KR20100102002A - Control apparatus for solar thermal electric power generation system - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An apparatus for controlling solar light is provided to perform a maximum power point tracking control using minimum value of the solar light output power as a reference value. CONSTITUTION: A multi-phase solar light generator(320) applies outputted power from a plurality of single phase solar light generator with a power converter to a multiple phase line. A maximum power point tracking(MPPT) part(330) applies MPPT controls to each single phase power converter. An output power comparator(331) extracts a minimum value by comparing each output power of single solar sell generators. An MPPT executor(333) applies maximum power tracking control with respect to the single phase power converter.

Description

태양광 발전 제어 장치{Control apparatus for solar thermal electric power generation system}Control apparatus for solar thermal electric power generation system

본 발명은 태양광 발전 제어 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게 설명하면 다상 태양광 발전시의 출력 전력을 제어하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a solar power generation control device, and more particularly, to an apparatus for controlling output power during polyphase solar power generation.

최근 천연자원의 고갈과 화력 및 원자력 발전에 대한 환경 및 안정성 등의 문제가 대두되면서 대표적인 환경친화적 그린에너지인 태양광 및 풍력에 대한 연구가 활발히 진행중이다. 특히 태양광 발전은 무한하고 청정에너지라는 관점에서 상당히 각광을 받으며 차량, 장난감, 주거용 발전 및 가로등뿐만 아니라 계통선과 원거리에 떨어져 있는 무인 등대, 시계탑, 통신 장치 등 매우 다양하게 활용되고 있다.Recently, with the depletion of natural resources and the problems of environment and stability for thermal power and nuclear power generation, researches on solar and wind, which are representative environmentally friendly green energy, are being actively conducted. In particular, photovoltaic power generation is attracting considerable attention from the point of view of infinite energy and clean energy, and it is widely used not only for vehicles, toys, residential power generation and street lamps, but also for unmanned lighthouses, clock towers, and communication devices that are far from grid lines.

이러한 태양전지는 태양의 빛에너지를 전기 에너지로 변환시키는 것으로서, 일반적인 태양전지는 전기에너지원과는 상당히 다른 전기적인 특성을 가지고 있다. 기존의 전기에너지는 선형 전압원(Linear Voltage Source)의 특성을 가지고 있기 때문에, 부하단에 선형이나 비선형의 부하가 걸릴지라도 항상 일정한 전압을 유지 하고, 안정하게 동작한다. 또한 하나의 동작점만을 갖기 때문에 어떤 입력/출력 조건에서도 항상 안정한 시스템으로 동작한다. 즉 선형 전압원을 가지는 전기에너지원을 사용할 때에는 부하조건에 관계없이 원하는 동작조건을 얻어낼 수가 있다.These solar cells convert the light energy of the sun into electrical energy, the general solar cell has a significantly different electrical characteristics from the electrical energy source. Since the existing electric energy has a characteristic of a linear voltage source, it always maintains a constant voltage and operates stably even when a linear or nonlinear load is applied to the load stage. In addition, since it has only one operating point, it always operates in a stable system under any input / output condition. That is, when using an electrical energy source having a linear voltage source, it is possible to obtain a desired operating condition regardless of the load conditions.

그러나 태양전지는 기존의 전기에너지와는 완전히 다른 전기적인 특성을 가지고 있는 대표적인 비선형소스로 구분되어, 태양전지로부터 생성되는 전력은 부하조건에 따라서 크기가 변화하는 특징을 지니고 있다. 이것은 태양전지를 효율적으로 이용하고자 하는 측면에서 큰 의미를 지닌다.However, solar cells are classified into representative non-linear sources having electrical characteristics completely different from existing electrical energy, and the power generated from solar cells has a characteristic of varying in size depending on load conditions. This has great meaning in terms of using solar cells efficiently.

본 발명은 단상 출력의 태양광 발전 장치를 다상으로 적용할 때 발생되는 출력 전력의 불균형을 해소하는 태양광 발전 제어 장치를 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide a photovoltaic control device that eliminates an imbalance in output power generated when a single-phase output photovoltaic device is applied in a multiphase.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical problems not mentioned above will be clearly understood by those skilled in the art from the following description. Could be.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 태양 전지와 단상 전력 변환기가 구비된 복수의 단상 태양광 발전부의 출력을 다상 선로에 적용한 다상 태양광 발전부; 및 상기 단상 태양광 발전부 각각의 태양 전지 출력 전력값 중 가장 작은 값을 레퍼런스값으로 하는 최대 전력 추적(MPPT: Maximum Power Point Tracking) 제어를 상기 단상 전력 변환기 각각에 적용하는 MPPT부를 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, a multi-phase solar power generation unit applying the output of a plurality of single-phase solar power generation unit provided with a solar cell and a single-phase power converter according to the present invention; And an MPPT unit configured to apply a maximum power point tracking (MPPT) control having the smallest value among the solar cell output power values of each of the single-phase photovoltaic units as a reference value to each of the single-phase power converters. .

상기 MPPT부는 상기 단상 태양광 발전부 각각의 태양 전지의 출력 전력값을 비교하여 가장 작은 값을 추출하는 출력 전력 비교부; 및 상기 추출된 값을 레퍼런스값으로 하여 최대 전력 추적 제어를 수행하는 MPPT 실행부를 포함할 수 있다. 이때, 상기 MPPT 실행부는 상기 단상 태양광 발전부 각각에 형성될 수 있다.The MPPT unit output power comparison unit for extracting the smallest value by comparing the output power value of each solar cell of the single-phase photovoltaic unit; And an MPPT execution unit that performs maximum power tracking control by using the extracted value as a reference value. In this case, the MPPT execution unit may be formed in each of the single-phase solar power generation unit.

