KR20130121538A - 전력 변환 장치와 그 동작 방법 및 태양광 발전 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전력 변환 장치와 그 동작 및 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 태양광 발전 시스템을 위한 전력 변환장치에 있어서, 태양전지 모듈이 생성하는 입력 신호를 출력 신호로 변환하는 전력 변환부, 및 상기 전력 변환부의 동작을 제어하는 제어 회로부를 포함하고, 상기 전력 변환부는 적어도 하나의 변압기, 및 상기 적어도 하나의 변압기의 1차 측 권선에 연결되는 전류 센서와 스위칭 회로를 포함하며, 상기 제어 회로부는 상기 전류 센서가 감지하는 상기 적어도 하나의 변압기의 1차 측 권선의 전류를 이용하여 상기 입력 신호의 전압 및 전류를 계산하고, 상기 전력 변환부가 최대 전력점에서 동작하도록 최대 전력점 추종(MPPT, Maximum Power Point Tracking) 제어하는 전력 변환 장치를 제안한다.
Description
본 발명은 입력단의 전압 센서 및 전류 센서 없이 최대 전력점 추종(MPPT, Maximum Power Point Tracking) 제어 방식으로 동작할 수 있는 전력 변환 장치와 그 동작 방법 및 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.
최근 녹색 성장이 산업계에 중요한 이슈로 부각되면서, 탄소 연료를 사용하지 않는 친환경 에너지 생산에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 태양광 발전은 친환경 에너지 생산의 주요 분야로서 각광을 받고 있으며, 특히 태양광에 의해 에너지를 생산하는 태양광 발전 셀(Cell)의 효율을 높이기 위한 방안, 및 태양광 발전 셀에 의해 생산되는 에너지를 가정용, 산업용 에너지로 변환할 때 필요한 회로에서의 효율을 높이기 위한 방안이 활발히 연구 중이다.
태앙광 발전 셀에 연결되는 회로는, 태양전지 모듈이 출력하는 높은 레벨의 직류 입력 신호를 변환하여 직류 출력 신호를 생성하는 전력 변환 장치를 포함한다. 태양전지 모듈은 일사량과 주변의 온도에 따라서, 출력하는 최대 전력의 크기 및 최대 전력을 발생시키기 위한 조건(최대 전력점, Maximum Power Point)이 변화한다. 따라서, 태양전지 모듈에 연결되는 전력 변환 장치는 일사량과 주변 온도 등의 조건 변화에서 최대 전력을 출력할 수 있도록 동작할 필요가 있다.
동작 조건에 따라 변화하는 최대 전력점을 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT)하여 전력 변환 장치를 제어하기 위해서는, 태양전지 모듈에서 생성되어 전력 변환 장치로 입력되는 입력 신호의 전류와 전압을 검출할 필요가 있다. 따라서 일반적인 전력 변환 장치는, 태양전지 모듈에서 생성되는 입력 신호가 인가되는 입력단에 전류 센서 및 전압 센서를 포함한다. 그러나 이와 같이 입력단에 전압, 전류 검출을 위한 센서를 구비하는 것은 비용 상승 및 전체 시스템의 설계 제약을 높이는 등의 문제점을 야기할 수 있다.
하기의 선행기술문헌 중에서, 특허문헌 1, 2는 태양전지 모듈에서 생성되는 전력의 최대 전력점을 추종할 수 있도록 MPPT 기법으로 전력 변환 장치를 제어하는 내용을 개시하고 있으나, MPPT 제어를 위해 태양전지 모듈과 전력 변환 장치 사이에 전압 및 전류 검출을 위한 센서를 구비하는 내용만을 포함하고 있다.
본 발명의 과제는 상기한 종래 기술의 문제점을 보완하기 위한 것으로서, 일반적으로 태양전지 모듈과 전력 변환 장치의 입력단 사이에 마련되는 전압 센서 및 전류 센서 없이, 태양전지 모듈로부터 전력 변환 장치로 전달되는 입력 신호의 전압 및 전류를 계산하고, 계산한 전압 및 전류 값에 기초하여 전력 변환 회로가 최대 전력점에서 동작할 수 있도록 제어하는 전력 변환 장치와 그 동작 방법 및 태양광 발전 시스템을 제공한다.
본 발명의 제1 기술적인 측면에 따르면, 태양광 발전 시스템을 위한 전력 변환장치에 있어서, 태양전지 모듈이 생성하는 입력 신호를 출력 신호로 변환하는 전력 변환부, 및 상기 전력 변환부의 동작을 제어하는 제어 회로부를 포함하고, 상기 전력 변환부는 적어도 하나의 변압기, 및 상기 적어도 하나의 변압기의 1차 측 권선에 연결되는 전류 센서와 스위칭 회로를 포함하며, 상기 제어 회로부는 상기 전류 센서가 감지하는 상기 적어도 하나의 변압기의 1차 측 권선의 전류를 이용하여 상기 입력 신호의 전압 및 전류를 계산하고, 상기 전력 변환부가 최대 전력점에서 동작하도록 최대 전력점 추종(MPPT, Maximum Power Point Tracking) 제어하는 전력 변환 장치를 제안한다.
또한, 상기 전력 변환부는 적어도 하나의 플라이백 컨버터를 포함하며, 직류 입력 신호를 교류 출력 신호로 변환하는 전력 변환 장치를 제안한다.
또한, 상기 제어 회로부는, 둘 이상의 상기 변압기의 1차 측 권선에 연결되는 둘 이상의 상기 전류 센서가 감지하는 상기 1차 측 권선의 전류를 이용하여 상기 1차 측 권선에 흐르는 전류의 평형을 제어하는 전력 변환 장치를 제안한다.
