KR20120129910A

KR20120129910A - 최대 전력점 추적기의 작동 방법

Info

Publication number: KR20120129910A
Application number: KR1020127021454A
Authority: KR
Inventors: 쇠렌 베크호이 키에르
Original assignee: 단포스 솔라 인버터스 에이/에스
Priority date: 2010-02-16
Filing date: 2011-02-11
Publication date: 2012-11-28
Also published as: US20120310436A1; WO2011100968A3; CN103181051A; EP2537223A2; WO2011100968A2

Abstract

본 발명은 스위프 주기를 간격들로 수행하는 단계, 스위프 주기는 전력 함수의 적어도 하나의 제 1 파라미터의 결정을 포함하는 단계, 적어도 하나의 제 1 파라미터와 적어도 하나의 제 2 파라미터를 저장하는 단계, 및 저장된 데이터에 기초하여 스위프 주기들의 하나 이상의 특성들을 수정하는 단계를 포함하는 최대 전력점 추적기를 작동시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 작동 파라미터를 제어하기에 적합한 제어기 (12, 115), 전력 공급원 (3, 103) 에 연결된 입력부 (4, 104) 및 데이터 저장부 (15, 115) 를 포함하는 최대 전력점 추적 장치에 관한 것이고, 상기 장치는 상기 방법에 의해서 작동되기에 적합하다.

Description

최대 전력점 추적기의 작동 방법{A METHOD OF OPERATING A MAXIMUM POWER POINT TRACKER}

본 발명은 전력 공급원의 최대 전력점을 추적하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

전력의 생산은 다수의 상이한 공급원들으로부터 달성될 수 있다. 전통적인 석탄 또는 석유 화력 발전소 또는 휘발류 구동식 발전기와 같은 몇몇 공급원들은 안정적인, 공지된 특성을 갖고 그래서 사용 가능한 형태로의 그들의 출력의 효율적인 변환이 예측 가능한 반면에, 태양열 또는 풍력과 같은 다른 공급원들은 변환 효율에 영향을 줄 수 있는 추가적인 문제를 드러낸다. 이는 그러한 공급원들의 '작동점', 즉 공급원으로부터 최대 전력을 얻기 위해서 공급원이 제어되는 방식이 바람 또는 태양 복사의 강도와 같은 외부 조건에 매우 의존하기 때문이다.

종종 이 문제는 인버터와 같은 전기 컨버터의 사용에 의해서 해결되고, 이는 에너지 공급원에 효율적인 변환을 위해 최적인 전기 부하를 준다. 전기 컨버터들은, 예를 들어 태양열 또는 풍력에서, 변화에 의해 공급원 특성들의 변화가 야기됨에도 불구하고 최적의 부하를 끊임없이 주기 위해서 종종 그들의 입력 특성을 끊임없이 조절한다.

통상적인 응용에서 에너지 공급원은 제어 전압에 대한 직류 전류, 또는 제어 전류에 대한 직류 전압을 공급하는 발전기로서 작동할 것이다. 도 6 은 그러한 에너지 공급원 (태양 광선의 광발전 어레이 (photovoltaic array) 와 같은) 을 위한 제어 전압에 대해 생성된 통상적인 전류 (132) 를 도시한다. 전류 또는 전압은 종종 제어된 변수일 수 있기 때문에, 제어 전류에 대해 생성된 전압을 위해서 유사한 함수가 또한 얻어진다. 도 7 은 그러한 공급원을 위해서 전력 함수 (131) 를 도시하고, 전력은 흐르는 제어 전압과 전류의 곱에 의해서 계산된다. 전력 함수는 종종 최대 전력점 (130) (MPP) 으로 일컬어지는 최대치를 갖는다.

최대 전력을 뽑아내기 위해서, 외부 조건들은 외부 조건이 발생하는 제어 변수의 값을 변화시킬 것이라는 사실에도 불구하고, 그 다음에 제어 변수 (예를 들어 전압 또는 전류) 는 공급원의 작동점을 가능한 최대치에 가깝게 유지하는 방식으로 관리되어야 한다. 이를 달성하는 장치는 최대 전력점 추적기 (MPPT) 로 공지된다.

도 6 및 도 7 은 또한 출력 특성에 대한 외부 조건들을 변화시키는 것의 영향을 도시한다. 도 6 은 외부 조건들의 3 개의 상이한 세트들에 대응하는 3 개의 i-V 함수들 (132, 133, 134) 을 도시한다. 광발전 어레이의 경우에 이들은 어레이에 도달하는 복사의 양에 기인할 수 있다. 이들 3 가지 경우에 대해 대응하는 P-V 함수들은 도 7 에서 135, 136 및 137 로 도시된다. 우리는 제어 전압의 값이 이들 외부 조건들이 변함에 따라 MPP 변화를 산출하는 것 (전압 138 에서 139 로 그리고 140 으로) 을 도 7 로부터 볼 수 있다. MPPT 는 이런 변화들을 연속적인 또는 반-연속적인 방법으로 추적하고, 제어 전압이 P-V 함수에서 국부적인 최대치에 놓이는지를 일정하게 확인하는 것에 의해서 시각에 따라 변하는 대로 전력 피크를 따라간다.

이러한 시스템은 당 기술 분야에서 잘 공지된다.

