KR20130102390A - Active power limitation method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양광 발전용 전력변환 장치의 유효 전력 제한 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기본의 태양전지 모듈의 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 알고리즘과 상충되지 않으면서 빠르고 안정적으로 태양광 발전용 전력변환 장치의 유효 전력을 제한하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for limiting the effective power of a power conversion device for photovoltaic power generation, and more specifically, to the power generation for photovoltaic power generation quickly and stably without conflicting with the maximum power point tracking (MPPT) algorithm of a basic solar cell module. A method for limiting the active power of a conversion device.
일반적인 태양광 셀은 출력이 낮기 때문에 이를 수십 개씩 직렬 연결하여 태양광 모듈을 구성한다. 태양광 모듈은 발전시스템 용량 및 전력변환장치의 용량에 따라 태양광 모듈을 직·병렬 연결하여 구성한다.Since typical solar cells have low power, dozens of them are connected in series to form a solar module. The solar module is configured by connecting the solar modules in series and parallel according to the capacity of the power generation system and the capacity of the power converter.
다수의 태양광모듈(1)을 이용한 전체적인 태양광 발전시스템은 도 1a에 도시된 바와같이, 태양광을 이용하여 전기를 생산하는 태양광모듈(1)과, 태양광모듈(1)에서 생성된 DC전기를 AC전기로 변환하여 전력회사(3)에 공급하는 태양광모듈(1)의 발전동작을 제어하는 전력변환장치(2)와, 전력변환장치(2)로 부터 AC전기를 공급받는 전력회사(3)로 구성된다.The overall photovoltaic power generation system using a plurality of photovoltaic modules (1) is, as shown in Figure 1a, the photovoltaic module (1) for producing electricity using the solar light, and generated in the photovoltaic module (1) A power converter (2) for controlling the power generation operation of the photovoltaic module (1) for converting DC electricity into AC electricity and supplying it to the power company (3), and the electric power supplied from the power converter (2) It consists of a company (3).
또한, 도 1b에 도시된 바와 같이, 태양광모듈은 전류원, 다이오드, 직렬저항 및 병렬저항을 이용해 등가회로로 나타낼 수 있다.In addition, as illustrated in FIG. 1B, the solar module may be represented as an equivalent circuit using a current source, a diode, a series resistor, and a parallel resistor.
이때, 태양광모듈의 출력 전류 특성식은 다음의 수학식 1과 같다.At this time, the output current characteristic of the solar module is shown in
[수학식 1][Equation 1]
여기서, 는 태양광모듈의 출력 전류이고, 는 광 발생전류이며, 는 다이오드 전류이다. 상기 수학식 1에서 광 발생전류는 수학식 2와 같다.here, Is the output current of the solar module, Is the light generating current, Is the diode current. In
[수학식 2]&Quot; (2) "
여기서, 는 일사량이 일 때 태양광 모듈의 단락전류를 나타내며, 는 일사량, 는 단락전류 온도계수, , 는 태양광 모듈 온도, , 은 기준온도 300K, 는 태양광 모듈의 병렬연결 수를 나타낸다.here, The amount of insolation Indicates the short-circuit current of the solar module, Solar radiation , Is the short-circuit current temperature coefficient, , The solar module temperature, , Silver reference temperature 300K , Represents the number of parallel connections of the solar modules.
상기 수학식 1에서 다이오드 전류는 다음 수학식 3과 같다.The diode current in
[수학식 3]&Quot; (3) "
여기서, 는 다이오드 포화전류, 는 전하향(106e-19), 는 재료계수, 는 볼츠만 상수(1.3e-23), 는 대기 온도, 은 모듈 내 직렬 연결된 태양광 셀의 수, 는 태양광 모듈의 직렬연결 수와 같다. 상기 수학식 3에서 다이오드 포화전류는 아래의 수학식 4와 같다.here, Is the diode saturation current, Is the charge direction (106e-19) , Is the material factor, Is the Boltzmann constant (1.3e-23) , Is the atmospheric temperature, Is the number of solar cells connected in series in the module, Is equal to the number of series connections of the solar modules. In
[수학식 4]&Quot; (4) "
여기서, 은 기준온도에서의 포화전류, 는 제조 상수, 는 band gap energy (1.11 eV )를 나타낸다.here, Is the saturation current at the reference temperature, Is the manufacturing constant, Denotes a band gap energy (1.11 eV ) .