또한, 상기 제어 회로부는, 둘 이상의 상기 변압기의 1차 측 권선에 연결되는 둘 이상의 상기 전류 센서가 감지하는 상기 1차 측 권선의 전류의 합으로부터 상기 입력 신호의 전류를 계산하는 전력 변환 장치를 제안한다.
또한, 상기 제어 회로부는, 상기 변압기의 1차 측의 인덕턴스(inductance)와, 상기 전력 변환부에 포함되는 스위칭 소자의 동작 특성에 기초하여 상기 입력 신호의 전류를 계산하는 전력 변환 장치를 제안한다.
또한, 상기 스위칭 소자의 동작 특성은, 상기 스위칭 소자의 스위칭 주기, 최대 통류율, 및 턴-온 시간 중 적어도 하나를 포함하는 전력 변환 장치를 제안한다.
또한, 상기 태양전지 모듈과 상기 전력 변환부 사이에 마련되는 적어도 하나의 입력단 커패시터를 더 포함하고, 상기 제어 회로부는 상기 전력 변환부에 포함되는 스위칭 소자의 턴-온 시간 동안 상기 입력단 커패시터에 충전되는 전하량과, 상기 스위칭 소자의 턴-오프 시간 동안 상기 입력단 커패시터로부터 방전되는 전하량에 기초하여 상기 입력 신호의 전압을 계산하는 전력 변환 장치를 제안한다.
또한, 상기 스위칭 소자의 턴-온 시간 동안 상기 입력단 커패시터에 충전되는 전하량과, 상기 스위칭 소자의 턴-오프 시간 동안 상기 입력단 커패시터로부터 방전되는 전하량은 서로 동일한 전력 변환 장치를 제안한다.
또한, 상기 제어 회로부는, 상기 전력 변환부의 출력 신호로부터, 상기 전력 변환부의 출력단에 연결된 전력 계통의 위상 정보를 검출하는 위상 검출부, 상기 위상 정보로부터 정류된 정현파를 생성하는 정현파 생성부, 상기 입력 신호의 전류 및 전압에 기초하여 최대 전력점 추종을 위한 전류 지령치를 생성하는 MPPT 제어부, 상기 전류 지령치 및 상기 정현파를 이용하여 보조 스위치 제어 신호를 생성하는 보조 스위치 제어부, 및 상기 변압기의 1차 측에 흐르는 전류에 기초하여 전류 평형을 제어하기 위한 메인 스위치 제어 신호를 생성하는 메인 스위치 제어부를 포함하는 전력 변환 장치를 제안한다.
한편, 본 발명의 제2 기술적인 측면에 따르면, 태양전지 모듈에서 생성되는 입력 신호를 인가받는 단계, 적어도 하나의 변압기의 1차 측 권선에 연결된 전류 센서에서 검출되는 상기 1차 측 권선의 전류를 이용하여 상기 입력 신호의 전류를 계산하는 단계, 상기 계산한 전류를 이용하여 상기 입력 신호의 전압을 계산하는 단계, 상기 계산한 전류와 상기 계산한 전압을 이용하여 최대 전력점 추종(MPPT) 여부를 판단하는 단계, 및 상기 최대 전력점 추종 여부에 따라 적어도 하나의 상기 변압기와 연결된 스위칭 소자의 동작을 제어하는 단계를 포함하는 전력 변환 장치의 동작 방법을 제안한다.
또한, 상기 제어 단계는, 상기 스위칭 소자의 통류율을 결정하는 단계를 포함하는 전력 변환 장치의 동작 방법을 제안한다.
또한, 둘 이상의 상기 변압기의 1차 측 권선에 연결된 전류 센서에서 상기 1차 측 권선의 전류를 검출하는 단계, 둘 이상의 상기 변압기의 1차 측 권선의 전류 사이의 평형을 조절하는 단계를 더 포함하는 전력 변환 장치의 동작 방법을 제안한다.
또한, 상기 전류 계산 단계는, 상기 변압기의 1차 측 권선의 인덕턴스(inductance)와, 상기 스위칭 소자의 스위칭 주기, 최대 통류율, 및 턴-온 시간에 기초하여 상기 입력 신호의 전류를 계산하는 전력 변환 장치의 동작 방법을 제안한다.
또한, 상기 전압 계산 단계는, 상기 스위칭 소자의 턴-온 시간 동안 상기 태양전지 모듈의 출력단에 마련되는 적어도 하나의 입력단 커패시터에 충전되는 전하량과, 상기 스위칭 소자의 턴-오프 시간 동안 상기 입력단 커패시터로부터 방전되는 전하량에 기초하여 상기 입력 신호의 전압을 계산하는 전력 변환 장치의 동작 방법을 제안한다.
또한, 상기 스위칭 소자의 턴-온 시간 동안 상기 입력단 커패시터에 충전되는 전하량과, 상기 스위칭 소자의 턴-오프 시간 동안 상기 입력단 커패시터로부터 방전되는 전하량은 서로 동일한 전력 변환 장치의 동작 방법을 제안한다.
또한, 상기 제어 단계는, 전력 변환부가 수신하는 입력 신호의 전류 및 전압에 기초하여 최대 전력점 추종을 위한 전류 지령치를 생성하는 단계, 상기 전력 변환부가 출력하는 출력 신호의 전압 위상에 기초하여 생성된 정현파와, 상기 전류 지령치를 이용하여 보조 스위치 제어 신호를 생성하는 단계, 및 상기 전력 변환부에 포함되는 둘 이상의 변압기의 1차 측 권선 각각에 흐르는 전류로부터 메인 스위치 제어 신호를 생성하는 단계를 포함하는 전력 변환 장치의 제어 방법을 제안한다.
