KR20100025440A

KR20100025440A - 고조파전류 보상 단상 태양광 발전시스템

Info

Publication number: KR20100025440A
Application number: KR1020080084178A
Authority: KR
Inventors: 유인근; 박민원
Original assignee: 창원대학교 산학협력단
Priority date: 2008-08-27
Filing date: 2008-08-27
Publication date: 2010-03-09
Also published as: KR101015798B1

Abstract

본 발명은 사용자발전설비 또는 비선형부하로부터 발생하는 고조파, 무효전력, 전압불평형, 전류불평형 성분을 보상하여 사용자발전설비와 계통전력의 연결시 전력품질의 저하를 방지하도록 한 고조파전류 보상 단상 태양광 발전시스템에 관한 것이다.

본 발명에 따른 고조파전류 보상 단상 태양광 발전시스템은 단상 직류 전력을 생산하는 솔라셀; 상기 직류 전력의 직류전압 및 직류전류를 측정하는 제1계측기; 전력계통과 연결되고 상기 직류 전력을 교류전력으로 변환하고, 상기 교류전력을 전력계통 및 부하에 공급하기 위한 직류-교류변환기; 상기 직류전압 및 직류전류를 제공받아 기준전압을 생성하는 엠피피티제어부; 상기 기준전압과 상기 직류전압의 제1 차전압을 생성하는 제1연산기; 상기 제1 차전압에 의해 정격전류를 검출하는 제1피아이제어기; 상기 교류전력의 계통전압 및 계통전류를 검출하는 제2계측기; 상기 계통전압을 이용하여 위상을 검출하는 위상검출기; 상기 위상과 상기 정격전류를 이용하여 기준전류를 산출하는 제2연산기; 상기 부하에 공급되는 상기 교류전력의 부하전류를 검출하는 제3계측기; 상기 부하전류를 제공받아 상기 부하전류와 위상이 다른 두 상의 가상전류를 생성하고, 상기 부하전류와 상기 가상전류를 2상 변환하여 고조파 기준전류를 산출하는 능동필터부; 상기 고조파기준전류와 상기 기준전류를 가산하여 합전류를 산출하는 제3연산기; 상기 합전류와 상기 계통전류를 이용하여 제2 차전류를 검출하는 제4연산기; 상기 제2 차전류에 의해 제1 제 어신호를 생성하는 제2피아이제어기; 및 상기 제1 제어신호에 따라 상기 직류-교류변환기의 상기 교류전력의 출력전압을 조절하기 위한 위상제어신호를 생성하는 제어신호발생기;를 포함하여 구성된다.

태양광, 발전, 보상, 고조파, 단상, 디큐변환

Description

고조파전류 보상 단상 태양광 발전시스템{Single Phase Photovoltaic Power Generation System For Compensation Harmonic Current}

본 발명은 단상 태양광발전시스템에 관한 것으로 특히, 사용자발전설비 또는 비선형부하로부터 발생하는 고조파, 무효전력, 전압불평형, 전류불평형 성분을 보상하여 사용자발전설비와 계통전력의 연결시 전력품질의 저하를 방지하도록 한 고조파전류 보상 단상 태양광 발전시스템에 관한 것이다.

최근 전력수요의 급증에 따른 전력 인프라의 확충이 매우 중요한 문제로 부각되고 있다. 전력수요의 증가는 전기를 사용하는 가정용 생활기기의 증가와 함께 상가, 공장용 전력부하의 증가에 따른 것이다. 이러한 전력수요의 경우 특정 계절, 특정 시간대에 사용되는 전력부하가 급격하게 증가하면서 상시 대기전력의 부족분을 초래하고, 정전과 같은 사고 발생의 원인이 된다. 이러한 문제의 발생 방지를 위해 전력 인프라를 확충하고 사용을 제한하는 등의 다양한 시도가 이루어지고 있다.