또한, 상기 MPPT부는 상기 단상 전력 변환기 중 하나에 일체로 형성될 수 있 다.In addition, the MPPT unit may be integrally formed with one of the single-phase power converter.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양광 발전 제어 장치는 단상 출력을 다상 선로에 적용하여 다상 출력을 지원하는 태양광 발전 설비에서 상기 단상 출력의 불균형에 따른 다상 출력 전력의 불균형을 해소할 수 있다.As described above, the photovoltaic control device according to the present invention is applied to the single-phase output to the multi-phase line to solve the imbalance of the multi-phase output power according to the imbalance of the single-phase output in the photovoltaic facility that supports the multi-phase output. Can be.

이하, 본 발명과 관련된 태양광 발전 제어 장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the photovoltaic power generation control apparatus which concerns on this invention is demonstrated in detail with reference to drawings.

도 1은 본 발명과 관련된 태양광 발전 시스템에 대한 개략적인 블록도이다.1 is a schematic block diagram of a photovoltaic power generation system related to the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 태양광 발전 시스템은, 광기전력 효과(Photovoltaic Effect)를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 태양전지(110), 상기 태양전지(110)의 출력단에 접속된 콘덴서(Cs), 상기 콘덴서(Cs)의 출력단에 접속된 부스트 컨버터(115), 상기 부스트 컨버터(115)의 출력단에 접속된 평활용 콘덴서(Cd), 상기 평활용 콘덴서(Cd)의 출력단에 접속된 단상 풀브리지 인버터(120), 상기 단상 풀브리지 인버터(120)를 구성하는 제1 및 제2 반도체 스위치(Q1, Q2) 사이의 접속점과, 제3 및 제4 반도체 스위치(Q3, Q4)의 접속점 사이에 연결된 LC 필터(125), 상기 LC 필터(125)의 출력단에 접속된 계통선(130), 상기 태 양전지(110)의 출력 전류(Is)를 검출하는 전류 검출부(135), 상기 태양전지(110)의 출력 전압(Vs)을 검출하는 전압 검출부(140), 상기 전류 검출부(135) 및 상기 전압 검출부(140)에 의해 검출된 태양전지(110)의 출력 전류(Is)와 출력 전압(Vs)을 기초로 태양전지(110)가 최대 전력을 출력할 수 있도록 하는 태양전지(110)의 동작 전압 지령치(Vs*) 및 단상 풀브리지 인버터(120)의 출력 전류 지령치(Io*)를 발생하는 최대 전력 추종(MPPT : Maximum Power Point tracking) 제어기(145)(이하, 'MPPT 제어기'라 칭함), 상기 MPPT 제어기(145)에서 출력되는 전압 지령치(Vs*)와 상기 전압 검출부(140)에서 검출된 출력 전압(Vs)의 차이를 보상하여 부스트 컨버터(115)를 제어하기 위한 스위칭 신호를 발생하는 전압 제어기(150), 상기 MPPT 제어기(145)에서 출력되는 전류 지령치(Io*)와 상기 단상 풀브리지 인버터(120)의 출력 전류(Ic)의 차이를 보상하여 출력하는 전류 제어기(160), 상기 전류 제어기(160)에서 출력되는 신호를 이용하여 상기 단상 풀브리지 인버터(120)를 제어하기 위한 스위칭 신호를 발생하는 PWM(Pulse Width Modulation) 발생부(170) 및 상기 PWM 발생부(170)에서 출력되는 스위칭 신호를 이용하여 상기 단상 풀브리지 인버터(120)를 구성하는 제1 내지 제4 반도체 소자(Q1 내지 Q5)를 구동하는 게이트 드라이버(175)를 포함하여 구성되어 있다. As shown in FIG. 1, the photovoltaic system includes a solar cell 110 that converts light energy into electrical energy using a photovoltaic effect, and a capacitor connected to an output terminal of the solar cell 110. (Cs), a boost converter 115 connected to the output terminal of the capacitor Cs, a smoothing capacitor Cd connected to the output terminal of the boost converter 115, and an output terminal of the smoothing capacitor Cd. Connection point between the single-phase full bridge inverter 120 and the first and second semiconductor switches Q1 and Q2 constituting the single-phase full bridge inverter 120 and the connection point of the third and fourth semiconductor switches Q3 and Q4. The LC filter 125 connected therebetween, the grid line 130 connected to the output terminal of the LC filter 125, the current detector 135 for detecting the output current Is of the solar cell 110, the aspect The voltage detector 140, the current detector 135, and the voltage detector 140 that detect the output voltage Vs of the battery 110. Operation of the solar cell 110 such that the solar cell 110 can output the maximum power based on the output current Is and the output voltage Vs of the solar cell 110 detected by the pressure detector 140. Maximum power point tracking (MPPT) controller 145 (hereinafter referred to as an 'MPPT controller') that generates a voltage command value (Vs * ) and an output current command value (Io * ) of the single-phase full bridge inverter 120. Compensating a difference between the voltage command value Vs * output from the MPPT controller 145 and the output voltage Vs detected by the voltage detector 140 to generate a switching signal for controlling the boost converter 115. A current controller 160 for compensating and outputting a difference between a current command value Io * output from the voltage controller 150 and the MPPT controller 145 and an output current Ic of the single-phase full bridge inverter 120, and The single-phase full bridge in using the signal output from the current controller 160 The single-phase full bridge inverter 120 is configured by using a pulse width modulation (PWM) generator 170 generating a switching signal for controlling the rotor 120 and a switching signal output from the PWM generator 170. And a gate driver 175 for driving the first to fourth semiconductor elements Q1 to Q5.

상기에서 부스트 컨버터(115)는 리액터(Lb), 반도체 스위치(Q5) 및 다이오드(D1)로 구성되어 있으며, 태양전지(110)에서 출력되는 낮은 전압을 승압시키는 역할을 수행한다.The boost converter 115 includes a reactor Lb, a semiconductor switch Q5, and a diode D1, and boosts a low voltage output from the solar cell 110.

