KR20220074769A - Integrated power supply for controlling voltage - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 전압제어를 하는 일체형 전력공급장치는, 광전반응에 의해 직류전력을 생산하는 태양광 모듈과, 태양광 모듈과 병렬 연결되며, 전력을 생산하는 연료전지 모듈과, 태양광 모듈 및 연료전지 모듈의 출력을 측정하고 태양광 모듈과 연료전지 모듈 사이에 역조류 흐름을 방지하는 병렬연결부와, 태양광 모듈과 연료전지 모듈의 출력을 합한 만큼의 전력을 수전하여 부하에 송전하는 전력변환부와, 병렬연결부에서 태양광 모듈의 출력전압(VPV(t)), 연료전지 모듈의 출력전압(VFC(t)) 및 전력변환부의 출력전력(PTotal(t))을 수신하고, 부하의 요구전력(PLoad(t)) 변화와 태양광 모듈의 출력전압(VPV(t)) 변화에 따라 전력변환부의 입력전압지령치(V*Total(t)) 및 입력전류지령치(I*Total(t))를 계산하는 제어부를 포함하고, 전력변환부는 제어부의 제어에 따라서 부하에 대한 정전압 운전을 수행하여 부하에 필요한 전력을 안정적으로 공급할 수 있다. The integrated power supply device for voltage control according to the present invention includes a photovoltaic module for generating DC power by photoelectric reaction, a fuel cell module connected in parallel with the photovoltaic module and generating power, a photovoltaic module and fuel A parallel connection unit that measures the output of the cell module and prevents reverse current flow between the photovoltaic module and the fuel cell module, and a power conversion unit that receives and transmits power to the load as much as the sum of the outputs of the photovoltaic module and the fuel cell module Receives the output voltage (V PV (t)) of the solar module, the output voltage (V FC (t)) of the fuel cell module, and the output power (P Total (t)) of the power converter from the parallel connection unit, and the load The input voltage command value (V* Total (t)) and input current command value (I* Total ) of the power conversion unit according to the change in the required power (P Load (t)) and the output voltage (V PV (t)) of the photovoltaic module. ( t)), and the power conversion unit can stably supply power required to the load by performing a constant voltage operation on the load according to the control of the control unit.

Description

전압제어를 하는 일체형 전력공급장치{Integrated power supply for controlling voltage} Integrated power supply for controlling voltage

본 발명은 태양광 발전장치와 연료전지 발전장치를 포함하는 직류 출력 발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전압제어를 하는 일체형 전력공급장치에 관한 것이다. The present invention relates to a direct current output power generation system including a solar power generation device and a fuel cell power generation device, and more particularly, to an integrated power supply device for voltage control.

온실효과 발생물질이자 화석연료 소비에 의해 대량 발생하는 이산화탄소, 질소산화물, 휘발성유기화합물(VOC) 등의 배출을 저감하기 위하여 재생에너지 및 신에너지 발전방식이 다수 제안되고 또 활용되고 있다. 이런 발전 방식들은 기후 등 자연환경의 영향을 많이 받거나 대규모 제작에 대한 경제적 또는 기술적인 제약에 의해 가능하거나 필요한 규모에 따라 나누어 설치하게 되며, 상기한 대로 전원이 분산화, 다변화하면서 일정 구역 내에서 생산한 전력을 자체 소비하는 마이크로그리드 관련 기술이 주목받게 되었다. A number of renewable and new energy power generation methods have been proposed and used to reduce emissions of carbon dioxide, nitrogen oxides, and volatile organic compounds (VOCs), which are substances that generate a greenhouse effect and are mass-produced by the consumption of fossil fuels. These power generation methods are greatly affected by the natural environment such as climate, or are installed according to the possible or necessary scale due to economic or technical constraints on large-scale production. Microgrid-related technologies that consume electricity by themselves have attracted attention.

마이크로그리드의 경우 송전에 필요한 거리가 기존 계통 대비 짧고, 반도체 소자를 이용해 직류전력의 전압을 용이하게 조정하는 기술이 상용화되어 직류전력에 기반한 마이크로그리드가 제안 및 활용되고 있으며, 이러한 직류 기반 마이크로그리드의 경우 직류를 발생시키는 전력원을 위주로 구성된다. In the case of microgrids, the distance required for power transmission is shorter than that of the existing system, and the technology for easily adjusting the voltage of DC power using semiconductor devices has been commercialized, so microgrids based on DC power are being proposed and utilized. In this case, it is mainly composed of a power source that generates direct current.

신재생에너지 발전 중에서 태양광 발전과 연료전지 발전은 발전출력이 직류 형태라는 공통점을 갖고 있지만, 직렬 연결을 통해 쉽게 고전압 출력이 가능한 태양광과 다르게 연료전지는 발전을 담당하는 스택의 고집적화가 어려워 상대적으로 낮은 출력전압을 갖는다. 또한 태양광은 직사광선을 원천으로 하므로 시간과 공간의 제약이 발생하고 출력을 제어하기 어려운 반면 연료전지는 출력 변동속도에 제약은 있으나 연료 공급량의 조절 등을 통해 사용자가 원하는 출력을 발생시킬 수 있다. Among new and renewable energy generation, solar power generation and fuel cell power generation have in common that their power generation output is in the form of direct current. has a low output voltage. In addition, since sunlight is a source of direct sunlight, it is limited in time and space and it is difficult to control the output, whereas fuel cells have limitations in the speed of output fluctuation, but the user can generate the desired output by adjusting the amount of fuel supplied.

연료전지와 태양광 발전장치를 이용하여 전력 시스템을 구축하는 데 있어, 상용 교류전력을 사용하는 부하에 연결하기 위하여 각 발전장치가 계통교류출력을 낼 수 있도록 연계형 인버터를 구비하여 각 발전장치가 교류출력을 발생시키고 부하가 출력된 교류전력을 수전하도록 구성되는 것이 일반적이다. 직류 기반 전력시스템을 구성할 때에도 발전원별로 출력제어를 위한 장치를 구비하며, 특히 연료전지 발전장치의 경우 출력에 따른 보조장치(BOP)의 제어를 수행하기 위하여 전력변환장치를 포함하여 연료전지 전체를 제어한다. In constructing a power system using fuel cells and solar power generation devices, each power generation device is equipped with a linkage inverter so that each power generation device can generate a grid AC output in order to connect it to a load using commercial AC power. It is generally configured to generate an AC output and a load to receive the output AC power. Even when composing a DC-based power system, a device for controlling the output for each power source is provided. In particular, in the case of a fuel cell power generation device, the entire fuel cell including the power converter is provided to control the auxiliary device (BOP) according to the output. to control

도 1은 태양광 모듈의 출력 특성과 최대 출력점 곡선을 나타내는 도면이다. 1 is a view showing the output characteristics and the maximum output point curve of a solar module.

태양광 모듈은 일사량에 따라 출력이 증가하고 온도가 상승하면 출력이 감소하는 성질이 있다. 특정 일사량 및 온도조건에서는 전류가 증가하면 전압이 감소하는 경향이 있는데, 일정 수준까지는 전류의 감소가 거의 없어 전압 증가에 따라 출력이 선형적으로 증가하나, 특정 지점 이상에서 전압이 증가하면 전류가 급격히 감소하는 성질이 있다. 그러므로 태양광 출력을 부하에 전달하는 전력변환장치는 태양광 발전 효율을 최대화하기 위해 최대 출력이 발생하는 전압을 입력기준전압으로 하여 동작하며 이 과정을 최대전력점 추종 알고리즘(Maximum Power Point Tracking, MPPT)이라고 부른다. 최대전력점을 추종하는 태양광 모듈 출력은 전류가 증가할수록 전압이 증가하는 관계가 있다.The solar module has a property that the output increases according to the amount of insolation and the output decreases when the temperature rises. Under certain insolation and temperature conditions, when the current increases, the voltage tends to decrease. There is almost no decrease in the current up to a certain level, so the output increases linearly as the voltage increases. It has a decreasing property. Therefore, the power converter that delivers the solar output to the load operates by using the voltage at which the maximum output occurs as the input reference voltage to maximize the solar power generation efficiency, and this process is performed using the Maximum Power Point Tracking (MPPT) algorithm. ) is called The solar module output that tracks the maximum power point has a relationship that the voltage increases as the current increases.

