KR20150025977A - Method for tracking maximum power point in phtovoltaic power generating system and system using the same - Google Patents

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KR20150025977A
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최정식
송성근
이상택
차대석
오승열
신덕식
조주희
박병철
김수용
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전자부품연구원
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    • G05F1/67Regulating electric power to the maximum power available from a generator, e.g. from solar cell
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Abstract

Disclosed is a method of tracking a maximum power point of a photovoltaic power generating system. The method according to the present invention comprises: setting an initial reference voltage corresponding to a predetermined ratio of an open voltage of a photovoltaic power generating array and a predetermined power variation amount; receiving an output voltage and an output current from the photovoltaic power generating array to track a maximum power point using a variable inspection; and setting a disturbance to the open voltage to a predetermined ratio to track the maximum power point, when a variation of power outputted to a load is greater than the set power variation amount.

Description

태양광 발전 시스템의 최대전력점 추적 방법 및 이를 이용한 태양광 발전 시스템{METHOD FOR TRACKING MAXIMUM POWER POINT IN PHTOVOLTAIC POWER GENERATING SYSTEM AND SYSTEM USING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method for tracking a maximum power point of a photovoltaic power generation system, and a photovoltaic power generation system using the same.

본 발명은 태양광 발전 시스템의 최대전력점 추적 방법 및 이를 이용한 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for tracking a maximum power point of a solar power generation system and a solar power generation system using the same.

일반적으로, 태양광 발전시스템은 태양에너지를 전기에너지로 바꾸기 위해 하나 이상의 태양전지 모듈을 직렬 또는 병렬 연결하여 어레이를 형성한다. 이러한 태양광 발전 시스템은, 태양전지 모듈로부터 생성된 직류 전력을 부하 또는 계통에 적합한 교류전력으로 변환하기 위한 전력변환장치로서 인버터 등을 구비한다.Generally, a photovoltaic system forms an array by serially or parallelly connecting one or more solar cell modules to convert solar energy into electrical energy. Such a photovoltaic power generation system includes an inverter or the like as a power conversion device for converting DC power generated from a solar cell module into AC power suitable for a load or a system.

독립형 태양광 인버터 시스템에서는 출력 전력의 동작점이 부하의 용량에 의해서 결정되지만, 계통연계형 태양광 인버터 시스템에서는 계통 부하를 무한대로 변동가능한 부하로 볼 수 있기 때문에, 시스템의 효율을 높이기 위하여 태양전지에서 발생하는 전력을 최대로 이용할 수 있는 최대전력 추종기법(Maximum Power Point Tracking; MPPT)을 필요로 하게 된다.In the stand-alone solar inverter system, the operating point of the output power is determined by the capacity of the load. However, in the grid-connected solar inverter system, the system load can be viewed as infinitely variable load. Therefore, It requires a maximum power point tracking (MPPT) method that can maximize the generated power.

현재까지 가장 많이 알려진 최대전력추종제어 알고리즘은 변동관찰법(Perturbation and Observation Method)이다. 이는 지속적으로 태양광 어레이의 동작전압을 변동(외란)시켜, 샘플링된 이전의 전력값과 현재의 전력값의 크기를 비교하여 태양광 어레이의 전압/전류 특성 곡선상의 위치를 파악하여 최대전력점을 찾아가는 방식이다.The most known maximum power follow-up control algorithm to date is the Perturbation and Observation Method. This is because the operating voltage of the solar array continuously fluctuates (disturbance), and the position of the PV array on the voltage / current characteristic curve is compared by comparing the sampled previous power value with the current power value to determine the maximum power point It is the way to go.

그러나, 이러한 변동관찰법은 일사량이 급변하거나 그림자가 생길 경우, 즉, 최대전력점이 두개이상 나타날 경우에는 외란의 크기에 따라 최대전력점을 추적하지 못하게 되는 문제점이 있다. However, such a variation observation method has a problem in that, when the solar radiation rapidly changes or shadows occur, that is, when two or more maximum power points appear, the maximum power point can not be traced according to the magnitude of the disturbance.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 급변하는 환경조건에서도 최대전력점을 추적하기 위한 다양한 제어방법이 있으나, 연산량이 많아 고가의 CPU가 요구되므로 시스템의 가격이 상승하며, 최대전력점을 추적하는 시간도 많이 소요되는 문제점이 있다.
In order to solve such a problem, there are various control methods for tracking the maximum power point in a rapidly changing environmental condition. However, since a high CPU is required due to a large amount of computation, the price of the system increases, There is a problem that it takes a lot of time.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 일사량이 급변하거나 또는 태양전지 모듈에 그림자의 영향이 발생하는 경우에도 태양전지 모듈에 대한 최대전력점을 추적하여, 인버터가 항상 최대전력점에서 운전할 수 제어하는 태양광 발전 시스템의 최대전력점 추적 방법을 제공하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a solar cell module in which the maximum power point of a solar cell module is traced even when a solar radiation rapidly changes or a shadow is generated in the solar cell module, A method for tracking a maximum power point of a photovoltaic power generation system.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예의 최대전력점 추적 방법은, 태양광 어레이의 개방전압의 소정 비율에 해당하는 초기 기준전압과, 소정의 전력변동량을 설정하는 단계; 상기 태양광 어레이의 출력전압 및 출력전류를 수신하는 단계; 최대전력점을 변동관찰에 의해 추적하는 단계; 및 부하로 출력되는 전력의 변동량이 설정된 전력변동량보다 큰 경우, 개방전압에 대한 외란을 소정 비율로 설정하여 최대전력점을 추적하는 단계를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a maximum power point tracking method comprising: setting an initial reference voltage corresponding to a predetermined ratio of an open-circuit voltage of a solar array and a predetermined power variation; Receiving an output voltage and an output current of the solar array; Tracking the maximum power point by a variation observation; And tracking the maximum power point by setting a disturbance with respect to the open-circuit voltage at a predetermined ratio when the variation amount of the power output to the load is larger than the set power variation amount.