상기한 바와 같이, 태양광모듈은 일사량 및 온도에 따라 비선형적인 출력전압-전류 특성을 갖는다.As described above, the solar module has a non-linear output voltage-current characteristic according to the amount of insolation and temperature.
태양광모듈(1)에 균일한 일사량이 내려지면, 도 2에 나타난 바와 같이 출력전압이 개방전압에서 감소함에 따라 출력 전력값이 증가하고, 특정 전압을 지나면 반대로 출력 전력값이 지속적으로 감소하여 최대출력점이 단 하나 존재한다.When the
도 3은 태양광 발전 시스템이 발전량을 최대화하기 위해서, 태양광모듈(1)의 동작점이 최대출력점에 있도록 태양광 발전용 전력변환장치(2)가 최대출력점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 알고리즘이 수행되는 것을 나타낸다.3 is a view showing the maximum power point tracking of the
그러나, 종래기술은 항상 태양광모듈(1)에서 최대 전력을 얻기 위해 실시되는 최대출력점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 알고리즘은 태양광 발전용 전력변환장치(2)에서 유효 전력을 제한하게 되면 최대출력점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 알고리즘과 대립되게 되어 시스템을 불안정하게 만들며, 유효 전력 제한치 이하에서의 최대출력점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 알고리즘이 올바르게 동작하지 못하게 되는 문제가 발생된다.However, the conventional technique is that the Maximum Power Point Tracking (MPPT) algorithm, which is always carried out to obtain the maximum power in the
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 외부에서 유효 전력 제한 명령과 제한치가 전달되지 않는 상태에서는 일반적인 최대출력점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 알고리즘이 동작하게 하며, 외부에서 유효 전력 제한 명령과 제한치가 전달되었을 경우 제한 명령 해제 전까지 태양광 모듈의 특성 곡선에 맞추어 유효 전력 제한치를 넘지 않도록 하고, 태양광 모듈의 출력 전력이 유효 전력 제한치 아래에 있을 경우 다시 최대출력점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 알고리즘을 동작하게 하는 방법으로 빠르고 안정적으로 태양광 발전용 전력변환 장치의 유효 전력을 제한하도록 하는 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the conventional problems as described above, the general maximum power point tracking (MPPT) algorithm operates in the state that the effective power limit command and the limit value is not transmitted from the outside, If the active power limit command and limit value are externally supplied, the active power limit should not be exceeded according to the characteristic curve of the solar module until the limit command is released.If the output power of the solar module is below the active power limit, the maximum output point As a method of operating the maximum power point tracking (MPPT) algorithm, the objective is to limit the effective power of the photovoltaic power conversion device quickly and stably.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명 태양광 발전용 전력변환장치의 유효 전력 제한 방법은, 일반적인 최대출력점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 제어 상태에서 전력회사와 같은 외부에서 전송된 유효 전력 제한치와 태양광 발전용 전력변환 장치의 출력을 비교하는 단계; 전력변환장치의 출력이 유효 전력 제한치를 상위 할 경우 최대출력점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 제어를 하지 않고 태양광 모듈의 특성에 따라 태양광 모듈의 최대 출력점을 증가시키거나 최대 출력점을 감소시키지 않는 단계; 재설정된 최대 출력점에 전력변환장치의 출력이 도달했을 때 전력변환 장치의 출력과 유효 전력 제한치를 비교하여 최대출력점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 제어의 실행 여부를 결정하는 단계; 전력변환 장치의 출력이 유효 전력 제한치 이하로 낮아졌을 때 다시 일반적인 최대출력점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 제어로 전환하는 단계; 를 포함하는 것이다.In order to achieve the above object, the effective power limiting method of the solar power converting apparatus of the present invention includes an effective power limit value transmitted from an external source such as a power company in a general maximum power point tracking (MPPT) control state. Comparing the output of the solar power converter with the power generation device; If the output of the power converter exceeds the effective power limit, increase the maximum output point or maximum output point of the solar module according to the characteristics of the solar module without controlling the maximum power point tracking (MPPT). Not reducing; Determining whether to execute maximum power point tracking (MPPT) control by comparing the output of the power converter with the effective power limit when the output of the power converter reaches the reset maximum output point; Switching back to normal Maximum Power Point Tracking (MPPT) control when the output of the power converter is lowered below the effective power limit; .