도 2는 연료전지 셀의 출력 특성을 나타내는 도면이다. 2 is a diagram illustrating output characteristics of a fuel cell.

한편 연료전지 스택의 경우 전류가 증가하면서 내부저항에 의해 출력전력이 감소한다. 스택의 최대출력 범위 내에서 연료극 및 공기극을 통과하는 기체의 유량이 증가할수록 출력이 증가하는 경향이 있으나, 셀 일부분의 연료 농도가 감소하거나 연료 공급량 대비 높은 전류가 인출될 경우 출력전압이 급격하게 감소하게 되며, 이러한 현상이 장시간 지속되는 경우 스택의 손상이 발생할 수 있어 연료전지 스택을 운전할 때는 전기 출력에 대한 당량 대비 일정 수준을 초과하는 연료 공급이 이루어진다. 연료전지의 직류출력을 변환하는 전력변환장치는 연결되는 회로의 특성에 따라 전류제어와 전압제어를 상호 전환할 수 있다. Meanwhile, in the case of the fuel cell stack, as the current increases, the output power decreases due to the internal resistance. The output tends to increase as the flow rate of gas passing through the anode and cathode increases within the maximum output range of the stack. If this phenomenon continues for a long time, damage to the stack may occur. Therefore, when the fuel cell stack is operated, the fuel supply exceeds a certain level compared to the equivalent to the electric output. The power converter for converting the DC output of the fuel cell can switch between current control and voltage control according to the characteristics of the circuit to be connected.

(선행문헌 1) 등록번호 제10-1267803호, 2013년 5월 31일 공고, 이종 전력망간 인터페이스를 위한 경제형 계통연계 PCS(Prior Document 1) Registration No. 10-1267803, Announced on May 31, 2013 Economical grid-connected PCS for interfacing between heterogeneous power grids

태양광 모듈과 연료전지 스택의 출력 특성을 유효하게 활용하여, 입력전압의 제어를 수행하는 단일한 구성의 전력변환장치를 통해 병렬로 연결된 직류전원으로부터 부하에 필요한 전원을 제공하는 일체형 전력공급장치를 제공한다. By effectively utilizing the output characteristics of the solar module and the fuel cell stack, an integrated power supply device that provides the power required for the load from a DC power connected in parallel through a power conversion device of a single configuration that controls the input voltage. to provide.

연료전지 스택과 태양광 모듈의 출력을 개별적으로 변환하는 것이 아니라 태양광 모듈과 연료전지 스택의 출력단을 병렬로 연결하고 결합한 직류출력을 전력변환장치를 통해 부하에 공급하여, 제어 단계를 단순화하면서도 안정된 전류 및 전압범위를 확보하는 방법을 제공한다. Rather than converting the outputs of the fuel cell stack and the solar module individually, the output terminals of the solar module and the fuel cell stack are connected in parallel and the combined DC output is supplied to the load through the power converter, simplifying the control step and providing a stable A method for securing current and voltage ranges is provided.

본 발명에 따른 전압제어를 하는 일체형 전력공급장치는, 광전반응에 의해 직류전력을 생산하는 태양광 모듈과, 태양광 모듈과 병렬 연결되며, 전력을 생산하는 연료전지 모듈과, 태양광 모듈 및 연료전지 모듈의 출력을 측정하고 태양광 모듈과 연료전지 모듈 사이에 역조류 흐름을 방지하는 병렬연결부와, 태양광 모듈의 출력전력(PPV(t))과 연료전지 모듈의 출력전력(PFC(t))을 합한 만큼의 전력을 수전하여 부하에 송전하는 전력변환부와, 병렬연결부에서 태양광 모듈의 출력전압(VPV(t)), 연료전지 모듈의 출력전압(VFC(t)) 및 전력변환부의 입력전력(PTotal(t))을 수신하고, 부하의 요구전력(PLoad(t)) 변화와 태양광 모듈의 출력전압(VPV(t)) 변화에 따라 전력변환부의 입력전압지령치(V*Total(t)) 및 입력전류지령치(I*Total(t))를 계산하는 제어부를 포함하고, 전력변환부는 제어부의 제어에 따라서 부하에 대한 정전압 운전을 수행하여 부하에 필요한 전력을 안정적으로 공급할 수 있다. The integrated power supply device for voltage control according to the present invention includes a photovoltaic module for generating DC power by photoelectric reaction, a fuel cell module connected in parallel with the photovoltaic module and generating power, a photovoltaic module and fuel A parallel connection part that measures the output of the cell module and prevents reverse current flow between the photovoltaic module and the fuel cell module, and the output power of the photovoltaic module (P PV (t)) and the output power of the fuel cell module (P FC ( t)), the power conversion unit receives and transmits power to the load, and the output voltage of the solar module (V PV (t)) and the output voltage of the fuel cell module (V FC (t)) And it receives the input power (P Total (t)) of the power converter, and according to the change in the required power (P Load (t)) of the load and the change in the output voltage (V PV (t)) of the solar module, the input of the power converter a control unit for calculating a voltage command value (V* Total (t)) and an input current command value (I* Total( t)) can be supplied stably.

전력공급장치가 변동이 없는 정적 부하에 전력을 공급할 때, 제어부는 태양광 모듈의 출력전력(PPV(t))과 연료전지 모듈의 출력전력(PFC(t))이 합이 부하전압(VLoad(t))에 관계없이 일정 범위 내를 유지되도록 하면서 태양광 모듈의 출력전압(VPV(t))을 기준으로 전력변환부의 운전을 제어할 수 있다. When the power supply device supplies power to a static load that does not fluctuate, the control unit calculates the sum of the output power (P PV (t)) of the solar module and the output power (P FC (t)) of the fuel cell module to the load voltage ( The operation of the power converter can be controlled based on the output voltage (V PV (t)) of the solar module while maintaining within a certain range regardless of V Load (t)).

전력공급장치가 변동성을 가지는 부하에 전력을 공급할 때, 제어부는 태양광 모듈의 출력전류(IPV(t))와 연료전지 모듈의 출력전류(IFC(t))의 합이 부하전압(VLoad(t))의 변동에 대응하도록 하면서, 부하의 요구전력(PLoad(t))을 기준으로 전력변환부의 운전을 제어할 수 있다. When the power supply device supplies power to a load having variability, the controller determines that the sum of the output current (I PV (t)) of the solar module and the output current (I FC (t)) of the fuel cell module is the load voltage (V). It is possible to control the operation of the power conversion unit based on the required power (P Load (t)) of the load while responding to the change in Load (t)).

전력변환부의 출력에 병렬로 연결되며, 입력되는 전력(PTotal(t))과 부하의 요구전력(PLoad(t))의 차이가 발생할 때 과부족 전력을 수용하는 버퍼를 더 포함할 수 있다. It is connected in parallel to the output of the power conversion unit, when a difference between the input power (P Total (t)) and the required power of the load (P Load (t)) may further include a buffer for accommodating the excess or insufficient power.