본 발명의 일실시예의 최대전력점 추적 방법은, 변동관찰에 의해 최대전력점이 결정된 경우, 해당 최대전력점에서의 전력과 전압을 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.The maximum power point tracking method of an embodiment of the present invention may further include storing power and voltage at the maximum power point when a maximum power point is determined by variation observation.

본 발명의 일실시예에서, 상기 변동관찰에 의해 추적하는 단계는, 상기 태양광 어레이의 출력전압 및 출력전류를 이용하여 출력전력을 결정하는 단계; 현재 출력전력이 이전 출력전력보다 증가한 경우, 현재 추적방향과 동일한 방향으로 소정 전압만큼 이동하여 기준전압을 설정하는 단계; 및 현재 출력전력이 이전 출력전력보다 감소한 경우, 현재 추적방향과 반대 방향으로 소정 전압만큼 이동하여 기준전압을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of tracing by the variation observation includes the steps of: determining an output power using an output voltage and an output current of the solar array; Setting a reference voltage by moving a predetermined voltage in the same direction as the current tracking direction when the current output power is higher than the previous output power; And setting the reference voltage by moving a predetermined voltage in a direction opposite to the current tracking direction when the current output power is lower than the previous output power.

본 발명의 일실시예에서, 상기 초기 기준전압은, 태양광 어레이의 개방전압의 85%로 결정될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the initial reference voltage may be determined to be 85% of the open-circuit voltage of the solar array.

본 발명의 일실시예의 최대전력점 추적 방법은, 기준전압의 방향을 결정하는 플래그를 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.The maximum power point tracking method of an embodiment of the present invention may further comprise setting a flag that determines the direction of the reference voltage.

본 발명의 일실시예에서, 상기 최대전력점을 추적하는 단계는, 상기 변동관찰에 의해 결정된 최적전력점에서의 전압과, 상기 플래그, 및 개방전압의 소정 비율에 해당하는 외란을 통해 기준전압을 재설정하는 단계; 전압변화량에 대한 전력변화량의 기울기를 계산하는 단계; 및 상기 기울기가 양인 경우 현재 추적방향과 동일한 방향으로 소정 전압만큼 이동하여 기준전압을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of tracking the maximum power point further comprises the steps of: measuring a voltage at an optimum power point determined by the variation observation and a reference voltage through a disturbance corresponding to a predetermined ratio of the flag and the open- Resetting; Calculating a slope of a power variation amount with respect to a voltage variation amount; And setting the reference voltage by shifting by a predetermined voltage in the same direction as the current tracking direction when the slope is positive.

본 발명의 일실시예에서, 재설정되는 기준전압은, 다음 수학식에 의해 결정될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the reference voltage to be reset can be determined by the following equation.

Figure pat00001
Figure pat00001

(단, Vmpp는 최대전력점에서의 전압, Flag는 플래그 및 ΔVbig는 개방전압의 소정 비율에 해당하는 외란임)(Where Vmpp is a voltage at a maximum power point, Flag is a flag, and? Vbig is a disturbance corresponding to a predetermined ratio of an open-circuit voltage)

본 발명의 일실시예에서, 상기 소정 비율은, 개방전압의 50 내지 70%일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the predetermined ratio may be 50 to 70% of the open-circuit voltage.

본 발명의 일실시예에서, 상기 최대전력점을 추적하는 단계는, 부하로 출력되는 전력의 변동량이 설정된 전력변동량보다 작은 경우, 최대전력점을 변동관찰에 의해 추적하는 단계로 리턴하는 단계를 더 포함할 수 있다.
In one embodiment of the present invention, the step of tracking the maximum power point further comprises returning to the step of tracking the maximum power point by the variation observation if the variation amount of the power output to the load is smaller than the set power variation amount .

또한, 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예의 태양광 발전 시스템은, 태양광 어레이; 상기 태양광 어레이의 출력전압을 측정하는 전압측정부; 상기 태양광 어레이의 출력전류를 측정하는 전류측정부; 상기 태양광 어레이에 의해 생성된 직류전원을 변환하여 부하을 구동하는 인버터로 출력하는 부스트 컨버터; 및 상기 부하로 출력되는 전력의 변동량이 설정된 전력변동량보다 큰 경우, 개방전압에 대한 외란을 소정 비율로 설정하여 최대전력점을 추적하고, 상기 부하로 출력되는 전력의 변동량이 설정된 전력변동량보다 작은 경우, 변동관찰에 의해 최대전력점을 추적하는 제어부를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a solar photovoltaic system including: a solar array; A voltage measuring unit for measuring an output voltage of the solar array; A current measuring unit for measuring an output current of the solar array; A boost converter for converting a DC power generated by the solar array and outputting the DC power to an inverter for driving a load; And when the variation amount of the power output to the load is larger than the set power variation amount, the disturbance with respect to the open voltage is set at a predetermined ratio to track the maximum power point, and when the variation amount of the power output to the load is smaller than the set power variation amount And a control unit for tracking the maximum power point by the variation observation.

본 발명의 일실시예에서, 상기 제어부는, 상기 태양광 어레이의 개방전압의 소정 비율에 해당하는 초기 기준전압과, 소정의 전력변동량을 설정할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the control section may set an initial reference voltage corresponding to a predetermined ratio of the open-circuit voltage of the solar array and a predetermined amount of power variation.

본 발명의 일실시예에서, 상기 제어부는, 초기 기준전압을 태양광 어레이의 개방전압의 85%로 설정할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the control section may set the initial reference voltage to 85% of the open circuit voltage of the solar array.

