KR20140071028A - 전력 변환 장치, 태양광발전 시스템 및 이의 제어 방법 - Google Patents

전력 변환 장치, 태양광발전 시스템 및 이의 제어 방법 Download PDF

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KR20140071028A
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Abstract

실시 예에 따른 태양광발전 시스템의 제어 방법은 태양전지 모듈을 통해 출력되는 전력 값을 확인하는 단계; 상기 확인한 출력 전력 값이 기설정된 제 1 조건 내에 포함되면, 상기 태양전지 모듈의 동작점을 결정하는 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어 값을 초기화하는 단계; 및 상기 초기화한 MPPT 제어 값을 미소 증가시키면서 상기 태양전지 모듈의 최대 전력점을 추종하는 단계를 포함한다.

Description

전력 변환 장치, 태양광발전 시스템 및 이의 제어 방법{POWER CONVERSION DEVICE, PHOTOVOLTAIC GENERATION SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF}
실시 예는, 전력 변환 장치에 관한 것으로, 특히 일사량 급증 시 최대 전력 추적(MPPT: Maximum Power Point Tracking) 제어의 오동작을 막고, 태양전지의 발전을 유효하게 이용할 수 있는 전력 변환 장치, 태양광발전 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
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.
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 유지하고, 안정하게 동작한다. 또한 하나의 동작점만을 갖기 때문에 어떤 입력/출력 조건에서도 항상 안정한 장치으로 동작한다. 즉 선형 전압원을 가지는 전기에너지원을 사용할 때에는 부하조건에 관계없이 원하는 동작조건을 얻어낼 수 있다.
기존에는, 이러한 태양전지의 출력을 제어하는 방법으로 최대 전력 추적(MPPT: Maximum Power Point Tracking) 제어 방법을 사용하였다.
상기 MPPT는 태양 전지의 출력을 제어하는 방법으로, 최대 전력 추종 제어 방식을 의미한다.
즉, 상기와 같이, 태양광발전장치에 사용되는 태양전지는 태양전지에 입사되는 일사량을 파라미터로 한 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 전압-전류 특성(파선), 전압-전력 특성(실선)을 가지고 있다.
도 1은 일사량의 증대에 따라 전력 및 전류가 증대하는 경향을 가지고 것을 나타내고 있으며, 여기에서 Pa, Pb, Pc는 최대 전력점을 나타내고, Qa, Qb 및 Qc는 최대 전력 출력시의 전압 및 전류를 나타낸 것이다.
이와 같은 특성을 가지는 태양전지로부터 최대 전력을 효율적으로 활용하기 위한 운전 제어로서, 상기와 같이 태양전지의 동작점을 최대 전력 점에 추종시킨 최대 전력 추적 제어 방법이 사용된다.
이 방법은, 태양전지를 서로 다른 2점으로 동작시키고, 그 출력 전력을 비교하면서 태양 전지의 동작점이 최대 출력점이 되도록 제어하는 방법이다.
즉, 태양전지의 동작 전압의 제어 목표치가 되는 전압 지령치를 적당한 주기로 미소 변화시키고, 그 경우에 따라 태양전지의 출력 전력의 증감을 판정하며, 상기 출력 전력이 증가하는 경향이라면 전회와 동일한 변화 방향에 전압 지령치를 변화(예를 들면, 증가)시키고, 감소 경향이라면 전회와 반대 방향으로 전압 지령치를 변화(예를 들면, 감소)시킴으로써, 태양 전지의 동작점을 단계적으로 최대전력점에 다가올 수 있도록 인버터 제어가 행해지고 있다.
이와 같은 방법에 의하여, 태양광발전장치의 운전 제어 개시 후, 태양전지의 전압 지령치를 개방전압으로부터 서서히 변화시키고, 그에 따라 태양전지의 동작점을 신속히 최대 전력점으로 이동시키는 것이 가능해진다.
그러나, 태양광발전장치는 외부 환경(예를 들면, 구름의 이동)에 따라 대폭적인 일사량 변화가 이루어진다. 이 때문에, 일사량이 증가하고 있는 기간에서는 아래 기재하는 바와 같이 태양전지의 동작점과 최대 동작점에 차이가 발생하게 되며, 이로 인해 태양전지의 발전 전력을 유효하게 이용할 수 없는 문제점이 있다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 태양전지의 동작점이 곡선 (1)의 A점에 있는 상태에서 일사량이 증가하여, 곡선 (1)로부터 곡선 (2)에 출력 특성이 변화한 경우에는, 전압 지령치가 V1에서 V2로 변화하고, 이로 인해 동작점이 A점으로부터 B점으로 변경되며, 이에 따라 출력 전력이 증가 경향이라고 판단되면 동작점을 전압 지령치의 감소 방향으로 변화시키게 된다.
다시 말해서, 곡선 (1)의 최대 전력점 A에서 일사량 증가로 인해 곡선 2의 B점으로 이동(전류 증가, 전압 감소)되어 최대 출력 점을 찾기 위해서 오히려 전압 지령치를 감시시키게 된다.
그리고, 또한 일사량이 증가하여 곡선 (2)로부터 곡선(3)으로 출력특성이 변화한 경우에는 전압 지령치가 V2에서 V3으로 변화하고, 그에 따라 동작점이 B점으로부터 C점으로 이전하며, 이로 인해 동작점을 전압 지령치의 감소 방향으로 변화시키게 된다.
상기와 같은 이유로 인해, 종래 기술에 따른 최대 전력 추적 제어 방법은, 일사량이 급증하는 경우에는, 태양전지의 동작점이 최대 동작점으로부터 크게 떨어져 버리고, 이에 따라 태양전지의 발전 전력을 유효하게 이용할 수 없는 문제점이 있다.
실시 예에서는, 일사량 급증 시 최대 전력 추적(MPPT: Maximum Power Point Tracking) 제어의 오동작을 막고, 태양전지의 발전을 유효하게 이용할 수 있는 전력 변환 장치, 태양광발전 시스템 및 이의 제어 방법을 제공하도록 한다.
또한, 실시 예에서는 수시로 일사량이 급변하더라도 짧은 시간 내에 안정적으로 최대 동작점에서 발전 가능한 전력 변환 장치, 태양광발전 시스템 및 이의 제어 방법을 제공하도록 한다.
제안되는 실시 예에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 제안되는 실시 예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
실시 예에 따른 태양광발전 시스템의 제어 방법은 태양전지 모듈을 통해 출력되는 전력 값을 확인하는 단계; 상기 확인한 출력 전력 값이 기설정된 제 1 조건 내에 포함되면, 상기 태양전지 모듈의 동작점을 결정하는 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어 값을 초기화하는 단계; 및 상기 초기화한 MPPT 제어 값을 미소 증가시키면서 상기 태양전지 모듈의 최대 전력점을 추종하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 제 1 조건은, 상기 태양전지 모듈을 통해 출력되는 전력 값이 기설정된 기준 전력 값보다 작은 조건을 포함한다.