제어부는 태양광 모듈의 전압출력값(VPV(t)), 태양광 모듈의 전류출력값(IPV(t)), 연료전지 모듈의 전압출력값(VFC(t)), 연료전지 모듈의 전류출력값(IFC(t))을 수신하고, 부하의 요구전력(PLoad(t))에 따른 전력변환부의 입력전류량(ITotal(t))을 계산하고, 태양광 모듈의 상태를 확인하고, 태양광 모듈로부터의 출력전력(PPV(t))을 최대한으로 인출하되 부하에 충분한 전력공급이 가능하도록 입력전압지령치(V*Total(t))을 계산하고, 입력전압지령치(V*Total(t))에 따른 태양광 모듈의 출력전류지령치(I*PV(t)) 및 연료전지 모듈의 출력전류지령치(I*FC(t))를 계산하고, 연료전지 모듈의 출력전류지령치(I*FC(t))에 근거하여, 연료 공급량이 충족되도록 연료전지 모듈의 출력전류(IFC(t))를 제어할 수 있다. The control unit controls the voltage output value of the solar module (V PV (t)), the current output value of the solar module (I PV (t)), the voltage output value of the fuel cell module (V FC (t)), and the current output value of the fuel cell module. (I FC (t)) is received, and according to the required power of the load (P Load (t)) Calculate the amount of input current (I Total (t)) of the power conversion unit, check the state of the solar module, and draw the output power (P PV (t)) from the solar module to the maximum, but if sufficient power is supplied to the load Calculate the input voltage command value (V* Total (t)) to make it possible , and the output current command value (I* PV (t)) of the solar module and the Calculate the output current command value (I* FC (t)), and based on the output current command value (I* FC (t)) of the fuel cell module, the output current of the fuel cell module (I FC (t)) )) can be controlled.

제어부는 연료전지 모듈의 출력전류지령치(I*FC(t))에 근거하여, 연료 공급량이 충족되도록 연료전지 모듈의 출력전류(IFC(t))를 제어하기 위하여 연료전지 모듈에 포함되어 수소를 공급하는 연료공급기 및 산소를 공급하는 블로워의 출력을 조정할 수 있다. The control unit is included in the fuel cell module to control the output current (I FC (t)) of the fuel cell module so that the fuel supply amount is satisfied based on the output current command value (I* FC (t)) of the fuel cell module. It is possible to adjust the output of the fuel supply to supply and the blower to supply oxygen.

태양광 모듈의 출력전압(VPV(t))이 소정의 기준값(VPV_Low) 미만인 경우(VPV(t)<VPV_Low), 제어부는 부하의 전력이 온전히 연료전지 모듈에 의해 공급되도록 제어하도록 부하의 요구전력을 발생하는 부하요구전압값(VLoad(t)) 및 부하요구전류값(ILoad(t))을 연료전지 모듈의 출력전력지령치(P*FC(t))로 지정할 수 있다. When the output voltage (V PV (t)) of the photovoltaic module is less than a predetermined reference value (V PV_Low ) (V PV (t)<V PV_Low ), the control unit controls so that the power of the load is completely supplied by the fuel cell module. The load demand voltage (V Load (t)) and load demand current (I Load (t)) that generate the required power of the load can be specified as the output power command value (P* FC (t)) of the fuel cell module. .

태양광 모듈의 출력전압(VPV(t))이 소정의 기준값(VPV_Low) 이상인 경우(VPV(t)≥VPV_Low), 태양광 모듈의 최대출력점전압(VPVMP)을 연료전지 모듈의 출력전압지령치(V*FC(t))로 지정할 수 있다. When the output voltage (V PV (t)) of the solar module is higher than the predetermined reference value (V PV_Low ) (V PV (t)≥V PV_Low ), the maximum output point voltage (V PVMP ) of the solar module is set to the fuel cell module It can be specified as the output voltage command value (V* FC (t)) of

제어부는 버퍼의 전력저장량을 수신하고, 버퍼의 전력저장량(PBuffer(t))이 일정 수준(PBuffer_Low) 미만인 경우, 태양광 모듈의 최대출력점전압(VPVMP)을 태양광 모듈의 전압지령치(V*PV(t))과 연료전지 모듈의 전압지령치(V*FC(t))로 지정하고, 버퍼의 전력저장량(PBuffer(t))이 일정 수준(PBuffer_Low) 이상일 경우 부하의 요구전력(PLoad(t))이 전력변환부의 입력전력(PTotal(t))이 되도록 입력전압지령치(V*Total(t)), 태양광 모듈의 출력전류지령치(I*PV(t)) 및 연료전지 모듈의 출력전류지령치(I*FC(t))를 지정함으로써 태양광 모듈의 출력전력(PPV(t))과 연료전지 모듈의 출력전력(PFC(t))을 제어할 수 있다. The control unit receives the power storage amount of the buffer, and when the buffer power storage amount (P Buffer (t)) is less than a certain level (P Buffer_Low ), the maximum output point voltage (V PVMP ) of the solar module is set to the voltage command value of the solar module (V* PV (t)) and the voltage command value of the fuel cell module (V* FC (t)), and when the amount of power stored in the buffer (P Buffer (t)) is above a certain level (P Buffer_Low ), the load demand Input voltage command value (V* Total (t)), output current command value of solar module (I* PV (t)) so that power (P Load (t)) becomes input power (P Total (t)) of the power conversion unit And by designating the output current command value (I* FC (t)) of the fuel cell module, the output power of the solar module (P PV (t)) and the output power of the fuel cell module (P FC (t)) can be controlled. have.

본 발명에 따르면, 태양광 모듈과 연료전지 스택의 출력특성을 유효하게 활용하여, 입력전압의 제어를 수행하는 단일한 구성의 전력변환장치를 통해 병렬로 연결된 직류전원으로부터 부하에 필요한 전원을 안정적으로 제공할 수 있다. According to the present invention, by effectively utilizing the output characteristics of the photovoltaic module and the fuel cell stack, the power required for the load is stably supplied from the DC power connected in parallel through the power conversion device of a single configuration that controls the input voltage. can provide

도 1은 태양광 모듈의 출력 특성과 최대 출력점 곡선을 나타내는 도면이다.
도 2는 연료전지 셀의 출력 특성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력공급장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 모듈의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압에 따른 전력공급장치의 출력 전류를 나타내고, 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력공급장치의 출력 전력을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 전압 증가시 전력공급장치의 내부 전력 변화를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬연결부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 버퍼가 추가된 전력공급장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력공급장치의 제어 흐름을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력공급장치의 전력 분배 및 출력 제어 흐름을 나타내는 도면이다.
1 is a view showing the output characteristics and the maximum output point curve of a solar module.
2 is a diagram illustrating output characteristics of a fuel cell.
3 is a diagram showing the configuration of a power supply device according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing the configuration of a fuel cell module according to an embodiment of the present invention.
5A is a diagram illustrating an output current of a power supply device according to a voltage according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a diagram illustrating an output power of the power supply device according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a change in internal power of a power supply device when a voltage of a solar module is increased according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram showing the configuration of a parallel connection unit according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram showing the configuration of a power supply to which a buffer is added according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating a control flow of a power supply device according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram illustrating a power distribution and output control flow of a power supply device according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related well-known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to intentions or customs of users and operators. Therefore, the definition should be made based on the content throughout this specification.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력공급장치(10)의 기본적인 구성을 나타낸 도면이다. 3 is a view showing the basic configuration of the power supply device 10 according to an embodiment of the present invention.