본 발명의 일실시예에서, 상기 제어부는, 상기 태양광 어레이의 출력전압 및 출력전류를 이용하여 출력전력을 결정하고, 현재 출력전력이 이전 출력전력보다 증가한 경우, 현재 추적방향과 동일한 방향으로 소정 전압만큼 이동하여 기준전압을 설정하고, 현재 출력전력이 이전 출력전력보다 감소한 경우, 현재 추적방향과 반대 방향으로 소정 전압만큼 이동하여 기준전압을 설정하는 것에 의해 변동관찰에 의해 최대전력점을 추적할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the control unit determines the output power using the output voltage and the output current of the solar array, and when the current output power is higher than the previous output power, And sets the reference voltage by shifting by a predetermined voltage in the direction opposite to the current tracking direction to track the maximum power point by the fluctuation observation when the present output power is lower than the previous output power .

본 발명의 일실시예에서, 상기 제어부는, 상기 변동관찰에 의해 결정된 최적전력점에서의 전압과, 플래그, 및 개방전압의 소정 비율에 해당하는 외란을 통해 기준전압을 설정하고, 전압변화량에 대한 전력변화량의 기울기를 계산하여, 상기 기울기가 양인 경우 현재 추적방향과 동일한 방향으로 소정 전압만큼 이동하여 기준전압을 설정하는 것에 의해 개방전압에 대한 외란을 소정 비율로 설정하여 최대전력점을 추적할 수 있다.
In one embodiment of the present invention, the control unit sets the reference voltage through a disturbance corresponding to a predetermined ratio of the voltage at the optimum power point determined by the variation observation, the flag, and the open-circuit voltage, The slope of the power change amount is calculated and if the slope is positive, the reference voltage is set by shifting by a predetermined voltage in the same direction as the current tracking direction to set the disturbance to the open voltage at a predetermined ratio to track the maximum power point have.

상기와 같은 본 발명은, 일사량이 급변하거나 태양광 어레이에 그림자 영향이 있을 경우에도 인버터가 태양전지 모듈의 최대전력점에서 운전할 수 있도록 한다. 또한, 본 발명은 종래의 변동관찰에 의한 추적과 하이브리드 방식으로 사용될 수 있으므로, 방법이 간단하고 구현이 용이하여, 시스템의 단가 측면에서도 저가화를 실현하게 하는 효과가 있다.The present invention as described above enables the inverter to operate at the maximum power point of the solar cell module even when the solar radiation is rapidly changed or the solar array has a shadow effect. Further, since the present invention can be used in a tracking method and a hybrid method by the conventional variation observation method, the method is simple and easy to implement, and it is effective in realizing cost reduction in terms of unit cost of the system.

또한, 최대전력점 추적에서 초기 기준전압을 태양전지 개방전압의 85%로 설정하는 것에 의해 최대전력점 추적 시간을 줄일 수 있으며, 이로 P&O 제어 방법과 하이브리드 방식으로 사용될 수 있어 방법이 간단하고 구현이 매우 용이하며 시스템의 단가 측면에서도 저가화를 실현할 수 있다.In addition, by setting the initial reference voltage to 85% of the solar cell open-circuit voltage at the maximum power point tracking, the maximum power point tracking time can be shortened and this method can be used in the P & O control method and the hybrid method. It is very easy and it is possible to realize cost reduction in terms of the unit price of the system.

또한 최대전력점 추적에 있어 초기 최적 전압을 태양전지 개방전압의 85%로 설정하여 최대전력점 추적 시간을 줄일 수 있으며, 이로 인해 전체 시스템의 효용성을 증가시키도록 하는 효과가 있다.
Also, in tracking the maximum power point, it is possible to reduce the maximum power point tracking time by setting the initial optimum voltage to 85% of the solar cell open-circuit voltage, thereby increasing the utility of the entire system.

도 1은 본 발명이 적용되는 태양광 발전 시스템의 구성도이다.
도 2는 태양광 어레이의 전력특성 곡선의 일예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 최대전력점 추적 방법을 설명하기 위한 일실시예 흐름도이다.
도 4는 도 3에서 변동관찰에 의한 최대전력점을 추정하는 방법을 설명하기 위한 일실시예 흐름도이다.
도 5는 도 3의 그림자 트랙에 의한 최대전력점 추적 방법을 설명하기 위한 일실시예 흐름도이다.
1 is a configuration diagram of a solar power generation system to which the present invention is applied.
2 is an example of a power characteristic curve of the solar array.
3 is a flowchart illustrating a method of tracking a maximum power point according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart of an embodiment for explaining a method of estimating a maximum power point by variation observation in FIG.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of tracking a maximum power point by the shadow track of FIG. 3. Referring to FIG.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명이 적용되는 태양광 발전 시스템의 구성도이다. 1 is a configuration diagram of a solar power generation system to which the present invention is applied.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 시스템은, 태양광 어레이(10), 부스트 컨버터(20), 인버터(30), 부하(40), 전류측정부(50), 전압측정부(60) 및 제어부(70)를 포함한다. As shown in the figure, the system to which the present invention is applied includes a solar array 10, a boost converter 20, an inverter 30, a load 40, a current measuring unit 50, a voltage measuring unit 60 And a control unit 70. [0031]

태양광 어레이(10)는 다수의 태양전지 모듈로 구성될 수 있으며, 미결정 실리콘, 결정 실리콘, 단결정 실리콘, 아몰퍼스 실리콘 등의 반도체/화합물 반도체 등을 포함하는 태양전지 모듈을 이용할 수 있고, 복수의 태양전지 모듈을 직렬 또는 병렬 로 조합하여 출력전압 및 출력전류를 얻을 수 있도록 어레이(Array) 형태로 배열할 수 있다.The solar array 10 may be composed of a plurality of solar cell modules, and a solar cell module including semiconductor / compound semiconductor such as microcrystalline silicon, crystalline silicon, single crystal silicon, and amorphous silicon may be used. Battery modules may be arranged in an array so as to obtain an output voltage and an output current by combining them in series or in parallel.