이와 같이 본 발명은 기존의 일반적인 최대출력점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 알고리즘과 서로 상충되지 않으면서, 태양광 모듈의 특성을 이용하여 아주 간단히 유효 전력을 제한할 수 있는 장점이 있으며, 또한, 이 방법을 이용하면 태양광 발전용 전력변환 장치의 정격출력을 넘지 않도록 제한 할 수 있어 태양광 발전용 전력변환장치의 과부하로 인한 소손도 방지하는 효과를 기대할 수 있는 것이다.As described above, the present invention has the advantage of limiting the effective power very simply by using the characteristics of the photovoltaic module without conflicting with the existing general maximum power point tracking (MPPT) algorithm. Using this method, it is possible to limit not to exceed the rated power of the photovoltaic power converter, so that it can be expected to prevent the burnout caused by the overload of the photovoltaic power converter.
도 1a는 태양광 발전 시스템을 개략적으로 보인 블럭도.
도 1b는 태양광모듈을 보인 회로도.
도 2는 태양광모듈의 P-V 특성 곡선을 보인 도면.
도 3은 태양광모듈 전압에 따른 출력 전력 변화를 보인 도면.
도 4는 본 발명에 따른 최대출력점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT) P & O 알고리즘을 보인 순서도.
도 5는 유효 전력 제한 알고리즘 순서도
도 6은 125kW PCS 의 정격 출력 시 30% 유효 전력 제한 파형도.1A is a schematic block diagram of a solar power system.
Figure 1b is a circuit diagram showing a solar module.
2 is a view showing a PV characteristic curve of the solar module.
3 is a view showing a change in output power according to the solar module voltage.
Figure 4 is a flow chart showing a maximum power point tracking (MPPT) P & O algorithm according to the present invention.
5 is a flowchart of active power limiting algorithm
6 is a 30% active power limit waveform at rated power of 125 kW PCS.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 설명에 있어서 종래와 동일한 구성요소에 대해서는 동일부호 표기하여 중복설명을 피하기로 한다.In the description of the present invention, the same components as in the prior art will be denoted by the same reference numerals to avoid redundant description.
도 2는 태양광모듈의 P-V 특성 곡선을 보인 도면이고, 도 3은 태양광모듈의 전압에 따른 출력 전력 변화를 보인 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 최대출력점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT) P & O 알고리즘을 보인 순서도이고, 도 5는 유효 전력 제한 알고리즘 순서도이며, 도 6은 125kW PCS 의 정격 출력 시 30% 유효 전력 제한 파형을 도시한 것이다.2 is a view showing a PV characteristic curve of the solar module, Figure 3 is a view showing a change in output power according to the voltage of the solar module, Figure 4 is a maximum power point tracking (Maximum Power Point Tracking, MPPT) is a flow chart showing the P & O algorithm, FIG. 5 is a flow chart of the active power limiting algorithm, and FIG. 6 shows a 30% active power limit waveform at a rated output of 125 kW PCS.
첨부된 도 1 및 도 2는 물론, 첨부된 도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전용 전력변환장치의 유효 전력 제한 방법은, 전력변환장치(2)가 일반적인 최대출력점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT)알고리즘을 이용하여 태양광모듈(1)을 제어하는 상태에서 전력회사(3)에서 전송된 유효 전력 제한치와 태양광 발전용 전력변환 장치(2)의 출력을 비교하는 단계와, 전력변환장치(2)의 출력이 유효 전력 제한치를 상위 할 경우 최대출력점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT)알고리즘에 의한 제어를 하지 않고 태양광 모듈(1)의 특성에 따라 태양광 모듈(1)의 최대 출력점을 증가시키거나 최대 출력점을 감소시키지 않는 단계와, 재설정된 최대 출력점에 전력변환장치(2)의 출력이 도달했을 때 전력변환 장치(2)의 출력과 유효 전력 제한치를 비교하여 최대출력점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 제어의 실행 여부를 결정하는 단계, 그리고 전력변환 장치(2)의 출력이 유효 전력 제한치 이하로 낮아졌을 때 다시 일반적인 최대출력점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 제어로 전환하는 단계로 진행된다.Referring to FIGS. 1 and 2, as well as to FIGS. 2 to 6, in the effective power limiting method of the solar power converting apparatus according to the embodiment of the present invention, the
이때, 첨부된 도 4는 일반적인 최대출력점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 알고리즘인 P&O 법을 나타내고 있다.4 shows the P & O method, which is a general maximum power point tracking (MPPT) algorithm.