전력의 사용 제한은 근시안적인 대안으로 전력 인프라 즉, 전력을 생산 공급할 수 있는 설비의 확충이 시급하며, 향후 전력부하의 증가를 고려한 장기적 시각 에 의한 설비 확충 계획이 필요한 실정이다. 하지만, 전력 인프라의 확충은 발전설비를 건설하기 위한 부지의 확보가 어렵고, 먼 거리의 발전설비로부터 전력을 송전하는 것이 어려운 실정이다. 특히, 우리나라 상시 전력의 대부분을 담당하는 원자력은 위험성 높고, 폐기물의 안정적인 처리가 필요하며, 건설비용이 막대하여 쉽게 건설하지 못하는 실정이다. 또한, 피크전력 등의 부분 전력을 담당하는 화력발전의 경우 발전에 사용되는 재료비의 상승, 발전시 발생되는 오염등에 의해 이 역시 증설에는 한계가 있는 실정이다.

이를 해소하기 위한 방안 중 하나로 태양광, 풍력, 태양열, 파력, 지열발전, 메탄가스를 이용한 화력발전과 같은 대체에너지 혹은 천연의 청정에너지를 이용한 방법이 주목받고 있다. 특히 태양광, 풍력, 태양열은 상대적으로 시설이 단순하고 우리나라 실정에 적합한 면이 있어 설치 및 운영을 국가적으로도 지원하고 있는 실정이다.

하지만, 이러한 실정에도 청정에너지를 이용한 사용자 발전설비의 시설 및 운영이 활발하지 않은 것이 현실이다. 이는 사용자발전설비의 설치에 따른 문제와 함께 전력계통과의 연계 곤란이 주된 이유로 작용한다. 즉, 기존 발전설비들에 비해 작은 발전량을 가지는 사용자발전설비를 전력계통에 연결하기 위해서는 직접연결하거나 전력변환기와 같은 장치를 이용하여야 한다. 그러나, 전력계통에 연결되는 대체발전설비 혹은 이를 연결하기 위한 전력변환기는 비선형부하들과 같이 고조파를 발생시키는 고조파 부하로 작용하고 이를 통해 전력 계통 전반에 대한 품질저하를 발생시킨다. 때문에, 전력인프라를 운영하고 있는 한국전력, 발전회사 들에 서는 전력이 부족함에도 개인 또는 소규모 사업자가 생산하는 전력을 수용하길 꺼리게 되고, 설사 전력을 수전하더라도 매우 한정된 양만을 수용하여 전력품질을 일정수준으로 유지하기 위한 노력을 기울이고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 사용자발전설비 또는 비선형부하로부터 발생하는 고조파, 무효전력, 전압불평형, 전류불평형 성분을 보상하여 사용자발전설비와 계통전력의 연결시 전력품질의 저하를 방지하도록 한 고조파전류 보상 단상 태양광 발전시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 고조파전류 보상 단상 태양광 발전시스템은 단상 직류 전력을 생산하는 솔라셀; 상기 직류 전력의 직류전압 및 직류전류를 측정하는 제1계측기; 전력계통과 연결되고 상기 직류 전력을 교류전력으로 변환하고, 상기 교류전력을 전력계통 및 부하에 공급하기 위한 직류-교류변환기; 상기 직류전압 및 직류전류를 제공받아 기준전압을 생성하는 엠피피티제어부; 상기 기준전압과 상기 직류전압의 제1 차전압을 생성하는 제1연산기; 상기 제1 차전압에 의해 정격전류를 검출하는 제1피아이제어기; 상기 교류전력의 계통전압 및 계통전류를 검출하는 제2계측기; 상기 계통전압을 이용하여 위상을 검출하는 위상 검출기; 상기 위상과 상기 정격전류를 이용하여 기준전류를 산출하는 제2연산기; 상기 부하에 공급되는 상기 교류전력의 부하전류를 검출하는 제3계측기; 상기 부하전류를 제공받아 상기 부하전류와 위상이 다른 두 상의 가상전류를 생성하고, 상기 부하전류와 상기 가상전류를 2상 변환하여 고조파 기준전류를 산출하는 능동필터부; 상기 고조파기준전류와 상기 기준전류를 가산하여 합전류를 산출하는 제3연산기; 상기 합전류와 상기 계통전류를 이용하여 제2 차전류를 검출하는 제4연산기; 상기 제2 차전류에 의해 제1 제어신호를 생성하는 제2피아이제어기; 및 상기 제1 제어신호에 따라 상기 직류-교류변환기의 상기 교류전력의 출력전압을 조절하기 위한 위상제어신호를 생성하는 제어신호발생기;를 포함하여 구성된다.