상기 전압 제어기(150)를 통해 부스트 컨버터(115)를 제어하여, 태양전지(110)의 입력단 전압에 나타나는 전압 리플을 최소화 하는 것을 특징으로 한다. The boost converter 115 is controlled through the voltage controller 150 to minimize the voltage ripple appearing at the input terminal voltage of the solar cell 110.

상기 MPPT 제어기(145)는 전류 검출부(135) 및 전압 검출부(140)에서 출력되는 태양전지(110)의 출력 전류(Is) 및 출력 전압(Vs)을 기초로 태양전지(110)의 출력 전력을 계산하여 최대 전력점을 추출하고, 그 최대 전력점을 갖는 태양전지(110)의 출력 전류(Is)와 출력 전압(Vs)을 찾아낸다. 이 때, MPPT 제어기(145)는 상기 태양전지(110)의 동작 전압을 가변시키면서 이전 동작점 전력과 현재 동작점 전력의 차이를 비교하여 최대 전력점을 추종하는 Hill-Climbing 방식을 이용하여 상기 태양전지(110)의 최대 전력점을 추출한다. The MPPT controller 145 outputs the output power of the solar cell 110 based on the output current Is and the output voltage Vs of the solar cell 110 output from the current detector 135 and the voltage detector 140. The maximum power point is extracted by calculation, and the output current Is and the output voltage Vs of the solar cell 110 having the maximum power point are found. At this time, the MPPT controller 145 compares the difference between the previous operating point power and the current operating point power while varying the operating voltage of the solar cell 110 by using the Hill-Climbing method that follows the maximum power point. The maximum power point of the battery 110 is extracted.

그리고 MPPT 제어기(145)는 그 찾아낸 값을 이용하여 태양전지(110)가 최대 전력을 출력할 수 있는 동작 전압 지령치(Vs*) 및 전류 지령치(Io*)를 생성하여 전압 제어기(150) 및 전류 제어기(160)로 출력한다.The MPPT controller 145 generates an operating voltage command value Vs * and a current command value Io * through which the solar cell 110 can output the maximum power using the found value, thereby generating the voltage controller 150 and the current. Output to the controller 160.

전압 제어기(150)는 계통선(130)으로 태양전지(110)가 최대 전력을 출력할 수 있는 전압값을 인가하기 위해, 상기 MPPT 제어기(145)에서 출력되는 전압 지령치(Vs*)와 전압 검출부(140)에서 출력되는 출력 전압(Vs)의 차이를 보상하여 부스트 컨버터(115)를 구성하는 반도체 스위치(Q5)의 스위칭 동작을 제어하는 것이다. The voltage controller 150 is a voltage command value Vs * and a voltage detector output from the MPPT controller 145 to apply a voltage value at which the solar cell 110 can output maximum power to the grid line 130. The switching operation of the semiconductor switch Q5 constituting the boost converter 115 is controlled by compensating for the difference in the output voltage Vs output from the 140.

이를 위해, 상기 전압 제어기(150)는 MPPT 제어기(145)에서 출력되는 전압 지령치(Vs*)와 전압 검출부(140)에서 출력되는 출력 전압(Vs)을 감산하는 감산기(152)와, 상기 감산기(152)의 오차신호를 입력받아 비례 적분하는 PI 제어 기(154)와, 상기 PI 제어기(154)의 출력 전류를 입력받아 기준전류 이상의 과전류를 제한하는 전류 제한기(156)를 포함하여 구성되어 있다.To this end, the voltage controller 150 subtracts the voltage command value Vs * output from the MPPT controller 145 and the output voltage Vs output from the voltage detector 140, and the subtractor ( And a PI controller 154 that receives the error signal of 152 and proportionally integrates it, and a current limiter 156 that receives an output current of the PI controller 154 and limits an overcurrent above a reference current. .

상기 전압 제어기(150)는 태양전지(110)의 입력단 전압에 리플 전압이 나타나지 않도록 하기 위하여 사용전원 주파수의 2배에 해당하는 고조파 주파수의 10배에 해당하는 스위칭 신호를 발생하여 부스트 컨버터(115)의 반도체 스위치(Q5)를 제어하는 것을 특징으로 한다. The voltage controller 150 generates a switching signal corresponding to 10 times the harmonic frequency corresponding to 2 times the power supply frequency so that the ripple voltage does not appear in the input terminal voltage of the solar cell 110 to boost the converter 115. It is characterized by controlling the semiconductor switch Q5.

한편, 상기 전류 제어기(160)는 계통선(130)으로 태양전지(110)가 최대 전력을 출력할 수 있는 전류값을 인가하기 위해, 상기 MPPT 제어기(145)에서 출력되는 전류 지령치(Io*)와 전류 검출부(135)에서 출력되는 출력 전류(Ic)의 차이를 보상하여 단상 풀브리지 인버터(120)를 구성하는 반도체 소자(Q1 내지 Q4)의 스위칭 동작을 제어하는 것이다.On the other hand, the current controller 160 is a current command value (Io * ) output from the MPPT controller 145, in order to apply a current value that the solar cell 110 can output the maximum power to the grid line 130. And the switching operation of the semiconductor devices Q1 to Q4 constituting the single-phase full bridge inverter 120 by controlling the difference of the output current Ic output from the current detector 135.

이를 위해, 상기 전류 제어기(160)는 MPPT 제어기(145)에서 출력되는 전류 지령치(Io*)와 상기 단상 풀브리지 인버터(120)의 출력 전류(Ic)를 감산하는 감산기(162)와, 상기 감산기(162)의 오차신호를 입력받아 비례 적분하여 출력하는 PI 제어기(164)와, 상기 PI 제어기(164)에서 출력되는 신호와 상기 계통선(130)에 인가되는 계통전압(Vo)을 가산하여 출력하는 가산기(166)를 포함하여 구성되어 있다.To this end, the current controller 160 subtracts the current command value Io * output from the MPPT controller 145 and the output current Ic of the single-phase full bridge inverter 120, and the subtractor. PI controller 164 that receives the error signal of 162 and proportionally integrates and outputs it, and outputs by adding a signal output from the PI controller 164 and a grid voltage Vo applied to the grid line 130. It is comprised including the adder 166 made.