또한, 상기 제 1 조건은, 상기 태양전지 모듈을 통해 현재 출력되는 제 1 전력 값과, 이전에 출력된 제 2 전력 값의 차이 값이, 기설정된 기준 차이 값보다 큰 조건을 포함한다.
또한, 상기 태양전지 모듈을 통해 출력되는 전력 값이 상기 제 1 조건과 반대되는 제 2 조건에 포함되면, P&O 알고리즘에 따라 상기 태양전지 모듈의 최대 전력점을 추종하는 단계를 더 포함한다.
또한, 상기 최대 전력점을 추종하는 단계는, 상기 초기화한 MPPT 제어 값을 이용하여 P&O(Perturbation and Observation) 알고리즘에 따라 상기 태양전지 모듈의 최대 전력점을 추종하는 단계를 더 포함한다.
또한, 상기 초기화된 MPPT 제어 값은, 0에 가까운 상기 태양전지 모듈의 동작점에 대응된다.
한편, 실시 예에 따른 전력 변환 장치는, 태양전지 모듈을 통해 출력되는 제 1 전력을 제 2 전력으로 변환하는 컨버터부; 및 상기 태양전지 모듈을 통해 출력되는 제 1 전력을 확인하고, 그에 따라 상기 확인한 제 1 전력의 상태에 따라 상기 태양전지 모듈의 동작점을 결정하는 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어 값을 선택적으로 초기화시킨 후 P&O 알고리즘에 따라 최대 전력점 추종 제어를 수행하는 최대 전력점 제어부를 포함한다.
또한, 상기 최대 전력점 제어부는, 상기 태양전지 모듈을 통해 출력되는 제 1 전력이 기설정된 기준 전력보다 작으면 상기 MPPT 제어 값을 초기화한다.
또한, 상기 최대 전력점 제어부는, 상기 태양전지 모듈을 통해 현재 출력된 제 1 전력과, 이전에 출력된 제 1 전력의 차이 값이 기설정된 기준 차이 값보다 크면, 상기 MPPT 제어 값을 초기화한다.
또한, 상기 최대 전력점 제어부는, 상기 제 1 전력이 기준 전력보다 크거나, 상기 차이 값이 기준 차이 값보다 작으면, 이전 MPPT 제어 값을 토대로 P&O 알고리즘에 따라 상기 태양전지 모듈의 최대 전력점 추종 제어를 수행한다.
또한, 상기 최대 전력점 제어부는, 상기 MPPT 제어 값이 초기화되면, 상기 초기화된 MPPT 제어 값을 미소 증가시키면서 P&O 알고리즘에 따라 상기 태양전지 모듈의 최대 전력점 추종 제어를 수행한다.
또한, 상기 초기화된 MPPT 제어 값은, 0에 가까운 상기 태양전지 모듈의 동작점에 대응된다.
한편, 실시 예에 따른 태양광발전 시스템은, 직렬 또는 병렬로 연결된 복수의 태양전지를 포함하는 태양전지 모듈; 및 상기 태양전지 모듈에 연결되며, 상기 태양전지 모듈에서 출력되는 전력을 이미 정해진 전압 레벨의 전력으로 변환하고, 상기 변환된 전력을 선택적으로 에너지 저장장치, 상용 계통 및 부하 중 적어도 어느 하나로 출력하는 전력 변환 장치를 포함하고, 상기 전력 변환 장치는, 상기 태양전지 모듈에서 생산되는 전력을 최대화하기 위한 최대 전력점 추종 제어를 수행하는 MPPT 컨버터를 포함하며, 상기 MPPT 컨버터는, 상기 태양전지 모듈에서 출력되는 전력의 레벨에 따라 MPPT 제어 값을 선택적으로 초기화한 후 P&O 알고리즘에 따라 최대 전력점 추종 제어를 수행한다.
또한, 상기 MPPT 컨버터는, 상기 태양전지 모듈을 통해 출력되는 전력이 기설정된 기준 전력보다 작으면 상기 MPPT 제어 값을 초기화한다.
또한, 상기 MPPT 컨버터는, 상기 태양전지 모듈을 통해 현재 출력된 전력과, 이전에 출력된 전력의 차이 값이 기설정된 기준 차이 값보다 크면, 상기 MPPT 제어 값을 초기화한다.
또한, 상기 MPPT 컨버터는, 상기 태양전지 모듈을 전력이 기준 전력보다 크거나, 상기 차이 값이 기준 차이 값보다 작으면, 이전 MPPT 제어 값을 토대로 P&O 알고리즘에 따라 상기 태양전지 모듈의 최대 전력점 추종 제어를 수행한다.
또한, 상기 MPPT 컨버터는, 상기 MPPT 제어 값이 초기화되면, 상기 초기화된 MPPT 제어 값을 미소 증가시키면서 P&O 알고리즘에 따라 상기 태양전지 모듈의 최대 전력점 추종 제어를 수행한다.
또한, 상기 초기화된 MPPT 제어 값은, 0에 가까운 상기 태양전지 모듈의 동작점에 대응된다.
실시 예에 따르면, 일사량 급증 시 최대 전력 추적(MPPT: Maximum Power Point Tracking) 제어의 오동작을 막고, 태양전지의 발전을 유효하게 이용할 수 있다.
또한, 실시 예에 따르면, 수시로 일사량이 급변하더라도 짧은 시간 내에 안정적으로 최대 동작점에서 발전 가능하며, 부가적인 회로나 부품 추가 없이 소프트웨어적으로 구현 가능하다.
또한, 실시 예에 따르면, 일사량 급변시 최대 동작점에서 벗어나는 현상에 의해 발전이 저하되는 현상을 해결할 수 있다.
또한, 실시 예에 따르면, 태양광발전 중에 모듈이 증설되어도, 최대 동작점에서 발전 가능하며, 순간적인 전압 인가시에도 회로에 손상이 가지 않게 전압을 서서히 상승시킴에 따라 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 일사량의 증대에 따라 태양전지 모듈의 특성을 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 태양전지 모듈의 동작점을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 태양광발전 시스템을 나타낸 도면이다.
도 4는 실시 예에 따른 제 1 전력 변환부의 상세 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 실시 예에 따른 태양전지 모듈의 특성 및 초기화되는 MPPT 제어 값을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 내지 8은 실시 예에 따른 태양광발전 시스템의 제어 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되지 않는다.
또한, 여러 실시 예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시 예에서 설명하고, 그 외의 실시 예에서는 제1 실시 예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 태양광발전 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 태양광발전 시스템은, 전력 변환 장치(110), 전력 저장 장치(120), 발전 장치(130), 상용 계통(140) 및 부하(150)를 포함한다.
상기와 같은, 전력 변환 장치(110)는 발전 장치(130), 상용 계통(140) 및 부하(150)와 연결된다.
발전 장치(130)는 태양광, 풍력, 파력, 조력, 지열 등의 신재생 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 시스템을 포함한다. 예를 들어, 태양광 발전 시스템은 태양광을 전기 에너지로 변환하는 복수의 태양 전지가 직렬 또는 병렬로 연결된 태양전지 모듈(131)을 포함한다.