전력공급장치(10)는 전력원으로 쓰이는 태양광 모듈(110), 연료전지 모듈(120)과 병렬연결부(130), 전력변환부(140), 제어부(150)로 구성된다. 전력공급장치(10)는 태양광 모듈(110) 및 연료전지 모듈(120)로부터 생산된 전력을 병렬연결부(130)를 통해 전력변환부(140)를 이용하여 부하(20)로 공급한다. 부하(20)는 예를 들어 조명, 캠핑용 전기도구 등과 같은 장치일 수 있다. 전력공급장치(10)의 후단에는 인버터(도시되지 않음)를 연결하여 교류를 출력할 수도 있으나, 이하에서는 계통으로부터 전력을 공급받기 어려운 상황에서 사용되는 장치를 중심으로 기술한다.The power supply device 10 includes a solar module 110 used as a power source, a fuel cell module 120 and a parallel connection unit 130 , a power conversion unit 140 , and a control unit 150 . The power supply device 10 supplies power generated from the photovoltaic module 110 and the fuel cell module 120 to the load 20 by using the power conversion unit 140 through the parallel connection unit 130 . The load 20 may be, for example, a device such as a lighting, an electric tool for camping, and the like. An inverter (not shown) may be connected to the rear end of the power supply device 10 to output alternating current, but hereinafter, a device used in a situation in which it is difficult to receive power from the grid will be mainly described.

태양광 모듈(110)은 셀의 직병렬 연결을 통해 원하는 전압 및 전류 출력을 갖도록 조직된 태양광 발전장치이다. 태양광 모듈(110)은 광전반응에 의해 직류전력을 생산한다. The photovoltaic module 110 is a photovoltaic device organized to have a desired voltage and current output through a series-parallel connection of cells. The photovoltaic module 110 generates direct current power by a photoelectric reaction.

연료전지 모듈(120)은 연료와 산화제의 전기화학적 반응을 통해 전력을 생산한다. The fuel cell module 120 generates electric power through an electrochemical reaction between the fuel and the oxidizing agent.

병렬연결부(130)는 태양광 모듈(110) 및 연료전지 모듈(120)의 출력을 측정하고 태양광 모듈(110)과 연료전지 모듈(120) 사이에 역조류 흐름을 방지한다.The parallel connection unit 130 measures the outputs of the solar module 110 and the fuel cell module 120 and prevents reverse current flow between the solar module 110 and the fuel cell module 120 .

전력변환부(140)는 병렬연결부(130) 및 제어부(150)와 연결된다. 전력변환부(140)는 태양광 모듈(110)의 출력전력(PPV(t))과 연료전지 모듈(120)의 출력전력(PFC(t))을 합한 만큼의 전력을 수전하여 부하(20)에 송전한다. 변환 과정의 손실을 감안하지 않는 경우, 전력변환부(140)에서 출력전력의 총합은 전력변환부(140)의 입력전력의 합과 같다 The power conversion unit 140 is connected to the parallel connection unit 130 and the control unit 150 . The power conversion unit 140 receives power as much as the sum of the output power (P PV (t)) of the solar module 110 and the output power (P FC (t)) of the fuel cell module 120 to receive the load ( 20) is transmitted. When the loss of the conversion process is not taken into account, the sum of the output powers from the power conversion unit 140 is equal to the sum of the input powers of the power conversion unit 140 .

이하에서, PTotal(t)은 전력변환부(140)의 입력전력을 나타내고, PLoad(t)는 전력변환부(140)의 출력전력이며, 부하(20)의 요구전력을 나타낸다. Hereinafter, P Total (t) represents the input power of the power conversion unit 140 , P Load (t) is the output power of the power conversion unit 140 , and represents the required power of the load 20 .

제어부(150)는 병렬연결부(130)에서 태양광 모듈(110)의 출력전압(VPV(t)), 연료전지 모듈(120)의 출력전압(VFC(t)) 및 전력변환부(140)의 입력전력(PTotal(t))을 수신한다. 제어부(150)는 부하(20)의 요구전력(PLoad(t)) 변화와 태양광 모듈(110)의 출력전압(VPV(t)) 변화에 따라 전력변환부(140)의 입력전압지령치(V*Total(t)) 및 입력전류지령치(I*Total(t))를 계산하여 변화시킬 수 있다. 전력변환부(140)는 제어부(150)의 제어에 따라서 부하(20)에 대한 정전압 운전을 수행하여 부하(20)에 필요한 전력(PLoad(t))을 안정적으로 공급할 수 있다. The control unit 150 includes the output voltage (V PV (t)) of the solar module 110, the output voltage (V FC (t)) of the fuel cell module 120 and the power conversion unit 140 in the parallel connection unit 130 . ) of the input power (P Total (t)) is received. The control unit 150 is the input voltage command value of the power conversion unit 140 according to the change in the required power (P Load (t)) of the load 20 and the output voltage (V PV (t)) change of the solar module 110 (V* Total (t)) and input current command value (I* Total( t)) can be calculated and changed. The power conversion unit 140 may perform a constant voltage operation on the load 20 according to the control of the control unit 150 to stably supply power P Load (t) required to the load 20 .

태양광 모듈(110)과 연료전지 모듈(120)의 구성, 전압 및 전류 사양은 대응하는 부하(20)의 특성에 의해 변경될 수 있다. 부하의 가용전압은 대체로 규격을 통해 정의되므로, 예를 들어 캠핑에 필요한 전기장치의 경우 24[V]등 12의 배수를 최소전압으로 하여 태양광 모듈(110)과 연료전지 모듈(120)의 정격전압을 지정할 수 있으며, 다양한 전압을 가지는 부하에 전력을 공급해야 할 경우, 전압 범위의 중간을 태양광 모듈(110)과 연료전지 모듈(120)의 정격으로 두고, 전력변환부(140)가 정격대비 높거나 낮은 각 부하전압을 출력하기 위한 전압조정회로를 더 포함하여 구성될 수도 있다. The configuration, voltage, and current specifications of the solar module 110 and the fuel cell module 120 may be changed according to characteristics of the corresponding load 20 . Since the available voltage of the load is generally defined through the standard, for example, in the case of an electric device required for camping, a multiple of 12 such as 24 [V] is the minimum voltage, and the rating of the solar module 110 and the fuel cell module 120 is Voltage can be specified, and when it is necessary to supply power to a load having various voltages, the middle of the voltage range is set as the rating of the solar module 110 and the fuel cell module 120, and the power converter 140 is rated It may be configured to further include a voltage adjustment circuit for outputting each load voltage higher or lower than the corresponding one.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 모듈(120)의 구성을 나타내는 도면이다. 4 is a diagram showing the configuration of a fuel cell module 120 according to an embodiment of the present invention.

연료전지 모듈(120)은 연료전지 스택(121)과 연료공급기(122), 블로워(123), 수분분리기(124), 냉각기(125) 등 연료/산화제 공급과 전력 출력을 원활하게 수행하기 위한 보조장치들을 포함하여 구성된다. The fuel cell module 120 is a fuel cell stack 121 , a fuel supply 122 , a blower 123 , a moisture separator 124 , and a cooler 125 , etc. Auxiliary for smoothly supplying fuel/oxidant and power output It consists of devices.

연료공급기(122)는 연료로서 수소를 공급받아 수분분리기(124)로 전달한다.The fuel supply 122 receives hydrogen as fuel and delivers it to the water separator 124 .

냉각기(125)는 냉각수가 저장된 냉각수 탱크(도시되지 않음)으로부터 냉각수를 연료전지 스택(121)으로 공급한다.The cooler 125 supplies coolant to the fuel cell stack 121 from a coolant tank (not shown) in which coolant is stored.

블로워(123)는 산소를 연료전지 스택(121)으로 공급한다. The blower 123 supplies oxygen to the fuel cell stack 121 .