MPPT 가 실제 최대 전력점을 반환하는데 실패할 수 있는 몇몇 상황들이 있다. 이는 제어 변수에 대한 전력 함수가 2 개 이상의 피크를 갖는 상황들이다. 이는 도 8 에 도시되고, 3 개의 피크 (141, 142 및 143) 가 도시된다. 상대적인 최대치를 갖는 피크는 전역 최대치 (global maximum) 로서 공지된다. 광발전 어레이의 경우에 어레이의 일부분이 그늘에 있으면 이 상황이 발생할 수 있다. 도 8 의 다중 피크 함수의 발달은 MPPT 가 142 의 전역 최대치 대신에 141 또는 143 의 피크를 추적하게 되는 방식으로 발생할 수 있는 것이 가능하다. 이 상황에서, 전기 컨버터에 의해 발달된 전력은 가능한 최대치보다 적고, 감소된 효율이 되게 한다.

이 상황을 회피하는 공지된 방식은 제어 변수의 극한에서 또는 제어 변수의 범위의 일정 부분에서 전력 함수를 그리는 루틴을 실행시키기 위해서 정상 작동을 중단시키는 것이다. 이 상황을 회피하는 공지된 방식이 이뤄진 후에, 전역 최대치가 찾아질 수 있고 MPPT 시스템은 여기에 위치되고, 이 피크를 추적하는 것을 계속할 것이다. 전역 최대치를 찾기 위한 이 방법은 종종 '스위프 (sweep)' 또는 '스캔 (scan)' 으로 공지된다. 이러한 절차는 피크 전력이 사용 가능하다는 것을 보장하는 반면에, 절차를 너무 자주 실행시킨다는 뚜렷한 단점이 있다. 이 단점들은 스위프가 이뤄지는 시간 동안에 변환을 위해 사용 가능한 전력은 공급원으로부터 구할 수 있는 피크 아래의 평균에 있다는 사실을 포함한다. 스위프가 빠르게 이뤄질 수 있는 반면에, 이는 일반적으로 덜 정확한 결과가 되게 할 것이다.

그러므로, 본 발명의 목적은 최대 전력점 추적기와 그러한 최대 전력점 추적기를 당 기술 분야에 공지된 최대 전력점 추적기보다 더 나은 효율로 작동시키는 대응하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 추가적인 목적은 최대 전력점 추적기, 및 당 기술 분야에 공지된 최대 전력점 추적기보다 더 끊임없이 그리고 더 높은 수준으로 전력을 공급할 수 있는 그러한 최대 전력점 추적기를 작동시키는 대응하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면 제 1 양태에서, 본 발명의 상기 및 다른 목적들은 다음의 단계들, 즉 간격을 두고 스위프 주기를 수행하는 단계, 적어도 하나의 제 1 파라미터 및 적어도 하나의 제 2 파라미터를 저장하는 단계 및 저장된 데이터에 기초하여 스위프 주기의 하나 이상의 특성을 수정하는 단계를 포함하는 최대 전력점 추적기를 작동시키는 방법을 제공하는 것으로써 달성된다.

여기서, 용어 '스위프 주기' 는 전력 함수의 적어도 하나의 제 1 파라미터의 결정 단계를 포함하는 시퀀스로서 이해되고, 상기 전력 함수는 예를 들어 최대 전력점 추적기가 연결된 전력 공급원의 전력 함수이다. '전력 함수' 는 전력 공급원으로부터 사용 가능한 전력과 몇몇 다른 파라미터 사이의 관계로서 이해된다. 추가적으로, 용어 '제 1 파라미터' 는 전력 함수를 특징짓는 수일 수 있다. 이는, 예를 들어, 피크 전력 또는 함수의 피크의 수일 수 있다. 대안으로 또는 추가적으로 제 1 파라미터는 아래에 더 상세히 설명되는 "피크비 (peak ratio)" 함수일 수 있고, 이는 전력 함수에서 존재의 간편한 기준 및 하나 이상의 피크의 효과이다. 이후의 분석을 위해 파라미터 세트로서 적어도 2 개의 파라미터들이 저장될 수 있다. 용어 '데이터에 기초하여' 는 분석이 저장된 데이터로 이뤄질 수 있고, 그러한 분석의 결과에 따라 스위프 주기의 하나 이상의 특성이 변할 수 있는 것으로 이해될 수 있다.

본 발명의 제 1 양태에 따른 스위프 주기들의 하나 이상의 특성들의 수정은 또한 저장된 제 1 파라미터들과 제 2 파라미터들 사이의 적어도 하나의 상관 관계에 의존할 수 있다. 상관 관계는 데이터의 2 개의 세트들 사이의 확률적 의존으로서 이해될 수 있다.

본 발명의 제 1 양태에 따른 제 2 파라미터는 스위프 주기와 관련해서 측정될 수 있다. 즉, 이는 스위프 주기를 수행하는 동시에, 직전에 또는 직후에 측정될 수 있다. 이는, 예를 들어, 스위프 주기가 수행된 시각, 또는 스위프 주기가 수행된 하루 중 시각 (즉, 하루의 시작으로부터 흐른 시각) 일 수 있다.

본 발명의 제 1 양태에 따른 최대 전력점 추적기는 작동 파라미터를 제어할 수 있다. 이는, 예를 들어, 전력 공급원의 작동 파라미터일 수 있다. 이 작동 파라미터는 전압일 수 있다. 대안으로 이는 전류일 수 있다.

스위프 주기의 특성들은 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 각각의 스위프 주기 사이의 간격들, 스위프 주기가 커버하는 작동 파라미터의 범위 또는 스위프 주기가 수행되는 속도.