PWM 발생부(170)는 상기 전류 제어기(160)의 출력신호를 기초로 게이트 드라이버(175)를 제어하기 위한 스위칭 신호를 발생한다. The PWM generator 170 generates a switching signal for controlling the gate driver 175 based on the output signal of the current controller 160.

게이트 드라이버(175)는 상기 PWM 발생부(170)로부터 인가되는 스위칭 신호를 이용하여 상기 단상 풀브리지 인버터(120)의 반도체 스위치(Q1 내지 Q4)를 구동 시킨다. The gate driver 175 drives the semiconductor switches Q1 to Q4 of the single-phase full bridge inverter 120 by using a switching signal applied from the PWM generator 170.

단상 풀브리지 인버터(120)는 상기 게이트 드라이버(175)로부터 인가되는 스위칭 신호에 따라 스위칭 동작하여 부스트 컨버터(115)에서 출력되는 전원을 계통선(130)에서 요구되는 전원으로 변환하여 출력한다. The single-phase full bridge inverter 120 switches according to the switching signal applied from the gate driver 175 to convert the power output from the boost converter 115 into the power required by the grid line 130 and output the converted power.

도 2는 본 발명과 관련된 태양광 발전 시스템의 제어 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a control method of a photovoltaic power generation system according to the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 먼저 전류 검출부(135) 및 전압 검출부(140)를 이용하여 태양전지(110)의 출력 전류(Is) 및 출력 전압(Vs)을 검출한다(S210). 상기 검출된 태양전지(110)의 출력 전류(Is) 및 출력 전압(Vs) 값은 MPPT 제어기(145)로 인가된다.1 and 2, first, the output current Is and the output voltage Vs of the solar cell 110 are detected using the current detector 135 and the voltage detector 140 (S210). The detected output current Is and output voltage Vs of the solar cell 110 are applied to the MPPT controller 145.

MPPT 제어기(145)는 상기 전류 검출부(135) 및 전압 검출부(140)에 의해 검출된 태양전지(110)의 출력 전류(Is) 및 출력 전압(Vs)을 기초로 태양전지(110)의 출력 전력을 계산하고, 계산된 전력을 추종하여 태양전지(110)의 최대 전력점을 추출한다(S220). 일 예로, 상기 MPPT 제어기(145)는 상기 태양전지(110)의 동작 전압을 가변시키면서 이전 동작점 전력과 현재 동작점 전력의 차이를 비교하여 최대 전력점을 추종하는 Hill-Climbing 방식을 이용하여 상기 태양전지(110)의 최대 전력점을 추출한다. The MPPT controller 145 outputs the output power of the solar cell 110 based on the output current Is and the output voltage Vs of the solar cell 110 detected by the current detector 135 and the voltage detector 140. Calculate and extract the maximum power point of the solar cell 110 by following the calculated power (S220). For example, the MPPT controller 145 uses the Hill-Climbing method that follows the maximum power point by comparing the difference between the previous operating point power and the current operating point power while varying the operating voltage of the solar cell 110. The maximum power point of the solar cell 110 is extracted.

그리고, MPPT 제어기(145)는 추출한 최대 전력점을 갖는 태양전지(110)의 출 력 전류(Is)와 출력 전압(Vs)을 찾아내고, 상기 찾아낸 값을 이용하여 태양전지(110)가 최대 전력을 출력할 수 있도록 하는 동작 전압 지령치(Vs*) 및 전류 지령치(Io)를 발생한다(S230). 상기 동작 전압 지령치(Vs*)는 전압 제어기(150)로 인가되며, 전류 지령치(Io)는 전류 제어기(160)로 인가된다.In addition, the MPPT controller 145 finds the output current Is and the output voltage Vs of the solar cell 110 having the extracted maximum power point, and the solar cell 110 uses the found value to obtain the maximum power. An operating voltage command value Vs * and a current command value Io are generated to output the signal (S230). The operating voltage command value Vs * is applied to the voltage controller 150, and the current command value Io is applied to the current controller 160.

전압 제어기(150)는 상기 MPPT 제어기(145)에서 출력되는 전압 지령치(Vs*)와 전압 검출부(140)에서 출력되는 출력 전압(Vs)의 차이를 보상하여 부스트 컨버터(115)를 구성하는 반도체 스위치(Q5)의 스위칭 동작을 제어한다(S240). The voltage controller 150 configures the boost converter 115 by compensating for the difference between the voltage command value Vs * output from the MPPT controller 145 and the output voltage Vs output from the voltage detector 140. The switching operation of Q5 is controlled (S240).

이 때, 상기 전압 제어기(150)는 태양전지(110)의 입력단에 전압 리플이 나타나지 않도록 하기 위하여 사용전원 주파수의 2배에 해당하는 고조파 주파수의 10배 정도의 스위칭 신호를 발생하여 부스트 컨버터(115)의 반도체 스위치(Q5)를 제어한다. At this time, the voltage controller 150 generates a switching signal of about 10 times the harmonic frequency corresponding to 2 times the power supply frequency so that the voltage ripple does not appear at the input terminal of the solar cell 110. Semiconductor switch Q5 is controlled.

전류 제어기(160)는 상기 MPPT 제어기(145)에서 출력되는 전류 지령치(Io*)와 전류 검출부(135)에서 출력되는 출력 전류(Ic)의 차이를 보상하여 단상 풀브리지 인버터(120)를 구성하는 반도체 소자(Q1 내지 Q4)의 스위칭 동작을 제어한다(S250).The current controller 160 compensates for the difference between the current command value Io * output from the MPPT controller 145 and the output current Ic output from the current detector 135 to configure the single-phase full bridge inverter 120. The switching operation of the semiconductor devices Q1 to Q4 is controlled (S250).