연료전지 스택(121)은 연료공급기(122)로부터 공급된 수소와 블로워(123)로부터 공급된 산소를 이용하여 직류전력을 출력한다. 연료전지 스택(121)은 적층된 다수의 센들로 구성되어 있으며, 물, 연료, 공기 등이 각 셀로 공급되도록 설계되어 있다. The fuel cell stack 121 outputs DC power using hydrogen supplied from the fuel supply unit 122 and oxygen supplied from the blower 123 . The fuel cell stack 121 is composed of a plurality of stacked sensors, and is designed to supply water, fuel, air, etc. to each cell.

수분분리기(124)는 연료전지 스택(121)에서 생성된 수분을 배출시킨다. The moisture separator 124 discharges moisture generated in the fuel cell stack 121 .

도 3의 제어부(140)는 연료전지 모듈(120)의 출력전류지령치(I*FC(t))에 근거하여, 연료 공급량이 충족되도록 연료전지 모듈(120)의 출력전류(IFC(t))를 제어하기 위하여 연료전지 모듈(120)의 연료공급기(122) 및 블로워(123)의 출력을 조정할 수 있다. The control unit 140 of FIG. 3 controls the output current (I FC (t)) of the fuel cell module 120 to satisfy the fuel supply amount based on the output current command value (I* FC (t)) of the fuel cell module 120 . ), the outputs of the fuel supply unit 122 and the blower 123 of the fuel cell module 120 may be adjusted.

다시 도 3을 참조하면, 도 3은 명확한 표현을 위해 하나의 태양광 모듈(110) 및 하나의 연료전지 모듈(120)이 연결된 것으로 표시했으나 같은 특성을 같은 복수의 모듈이 연결될 수도 있다. 예를 들어, 복수의 태양광 모듈(110-1 내지 110-m)이 서로 병렬로 연결되고, 복수의 연료전지 모듈(120-1 내지 120-n)이 서로 병렬로 연결될 수 있다. Referring again to FIG. 3 , in FIG. 3 , one solar module 110 and one fuel cell module 120 are shown to be connected for clarity, but a plurality of modules having the same characteristics may be connected. For example, the plurality of photovoltaic modules 110-1 to 110-m may be connected to each other in parallel, and the plurality of fuel cell modules 120-1 to 120-n may be connected to each other in parallel.

복수의 태양광 모듈(110-1 내지 110-m)이 병렬로 연결된 경우, 병렬로 연결된 다수의 전원에서 발생하는 전력은 높은 전압을 가진 전원(높은 전압을 가진 태양광 모듈(110))에서 우선적으로 인출하되 실질적으로 복수의 태양광 모듈(110-1 내지 110-m)의 출력전압과 복수의 연료전지 모듈(120-1 내지 120-n)의 출력전압이 같도록 설계될 수 있다. When a plurality of photovoltaic modules (110-1 to 110-m) are connected in parallel, power generated from a plurality of power sources connected in parallel is preferential from a power source having a high voltage (solar module 110 having a high voltage) However, it may be designed such that the output voltages of the plurality of solar modules 110-1 to 110-m and the output voltages of the plurality of fuel cell modules 120-1 to 120-n are substantially the same.

그러므로 태양광 모듈(110)의 MPPT 운전 영역과 연료전지 모듈(120)의 옴 영역의 전압이 일치하도록 구성하는 경우, 전력변환부(140)의 입력전압(VTotal(t))을 구성하는 태양광 모듈(110)의 출력전압(VPV(t))과 연료전지 모듈(120)의 출력전압(VFC(t))은 동일(VTotal

Figure pat00001
VPV
Figure pat00002
VFC)하다. Therefore, when the MPPT operation region of the solar module 110 and the voltage of the ohmic region of the fuel cell module 120 are configured to match, the sun constituting the input voltage (V Total (t)) of the power conversion unit 140 The output voltage (V PV (t)) of the optical module 110 and the output voltage (V FC (t)) of the fuel cell module 120 are the same (V Total )
Figure pat00001
V PV
Figure pat00002
V FC ).

[수학식 1] [Equation 1]

Figure pat00003
Figure pat00003

전력변환부(140)의 태양광 모듈(110)의 입력전압(VPV(t))이 증가할 때 태양광 모듈(110)의 출력전류(IPV(t))는 최대 출력점(IPV_MPP)까지 상승하고, 연료전지 모듈(120)의 입력전압(VFC(t))이 상승할 때 연료전지 모듈(120)의 출력전류(IFC(t))는 감소한다. 전력변환부(140)가 수전하는 총 입력전류(ITotal(t))는 태양광 모듈(110)의 출력전류(IPV(t))와 연료전지 모듈(120)의 출력전류(IFC(t))의 합이 된다. When the input voltage (V PV (t)) of the solar module 110 of the power conversion unit 140 increases, the output current (I PV (t)) of the solar module 110 is the maximum output point (I PV_MPP ) ), and when the input voltage V FC (t) of the fuel cell module 120 increases, the output current I FC (t) of the fuel cell module 120 decreases. The total input current (I Total (t)) received by the power converter 140 is the output current (I PV (t)) of the solar module 110 and the output current (I FC ( t)) is the sum of

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00004
Figure pat00004

전력변환부(140)의 총 입력전력(PTotal = PPV + PFC = VTotal·ITotal)은 일정 범위 내에서 유지될 수 있다. 입력 전압(VTotal)에 대해 태양광 모듈(110)의 출력전류(IPV)는 비례하고, 연료전지 모듈(120)의 출력전류(IFC)는 반비례하므로 상기 일정 범위는 각 모듈(110, 120)의 출력전류 중 최대값보다 작은 양의 값으로 정의할 수 있다. The total input power (P Total = P PV + P FC = V Total ·I Total ) of the power conversion unit 140 may be maintained within a certain range. The output current (I PV ) of the photovoltaic module 110 is proportional to the input voltage (V Total ), and the output current (I FC ) of the fuel cell module 120 is inversely proportional, so the predetermined range is each module 110, 120), it can be defined as a positive value smaller than the maximum value among the output currents.

[수학식 3] [Equation 3]

Figure pat00005
Figure pat00005

Figure pat00006
Figure pat00006

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압에 따른 전력공급장치(10)의 출력 전류를 나타내고, 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력공급장치(10)의 출력 전력을 나타내는 도면이다. 5A is a diagram illustrating an output current of the power supply device 10 according to a voltage according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a diagram illustrating an output power of the power supply device 10 according to an embodiment of the present invention. .

전술한 바와 같이, 전력변환부(140)의 입력전류(ITotal(t))는 태양광 모듈(110)의 출력전류(IPV(t))인 최대 출력점 전류(IPV_MPP)와 연료전지 모듈(120)의 출력전류(IFC(t))의 합으로 표시될 수 있다.As described above, the input current (I Total (t)) of the power conversion unit 140 is the maximum output point current (I PV_MPP ) which is the output current (I PV (t)) of the solar module 110 and the fuel cell It may be expressed as the sum of the output currents I FC (t) of the module 120 .

전력변환부(140)의 입력전력(PTotal(t))은 태양광 모듈(110)의 출력전력(PPV(t))인 최대 출력점 전력(PPV_MPP)과 연료전지 모듈(120)의 출력전력(PFC)의 합으로 표시될 수 있다. The input power (P Total (t)) of the power conversion unit 140 is the maximum output point power (P PV_MPP ) which is the output power (P PV (t)) of the solar module 110 and the fuel cell module 120 . It can be expressed as the sum of the output power (P FC ).