상용 계통(140)은 화력, 수력, 원자력 발전 등을 통해 전력을 생산하는 발전소, 생산된 전력을 송전선로나 배전선로를 통하여 보내기 위해 전압이나 전류의 성질을 바꾸는 변전소나 송전소 등을 포함한다.
부하(150)는 전력을 소비하는 각종 전기 구동 장치 등을 의미한다. 예를 들어, 가정의 가전기기나 공장의 생산설비 등을 의미한다.
전력 변환 장치(110)는 발전 장치(130)의 전력, 상용 계통(140)의 전력, 전력 저장장치(120)의 전력 등의 전력 계통을 연계하는 시스템이다. 전력 변환 장치(110)는 전력 저장장치(120)를 이용하여 전력 계통의 생산 및 소비의 시간적 불일치를 관리할 수 있다.
전력 저장장치(120)는 충전 및 방전이 가능한 2차 전지를 포함한다. 2차 전지로는 니켈-카드뮴 전지(nickelcadmium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지(nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery) 등이 있다. 전력 저장장치(120)는 복수의 2차 전지가 병렬 또는 직렬로 연결된 대용량 저장장치일 수 있다.
한편, 2차 전지의 충전 및 방전을 제어하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하 BMS)이 전력 저장장치(120) 또는 전력 변환 장치(110)에 포함될 수 있다. BMS는 2차 전지의 전압, 전류, 온도를 검출하고 충전 상태(State of Charge, 이하 SOC) 및 수명(State of Health, 이하 SOH)을 모니터링함으로써, 2차 전지의 과충전, 과방전, 과전류, 과열 등으로부터 2차 전지를 보호하고 셀 밸런싱을 통하여 2차 전지의 효율을 향상시킨다.
전력 변환 장치(110)는 제1 전력 변환부(111), 제2 전력 변환부(112), 제3 전력 변환부(113), 제1 스위치(116), 제2 스위치(117), DC 링크부(118) 및 제어부(119)를 포함한다.
제1 전력 변환부(111)는 발전 장치(130)에 연결되며, 발전 장치(130)에서 생산되는 제1 전력을 제2 전력으로 변환하여 제1 노드(N1)에 전달한다. 발전 장치(130)에서 생산되는 제1 전력은 직류 전력 또는 교류 전력일 수 있고, 제1 노드(N1)의 제2 전력은 직류 전력이다. 즉, 제1 전력 변환부(111)는 직류의 제1 전력을 다른 크기의 제2 전력으로 변환하는 컨버터의 기능을 수행하거나, 교류의 제1 전력을 직류의 제2 전력으로 변환하는 인버터의 기능을 수행할 수 있다.
제1 전력 변환부(111)는 발전 장치(130)에서 생산되는 전력을 최대화하기 위한 최대 전력점 추종(Maximum Power Point Tracking, 이하 MPPT) 제어를 수행한다. 즉, 제1 전력 변환부(111)는 최대 전력점 추종 기능을 갖는 MPPT 컨버터일 수 있다.
발전 장치(130)가 태양 전지를 이용하는 태양광 발전 시스템인 경우, 제1 전력 변환부(111)는 태양전지 모듈의 출력 전압 및 출력 전력에 따라 기존의 MPPT 제어 값(기준 전압이라고도 할 수 있음) 설정하여, P&O(Perturbation and Observation) 알고리즘에 따라 MPPT 제어를 수행한다.
이때, 제1 전력 변환부(111)는 상기 MPPT 제어에 앞서 기설정된 조건에 따라 상기 기존의 MPPT 제어 값을 그대로 이용하여 상기 MPPT 제어를 수행할 것인지, 아니면 상기 기존의 MPPT 제어 값을 기설정된 새로운 값으로 초기화시킨 후에 사기 MPPT 제어를 수행할 것인지를 결정한다.
여기에서, 상기 기설정된 조건에는 상기 태양 전지 모듈의 현재 출력 전력 값이 기설정된 기준 출력 전력 값보다 작은지 여부를 나타내는 제 1 조건과, 상기 태양 전지 모듈의 현재 출력 전력 값과 이전 출력 전력 값의 차이 정도를 나타내는 제 2 조건을 포함할 수 있다.
상기 기준 출력 전력 값은, 일사량이 거의 존재하지 않는 상태에서 상기 태양 전지 모듈을 통해 출력될 수 있는 전력 값으로 설정될 수 있다.
예를 들어, 일사량이 갑작스럽게 급감하게 되면, 상기 MPPT 제어가 정상적으로 수행될 수 없게 되며, 이는 전력 변환 장치(110)의 오작동 및 신뢰성 저하 문제를 발생시킬 수 있다.
이에 따라, 상기 제 1 전력 변환부(111)는 상기 태양 전지 모듈의 현재 출력 전력 값이 급감함에 따라 상기 기설정된 기준 출력 전력 값보다 작아지게 되면, 상기 이전 MPPT 제어 값을 무시하고, 상기 MPPT 제어 값을 새로운 값으로 초기화시킨다.
상기 초기화되는 새로운 값도, 상기 기준 출력 전력 값과 같이, 일사량이 거의 존재하지 않는 상태에서 설정될 수 있는 MPPT 값일 수 있다. 즉, 상기 초기화되는 새로운 값은, 도 5에 도시된 그림에서의 VN일 수 있으며, 이에 따른 동작점은 N이다.
또한, 상기 일사량이 갑작스럽게 변화(증가하거나, 감소)하게 되면, 이로 인해 상기 전력 변환 장치(110)의 MPPT 제어가 정상적으로 이루어질 수 없게 된다.
이에 따라, 상기 태양 전지 모듈의 출력 전력 값이 급변하는 경우(이전 출력 전력 값과 현재 출력 전력 값이 기설정된 기준 차이 값을 벗어난 경우)에도 상기와 같이 MPPT 제어 값을 초기화시킨다.
그리고, 전력 변환 장치(110)는 상기 초기화된 MPPT 제어 값을 시작점으로 하여, P&O 방식을 적용하여, 최대 전력점을 추종하도록 한다.
상기 최대 전력점을 추종하는 방법으로는, 상기 새로운 값으로 초기화된 MPPT 값을 일정 주기로 미소 레벨 증가시키면서 MPPT 제어를 수행하는 방법을 사용할 수 있다.
상기와 같이, 본원 발며에서는, 기설정된 조건에 따라 MPPT 제어 값을 초기화시킴으로써, 일사량 급증 시 최대 전력 추적(MPPT: Maximum Power Point Tracking) 제어의 오동작을 막고, 태양전지의 발전을 유효하게 이용할 수 있다.