전압측정부(60)는 태양광 어레이(10)의 출력전압(Vpv)을 측정한다. 전압측정부(60)는 두 개의 저항을 사용한 전압 분배기(Voltage Divider)로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The voltage measuring unit 60 measures the output voltage Vpv of the solar array 10. The voltage measuring unit 60 may be formed of a voltage divider using two resistors, but is not limited thereto.

전류측정부(50)는 태양광 어레이(10)의 출력전류(Ipv)를 측정한다. 전류측정부(50)는 낮은 저항치를 가지는 다수의 측정 저항과, 연산증폭기, 접합형 트랜지스터(BJT) 등을 포함하여 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The current measuring unit 50 measures the output current Ipv of the solar array 10. The current measuring unit 50 may include a plurality of measuring resistors having a low resistance value, an operational amplifier, a junction type transistor (BJT), and the like, but the present invention is not limited thereto.

전압측정부(60)와 전류측정부(50)의 출력은 제어부(70)에 입력되어, 제어부(70)가 태양광 어레이(10)의 출력전압(Vpv)과 출력전류(Ipv)를 디지털로 샘플링하여 최대전력점을 도출하는데 이용할 수 있다.The outputs of the voltage measurement unit 60 and the current measurement unit 50 are input to the control unit 70 so that the control unit 70 digitally converts the output voltage Vpv and the output current Ipv of the solar array 10 It can be used to derive the maximum power point by sampling.

부스트 컨버터(Boost Converter)(20)는 태양광 어레이(10)에 의해 생성된 직류전원을 전력변환하여 출력하며, 태양광 어레이(10)의 동작점을 조절한다. 일반적으로 부스트 컨버터는 일정 범위의 입력 전력을 고정된 출력 전력으로 변환하기 위한 것인데, 본 발명에서는 태양광 어레이(10)와 연결된 입력 전력을 제어하여 출력할 수 있다. A boost converter (20) converts the DC power generated by the solar array (10) into electric power and outputs the converted power, thereby adjusting the operating point of the solar array (10). In general, the boost converter is for converting a certain range of input power into fixed output power. In the present invention, the input power connected to the solar array 10 can be controlled and output.

인버터(30)는 부스트 컨버터(20)로부터 수신한 전압을 변환하여 부하(40)에 공급한다. The inverter 30 converts the voltage received from the boost converter 20 and supplies the converted voltage to the load 40.

제어부(70)는, 태양광 어레이(10)의 출력전압을 개방전압(Voc)으로부터 소정 전압까지 변동시키고, 전력특성(P-V) 곡선을 스캐닝하여 최대전력점(PMAX)을 도출하고, 최대전력점에서 태양광 어레이(10)가 동작되도록 부스트 컨버터(20)를 제어한다. 본 발명의 제어부(70)는, 일사량이 일정한 경우 종래의 변동관찰법에 의해 최대전력점을 추적하고, 일사량이 급변하거나 태양광 어레이(10)의 태양전지 모듈에 그림자 영향이 있는 경우 서브제어를 수행하여, 최대전력점을 추적한다.
The control unit 70 changes the output voltage of the solar array 10 from the open voltage Voc to a predetermined voltage and scans the power characteristic curve to derive the maximum power point P MAX , Controls the boost converter 20 such that the solar array 10 is operated at a point. The control unit 70 of the present invention tracks the maximum power point according to the conventional variation observation method when the solar radiation amount is constant and performs sub control when the solar radiation amount suddenly changes or the solar battery module of the solar array 10 has a shadow effect Thereby tracking the maximum power point.

먼저, 태양광 어레이(10)의 전력특성 곡선을 설명하기로 한다.First, the power characteristic curve of the solar array 10 will be described.

도 2는 태양광 어레이의 전력특성 곡선의 일예시도로서, 일사량이 일정한 경우와, 일사량이 급변하는 경우를 각각 나타낸 것이다. Fig. 2 is an example of a power characteristic curve of the solar array, showing a case where the irradiation dose is constant and a case where the irradiation dose is rapidly changed.

도면에 도시된 바와 같이, 최대전력점이 하나인 경우는 일사량이 일정한 경우(A)이며, 최대전력점이 둘 이상인 경우는 일사량이 급변하는 경우(B)를 나타낸다. 태양광 발전의 이용률 및 효용성을 증대하기 위해 인버터(30)는 항상 태양광 어레이(10)의 태양전지 모듈의 최대전력점에서 운전하여야 한다.As shown in the figure, when the maximum power point is one, the irradiation amount is constant (A), and when the maximum power point is two or more, the irradiation amount is rapidly changed (B). The inverter 30 must always operate at the maximum power point of the solar cell module of the solar array 10 in order to increase utilization and utility of the solar power generation.

일반적으로 제어부(70)가 최대전력점을 추적하는 방법은, P-V 곡선의 오른쪽에서 왼쪽 방향으로 이동하면서 추적한다. 즉, 태양광 어레이(10)의 개방전압에서 시작한다.In general, the method by which the control unit 70 tracks the maximum power point traces as it moves from right to left of the P-V curve. That is, it starts at the open voltage of the solar array 10.

일사량이 일정한 경우에는, 최대전력점이 정상적으로 추적되고 있다면, 인버터(30)의 동작점은 도 2에서 MPP_1에 위치하게 된다. 이 때 태양광 어레이(10)에 환경변화 조건이 발생하여 일부 태양전지 모듈의 바이패스 다이오드가 도통된 상태가 된다면 태양광 어레이의 출력곡선은 변화하고, 동작점은 MPP_2로 이동하게 된다. 환경변화 조건에 의해 바이패스 다이오드가 도통된 상태의 경우 P-V 특성 곡선에서 여러 개의 최대전력점이 나타나게 되며, 도 2에서 MPP_2는 그 중 하나이며 MPP_3이 실제 최대전력점이 된다.When the solar radiation amount is constant, if the maximum power point is normally tracked, the operating point of the inverter 30 is located at MPP_1 in FIG. At this time, when the environment change condition occurs in the solar array 10 and the bypass diode of some solar cell module becomes conductive, the output curve of the solar array changes and the operating point moves to MPP_2. When the bypass diode is in a conduction state due to environmental change conditions, several maximum power points appear on the P-V characteristic curve. In FIG. 2, MPP_2 is one of them and MPP_3 is an actual maximum power point.

