(200)의 세부 구성만 상이하므로, 이하에서는 이에 대해서 중점적으로 설명하기로 한다.
도 11를 참고하면, 컨버터부(200)는 전원부(100)에 연결되는 제1 스위칭부(230), 및 상기 제1 스위칭부(230)에 연결되며 상기 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압을 부하(10)에 전달하는 벅 컨버터부(240)를 포함할 수 있다. 여기서, 벅 컨버터부(240)는 벅 컨버터 스위치(241), 벅 역전류 방지 소자(242) 및 벅 인덕터(243)를 포함할 수 있다.
벅 컨버터 스위치(241)의 일단은 제1 스위칭부(230)의 스위칭 동작에 따라 전원부(100)에 연결되거나 전원부(100)와의 연결이 차단되고, 벅 컨버터 스위치(241)의 타단은 제1 스위칭부(230)의 스위칭 동작에 따라 벅 역전류 방지 소자(242)에만 연결되거나, 벅 역전류 방지 소자(242) 및 벅 인덕터(243)의 타단에 연결될 수 있다. 벅 컨버터 스위치(241)로는 MOSFET이 사용될 수 있다.
벅 역전류 방지 소자(242)의 일단은 제1 스위칭부(230)의 스위칭 동작에 따라 접지에 연결되거나 전원부(100)에 연결되고, 벅 역전류 방지 소자(242)의 타단은 벅 컨버터 스위치(241)의 타단에 연결된다. 벅 역전류 방지 소자(242)로는 다이오드, FET 등의 소자가 사용될 수 있다.
벅 인덕터(243)의 일단은 벅 컨버터 스위치(241)의 타단에 연결되고, 벅 인덕터(243)의 타단은 부하(10)에 연결된다.
한편, 제1 스위칭부(230)는 제1 스위치(231), 제2 스위치(232) 및 제3 스위치(233)를 포함할 수 있다.
제1 스위치(231)의 일단은 접지에 연결되고, 제1 스위치(231)의 타단은 제어부(300)에 의해 제어되는 스위칭 동작에 따라 벅 역전류 방지 소자(242)의 일단에 연결되거나 오프된다. 여기서, 제1 스위치(231)가 오프된다는 의미는 제1 스위치(231)의 타단에 어떠한 회로 소자도 전기적으로 연결되지 않는다는 것을 의미한다.
제2 스위치(232)의 일단은 전원부(100)에 연결되고, 제2 스위치(232)의 타단은 제어부(300)에 의해 제어되는 스위칭 동작에 따라 벅 컨버터 스위치(241)의 일단에 연결되거나 벅 역전류 방지 소자(242)의 일단에 연결된다.
제3 스위치(233)의 일단은 벅 인덕터(243)의 타단에 연결되고, 제3 스위치(233)의 타단은 제어부(300)에 의해 제어되는 스위칭 동작에 따라 오프되거나 벅 컨버터 스위치(241)의 타단에 연결된다. 이때도 마찬가지로, 제3 스위치(233)가 오프된다는 의미는 제3 스위치(233)의 타단에 어떠한 회로 소자도 전기적으로 연결되지 않는다는 것을 의미한다.
또한, 본 발명의 제3 실시예에서 벅 컨버터 스위치(241)의 타단에는 벅 역전류 방지 소자(242)의 일단 및 벅 인덕터(243)의 일단이 연결된다.
제어부(300)는 제1 스위칭부(230) 및 벅 컨버터부(240)를 제어한다. 특히, 제어부(300)는 벅 컨버터부(240)를 MPPT 제어하여, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압이 상기 벅 컨버터부(240)에 의해 강압되는 과정을 거쳐 부하(10)로 전달되는 MPPT 전력 전달 경로를 형성할 수 있다.
구체적으로, 제어부(300)는 제1 스위치(231)의 타단을 벅 역전류 방지 소자(242)의 일단에 연결하여 상기 벅 역전류 방지 소자(242)의 일단이 접지에 연결되도록 하고, 제2 스위치(232)의 타단을 벅 컨버터 스위치(241)의 일단에 연결하여 전원부(100)가 벅 컨버터 스위치(241)와 연결되도록 할 수 있다. 또한, 제어부(300)는 제3 스위치(233)의 타단을 오프시켜 벅 컨버터 스위치(241)가 벅 인덕터(243)를 통해 부하(10)에 연결되도록 할 수 있다.