상기 능동필터부는, 상기 부하전류를 지연시켜 가상의 제2 및 제3 전류를 생성하는 지연전류생성기; 상기 부하전류 및 상기 제2 및 제3 가상전류를 2상 전류로 변환하는 디큐변환기; 상기 2상 전류를 필터링하여 저역 2상전류를 생성하는 저역통과필터; 상기 저역 2상 전류와 상기 디큐변환기로부터의 상기 2상전류를 감산연산하여 2상 고조파 기준전류를 생성하는 감산기; 및 상기 2상 고조파 기준전류를 역디큐변환하여 단상 고조파 기준전류를 생성하는 역디큐변환기를 포함하여 구성된다.

상기 디큐변환기는 상기 부하전류와 상기 제2 및 제3 가상전류에 의한 상기 2상 전류 생성시 발생되는 영상성분전류를 상기 역디큐변환기에 제공한다.

본 발명에 따른 고조파 보상 단상 태양광발전시스템은 사용자발전설비 또는 비선형부하로부터 발생하는 고조파, 무효전력, 전압불평형, 전류불평형 성분을 보상하여 사용자발전설비와 계통전력의 연결시 전력품질의 저하를 방지하도록 하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 태양광발전시스템(100)은 분산형 전원장치로써 태양광발전시스템의 발전 및 보급화에 유익하고, 기존의 태양광잘전시스템에 용이하에 적용하는 것이 가능하여 큰 비용을 들이지 않고도 전력공급 및 이의 품질을 우수한 수준으로 유지하는 것이 가능해진다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 참조번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대한 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.

도 1은 일반적인 태양광발전시스템의 개략적인 구성을 예시한 구성예시도이다.

도 1을 참조하면, 일반적인 태양광발전시스템은 솔라셀(10, 또는 광전지 어레이), 직류필터(20), 제1계측기(30), 직류-교류 변환기(40), 교류필터(50), 제2계측기(60), 전력계통(70), 부하(80), 제어시스템(90) 및 제3계측기(95)를 포함하여 구성된다.

솔라셀(10)은 태양광에 의해 전력을 생산하는 다수의 반도체 소자가 일정하게 배열되고, 태양광에 의해 전력을 생산하여 공급한다. 솔라셀(10)로부터 생산된 전력은 직류필터를 거쳐 직류-교류 변환기(40)로 전달되고, 직류-교류 변환기(40)는 솔라셀(10)로부터 공급되는 직류 전력을 교류전력으로 변환하게 된다. 직류-교류 변환기(40)로부터 제공되는 교류전력은 교류필터(50)를 거쳐 전력계통(70)에 연결됨과 아울러 부하(80)에 공급된다.

이러한 과정에 사용되는 직류-교류 변환기(40)는 비선형 장치로써, 변환기에 의해 생성된 교류전력에는 고조파, 무효전력 성분이 많이 포함되어 있게 된다. 또한, 솔라셀(10)의 경우 태양광, 솔라셀(10) 온도와 같은 환경적 요인에 의해 출력이 급변하기 때문에 전력계통(70)과 솔라셀(10)을 연결하는 경우 전력불평형이 발생할 수 있다.