또한, 상기 메인 스위치 제어 신호 생성 단계는, 둘 이상의 상기 변압기의 1차 측 권선 각각에 흐르는 전류 사이의 전류 평형을 제어하는 전력 변환 장치의 제어 방법을 제안한다.
한편, 하나 이상의 태양 전지 셀(Cell)을 포함하는 태양 전지 어레이로부터 전달되는 입력 신호를 변환하여 출력 신호를 생성하는 전력 변환부, 상기 입력 신호의 전류 및 전압을 이용하여 상기 전력 변환부가 최대 전력점에서 동작하도록 제어하는 제어부, 및 상기 제어부에 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 전력 변환부에 포함되는 적어도 하나의 변압기의 1차 측 권선에 흐르는 전류로부터 상기 입력 신호의 전류와 전압을 계산하고, 상기 계산한 전류와 전압에 기초하여 상기 전력 변환부가 최대 전력점에서 동작하도록 제어하는 태양광 발전 시스템을 제안한다.
본 발명에 따르면, 태양전지 모듈로부터 입력 신호를 전달받는 입력단에 통상적으로 마련되는 전류 센서와 전압 센서 없이, 전력 변환부의 변압기 1차 측 권선에 흐르는 전류에 기초하여 입력 신호의 전류 및 전압을 계산한다. 따라서, 입력단의 전압 센서와 전류 센서를 제거함으로써 전체적인 비용을 절감함과 동시에, 센서를 구동시키기 위한 다른 여러가지 주변 회로를 제거함으로써 설계의 복잡도를 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치를 포함하는 발전 시스템을 나타낸 도이다.
도 2는 도 1에 도시한 발전 시스템에 포함되는 전력 변환 장치를 간략하게 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치를 도시한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치에 포함되는 제어 회로부를 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치에 포함되는 스위칭 소자의 동작에 따른 변압기 1차 측의 전류를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치를 간단하게 표현한 등가 회로도이다.
도 7은 도 6에 도시한 등가 회로도에서 스위칭 소자의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치의 동작 방법을 설명하는 데에 제공되는 흐름도이다.
도 2는 도 1에 도시한 발전 시스템에 포함되는 전력 변환 장치를 간략하게 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치를 도시한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치에 포함되는 제어 회로부를 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치에 포함되는 스위칭 소자의 동작에 따른 변압기 1차 측의 전류를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치를 간단하게 표현한 등가 회로도이다.
도 7은 도 6에 도시한 등가 회로도에서 스위칭 소자의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치의 동작 방법을 설명하는 데에 제공되는 흐름도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치를 포함하는 발전 시스템을 나타낸 도이다.
도 1을 참조하면, 태양전지 모듈(100)이 전력 변환부(200)의 입력단에 연결되고, 전력 변환부(200)의 출력단에는 전력 계통(300)이 연결된다. 태양전지 모듈(100)은 하나 또는 복수의 태양 전지 셀(Cell)을 포함하며, 태양 전지 셀에서 생성되는 전력은 전력 변환부(200)에 의해 변환된다. 일례로, 전력 변환부(200)는 높은 DC 전압 레벨을 갖는 입력 신호를, 상용 AC 전원에 해당하는 신호로 변환하여 출력할 수 있다. 이를 위해, 전력 변환부(200)는 DC-DC 컨버터 회로와 DC-AC 컨버터 회로 등을 포함할 수 있다.
도 1에 도시한 태양광 발전 시스템에서, 태양전지 모듈(100)이 생성하는 최대 전력의 양(최대 전력점)과, 최대 전력을 생성할 수 있는 조건은 일사량 및 주변 온도 등의 환경에 따라 결정된다. 예를 들어, 일사량이 증가하면 태양전지 모듈(100)의 최대 전력점은 증가하며, 주변 온도가 증가하면 태양전지 모듈(100)의 최대 전력점이 감소한다. 따라서, 태양전지 모듈(100)과 연결되는 전력 변환부(200)는 태양전지 모듈(100)로부터 전달받는 입력 신호의 다양한 조건에 맞는 최대 전력을 생성하여 출력할 수 있도록 동작할 필요가 있다.
도 2는 도 1에 도시한 발전 시스템에 포함되는 전력 변환 장치를 간략하게 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 전력 변환 장치(200)는 입력단 커패시터(201), 하나 이상의 DC-DC 전력 변환부(202, 203), DC 링크 커패시터(204), DC-AC 전력 변환부(205), 제어 회로부(206, 207), 및 출력 필터(208)를 포함할 수 있다. 입력단 커패시터(201)는 전압 리플을 제거하여 입력 신호를 직류에 가깝게 평활하기 위한 커패시터로서, 서로 병렬로 연결되는 복수의 커패시터를 포함할 수 있다.
DC-DC 전력 변환부(202, 203)는 입력단 커패시터(201)를 통해 전달되는 직류 신호의 레벨을 조절한다. 일실시예로, DC-DC 전력 변환부(202, 203)는 플라이백 컨버터 회로를 포함할 수 있으며, 수백 V 이상의 높은 전압 레벨을 갖는 입력 직류 신호를 낮은 전압 레벨로 변환할 수 있다. DC-DC 전력 변환부(202, 203)의 동작은 제1 제어 회로부(206)에 의해 제어될 수 있다.
DC-DC 전력 변환부(202, 203)의 출력 신호는 DC 링크 커패시터(204)를 거쳐 DC-AC 전력 변환부(205)에 입력된다. DC-AC 전력 변환부(205)는 DC-DC 전력 변환부(202, 203)에 의해 레벨이 조절된 직류 신호를 상용 전력 계통과 동기되는 교류로 변환할 수 있다. DC-AC 전력 변환부(205)의 동작은 제2 제어 회로부(207)에 의해 제어될 수 있다.