또한, 수시로 일사량이 급변하더라도 짧은 시간 내에 안정적으로 최대 동작점에서 발전 가능하며, 부가적인 회로나 부품 추가 없이 소프트웨어적으로 구현 가능하다. 또한, 일사량 급변시 최대 동작점에서 벗어나는 현상에 의해 발전이 저하되는 현상을 해결할 수 있다. 또한, 태양광발전 중에 모듈이 증설되어도, 최대 동작점에서 발전 가능하며, 순간적인 전압 인가시에도 회로에 손상이 가지 않게 전압을 서서히 상승시킴에 따라 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
DC 링크부(118)는 제1 노드(N1)에 연결되며, 제1 노드(N1)의 전압 레벨을 일정한 DC 링크 전압 레벨로 유지시킨다. DC 링크부(118)는 발전 장치(130)의 출력 전압의 변동, 상용 계통(140)의 순간적 전압 강하, 부하(150)의 최대 부하 발생 등으로 인하여 제1 노드(N1)의 전압 레벨이 불안정해지는 것을 방지함으로써, 제2 전력 변환부(112) 및 제3 전력 변환부(113)가 정상 동작하도록 한다.
DC 링크부(118)는 제1 노드(N1)와 제2 전력 변환부(112) 사이에 병렬로 연결되는 DC 링크용 커패시터일 수 있다. DC 링크용 커패시터로는 알루미늄 전해 커패시터(Electrolytic Capacitor), 고압용 필름 커패시터(Polymer Capacitor), 고압 대전류용 적층 칩 커패시터(Multi Layer Ceramic Capacitor) 등이 사용될 수 있다.
제2 전력 변환부(112)는 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 연결되며, 제2 노드(N2)에는 상용 계통(140) 및 부하(150)가 연결된다. 제2 전력 변환부(112)는 제1 노드(N1)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 제2 노드(N2)에 전달한다. 그리고 제2 전력 변환부(112)는 제2 노드(N2)의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 제1 노드(N1)로 전달한다. 즉, 제2 전력 변환부(112)는 제1 노드(N1)의 직류 전력과 제2 노드(N2)의 교류 전력 간의 전력을 양방향으로 변환하는 양방향 인버터의 기능을 수행할 수 있다. 제2 노드(N2)에는 상용 계통(140) 및 부하(150)로 공급하기 위한 교류 전력 또는 상용 계통(140)으로부터 공급되는 교류 전력이 형성된다.
제3 전력 변환부(113)는 제1 노드(N1)와 전력 저장장치(120) 사이에 연결된다. 제3 전력 변환부(113)는 제1 노드(N1)의 직류의 제2 전력을 전력 저장장치(120)에 저장하기 위한 직류의 제3 전력으로 변환하여 전력 저장장치(120)에 전달한다. 그리고 제3 전력 변환부(113)는 전력 저장장치(120)의 직류의 제3 전력을 직류의 제2 전력으로 변환하여 제1 노드(N1)에 전달한다. 즉, 제3 전력 변환부(113)는 제1 노드(N1)의 직류 전력과 전력 저장장치(120)의 직류 전력을 양방향으로 변환하는 양방향 컨버터의 기능을 수행할 수 있다.
제1 스위치(116)는 제2 전력 변환부(112)와 제2 노드(N2) 사이에 연결되며, 제2 전력 변환부(112)와 제2 노드(N2) 사이의 전력 흐름을 차단한다. 제2 스위치(117)는 제2 노드(N2)와 상용 계통(140) 사이에 연결되며, 제2노드(N2)와 상용 계통(140) 사이의 전력 흐름을 차단한다. 제1 스위치(116) 및 제2 스위치(117)로는 전계효과트랜지스터(Field Effect Transistor, FET), 접합형 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor, BJT) 등이 사용될 수 있다.
특히, 제2 스위치(117)는 상용 계통(140)의 이상 상황 발생시, 상용 계통(140)으로의 전력 공급을 차단하고 태양광발전 시스템의 단독 운전을 구현한다. 제2 스위치(117)가 오프되면, 태양광발전 시스템은 상용 계통(140)과 분리되어 발전 장치(130) 및 전력 저장장치(120)의 전력으로 단독 운전을 수행할 수 있으며, 태양광발전 시스템에서 출력되는 전력에 의해 상용 계통(140)이 비정상 상태에서 동작하는 것을 방지할 수 있다.
제어부(119)는 전력 변환 장치(110)의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(119)는 제1 전력 변환부(111)로부터 발전 장치(130)에서 생산되는 전력 정보(전압, 전류, 온도의 센싱 신호)를 전달받고, 전력 저장장치(120)(또는 BMS)로부터 SOC, SOH 등을 포함하는 전력 저장 정보를 전달받으며, 상용 계통(140)으로부터 계통의 전압, 전류, 온도 등을 포함하는 계통 정보를 전달받는다. 제어부(119)는 발전 장치(130)에서 생산되는 전력 정보, 전력 저장장치(120)의 전력 저장 정보, 상용 계통(140)의 계통 정보를 기반으로 전력 변환 장치(110)의 운전 모드를 제어한다.
제어부(119)는 제1 전력 변환부(111), 제2 전력 변환부(112) 및 제3 전력 변환부(113)로부터 전압, 전류, 온도의 센싱 신호를 전달받고, 전력 변환 장치(110)의 운전 모드에 따라 각 전력 변환부(111, 112, 113)의 전력 변환 효율을 제어한다. 제어부(119)는 전력 변환 장치(110)의 운전 모드에 따라 제1 스위치(116) 및 제2 스위치(117)의 온-오프를 제어한다.
전력 변환 장치(110)의 운전 모드는 전력 저장장치(120), 발전 장치(130), 상용 계통(140) 및 부하(150) 중에서 2 이상 간의 전력 공급 방식에 따라 분류될 수 있다. 전력 변환 장치(110)의 운전 모드는 (1) 발전 장치(130)에서 전력 저장장치(120)로의 전력 공급, (2) 발전 장치(130)에서 상용 계통(140)으로의 전력 공급,
(3) 발전 장치(130)에서 부하(150)로의 전력 공급, (4) 전력 저장장치(120)에서 상용 계통(140)으로의 전력공급, (5) 전력 저장장치(120)에서 부하(150)로의 전력 공급, (6) 상용 계통(140)에서 전력 저장장치(120)로의 전력 공급, (7) 상용 계통(140)에서 부하(150)로의 전력 공급을 포함할 수 있다.
이하에서는, 상기 각 운전 모드에 대해 간략하게 설명하기로 한다.
(1) 발전 장치(130)에서 전력 저장장치(120)로의 전력 공급시, 제어부(119)는 제1 스위치(116)로 오프 신호를 전송하여 제1 노드(N1)에서 제2 노드(N2)로의 전력 흐름을 차단한다. 발전 장치(130)에서 생산된 제1 전력은 제1 전력 변환부(111)에서 직류의 제2 전력으로 변환되고, 제2 전력의 전압은 DC 링크부(118)에 의해 DC 링크 전압 레벨로 안정화된다. 이때, 제1 전력 변환부(111)는 상기 설명한 바와 같은 기설정된 조건에 따라 이전 MPPT 제어 값을 초기화시킬 것인지 여부를 결정하며, 그에 따라 이전 MPPT 제어 값 또는 초기화된 새로운 MPPT 제어 값을 토대로 P&O 알고리즘에 따라 MPPT 제어를 수행한다. DC 링크 전압 레벨로 안정화된 제2 전력은 제3 전력 변환부(113)에서 직류의 제3 전력으로 변환되어 전력 저장장치(120)에 공급되어 2차 전지를 충전시킨다.