때문에, 태양광발전시스템에서는 DSP(91, Digital Signal Processor), 신호조절회로(93)와 같은 회로장치를 가지는 제어시스템(90)을 두어 직류-교류 변환기(40)의 전력 변환 및 최대출력을 유지하기 위한 최대전력추종(MPPT : Maximum Power Point Tracking)과 같은 제어를 수행하게 된다. 이를 위해 제어시스템(90)은 제1계측기(30), 제2계측기(50) 및 제3계측기(95)로부터의 계측 전류에 따라 변환기제어신호(40)를 발생하여 전력변환을 수행하게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 고조파전류 보상 단상 태양광발전시스템의 구성예를 도시한 예시도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 태양광발전시스템(100)은 솔라셀(110), 직류필터(120), 제1계측기(125), 직류-교류변환기(130), 교류필터(135), 제2계측기(140), 전력계통(145), 제3계측기(147), 출력전압피드백부(160), 엠피피티제어부(163), 제1연산기(166), 제1피아이제어기(169), 위상검출기(172), 제2연산기(175), 제3연산기(178), 제4연산기(181), 제2피아이제어기(184), 제어신호발생기(187) 및 능동필터부(190)를 포함하여 구성된다.

솔라셀(110)에서 전력(Vd)이 생산되면 직류필터(120)를 거쳐 1차적으로 전력에 포함된 노이즈를 제거하게 된다. 직류필터(120)는 콘텐서(C1)와 인덕터(L1)로 구성될 수 있으나 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 직류필터(120)에 의해 노이즈가 1차적으로 제거된 전력은 직류-교류변환기(130)로 전달된다. 이때, 직류-교류변환기(130)로 전달되는 전력은 제1계측기(125)에 의해 전압(Vdc)과 전류(Idc)가 측정된다. 이 측정된 전압(Vdc) 및 전류(Idc)는 엠피피티제어부(163)에 전달되어 기준전압(Vref)의 산출에 이용된다. 아울러, 직류-교류변환기(130)는 솔라셀(110)로부터 제공되는 직류 전력을 교류전력으로 변환하고 이를 통해 전력계 통(145)과 연결되어 전력을 부하(150)에 공급하게 된다. 이 과정에서 변환된 교류전력은 교류필터(135)를 거쳐 변환과정에서 생성된 노이즈가 제거된다. 이때, 제2계측기에의해 교류전력의 교류전류(Iac)가 측정되어 제4연산기(181)에 제공된다.

한편, 제1계측기(125)에 의해 측정된 직류전압(Vdc)은 출력전압피드백부(160)와 엠피피티제어부(163)에 전달된다. 이 중 출력전압피드백부(160)에 제공된 직류전압(Vdc)은 제1연산기(166)에 전달된다. 여기서, 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 출력전압피드백부(160)를 구성으로 제시하였으나, 출력전압피드백부(160)는 별도의 회로장치에 의해 구성되지 않고 직류전압계(PT1)와 제1연산기(166)를 직접연결하여 구현할 수 있다. 그리고, 엠피피티제어부(163)는 제1계측기(125)로부터 제공되는 직류전압(Vdc)과 직류전류(Iac)를 이용하여 기준전압(Vref)을 산출하고, 산출된 기준전압(Vref)을 제1연산기(166)에 전달한다. 제1연산기(166)는 기준전압(Vref)과 피드백된 직류전압(Vdc)을 감산연산하여 차전압(Vref-Vdc)을 제1피아이제어기(169)에 전달한다. 제1피아이제어기(169, Propotional-integral)는 차전압(Vref-Vdc)을 이용하여 정격전류(Irms)를 검출하고, 검출된 정격전류(Irms)를 제2연산기(175)에 전달한다.

이 제2연산기(175)는 위상검출기(172)와 연결되고, 위상검출기(172)로부터 제공되는 교류전력의 위상(θ)을 제공받는다. 위상검출기(172)는 제2계측기(140)의 전압계(PT2)로부터 제공되는 계통전압(Vac)을 이용하여 계통전압과 동상인 정현파 전압을 생성하기 위해 위상동기회로(PLL : Phase-Locked Loop) 제어등을 이용하여 계통전압의 위상(θ)을 검출하여 제2연산기(175)에 전달한다. 제2연산기(175) 는 제1피아이제어기(169)로부터 전달되는 정격전류(Irms)와 위상검출기(172)로부터의 계통전압위상(θ)을 이용하여 기준전류(Iref)를 생성하고, 생성된 기준전류(Iref)를 제3연산기(178)로 전달한다.