한편, DC-AC 전력 변환부(205)의 출력단에는 소정의 출력 필터(350)가 연결될 수 있다. 출력 필터(350)는 커패시터(209)와 인덕터(210)를 포함할 수 있으며, DC-DC 전력 변환부(202, 203)에 포함된 플라이백 컨버터 회로의 변압기 2차 측으로 전달된 고주파 전류를 상용 전력 계통의 주파수에 해당하는 저주파(50~60Hz) 전류로 평활하는 역할을 한다.
앞서 설명한 바와 같이, DC-DC 전력 변환부(202, 203)는 태양전지 모듈에서 입력단 커패시터(201)를 통해 전달되는 직류 입력 신호를 상대적으로 낮은 레벨의 직류 출력 신호로 변환하여 출력한다. 이때, 태양전지 모듈에서 생성되는 신호의 최대 전력의 크기(최대 전력점)와, 최대 전력을 생성할 수 있는 조건은 태양전지 모듈이 동작하는 주변의 온도와 일사량 등의 환경에 따라 변한다. 따라서, 제1 제어 회로부(206)는 태양전지 모듈의 주변 환경 변화에 따라서 최대 전력점을 추종할 수 있도록 DC-DC 전력 변환부(202, 203)의 동작을 제어해야 한다. 태양전지 모듈의 최대 전력점을 추종하기 위해서는 태양전지 모듈로부터 전달되는 직류 입력 신호의 전류 및 전압을 검출할 수 있어야 한다. 이하, 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치를 도시한 회로도이다.
태양전지 모듈(100)가 생성하는 직류 입력 신호가 입력단 커패시터(213)를 통해 DC-DC 전력 변환부(202, 203)에 입력된다. DC-DC 전력 변환부(202, 203)는 플라이백 컨버터 회로로 구현될 수 있으며, 도 3에서는 복수의 DC-DC 전력 변환부(202, 203)가 서로 병렬로 입력단 커패시터(213)에 연결되는 것을 가정한다. 이하, 설명의 편의를 위해 제1 DC-DC 전력 변환부(202)의 동작을 위주로 설명한다. 제2 DC-DC 전력 변환부(203)은 제1 DC-DC 전력 변환부(202)와 유사하게 동작할 수 있다.
제1 DC-DC 전력 변환부(202)는 메인 스위치(214), 보조 스위치(215), 변압기(216), 출력 다이오드(217), 및 전류 센서(223)를 포함할 수 있다. 메인 스위치(214)는 변압기(216)의 1차 측 권선에 연결되며, 메인 스위치(214)의 턴-온 시간 동안 변압기(216)의 1차 측 권선에 에너지가 충전되고, 메인 스위치(214)가 턴-오프 시간 동안 변압기(216)의 1차 측 권선에 충전된 에너지가 변압기(216)의 2차 측으로 전달된다. 결국, 메인 스위치(214)의 턴-온 시간 및 턴-오프 시간을 적절하게 조절하여 전류의 통류율을 제어함으로써, 태양전지 모듈(100)의 최대 전력점에서 제1 DC-DC 전력 변환부(202)를 동작시킬 수 있다. 보조 스위치(215)는 스너버 스위치로 구현될 수 있으며, 보조 스위치(215)와 직렬로 연결된 커패시터가 방전될 때의 전류를 제한할 수 있다.
변압기(216)의 1차 측 권선에는 직렬로 전류 센서(223) 및 메인 스위치(214)가 연결되며, 2차 측 권선에는 출력 다이오드(217)가 연결된다. 전류 센서(223)는 변압기(216)의 1차 측 권선에 흐르는 전류를 센싱하며, 제1 제어 회로부(206)는 전류 센서(223)가 검출한 변압기(216) 1차 측 권선의 전류를 이용하여 태양전지 모듈(100)로부터 전달되는 입력 신호의 전류와 전압을 계산하고, 제1 DC-DC 전력 변환부(202)와 제2 DC-DC 전력 변환부(203) 사이의 전류 평형을 제어할 수 있다.
입력 신호의 전류는 제1 DC-DC 전력 변환부(202)에 포함된 제1 전류 센서(223)에서 검출되는 전류와, 제2 DC-DC 전력 변환부(203)에 포함된 제2 전류 센서(224)에서 검출되는 전류의 합으로부터 계산할 수 있다. 이하, 입력 신호의 전류와 전압을 계산하는 방법에 대해서는, 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치에 포함되는 스위칭 소자의 동작에 따른 변압기 1차 측의 전류를 나타낸 그래프이다.
도 5는 메인 스위치(214, 218) 각각의 턴-온 시간 동안의 전류를 나타낸 그래프로서, 제1 DC-DC 전력 변환부(202)에 포함된 변압기(216)의 1차 측 권선에 흐르는 제1 전류(iSp1)와, 제2 DC-DC 전력 변환부(203)에 포함된 변압기(220)의 1차 측 권선에 흐르는 제2 전류(iSp2)를 나타낸다. 가로 축은 전기각(electrical angle)을 나타내며, 세로 축은 메인 스위치(214, 218)에 흐르는 전류 값을 나타낸다.
이하, 설명의 편의를 위해 제1 메인 스위치(214)에 대해서 설명하며, 제2 메인 스위치(218)에 대해 제1 메인 스위치(214)에 대한 설명이 그대로 적용될 수 있음은 물론이다. 우선, 제1 메인 스위치(214)의 턴-온 시간 동안 흐르는 전류는 아래의 수학식 1과 같다.
[수학식 1]
iSp1(t)는 시간 ti에서 제1 메인 스위치(214)에 흐르는 전류를 의미하며, Vdc는 입력 전압, L1은 변압기(216)의 1차 측 인덕턴스를 의미한다. 한편, 태양전지 모듈(100)로부터 전달되는 입력 신호의 평균 전류는 아래의 수학식 2와 같이 계산할 수 있다.
