KR20200105286A - 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추적 절체 시스템 - Google Patents

태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추적 절체 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양전지 전압이 변동하여 기준전압에 따라 MPPT 모드가 절체되어도 불연속 구간이 발생하지 않게 하는 효과가 있다.

Description

태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추적 절체 시스템 {Maximum Power Point TRACKING SWITCHOVER SYSTEM OF SOLAR ENERGY GENERATION SYSTEM}
본 발명은 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추적 절체 시스템에 관한 것으로, 절체시 태양전지의 전압과 전류의 변동이 없게 하는 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추적 절체 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 태양광 에너지는 유지 보수가 간편하고, 장시간 사용이 가능하다는 장점에서 다른 신재생 에너지에 비해 대용량 발전시스템 설비가 늘어나고 있으며, 그에 따라 시스템의 세부적인 연구 및 개발이 활발하게 진행되고 있다.
그 중 태양광 발전 시스템의 태양광 패널은 일사량과 온도의 변화에 따라 개방 전압과 단락 전류의 출력 특성이 변화하게 되며, 그에 따라 효율을 최대화할 수 있는 최대전력 출력점의 위치도 변하게 된다.
이와 같이 외부환경 변화에 따라서, 최대전력 출력점의 변화로 태양전지 전압이 변동하기 때문에 태양광 발전 시스템은 최대전력 출력점에서 운전할 수 있는 MPPT 알고리즘의 성능이 매우 중요하다.
그러므로 외부 환경 변화에 따른 태양전지 전압의 기준을 선정과 각기 다른 MPPT 모드와 알고리즘을 사용하여 고효율 운전을 달성할 수 있다.
MPPT 모드에 따라 다른 MPPT 알고리즘을 수행하는 도중 MPPT 모드 절체가 요구될 시에는, 태양전지 전압, 전류에서 불연속성이 발생하면 태양광 발전 시스템에 큰 영향을 끼치므로, 절체 시 태양전지 전압과 전류의 변동이 없는 무순단 MPPT 운전모드 절체 기법이 요구되고 있는 실정이다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 절체시 태양전지의 전압과 전류의 변동이 없게 하는 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추적 절체 시스템을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
전술한 본 발명의 목적은, 태양발전 시스템의 최대 전력점 추적 무순단 절체기법에 있어서, 태양광을 통해 에너지를 생산하는 태양전지 어레이; 태양광을 통해 전력을 공급받아 기준접압 초과여부에 따라 MPPT를 수행하는 제1 수행부; 상기 태양전지 어레이를 통해 에너지를 공급받아 기준전압 초과여부에 따라 MPPT를 수행하는 제2 수행부;를 포함하는 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추적 절체 시스템을 제공함으로써 달성된다.
또한, 상기 제1 수행부는 DC 변환부인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 수행부는 AC 변환부인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 수행부와 상기 제2 수행부 사이에는 DC 연결부가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 수행부는 상기 태양광 어레이로부터 공급되는 전압이 기준전압 미만이면 제1 MPPT 모드를 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 수행부는 상기 태양광 어레이로부터 공급되는 전압이 기준전압 이상이면 제2 MPPT 모드를 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 DC 변환부는 단상 부스트 컨버터, 다상 부스트 컨버터 및 3 레베 부스트 컨버터 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 AC 변환부는 2레벨 인터버, 3레벨 인버터, 3상 인터버, 단상 인터버, 3상 3선식 인버터 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은, 태양전지 전압이 변동하여 기준전압에 따라 MPPT 모드가 절체되어도 불연속 구간이 발생하지 않게 하는 효과가 있다.
또한, 제1 수행부와, 제2 수행부를 구성하여 기준 전압에 따라 MPPT 모드가 절체되어도 효율적으로 불연속 구간이 발생하지 않게 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 절체 시스템을 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 절체 시스템에서 태양전지 전압이 기준전압 이상으로 증가할 때, 절체동작이 이루어지는 것을 나타내는 그래프.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 절체 시스템에서 태양전지 전압이 기준전압 이상으로 증가할 때, 절체동작이 이루어지는 것을 나타내는 다른 그래프.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 절체 시스템에서 태양전지 전압이 기준전압 이상으로 증가할 때, 절체동작이 이루어지는 것을 나타내는 다른 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 절체 시스템에서 태양전지 전압이 기준전압 이상으로 증가할 때, 절체동작이 이루어지는 것을 나타내는 다른 그래프.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 절체 시스템에서 태양전지 전압이 기준전압으로 감소할때, 절체동작이 이루어지는 것을 나타내는 그래프.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 절체 시스템에서 태양전지 전압이 기준전압으로 감소할때, 절체동작이 이루어지는 것을 나타내는 다른 그래프.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 절체 시스템에서 태양전지 전압이 기준전압으로 감소할때, 절체동작이 이루어지는 것을 나타내는 다른 그래프.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 절체 시스템에서 태양전지 전압이 기준전압으로 감소할때, 절체동작이 이루어지는 것을 나타내는 다른 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 절체 시스템을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 절체 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템(100)의 최대 전력점 절체 시스템(100)은, 태양전지 어레이(110), 제1 수행부(130), 제2 수행부(170) 및 공급망(190)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 태양광 발전 시스템(100)의 최대 전력점 추적 절체 시스템(100)은, 태양전지 어레이(110)의 MPPT 동작범위를 넓히기 위하여, DC 변환부와 AC 변환부로 이루어진 2단 전력부를 포함할 수 있다.