전력 함수는 그 자체로 전력 공급원으로부터 사용 가능한 전력과 작동 파라미터 사이의 관계를 더 포함할 수 있다.

한 실시형태에서 적어도 하나의 제 1 파라미터는 전력 함수의 피크의 수를 포함할 수 있고, 또는 대안적으로 또는 추가적으로 이는 전력 함수에 대해 계산된 피크비의 함수를 포함할 수 있다. "피크비" 는 주어진 전력 함수에 대해 전역 피크에 대한 각각의 개별 국부 피크의 비에 기초한 함수를 의미한다. 이러한 피크비의 예시들은 이하에 설명된다.

한 실시형태에서 최대 전력점 추적기에 의해 제어되는 작동 파라미터는 전압 또는 전류일 수 있다.

본 발명의 제 1 양태에 따른 수정은 스위프 주기의 수행을 전력 함수가 2 개 이상의 피크를 보이는 하루 중 시각으로 실질적으로 제한하는 것을 더 포함할 수 있다. 이러한 하루 중 시각의 선택은 전력 함수의 다중 피크의 존재와 하루 중 시각 사이에 보여진 상관 관계에 기초하여 이뤄질 수 있다. 이 방식으로 스위프 주기는 다중 피크가 보이지 않는 하루 중 시각에 덜 자주 이뤄질 수 있고, 그래서 최대 전력점 추적기의 전체 효율은 매우 개선될 수 있다.

제 2 양태에서, 본 발명은 작동 파라미터, 전력 공급원에 연결된 입력부 및 데이터 저장부를 제어하기에 적합한 제어기를 포함하는 최대 전력점 추적 장치에 관한 것이고, 상기 장치는 상기, 또는 청구항에서 설명되는 방법으로써 작동되기에 적합하다.

여기에 제어기는 마이크로프로세서, 마이크로컴퓨터, FPGA 또는 다른 적절한 전자 부품에 기초한 것과 같은 작동 파라미터를 변화시키기에 적합한 회로일 수 있고, 프로그램 가능할 수 있다. 데이터 저장부는 하드 디스크 또는 플로피 디스크, 휘발성 또는 비-휘발성 메모리 장치, 또는 데이터가 안에 저장될 수 있고 이후에 복구될 수 있는 어떤 다른 장치와 같은 전자 저장 장치일 수 있다.

바람직한 실시형태에서 작동 파라미터는 전압일 수 있다. 대안으로, 작동 파라미터는 전류일 수 있다.

본 발명의 제 2 양태에 따른 전력 공급원은 하나 이상의 광발전 스트링들, 광발전 어레이들, 풍력기들, 연료 전지들 또는 수력 발전기들 중 하나를 포함할 수 있다.

첨부된 도면을 참조하여 설명될, 본 발명의 가능한 실시형태들의 이하의 설명을 살펴볼 때, 본 발명과 그 장점들이 더 분명해질 것이다.

도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 최대 전력점 추적기를 포함하는 전력 컨버터 시스템을 도시한다.
도 2 는 본 발명의 제 2 또는 제 3 실시형태에 따른 최대 전력점 추적기를 포함하는 전력 컨버터를 도시한다.
도 3 은 특정일의 일출 전부터 일몰 후까지의 기간에 걸친 시간 대비 종래 기술의 최대 전력점 추적기에 의해 제어되는, 북반구에서의 특정 광발전 어레이로부터의 제어 전압을 도시한다.
도 4 는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 방법의 순서도를 도시한다.
도 5 는 도 3 에 도시된 광발전 어레이가 전력 공급원으로서 사용될 때 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 데이터 저장부의 통상적인 내용의 막대그래프를 도시한다.
도 6 은 에너지 공급원을 위한 제어 전압에 대해 생성된 통상적인 전류를 도시한다.
도 7 은 도 6 에 도시된 공급원을 위한 전력 함수를 도시한다.
도 8 은 2 개 이상의 피크를 갖는 전력 함수를 도시한다.

도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태의 개략도를 도시한다. 입력 연결부 (4) 를 통해 전력 공급원 (3) 에 연결되고 출력 연결부 (5) 를 통해 부하부 (6) 에 대해 적합한 형태로 전력을 출력하는 전기 전력 컨버터 (2) 가 여기에 도시된다. 부하부 (6) 는 전동기 또는 전지와 같은 전기 장치, 또는 하나 이상의 개별 상들 (phases) 의 전기 분배 네트와 같은 네트워크를 포함할 수 있다. 출력 연결부 (5) 는 출력 형태 (예를 들어 하나 이상의 상들) 에 적합하다. 전력 공급원 (3) 은 입력부 (4) 에 공급을 제공하고 여기에 도시된 전기 전력 컨버터 (2) 는 입력부 (4) 로부터 출력부 (5) 에 적합한 형태로 전력을 변환하는 출력 컨버터 (9) 및 최대 전력점 추적기 (MPPT) (1) 를 포함한다. MPPT (1) 는 차례로 작동 파라미터 설정기 (10) 와 전력 측정 시스템 (11) 을 포함한다. 설정기 (10) 는 전력 측정 시스템 (11) 및 하나 이상의 추가적인 센서들 (13, 14) 로부터 입력들을 받는 제어기 (12) 에 의해 제어된다. 데이터를 쓰고 읽기에 적합한 데이터 저장부 (15) 가 또한 제어기 (12) 에 사용 가능하다.