(2) 발전 장치(130)에서 상용 계통(140)으로의 전력 공급시, 제어부(119)는 제3 전력 변환부(113)로 오프 신호를 전송하여 제1 노드(N1)에서 전력 저장장치(120)로의 전력 흐름을 차단한다. 제어부(119)는 제1 스위치(116) 및 제2 스위치(117)에는 온 신호를 전송한다. 발전 장치(130)에서 생산된 제1 전력은 제1 전력 변환부(111)에서 직류의 제2 전력으로 변환되고, 제2 전력의 전압은 DC 링크부(118)에 의해 DC 링크 전압 레벨로 안정화된다.
제1 전력 변환부(111)는 상기 설명한 바와 같은 기설정된 조건에 따라 이전 MPPT 제어 값을 초기화시킬 것인지 여부를 결정하며, 그에 따라 이전 MPPT 제어 값 또는 초기화된 새로운 MPPT 제어 값을 토대로 P&O 알고리즘에 따라 MPPT 제어를 수행한다. DC 링크 전압 레벨로 안정화된 제2 전력은 제2 전력 변환부(112)에서 교류 전력으로 변환되어 상용 계통(140)으로 공급된다. 이때, 제2 전력 변환부(112)는 상용 계통(140)의 전압 및 전류의 전 고조파 왜형율(Total Harmonic Distortion, THD), 역률(power factor) 등의 전력 품질 기준에 부합하는 교류 전력을 출력한다.
(3) 발전 장치(130)에서 부하(150)로의 전력 공급시, 제어부(119)는 제3 전력 변환부(113) 및 제2 스위치(117)로 오프 신호를 전송하여 제1 노드(N1)에서 전력 저장장치(120) 및 상용 계통(140)으로의 전력 흐름을 차단한다. 제어부(119)는 제1 스위치(116)에 온 신호를 전송한다. 발전 장치(130)에서 생산된 제1 전력은 제1전력 변환부(111)에서 직류의 제2 전력으로 변환되고, 제2 전력의 전압은 DC 링크부(118)에 의해 DC 링크 전압 레벨로 안정화된다.
이때, 제1 전력 변환부(111)는 상기 설명한 바와 같은 기설정된 조건에 따라 이전 MPPT 제어 값을 초기화시킬 것인지 여부를 결정하며, 그에 따라 이전 MPPT 제어 값 또는 초기화된 새로운 MPPT 제어 값을 토대로 P&O 알고리즘에 따라 MPPT 제어를 수행한다.
제1 노드(N1)의 DC 링크 전압 레벨로 안정화된 제2 전력은 제2 전력 변환부(112)에서 교류 전력으로 변환되어 부하(150)로 공급된다. 부하(150)는 상용 계통(140)의 교류 전력을 이용할 수 있으며, 제2 전력 변환부(112)는 부하(150)에서 이용하는 상용 계통(140)의 전력 품질 기준에 부합하는 교류 전력을 출력한다.
(4) 전력 저장장치(120)에서 상용 계통(140)으로의 전력 공급시, 제어부(119)는 제1 스위치(116) 및 제2 스위치(117)에 온 신호를 전달한다. 전력 저장장치(120)의 출력 전압 레벨의 직류 전력은 제3 전력 변환부(113)에서 DC 링크 전압 레벨의 직류 전력으로 변환되고, DC 링크부(118)에 의해 안정화된다. 제1 노드(N1)의 DC 링크 전압 레벨로 안정화된 전력은 제2 전력 변환부(112)에서 교류 전력으로 변환되어 상용 계통(140)으로 공급된다.
(5) 전력 저장장치(120)에서 부하(150)로의 전력 공급시, 제어부(119)는 제1 스위치(116)에 온 신호를 전달하고, 제2 스위치(117)에 오프 신호를 전달한다. 전력 저장장치(120)의 출력 전압 레벨의 직류 전력은 제3전력 변환부(113)에서 DC 링크 전압 레벨의 직류 전력으로 변환되고, DC 링크부(118)에 의해 안정화된다.
제1 노드(N1)의 DC 링크 전압 레벨로 안정화된 전력은 제2 전력 변환부(112)에서 교류 전력으로 변환되어 부하(150)로 공급된다.
(6) 상용 계통(140)에서 전력 저장장치(120)로의 전력 공급시, 제어부(119)는 제1 스위치(116) 및 제2 스위치(117)에 온 신호를 전달한다. 상용 계통(140)의 교류 전력은 제2 전력 변환부(112)에서 정류되어 DC 링크 전압레벨의 직류 전력으로 변환된다. 제1 노드(N1)의 DC 링크 전압 레벨의 직류 전력은 제3 전력 변환부(113)에서 전력 저장을 위한 전압 레벨의 직류 전력으로 변환되어 전력 저장장치(120)로 공급된다.
(7) 상용 계통(140)에서 부하(150)로의 전력 공급시, 제어부(119)는 제1 스위치(116)에 오프 신호를 전달하고, 제2 스위치(117)에 온 신호를 전달한다. 상용 계통(140)의 교류 전력은 부하(150)로 공급된다.
이상에서, 전력 변환 장치(110)의 운전 모드가 전력 저장 장치(120), 발전 장치(130), 상용 계통(140) 및 부하(150) 간에 전력 공급 방식에 따라 분류되는 것에 대하여 설명하였으나, 상술한 전력 공급 방식은 복합적으로 수행될 수 있으며, 이에 따라 전력 변환 장치(110)의 운전 모드는 더욱 다양하게 구성될 수 있다.
예를 들어, 발전 장치(130)에서 전력 저장장치(120) 및 부하(150)로 전력을 공급하거나, 발전 장치(130) 및 전력저장장치(120)에서 부하(150)로 전력을 공급할 수 있다. 또는 발전 장치(130) 및 전력 저장장치(120)에서 상용 계통(140) 및 부하(150)로 전력을 공급할 수도 있다.
도 4는 실시 예에 따른 제 1 전력 변환부의 상세 구성을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 발전 장치(130)는 태양전지 모듈(131)을 포함할 수 있다.
또한, 제 1 전력 변환부(111)는 컨버터부(1111)와, 최대 전력점 제어부(1112)를 포함할 수 있다.
태양전지 모듈(131)은 직렬 또는 병렬로 연결되는 복수의 태양전지를 포함한다.
컨버터부(1111)는 상기 태양전지 모듈(131)에 연결되며, 상기 태양전지 모듈(131)에서 출력되는 제 1 전력을 미리 정해진 전압 레벨의 제 2 전력으로 변환한다.