[수학식 2]
수학식 2에서 Tsw는 제1 메인 스위치(214)의 스위칭 주기이며, dp는 제1 메인 스위치(214)의 최대 통류율을 나타낸다. 이와 같이 계산된 제1 메인 스위치(214)와 제2 메인 스위치(218)의 전류 합으로부터 입력 신호의 전류를 계산할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치를 간단하게 표현한 등가 회로도이다.
도 6의 회로도에서, ipv와 Vpv는 태양전지 모듈(100)로부터 전달되는 PV 전류 및 전압을 나타내며, iC는 입력단 커패시터(256)에 흐르는 전류를 의미한다. 한편, iSW는 스위치(257)에 흐르는 전류를 나타내며, 스위치(257)는 TSW의 주기로 동작하는 것을 가정한다. 스위치(257)의 게이트 단자에 인가되는 제어 신호는 PWM 신호일 수 있으며, 따라서 제어 회로부(206)는 PWM 신호를 생성하기 위한 회로 - 예를 들어 비교 회로 및 반송파(carrier) 생성 회로 - 를 포함할 수 있다.
도 6의 회로도에서, 스위치(257)의 턴-오프 시간 동안 입력단 커패시터(256)에 충전되는 전하량과, 스위치(257)의 턴-온 시간 동안 입력단 커패시터(256)로부터 방전되는 전하량은 서로 동일하다. 따라서, 아래의 수학식 3을 유도할 수 있다.
[수학식 3]
△q(ton)은 스위치(257)가 턴-온된 시간 동안 변화하는 전하량을 나타내며, Ipv는 입력 전류, tchg는 전하의 충전 시간이다. 전하의 충전 시간을 나타내는 tchg는 스위치(257)의 턴-오프 시간과 드웰(dwell) 시간의 합으로 표현할 수 있다. 이하, 스위치(257)의 동작을 제어하는 PWM 신호에 대해 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7은 도 6에 도시한 등가 회로도에서 스위칭 소자의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7을 참조하면, 기준파(258)와 반송파(carrirer, 259) 및 기준파(258)와 반송파(259)로부터 생성되는 PWM 신호(260)가 도시된다. 스위치(257)의 온/오프를 제어하는 PWM 신호(260)는 기준파(258)보다 반송파(259)의 값이 클 때 스위치(257)를 턴-오프시키며, 기준파(258)보다 반송파(259)의 값이 작을 때 스위치(257)를 턴-온시키도록 동작한다. 이로부터 입력단 커패시터(256)의 충전 및 방전 시간을 계산하면 다음과 같다.
[수학식 4]
tchg = TSW - ton = toff + tdwell
[수학식 5]
도 7의 그래프에 나타난 바와 같이, 입력단 커패시터(256)의 충전 시간 tchg는 스위치(257)의 동작 주기 TSW에서 스위치(257)의 턴-온 시간 ton을 뺀 값, 혹은 스위치(257)의 턴-오프 시간 toff에 스위치(257)의 드웰 시간 tdwell을 더한 값으로 정의할 수 있다. 수학식 5에서 i는 스위치(257)의 스위칭 횟수를 나타내며, n은 기준파(258)의 주기 ux와 스위치(257)의 동작 주기 TSW 사이의 비율인 ux/TSW로 정의된다.
도 6의 등가 회로를 참조하면, 태양전지 모듈(100)에서 생성되어 전달되는 입력 전압 Vpv의 값은 결국 스위치(257)의 동작에 의해 입력단 커패시터(256)에 충전 또는 방전되는 전하량으로부터 계산할 수 있다. 기준파(258) 한 주기 동안 스위치(257)가 총 m번의 주기를 반복한다고 가정하면, 입력단 커패시터(256)에 충전되는 전하량은 아래의 수학식 6과 같이 계산할 수 있다.
[수학식 6]
수학식 6의 우변에서 Ipv의 값은 입력 전류이므로, 제1, 제2 DC-DC 전력 변환부(202, 203)에 포함된 전류 센서(223, 224)에서 검출한 전류 값으로부터 계산할 수 있고, tchg는 스위치(257)의 스위칭 주기와 턴-온 시간의 차이로부터 계산할 수 있다. 따라서, 수학식 6에서 계산되는 입력단 커패시터(256)의 충전 전하량 또는 방전 전하량으로부터, 입력 신호의 전압을 검출할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치에 포함되는 제어 회로부를 도시한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 제어 회로부(206)는 전류 비교 검출부(235), 입력 전류 계산부(262), 입력 전압 계산부(263), MPPT 제어부(227), 전류 제어부(228), 보조 스위치 제어부(239), 메인 스위치 제어부(232) 등을 포함할 수 있다. 또한, 전류 평형 제어부(236), 위상 검출부(231), 정현파 생성부(242), DC-AC 스위치 제어부(243) 등을 더 포함할 수 있다.
전류 비교 검출부(235)는 DC-DC 전력 변환부(202, 203)에 포함된 전류 센서(223, 224)로부터 변압기(216, 217)의 1차 측 권선에 흐르는 전류(Ipri1, Ipri2)를 입력받는다. 또한, 입력 전류 계산부(262)는 전류 센서(223, 224)가 검출한 전류(Ipri1, Ipri2)를 이용하여 입력 전류를 계산한다. 앞서 설명한 바와 같이, 입력단 커패시터(201)에 병렬로 연결된 DC-DC 전력 변환부(202, 203)의 전류 센서(223, 224)가 검출한 전류(Ipri1, Ipri2)의 합으로부터 입력 전류를 계산할 수 있다.