이 실시형태의 한 형태에서 전력 공급원 (3) 은 DC 공급을 제공한다. 이 실시형태의 또다른 형태에서 전력 공급원 (3) 은 AC 공급을 제공한다.

작동 파라미터 설정기 (10) 와 전력 측정 시스템 (11) 의 위치는 뒤바뀔 수 있고, 전력 측정 시스템 (11) 은 입력부 (4) 에 인접한다. 전력 측정 시스템 (11) 은, 대안으로, 출력 전력 컨버터 (9) 와 출력 연결부 (5) 사이에 위치될 수 있다.

전력 공급원 (3) 은 설정기 (10) 에 의해 설정된 작동 파라미터의 값과 외부 파라미터들의 수를 포함하여 파라미터들의 수에 따라서 전력을 생산한다. 전력 공급원 (3) 이 광발전 어레이를 포함하는 예시를 취하기 위해서, 이 외부 파라미터는 다른 것들 중에서 태양 고도, 어레이에서의 구름들 또는 그늘들의 존재, 온도, 어레이의 연식 또는 청결도를 포함하는 것이 당연하다. MPPT (1) 의 기능을 보조하기 위해서, 이 외부 파라미터들 중 하나 이상에 정보를 제공하는 센서들 (13 및 14) (또는 그 이상) 로부터의 데이터가 또한 제공된다.

이 장치의 작동 방법은 다음과 같다.

제어기 (12) 는 추적과 스위프 주기 2 개의 모드들로 작동할 수 있다. 정상 작동중에 제어기는 추적 모드로 작동하고, 여기서 제어기는 작동 파라미터가 작동 값의 최대 출력점 값에 근접하게 유지되도록 설정기 (10) 를 제어한다. 공급원 (3) 의 최대 전력점이 변화하면, 제어기 (12) 는 전력 측정 시스템 (11) 을 사용해서 이 변화를 따라간다. 이 모드는 전역 최대 전력점을 따라가는데 종종 충분하지만, 어떠한 환경에서 실패할 수 있다. 예를 들어, 추적 모드가 더 이상 전역 최대 전력점이 아닌 국부 최대 전력점을 결국 따라가는 방식으로 작동 파라미터 대비 전력의 특성 함수는 2 개 이상의 피크를 포함하는 함수로 변한다.

이를 바로잡기 위해서, 제어기는 또한 다음의 단계들을 포함할 수 있는 스위프 주기에서 작동할 수 있다:

a) 작동의 추적 모드를 정지하는 단계.

b) 설정기 (10) 를 사용하여 작동 파라미터를 제 1 값으로 설정하는 단계.

c) 전력 측정 시스템 (11) 을 사용하여 전력 공급원에 의해 생성된 전력을 측정하는 단계.

d) 선택된 범위 내에서 전역 최대 전력점의 식별이 가능하도록 전력 공급원에 의해 생성된 전력의 충분한 측정이 작동 파라미터의 선택된 범위에서 이뤄질때까지 작동 파라미터의 상이한 값들로 b) 와 c) 단계들을 반복하는 단계.

e) 전역 최대 전력점에 대응하는 작동 파라미터의 값을 식별하기 위해서 b) 내지 d) 단계들에서 이뤄진 전력 측정의 세트들을 분석하는 단계. 더 많은 측정이 이뤄질수록 작동 파라미터 측면에서 측정은 간격이 더 가까워지고, 전역 최대 전력점의 추정이 더욱 정확해질 것이라는 것이 확실하다.

f) b) 내지 d) 단계들에서 이뤄진 전력 측정들의 세트로부터 얻어진 하나 이상의 값들을 데이터 저장부 (15) 에 저장하는 단계. 이 값들은 e) 단계에서 식별된 전역 최대 전력점을 포함할 수 있지만 대안으로 작동 파라미터 함수, 이 피크들의 전력값, 또는 다른 데이터 대비 전력의 피크들의 수를 포함할 수 있다.

g) 하나 이상의 센서들 (13, 14) 로부터 얻어진 추가적인 파라미터들을 데이터 저장부 (15) 에 저장하는 단계. 이 데이터는 스위프 주기가 수행된 시각 또는 하루 중 시각, 공기, 연료, 전자장치 또는 장비의 온도, 바람의 세기, 방향 또는 돌풍도, 또는 적절할 수 있는 어떤 다른 파라미터를 포함할 수 있다.

h) 단계 e) 에서 식별된 전역 최대 전력점으로 설정된 작동 파라미터의 초기값으로 작동의 추적 모드를 재개하는 단계.

전력 컨버터 (2) 가 처음으로 작동되면, 이는 일정한 간격으로 스위프 주기를 수행할 수 있다. 이러한 간격들은, 예를 들어, 매 시간에 한번, 또는 매 5 분에 한번, 전력 컨버터가 활용되는 응용, 및/또는 쓰이고 있는 전력 공급원 (3) 의 형태에 가장 적절한 것일 수 있다. 점진적으로, 데이터의 저장은 개별 스위프들의 결과인 데이터 세트들을 포함하면서 누적될 것이다. 시작 이후 미리 정해진 시각에, 또는 미리 정해진 수의 스위프 주기들이 수행된 이후에, 또는 어떤 다른 파라미터에 반응하여서 저장된 데이터의 분석이 수행된다. 이 분석은 저장부 (15) 에 유지된 데이터 사이의 상관 관계를 검출한다. 상관 관계는 2 개의 변수 또는 변수들의 2 개의 조합 사이의 통계적 의존도를 의미한다.