이때, 상기 제 2 전력은 DC 링크 전압 레벨의 전력일 수 있다.
최대 전력점 제어부(1112)는 상기 설명한 바와 같이, 기설정된 조건에 따라 상기 컨버터부(1111)를 제어하기 위한 MPPT 제어 값을 설정하고, 상기 설정된 MPPT 제어 값에 따른 동작점에서 전력 변환이 이루어지도록 제어한다.
이를 위해, 최대 전력점 제어부(1112)는 제 1 동작 상태에서는 이전 MPPT 제어 값을 새로운 값으로 초기화한 후, 상기 초기화한 값을 이용하여 MPPT 제어를 수행한다.
이와 다르게, 상기 최대 전력점 제어부(1112)는 제 2 동작 상태에서, 이전 MPPT 제어 값을 이용하여 MPPT 제어를 수행한다.
즉, 태양전지 모듈의 최대 전압은 일사량과 온도에 의해서 시시각각으로 변하며, 부하 상태에 의해서도 변화하기 때문에 상기 태양전지 모듈의 특성이 변화하지 않아도 동작점이 변하게 되어 최대 출력을 얻을 수 없게 된다.
따라서, 상기 태양전지 모듈을 효율적으로 동작시키기 위해서는 태양전지 모듈의 출력을 항상 최대 전력점에서 동작시키는 제어가 요구된다. 상기 제어에는 MPPT 제어가 포함될 수 있다.
MPPT는 태양전지 모듈에 연결된 부하를 제어하여 임피던스 매칭을 최적화함으로써, 최대출력점 동작을 가능하게 하는 것으로, 알고리즘 측면에서 가장 널리 사용되는 방법으로는 P&O(Perturbation and Observation)법, IncCond(Incremental Conductance)법 등이 있으며, 이 방법들의 문제점을 개선한 IM P&O(Improved, Two-Mode) 기법 등도 대표적인 MPPT 제어 방법으로 사용되고 있다.
여기에서 상기 P&O 방식의 기본 원리는 태양전지의 동작점을 규정하는 태양전지 출력단 전압(Vpv) 제어 시에 전압을 일정한 폭으로 변동시킨 후, 태양전지 출력 전력(Ppv[n])을 관측하고, 이를 이전 출력 전력(Ppv[n-1])과 비교하여 출력이 증가하는 방향으로 전압(V*pv)(MPPT 제어 값이라 할 수 있음)을 상승 또는 하강시킴으로써, 최대전력점을 추정하는 방식이다.
이 방식을 간단히 요약하면 표 1과 같다.
Case Pertubation
[ΔVpv]		 Change in power
[ΔPpv]		 Next Pertutbation
[ΔV*pv]
1 Positive Positive Positive
2 Positive Negative Negative
3 Negative Positive Negative
4 Negative Negative Positive
이때, 상기와 같은 P&O 방식은 상기 종래 기술에서 설명한 바와 같이 일사량이 급변하는 상황에서는 정상적인 MPPT 제어를 수행할 수 없는 문제점이 있었다.
이에 따라, 본 발명에서는 상기 P&O 방식을 이용하면서, 기설정된 조건을 만족하는 상황에서는 상기 P&O 방식에 사용되는 MPPT 제어 값을 새로운 값으로 초기화하고, 상기 초기화한 MPPT 제어 값을 이용하여 MPPT 제어를 수행한다.
도 5는 태양전지 모듈의 전력-전압 출력 특성을 나타낸 도면이다.
도 5는, 태양전지 모듈의 전력-전압 특성과, P&O 방식에 따른 MPPT 제어에 의한 동작점의 이동을 나타낸다.
만약, 최초 동작점이 A인 경우, 태양전지 모듈의 전압은 VA이고, 이때의 태양전지 모듈의 출력 전력은 PA이다.
이때, 다음 기준 전압(MPPT 제어 값이라고도 할 수 있음)이 VB라고 하면, 이때의 출력 전력은 PB이고, 동작점은 B점에 위치하게 된다.
여기에서, 상기 PB>PA이고, VB<VA이므로, ΔPpv>0이고, ΔVpv<0이 되어, 상기 표1에 나타난 case 3이 된다.
즉, 다음 기준 전압(MPPT 제어 값)은 VB보다 ΔV만큼 작은 Vc가 된다.
이때, 동작점이 C로 움직인 경우, 역시 PC>PB, VC<VB이므로, 표 1의 case 3이되고, 이에 따라 다음 기준 전압은 VD가 된다.
이때의 동작점이 D인 경우, PD<PC, VD<VC이므로, 표 1의 case 1에 해당되며, 이에 따라 다음 기준 전압은 VD보다 ΔV만큼 큰 VC가 된다.
상기와 같이, ΔVpv, ΔPpv의 극성에 따라 다음 기준 전압을 결정하는 방법이 P&O 방식이며, 그 결과 도 5에서 일사량 변동이 없는 경우, B점과 D점 사이에서 동작점을 변화시키면서 MPP(Maximum Power Point) 부근에서 동작하게 된다.
그러나, 현재의 태양 전지 모듈의 출력 전력이 기설정된 기준 출력 전력보다 작아지는 경우는, 일사량이 급변했다는 경우를 의미할 수 있으며, 상기와 같은 상황에서 상기 설명한 바와 같은 일반적인 P&O 방식을 적용하게 되면, 정상적인 최대전력점을 추종하지 못하게 된다.
이에 따라, 본 발명에서는 상기 태양전지 모듈의 출력 전력이 기설정된 기준 출력전력보다 낮아지는 상황에서는, 상기 기준 전압(MPPT 제어 값)을 초기화하고, 상기 초기화한 기준 전압에서부터 다시 P&O 방식에 따라 MPPT 제어를 수행하게 된다.
상기 초기화되는 기준 전압은, 일사량이 낮은 상황에서의 기준 전압 일 수 있으며, 이는 도 5에 도시된 VN일 수 있다. 이때, 상기 초기화된 값에 의해 상기 태양전지 모듈은 N 동작점에서 동작할 수 있다.
즉, 상기 초기화되는 기준 전압은 0에 가까운 태양전지 모듈의 동작점에 대응되는 전압일 수 있다.
또한, 현재의 태양 전지 모듈의 출력 전력이 이전 태양전지 모듈의 출력 전력과 차이가 큰 경우, 다시 말해서, 현재 출력 전력과 이전 출력 전력의 차이 값이 기설정된 기준 차이 값을 벗어나는 경우에는 상기와 동일한 일사량이 급변했다는 경우를 의미할 수 있으며, 상기와 같은 상황에서 상기 설명한 바와 같은 일반적인 P&O 방식을 적용하게 되면, 정상적인 최대전력점을 추종하지 못하게 된다.
이에 따라, 본 발명에서는 상기 태양전지 모듈의 출력 전력이 기설정된 기준 출력전력보다 낮아지는 상황에서는, 상기 기준 전압(MPPT 제어 값)을 초기화하고, 상기 초기화한 기준 전압에서부터 다시 P&O 방식에 따라 MPPT 제어를 수행하게 된다.