이 경우 제어부(300)는 벅 컨버터 스위치(241)를 MPPT 제어 알고리즘에 의한 듀티비에 따라 교번으로 온오프시킬 수 있다. 벅 컨버터 스위치(241)가 온으로 동작하는 동안, 도 12a의 점선 방향으로 입력 전류가 흘러 벅 인덕터(243)에 전기 에너지가 충전되는 동시에 부하(10)에 전력이 전달된다. 이후 벅 컨버터 스위치(241)가 오프로 동작하게 되면, 도 12a의 실선 방향으로 입력 전류가 흘러 벅 인덕터(243)에 충전된 에너지가 방출되면서 입력 전압이 강압된다.
이와 같이 제어부(300)는 제1 스위칭부(230) 및 벅 컨버터부(240)를 제어하되, 특히 벅 컨버터부(240)를 MPPT 제어해서, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압이 벅 컨버터부(240)에 의해 강압되는 과정을 거쳐 부하(10)로 전달되는 MPPT 전력 전달 경로를 형성할 수 있다.
한편, 제어부(300)는 벅 컨버터부(240)를 MPPT 제어하지 않고, 제1 스위칭부(230) 및 벅 컨버터부(240)를 단순 제어하여 바이패스 전력 전달 경로를 형성할 수 있다.
구체적으로, 제어부(300)는 제1 스위치(231)의 타단을 오프시키고, 제2 스위치(232)의 타단을 벅 역전류 방지 소자(242)의 일단에 연결시키며, 제3 스위치(233)의 타단을 벅 컨버터 스위치(241)의 타단에 연결시킬 수 있다. 또한, 제어부(300)는 벅 컨버터 스위치(241)를 오프시킬 수 있다.
이 경우 전원부(100)에서 출력되는 입력 전류는 도 12b에 실선으로 나타낸 바와 같이 벅 역전류 방지 소자(242)만을 거쳐 부하(10)에 전달된다. 이때 벅 컨버터 스위치(241)는 듀티비에 따라 교번으로 온오프되는 것이 아니라 오프 상태를 유지하게 되며, 벅 인덕터(243)로는 전류가 흐르지 않는다. 이에 따라, 전원부(100)에서 생성되는 전력이 벅 컨버터 스위치(241)에 의한 스위칭 손실, 벅 인덕터(243)의 코어 손실 및 도통 손실 등 없이 부하(10)에 그대로 전달되게 된다.
이와 같이 제어부(300)는 벅 컨버터부(240)를 MPPT 제어하지 않고, 제1 스위칭부(230) 및 벅 컨버터부(240)를 제어하여, 제1 스위칭부(230) 및 벅 컨버터부(240)로 하여금 바이패스 전력 전달 경로(즉, 도 12b의 실선 경로)를 형성하도록 하여, 전원부(100)에서 생성되는 전력이 상기 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되도록 할 수 있다. 즉, 제어부(300)는 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압이 벅 컨버터부(240)에 의해 변환되는 과정을 거치지 않고 부하(10)에 그대로 전달되는 바이패스 전력 전달 경로를 형성할 수도 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 전력 시스템(1000c)은 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압을 저장하는 입력측 저장부(Cc1)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 입력측 저장부(Cc1)의 일단은 벅 컨버터 스위치(241)의 일단에 연결되고, 입력측 저장부(Cc1)의 타단은 벅 역전류 방지 소자(242)의 일단에 연결될 수 있다. 입력측 저장부(Cc1)는 전원부(100)에서 출력되는 입력 전압에 노이즈가 끼거나 상기 입력 전압이 흔들리는 상황에서 부하(10)에 안정적인 직류전압이 공급될 수 있도록 하는 역할을 하며, 이를 위해 입력측 저장부(Cc1)는 커패시터를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제3 실시예에 따른 전력 시스템(1000c)은 벅 컨버터부(240)의 출력전압을 저장하는 출력측 저장부(Cc2)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 출력측 저장부(Cc2)의 일단은 벅 인덕터(243)의 타단 및 부하(10)에 연결되고, 출력측 저장부(Cc2)의 타단은 접지에 연결될 수 있다. 출력측 저장부(Cc2)는 벅 컨버터부(240)의 출력전압에 노이즈가 끼거나 상기 출력전압이 흔들리는 상황에서 부하(10)에 안정적인 직류전압이 공급될 수 있도록 하는 역할을 하며, 이를 위해 출력측 저장부(Cc2)는 커패시터를 포함할 수 있다.
도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전력 시스템을 나타낸 도면이다.
