KR102631455B1 - 태양광 연계 에너지 저장 시스템용 dc-dc 컨버터 및 그 제어방법 - Google Patents
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Abstract
일 실시 예에 따라, 태양광 연계 에너지 저장 시스템에서, 리플을 보상하는 DC-DC 컨버터 및 그 제어방법이 개시된다. 구체적으로 단상 인버터와 컨버터가 연결되는 DC 링크에 발생하는 리플을 보상하는 DC-DC 컨버터가 개시된다. DC-DC 컨버터는 DC 링크에서 획득되는 DC 링크 전압의 유효 전력 성분 또는 평균 전압을 이용하여 리플을 보상할 수 있다.
Description
본 개시에서는 태양광 연계 에너지 저장 시스템에서, 리플을 보상하는 DC-DC 컨버터 및 그 제어방법에 관해 개시된다.
최근 환경 보호에 대한 의식이 높아짐에 따라, 이산화탄소 등 오염물질 배출 없이 전기를 발생시키는 방법에 대한 관심이 대두되고 있다. 특히, 태양광을 이용한 발전시스템의 경우 기술 발전에 힘입어 기술의 개발 및 설치비용이 저렴해 지면서 점점 보급이 확대되고 있다.
이러한 태양광 발전 시스템은 복수개의 태양광 전지셀이 모여 복수의 태양광 전지모듈(photovoltaic module)을 구성하는데, 복수의 태양광 전지모듈에서 생성되는 DC전력은 인버터를 거처 AC전력으로 변환되어 가정 및 산업 시설에서 바로 이용될 수 있다.
한편, 태양광 발전의 경우 태양광이 존재하지 않는 밤 시간이나 기상의 변화로 인해 충분한 발전이 이루어지지 않는, 전력 생산의 공백기가 발생할 수 밖에 없다. 따라서, 이러한 단점을 보완하고자 태양광 발전 시스템에는 필수적으로 배터리를 달아 안정적인 전력 공급이 가능하도록 한다.
그런데, 단상 전력 그리드에 단상 인버터가 연결되는 경우 DC 링크에 리플이 발생할 수 있다는 문제점이 있었다.
본 개시는 태양광 연계 에너지 저장 시스템에서, DC 링크 리플을 보상하는 DC-DC 컨버터 및 그 제어방법이 개시될 수 있다. 구체적으로, 단상 그리드로 연계시 발생하는 리플을 보상하는 DC-DC 컨버터 및 그 제어 방법이 개시된다. 물론, 해결하려는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 기술적 과제들이 더 포함될 수 있다.
제 1 측면에 따른 DC-DC 컨버터는 태양광 전원이 인가되는 DC 링크; 복수의 스위치를 포함하는 컨버팅 회로; 및
상기 컨버팅 회로와 연결된 배터리의 전력을 이용하여, 상기 DC 링크에 인가되는 DC 링크 전압의 리플을 보상하는 프로세서;를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 DC 링크 전압의 유효 전력 성분을 획득하고, 상기 유효 전력 성분을 이용하여 획득된 제어 신호를 상기 컨버팅 회로에 인가하여 상기 리플을 보상할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는 상기 DC 링크 전압을 알파 신호 및 베타 신호로 분리하고, 상기 알파 신호 및 상기 베타 신호에 대한 동기 변환을 통해 상기 유효 전력 성분을 획득할 수 있다.
또한, 상기 알파 신호 및 상기 베타 신호는 90도의 위상차를 가질 수 있다.
또한, 상기 프로세서는 비례 적분 제어를 통해 상기 유효 전력 성분으로부터 상기 제어 신호를 획득할 수 있다.
또한, 상기 DC 링크에는 단상 그리드(grid)로 전력을 공급하는 단상 인버터가 연결되고, 상기 리플은 상기 단상 그리드에의해 발생될 수 있다.
또한, 상기 DC 링크에는 단상 그리드(grid)로 전력을 공급하는 단상 인버터가 연결되고, 상기 프로세서는 상기 단상 그리드에서 이용되는 주파수의 2배에 대응되는 크기의 주파수 성분을 상기 DC 링크 전압으로부터 획득하고, 상기 획득된 주파수 성분으로부터 상기 유효 전력 성분을 획득할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는 동기 변환 및 동기 역변환을 통해 상기 제어 신호를 획득할 수 있다.
또한, 상기 제어 신호는 PWM(pulse width modulation) 신호를 포함할 수 있다.