상기 초기화되는 기준 전압은, 일사량이 낮은 상황에서의 기준 전압 일 수 있으며, 이는 도 5에 도시된 VN일 수 있다. 이때, 상기 초기화된 값에 의해 상기 태양전지 모듈은 N 동작점에서 동작할 수 있다.
상기와 같이, 기준 전압이 초기화된 상태에서는, 상기 기준 전압을 MPPT 범위까지 미소 변화로 빠르게 증가시키면서, 상기 설명한 바와 같은 P&O 제어를 수행하여, 상기 태양전지 모듈이 단시간 내에 정상적인 최대 전력점 부근에서 동작하도록 한다.
상기 설명한 바와 같이 실시 예에 따르면, 일사량 급증 시 최대 전력 추적(MPPT: Maximum Power Point Tracking) 제어의 오동작을 막고, 태양전지의 발전을 유효하게 이용할 수 있다.
또한, 실시 예에 따르면, 수시로 일사량이 급변하더라도 짧은 시간 내에 안정적으로 최대 동작점에서 발전 가능하며, 부가적인 회로나 부품 추가 없이 소프트웨어적으로 구현 가능하다.
또한, 실시 예에 따르면, 일사량 급변시 최대 동작점에서 벗어나는 현상에 의해 발전이 저하되는 현상을 해결할 수 있다.
또한, 실시 예에 따르면, 태양광발전 중에 모듈이 증설되어도, 최대 동작점에서 발전 가능하며, 순간적인 전압 인가시에도 회로에 손상이 가지 않게 전압을 서서히 상승시킴에 따라 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
도 6 내지 8은 실시 예에 따른 태양광발전 시스템의 제어 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 도 6을 참조하면, 전력 변환 장치(110)는 태양전지의 출력 전력 값을 확인한다(101단계).
이후, 전력 변환 장치(110)는 상기 확인한 출력 전력 값과, 기설정된 기준 출력 전력 값을 비교한다(102단계).
다음으로, 상기 비교에 따라 상기 확인한 출력 전력 값이 기설정된 기준 출력 전력 값보다 작은지 여부를 판단한다(103단계). 즉, 일사량의 변화로 인해 상기 태양전지의 출력 전력 값이 급감하였는지 여부를 판단한다.
이후, 상기 판단결과(103단계), 상기 기준 출력 전력 값이 상기 확인한 출력 전력 값보다 크면, MPPT 제어 값(기준 전압)을 초기화한다(104단계).
이후, 상기 초기화한 MPPT 제어 값을 미소하게 증가시키면서 P&O 알고리즘에 따른 MPPT 제어를 수행한다(105단계).
한편, 상기 판단결과(103단계), 상기 기준 출력 값이 상기 확인한 출력 전력 값보다 작으면, 상기 확인한 출력 전력 값을 이용하여 P&O 알고리즘에 따른 MPPT 제어를 수행한다(105단계).
다음으로, 도 7을 참조하면, 전력 변환 장치(110)는 태양전지의 현재 출력 전력 값을 확인한다(201단계).
이후, 전력 변환 장치(110)는 상기 확인한 출력 전력 값과, 이전에 출력된 이전 출력 전력 값의 차이 값을 확인한다(202단계).
다음으로, 상기 확인한 차이 값이 기설정된 기준 차이 값보다 큰지 여부를 판단한다(203단계). 즉, 일사량의 변화로 인해 상기 태양전지의 출력 전력 값이 급변하였는지 여부를 판단한다.
이후, 상기 판단결과(203단계), 상기 확인한 차이 값이 상기 기준 차이 값보다 크면, MPPT 제어 값(기준 전압)을 초기화한다(204단계).
이후, 상기 초기화한 MPPT 제어 값을 미소하게 증가시키면서 P&O 알고리즘에 따른 MPPT 제어를 수행한다(205단계).
한편, 상기 판단결과(203단계), 상기 확인한 차이 값이 상기 기준 차이 값보다 작으면, 상기 확인한 현재 출력 전력 값을 이용하여 P&O 알고리즘에 따른 MPPT 제어를 수행한다(205단계).
다음으로, 도 8을 참조하여 상기 P&O 알고리즘에 대해 설명하기로 한다.
도 8을 참조하면, 먼저 현 시점에서의 태양 전지 모듈의 출력 전압(Vpn[n])과 출력 전류(Ipn[n])을 확인한다(301단계).
이후, 상기 확인한 출력 전압(Vpn[n])과 출력 전류(Ipn[n])에 따른 출력 전력(Ppv[n])과 이전 출력 전력(Ppv[n-1])과 비교하여, 이의 차이가 0 이상인지 여부를 판단한다(302단계).
상기 판단결과, 현재 출력 전력(Ppv[n])에서 이전 출력 전력(Ppv[n-1])을 뺀 값이 0 미만이면, 상기 현재 출력 전압(Vpn[n])에서 이전 출력 전압(Vpn[n-1])을 뺀 값이 0 이상인지 여부를 판단한다(303단계).
상기 판단결과(303단계), 상기 현재 출력 전압(Vpn[n])에서 이전 출력 전압(Vpn[n-1])을 뺀 값이 0 이상이면, MPPT 제어 값인 기준 전압(Vpv_ref)은 이전 기준 전압(Vpv_ref)보다 ΔV만큼 작은 값이 된다(304단계).
또한, 상기 판단결과(303단계), 상기 현재 출력 전압(Vpn[n])에서 이전 출력 전압(Vpn[n-1])을 뺀 값이 0 미만이면, MPPT 제어 값인 기준 전압(Vpv_ref)은 이전 기준 전압(Vpv_ref)보다 ΔV만큼 큰 값이 된다(304단계).
다음으로, 상기 판단결과(302단계), 현재 출력 전력(Ppv[n])에서 이전 출력 전력(Ppv[n-1])을 뺀 값이 0 이상이면, 상기 현재 출력 전압(Vpn[n])에서 이전 출력 전압(Vpn[n-1])을 뺀 값이 0 미만인지 여부를 판단한다(306단계).
상기 판단결과(306단계), 상기 현재 출력 전압(Vpn[n])에서 이전 출력 전압(Vpn[n-1])을 뺀 값이 0 이상이면, MPPT 제어 값인 기준 전압(Vpv_ref)은 이전 기준 전압(Vpv_ref)보다 ΔV만큼 큰 값이 된다(307단계).
또한, 상기 판단결과(306단계), 상기 현재 출력 전압(Vpn[n])에서 이전 출력 전압(Vpn[n-1])을 뺀 값이 0 미만이면, MPPT 제어 값인 기준 전압(Vpv_ref)은 이전 기준 전압(Vpv_ref)보다 ΔV만큼 작은 값이 된다(304단계).
실시 예에 따르면, 일사량 급증 시 최대 전력 추적(MPPT: Maximum Power Point Tracking) 제어의 오동작을 막고, 태양전지의 발전을 유효하게 이용할 수 있다.