도 13에 나타낸 본 발명의 제4 실시예에 따른 전력 시스템(1000d)은, 도 2에 나타낸 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 시스템(1000a)과 마찬가지로, 전원부(100), 컨버터부(200) 및 제어부(300)를 포함하며, 이들 구성이 수행하는 기능은 전술한 바와 동일하다. 도 13에 나타낸 본 발명의 제4 실시예에 따른 전력 시스템(1000d)은 도 2에 나타낸 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 시스템(1000a)과 비교해서 컨버터부(200)의 세부 구성만 상이하므로, 이하에서는 이에 대해서 중점적으로 설명하기로 한다.
도 13을 참고하면, 컨버터부(200)는 전원부(100)에 연결되는 제2 스위칭부(250), 및 상기 제2 스위칭부(250)에 연결되며 상기 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압을 승압하여 부하(10)에 전달하는 제2 부스트 컨버터부(260)를 포함할 수 있다. 여기서, 제2 부스트 컨버터부(260)는 제2 부스트 인덕터(261), 제2 부스트 컨버터 스위치(262) 및 제2 부스트 역전류 방지 소자(263)를 포함할 수 있다.
제2 부스트 인덕터(261)의 일단은 제2 스위칭부(250)의 스위칭 동작에 따라 전원부(100)에 연결되거나 전원부(100)와의 연결이 차단되고, 제2 부스트 인덕터(261)의 타단은 제2 스위칭부(250)의 스위칭 동작에 따라 전원부(100)에 연결되거나 제2 부스트 컨버터 스위치(262)에 연결된다. 제2 부스트 인덕터(261)는 전원부(100)에서 출력되는 입력 전류에 의해 전기 에너지가 충전될 수 있다.
제2 부스트 컨버터 스위치(262)의 일단은 제2 스위칭부(250)의 스위칭 동작에 따라 제2 부스트 인덕터(261)의 타단에 연결되거나 전원부(100)에 연결된다. 제2 부스트 컨버터 스위치(262)의 타단은 접지에 연결된다. 제2 부스트 컨버터 스위치(262)로는, 예를 들어 반도체 스위치인 MOSFET이 사용될 수 있다.
제2 부스트 역전류 방지 소자(263)의 일단은 제2 스위칭부(250)의 스위칭 동작에 따라 제2 부스트 인덕터(261)의 타단 및 제2 부스트 컨버터 스위치(262)의 일단에 연결된다. 제2 부스트 역전류 방지 소자(263)의 타단은 부하(10)에 연결된다. 제2 부스트 역전류 방지 소자(263)는 부하(10)로부터 제2 부스트 인덕터(261) 방향으로 역방향 전류가 흐르는 것을 방지한다. 이를 위해 제2 부스트 역전류 방지 소자(263)로는 다이오드, FET 등의 소자가 사용될 수 있다.
한편, 제2 스위칭부(250)는 제4 스위치(251) 및 제5 스위치(252)를 포함할 수 있다.
제4 스위치(251)의 일단은 전원부(100)에 연결되고, 제4 스위치(251)의 타단은 제어부(300)에 의해 제어되는 스위칭 동작에 따라 제2 부스트 인덕터(261)의 일단에 연결되거나 오프된다. 여기서, 제4 스위치(251)가 오프된다는 의미는 제4 스위치(251)의 타단에 어떠한 회로 소자도 전기적으로 연결되지 않는다는 것을 의미한다.
제5 스위치(252)의 일단은 제2 부스트 컨버터 스위치(262)의 일단 및 제2 부스트 역전류 방지 소자(263)의 일단에 연결되고, 제5 스위치(252)의 타단은 제어부(300)에 의해 제어되는 스위칭 동작에 따라 전원부(100)에 연결되거나 제2 부스트 인덕터(261)의 타단에 연결된다.
제어부(300)는 제2 스위칭부(250) 및 제2 부스트 컨버터부(260)를 제어한다. 특히, 제어부(300)는 제2 부스트 컨버터부(260)를 MPPT 제어하여, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압이 상기 제2 부스트 컨버터부(260)에 의해 승압되는 과정을 거쳐 부하(10)로 전달되는 MPPT 전력 전달 경로를 형성할 수 있다.
구체적으로, 제어부(300)는 제4 스위치(251)의 타단을 제2 부스트 인덕터(261)의 일단에 연결하고, 제5 스위치(252)의 타단을 제2 부스트 인덕터(261)의 타단에 연결할 수 있다.