입력 전류 계산부(262)가 계산한 입력 전류는 입력 전압 계산부(263)로 전달된다. 입력 전압 계산부(263)는 수학식 1 내지 수학식 6에 설명한 과정을 거쳐서 입력 신호의 전류로부터 입력 신호의 전압을 계산한다. 입력 신호의 전류 및 전압은 최대 전력점 추종(MPPT) 제어부(227)로 전달되어, 태양전지 모듈(100)의 최대 전력점에서 전력 변환 장치(200)가 동작하도록 제어하는 데에 이용된다.
전류 제어부(228)는 MPPT 제어부(227)로부터 최대 전력점 추종 제어를 위한 전류 제어 신호를 생성할 수 있다. 전류 제어 신호는 전류 제어부(228)의 출력과, 정현파 생성부(242)의 출력을 곱함으로써 생성될 수 있다. 정현파 생성부(242)는 전력 계통의 위상 정보를 출력하는 위상 검출부(231)와 연결되어, 위상 정보로부터 전력 계통의 주파수의 정수배를 갖는 정류된 정현파를 생성한다. 곱셈기(229)는 정류된 정현파와, 스위치 제어 신호를 곱하여 출력 전류의 위상 및 크기 지령치를 생성할 수 있다.
메인 스위치 제어부(232)는 곱셈기(229)가 생성하는 출력 전류의 위상 및 크기 지령치가 통류율 제한값보다 작으면, 미리 설정된 고정 주파수 및 크기를 가진 반송파를 생성하고, 출력 전류의 위상 및 크기 지령치가 통류율 제한값보다 크면 가변 주파수 및 크기를 갖는 반송파를 생성할 수 있다. 생성된 반송파와 출력 전류의 위상 및 크기 지령치를 비교하여 메인 스위치를 제어하기 위한 PWM 제어 신호(SMain_F, SMain_S)를 생성하며, 이는 도 6 및 도 7에서 설명한 과정과 동일하다.
한편, 전류 비교 검출부(235)의 출력은 전류 평형 제어부(236)에 전달된다. 전류 평형 제어부(236)는 DC-DC 전력 변환부(202, 203)의 변압기(216, 220)의 1차 측 권선에 흐르는 전류의 평형을 제어한다. 전류 평형 제어부(236)의 출력 신호는 최대 전력점 추종 제어 후에 계산된 통류율과 연산되어 메인 스위치를 제어하기 위한 PWM 제어 신호(SMain_F, SMain_S)를 생성하는 데에 이용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치의 동작 방법을 설명하는 데에 제공되는 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 전력 변환 장치(200)의 동작 방법은, 태앙전지 모듈(100)로부터 입력 신호를 인가받는 것으로 시작한다(S800). 입력 신호는 태양전지 모듈(100)과 전력 변환 장치(200) 사이에 마련되는 입력단 커패시터(201)를 통해 인가될 수 있으며, 입력단 커패시터(201)는 입력 신호의 리플 성분을 제거하기 위해 마련될 수 있다.
제어 회로부(206)는 우선 입력 신호의 전류를 계산한다(S810). 전력 변환 장치(200)는 플라이백 컨버터 회로로 구현되는 DC-DC 전력 변환부(202, 203)를 포함할 수 있으며, 플라이백 컨버터 회로의 변압기(216, 220) 1차 측 권선에는 각각 전류 센서(223, 224)가 연결된다. 따라서, 제어 회로부(206)는 전류 센서(223, 224)가 검출하는 전류의 합을 계산함으로써 입력 신호의 전류를 계산할 수 있다.
입력 신호의 전류가 계산되면, 제어 회로부(206)는 입력 신호의 전류와 입력단 커패시터(201)에 충전되는 전하량, 및 입력단 커패시터(201)로부터 방전되는 전하량에 기초하여 입력 신호의 전압을 계산한다(S820). 입력단 커패시터(201)에서 충전 또는 방전되는 전하량은, 메인 스위치(214, 218)의 턴-온 시간 및 턴-오프 시간과 입력 전류 등에 따라서 추정할 수 있으며, 충전 또는 방전되는 전하량 사이의 변화량에 기초하여 입력 신호의 전압을 계산할 수 있다.
입력 신호의 전압 및 전류가 계산되면, 제어 회로부(206)는 최대 전력점 추종 제어를 위해, 이전 전력(POLD)과 현재 전력(PNEW)의 대소를 비교한다(S830). 현재 전력(PNEW)과 이전 전력(POLD)의 대소를 비교한 후에는, 이전 통류율(DOLD)과 현재 통류율(DNEW)을 서로 비교한다(S840, S850).
현재 전력(PNEW)이 이전 전력(POLD)보다 큰 조건에서, 현재 통류율(DNEW)이 이전 통류율(DOLD)보다 크면, 제어 회로부(206)는 메인 스위치(214, 218)의 통류율을 증가시킨다(S860). 반대로, 현재 전력(PNEW)이 이전 전력(POLD)보다 큰 조건에서, 현재 통류율(DNEW)이 이전 통류율(DOLD)보다 작으면, 제어 회로부(206)는 메인 스위치(214, 218)의 통류율을 감소시킨다(S870).
반면, 현재 전력(PNEW)이 이전 전력(POLD)보다 작은 조건에서, 현재 통류율(DNEW)이 이전 통류율(DOLD)보다 크면, 제어 회로부(206)는 메인 스위치(214, 218)의 통류율을 감소시키고(S880), 현재 전력(PNEW)이 이전 전력(POLD)보다 작은 조건에서, 현재 통류율(DNEW)이 이전 통류율(DOLD)보다 작으면, 제어 회로부(206)는 메인 스위치(214, 218)의 통류율을 증가키신다(S890). 이와 같은 동작을 통해서, 입력단의 전압 센서 및 전류 센서 없이 최대 전력점을 추종하도록 전력 변환 장치(200)를 제어할 수 있다.