또한, 상기 컨버팅 회로는 직렬로 연결된 제 1 FET(field effect transistor) 및 제 2 FET를 포함할 수 있다.
또한, 상기 컨버팅 회로는 상기 태양광 전원으로부터 수신된 전력을 변환하여 상기 배터리에 공급할 수 있다.
제 2 측면에 따른 DC-DC 컨버터 제어 방법은 태양광 전원이 인가되는 DC 링크로부터 DC 링크 전압을 수신하는 단계; 상기 DC 링크 전압의 유효 전력 성분을 획득하는 단계; 상기 유효 전력 성분을 이용하여 상기 DC 링크 전압에 포함된 리플을 보상하기 위한 제어 신호를 획득하는 단계; 및 복수의 스위치를 포함하는 컨버팅 회로에 상기 제어 신호를 인가하여 상기 DC 링크 전압에 포함된 상기 리플을 보상하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 제 3 측면은, 제 2 측면의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공할 수 있다.
또한, 제 4 측면에 따른 DC-DC 컨버터는 태양광 전원이 인가되는 DC 링크;
복수의 스위치를 포함하는 컨버팅 회로; 및 상기 컨버팅 회로와 연결된 배터리의 전력을 이용하여, 상기 DC 링크에 인가되는 DC 링크 전압의 리플을 보상하는 프로세서;를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 DC 링크 전압의 평균 전압을 획득하고, 상기 DC 링크 전압과 상기 평균 전압의 차이 값을 이용해서 제어 신호를 상기 컨버팅 회로에 인가하여 상기 리플을 보상할 수 있다.
본 개시는 태양광 연계 에너지 저장 시스템에서, 리플을 보상하는 DC-DC 컨버터 및 그 제어 방법을 개시할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템을 설명하는 도면이다. 태양광 연계 에너지 저장 시스템은 태양광 발전 시스템의 일 예일 수 있다.
도 2는 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터가 단상 인버터와 연결되어 동작하는 일 예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터가 제어 신호를 획득하는 방법을 구체적으로 설명하는 순서도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터가 제어 신호를 획득하는 방법을 간략하게 설명하는 순서도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터가 평균 전압을 이용하여 리플을 보상하는 일 예슬 설명하는 순서도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터의 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터가 제어 신호를 획득하는 방법을 그래프를 통해 설명하는 순서도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터가 단상 인버터와 연결되어 동작하는 일 예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터가 제어 신호를 획득하는 방법을 구체적으로 설명하는 순서도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터가 제어 신호를 획득하는 방법을 간략하게 설명하는 순서도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터가 평균 전압을 이용하여 리플을 보상하는 일 예슬 설명하는 순서도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터의 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터가 제어 신호를 획득하는 방법을 그래프를 통해 설명하는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 실시 예에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나이상을 포함 할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다. 그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우 뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속＇되는 경우도 포함할 수 있다. 또한, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우 뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템을 설명하는 도면이다. 태양광 연계 에너지 저장 시스템은 태양광 발전 시스템의 일 예일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 태양광 발전 시스템은 태양광 전원(10), 단상 인버터(20), 배터리 팩(30) 및 부하(LOAD, 50)를 포함할 수 있다.
그러나, 도 1에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 태양광 발전 시스템에 더 포함될 수 있음을 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다. 예를 들면, 태양광 발전 시스템은 단상 그리드(GRID, 40)를 더 포함할 수 있다. 단상 그리드(40)는 전력망의 일종일 수 있다. 또는 다른 실시 예에 따를 경우, 도 1에 도시된 구성요소들 중 일부 구성요소는 생략될 수 있음을 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
일 실시 예에 따른 태양광 전원(10)은 태양광 전지셀이 모인 복수의 태양광 전지모듈(photovoltaic module)로 구성될 수 있으며, P형 반도체와 N형 반도체를 접합시킨 태양광 전지가 빛으로 전기를 일으킨다. 구체적으로 태양광 전지에 빛을 비추면 내부에서 전자와 정공이 발생한다. 발생된 전하들이 각각 P극과 N극으로 이동하는데 이 작용에 의해 P극과 N극 사이에 전위차가 발생하게 되며, 이때 태양광 전지에 부하(LOAD)가 연결되면 전류가 흐르게 된다. 여기서, 태양광 전지셀은 전기를 일으키는 최소단위를 의미하며, 태양광 전지셀이 모여 전지 모듈을 이루게 되며, 전지 모듈은 또 다시 직/병렬로 연결된 어레이를 형성하여 태양광 전원(10)을 구성할 수 있다.