또한, 실시 예에 따르면, 수시로 일사량이 급변하더라도 짧은 시간 내에 안정적으로 최대 동작점에서 발전 가능하며, 부가적인 회로나 부품 추가 없이 소프트웨어적으로 구현 가능하다.
또한, 실시 예에 따르면, 일사량 급변시 최대 동작점에서 벗어나는 현상에 의해 발전이 저하되는 현상을 해결할 수 있다.
또한, 실시 예에 따르면, 태양광발전 중에 모듈이 증설되어도, 최대 동작점에서 발전 가능하며, 순간적인 전압 인가시에도 회로에 손상이 가지 않게 전압을 서서히 상승시킴에 따라 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
110: 전력 변환 장치
120: 전력 저장 장치
130: 발전 장치
140: 상용 계통
150: 부하

Claims (18)

  1. 태양전지 모듈을 통해 출력되는 전력 값을 확인하는 단계;
    상기 확인한 출력 전력 값이 기설정된 제 1 조건 내에 포함되면, 상기 태양전지 모듈의 동작점을 결정하는 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어 값을 초기화하는 단계; 및
    상기 초기화한 MPPT 제어 값을 미소 증가시키면서 상기 태양전지 모듈의 최대 전력점을 추종하는 단계를 포함하는
    태양광발전 시스템의 제어 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 조건은,
    상기 태양전지 모듈을 통해 출력되는 전력 값이 기설정된 기준 전력 값보다 작은 조건을 포함하는
    태양광발전 시스템의 제어 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 조건은,
    상기 태양전지 모듈을 통해 현재 출력되는 제 1 전력 값과, 이전에 출력된 제 2 전력 값의 차이 값이, 기설정된 기준 차이 값보다 큰 조건을 포함하는
    태양광발전 시스템의 제어 방법.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 태양전지 모듈을 통해 출력되는 전력 값이 상기 제 1 조건과 반대되는 제 2 조건에 포함되면, P&O 알고리즘에 따라 상기 태양전지 모듈의 최대 전력점을 추종하는 단계를 더 포함하는
    태양광발전 시스템의 제어 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 최대 전력점을 추종하는 단계는,
    상기 초기화한 MPPT 제어 값을 이용하여 P&O(Perturbation and Observation) 알고리즘에 따라 상기 태양전지 모듈의 최대 전력점을 추종하는 단계를 더 포함하는
    태양광발전 시스템의 제어 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 초기화된 MPPT 제어 값은,
    0에 가까운 상기 태양전지 모듈의 동작점에 대응되는
    태양광발전 시스템의 제어 방법.
  7. 태양전지 모듈을 통해 출력되는 제 1 전력을 제 2 전력으로 변환하는 컨버터부; 및
    상기 태양전지 모듈을 통해 출력되는 제 1 전력을 확인하고, 그에 따라 상기 확인한 제 1 전력의 상태에 따라 상기 태양전지 모듈의 동작점을 결정하는 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어 값을 선택적으로 초기화시킨 후 P&O 알고리즘에 따라 최대 전력점 추종 제어를 수행하는 최대 전력점 제어부를 포함하는
    전력 변환 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 최대 전력점 제어부는,
    상기 태양전지 모듈을 통해 출력되는 제 1 전력이 기설정된 기준 전력보다 작으면 상기 MPPT 제어 값을 초기화하는
    전력 변환 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 최대 전력점 제어부는,
    상기 태양전지 모듈을 통해 현재 출력된 제 1 전력과, 이전에 출력된 제 1 전력의 차이 값이 기설정된 기준 차이 값보다 크면, 상기 MPPT 제어 값을 초기화하는
    전력 변환 장치.
  10. 제 8항 또는 9항에 있어서,
    상기 최대 전력점 제어부는,
    상기 제 1 전력이 기준 전력보다 크거나, 상기 차이 값이 기준 차이 값보다 작으면, 이전 MPPT 제어 값을 토대로 P&O 알고리즘에 따라 상기 태양전지 모듈의 최대 전력점 추종 제어를 수행하는
    전력 변환 장치.
  11. 제 7항 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 최대 전력점 제어부는,
    상기 MPPT 제어 값이 초기화되면, 상기 초기화된 MPPT 제어 값을 미소 증가시키면서 P&O 알고리즘에 따라 상기 태양전지 모듈의 최대 전력점 추종 제어를 수행하는
    전력 변환 장치.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 초기화된 MPPT 제어 값은,
    0에 가까운 상기 태양전지 모듈의 동작점에 대응되는
    전력 변환 장치.
  13. 직렬 또는 병렬로 연결된 복수의 태양전지를 포함하는 태양전지 모듈; 및
    상기 태양전지 모듈에 연결되며, 상기 태양전지 모듈에서 출력되는 전력을 이미 정해진 전압 레벨의 전력으로 변환하고, 상기 변환된 전력을 선택적으로 에너지 저장장치, 상용 계통 및 부하 중 적어도 어느 하나로 출력하는 전력 변환 장치를 포함하고,
    상기 전력 변환 장치는,
    상기 태양전지 모듈에서 생산되는 전력을 최대화하기 위한 최대 전력점 추종 제어를 수행하는 MPPT 컨버터를 포함하며,
    상기 MPPT 컨버터는,
    상기 태양전지 모듈에서 출력되는 전력의 레벨에 따라 MPPT 제어 값을 선택적으로 초기화한 후 P&O 알고리즘에 따라 최대 전력점 추종 제어를 수행하는,
    태양광발전 시스템.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 MPPT 컨버터는,
    상기 태양전지 모듈을 통해 출력되는 전력이 기설정된 기준 전력보다 작으면 상기 MPPT 제어 값을 초기화하는
    태양광발전 시스템.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 MPPT 컨버터는,
    상기 태양전지 모듈을 통해 현재 출력된 전력과, 이전에 출력된 전력의 차이 값이 기설정된 기준 차이 값보다 크면, 상기 MPPT 제어 값을 초기화하는
    태양광발전 시스템.
  16. 제 14항 또는 15항에 있어서,
    상기 MPPT 컨버터는,
    상기 태양전지 모듈을 전력이 기준 전력보다 크거나, 상기 차이 값이 기준 차이값보다 작으면, 이전 MPPT 제어 값을 토대로 P&O 알고리즘에 따라 상기 태양전지 모듈의 최대 전력점 추종 제어를 수행하는
    태양광발전 시스템.
  17. 제 13항 내지 15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 MPPT 컨버터는,
    상기 MPPT 제어 값이 초기화되면, 상기 초기화된 MPPT 제어 값을 미소 증가시키면서 P&O 알고리즘에 따라 상기 태양전지 모듈의 최대 전력점 추종 제어를 수행하는
    태양광발전 시스템.
  18. 제 13항에 있어서,
    상기 초기화된 MPPT 제어 값은,
    0에 가까운 상기 태양전지 모듈의 동작점에 대응되는
    태양광발전 시스템.
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