이 경우 제어부(300)는 제2 부스트 컨버터 스위치(262)를 MPPT 제어 알고리즘에 의한 듀티비에 따라 교번으로 온오프시킬 수 있다. 제2 부스트 컨버터 스위치(262)가 온으로 동작하는 동안, 도 14a의 실선 방향으로 입력 전류가 흘러 제2 부스트 인덕터(261)에 전기 에너지가 충전된다. 이후 제2 부스트 컨버터 스위치(262)가 오프로 동작하게 되면, 도 14a의 점선 방향으로 입력 전류가 흘러 제2 부스트 인덕터(261)에 충전된 에너지와 전원부(100)로부터 출력되는 입력 전류가 동시에 부하(10)로 전달되면서 입력 전압이 승압된다.
이와 같이 제어부(300)는 제2 스위칭부(250) 및 제2 부스트 컨버터부(260)를 제어하되, 특히 제2 부스트 컨버터부(260)를 MPPT 제어해서, 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압이 제2 부스트 컨버터부(260)에 의해서 승압되는 과정을 거쳐 부하(10)로 전달되는 MPPT 전력 전달 경로를 형성할 수 있다.
한편, 제어부(300)는 제2 부스트 컨버터부(260)를 MPPT 제어하지 않고, 제2 스위칭부(250) 및 제2 부스트 컨버터부(260)를 단순 제어하여 바이패스 전력 전달 경로를 형성할 수 있다.
구체적으로, 제어부(300)는 제4 스위치(251)의 타단을 오프시키고, 제5 스위치(252)의 타단을 전원부(100)에 연결시킬 수 있다. 또한, 제어부(300)는 제2 부스트 컨버터 스위치(262)를 오프시킬 수 있다.
이 경우 전원부(100)에서 출력되는 입력 전류는 도 14b에 실선으로 나타낸 바와 같이 제2 부스트 역전류 방지 소자(263)만을 거쳐 부하(10)에 전달된다. 이때 제2 부스트 컨버터 스위치(262)는 듀티비에 따라 교번으로 온오프되는 것이 아니라 오프 상태를 유지하게 되며, 제2 부스트 인덕터(261)로는 전류가 흐르지 않는다. 이에 따라, 전원부(100)에서 생성되는 전력이 제2 부스트 컨버터 스위치(262)에 의한 스위칭 손실, 제2 부스트 인덕터(261)의 코어 손실 및 도통 손실 등 없이 부하(10)에 그대로 전달되게 된다.
이와 같이 제어부(300)는 제2 부스트 컨버터부(260)를 MPPT 제어하지 않고, 제2 스위칭부(250) 및 제2 부스트 컨버터부(260)를 제어하여, 제2 스위칭부(250) 및 제2 부스트 컨버터부(260)로 하여금 바이패스 전력 전달 경로(즉, 도 14b의 실선 경로)를 형성하도록 하여, 전원부(100)에서 생성되는 전력이 상기 바이패스 전력 전달 경로를 통해 부하(10)로 전달되도록 할 수 있다. 즉, 제어부(300)는 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압이 제2 부스트 컨버터부(260)에 의해 변환되는 과정을 거치지 않고 부하(10)에 그대로 전달되는 바이패스 전력 전달 경로를 형성할 수도 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 전력 시스템(1000d)은 전원부(100)에서 생성되는 전력의 입력 전압을 저장하는 입력측 저장부(Cd1)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 입력측 저장부(Cd1)의 일단은 제2 부스트 인덕터(261)의 일단에 연결되고, 입력측 저장부(Cd1)의 타단은 접지에 연결될 수 있다. 입력측 저장부(Cd1)는 전원부(100)에서 출력되는 입력 전압에 노이즈가 끼거나 상기 입력 전압이 흔들리는 상황에서 부하(10)에 안정적인 직류전압이 공급될 수 있도록 하는 역할을 하며, 이를 위해 입력측 저장부(Cd1)는 커패시터를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제4 실시예에 따른 전력 시스템(1000d')은 제2 부스트 컨버터부(260)의 출력전압을 저장하는 출력측 저장부(Cd2)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 출력측 저장부(Cd2)의 일단은 제2 부스트 역전류 방지 소자(263)의 타단 및 부하(10)에 연결되고, 출력측 저장부(Cd2)의 타단은 접지에 연결될 수 있다. 출력측 저장부(Cd2)는 제2 부스트 컨버터부(260)의 출력전압에 노이즈가 끼거나 상기 출력전압이 흔들리는 상황에서 부하(10)에 안정적인 직류전압이 공급될 수 있도록 하는 역할을 하며, 이를 위해 출력측 저장부(Cd2)는 커패시터를 포함할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 위에서는 제어부(300)가 컨버터부(200)를 제어해서 MPPT 전력 전달 경로 및 바이패스 전력 전달 경로를 형성하는 4가지 실시예에 대해 설명하였으나, 이는 단순히 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐이며, MPPT 전력 전달 경로 및 바이패스 전력 전달 경로를 형성하는 실시예는 상기 4가지 실시예만으로 한정되는 것이 아니라 그 외에도 얼마든지 다양하게 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명의 기술적 사상의 범주 안에 속한다고 할 것이다.