종래의 변동관찰법에 의하면, 태양광 어레이의 P-V 특성에서의 비선형 특성을 바탕으로 출력전압을 주기적으로 변동하여, 이때 대응하는 출력전력의 크기를 이전 주기와 비교하여 최대전력점을 추적한다.According to the conventional variation observation method, the output voltage periodically fluctuates based on the nonlinear characteristic in the P-V characteristic of the solar array, and the maximum power point is tracked by comparing the magnitude of the corresponding output power with the previous period.

즉, 현재의 태양광 어레이(10)의 전압과 전류로부터 얻어지는 현재의 출력전력과, 이전의 출력전력을 비교하여, 현재 출력이 이전 출력보다 증가하였다면, 출력전압 명령은 최근 명령과 동일한 방향으로 진행됨에 비해, 반대로 현재 출력이 이전 출력보다 감소하였다면, 출력 전압 명령은 최근 명령과 반대방향으로 바뀌어 동작하게 된다.That is, if the current output power obtained from the voltage and current of the present solar array 10 is compared with the previous output power, and the current output has increased from the previous output, the output voltage command proceeds in the same direction as the latest command In contrast, if the current output has decreased from the previous output, the output voltage command is changed in the opposite direction to the latest command.

그러나, 환경변화의 조건에서 종래의 변동관찰법에 의하면, MPP_2에서부터 만큼 전압 기준치를 변동시키면서 최대전력점을 결정한다. 이 경우, 도 2에서와 같이 MPP_2점을 기준으로 ±ΔV의 전압 범위에서 있는 지점의 전력은 MPP_2보다 낮기 때문에 MPP_2가 최대전력점이라고 판단하고 MPP_2에서 진동하게 된다. 따라서 변동관찰법에 의하면, 이러한 환경변화에 따른 최대전력점 추적이 실패하게 되는 경우가 발생하게 된다.
However, according to the conventional variation observation method under the condition of environmental change, the maximum power point is determined while varying the voltage reference value from MPP_2. In this case, as shown in FIG. 2, since the power of the point in the voltage range of ± ΔV based on the MPP_2 point is lower than MPP_2, it is determined that MPP_2 is the maximum power point and the MPP_2 is vibrated. Therefore, according to the variation observation method, there is a case where the maximum power point tracking due to such environment change fails.

본 발명은, 이러한 문제점을 해결하기 위해, 종래의 변동관찰을 메인제어루틴으로 하고, 환경변화 조건에서 서브제어루틴을 수행하여, 하이브리드 방식의 최대전력점 추적을 수행한다.In order to solve such a problem, the present invention performs the maximum power point tracking of the hybrid system by performing the sub control routine in the environmental change condition with the conventional variation observation as the main control routine.

도 3은 본 발명에 따른 최대전력점 추적 방법을 설명하기 위한 일실시예 흐름도로서, 도 1의 제어부(70)의 제어동작을 나타낸 것이다.FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of tracking a maximum power point according to an embodiment of the present invention, and shows a control operation of the controller 70 of FIG.

도면에 도시된 바와 같이, 제어부(70)는, 일반적인 조건에서 빠르게 최대전력점을 추적하기 위해, 초기 기준전압(Vref)을 태양광 어레이(10)의 태양전지 모듈의 개방전압(Voc)의 소정 비율 설정하고, 소정의 전력변동량(ΔPset) 설정한다(S31). 이때 소정 비율은 예를 들어 85%일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 최대전력점을 신속히 추정하기 위해 사용자가 상황을 고려하여 설정할 수 있다.As shown in the figure, the control unit 70 sets the initial reference voltage Vref to the predetermined value of the open-circuit voltage Voc of the solar cell array 10 of the solar array 10 , And sets a predetermined power variation amount DELTA Pset (S31). At this time, the predetermined ratio may be, for example, 85%, but the present invention is not limited thereto, and the user can set it in consideration of the situation in order to quickly estimate the maximum power point.

이후 제어부(70)는 전류측정부(50) 및 전압측정부(60)로부터 태양광 어레이(10)의 전류(Ipv)와 전압(Vpv)을 수신하여(S32), 변동관찰에 의해 최대전력점을 추적한다(S33).Thereafter, the control unit 70 receives the current Ipv and the voltage Vpv of the solar array 10 from the current measuring unit 50 and the voltage measuring unit 60 (S32) (S33).

도 4는 도 3에서 변동관찰에 의한 최대전력점을 추정하는 방법을 설명하기 위한 일실시예 흐름도이다.FIG. 4 is a flowchart of an embodiment for explaining a method of estimating a maximum power point by variation observation in FIG.

도면에 도시된 바와 같이, 변동관찰에 의해 최대전력점을 추정하는 방법(S33)은, S32에서 전압측정부(60)로부터 수신한 전압(Vpv)과 전류측정부(50)로부터 수신한 전류(Ipv)를 이용하여 현 주기(k)에서의 전력(Ppv)을 다음 식에 의해 구할 수 있다(S41).As shown in the figure, the method S33 of estimating the maximum power point by the variation observation is performed in such a manner that the voltage Vpv received from the voltage measuring unit 60 in S32 and the current Vpv received from the current measuring unit 50 The power Ppv at the current period k can be obtained by using the following equation (S41).