일 실시 예에 따른 단상 인버터(20)는 광전효과에 의해 태양광 전원(10)에서 생성되는 DC(직류)전력을 단상 그리드(40) 또는 부하(50)로 전력을 공급하기 위해서, AC(교류)전력으로 변환 할 수 있다. 여기서 단상 그리드(40)는 태양광 발전 시스템에서 생산된 전력을 송, 배전하기 위한 계통(Grid)을 의미할 수 있다. 한편, 태양광 전원(10)에서 발생시키는 전력의 양은 일출 및 일몰 등의 시간적인 요인이나 기상 등의 외부적인 요인에 의해서 계속 변화하게 된다. 따라서 단상 인버터(20)는 태양광 전원(10)에서 발생한 전압을 제어하여 최대전력을 찾아 단상 그리드(40)에 공급을 할 수 있다. 이때, 단상 인버터(20)를 가동시키기 위한 전력이 단상 인버터(20)의 출력전력보다 낮은 경우가 발생하게 된다면, 단상 인버터(20)는 단상 그리드(40)의 전력을 역으로 소비할 수도 있다. 물론, 이 경우 단상 인버터는 단상 그리드(40)로 유입되는 전력을 차단하여 전력이 역전되는 현상을 방지할 수 있다. 따라서, 상술한 단상 인버터(20)의 동작이 보다 효율적으로 이루어 지도록 태양광 전원(10)로부터 최대전력을 추출할 수 있도록 하는 여러 가지 최적화(optimizer) 제어방법이 태양광 발전 시스템에 적용된다.
대표적인 태양광 전원(10)의 최대 전력점 추종(MPP:Maximum Power Point)방식으로는, PO(Perturbation and Observation)방법, IC(Incremental Conductance) 제어 방법 및 CV(Constant Voltage) 제어 방법 등이 있다. 여기서, PO 방법은 주기적으로 태양광 전원(10)의 전압과 전류를 측정하여 전력을 계산한 후 전력 값을 이용하여 MPP를 추적하는 방법이다. IC 제어 방법은 태양광 전원(10)에서 발생하는 전압과 전류를 측정하여 어레이의 단자전압 동작점의 변화에 대한 전력의 변화율이 '0'이 되도록 제어하는 방법이다. CV 제어방법은 태양광 전원(10)을 이루는 어레이의 동작전압이나 전력에 상관 없이 일정한 기준전압(ref V)으로 제어하는 방법이다. 각 최적화(optimizer) 제어방법에 따라 태양광 전원(10)에서 단상 인버터(20)로 입력되는 전원소스가 전압 소스 또는 전류 소스로 동작할 수 있다.
일 실시 예에 따른 부하(50)는 실 생활에서 사용하는 전기형태를 이용하는 제품을 의미할 수 있다. 예컨대, 단상 인버터(20)는 적절한 변환 방법이나 스위칭 소자, 제어 회로를 통해 원하는 전압과 주파수의 AC전력을 얻어, 일반 가정의 가전제품 또는 산업 시설의 기계제품들에 전기를 공급할 수 있다.
또한, 태양광 발전의 경우 태양광이 존재하지 않은 밤 시간이나 기상의 변화로 인해 충분한 발전이 이루어 지지 않는, 전력 생산의 공백기가 발생할 수 밖에 없다. 따라서, 이러한 단점을 보완하고자 태양광 발전 시스템에는 필수적으로 배터리를 달아 안정적인 전력 공급이 가능하도록 한다.
일 실시 예에 따른 배터리 팩(30)은 DC-DC 컨버터, 배터리, 배터리 매니지먼트 시스템(BMS) 및 배터리 제어 회로 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
배터리는 리튬이온전지 또는 니켈수소전지로 구성될 수 있으나, 반드시 이러한 구성에 한정되는 것은 아니며, 충전을 통해 반영구적으로 사용 가능한 전지를 의미 할 수 있다.
DC-DC 컨버터는 태양광 전원(10)을 통해 생산된 DC 전력이 배터리에 적절한 DC 전력으로 변환되도록 할 수 있는 장치로, 일반적으로 DC 전력을 AC 전력으로 변환한 뒤 다시 AC전력을 DC 전력으로 역변환 하는 방식으로 전력을 변환한다.