상술한 바와 같이, MPPT 제어기(145)에서 출력되는 전압 지령치(Vs*)와 전압 검출부(140)에서 출력되는 출력 전압(Vs)의 차이를 보상하여 부스트 컨버터(115)의 동작을 제어함으로서, 태양전지(110)의 입력단에 나타나는 전압 리플을 제거할 수 있다.As described above, by controlling the operation of the boost converter 115 by compensating the difference between the voltage command value (Vs * ) output from the MPPT controller 145 and the output voltage (Vs) output from the voltage detector 140, Voltage ripples appearing at the input terminal of the battery 110 may be removed.

이상에서, 단상 풀브리지 인버터와 MPPT 제어기로 이루어진 단상 출력의 태양광 발전 시스템에 대해서 살펴보았다. 단상 출력의 태양광 발전 시스템을 단상 태양광 발전 장치라 칭한다. 또한, 이하에서 단상 태양광 발전 장치는 앞에서 도 1 및 2를 참조하여 설명한 태양광 발전 시스템 외에도, 태양전지, 인버터 즉 전력변환기를 포함한 단상 출력 시스템 또한 단상 태양광 발전 장치라 칭한다.In the above, the single-phase full-bridge inverter and the single-phase output photovoltaic power generation system consisting of MPPT controller has been described. The single-phase photovoltaic power generation system is called a single phase photovoltaic device. In addition, in the following, the single-phase photovoltaic device is referred to as a single-phase photovoltaic device, in addition to the photovoltaic system described above with reference to FIGS. 1 and 2.

단상 출력을 지원하는 단상 태양광 발전 장치를 이용하여 다상 출력을 지원할 수 있다. 예를 들어 단상 태양광 발전 장치를 3개를 3상 선로에 적용함으로써 3상 태양광 발전 장치로 형성하는 것이 가능하다.Multi-phase output can be supported using a single-phase photovoltaic device that supports single-phase output. For example, it is possible to form a three-phase photovoltaic device by applying three single-phase photovoltaic devices to a three-phase line.

도 3에서와 같이 3개의 단상 태양광 발전 장치의 출력단 중 하나를 공통 라인 N으로 하고, 상기 3개의 단상 태양광 발전 장치의 나머지 단자를 각 R, S, T상으로 형성함으로써 3상 태양광 발전 장치의 제공이 가능하다.As shown in FIG. 3, one of the output terminals of the three single-phase photovoltaic devices is a common line N, and the remaining terminals of the three single-phase photovoltaic devices are formed in each of R, S, and T phases, thereby generating three-phase photovoltaic power generation. Provision of the device is possible.

이 경우, 서로 독립적인 단상 태양광 발전 장치 간의 출력 불균형을 대비하여야 한다. 각 단상 태양광 발전 장치에 포함된 태양 전지가 별개로 형성되는 관계로, 각 태양 전지는 설치 위치, 구름 등의 여러 요인으로 인하여 출력이 서로 다른 경우가 발생된다. 따라서, 이러한 특성의 태양 전지가 포함되어 있는 단상 태양광 발전 장치의 출력 또한 상이하게 되며, 이에 따라 상기 단상 태양광 발전 장치를 복수로 조합하여 다상 선로를 형성한 경우, 상기 다상 선로의 출력이 불균형하게 된다. 독립 전력원으로 이용되거나 또는 상용교류전원의 계통과 연계되어 보조 전 력원으로 이용되는 태양광 발전 시스템에서 이와 같은 출력 불균형은 바람직하지 못하다. 따라서, 단상 태양광 발전 장치를 이용하여 다상 태양광 발전 장치를 형성한 경우, 다상 출력의 불균형을 해소할 수 있는 제어 장치가 필요하다.In this case, the output imbalance between single-phase photovoltaic devices independent of each other should be prepared. Since the solar cells included in each single-phase photovoltaic device are formed separately, each solar cell may have a different output due to various factors such as an installation location and a cloud. Therefore, the output of the single-phase photovoltaic device including the solar cell having such characteristics is also different. Accordingly, when a plurality of single-phase photovoltaic devices are combined to form a multiphase line, the output of the multiphase line is unbalanced. Done. Such output imbalance is undesirable in photovoltaic systems that are used as stand-alone power sources or as auxiliary power sources in conjunction with commercial AC systems. Therefore, when the multiphase photovoltaic device is formed using the single phase photovoltaic device, a control device capable of eliminating the imbalance of the multiphase output is required.

도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 태양광 발전 제어 장치를 나타낸 블럭도이다.Figure 4 is a block diagram showing a solar power control apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 태양광 발전 제어 장치는 태양 전지(311)와 단상 전력 변환기(313)가 구비된 복수의 단상 태양광 발전부(310)의 출력을 다상 선로에 적용한 다상 태양광 발전부(320) 및 상기 단상 태양광 발전부 각각의 태양 전지 출력 전력값 중 가장 작은 값을 레퍼런스값으로 하는 최대 전력 추적(MPPT: Maximum Power Point Tracking) 제어를 상기 단상 전력 변환기 각각에 적용하는 MPPT부(330)를 포함한다.The photovoltaic power generation control device illustrated in FIG. 4 is a multiphase solar power generation unit 320 in which the outputs of the plurality of single phase solar power generation units 310 including the solar cell 311 and the single phase power converter 313 are applied to a polyphase line. MPPT unit 330 for applying a maximum power point tracking (MPPT) control having the smallest value of the solar cell output power value of each of the single-phase photovoltaic units as a reference value to each of the single-phase power converters. It includes.

상기 태양 전지(311)는 태양의 빛에너지를 전기 에너지로 변환시키는 요소이고, 상기 단상 전력 변환기(313)는 상기 태양 전지에서 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 요소이다. 각각은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바가 있으므로 자세한 언급은 생략한다.The solar cell 311 is an element for converting light energy of the sun into electrical energy, and the single-phase power converter 313 is an element for converting DC power output from the solar cell into AC power. Since each has been described with reference to FIGS. 1 and 2, detailed description thereof will be omitted.