특히 도 1 에 도시된 실시형태에서, 검출된 상관 관계는 상기 방법의 f) 단계에서 저장된 데이터와 g) 단계에서 저장된 데이터 사이에 있다. 이 실시형태의 한 형태에서 이는 스위프 주기 동안 이뤄진 전력 측정 세트로부터 얻어진 작동 파라미터 함수 대비 전력의 다중 피크들의 존재와, 그러한 측정들이 이뤄진 하루 중 시각 사이의 상관 관계일 수 있고, 하루 중 시각은 상기 방법의 g) 단계에서 저장된 추가적인 파라미터들 중 하나이다.

이제 도 2 에 의하면 우리는 본 발명의 제 2 실시형태의 개략도를 발견한다. 여기에 MPPT (101) 는 광발전 어레이 (103) 에 의해 공급된 전력을 변환하기에 적절한 전력 컨버터 (102) 의 일부를 형성하고 공공 전력 그리드 네트워크 (106) 안으로 공급되는 출력부 (105) 에서의 3상 공급에 대한 입력부 (104) 에 연결된다. 이 실시형태의 광발전 어레이는 3 개의 직렬 연결된 광발전 모듈 (121) 로 이루어진다. 전력은 DC 전류의 형태로 공급되고 입력부의 작동 전압은 설정기 (110) 에 의해 설정된다. 입력부 (104) 에서의 전압과 전류의 측정들은 각각 전압계 (117) 와 전류계 (116) 에 의해서 이뤄진다. 측정들은 전압계 (117) 와 전류계 (116) 로부터의 입력들을 사용하여 전력 계산기 (118) 를 포함하는 제어기 (112) 에 공급된다. 전력 계산기는 추가적으로 또는 대안으로 전력 도함수, 예를 들어 dp/du 또는 dp/di 를 계산할 수 있다. 인버터 제어기 (120) 에 의해 제어되는 인버터 (109) 는 네트워크 (106) 안으로의 공급을 위한 적절한 특성들과 함께 DC 링크 (107, 108) 에 나타나는 DC 를 3상 신호로 변환한다. 제어기 (112) 는 데이터 저장부 (115) 로부터의 데이터를 저장하고 판독하고, 시계 (113) 는 시각 정보를 제공한다.

입력부 (104) 에서 보이는 전압을 제어하기 위한 설정기 (110) 에 대한 대안의 시스템은 인버터 (109) 의 입력부에서 보이는 전압이 적절하게 제어되도록 인버터를 직접 제어한다. 따라서 제어 라인 (122) 은 이 작업을 달성하도록 도시된다.

제 1 실시형태에서 설명된 바와 같이, 제어기 (112) 는 추적 및 스위프 주기의 2 개의 모드들로 작동할 수 있다. 정상 작동 동안에 제어기는 추적 모드로 작동하고, 추적 모드에서 제어기는 입력부 (104) 에서의 전압 (Vi) 이 작동값의 최대 전력점 값에 근접하게 유지되도록 설정기 (110) 를 제어한다. 공급원 (103) 의 최대 전력점이 변화하면, 제어기 (12) 는 이 변화를 따른다.

이를 바로잡기 위해서, 제어기는 다음 단계들을 포함할 수 있는 스위프 주기로 또한 작동할 수 있다.

a) 작동의 추적 모드를 정지하는 단계.

b) 설정기 (110) 를 사용하여 Vi 를 제 1 값으로 설정하는 단계.

c) 전력 측정 시스템 (111) 을 사용하여 전력 공급원에 의해 생성된 전력을 측정하는 단계.

d) 선택된 범위 내에서 전역 최대 전력점의 식별을 가능하도록 전력 공급원에 의해서 생성된 전력의 충분한 측정들이 Vi 의 선택된 범위에서 이뤄질 때까지 Vi 의 상이한 값으로 b) 와 c) 단계들을 반복하는 단계.

e) 전역 최대 전력점에 대응하는 Vi 의 값을 식별하도록 b) 내지 d) 단계들에서 이뤄진 전력 측정들의 세트를 분석하는 단계.

f) b) 내지 d) 단계들에서 이뤄진 전력 측정들의 세트로부터 얻어진 Vi 함수 대비 전력의 피크들의 수를 데이터 저장부 (115) 에 저장하는 단계.

g) 시계 (113) 로부터 얻은, 스위프가 수행된 시각을 데이터 저장부 (115) 에 저장하는 단계.

h) e) 단계에서 식별된 전역 최대 전력점 값으로 설정된 Vi 의 초기값으로 작동의 추적 모드를 재개하는 단계.

시작시에, MPPT (101) 는 일정한 간격들로 스위프 주기를 수행한다. 그러한 간격들은, 예를 들어, 매 시간에 한번, 또는 매 5 분에 한번일 수 있다. 점진적으로, 수행된 각각의 스위프 주기로부터 얻어진 Vi 함수 대비 전력의 피크들의 수, 및 스위프 주기들이 수행된 시각들을 포함하여 데이터의 저장이 누적될 것이다. 시작 이후 미리 정해진 시각에, 또는 스위프 주기가 미리 정해진 수만큼 수행된 이후에, 또는 몇몇 다른 파라미터에 반응하여, 저장된 데이터의 분석이 수행된다. 이 분석은 하루 중 시각 (예를 들어, 자정으로부터 경과된 시각) 과 전력 함수의 다중 피크들의 존재 사이의 상관 관계들을 검출한다. 광발전 어레이의 경우 하루 중 동일 시각에 일어난 다중 피크화된 전력 함수들은 광발전 어레이 (103) 의 부분적인 그림자 드리움에 의해 야기될 가능성이 높기 때문에 분석은 특별한 관심사이다.