Figure pat00002
Figure pat00002

이후, 제어부(70)는, 현 주기에서의 전력(Ppv(k))과 이전 주기에서의 전력(Ppv(k-1))의 차인 전력변동량(ΔPpv(k))과, 현 주기에서의 전압(Vpv(k))과 이전 주기에서의 전압(Vpv(k-1))의 차인 전압변동량(ΔVpv(k))을 구하여(S42), 현재 전력이 이전 전력보다 큰지 여부를 확인한다(S43).Thereafter, the control unit 70 compares the power fluctuation amount? Ppv (k), which is the difference between the power Ppv (k) in the current cycle and the power Ppv (k-1) in the previous cycle, (Vpv (k)), which is the difference between the voltage Vpv (k) and the voltage Vpv (k-1) in the previous period (S42), and determines whether the current power is greater than the previous power (S43) .

즉, 현재 전력이 이전 전력보다 크고(ΔPpv(k)>0)(S43), 현재 전압이 이전 전압보다 작은 경우(ΔVpv(k)<0)에는(S44), 제어부(70)는 기준전압(Vref)을 현재 전압보다 오른쪽으로 이동한다(Vref=Vpv(k)+ΔV)(S45). 또한, 현재 전력이 이전 전력보다 크고(ΔPpv(k)>0)(S43), 현재 전압이 이전 전압보다 작지 않은 경우에는(S44), 제어부(70)는 기준전압(Vref)을 현재 전압보다 왼쪽으로 이동한다(Vref=Vpv(k)-ΔV)(S46). That is, when the current power is larger than the previous power (? Ppv (k)> 0) (S43) and the current voltage is smaller than the previous voltage (? Vpv (Vref = Vpv (k) +? V) (S45). If the current power is greater than the previous power (? Ppv (k) &gt; 0) (S43) and the current voltage is not smaller than the previous voltage (S44), the controller 70 sets the reference voltage Vref to the left (Vref = Vpv (k) -? V) (S46).

한편, 현재 전력이 이전 전력보다 크지 않고(S43), 현재 전압이 이전 전압보다 큰 경우(ΔVpv(k)>0)에는(S47), 제어부(70)는 기준전압(Vref)을 현재 전압보다 왼쪽으로 이동한다(Vref=Vpv(k)-ΔV)(S48). 또한, 현재 전력이 이전 전력보다 크지 않고(S43), 현재 전압이 이전 전압보다 크지 않은 경우에는, 제어부(70)는 기준전압(Vref)을 현재 전압보다 오른쪽으로 이동한다(Vref=Vpv(k)+ΔV)(S49).On the other hand, when the current power is not greater than the previous power (S43) and the current voltage is greater than the previous voltage (? Vpv (k)> 0) (S47), the controller 70 sets the reference voltage Vref to the left (Vref = Vpv (k) -? V) (S48). If the current power is not greater than the previous power (S43) and the current voltage is not greater than the previous voltage, the controller 70 moves the reference voltage Vref to the right of the current voltage (Vref = Vpv (k) + DELTA V) (S49).

즉, 제어부(70)는, 현재 출력전력이 이전 출력전력보다 증가한 경우, 출력전압 명령을 최근 명령과 동일한 방향으로 이동하고, 반대로 현재 출력전력이 이전 출력전력보다 감소한 경우, 출력전압 명령을 최근 명령과 반대방향으로 이동하여 최대전력점을 추적하도록 제어할 수 있다.That is, when the current output power is higher than the previous output power, the control unit 70 moves the output voltage command in the same direction as the latest command, and when the current output power is lower than the previous output power, So as to track the maximum power point.

이와 같이 최대전력점이 결정될 때까지 변동관찰에 의해 최대전력점을 추적하고(S33), 최대전력점이 결정된 경우에는(S34), 플래그(flag)를 1로 설정하고(S35), 최후의 최대전력점에서의 전력과 전압(Pmpp, Vmpp)을 저장한다(S36).When the maximum power point is determined (S34), the flag is set to 1 (S35), and the maximum power point is set to 1 when the maximum power point is determined (Pmpp, Vmpp) at step S36.

이후, 제어부(70)는, 부하로 출력되는 전력의 변동량(ΔP)을 확인하여(S37), 전력의 변동량이 S31에서 설정된 변동량(ΔPset)보다 작은 경우에는 변동관찰에 의해 최대전력점 추적을 지속적으로 수행한다.Thereafter, the control unit 70 confirms the fluctuation amount AP of the power output to the load (S37), and when the fluctuation amount of the power is smaller than the fluctuation amount DELTA Pset set in S31, the maximum power point tracking is continued .

그러나, 전력의 변동량이 S31에서 설정된 변동량(ΔPset)보다 큰 경우에는 일사량에 변화가 생긴 것으로 판단하여 서브제어 루틴을 진행한다. 이하에서는, 일사량에 변화가 생긴 것으로 판단되는 경우에 최대전력점의 추적을 '그림자 트랙에 의한 최대전력점 추적'이라 칭하기로 한다. 즉, 제어부(70)는, 전력의 변동량이 설정보다 큰 경우, 그림자 트랙에 의한 최대전력점 추적을 수행한다(S39).However, when the variation amount of the electric power is larger than the variation amount? Pset set in S31, it is determined that the irradiation amount has changed, and the sub control routine is executed. Hereinafter, in the case where it is determined that the amount of solar radiation has changed, the tracking of the maximum power point will be referred to as &quot; maximum power point tracking by the shadow track &quot;. That is, when the variation amount of the power is larger than the setting, the control unit 70 performs the maximum power point tracking by the shadow track (S39).

도 5는 도 3의 그림자 트랙에 의한 최대전력점 추적 방법을 설명하기 위한 일실시예 흐름도이다.FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of tracking a maximum power point by the shadow track of FIG. 3. Referring to FIG.