배터리 매니지먼트 시스템(BMS)은 배터리를 구성하고 있는 셀(cell)의 오사용 방지(protection)기능과 단위전지 간의 균등화(balancing), 충전 잔량 측정(SOC : State of Chare), 온도유지관리 또는 시스템모니터링 기능을 제공할 수 있다. 따라서, 셀의 상태를 측정하는 센서와 센서의 측정값을 수신하여 응용제품의 제어시스템에 전달하는 기능을 바탕으로, 시스템의 온도 및 충전상태 등이 설정된 값을 초과하면 이상신호를 발생시키고 셀 간의 전력회로를 차단, 개방하는 회로를 구축하고 제어할 수 있다.
한편, 단상 인버터(20) 및 배터리 팩(30)은 디스플레이 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 사용자는 디스플레이 장치를 통해서 태양광 패널의 전력 수급 상태, 역결선 여부, 슬립 모드 동작 여부 또는 배터리의 충전상태(State Of Charge) 등을 확인 할 수 있다. 한편, 디스플레이 장치는 액정 디스플레이(liquid crystal display), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 전기영동 디스플레이(electrophoretic display) 등일 수 있다. 또한, 디스플레이 장치는 구현 형태에 따라 2개 이상의 디스플레이를 포함할 수 있다. 또한, 디스플레이의 터치패드가 레이어 구조를 이루어 터치 스크린으로 구성되는 경우, 디스플레이는 출력 장치 이외에 입력 장치로도 사용될 수 있다.
또한, 단상 인버터(20) 및 배터리 팩(30)은 유선 통신 또는 무선 통신을 통해 상호 통신을 수행할 수 있다. 예컨대 단상 인버터(20) 및 배터리 팩(30)은 와이파이 칩, 블루투스 칩, 무선 통신 칩, NFC 칩 등을 포함할 수 있다. 물론, 단상 인버터(20) 및 배터리 팩(30)은 와이파이 칩, 블루투스 칩, 무선 통신 칩, NFC 칩 등을 이용하여 각종 외부기기와 통신을 수행할 수 있다. 와이파이 칩, 블루투스 칩은 각각 Wi-Fi 방식, 블루투스 방식으로 통신을 수행할 수 있다. 와이파이 칩이나 블루투스 칩을 이용하는 경우에는 SSID 및 세션 키 등과 같은 각종 연결 정보를 먼저 송수신하여, 이를 이용하여 통신 연결한 후 각종 정보들을 송수신할 수 있다. 무선 통신 칩은 IEEE, 지그비, 3G(3rd Generation), 3GPP(3rd Generation Partnership Project), LTE(Long Term Evolution) 등과 같은 다양한 통신 규격에 따라 통신을 수행할 수 있다. NFC 칩은 135kHz, 13.56MHz, 433MHz, 860~960MHz, 2.45GHz 등과 같은 다양한 RF-ID 주파수 대역들 중에서 13.56MHz 대역을 사용하는 NFC(Near Field Communication) 방식으로 동작할 수 있다.
도 2는 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터(100)가 단상 인버터(20)와 연결되어 동작하는 일 예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 단상 인버터(20)와 DC-DC 컨버터(100)는 연결되어 동작할 수 있다. 도 2를 참조하면, DC-DC 컨버터(100)는 DC 링크(210), 컨버팅 회로(200) 및 프로세서(130)를 포함할 수 있다. 또한, DC 링크(210)는 제 1 노드(211) 및 제 2 노드(212)를 포함할 수 있다. 또한, 컨버팅 회로(200)는 제 1 스위치(221) 및 제 2 스위치(222)를 포함할 수 있다.
그러나, 도 2에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 단상 인버터(20) 또는 DC-DC 컨버터(100)에 더 포함될 수 있음을 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다. 예를 들면, DC-DC 컨버터(100)는 메모리(미도시)를 더 포함할 수 있다. 또는 다른 실시 예에 따를 경우, 도 2에 도시된 구성요소들 중 일부 구성요소는 생략될 수 있음을 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
DC 링크(210)로 태양광 전원(10)으로부터 전력이 인가될 수 있다. DC 링크(210)에는 단상 그리드(40)로 전력을 공급하는 단상 인버터(20)가 연결되고, 리플은 단상 그리드(40)에의해 발생될 수 있다. 태양광 전원(10)에서 인가되는 전력은 직류이나, 단상 인버터(20)에 연결된 단상 그리드(40)에서는 교류가 적용되기 때문에, 단상 그리드(40)에 의해 DC 링크(210)에 리플이 발생할 수 있다.