상기 알고리즘에서는 태양광 모듈(1)의 출력 전압과 전류를 측정하여 얻어진 태양광 모듈(1)의 출력 전력을 이전에 측정된 출력 전력과 비교하여 태양광 모듈(1)의 최대 출력 전압을 일정 전압만큼 변동하고 최대 출력 전압을 변동 한 후 태양광 모듈(1)의 출력 전력을 이전 전력과 비교하여 최대 출력 전압을 재 설정하는 방식이다.The algorithm compares the output power of the
그리고, 도 5는 도 4에서 설명된 최대출력점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 알고리즘 실행 이전에 현재 태양광 발전용 전력변환 장치(2)의 출력이 유효 전력 제한치와 비교하여 유효 전력 제한치 이하에서는 도 5에서 설명된 최대출력점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 알고리즘을 적용하고, 제한치를 넘게 되면 최대 출력 전압을 일정 전압분만큼 증가시켜 전력변환 장치(2)의 출력을 제한치 이하로 낮추게 되는 것이다. FIG. 5 shows that the output of the current
또한, 태양광 모듈(1) 특성상 태양광 모듈 출력 전압을 낮추어 유효 전력을 제한하는 것 보다는 출력 전압을 증가시켜 제한하는 것이 유효 전력 제한치가 전력변환 장치(2)의 정격 출력 전력으로 변경되었을 때 빠른 시간 내에 유효 전력 제한되어 발전하지 못한 전력을 생산할 수 있게 한다.In addition, rather than lowering the output voltage of the
이와 같이, 본 발명의 동작에 대하여 좀더 상세하게 설명하면, 우선 전력변환장치(2)가 태양광모듈(1)을 최대출력점 추종 알고리즘(MPPT)을 이용하여 제어하고 있는 상태에서, 외부 시스템인 전력회사(3)에서 유효전력 제한명령이 전력변환장치(2)로 입력되면, 전력변환장치(2)는 전력회사(3)에서 전송된 유효전력제한치와 태양광 전력변환장치(2)의 출력을 비교한다.As described above, the operation of the present invention will be described in more detail. First, in the state where the
상기 비교결과 전력변환장치(2)의 출력이 유효전력제한치를 상위 할 경우 전력변환장치(2)는 태양광모듈(1)을 최대출력점 추종 알고리즘(MPPT)으로 제어하지 않고, 태양광 모듈(1)의 특성에 따라 태양광 모듈의 최대 출력점을 증가시키거나 아니면 최대 출력점을 감소시키지 않는 제어를 실행한다.As a result of the comparison, when the output of the
이에 따라, 재설정된 최대 출력점에 전력변환장치(2)의 출력이 도달하게 되면, 전력변환장치(2)는 유효전력 제한치와 전력변환장치(2)의 출력을 비교하여 최대출력점 추종 알고리즘의 실행여부를 결정하게 된다.Accordingly, when the output of the
즉, 전력변환장치(2)의 출력이 유효 전력 제한치 이하로 내려가거나 아니면 태양광 모듈(1)의 출력이 일사량이나 외부 요인으로 낮아져 전력변환장치(2)의 출력이 낮아졌을때 전력변환장치(2)는 다시 일반적인 최대출력점 추종 알고리즘(MPPT)으로 태양광모듈(1)을 제어하는 것이다.That is, when the output of the
이상에서 본 발명의 태양광 발전용 전력변환 장치의 유효 전력 제한 방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.Although the technical idea of the effective power limiting method of the photovoltaic power conversion device of the present invention has been described with the accompanying drawings, this is by way of example to illustrate the best embodiment of the present invention and not to limit the present invention. .