태양광 출력전력(PPV(t))이 상승하는 경우 전후의 출력 상태를 도 6과 같이 나타낼 수 있다. When the solar output power (P PV (t)) rises, the output state before and after may be represented as shown in FIG. 6 .

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈(110)의 전압(VPV(t)) 증가시 전력공급장치(10)의 내부 전력 변화를 나타내는 도면이다. 6 is a diagram illustrating an internal power change of the power supply device 10 when the voltage (V PV (t)) of the solar module 110 is increased according to an embodiment of the present invention.

도면부호 610과 같이 일사량이 증가한다. As shown by reference numeral 610, the amount of insolation increases.

그러면 도면부호 620과 같이 태양광 모듈(110)의 전압(VPV(t)) 및 태양광 모듈(110)의 전류(IPV(t))가 증가한다. 이는 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다. Then, the voltage (V PV (t)) of the photovoltaic module 110 and the current (I PV (t)) of the photovoltaic module 110 increase as shown by reference numeral 620 . This can be expressed as Equation (4).

[수학식 4] [Equation 4]

Figure pat00007
Figure pat00007

Figure pat00008
Figure pat00008

도면부호 630과 같이 병렬연결부(130)와 연결된 연료전지 모듈(120)의 전압 증가로 연료전지 모듈(120)의 출력전류(IFC(t))가 감소한다. As shown in reference numeral 630 , the output current I FC (t) of the fuel cell module 120 decreases due to an increase in the voltage of the fuel cell module 120 connected to the parallel connection unit 130 .

[수학식 5][Equation 5]

Figure pat00009
Figure pat00009

이에 따라 연료전지 모듈(120)의 전압(VFC)은 증가한다(VFC(t)>VFC(t-1)). Accordingly, the voltage V FC of the fuel cell module 120 increases (V FC (t)>V FC (t-1)).

그러면 도면부호 640과 같이 전력변환부(140)로의 입력전압(VTotal(t))은 증가하고, 입력전류(ITotal(t))는 유지된다. Then, as shown in reference numeral 640, the input voltage (V Total (t)) to the power conversion unit 140 increases, and the input current (I Total (t)) is maintained.

태양광 모듈(110)의 전압(VPV(t)) 증가에 따라 태양광 모듈(110)의 출력전류(IPV(t))와 연료전지(120)의 출력전류(IFC(t))의 합인 전력변환부(140)로의 입력전류(ITotal(t))가 유지되는 경우에는 전력변환부(140)로의 출력전력(PTotal(t))은 증가될 수 있다. 그렇지 않은 경우 즉, 태양광 모듈(110)의 출력전압(VPV(t))이 유지되는 경우에는 연료전지의 출력전류(IFC(t))가 낮아지면서 입력전류 총합(ITotal(t))이 유지되는 경우로서, 전력변환부(140)로의 출력전력(PTotal(t))은 유지될 것이다. 이는 수학식 5로 표시될 수 있다.As the voltage (V PV (t)) of the solar module 110 increases, the output current (I PV (t)) of the solar module 110 and the output current (I FC (t)) of the fuel cell 120 When the input current (I Total (t)) to the power converter 140, which is the sum of , is maintained, the output power (P Total (t)) to the power converter 140 may be increased. Otherwise, that is, when the output voltage (V PV (t)) of the solar module 110 is maintained, the output current (I FC (t)) of the fuel cell decreases and the total input current (I Total (t)) ) is maintained, the output power (P Total (t)) to the power conversion unit 140 will be maintained. This can be expressed by Equation (5).

[수학식 5] 태양광 모듈(110)의 전압 증가에 의한 전력변환부(140)로의 출력전류(ITotal(t)) 및 출력전력(PTotal(t))의 변동[Equation 5] Variation of the output current (I Total (t)) and output power (P Total (t)) to the power conversion unit 140 by increasing the voltage of the solar module 110

Figure pat00010
Figure pat00011
Figure pat00010
Figure pat00011

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬연결부(130)의 구성 및 제어부(140)와의 연결상태의 예시를 도시한 도면이다. 7 is a diagram illustrating an example of a configuration of the parallel connection unit 130 and a connection state with the control unit 140 according to an embodiment of the present invention.

병렬연결부(130)는 태양광 모듈(110)의 직류출력(PPV(t))과 연료전지 모듈(120)의 직류출력(PFC(t))을 합쳐 전력변환부(140)에 전달하며, 양극과 음극을 병렬 연결하는 구성을 갖는다. The parallel connection unit 130 combines the DC output (P PV (t)) of the solar module 110 and the DC output (P FC (t)) of the fuel cell module 120 and delivers it to the power conversion unit 140 , , has a configuration in which the anode and the cathode are connected in parallel.

태양광 모듈(110)의 출력 변화 속도에 차이가 있고, 전기적 장치로서 역조류가 발생할 시 태양광 모듈(110)의 동작에 이상이 발생할 가능성을 차단하기 위해 제1 다이오드(710)와 제1 릴레이(712)가 부가될 수 있다. 또한, 태양광 모듈(110)의 출력을 명확히 파악하기 위하여 제1 전압센서(714) 또는 제1 전류센서(716)가 연결될 수 있다. There is a difference in the output change rate of the photovoltaic module 110, and when a reverse current occurs as an electrical device, the first diode 710 and the first relay to block the possibility that an abnormality may occur in the operation of the photovoltaic module 110 (712) may be added. In addition, the first voltage sensor 714 or the first current sensor 716 may be connected to clearly grasp the output of the solar module 110 .

또한, 연료전지 모듈(120)의 출력 변화 속도에 차이가 있고, 전기적 장치로서 역조류가 발생할 시 연료전지 모듈(120)의 동작에 이상이 발생할 가능성을 차단하기 위해 제2 다이오드(730)와 제2 릴레이(732)가 부가될 수 있다. 또한, 연료전지 모듈(120)의 출력을 명확히 파악하기 위하여 제2 전압센서(734), 또는 제2 전류센서(736)가 연결될 수 있다.In addition, there is a difference in the output change rate of the fuel cell module 120 and, as an electrical device, when a reverse current occurs, the second diode 730 and the second diode 730 are used to block the possibility of abnormal operation of the fuel cell module 120 . Two relays 732 may be added. In addition, a second voltage sensor 734 or a second current sensor 736 may be connected to clearly grasp the output of the fuel cell module 120 .

제1 전압센서(714)가 감지하는 태양광 모듈(110)의 전압출력값(VPV(t)), 제1 전류센서(716)가 감지하는 태양광 모듈(110)의 전류출력값(IPV(t)), 제2 전압센서(734)가 출력하는 연료전지 모듈(120)의 전압출력값(VFC(t)), 제2 전류센서(736)가 감지하는 연료전지 모듈(120)의 전류출력값(IFC(t))은 제어부(150)에 전달된다.The voltage output value (V PV (t)) of the solar module 110 detected by the first voltage sensor 714, the current output value (I PV ) of the solar module 110 detected by the first current sensor 716 ( t)), the voltage output value (V FC (t)) of the fuel cell module 120 output by the second voltage sensor 734, and the current output value of the fuel cell module 120 detected by the second current sensor 736 (I FC (t)) is transmitted to the control unit 150 .

또한, 도 7에 도시된 바와 같이 병렬연결부(130)에 제1 릴레이(712) 및 제2 릴레이(732)가 있는 경우 제어부(150)은 필요에 따라 제1 릴레이 제어 신호(SPV)를 이용하여 제1 릴레이(712)의 개폐를 제어하고, 제2 릴레이 제어 신호(SFC)를 이용하여 제2 릴레이(732)의 개폐를 제어할 수 있다.In addition, when there is a first relay 712 and a second relay 732 in the parallel connection unit 130 as shown in FIG. 7 , the control unit 150 uses the first relay control signal S PV as necessary. Thus, the opening and closing of the first relay 712 may be controlled, and the opening and closing of the second relay 732 may be controlled using the second relay control signal S FC .