이 방식으로 그림자 드리움이 일어나는 하루 중 시각이 확정되면, MPPT (101) 의 작동은 하루 중 상기 시각들에 스위프 주기들을 우선적으로 수행하도록 수정된다. 더 적은 스위프 주기들이 이제 수행될 것이고 그래서 그리드 (106) 로 출력되는 전력의 손실이 감소될 것이기 때문에 이 방식으로 시스템의 효율은 매우 개선된다. 즉, 데이터 이력으로부터, 오직 광발전 어레이 (103) 의 그림자 드리움이 발생할 것 같은 때에만 스위프 주기들이 수행될 것이다.

태양 고도의 계절적 변화들이 또한 그림자 드리움이 발생하는 시각에 영향을 주기 때문에, 통계 자료를 최신으로 유지하기 위해서, 하루 중 다른 시각에 스위프 주기들을 수행하는 것은 여전히 장점일 것이다.

따라서, 요약하면, 이 실시형태에서 다중 피크화된 전력 함수 (광발전 어레이의 부분적인 또는 전체적인 그림자 드리움의 존재를 나타내는) 의 존재에서 패턴을 인식하도록 충분하게 수행될 때까지 스위프 주기들은 일정한 간격들로 수행된다. 그런 다음에 추가적인 스위프 주기들의 수행은,

1) 그림자 드리움의 대상이 될 것으로 알려진 하루 중 시각들 및

2) 그림자 드리움의 패턴의 변화를 관찰하기 위해서 하루 중 다른 시각들, 그러나 시작 상태보다는 더 낮은 비율의 시각들

로 제한된다.

본 발명의 제 3 실시형태는 이제 설명될 것이다. 이 실시형태는 또한 도 2 에 도시된 개략도로써 설명되고, 전력 컨버터 (102) 는 가능한 그림자 드리움의 대상인 광발전 어레이 (103) 로부터 전력을 공급받는다. 그림자들을 검출하기 위해 얼마나 자주 스위프 주기를 수행 (전술한 바와 같이 수행) 할 필요가 있는지를 결정하기 위해서 이 실시형태에서 사용된 방법은 아래에 설명된다.

스위프 주기는 매 초에 한번 수행될 수 있지만, 스위프 주기 동안 컨버터 (102) 의 출력 연결부들 (105) 에서 사용 가능한 전력은 매우 제한되고, 그 시각에 광발전 어레이 (103) 로부터 사용 가능한 전력의 평균 60% 만이 컨버터의 출력부에서 아마도 사용 가능해서 스위프 주기를 수행하는 것은 당 기술 분야에 공지된 대로 전체 에너지 결과물을 감소시킨다. 다른 한편으로, 시간당 한번 스위프 하는 것은 광발전 어레이와 조우하는 그림자들을 발견하고 추적하기에는 너무 드물 수 있다.

도 3 은 특정한 날의 일출 전부터 일몰 후까지의 기간에 걸친 시간 대비 북반구에서의 특정 광발전 어레이로부터의 제어 전압을 도시하고, 광발전 어레이는 종래 기술의 최대 전력점 추적기에 의해 제어된다. 그림자의 영향 (이 경우에 어레이의 북서 방향 침니 공간에 의해 야기된) 은 약 17:25 경에 시작한 전압 추적에서 표시된 딥 (124) 에 의해 도시된다. 딥은 약 85 분의 지속시간 (125) 을 갖는다.

발명 방법에서, 일반적으로 스위프 주기는 부분적인 그림자의 위험이 있을 때에만 수행될 것이다. 따라서 제어기 (112) 는 우선 특정 광발전 (103) 시스템에 대한 지식을 얻어야 하고 이 지식은 계절적인 변화들을 극복하도록 매일 업데이트되어야 한다.

이를 하기 위해서 하루는 간격들로 나뉘어진다. 이 간격들의 길이는 대체로 임의적일 수 있지만, 통상적으로 간격은 1분에서 60분 범위, 예를 들어 1분에서 10분 범위내, 예를 들어 5분일 수 있다.

데이터 저장부 (115) 는 계수기들의 세트를 포함하고, 각각의 계수기는 하루가 나뉘어지는 간격들 중 하나에 할당된다. 예를 들어, 간격이 5분 길이로 선택되면, 시간당 12 개의 간격들이 있고 따라서 전체 24×12 계수기들 = 288 계수기들이 데이터 저장부 (115) 에 사용된다. 대안으로, 오직 하루 중 일부만, 예를 들어 오전 06:00 와 오후 18:00 사이의 간격만 선택될 수 있다.

초기 학습 기간이 설정된다. 이 초기 학습 기간의 길이는 대체로 임의적일 수 이지만, 통상적으로 기간은 1일에서 365일 범위, 예를 들어 7일에서 90일 범위내, 예를 들어 30일일 수 있다.

데이터 저장부 (115) 를 포함하는 모든 계수기들은 초기에 n, 초기 학습 기간의 날 수로 설정된다. 이는 또한 다른 계수기에서 허용된 최대값이다. 대안으로, 계수기들은 0 으로 설정되고 최대 n 까지 계수할 수 있고, 아래에 설명되는 방법은 적절하게 수정될 수 있다.