컨버팅 회로(200)는 태양광 전원(10)으로부터 수신된 전력을 변환하여 배터리(160)에 공급할 수 있다. 구체적으로 컨버팅 회로(200)는 DC 링크(210)로 인가되는 전압을 변환하여 배터리(160)로 인가할 수 있다. 또는 컨버팅 회로(200)는 배터리(160)로부터 인가되는 전압을 변환하여 DC 링크(210)로 인가할 수 있다. 예를 들면, DC-DC 컨버터(100)는 태양광 전원(10)에서 충분한 전력이 생산되는 경우, 태양광 전원(10)에서 생산된 전력을 이용해서 배터리(160)를 충전할 수 있다. 다른 예로, DC-DC 컨버터(100)는 태양광 전원(10)에서 충분한 전력이 생산되지 않고 배터리(160) 잔량이 충분한 경우, 배터리(160) 전력을 이용해서 단상 인버터(20)에 전력을 공급할 수 있다.
일 실시 예에 따른 컨버팅 회로(200)는 태양광 전원(10)으로부터 수신된 전력을 변환할 수 있다. 예를 들면, 컨버팅 회로(200)는 태양광 전원(10)으로부터 인가되는 전력의 전압을 변환할 수 있다. 구체적으로 컨버팅 회로(200)는 컨버팅 회로(200)에 포함된 복수개의 스위치(221, 222)를 이용하여 전압을 변환할 수 있다. 복수개의 스위치(221, 222)는 프로세서(130)로부터 수신되는 제어 신호에 따라 동작할 수 있다.
컨버팅 회로(200)는 커패시터, 인덕터, 저항, 스위치 등을 포함할 수 있으며, 하프 브릿지(half bridge) 또는 풀 브릿지(full bridge)로 구성될 수 있다.
프로세서(130)는 컨버팅 회로(200)와 연결된 배터리(160)의 전력을 이용하여, DC 링크(210)에 인가되는 DC 링크 전압의 리플을 보상할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(130)는 컨버팅 회로(200)에 포함되는 복수개의 스위치(221, 222)를 제어하여 DC 링크(210)에 인가되는 DC 링크 전압의 리플을 보상할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(130)는 DC 링크 전압의 유효 전력 성분을 획득하고, 유효 전력 성분을 이용하여 획득된 제어 신호를 컨버팅 회로(200)에 인가하여 리플을 보상할 수 있다.
프로세서(130)는 DC 링크 전압을 알파 신호 및 베타 신호로 분리하고, 알파 신호 및 베타 신호에 대한 동기 변환을 통해 유효 전력 성분을 획득할 수 있다. 여기서, 알파 신호 및 베타 신호는 90도의 위상차를 가질 수 있다.
프로세서(130)는 DC 링크 전압에 대한 필터링을 수행하고, 위상 변환 및 알파 신호와 베타 신호의 분리를 수행할 수 있다. 또한 프로세서(130)는 분리된 알파 신호와 베타 신호에 대한 동기 변환을 통해 유효 전력 성분을 획득하고, 유효 전력 성분에 대한 보상 지령을 병합하여 비례 적분 제어를 수행할 수 있다.
프로세서(130)는 DC 링크 전압으로터 획득한 유효 전력 성분에 비례 적분 제어를 수행함으로써, 제어 신호를 획득하고, 제어 신호를 컨버팅 회로(200)에 인가하여 리플을 보상할 수 있다.
프로세서(130)는 단상 그리드(40)에서 이용되는 주파수의 2배에 대응되는 크기의 주파수 성분을 DC 링크 전압으로부터 획득하고, 획득된 주파수 성분으로부터 유효 전력 성분을 획득할 수 있다. 또한 프로세서(130)는 특정 주파수 성분을 획득할 때 밴드 패스 필터링을 수행할 수 있다. 밴드 패스 필터링 등의 신호 변환은 디지털 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들면, 밴드 패스 필터링은 디지털 필터를 통해 수행될 수 있다.
프로세서(130)는 동기 변환 및 동기 역변환을 통해 제어 신호를 획득할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(130)는 분리된 알파 신호와 베타 신호에 대해서 동기 변환을 수행하여 유효 전력 성분을 추출할 수 있다. 또한, 프로세서(130)는 비례 적분 제어가 수행된 신호에 대해서 동기 역변환을 수행하여 제어 신호를 획득할 수 있다.
제어 신호는 PWM(pulse width modulation) 신호를 포함할 수 있다. 구체적으로 제어 신호는 복수개의 스위치(221, 222)로 인가되는 신호를 포함할 수 있으며, 복수개의 스위치(221, 222)로 인가되는 제어 신호는 구형파(square wave) 또는 펄스파의 형태일 수 있다.