본 발명은 태양광발전시스템(100)에서 MPPT (Maximum Power Point Tracking) 모드 절체 시 나타나는 태양전지 어레이(110)의 전압, 전류에서의 불연속 구간을 없애고 무순단으로 절체하는 시스템(100)이다.
태양전지 어레이(110)는 일사량과 온도의 변화에 따라 태양전지의 개방 전압과 단락 전류의 출력 특성이 변화하게 되며, 그에 따라 효율을 최대화할 수 있는 최대전력 출력점의 위치도 변화한다.
이와 같이, 외부 환경에 따라서 최대전력 출력점의 변화로 태양전지전압이 변동하기 때문에 안정적인 전력공급을 위하여 기준전압을 선정하여 MPPT 모드를 구분하고, 각 MPPT 모드사이에서 절체되는 과정에서 나타나는 불연속 구간을 제거하는 시스템이다.
MPPT 모드1 (제1 MPPT 모드)에서 기준전압 V2 이상으로 태양전지 전압이 증가하는 경우, MPPT 모드2 (제2 MPPT 모드)로 절체되며, 절체 시 절체순간의 태양전지 전압을 DC 링크전압 제어기의 초기치로 설정한다.
MPPT 모드2에서 기준전압 V2 이하로 태양전지 전압이 감소하는 경우, MPPT 모드1으로 절체되며, 절체 시 DC 링크 전압제어기 명령치는 기준전압 V2에서 기준전압 V1으로 증가하며, DC 변환부는 Duty 제어를 통하여 태양전지 전압을 기준전압 V2로 일정하게 유지하는 전이구간을 통하여 태양전지 전압, 전류에서 불연속이 발생하지 않고, 무순단 절체가 가능하게 할 수 있다.
한편, 상기 태양전지 어레이(110)는, 태양광을 통해 에너지를 생산할 수 있다.
상기 제1 수행부(130)는, 태양광을 통해 전력을 공급받아 기준접압 초과여부에 따라 MPPT를 수행할 수 있다.
여기서, 상기 제1 수행부(130)는, DC 변환부 일 수 있다.
상기 제2 수행부(170)는, 상기 태양전지 어레이(110)를 통해 에너지를 공급받아 기준전압 초과여부에 따라 MPPT를 수행할 수 있다.
상기 제2 수행부(170)는 AC 변환부 일 수 있다.
여기서, 상기 제2 수행부(170)는 상기 태양광 어레이(110)로부터 공급되는 전압이 기준전압 이상이면 제2 MPPT 모드를 수행할 수 있다.
한편, 상기 제1 수행부(130)와 상기 제2 수행부(170) 사이에는 DC 연결부(150)가 더 구비될 수 있다.
여기서, 상기 DC 변환부는 단상 부스트 컨버터, 다상 부스트 컨버터 및 3 레베 부스트 컨버터 중 어느 하나 일 수 있다.
그리고, 상기 AC 변환부는 2레벨 인터버, 3레벨 인버터, 3상 인터버, 단상 인터버, 3상 3선식 인버터 일 수 있다.
한편, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 절체 시스템(100)에서 태양전지 전압이 기준전압 이상으로 증가할 때, 절체동작이 이루어지는 것을 나타내는 그래프이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 절체 시스템(100)에서 태양전지 전압이 기준전압 이상으로 증가할 때, 절체동작이 이루어지는 것을 나타내는 다른 그래프이다.
또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 절체 시스템(100)에서 태양전지 전압이 기준전압 이상으로 증가할 때, 절체동작이 이루어지는 것을 나타내는 다른 그래프이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 절체 시스템(100)에서 태양전지 전압이 기준전압 이상으로 증가할 때, 절체동작이 이루어지는 것을 나타내는 다른 그래프이다.
또한, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 절체 시스템(100)에서 태양전지 전압이 기준전압으로 감소할때, 절체동작이 이루어지는 것을 나타내는 다른 그래프이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 절체 시스템(100)에서 태양전지 전압이 기준전압으로 감소할때, 절체동작이 이루어지는 것을 나타내는 다른 그래프이다.
또한, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 절체 시스템(100)에서 태양전지 전압이 기준전압으로 감소할때, 절체동작이 이루어지는 것을 나타내는 다른 그래프이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 절체 시스템(100)에서 태양전지 전압이 기준전압으로 감소할때, 절체동작이 이루어지는 것을 나타내는 다른 그래프이다.
도 2 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 태양전지 전압이 기준전압 V1 이상으로 증가할 경우 MPPT 모드1 (제1 MPPT 모드)에서 MPPT 모드2 (제2 MPPT 모드)로 절체되는 무순단 절체동작을 나타낸다.
도 2 내지 도 5에서 VDC, VPV, IPV, Duty는 각각 DC-DC 전력 변환부와 DC-AC 전력 변환부 사이의 DC-Link부(DC 연결부(150))의 전압, 태양전지 전압, 태양전지 전류, DC-DC 전력 변환부의 duty 명령치를 나타낸다.
MPPT 모드1에서 ΔDuty의 감소에 따른 입력전압과 출력전압의 관계로 인해 태양전지 전압이 증가하다가 기준전압 V1 이상이 되면 MPPT 모드가 절체된다.
모드 절체 시 기존 MPPT 모드1에서 계산되어지던 태양전지 전압을 MPPT 모드2의 DC-Link 전압 제어기의 명령치로 설정하며, Duty는 0으로 고정하여 무순단 절체동작을 수행하며, 태양전지 전압, 전류에서 불연속 구간이 발생하지 않는다.
MPPT 모드2에서는 DC 링크 전압 제어기의 명령치를 제어함으로써 최대전력 출력점을 추종하게 된다.
도 6 내지 도 9는, 태양전지 전압이 기준전압 V2 이하로 감소할 경우, MPPT 모드2에서 MPPT 모드1로 절체되는 무순단 절체동작을 나타내고 있다.
VDC, VPV, IPV, Duty는 각각 DC-DC 전력 변환부와 DC-AC 전력 변환부 사이의 DC-Link부(DC 연결부)의 전압, 태양전지 전압, 태양전지 전류, DC-DC 전력 변환부의 duty 명령치를 나타낸다.
MPPT 모드2에서 낮아진 최대전력 출력점으로 추종해가기 위하여 ΔVpv로 감소시켜 태양전지 전압을 감소하던 도중 기준전압 V2 이하가 되면 MPPT 모드 2에서 MPPT 모드 1으로 절체된다.
모드 절체 시 모드 1에서 곧바로 MPPT 알고리즘을 수행하지 않고, DC 링크 전압 제어기의 명령치를 현재의 기준전압 V2로부터 기준전압 V1로 소프트 스타트를 통해 증가시킨다. 소프트 스타트 기울기는 태양전지 특성에 따라 선형 또는 비선형일 수 있다.
DC 링크 전압 제어기의 명령치의 증가에 비례하여 태양전지 입력전압과 출력전압의 관계에 따른 Duty를 증가시켜 태양전지 전압을 기준전압 V2로 유지시킨다.
이러한 전이 과정을 통하여 무순단 절체를 수행하며, 태양전지 전압, 전류에서 불연속 구간이 발생하지 않고 최대전력 출력점을 추종하게 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 태양전지 전압이 변동하여 기준전압에 따라 MPPT 모드가 절체되어도 불연속 구간이 발생하지 않게 한다.
또한, 제1 수행부(130)와, 제2 수행부(170)를 구성하여 기준 전압에 따라 MPPT 모드가 절체되어도 효율적으로 불연속 구간이 발생하지 않게 한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 일실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있고, 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
100: 시스템 110: 태양전지 어레이
130: 제1 수행부 150: 연결부
170: 제2 수행부 190: 공급망