능동필터부(190)는 이하에서 좀더 상세히 설명하겠지만, 단상 부하전류(Iload)를 내부적으로 가상의 3상 전류로 변환한뒤 이를 다시 2상으로 변환하여 내부적으로 처리하고, 역 2상 변환을 통해 고조파 기준전류(Ihar_ref)를 생성하여 제 3연산기(178)에 전달한다. 여기서, 부하전류(Iload)는 제3계측기(147)에 의해 측정되어 제공될 수 있다. 제3연산기는 제2연산기(175)로부터의 기준전류(Iref)와 능동필터부(190)로부터의 고조파기준전류(Ihar_ref)를 가산연산하여 제4연산기(181)에 전달한다.

제4연산기(181)는 제2계측기(140)의 전류계(CT2)로부터 전달되는 교류전류(Iac)와 제4연산기(181)로부터 전달되는 합전류(Iref+Ihar_ref)를 이용하여 감산연산을 수행하여 제2 차전류(Iout)를 생성하고, 생성된 제2 차전류(Iout)를 제2피아이제어기(184)에 전달한다. 제2피아이제어기(184)는 제 2차전류(Iout)를 이용하여 제어신호발생기(187)의 제어를 위한 제1제어신호(con_s)를 제어신호발생기(187)에 전달한다. 제어신호발생기(187)는 제1제어신호(con_s)에 부응하여 직류-교류변환기(130)의 출력전압(Vac)을 조절하기 위한 위상제어신호(pwm_sw)를 생성하고, 생성된 위상제어신호(pwm_sw)을 직류-교류변환기(130)에 제공한다. 여기서, 위상제어신호(pwm_sw)는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호일 수 있으며, 직류-교류변환기는 PWM 신호에 따라 스위칭동작을 수행하는 복수의 스위칭장치를 포함하여 구성 될 수 있다.

상기와 같은 구성에 의해 직류-교류변환기(130)에서 출력되는 전압이 솔라셀(110)의 전압(Vdc) 및 전류(Idc)의 변화에 부응하여 최대출력을 추종함으로써 안정적인 전력의 생산 및 공급이 가능하다. 또한, 본 발명에 따른 고조파전류 보상 단상 태양광발전시스템은 솔라셀(110)의 전압(Vdc) 및 전류(Idc)를 검출함과 동시에 부하전류(Iload)에 따른 고조파 보상전류(Ihar_ref)를 피드백 받아 반영함으로써 추종제어와 함께 고조파 발생 부하에 의한 고조파를 보상하여 전력계통의 품질저하를 방지하는 것이 가능하다.

도 3은 도 2의 능동필터(190)의 구성을 좀더 상세히 도시한 예시도이다.

도 3을 참조하면, 능동필터(190)는 지연전류 생성기(191), 디큐변환기(193), 저역필터(195 : 195a, 195b), 감산기(197 : 197a, 197b) 및 역디큐변환기(199)를 포함하여 구성된다.

일반적으로 단상 시스템에서는 디큐변환(D-Q Transformation)을 수행할 수 없다. 하지만, 고조파 전류의 추출을 위해서는 디큐변환이 필요하며, 이를 위해 본 발명에는 지연전류 생성기(191)를 통해 가상의 b상(제2상), c상(제3상)을 생성하여 가상의 삼상 전류를 통해 고조파 전류(Ihar_ref)를 추출함으로써 고조파 보상을 수행하게 된다.

이를 위해 지연전류 생성기(191)는 부하전류(Iload)를 제3계측기(147)를 통해 제공받아 120도 및 240도의 위상지연을 통해 가상의 b상 및 c상 부하전 류(Iload_b, Iload_c)를 생성한다. 여기서, 지연전류 생성기(191)는 DSP(Digital Signal Processor), AVR(Automatic Voltage Regulator)과 같은 제어기의 메모리를 이용하여 구현하는 것이 가능하다. 또는 지연전류 생성기(191)는 추정위상각 및 추정진폭을 이용한 연산, 1차 또는 2차 저역통과필터를 이용한 생성, 2차전역통과필터를 이용한 연산을 통해 가상의 b상 및 c상 전류를 생성하도록 하는 것이 가능하다.