컨버팅 회로(200)는 직렬로 연결된 제 1 FET(field effect transistor)(221) 및 제 2 FET(222)를 포함할 수 있다. 제 1 FET(221)와 제 2 FET(222)는 직렬로 연결될 수 있으며, 컨버팅 회로(200)는 도 2에 도시된 바와 같이 하프 브릿지로 구성될 수 있다.
도 3은 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터(100)가 제어 신호를 획득하는 방법을 구체적으로 설명하는 순서도이다.
단계 S311에서 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터(100)는 DC 링크 전압을 획득하고, 단계 S312에서 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터(100)는 단계 S311에서 획득한 DC 링크 전압에 대해서 밴드 패스 필터링을 수행할 수 있다.
단계 S313에서 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터(100)는 단상 그리드(40)에서 이용되는 주파수의 2배에 대응되는 크기의 주파수 성분을 획득하고, 단계 S321에서 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터(100)는 획득된 주파수 성분에 대해서 위상 변환을 수행할 수 있다.
단계 S322에서 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터(100)는 위상 변환된 신호를 알파 신호와 베타 신호로 분리한다. 알파 신호와 베타 신호는 기설정된 크기(예: 90도)만큼의 위상차를 가질 수 있다.
단계 S323에서 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터(100)는 분리된 알파 신호와 베타 신호에 대해서 동기 변환을 수행하고, 단계 S324에서 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터(100)는 유효 전력 성분을 추출한다.
단계 S331에서 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터(100)는 DC 링크 리플을 보상하기 위한 지령을 출력하고, 단계 S332에서 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터(100)는 단계 S331에서 출력된 지령과 단계 S324에서 추출된 유효 전력 성분을 이용하여 비례 적분 제어를 수행한다.
단계 S333에서 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터(100)는 비례 적분 제어의 수행 결과에 대해 동기 역변환을 수행하고, 단계 S341에서 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터(100)는 DC-DC 컨버터(100)를 제어하기 위한 신호를 획득하고, 단계 S342에서 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터(100)는 단계 S333에서 획득된 신호와 단계 S341에서 획득된 신호를 이용하여 제 1 스위치(221) 및 제 2 스위치(222)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다.
단계 S311, 단계 S312, 단계 S313, 단계 S321, 단계 S322, 단계 S323, 단계 S324, 단계 S331, 단계 S332 및 단계 S333은 고조파 보상기(미도시)에서 수행될 수 있으며, 일 예에 따른 고조파 보상기의 동작은 디지털 방식으로 수행될 수 있기 때문에, 실질적으로 도 3에 도시된 각 단계에서의 동작은 프로세서(130)에서 수행될 수 있다.
도 4는 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터(100)가 제어 신호를 획득하는 방법을 간략하게 설명하는 순서도이다.
도 4는 도 3에서 설명하고 있는 내용을 일부 생략하여 개시하고 있다. 구체적으로, 단계 S411, 단계 S412, 단계 S421, 단계 S422, 단계 S431, 단계 S432, 단계 S433, 단계 S441 및 단계 S442는 각각 단계 S311, 단계 S313, 단계 S322, 단계 S324, 단계 S331, 단계 S332, 단계 S333, 단계 S341 및 단계 S342에 대응되므로 전체적인 설명을 간단히 하기 위해 상세한 설명은 생략한다.
도 4에서 개시하고 있는 단계 S413에서, DC-DC 컨버터(100)는 S412에서 추출된 주파수를 알파 신호 및 베타 신호로 분리하기 위해 전송할 수 있다.
단계 S411, 단계 S412, 단계 S413, 단계 S421, 단계 S422, 단계 S431, 단계 S432 및 단계 S433은 고조파 보상기(미도시)에서 수행될 수 있으며, 일 예에 따른 고조파 보상기의 동작은 디지털 방식으로 수행될 수 있기 때문에, 실질적으로 도 4에 도시된 각 단계에서의 동작은 프로세서(130)에서 수행될 수 있다. 예를 들면, 프로세서(130)는 단계 S422에서 동기 변환을 수행할 수 있다. 동기변환은 제어에 있어서 주파수 성분을 배제하고 크기만으로 제어하기 위한 변환 방식의 일종을 의미할 수 있다.
도 5는 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터(100)가 평균 전압을 이용하여 리플을 보상하는 일 예를 설명하는 순서도이다.