도면에 도시된 바와 같이, 그림자 트랙에 의한 최대전력점 추적이 시작되면, 제어부(70)는 기준전압을 다음 수학식과 같이 설정한다(S51).As shown in the figure, when the tracking of the maximum power point by the shadow track is started, the control unit 70 sets the reference voltage according to the following equation (S51).

Figure pat00003
Figure pat00003

이때, 플래그는 기준전압의 방향을 결정하는 것이다. 즉, 제어부(70)는 S36에서 저장된 최적 전압(Vmpp)과, S35에서 1로 설정된 플래그 및 개방전압의 50 내지 70%에 해당하는 매우 큰 값의 외란(ΔVbig)을 통해 기준전압을 설정할 수 있다. 다만, 본 발명이 이러한 수치에 한정되는 것이 아님은 자명하다. At this time, the flag determines the direction of the reference voltage. That is, the control unit 70 can set the reference voltage through the very large value disturbance (? Vbig) corresponding to the optimal voltage (Vmpp) stored in S36 and the flag set to 1 in S35 and 50 to 70% of the open- . It is to be understood, however, that the present invention is not limited to these numerical values.

이때 제어부(70)는 전력변동량을 다시 확인하여 설정값 이하인 경우 도 3의 변동관찰에 의한 최대전력점 추적으로 리턴할 수 있다(S52). At this time, the control unit 70 checks the power fluctuation amount again and returns to the maximum power point tracking based on the variation observation of FIG. 3 when the power fluctuation amount is less than the set value (S52).

제어부(70)는 전압변화량에 대한 전력변화량의 기울기를 계산하여(S56), 기울기가 양의 방향이면(S58), 같은 방향으로 지속적으로 추적하며, 기울기가 음의 방향인 경우(S58) 다른 최대전력점이 있다는 것을 의미하고, 변동관찰에 의해 최대전력점을 추적하게 된다(S59).The control unit 70 calculates the slope of the power variation amount with respect to the voltage variation amount (S56). If the slope is the positive direction (S58), it continuously tracks in the same direction. If the slope is the negative direction It means that there is a power point, and the maximum power point is tracked by the variation observation (S59).

이후, 현재 시점에서 전력과 전압(Pmpp, Vmpp)을 저장하고(S61), 비교한다(S62).Thereafter, the power and voltage (Pmpp, Vmpp) are stored at the present time (S61) and compared (S62).

이러한 과정을 통해, 제어부(70)는 일사량이 균일하거나 환경변화가 없는 경우와, 환경변화가 있는 경우 모두 태양광 어레이(10)의 최대전력점을 추적할 수 있다.
Through this process, the controller 70 can track the maximum power point of the solar array 10 both when the solar radiation amount is uniform, when there is no environmental change, and when there is an environmental change.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the following claims.

10: 태양광 어레이 20: 부스트 컨버터
30: 인버터 40: 부하
50: 전류측정부 60: 전압측정부
10: solar array 20: boost converter
30: inverter 40: load
50: current measuring unit 60: voltage measuring unit

Claims (14)

태양광 어레이의 개방전압의 소정 비율에 해당하는 초기 기준전압과, 소정의 전력변동량을 설정하는 단계;
상기 태양광 어레이의 출력전압 및 출력전류를 수신하는 단계;
최대전력점을 변동관찰에 의해 추적하는 단계; 및
부하로 출력되는 전력의 변동량이 설정된 전력변동량보다 큰 경우, 개방전압에 대한 외란을 소정 비율로 설정하여 최대전력점을 추적하는 단계를 포함하는 최대전력점 추적 방법.
Setting an initial reference voltage corresponding to a predetermined ratio of the open-circuit voltage of the solar array and a predetermined power variation;
Receiving an output voltage and an output current of the solar array;
Tracking the maximum power point by a variation observation; And
And tracking the maximum power point by setting a disturbance with respect to the open-circuit voltage at a predetermined ratio when the variation amount of the power output to the load is larger than the set power variation amount.
제1항에 있어서,
변동관찰에 의해 최대전력점이 결정된 경우, 해당 최대전력점에서의 전력과 전압을 저장하는 단계를 더 포함하는 최대전력점 추적 방법.
The method according to claim 1,
And storing the power and voltage at the maximum power point when the maximum power point is determined by the variation observation.
제1항에 있어서, 상기 변동관찰에 의해 추적하는 단계는,
상기 태양광 어레이의 출력전압 및 출력전류를 이용하여 출력전력을 결정하는 단계;
현재 출력전력이 이전 출력전력보다 증가한 경우, 현재 추적방향과 동일한 방향으로 소정 전압만큼 이동하여 기준전압을 설정하는 단계; 및
현재 출력전력이 이전 출력전력보다 감소한 경우, 현재 추적방향과 반대 방향으로 소정 전압만큼 이동하여 기준전압을 설정하는 단계를 포함하는 최대전력점 추적 방법.
2. The method of claim 1, wherein tracking by the variation observation comprises:
Determining an output power using an output voltage and an output current of the solar array;
Setting a reference voltage by moving a predetermined voltage in the same direction as the current tracking direction when the current output power is higher than the previous output power; And
And setting the reference voltage by shifting by a predetermined voltage in a direction opposite to the current tracking direction when the current output power is lower than the previous output power.
제1항에 있어서, 상기 초기 기준전압은,
태양광 어레이의 개방전압의 85%로 결정되는 최대전력점 추적 방법.
2. The method of claim 1,
Wherein the open circuit voltage is determined to be 85% of the open voltage of the solar array.
제1항에 있어서,
기준전압의 방향을 결정하는 플래그를 설정하는 단계를 더 포함하는 최대전력점 추적 방법.
The method according to claim 1,
And setting a flag that determines the direction of the reference voltage.
제5항에 있어서, 상기 최대전력점을 추적하는 단계는,
상기 변동관찰에 의해 결정된 최적전력점에서의 전압과, 상기 플래그, 및 개방전압의 소정 비율에 해당하는 외란을 통해 기준전압을 재설정하는 단계;
전압변화량에 대한 전력변화량의 기울기를 계산하는 단계; 및
상기 기울기가 양인 경우 현재 추적방향과 동일한 방향으로 소정 전압만큼 이동하여 기준전압을 설정하는 단계를 포함하는 최대전력점 추적 방법.
6. The method of claim 5, wherein tracking the maximum power point comprises:
Resetting the reference voltage through a disturbance corresponding to a predetermined ratio of the voltage at the optimum power point determined by the variation observation and the flag and the open-circuit voltage;
Calculating a slope of a power variation amount with respect to a voltage variation amount; And
And setting a reference voltage by moving a predetermined voltage in the same direction as the current tracking direction when the slope is positive.
제6항에 있어서, 재설정되는 기준전압은, 다음 수학식에 의해 결정되는 최대전력점 추적 방법.
Figure pat00004