상기 MPPT부(330)는 태양 전지의 출력 전류와 출력 전압, 즉 태양 전지의 출력 전력을 기초로 태양 전지가 최대 전력을 출력할 수 있도록 하는 지령치를 생성한다. 본 실시예에서 상기 MPPT부는 다상 태양광 발전부를 구성하는 복수의 단상 태양광 발전부내 각각의 태양 전지의 출력 전력 중 가장 작은 값을 갖는 단상 태양광 발전부 태양 전지의 출력값을 레퍼런스값으로 한다. 즉, 상기 레퍼런스값을 이 용하여 지령치를 생성하게 되며, 이와 같이 생성된 지령치를 각각의 단상 태양광 발전부 내 단상 전력 변환기에 적용한다.The MPPT unit 330 generates a command value for allowing the solar cell to output maximum power based on the output current and output voltage of the solar cell, that is, the output power of the solar cell. In the present embodiment, the MPPT unit uses the output value of the single-phase photovoltaic unit solar cell having the smallest value among the output powers of the respective solar cells in the plurality of single-phase photovoltaic units constituting the multiphase photovoltaic unit. That is, a command value is generated using the reference value, and the command value generated in this way is applied to the single phase power converter in each single phase photovoltaic unit.

즉, 가장 작은 출력 전력값을 갖는 태양 전지의 출력값을 이용하여 모든 단상 전력 변환기를 MPPT 제어하게 된다. 이에 따라 모든 단상 태양광 발전부의 출력은 가장 작은 출력 전력값을 갖는 태양 전지가 포함된 단상 태양광 발전부의 출력과 같게 된다. 결과적으로 복수의 단상 태양광 발전부를 다상 선로에 적용하여 다상 태양광 발전부를 형성한 경우, 상기 다상 선로에서 모든 상의 출력 전력은 동일하게 유지된다.That is, all single-phase power converters are MPPT controlled by using the output value of the solar cell having the smallest output power value. Accordingly, the output of all the single phase solar power generation units is equal to the output of the single phase solar power generation unit including the solar cell having the smallest output power value. As a result, when a plurality of single-phase photovoltaic units are applied to a polyphase line to form a multiphase photovoltaic unit, the output power of all the phases in the multiphase line remains the same.

도 3에서와 같이 3개의 단상 태양광 발전부를 3상 선로에 적용함으로써 3상 태양광 발전부의 형성이 가능하다.As shown in FIG. 3, the three-phase solar power generation unit may be formed by applying three single-phase solar power generation units to the three-phase line.

도 4에서는 MPPT부(330)를 각 단상 태양광 발전부와 독립적으로 형성하고 있으나, 상기 MPPT부의 위치는 여러 방안이 가능하다.In FIG. 4, the MPPT unit 330 is formed independently of each single-phase photovoltaic unit, but the MPPT unit may be located in various ways.

이미 설비되어 있는 단상 태양광 발전부를 이용하고자 하는 경우를 살펴보면, 상기 단상 태양광 발전부는 정상적인 단상 출력을 지원하기 위하여 내부에 자체 MPPT부를 포함할 수 있다.Looking at the case of using a single-phase photovoltaic unit that is already installed, the single-phase photovoltaic unit may include its own MPPT unit to support the normal single-phase output.

따라서, 이미 자체 MPPT부를 포함하는 단상 태양광 발전부를 다상 선로에 복수개 적용하는 경우, 추가적인 MPPT부(330)의 형성은 불필요한 자원의 낭비가 된다.Therefore, in the case where a plurality of single-phase photovoltaic units including their own MPPT units are applied to the polyphase line, the formation of additional MPPT unit 330 is a waste of unnecessary resources.

따라서, 상기 자체 MPPT부를 도 4의 MPPT부로 사용함으로써, 별도의 MPPT부를 요구하지 않을 수도 있다. 상기 자체 MPPT부는 각 단상 태양광 발전부의 태양 전지의 출력 전력을 수집하여 비교함으로써, 가장 작은 값을 도출하는 기능이 누락되어 있다. 즉, MPPT부(330)를 상기 MPPT부는 상기 단상 태양광 발전부 각각의 태양 전지의 출력 전력값을 비교하여 가장 작은 값을 추출하는 출력 전력 비교부(331) 및 상기 추출된 값을 레퍼런스값으로 하여 최대 전력 추적 제어를 상기 단상 전력 변환기에 대하여 수행하는 MPPT 실행부(333)를 포함하는 구성으로 형성할 때, 상기 출력 전력 비교부가 누락되어 있는 상태가 된다.Accordingly, by using the MPPT unit of the MPPT unit of FIG. 4, a separate MPPT unit may not be required. The self MPPT unit is missing a function of deriving the smallest value by collecting and comparing the output power of the solar cells of each single-phase photovoltaic unit. That is, the MPPT unit 330 compares the output power values of the respective solar cells of the single-phase photovoltaic unit, and extracts the smallest value as the reference value and the extracted value as the reference value. In this case, when the maximum power tracking control is formed in a configuration including the MPPT execution unit 333 that performs the single-phase power converter, the output power comparator is missing.

따라서, 상기 출력 전력 비교부를 별도로 마련하거나, 단상 태양광 발전부 중 적어도 하나에 형성하여야 한다.Therefore, the output power comparison unit must be separately provided or formed in at least one of the single-phase photovoltaic unit.

정리하면, 상기 MPPT부는 출력 전력 비교부 및 MPPT 실행부를 포함할 수 있으며, 상기 MPPT 실행부는 단상 태양광 발전부 각각에 형성될 수 있다.In summary, the MPPT unit may include an output power comparison unit and an MPPT execution unit, and the MPPT execution unit may be formed in each of the single-phase solar power generation unit.