Claims (8)

  1. 태양발전 시스템의 최대 전력점 추적 절체 시스템에 있어서,
    태양광을 통해 에너지를 생산하는 태양전지 어레이;
    태양광을 통해 전력을 공급받아 기준접압 초과여부에 따라 MPPT를 수행하는 제1 수행부;
    상기 태양전지 어레이를 통해 에너지를 공급받아 기준전압 초과여부에 따라 MPPT를 수행하는 제2 수행부;
    를 포함하는 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추적 절체 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 수행부는 DC 변환부인 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추적 절체 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 수행부는 AC 변환부인 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추적 절체 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 수행부와 상기 제2 수행부 사이에는 DC 연결부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추적 절체 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 수행부는 상기 태양광 어레이로부터 공급되는 전압이 기준전압 미만이면 제1 MPPT 모드를 수행하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추적 절체 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 수행부는 상기 태양광 어레이로부터 공급되는 전압이 기준전압 이상이면 제2 MPPT 모드를 수행하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추적 절체 시스템.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 DC 변환부는 단상 부스트 컨버터, 다상 부스트 컨버터 및 3 레베 부스트 컨버터 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추적 절체 시스템.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 AC 변환부는 2레벨 인터버, 3레벨 인버터, 3상 인터버, 단상 인터버, 3상 3선식 인버터 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추적 절체 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113110666A (zh) * 2021-03-05 2021-07-13 上海空间电源研究所 一种基于空间热离子发电装置的电源系统及控制方法

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CN113110666A (zh) * 2021-03-05 2021-07-13 上海空间电源研究所 一种基于空间热离子发电装置的电源系统及控制方法

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