지연전류 생성기(191)에서 발생된 b상 및 c상 전류(Iload_b, Iload_c)와 부하전류(Iload, 편의상 Iload_a로 표현하기로 한다)에 의해 3상 부하전류(Iload_a, b, c)가 구성되면, 3상 부하전류(Iload_a,b,c)는 디큐변환기(193)로 전달된다. 디큐변환기(193)는 3상 부하전류(Iload_a, b, c)를 d상 및 q상의 부하전류(Iload_d, Iload_q)로 변환하고 이를 저역통과필터(195)에 제공한다.

저역통과필터(195)를 통과하여 중고역 성분이 제거된 저역 2상부하전류(Id_lpf, Iq_lpf)는 감산기(197)로 전달된다. 감산기(197)는 d상 및 q상의 부하전류(Iload_d, Iload_q)와 저역 2상부하전류(Id_lpf, Iq_lpf)의 감산연산을 수행하고 이에 따라 생성된 d상 및 q상(또는 2상) 고조파 기준전류(Ihar_d_ref, Ihar_q_ref)를 역디큐변환기(199)에 전달한다. 이 과정에서 위상지연을 통하여 가상의 b상, c상을 생성하여 dq변환을 수행하는 경우 기본상인 부하전류(Iload_a)는 변환에 의해 직류성분으로 변환된다. 이 직류성분은 저역통과필터(195)에 의해 제거되고 이를 통해 고조파 성분만을 용이하게 추출하는 것이 가능해진다. 가상의 b상 및 c상을 생성하는 경우 부하에 따라 불평형 성분이 생길 수 있다. 때문에 불 평형성분의 제거를 위해 영상성분(Izero)을 고려하여 변환을 수행함으로써 불평형성분을 제거하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 디큐변환기(193)가 변환과정에서 발생된 영상성분전류(Izero)를 역디큐변환기(199)에 전달하고, 역디큐변환기(199)는 이 영상성분전류(Izero)를 반영하여 역디큐변환을 수행하게 된다. 이를 통해 역디큐변환기(199)는 2상 고조파 기준전류(Ihar_d_ref, Ihar_q_ref)를 역DQ변환하여 단상의 고조파 기준전류(Ihar_ref)를 생성하게 된다.

도 4는 고조파 보상 기능의 구동에 따른 계통 전류의 변화를 도시한 실험 그래프이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 고조파 보상 단상 태양광발전시스템(100)은 단상으로 공급되는 솔라셀(10, 110)의 전력을 3상으로 변환하여 전력계통 및 부하에 공급한다. 특히, 이 과정에서 최대전력추종제어(MPPT)를 통해 안정적이면서, 정상상태 출력의 전력을 공급함과 아울러 고조파 성분을 보상하여 전력품질 저하, 전압불평형 등을 미리 방지하게 된다. 특히, 단상에서 추출이 어려운 고조파 성분을 가상의 3상으로 전환한 후 이를 다시 2상변환하여 고조파를 추출하고, 추출된 고조파 성분을 인버터가 출력하도록 제어함으로써 전력계통의 고조파 전류를 보상하여 안정적인 정현파를 가지도록 전력의 품질을 유지할 수 있게 된다. 본 발명에서와 같은 고조파 보상 동작이 수행되는 경우(compensation Start) 도시된 바와 같이 고조파 성분을 가지는 전류(Utility Current)는 안정적인 정현파의 파형을 가질 수 있게 된다. 특히, 일사량이 적은 흐린날이나 밤에도 제2계측기 및 제3계측기를 통해 전류를 검출하고 이를 통해 고조파보상기능을 유지하는 것이 가능해진다.

이와 같은 본 발명에 따른 태양광발전시스템(100)은 분산형 전원장치로써 태양광발전시스템의 발전 및 보급화에 유익하고, 기존의 태양광잘전시스템에 용이하에 적용하는 것이 가능하여 큰 비용을 들이지 않고도 전력공급 및 이의 품질을 우수한 수준으로 유지하는 것이 가능해진다.