스위프 주기는 매 간격동안 한번 수행된다. 즉 마지막 스위프 주기가 선택된 간격과 같거나 더 큰 이후로 혹시 시간이 경과한다면 스위프 주기는 수행된다. 스위프 주기에서 이뤄진 전력 측정들의 세트로부터 얻어진 Vi 함수 대비 단일 피크보다 많은지를 결정하기 위해 분석이 수행된다.

오직 단일 피크만 있다면, 하루 중 현재 간격에 할당된 계수기는 1씩 감소된다. 따라서, 특정 간격에서 그림자들이 검출되지 않으면, 그 간격에 할당된 계수기는 n 일 이후에 0 에 도달할 것이다. 계수기가 0 에 도달할 때, 스위프 주기들은 할당된 간격에서 더이상 수행되지 않는다.

2 개 이상의 피크가 있다면 하루 중 현재 간격에 할당된 계수기는 1씩 증가된다. 이는 스위프 주기가 다음 날의 간격에서 또한 수행될 것을 보장한다. 덧붙여, 하루에 가능한 이르게 그림자를 검출하기 위해서, 2 개의 인접한 간격들에 할당된 계수기들이 또한 1씩 증가된다.

현재 실시형태의 방법이 도 4 의 순서도에 도시된다.

도 5 는 도 3 에 도시된 광발전 어레이를 위한 데이터 저장부 (115) 의 통상적인 내용들을 도시한다. 각각의 계수기들의 내용들 (126) 은 각각의 계수기들에 할당된 하루 중 시각 (127) 에 대해 막대그래프로서 그려진다. 계수기들의 대부분은 0 으로 감소된 반면에, 약 15-17 (128) 경의 하루 중 시각들에 할당된 계수기들은 주목할만한 수를 포함한다. 이 그룹의 피크는 몇몇 계수기들이 30 수의 최대치를 포함하는 약 18:00 경에 일어나고, Vi 함수 대비 다중 피크화된 전력 (그리고 따라서 그림자 드리움) 이 하루 중 상기 시각에 종종 발생하는 것을 보여준다.

하루 중 추가의 시각에 발생하는 그림자들을 검출하기 위해서, 방법은 특정 수의 스위프 주기가 하루 중 무작위 시각들에 수행되는 무작위 요소를 또한 포함한다. 이는 모든 할당된 계수기들이 0 으로 설정되는 어떤 시간 길이 간격들이 있는지를 검출하는 것, 및 그러한 시간 길이 간격이 있다면 시간 길이 간격내에 무작위 계수기를 증가시키는 것에 의해서 이뤄질 수 있다.

덧붙여, 시각 신호 대비 작동 파라미터의 어떠한 특성들이 또한 계수기들의 증가를 유발한다면 장점이다. 이는, 예를 들어, 도 3 에 표시된 기간 (125) 의 끝에서 전압의 급작스런 증가와 같은 급작스런 변화들일 수 있다.

본 발명의 제 4 실시형태는 이제 설명될 것이다. 이 실시형태는 또한 도 2 에 도시된 개략도에 의해 설명될 수 있고, 전력 컨버터 (102) 는 가능한 그림자 드리움의 대상인 광발전 어레이 (103) 로부터 전력을 공급받는다.

이 실시형태는 스위프 주기들 동안 이뤄진 측정들로부터 계산된 파라미터를 사용한다. 이 파라미터는 피크비 (k로 나타내짐) 로 공지되고,

와 같이 계산되고,

여기에서, n = 전력 측정들의 피크들의 수이고,

x = 국부 피크 수이고,

Vi^x국부 및 Vi전역 은 아래에 정의된 바와 같다.

따라서, 오직 단일 피크만 보이는 스위프 주기에 대해서 k = 1 이지만, 2 개 이상의 부수적인 국부 피크들이 있는 스위프 주기들에 대해서는 k < 1 이다.

제 1 실시형태에 설명된 바와 같이, 제어기 (112) 는 추적 및 스위프 주기의 2 개의 모드들로 작동할 수 있다. 정상 작동 동안에 제어기는 추적 모드로 작동하고, 입력부 (104) 에서의 전압 (Vi) 이 작동값의 최대 전력점 값에 근접하게 유지되도록 설정기 (110) 를 제어한다. 공급원 (103) 의 최대 전력점이 변화하면, 제어기 (12) 는 이 변화를 따른다.

a) 작동의 추적 모드를 정지하는 단계.

b) 설정기 (110) 를 사용하여 Vi 를 제 1 값으로 설정하는 단계.

d) 전역 최대 전력점 및 선택된 범위 내에 있는 어떠한 다른 국부 최대 전력점의 식별을 가능하도록 전력 공급원에 의해서 생성된 전력의 충분한 측정들이 Vi 의 선택된 범위에서 이뤄질 때까지 Vi 의 상이한 값으로 b) 와 c) 단계들을 반복하는 단계.

e) 전역 최대 전력점에 대응하는 Vi 의 값을 식별하도록 b) 내지 d) 단계들에서 이뤄진 전력 측정들의 세트를 분석하는 단계. 이 값을 Vi전역 으로 표시하도록 한다.

f)모든 국부 최대 전력점들을 식별하도록 전력 측정들의 세트를 추가로 분석하는 단계. 이는 Vi^x국부 로 표시되고, x 는 국부 피크 수를 표시한다.

g)

로 정의된 '피크비' (k) 를 계산하는 단계.