단계 S510에서 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터(100)는 DC 링크 전압을 획득한다. 일 실시 예에 따른 DC 링크 전압은 제 1 그래프(531)에 도시된다. 제 1 그래프(531)에서 확인할 수 있는 바와 같이, DC 링크 전압에는 교류 성분이 포함되어 있을 수 있다. DC 링크 전압에 포함된 교류 성분이 리플일 수 있다.
단계 S520에서 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터(100)는 DC 링크 전압의 평균 전압을 결정할 수 있다. 일 실시 예에 따른 평균 전압은 제 2 그래프(532)에 도시된다.
단계 S530에서 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터(100)는 DC 링크 전압과 평균 전압의 차이값을 결정할 수 있다. 일 실시 예에 따른 차이값은 제 3 그래프(533)에 도시된다.
단계 S540에서 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터(100)는 단계 S530에서 출력된 값을 변환하여 출력할 수 있다. 예를 들면, 단계 S540에서 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터(100)는 신호의 증폭(예: K배)을 수행할 수 있다.
단계 S550에서 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터(100)는 DC-DC 컨버터(100)를 제어하기 위한 신호를 획득하고, 단계 S560에서 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터(100)는 단계 S540에서 획득된 신호와 단계 S550에서 획득된 신호를 이용하여 제 1 스위치(221) 및 제 2 스위치(222)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다.
도 6은 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터(100)의 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
단계 S610에서 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터(100)는 태양광 전원이 인가되는 DC 링크(210)로부터 DC 링크 전압을 수신한다. DC 링크(210)를 통해 DC-DC 컨버터(100)와 단상 인버터(20)가 연결될 수 있다.
단계 S620에서 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터(100)는 DC 링크 전압의 유효 전력 성분을 획득한다. DC-DC 컨버터(100)는 DC 링크 전압을 알파 신호 및 베타 신호로 분리하고, 알파 신호 및 베타 신호에 대한 동기 변환을 통해 유효 전력 성분을 획득할 수 있다.
단계 S630에서 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터(100)는 유효 전력 성분을 이용하여 DC 링크 전압에 포함된 리플을 보상하기 위한 제어 신호를 획득한다.
DC-DC 컨버터(100)는 유효 전력 성분에 대한 보상 지령을 병합하여 비례 적분 제어를 수행하고, 비례 적분 제어를 수행함으로써, 제어 신호를 획득할 수 있다.
단계 S640에서 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터(100)는 복수의 스위치를 포함하는 컨버팅 회로(200)에 제어 신호를 인가하여 DC 링크 전압에 포함된 리플을 보상한다.
제어 신호는 PWM(pulse width modulation) 신호를 포함할 수 있다. 구체적으로 제어 신호는 복수개의 스위치(221, 222)로 인가되는 신호를 포함할 수 있으며, 복수개의 스위치(221, 222)로 인가되는 제어 신호는 구형파(square wave) 또는 펄스파의 형태일 수 있다.
도 7은 일 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터(100)가 제어 신호를 획득하는 방법을 그래프를 통해 설명하는 순서도이다.
도 7는 도 4에서 설명하고 있는 내용을 일부 그래프와 함께 개시하고 있다. 구체적으로, 단계 S711, 단계 S712, 단계 S713, 단계 S721, 단계 S722, 단계 S731, 단계 S732, 단계 S733, 단계 S741 및 단계 S742는 각각 단계 S411, 단계 S412, 단계 S413, 단계 S421, 단계 S422, 단계 S431, 단계 S432, 단계 S433, 단계 S441 및 단계 S442에 대응되므로 전체적인 설명을 간단히 하기 위해 상세한 설명은 생략한다.
또한, 각 단계에서 출력되는 신호의 일 예를 도 7에 도시된 그래프를 참조할 수 있다. 예를 들면, 단계 S721에서 출력되는 신호인 알파 신호와 베타 신호는 기설정된 값만큼의 위상차가 있는 것을 확인할 수 있다.
한편, 상술한 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 램, USB, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.