이상에선 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 특허청구 범위에 기재된 청구항에 의해 결정되어야 한다.

도 1은 일반적인 태양광발전시스템의 개략적인 구성을 예시한 구성예시도.

도 2는 본 발명에 따른 고조파전류 보상 단상 태양광발전시스템의 구성예를 도시한 예시도.

도 3은 도 2의 능동필터(190)의 구성을 좀더 상세히 도시한 예시도.

도 4는 고조파 보상 기능의 구동에 따른 계통 전류의 변화를 도시한 실험 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10, 110 : 솔라셀 20, 120 : 직류필터

30, 125 : 제1계측기 40, 130 : 직류-교류변환기

50, 135 : 교류필터 60, 140 : 제2계측기

70, 145 : 전력계통 80, 150 : 부하

90 : 제어시스템 95, 147 : 제3계측기

160 : 출력전압피드백부 163 : MPPT제어부

166 : 제1연산기 169 : 제1PI제어기

172 : 위상검출기 175, 178, 18 : 제2 내지 제4연산기

184 : 제2PI제어기 187 : 제어신호발생기

190 : 능동필터부 191 : 지연전류생성기

193 : 디큐변환기 195 : 저역통과필터

197 : 감산기 199 : 역디큐변환기

Claims

단상 직류 전력을 생산하는 솔라셀;

상기 직류 전력의 직류전압 및 직류전류를 측정하는 제1계측기;

전력계통과 연결되고 상기 직류 전력을 교류전력으로 변환하고, 상기 교류전력을 전력계통 및 부하에 공급하기 위한 직류-교류변환기;

상기 직류전압 및 직류전류를 제공받아 기준전압을 생성하는 엠피피티제어부;

상기 기준전압과 상기 직류전압의 제1 차전압을 생성하는 제1연산기;

상기 제1 차전압에 의해 정격전류를 검출하는 제1피아이제어기;

상기 교류전력의 계통전압 및 계통전류를 검출하는 제2계측기;

상기 계통전압을 이용하여 위상을 검출하는 위상검출기;

상기 위상과 상기 정격전류를 이용하여 기준전류를 산출하는 제2연산기;

상기 부하에 공급되는 상기 교류전력의 부하전류를 검출하는 제3계측기;

상기 부하전류를 제공받아 상기 부하전류와 위상이 다른 두 상의 가상전류를 생성하고, 상기 부하전류와 상기 가상전류를 2상 변환하여 고조파 기준전류를 산출하는 능동필터부;

상기 고조파기준전류와 상기 기준전류를 가산하여 합전류를 산출하는 제3연산기;

상기 합전류와 상기 계통전류를 이용하여 제2 차전류를 검출하는 제4연산기;

상기 제2 차전류에 의해 제1 제어신호를 생성하는 제2피아이제어기; 및

상기 제1 제어신호에 따라 상기 직류-교류변환기의 상기 교류전력의 출력전압을 조절하기 위한 위상제어신호를 생성하는 제어신호발생기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고조파 보상 단상 태양광발전시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 능동필터부는,

상기 부하전류를 지연시켜 가상의 제2 및 제3 전류를 생성하는 지연전류생성기;

상기 부하전류 및 상기 제2 및 제3 가상전류를 2상 전류로 변환하는 디큐변환기;

상기 2상 전류를 필터링하여 저역 2상전류를 생성하는 저역통과필터;

상기 저역 2상 전류와 상기 디큐변환기로부터의 상기 2상전류를 감산연산하여 2상 고조파 기준전류를 생성하는 감산기; 및

상기 2상 고조파 기준전류를 역디큐변환하여 단상 고조파 기준전류를 생성하는 역디큐변환기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고조파 보상 단상 태양광 발전시스템.
제 2 항에 있어서,

상기 디큐변환기는 상기 부하전류와 상기 제2 및 제3 가상전류에 의한 상기 2상 전류 생성시 발생되는 영상성분전류를 상기 역디큐변환기에 제공하는 것을 특징으로 하는 고조파 보상 단상 태양광 발전시스템.