100: 전원부
200: 컨버터부
210: 벅-부스트 컨버터부
220: 제1 부스트 컨버터부
230: 제1 스위칭부
240: 벅 컨버터부
250: 제2 스위칭부
260: 제2 부스트 컨버터부
300: 제어부

Claims (12)

  1. 전력을 생성하는 전원부;
    입력단은 상기 전원부에 연결되고, 출력단은 부하에 연결되며, 상기 전원부에서 생성되는 전력의 입력 전압을 상기 부하에 전달하는 컨버터부; 및
    상기 컨버터부를 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어해서, 상기 전원부의 온도와 상기 전원부에 입사되는 일사량에 따라 상기 전원부에서 생성되는 전력이 최대가 되도록 상기 입력 전압을 변화시키는 제어부;를 포함하며,
    상기 제어부는,
    미리 설정된 시간마다, 상기 입력 전압에서 상기 컨버터부의 출력전압을 감산한 값이 0보다 크고 미리 설정된 기준전압보다 작은지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과에 따라 상기 컨버터부의 MPPT 제어 여부를 결정하고,
    상기 제어부가 판단한 결과, 상기 미리 설정된 시간에 상기 입력 전압에서 상기 출력전압을 감산한 값이 0보다 크고 미리 설정된 기준전압보다 작을 경우,
    상기 제어부는, 상기 컨버터부를 MPPT 제어하지 않고, 상기 컨버터부로 하여금 바이패스 전력 전달 경로를 형성하도록 하여, 상기 전원부에서 생성되는 전력이 상기 바이패스 전력 전달 경로를 통해 상기 부하로 전달되도록 하고,
    상기 제어부가 판단한 결과, 상기 미리 설정된 시간에 상기 입력 전압에서 상기 출력전압을 감산한 값이 0 이하이거나 상기 미리 설정된 기준전압 이상일 경우,
    상기 제어부는, 상기 컨버터부를 MPPT 제어하여, 상기 전원부의 온도와 상기 전원부에 입사되는 일사량에 따라 상기 전원부에서 생성되는 전력이 최대가 되도록 상기 입력 전압을 변화시키는 것을 특징으로 하는 고효율 최대 전력점 추종 제어 알고리즘을 구비한 전력 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전원부에서 생성되는 전력이 상기 바이패스 전력 전달 경로를 통해 상기 부하로 전달되도록 한 시점에서 소정의 시간이 지난 뒤에는 상기 컨버터부를 MPPT 제어하고,
    상기 미리 설정된 시간에, 상기 입력 전압에서 상기 컨버터부의 출력전압을 감산한 값이 0보다 크고 미리 설정된 기준전압보다 작은지 여부를 다시 판단하는 것을 특징으로 하는 고효율 최대 전력점 추종 제어 알고리즘을 구비한 전력 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터부는,
    상기 입력 전압을 상기 부하에 전달하는 벅-부스트 컨버터부를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 벅-부스트 컨버터부를 제어하여,
    상기 입력 전압이 상기 벅-부스트 컨버터부에 의해 승압되는 과정을 거쳐 상기 부하로 전달되도록 하거나,
    상기 입력 전압이 상기 벅-부스트 컨버터부에 의해 강압되는 과정을 거쳐 상기 부하로 전달되도록 하거나,
    상기 입력 전압이 상기 벅-부스트 컨버터부에 의해 변환되는 과정을 거치지 않고 상기 부하로 전달되도록 하는 것을 특징으로 하는 고효율 최대 전력점 추종 제어 알고리즘을 구비한 전력 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 벅-부스트 컨버터부는,
    상기 전원부에서 출력되는 전류에 의해 충전되는 벅-부스트 인덕터;
    상기 벅-부스트 인덕터의 일단과 상기 전원부에 연결되는 제1 벅-부스트 컨버터 스위치;
    상기 벅-부스트 인덕터의 타단과 상기 부하에 연결되는 제2 벅-부스트 컨버터 스위치;
    상기 벅-부스트 인덕터의 일단과 접지에 연결되는 제3 벅-부스트 컨버터 스위치; 및
    상기 벅-부스트 인덕터의 타단과 상기 접지에 연결되는 제4 벅-부스트 컨버터 스위치;를 포함하는 고효율 최대 전력점 추종 제어 알고리즘을 구비한 전력 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터부는,
    상기 입력 전압을 상기 부하에 전달하는 제1 부스트 컨버터부를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 제1 부스트 컨버터부를 제어하여,