한편, 최대 전력점 추종 제어를 위한 메인 스위치(214, 218)의 동작 제어 단계(S860~S890) 이후에, 제1 변압기(216)의 1차 측 권선에 흐르는 전류와 제2 변압기(220)의 1차 측 권선에 흐르는 전류 사이의 평형을 제어하기 위한 동작이 추가될 수 있다. 이때, 메인 스위치(214, 218)의 최종 통류율은, 최대 전력점 추종 제어와 전류 평형 제어를 동시에 달성할 수 있도록 조절된다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 태양전지 모듈
200 : 전력 변환 장치
201, 256 : 입력단 커패시터
202, 203 : DC-DC 전력 변환부
214, 218 : 메인 스위치
216, 220 : 변압기
223, 224 : 전류 센서
206, 207 : 제어 회로부
200 : 전력 변환 장치
201, 256 : 입력단 커패시터
202, 203 : DC-DC 전력 변환부
214, 218 : 메인 스위치
216, 220 : 변압기
223, 224 : 전류 센서
206, 207 : 제어 회로부
Claims (18)
- 태양광 발전 시스템을 위한 전력 변환 장치에 있어서,
태양전지 모듈이 생성하는 입력 신호를 출력 신호로 변환하는 전력 변환부; 및
상기 전력 변환부의 동작을 제어하는 제어 회로부; 를 포함하고,
상기 전력 변환부는 적어도 하나의 변압기, 및 상기 적어도 하나의 변압기의 1차 측 권선에 연결되는 전류 센서와 스위칭 회로를 포함하며,
상기 제어 회로부는 상기 전류 센서가 감지하는 상기 적어도 하나의 변압기의 1차 측 권선의 전류를 이용하여 상기 입력 신호의 전압 및 전류를 계산하고, 상기 전력 변환부가 최대 전력점에서 동작하도록 최대 전력점 추종(MPPT, Maximum Power Point Tracking) 제어하는 전력 변환 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 전력 변환부는 적어도 하나의 플라이백 컨버터를 포함하며, 직류 입력 신호를 교류 출력 신호로 변환하는 전력 변환 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제어 회로부는,
둘 이상의 상기 변압기의 1차 측 권선에 연결되는 둘 이상의 상기 전류 센서가 감지하는 상기 1차 측 권선의 전류를 이용하여 상기 1차 측 권선에 흐르는 전류의 평형을 제어하는 전력 변환 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제어 회로부는,
둘 이상의 상기 변압기의 1차 측 권선에 연결되는 둘 이상의 상기 전류 센서가 감지하는 상기 1차 측 권선의 전류의 합으로부터 상기 입력 신호의 전류를 계산하는 전력 변환 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제어 회로부는,
상기 변압기의 1차 측의 인덕턴스(inductance)와, 상기 전력 변환부에 포함되는 스위칭 소자의 동작 특성에 기초하여 상기 입력 신호의 전류를 계산하는 전력 변환 장치.
- 제5항에 있어서,
상기 스위칭 소자의 동작 특성은, 상기 스위칭 소자의 스위칭 주기, 최대 통류율, 및 턴-온 시간 중 적어도 하나를 포함하는 전력 변환 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 태양전지 모듈과 상기 전력 변환부 사이에 마련되는 적어도 하나의 입력단 커패시터; 를 더 포함하고,
상기 제어 회로부는 상기 전력 변환부에 포함되는 스위칭 소자의 턴-온 시간 동안 상기 입력단 커패시터에 충전되는 전하량과, 상기 스위칭 소자의 턴-오프 시간 동안 상기 입력단 커패시터로부터 방전되는 전하량에 기초하여 상기 입력 신호의 전압을 계산하는 전력 변환 장치.
- 제7항에 있어서,
상기 스위칭 소자의 턴-온 시간 동안 상기 입력단 커패시터에 충전되는 전하량과, 상기 스위칭 소자의 턴-오프 시간 동안 상기 입력단 커패시터로부터 방전되는 전하량은 서로 동일한 전력 변환 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제어 회로부는,
상기 전력 변환부의 출력 신호로부터, 상기 전력 변환부의 출력단에 연결된 전력 계통의 위상 정보를 검출하는 위상 검출부;
상기 위상 정보로부터 정류된 정현파를 생성하는 정현파 생성부;
상기 입력 신호의 전류 및 전압에 기초하여 최대 전력점 추종을 위한 전류 지령치를 생성하는 MPPT 제어부;
상기 전류 지령치 및 상기 정현파를 이용하여 보조 스위치 제어 신호를 생성하는 보조 스위치 제어부; 및
상기 변압기의 1차 측에 흐르는 전류에 기초하여 전류 평형을 제어하기 위한 메인 스위치 제어 신호를 생성하는 메인 스위치 제어부; 를 포함하는 전력 변환 장치.
- 태양전지 모듈에서 생성되는 입력 신호를 인가받는 단계;
적어도 하나의 변압기의 1차 측 권선에 연결된 전류 센서에서 검출되는 상기 1차 측 권선의 전류를 이용하여 상기 입력 신호의 전류를 계산하는 단계;
상기 계산한 전류를 이용하여 상기 입력 신호의 전압을 계산하는 단계;
상기 계산한 전류와 상기 계산한 전압을 이용하여 최대 전력점 추종(MPPT) 여부를 판단하는 단계; 및
상기 최대 전력점 추종 여부에 따라 적어도 하나의 상기 변압기와 연결된 스위칭 소자의 동작을 제어하는 단계; 를 포함하는 전력 변환 장치의 동작 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 제어 단계는,
상기 스위칭 소자의 통류율을 결정하는 단계; 를 포함하는 전력 변환 장치의 동작 방법.