상기 출력 전력 비교부는 다상 태양광 발전부를 형성하는 단상 태양광 발전부 중 적어도 하나에 형성되거나, 별도로 형성이 가능하다.The output power comparison unit may be formed on at least one of the single-phase photovoltaic unit forming the multi-phase photovoltaic unit, or may be separately formed.

도 4에는 상기 MPPT부가 단상 태양광 발전부와 별개로 형성된 상태를 나타내고 있으며, 도 5는 MPPT부 중 MPPT 실행부가 단상 태양광 발전부 내에 형성된 상태를 나타내고 있다. 도 6은 출력 전력 비교부 및 MPPT 실행부를 포함한 MPPT부가 단상 태양광 발전부 내에 형성된 상태를 나타낸다.FIG. 4 illustrates a state in which the MPPT unit is formed separately from the single phase solar power generation unit, and FIG. 5 illustrates a state in which the MPPT execution unit is formed in the single phase solar power generation unit among the MPPT units. 6 illustrates a state in which the MPPT unit including the output power comparison unit and the MPPT execution unit is formed in the single-phase photovoltaic unit.

한편, 상기 출력 전력 비교부는 형성되는 위치에 상관없이 각 단상 태양광 발전부 내의 태양 전지 출력 전력을 비교하기 위하여 각 단상 태양광 발전부로부터 출력 전력 데이터를 전송받아야 한다.On the other hand, the output power comparison unit must receive output power data from each single-phase photovoltaic unit in order to compare the output power of the solar cell in each single-phase photovoltaic unit irrespective of the position formed.

상기 출력 전력 데이터의 전송은 RS485 등의 직렬 통신을 이용할 수 있다. 물론 이외에도 다양한 유무선 방식의 적용이 가능하다.Transmission of the output power data may use serial communication such as RS485. Of course, it is possible to apply a variety of wired and wireless methods.

상기 출력 전력 비교부에서 출력되는 레퍼런스값의 전송은 여러 방안이 가능하다.Transmission of the reference value output from the output power comparator may be performed in various ways.

상기 레퍼런스값을 하나의 MPPT 실행부만으로 전송할 수 있으며, 복수의 MPPT 실행부로 전송할 수도 있다. 전자의 경우, 상기 MPPT 실행부는 상기 레퍼런스값을 이용하여 도출된 지령치를 모든 단상 태양광 발전부에 전송하여야 하며, 이때의 구성은 도 4의 실시예에 부합된다. 후자의 경우는 각각의 단상 태양광 발전부가 MPPT 실행부를 구비하고 있는 경우, 즉 도 5의 실시예에 부합된다.The reference value may be transmitted to only one MPPT execution unit, or may be transmitted to a plurality of MPPT execution units. In the former case, the MPPT execution unit must transmit a command value derived using the reference value to all single-phase solar power generation units, and the configuration of this case corresponds to the embodiment of FIG. 4. The latter case corresponds to the embodiment of FIG. 5 where each single phase solar power generation unit has an MPPT implementation.

도 6과 같이 출력 전력 비교부 및 MPPT 실행부 모두가 단상 태양광 발전부에 구비되는 경우에는 양자 모두가 가능하다. 즉, 어느 하나의 단상 태양광 발전부를 마스터로 설정한 후, 상기 마스터에 해당하는 단상 태양광 발전부의 출력 전력 비교부를 사용하여 레퍼런스값을 도출한다. 그 후, 상기 레퍼런스값을 마스터 및 마스터를 제외한 서브 단상 태양광 발전부의 MPPT 실행부로 전송하여 각각의 MPPT 실행부가 상기 레퍼런스값에 따라 최대 전력 추적 제어를 수행하도록 하거나, 레퍼런스값을 서브로 전송하는 대신 마스터 단상 태양광 발전부의 MPPT 실행부에서 도출된 지령치를 전송할 수도 있다.As shown in FIG. 6, both the output power comparator and the MPPT execution unit are provided in the single-phase photovoltaic unit. That is, after setting one single-phase solar power generation unit as a master, a reference value is derived using the output power comparison unit of the single-phase solar power generation unit corresponding to the master. Thereafter, the reference value is transmitted to the MPPT execution unit of the sub single-phase solar power generator except the master and the master so that each MPPT execution unit performs the maximum power tracking control according to the reference value, or transmits the reference value to the sub. The setpoint derived from the MPPT execution unit of the master single-phase photovoltaic unit may be transmitted.

현재의 단상 태양광 발전부의 상황을 볼 때, 도 5와 같이 구성된 경우가 대부분이므로, 하나의 단상 태양광 발전부를 마스터로 설정하여 추가적으로 출력 전력 비교부를 형성한 후, 상기 출력 전력 비교부의 레퍼런스값을 서브 단상 태양광 발전부의 MPPT 실행부로 전송하는 방안이 바람직할 수 있다. 각각의 MPPT 실행부는 단상 전력 변환기의 출력값을 피드백 받는 방식이 적용되기도 하므로, MPPT 실행부는 각 단상 태양광 발전부에 대응하여 형성되는 것이 바람직할 수 있기 때문이다. 즉, 태양 전지 출력 외의 요인으로 인한 출력 이상을 관리하기 위하여 MPPT 실행부는 각각의 단상 태양광 발전부에 대응하여 형성되는 것이 바람직하다.When the current state of the single-phase photovoltaic unit is configured as shown in FIG. 5, in most cases, one single-phase photovoltaic unit is set as a master to form an additional output power comparison unit, and then the reference value of the output power comparison unit is set. It may be desirable to transmit to the MPPT execution unit of the sub single phase solar power generation unit. This is because the MPPT execution unit may be applied to the feedback value of the output value of the single-phase power converter, and thus, the MPPT execution unit may be preferably formed corresponding to each single-phase solar power generation unit. That is, in order to manage output abnormalities due to factors other than solar cell output, the MPPT execution unit is preferably formed corresponding to each single-phase solar power generation unit.