    상기 입력 전압이 상기 제1 부스트 컨버터부에 의해 승압되는 과정을 거쳐 상기 부하로 전달되도록 하거나,
    상기 입력 전압이 상기 제1 부스트 컨버터부에 의해 변환되는 과정을 거치지 않고 상기 부하로 전달되도록 하는 것을 특징으로 하는 고효율 최대 전력점 추종 제어 알고리즘을 구비한 전력 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 부스트 컨버터부는,
    일단이 상기 전원부에 연결되어 상기 전원부에서 출력되는 전류에 의해 충전되는 제1 부스트 인덕터;
    상기 부하에서 상기 제1 부스트 인덕터 방향으로 역방향 전류가 흐르는 것을 방지하는 제1 부스트 역전류 방지 소자; 및
    일단은 상기 제1 부스트 인덕터의 타단과 상기 제1 부스트 역전류 방지 소자에 연결되고, 타단은 접지에 연결되는 제1 부스트 컨버터 스위치;를 포함하는 고효율 최대 전력점 추종 제어 알고리즘을 구비한 전력 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터부는,
    상기 전원부에 연결되는 제1 스위칭부; 및
    상기 제1 스위칭부에 연결되며, 상기 입력 전압을 상기 부하에 전달하는 벅 컨버터부;를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 제1 스위칭부 및 상기 벅 컨버터부를 제어하여,
    상기 입력 전압이 상기 벅 컨버터부에 의해 강압되는 과정을 거쳐 상기 부하로 전달되도록 하거나,
    상기 입력 전압이 상기 벅 컨버터부에 의해 변환되는 과정을 거치지 않고 상기 부하로 전달되도록 하는 것을 특징으로 하는 고효율 최대 전력점 추종 제어 알고리즘을 구비한 전력 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 벅 컨버터부는,
    일단이 상기 제1 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 상기 전원부에 연결되거나 상기 전원부와의 연결이 차단되는 벅 컨버터 스위치;
    일단은 상기 제1 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 접지에 연결되거나 상기 전원부에 연결되고, 타단은 상기 벅 컨버터 스위치의 타단에 연결되는 벅 역전류 방지 소자; 및
    일단은 상기 벅 컨버터 스위치의 타단에 연결되고, 타단은 상기 부하에 연결되는 벅 인덕터;를 포함하는 고효율 최대 전력점 추종 제어 알고리즘을 구비한 전력 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터부는,
    상기 전원부에 연결되는 제2 스위칭부; 및
    상기 제2 스위칭부에 연결되며, 상기 입력 전압을 상기 부하에 전달하는 제2 부스트 컨버터부;를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 제2 스위칭부 및 상기 제2 부스트 컨버터부를 제어하여,
    상기 입력 전압이 상기 제2 부스트 컨버터부에 의해 승압되는 과정을 거쳐 상기 부하로 전달되도록 하거나,
    상기 입력 전압이 상기 제2 부스트 컨버터부에 의해 변환되는 과정을 거치지 않고 상기 부하로 전달되도록 하는 것을 특징으로 하는 고효율 최대 전력점 추종 제어 알고리즘을 구비한 전력 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 부스트 컨버터부는,
    일단이 상기 제2 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 상기 전원부에 연결되거나 상기 전원부와의 연결이 차단되는 제2 부스트 인덕터;
    상기 제2 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 상기 제2 부스트 인덕터의 타단에 연결되거나 상기 전원부에 연결되는 제2 부스트 컨버터 스위치; 및
    상기 부하로부터 상기 제2 부스트 인덕터 방향으로 역방향 전류가 흐르는 것을 방지하는 제2 부스트 역전류 방지 소자;를 포함하는 고효율 최대 전력점 추종 제어 알고리즘을 구비한 전력 시스템.

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