(단, Vmpp는 최대전력점에서의 전압, Flag는 플래그 및 ΔVbig는 개방전압의 소정 비율에 해당하는 외란임)
7. The method according to claim 6, wherein the reset reference voltage is determined by the following equation.
Figure pat00004

(Where Vmpp is a voltage at a maximum power point, Flag is a flag, and? Vbig is a disturbance corresponding to a predetermined ratio of an open-circuit voltage)
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 소정 비율은,
개방전압의 50 내지 70%인 최대전력점 추적 방법.
8. The method according to claim 6 or 7,
50 to 70% of the open-circuit voltage.
제6항에 있어서, 상기 최대전력점을 추적하는 단계는,
부하로 출력되는 전력의 변동량이 설정된 전력변동량보다 작은 경우, 최대전력점을 변동관찰에 의해 추적하는 단계로 리턴하는 단계를 더 포함하는 최대전력점 추적 방법.
7. The method of claim 6, wherein tracking the maximum power point comprises:
And returning to the step of tracking the maximum power point by the variation observation when the variation amount of the power output to the load is smaller than the set power variation amount.
태양광 어레이;
상기 태양광 어레이의 출력전압을 측정하는 전압측정부;
상기 태양광 어레이의 출력전류를 측정하는 전류측정부;
상기 태양광 어레이에 의해 생성된 직류전원을 변환하여 부하을 구동하는 인버터로 출력하는 부스트 컨버터; 및
상기 부하로 출력되는 전력의 변동량이 설정된 전력변동량보다 큰 경우, 개방전압에 대한 외란을 소정 비율로 설정하여 최대전력점을 추적하고, 상기 부하로 출력되는 전력의 변동량이 설정된 전력변동량보다 작은 경우, 변동관찰에 의해 최대전력점을 추적하는 제어부를 포함하는 태양광 발전 시스템.
Solar array;
A voltage measuring unit for measuring an output voltage of the solar array;
A current measuring unit for measuring an output current of the solar array;
A boost converter for converting a DC power generated by the solar array and outputting the DC power to an inverter for driving a load; And
When the variation amount of the power output to the load is larger than the set power variation amount, the disturbance with respect to the open voltage is set at a predetermined ratio to track the maximum power point, and when the variation amount of the power output to the load is smaller than the set power variation amount, And a control section for tracking the maximum power point by the variation observation.
제10항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 태양광 어레이의 개방전압의 소정 비율에 해당하는 초기 기준전압과, 소정의 전력변동량을 설정하는 태양광 발전 시스템.
11. The apparatus according to claim 10,
And sets an initial reference voltage corresponding to a predetermined ratio of the open-circuit voltage of the solar array and a predetermined amount of power variation.
제11항에 있어서, 상기 제어부는,
초기 기준전압을 태양광 어레이의 개방전압의 85%로 설정하는 태양광 발전 시스템.
12. The apparatus according to claim 11,
The solar power generation system sets the initial reference voltage to 85% of the open circuit voltage of the solar array.
제8항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 태양광 어레이의 출력전압 및 출력전류를 이용하여 출력전력을 결정하고, 현재 출력전력이 이전 출력전력보다 증가한 경우, 현재 추적방향과 동일한 방향으로 소정 전압만큼 이동하여 기준전압을 설정하고, 현재 출력전력이 이전 출력전력보다 감소한 경우, 현재 추적방향과 반대 방향으로 소정 전압만큼 이동하여 기준전압을 설정하는 것에 의해 변동관찰에 의해 최대전력점을 추적하는 태양광 발전 시스템.
9. The apparatus according to claim 8,
The output voltage is determined by using the output voltage and the output current of the solar array, and when the present output power is higher than the previous output power, the reference voltage is set by moving a predetermined voltage in the same direction as the current tracking direction, Wherein when the power is lower than the previous output power, the maximum power point is traced by the variation observation by moving the predetermined voltage in the direction opposite to the current tracking direction to set the reference voltage.
제8항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 변동관찰에 의해 결정된 최적전력점에서의 전압과, 플래그, 및 개방전압의 소정 비율에 해당하는 외란을 통해 기준전압을 설정하고, 전압변화량에 대한 전력변화량의 기울기를 계산하여, 상기 기울기가 양인 경우 현재 추적방향과 동일한 방향으로 소정 전압만큼 이동하여 기준전압을 설정하는 것에 의해 개방전압에 대한 외란을 소정 비율로 설정하여 최대전력점을 추적하는 태양광 발전 시스템.
9. The apparatus according to claim 8,
A reference voltage is set through a disturbance corresponding to a predetermined ratio of the voltage at the optimum power point determined by the variation observation and a predetermined ratio of the flag and the open voltage and the slope of the power variation amount with respect to the voltage variation amount is calculated, And sets a reference voltage by moving a predetermined voltage in the same direction as the current tracking direction to set a disturbance with respect to the open voltage at a predetermined ratio to track the maximum power point.
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