도 3의 전력변환부(140)는 입력되는 태양광 모듈(110)과 연료전지 모듈(120)의 전압(VTotal

Figure pat00012
VPV
Figure pat00013
VFC)을 부하(20)에 필요한 전압(VLoad)으로 변환하는 역할을 수행한다. 전력변환부(140)는 부하(20)측에서 역조류가 발생할 가능성을 최소화하기 위해 절연형 회로를 구성하는 것이 안전하지만, 병렬연결부(130)의 상태 및 부하(20)의 성질을 추가로 감안하여 회로 구성을 결정할 수 있다. The power conversion unit 140 of FIG. 3 is the input voltage (V Total ) of the solar module 110 and the fuel cell module 120 .
Figure pat00012
V PV
Figure pat00013
V FC ) serves to convert the voltage (V Load ) required for the load 20 . The power conversion unit 140 is safe to configure an insulated circuit in order to minimize the possibility that a reverse current occurs on the load 20 side, but additionally consider the state of the parallel connection unit 130 and the nature of the load 20 . to determine the circuit configuration.

제어부(150)는 병렬연결부(130)의 제1 전압센서(714)가 출력하는 태양광 모듈(110)의 전압출력값(VPV(t)), 제1 전류센서(716)가 출력하는 태양광 모듈(110)의 전류출력값(IPV(t)), 제2 전압센서(734)가 출력하는 연료전지 모듈(120)의 전압출력값(VFC(t)), 제2 전류센서(736)가 감지하는 연료전지 모듈(120)의 전류출력값(IFC(t))을 수신한다. 제어부(150)는 태양광 모듈(110)의 출력전압(VPV(t))에 따라 전력변환부(140)의 입력전압지령치(V*Total(t)) 및 전력변환부(140)의 입력전류지령치(I*Total(t))를 결정하고, 입력전압지령치(V*Total(t)) 및 입력전류지령치(I*Total(t))에 따라 전력변환부(140)의 동작을 제어할 수 있다. The control unit 150 is a voltage output value (V PV (t)) of the solar module 110 that the first voltage sensor 714 of the parallel connection unit 130 outputs, the sunlight output from the first current sensor 716 The current output value (I PV (t)) of the module 110, the voltage output value (V FC (t)) of the fuel cell module 120 output by the second voltage sensor 734, and the second current sensor 736 are Receives the current output value I FC (t) of the fuel cell module 120 to be sensed. The control unit 150 is the input voltage command value (V * Total (t)) of the power conversion unit 140 according to the output voltage (V PV (t)) of the solar module 110 and the input of the power conversion unit 140 Determine the current command value (I* Total (t)), and control the operation of the power conversion unit 140 according to the input voltage command value (V* Total (t)) and the input current command value (I* Total (t)). can

또한 제어부(150)는 부하(20)가 출력받기 요구하는 요구전력량(PLoad(t))에 기초하여 태양광 모듈(110)의 출력전압지령치(V*PV(t)), 태양광 모듈(110)의 출력전류지령치(I*PV(t)), 연료전지 모듈(120)의 출력전압지령치(V*FC(t)) 및 연료전지 모듈(120)의 출력전력지령치(I*FC(t))을 추산하고, 태양광 모듈(110)의 출력전압지령치(V*PV(t)) 및 태양광 모듈(110)의 출력전류지령치(I*PV(t))에 따라 태양광 모듈(110)의 동작을 제어하고, 연료전지 모듈(120)의 출력전압지령치(V*FC(t)) 및 연료전지 모듈(120)의 출력전력지령치(I*FC(t))에 따라 연료전지 모듈(120)의 동작을 제어할 수 있다. In addition, the control unit 150, the output voltage command value (V * PV (t)) of the photovoltaic module 110, the photovoltaic module ( 110) of the output current command value (I* PV (t)), the output voltage command value of the fuel cell module 120 (V* FC (t)), and the output power command value of the fuel cell module 120 (I* FC (t)) )), and according to the output voltage command value (V* PV (t)) of the solar module 110 and the output current command value (I* PV (t)) of the solar module 110, the solar module 110 ), and according to the output voltage command value (V* FC (t)) of the fuel cell module 120 and the output power command value (I* FC (t)) of the fuel cell module 120, the fuel cell module ( 120) can be controlled.

전력공급장치(10)가 변동이 없는 정적 부하(20)에 전력을 공급할 때, 전력공급장치(10)는 태양광 모듈(110) 및 연료전지 모듈(120)은 전압의 변동에 관련없이 일정 범위내를 유지하도록 동작될 수 있다. 이를 위해, 제어부(150)는 태양광 모듈(110)의 출력전력(PPV(t))과 연료전지 모듈(120)의 출력전력(PFC(t))이 합이 입력전압지령치(V*Total(t))에 관계없이 전압에 따라 일정하도록 하면서 태양광 모듈(110)의 출력전압(VPV(t))을 기준으로 전력변환부(140)의 운전을 제어할 수 있다. When the power supply device 10 supplies power to the static load 20 with no fluctuation, the power supply device 10 sets the solar module 110 and the fuel cell module 120 within a certain range regardless of the voltage fluctuation. It can be operated to maintain within. To this end, the control unit 150 is the output power (P PV (t)) of the solar module 110 and the output power (P FC (t)) of the fuel cell module 120 is the sum of the input voltage command value (V* Total (t)), it is possible to control the operation of the power conversion unit 140 based on the output voltage (V PV (t)) of the solar module 110 while making it constant according to the voltage.

태양광 모듈(110)은 출력전압(VPV(t))과 출력전력(PPV(t))이 비례하고, 연료전지 모듈(120)은 출력전압(VFC(t))과 출력전력(PFC(t))이 반비례하므로, 태양광 모듈(110)과 연료전지 모듈(120)을 조합한 전력공급장치(110)는 출력전압(VTotal(t))의 증가와 출력전력(PTotal(t))의 증가가 비례하지 않는다. 그러므로 전력공급장치(10)의 출력전력(PTotal(t))은 입력되는 태양광 모듈(110)의 출력전압(VPV(t)) 및 연료전지 모듈(120)의 출력전압(VFC(t))이 변동하더라도 태양광 모듈(110) 및 연료전지 모듈(120)의 최소 출력전력의 합보다는 크고 최대출력전력의 합보다는 작은 범위 내에서 나타나게 된다. In the solar module 110, the output voltage (V PV (t)) and the output power (P PV (t)) are proportional, and the fuel cell module 120 has the output voltage (V FC (t)) and the output power ( Since P FC (t)) is inversely proportional, the power supply device 110 combining the solar module 110 and the fuel cell module 120 increases the output voltage (V Total (t)) and the output power (P Total ) (t)) is not proportional. Therefore, the output power (P Total (t)) of the power supply device 10 is the input output voltage (V PV (t)) of the solar module 110 and the output voltage (V FC () of the fuel cell module 120) t)) varies, but is larger than the sum of the minimum output powers of the solar module 110 and the fuel cell module 120 and appears within a range smaller than the sum of the maximum output powers.