본 실시 예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 태양광 전원 20: 단상 인버터
30: 배터리 팩 40: 단상 그리드(Grid)
50: 부하(Load) 100: DC-DC 컨버터
130: 프로세서 160: 배터리
200: 컨버팅 회로 210: DC 링크
211: 제 1 노드 212: 제 2 노드
221: 제 1 스위치 222: 제 2 스위치
531: 제 1 그래프 532: 제 2 그래프
533: 제 3 그래프
30: 배터리 팩 40: 단상 그리드(Grid)
50: 부하(Load) 100: DC-DC 컨버터
130: 프로세서 160: 배터리
200: 컨버팅 회로 210: DC 링크
211: 제 1 노드 212: 제 2 노드
221: 제 1 스위치 222: 제 2 스위치
531: 제 1 그래프 532: 제 2 그래프
533: 제 3 그래프
Claims (13)
- 태양광 전원이 인가되는 DC 링크;
복수의 스위치를 포함하고, 상기 DC 링크와 연결되는 컨버팅 회로; 및
상기 컨버팅 회로와 연결된 배터리의 전력을 이용하여, 상기 DC 링크에 인가되는 DC 링크 전압의 리플을 보상하는 프로세서;를 포함하고,
상기 DC 링크에는 그리드(grid)로 전력을 공급하는 인버터가 연결되고,
상기 리플은 상기 그리드에 의해 발생되고,
상기 프로세서는 상기 DC 링크 전압의 유효 전력 성분을 획득하고, 상기 유효 전력 성분을 이용하여 획득된 제어 신호를 상기 컨버팅 회로에 인가하여 상기 리플을 보상하는, DC-DC 컨버터.
- 제 1 항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 DC 링크 전압을 알파 신호 및 베타 신호로 분리하고, 상기 알파 신호 및 상기 베타 신호에 대한 동기 변환을 통해 상기 유효 전력 성분을 획득하는, DC-DC 컨버터.
- 제 2 항에 있어서,
상기 알파 신호 및 상기 베타 신호는 90도의 위상차를 갖는, DC-DC 컨버터.
- 제 1 항에 있어서,
상기 프로세서는 비례 적분 제어를 통해 상기 유효 전력 성분으로부터 상기 제어 신호를 획득하는, DC-DC 컨버터.
- 제 1 항에 있어서,
상기 그리드는 단상 그리드(grid)이고, 상기 인버터는 단상 인버터인, DC-DC 컨버터.
- 제 5 항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 단상 그리드에서 이용되는 주파수의 2배에 대응되는 크기의 주파수 성분을 상기 DC 링크 전압으로부터 획득하고, 상기 획득된 주파수 성분으로부터 상기 유효 전력 성분을 획득하는, DC-DC 컨버터.
- 제 1 항에 있어서,
상기 프로세서는 동기 변환 및 동기 역변환을 통해 상기 제어 신호를 획득하는, DC-DC 컨버터.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제어 신호는 PWM(pulse width modulation) 신호를 포함하는, DC-DC 컨버터.
- 제 1 항에 있어서,
상기 컨버팅 회로는 직렬로 연결된 제 1 FET(field effect transistor) 및 제 2 FET를 포함하는, DC-DC 컨버터.
- 제 1 항에 있어서,
상기 컨버팅 회로는 상기 태양광 전원으로부터 수신된 전력을 변환하여 상기 배터리에 공급하는, DC-DC 컨버터.
- 태양광 전원이 인가되는 DC 링크로부터 DC 링크 전압을 수신하는 단계;
상기 DC 링크 전압의 유효 전력 성분을 획득하는 단계;
상기 유효 전력 성분을 이용하여 상기 DC 링크 전압에 포함된 리플을 보상하기 위한 제어 신호를 획득하는 단계; 및
복수의 스위치를 포함하고, 상기 DC 링크와 연결되는 컨버팅 회로에 상기 제어 신호를 인가하여 상기 DC 링크 전압에 포함된 상기 리플을 보상하는 단계;를 포함하고,
상기 DC 링크에는 그리드(grid)로 전력을 공급하는 인버터가 연결되고,
상기 리플은 상기 그리드에 의해 발생되는 DC-DC 컨버터 제어 방법.
- 제 11 항의 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 비일시적 기록 매체.
- 태양광 전원이 인가되는 DC 링크;
복수의 스위치를 포함하고, 상기 DC 링크와 연결되는 컨버팅 회로; 및
상기 컨버팅 회로와 연결된 배터리의 전력을 이용하여, 상기 DC 링크에 인가되는 DC 링크 전압의 리플을 보상하는 프로세서;를 포함하고,
상기 프로세서는 상기 DC 링크 전압의 평균 전압을 획득하고, 상기 DC 링크 전압과 상기 평균 전압의 차이 값을 이용해서 제어 신호를 상기 컨버팅 회로에 인가하여 상기 리플을 보상하는, DC-DC 컨버터.
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