여기에서, n = 전력 측정들의 피크들의 수이고,

x = 국부 피크 수이다.

h) b) 내지 d) 단계들에서 이뤄진 전력 측정들의 세트로부터 얻어진 피크비를 데이터 저장부 (115) 에 저장하는 단계.

i) 시계 (113) 로부터 얻은, 스위프가 수행된 시각을 데이터 저장부 (115) 에 저장하는 단계.

j) e) 단계에서 식별된 전역 최대 전력점 값으로 설정된 Vi 의 초기값으로 작동의 추적 모드를 재개하는 단계.

시작시에, MPPT (101) 는 일정한 간격들로 스위프 주기를 수행한다. 그러한 간격들은, 예를 들어, 매 시간에 한번, 또는 매 5 분에 한번일 수 있다. 점진적으로, 수행된 각각의 스위프 주기로부터 얻어진 피크비, 및 스위프 주기들이 수행된 시각들을 포함하여 데이터의 저장이 누적될 것이다. 시작 이후 미리 정해진 시각에, 또는 스위프 주기가 미리 정해진 수만큼 수행된 이후에, 또는 몇몇 다른 파라미터에 반응하여, 저장된 데이터의 분석이 수행된다. 이 분석은 하루 중 시각 (예를 들어, 자정으로부터 경과된 시각) 과 이 시각들에서 얻어진 피크비들 사이의 상관 관계들을 검출한다. 광발전 어레이의 경우 하루 중 동일 시각대에 일어난 낮은 피크비들은 광발전 어레이 (103) 의 부분적인 그림자 드리움에 의해 야기될 가능성이 높기 때문에 분석은 특별한 관심사이다.

이 방식으로 그림자 드리움이 일어나는 하루 중 시각이 확정되면, MPPT (101) 의 작동은 하루 중 상기 시각들에 스위프 주기들을 우선적으로 수행하도록 수정된다. 더 적은 스위프 주기들이 이제 수행될 것이고 그래서 그리드 (106) 로 출력되는 전력의 손실이 감소될 것이기 때문에 이 방식으로 시스템의 효율은 매우 개선된다. 즉, 데이터 이력으로부터, 광발전 어레이 (103) 의 그림자 드리움이 발생할 것 같은 때에만 스위프 주기들이 수행될 것이다.

본 발명의 다양한 실시형태들이 설명되고 도시되었음에도 불구하고, 본 발명은 여기에 제한되지 않고 다음의 청구항들에 정의된 주제 범위 내의 다른 방식으로 또한 실시될 수 있다.

Claims

- 스위프 주기 (sweep cycle) 를 간격들로 수행하고, 상기 스위프 주기는 전력 함수의 적어도 하나의 제 1 파라미터의 결정을 포함하는 단계,
- 상기 적어도 하나의 제 1 파라미터와 적어도 하나의 제 2 파라미터를 저장하는 단계 및,
- 저장된 데이터에 기초하여, 상기 스위프 주기들의 하나 이상의 특성들을 수정하는 단계를 포함하는, 최대 전력점 추적기를 작동시키는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 스위프 주기들의 하나 이상의 특성들의 수정은 저장된 상기 제 1 파라미터들과 상기 제 2 파라미터들 사이의 적어도 하나의 상관 관계에 의존하는, 최대 전력점 추적기를 작동시키는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제 2 파라미터는 상기 스위프 주기와 연계하여 측정되는, 최대 전력점 추적기를 작동시키는 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 최대 전력점 추적기는 작동 파라미터를 제어하는, 최대 전력점 추적기를 작동시키는 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 스위프 주기들의 특성들은,
각각의 스위프 주기 사이의 간격들, 스위프 주기가 커버하는 작동 파라미터의 범위 또는 스위프 주기가 수행되는 속도 중 하나 이상을 포함하는, 최대 전력점 추적기를 작동시키는 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전력 함수는 전력 공급원의 전력 함수인, 최대 전력점 추적기를 작동시키는 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 전력 함수는 상기 전력 공급원으로부터 사용 가능한 전력과 상기 작동 파라미터 사이의 관계를 더 포함하는, 최대 전력점 추적기를 작동시키는 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제 1 파라미터는 상기 전력 함수의 피크들의 수를 포함하는, 최대 전력점 추적기를 작동시키는 방법.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제 1 파라미터는 상기 전력 함수를 위해 계산된 피크비를 포함하는, 최대 전력점 추적기를 작동시키는 방법.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제 2 파라미터는 상기 스위프 주기가 수행된 시각을 포함하는, 최대 전력점 추적기를 작동시키는 방법.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제 2 파라미터는 상기 스위프 주기가 수행된 하루 중 시각을 포함하는, 최대 전력점 추적기를 작동시키는 방법.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 작동 파라미터는 전압 또는 전류인, 최대 전력점 추적기를 작동시키는 방법.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수정하는 단계는 스위프 주기들의 수행을 상기 전력 함수가 2 개 이상의 피크를 보이는 하루 중 시각으로 실질적으로 제한하는 것을 포함하는, 최대 전력점 추적기를 작동시키는 방법.
작동 파라미터를 제어하는데 적합한 제어기 (12, 115), 전력 공급원 (3, 103) 에 연결된 입력부 (4, 104) 및 데이터 저장부 (15, 115) 를 포함하는 최대 전력점 추적 장치로서, 상기 장치는 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 작동되기에 적합한, 최대 전력점 추적 장치.
제 14 항에 있어서,
상기 작동 파라미터는 전압 또는 전류인, 최대 전력점 추적 장치.