도 7은 각각의 단상 태양광 발전부가 MPPT 실행부를 포함하고 있고, 그 중 하나의 단상 태양광 발전부에만 출력 전력 비교부를 형성하고, 상기 출력 전력 비교부의 레퍼런스값을 각 단상 태양광 발전부로 전송한 경우의 출력 전력값(도면에는 전류 측정 결과를 개시함)을 나타낸 그래프이다. 이상에서 살펴본 3개의 단상 태양광 발전부가 도 3과 같이 3상 선로에 적용되어 R, S, T상 모두 동일한 출력이 이루어지고 있음을 알 수 있다. R상을 형성하는 단상 태양광 발전부의 태양 전지 출력이 소정 요인으로 인하여 S상, T상을 형성하는 단상 태양광 발전부의 태양 전지 출력과 비교하여 줄어든 경우, R상을 형성하는 단상 태양광 발전부의 MPPT 제어의 레퍼런스값을 R상뿐만 아니라 S상 및 T상을 형성하는 단상 태양광 발전부에도 적용함으로써, 모든 상의 출력이 동일하도록 제어한다. 이에 따라 복수의 단상 태양광 발전부를 이용하여 다상 태양광 발전부를 형성한 경우 출력 전력의 평형이 달성된다.FIG. 7 shows that each single phase solar power generation unit includes an MPPT execution unit, and forms an output power comparison unit only in one single phase solar power generation unit, and transmits a reference value of the output power comparison unit to each single phase solar power generation unit. It is a graph showing the output power value in the case (the current measurement results are shown in the figure). It can be seen that the three single-phase photovoltaic power generation unit described above is applied to the three-phase line as shown in FIG. When the solar cell output of the single-phase photovoltaic section forming the R phase is reduced compared to the solar cell output of the single-phase photovoltaic section forming the S phase and T phase due to a predetermined factor, the single phase photovoltaic section forming the R phase By applying the reference value of the MPPT control not only to the R phase but also to the single-phase photovoltaic unit forming the S phase and the T phase, the output of all the phases is controlled to be the same. Accordingly, when the multiphase photovoltaic unit is formed using the plurality of single phase photovoltaic units, the balance of output power is achieved.

본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하 여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above embodiment is for the purpose of illustration and not for the purpose of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

도 1은 본 발명과 관련된 태양광 발전 시스템에 대한 개략적인 블록도.1 is a schematic block diagram of a solar power system according to the present invention.

도 2는 본 발명과 관련된 태양광 발전 시스템의 제어 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도.2 is a flowchart illustrating a control method of a photovoltaic system according to the present invention.

도 3은 단상 태양광 발전기를 3상 선로에 적용하여 형성된 3상 태양광 발전기를 나타낸 개략도.Figure 3 is a schematic diagram showing a three-phase solar generator formed by applying a single-phase solar generator to a three-phase line.

도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 태양광 발전 제어 장치를 나타낸 블럭도.Figure 4 is a block diagram showing a solar power control apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 태양광 발전 제어 장치를 나타낸 블럭도.Figure 5 is a block diagram showing a solar power control apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 바람직한 또다른 실시예에 따른 태양광 발전 제어 장치를 나타낸 블럭도.Figure 6 is a block diagram showing a solar power control apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 태양광 발전 제어 장치가 적용된 다상 태양광 발전기에서의 각 상의 출력 상태를 나타낸 그래프.Figure 7 is a graph showing the output state of each phase in the multi-phase photovoltaic generator to which the photovoltaic control device according to an embodiment of the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

310...단상 태양광 발전부 320...다상 태양광 발전부310.Single phase solar power generation unit 320 ... Multiphase solar power generation unit

330...MPPT부 331...출력 전력 비교부330 ... MPPT section 331 ... Output power comparison section

333...MPPT 실행부333 MPMP Execution Unit

Claims (4)

태양 전지와 단상 전력 변환기가 구비된 복수의 단상 태양광 발전부의 출력을 다상 선로에 적용한 다상 태양광 발전부; 및A multi-phase solar power generation unit applying outputs of a plurality of single-phase solar power generation units equipped with a solar cell and a single-phase power converter to a polyphase line; And 상기 단상 태양광 발전부 각각의 태양 전지 출력 전력값 중 가장 작은 값을 레퍼런스값으로 하는 최대 전력 추적(MPPT: Maximum Power Point Tracking) 제어를 상기 단상 전력 변환기 각각에 적용하는 MPPT부MPPT unit for applying a Maximum Power Point Tracking (MPPT) control to each of the single-phase power converters, the reference of which is the smallest value of the output power of the solar cell of each of the single-phase photovoltaic unit 를 포함하는 태양광 발전 제어 장치.Solar power control device comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 MPPT부는 상기 단상 태양광 발전부 각각의 태양 전지의 출력 전력값을 비교하여 가장 작은 값을 추출하는 출력 전력 비교부; 및The MPPT unit output power comparison unit for extracting the smallest value by comparing the output power value of each solar cell of the single-phase photovoltaic unit; And 상기 추출된 값을 레퍼런스값으로 하여 최대 전력 추적 제어를 상기 단상 전력 변환기에 대하여 수행하는 MPPT 실행부MPPT execution unit that performs the maximum power tracking control for the single-phase power converter using the extracted value as a reference value 를 포함하는 태양광 발전 제어 장치.Solar power control device comprising a. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 MPPT 실행부는 상기 단상 태양광 발전부 각각에 형성되는 태양광 발전 제어 장치.The MPPT execution unit is a solar power generation control device is formed in each of the single-phase solar power generation unit. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 MPPT부는 상기 단상 전력 변환기 중 적어도 하나에 일체로 형성되는 태양광 발전 제어 장치.The MPPT unit is integrally formed with at least one of the single-phase power converter.
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