- 제10항에 있어서,
둘 이상의 상기 변압기의 1차 측 권선에 연결된 전류 센서에서 상기 1차 측 권선의 전류를 검출하는 단계;
둘 이상의 상기 변압기의 1차 측 권선의 전류 사이의 평형을 조절하는 단계; 를 더 포함하는 전력 변환 장치의 동작 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 전류 계산 단계는,
상기 변압기의 1차 측 권선의 인덕턴스(inductance)와, 상기 스위칭 소자의 스위칭 주기, 최대 통류율, 및 턴-온 시간에 기초하여 상기 입력 신호의 전류를 계산하는 전력 변환 장치의 동작 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 전압 계산 단계는,
상기 스위칭 소자의 턴-온 시간 동안 상기 태양전지 모듈의 출력단에 마련되는 적어도 하나의 입력단 커패시터에 충전되는 전하량과, 상기 스위칭 소자의 턴-오프 시간 동안 상기 입력단 커패시터로부터 방전되는 전하량에 기초하여 상기 입력 신호의 전압을 계산하는 전력 변환 장치의 동작 방법.
- 제14항에 있어서,
상기 스위칭 소자의 턴-온 시간 동안 상기 입력단 커패시터에 충전되는 전하량과, 상기 스위칭 소자의 턴-오프 시간 동안 상기 입력단 커패시터로부터 방전되는 전하량은 서로 동일한 전력 변환 장치의 동작 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 제어 단계는,
전력 변환부가 수신하는 입력 신호의 전류 및 전압에 기초하여 최대 전력점 추종을 위한 전류 지령치를 생성하는 단계;
상기 전력 변환부가 출력하는 출력 신호의 전압 위상에 기초하여 생성된 정현파와, 상기 전류 지령치를 이용하여 보조 스위치 제어 신호를 생성하는 단계; 및
상기 전력 변환부에 포함되는 둘 이상의 변압기의 1차 측 권선 각각에 흐르는 전류로부터 메인 스위치 제어 신호를 생성하는 단계; 를 포함하는 전력 변환 장치의 제어 방법.
- 제16항에 있어서, 상기 메인 스위치 제어 신호 생성 단계는,
둘 이상의 상기 변압기의 1차 측 권선 각각에 흐르는 전류 사이의 전류 평형을 제어하는 전력 변환 장치의 제어 방법.
- 하나 이상의 태양 전지 셀(Cell)을 포함하는 태양 전지 어레이로부터 전달되는 입력 신호를 변환하여 출력 신호를 생성하는 전력 변환부;
상기 입력 신호의 전류 및 전압을 이용하여 상기 전력 변환부가 최대 전력점에서 동작하도록 제어하는 제어부; 및
상기 제어부에 전원을 공급하는 전원 공급부; 를 포함하고,
상기 제어부는 상기 전력 변환부에 포함되는 적어도 하나의 변압기의 1차 측 권선에 흐르는 전류로부터 상기 입력 신호의 전류와 전압을 계산하고, 상기 계산한 전류와 전압에 기초하여 상기 전력 변환부가 최대 전력점에서 동작하도록 제어하는 태양광 발전 시스템.
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|---|---|---|---|---|
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| KR102630233B1 (ko) * | 2023-03-31 | 2024-01-29 | 이앤에이치(주) | 전압 센서리스 mppt 장치 및 그 장치를 이용하는 mppt 기법 |
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| KR102528007B1 (ko) * | 2020-12-21 | 2023-05-03 | 현대모비스 주식회사 | 대용량 양방향 절연형 dc-dc 컨버터 어셈블리 및 냉각구조 |
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| JP2004015900A (ja) * | 2002-06-05 | 2004-01-15 | Omron Corp | プッシュプル回路方式の電力変換装置 |
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| US20050180175A1 (en) * | 2004-02-12 | 2005-08-18 | Torrey David A. | Inverter topology for utility-interactive distributed generation sources |
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| US20100301676A1 (en) * | 2009-05-28 | 2010-12-02 | General Electric Company | Solar power generation system including weatherable units including photovoltaic modules and isolated power converters |
| US8482947B2 (en) * | 2009-07-31 | 2013-07-09 | Solarbridge Technologies, Inc. | Apparatus and method for controlling DC-AC power conversion |
| CN102043419B (zh) * | 2009-10-09 | 2014-11-05 | 盈威力新能源科技(上海)有限公司 | 一种无电流传感器的最大功率点跟踪方法 |
| JP5499654B2 (ja) * | 2009-11-20 | 2014-05-21 | ソニー株式会社 | 蓄電制御装置および蓄電制御方法 |
| US9331499B2 (en) * | 2010-08-18 | 2016-05-03 | Volterra Semiconductor LLC | System, method, module, and energy exchanger for optimizing output of series-connected photovoltaic and electrochemical devices |
| US20120170325A1 (en) * | 2010-12-31 | 2012-07-05 | Norman Luwei Jin | High Efficiency Solar Wind Inverter With Hybrid DCDC Converter |
| CN102314190B (zh) * | 2011-05-04 | 2013-06-19 | 常州机电职业技术学院 | 独立光伏发电系统用的最大功率点快速跟踪方法 |
| CN102437794A (zh) * | 2011-12-16 | 2012-05-02 | 佛山市欧亚玛电器实业有限公司 | 太阳能光伏mppt控制系统 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160018266A (ko) * | 2014-08-08 | 2016-02-17 | 삼성에스디아이 주식회사 | 전력 변환 시스템 및 그의 제어 방법 |
| KR102630233B1 (ko) * | 2023-03-31 | 2024-01-29 | 이앤에이치(주) | 전압 센서리스 mppt 장치 및 그 장치를 이용하는 mppt 기법 |
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