따라서 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범위를 이탈하지 않는 범위 내에서 치수 및 모양 그리고 구조 등의 다양한 변형 및 모방할 수 있음은 명백한 사실이며 이러한 변형 및 모방은 본 발명의 기술 사상의 범위에 포함된다.Accordingly, it is a matter of course that various modifications and variations of the present invention are possible without departing from the scope of the present invention. And are included in the technical scope of the present invention.
1: 태양광모듈 2: 전력변환장치
3: 전력회사1: solar module 2: power converter
3: power company
Claims (3)
전력변환장치의 출력이 유효 전력 제한치를 상위 할 경우 최대출력점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 제어를 하지 않고 태양광 모듈의 특성에 따라 태양광 모듈의 최대 출력점을 증가시키거나 최대 출력점을 감소시키지 않는 단계;
재설정된 최대 출력점에 전력변환장치의 출력이 도달했을 때 전력변환장치의 출력과 유효 전력 제한치를 비교하여 최대출력점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 제어의 실행 여부를 결정하는 단계; 및,
전력변환장치의 출력이 유효 전력 제한치 이하로 낮아졌을 때 최대출력점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 제어로 전환하는 단계; 를 포함하여 진행하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전용 전력변환장치의 유효 전력 제한 방법.Comparing the instantaneous output of the power conversion device for photovoltaic power generation with an effective power limit input from an external source such as a power company in a maximum power point tracking (MPPT) control state;
If the output of the power converter exceeds the effective power limit, increase the maximum output point or maximum output point of the solar module according to the characteristics of the solar module without controlling the maximum power point tracking (MPPT). Not reducing;
Determining whether to execute maximum power point tracking (MPPT) control by comparing the output of the power converter with the effective power limit when the output of the power converter reaches the reset maximum output point; And
Switching to maximum power point tracking (MPPT) control when the output of the power converter is lowered below the effective power limit; Effective power limiting method of the power conversion device for photovoltaic power generation comprising a.
태양광 모듈의 출력전압과 전류를 측정하여 얻어진 태양광 모듈의 출력전력을 이전에 측정된 출력전력과 비교하여 태양광 모듈의 최대 출력전압을 일정전압만큼 변동하고, 최대 출력 전압을 변동한 후에는 태양광 모듈의 출력전력을 이전 전력과 비교하여 최대 출력전압을 재설정하는 제어 알고리즘인 것을 특징으로 하는 태양광 발전용 전력변환장치의 유효 전력 제한 방법.The method of claim 1, wherein the maximum output point tracking control,
After comparing the output power of the photovoltaic module obtained by measuring the output voltage and current of the photovoltaic module with the previously measured output power, the maximum output voltage of the photovoltaic module is changed by a certain voltage, and after the maximum output voltage is changed. Effective power limiting method of the solar power conversion device, characterized in that the control algorithm for resetting the maximum output voltage by comparing the output power of the solar module with the previous power.
상기 전력변환장치의 출력이 유효 전력 제한치 이하인 경우에는 최대출력점 추종 제어를 적용하되, 상기 전력변환장치의 출력이 유효 전력 제한치를 초과할 경우에는 태양광 모듈의 출력전압을 감소시켜 유효 전력 제한치를 제한하지 않고, 상기 태양광 모듈의 최대 출력전압을 증가시키는 제한을 통해 상기 전력변환장치의 출력을 제한치 이하인 전격 출력 전력으로 변경하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전용 전력변환장치의 유효 전력 제한 방법. 3. The method according to claim 1 or 2,
If the output of the power converter is below the effective power limit, the maximum output point tracking control is applied. If the output of the power converter exceeds the effective power limit, the output voltage of the solar module is reduced to reduce the effective power limit. Limiting the effective power of the photovoltaic power conversion device, characterized in that configured to change the output of the power converter to a full output power of less than the limit value by limiting the increase of the maximum output voltage of the photovoltaic module Way.
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