이와 달리, 전력공급장치(10)가 소비하는 전력이 변화하는 부하(20)에 전력을 공급할 때, 전력공급장치(10)는 이때 태양광 모듈(110)의 출력전류(IPV(t))와 연료전지 모듈(120)의 출력전류(IFC(t))의 합이, 태양광 모듈(110)의 출력전압(VPV(t))에 관계없이 유지되도록 구성하는 경우 부하(20)의 요구전력(PLoad(t))에 따라 출력전력(PTotal)을 변화시킬 수 있다. 이를 위해, 제어부(150)는 태양광 모듈(110)의 출력전류(IPV(t))와 연료전지 모듈(120)의 출력전류(IFC(t))의 합이 태양광 모듈(110)의 출력전압(VPV(t))에 관계없이 일정하도록 하면서, 부하(20)의 요구전력(PLoad(t))을 기준으로 전력변환부(140)의 운전을 제어할 수 있다. On the other hand, when power is supplied to the load 20 in which the power consumed by the power supply device 10 changes, the power supply device 10 is output current (I PV (t)) of the solar module 110 at this time. When the sum of the output current I FC (t) of the fuel cell module 120 and the fuel cell module 120 is configured to be maintained regardless of the output voltage V PV (t) of the photovoltaic module 110, the load 20 The output power (P Total ) can be changed according to the required power (P Load (t)). To this end, the controller 150 determines that the sum of the output current I PV (t) of the solar module 110 and the output current I FC (t) of the fuel cell module 120 is the solar module 110 . It is possible to control the operation of the power conversion unit 140 based on the required power (P Load (t)) of the load 20 while making it constant regardless of the output voltage (V PV (t)) of the.

예를 들어, 부하(20)의 갑작스러운 탈락으로 요구전력을 발생하기 위해 지정된 입력전압 치령치(V*Total(t))와 태양광 모듈(110)의 출력전압(VPV(t))사이의 차이가 큰 경우, 입력전압 지령치(V*Total(t))를 유지하도록 태양광 모듈(110)의 출력전류(IPV(t))를 감소하거나 연료전지 모듈(120)의 출력전류(IFC(t))를 증가시킬 수 있다.For example, between the input voltage command value (V* Total (t)) and the output voltage (V PV (t)) of the photovoltaic module 110 to generate the required power due to the sudden drop off of the load 20 If the difference between , the output current (I PV (t)) of the solar module 110 is reduced to maintain the input voltage command value (V* Total (t)) or the output current (I of the fuel cell module 120) is reduced. FC (t)) can be increased.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 버퍼(160)가 포함된 전력공급장치(10)의 연결도면을 나타낸다. 8 is a connection diagram of the power supply device 10 including the buffer 160 according to an embodiment of the present invention.

도 8에 도시된 바와 같이, 부하(20)의 기동/정지에 따른 충격을 완화하고, 소정의 출력에 대해 태양광 모듈(110)과 연료전지 모듈(120)의 최대 효율을 유지하기 위해서 전력변환부(140)의 출력단에 버퍼(160)가 연결될 수 있다. 버퍼(160)는 전력변환부(140)에 병렬로 연결될 수 있다. 버퍼(160)는 전력변환부(140)로부터 전달되는 전력(PTotal(t))과 부하(20)의 요구전력(PLoad(t))사이의 차이가 발생할 때 과부족 전력을 수행할 수 있다. 버퍼(160)는 부하(20)의 전압을 정격 전압으로 가지는 전력저장장치로서 커패시터, 2차전지나 흐름전지 등이 될 수 있다. As shown in FIG. 8 , power conversion is performed to alleviate the shock caused by the start/stop of the load 20 and maintain the maximum efficiency of the solar module 110 and the fuel cell module 120 for a predetermined output. A buffer 160 may be connected to an output terminal of the unit 140 . The buffer 160 may be connected in parallel to the power converter 140 . The buffer 160 may perform over/under power when there is a difference between the power (P Total (t)) transmitted from the power conversion unit 140 and the required power (P Load (t)) of the load 20 . . The buffer 160 is a power storage device having the voltage of the load 20 as a rated voltage, and may be a capacitor, a secondary battery, or a flow battery.

버퍼(160)는 충전 상태(PBuffer(t)), 또는 버퍼(160)의 출력전압(VBuffer(t))과 버퍼(160)의 출력전류(IBuffer(t))를 제어부(150)에 전달하며, 제어부(150)는 변수로서 버퍼(160)의 출력전압(VBuffer(t))과 버퍼(160)의 출력전류(IBuffer(t))를 활용하여 태양광 모듈(110), 연료전지 모듈(120) 및 전력변환부(140))의 출력을 조정할 수 있다. The buffer 160 controls the charging state (P Buffer (t)), or the output voltage (V Buffer (t)) of the buffer 160 and the output current (I Buffer (t)) of the buffer 160 to the controller 150 The control unit 150 utilizes the output voltage (V Buffer (t)) of the buffer 160 and the output current (I Buffer (t)) of the buffer 160 as a variable to the solar module 110, It is possible to adjust the output of the fuel cell module 120 and the power conversion unit 140).

위와 같이 제어부(150)는 버퍼(160)의 전력저장량(PBuffer(t)) 또는 저장수준을 수신할 수 있다. 제어부(150)는 버퍼(160)의 전력저장량(PBuffer(t))이 일정 수준(PBuffer_Low) 미만인 경우, 태양광 모듈(110)의 최대출력점전압(VPVMP)을 태양광 모듈(110)의 전압지령치(V*PV(t))와 연료전지 모듈(120)의 전압지령치(V*FC(t))로 지정할 수 있다. 제어부(150)는 버퍼(160)의 전력저장량(160)이 일정 수준(PBuffer_Low) 이상일 경우 부하(20)의 요구전력(PLoad(t))이 전력변환부(140)의 출력(PTotal(t))이 되도록 태양광 모듈(110)의 출력전력(PPV(t))과 연료전지 모듈(120)의 출력전력(PFC(t))을 제어할 수 있다. As described above, the control unit 150 may receive the power storage amount (P Buffer (t)) or the storage level of the buffer 160 . When the power storage amount (P Buffer (t)) of the buffer 160 is less than a certain level (P Buffer_Low ), the control unit 150 sets the maximum output point voltage (V PVMP ) of the solar module 110 to the solar module 110 ) of the voltage command value (V* PV (t)) and the voltage command value of the fuel cell module 120 (V* FC (t)). When the power storage amount 160 of the buffer 160 is equal to or greater than a certain level (P Buffer_Low ), the control unit 150 determines that the required power (P Load (t)) of the load 20 is the output (P Total ) of the power conversion unit 140 . (t)), the output power (P PV (t)) of the solar module 110 and the output power (P FC (t)) of the fuel cell module 120 can be controlled.

이하에서는 위와 같은 구성을 가지는 직류 기반 전력공급장치(10)에 있어서 요구전력의 변동이 거의 없는 정적인 부하(20)에 필요한 전력을 공급하는 한편, 태양광 모듈(110) 및 연료전지 모듈(120)에 기반한 신재생에너지 출력의 효율 및 안정성을 증대하기 위한 제어부(150)의 운전방법을 기술한다. Hereinafter, in the DC-based power supply device 10 having the above configuration, the required power is supplied to the static load 20 with little change in the required power, while the solar module 110 and the fuel cell module 120 ) based on the operation method of the control unit 150 to increase the efficiency and stability of the renewable energy output will be described.

도 9는 도 3의 구성을 가지는 전력공급장치(10)의 제어부(150)가 전력변환부(140)를 통해 출력을 제어하는 방법을 도시한 것이다. 9 illustrates a method in which the control unit 150 of the power supply device 10 having the configuration of FIG. 3 controls the output through the power conversion unit 140 .

제어부(150)는 태양광 모듈(110)의 전압출력값(VPV(t)), 태양광 모듈(110)의 전류출력값(IPV(t)), 연료전지 모듈(120)의 전압출력값(VFC(t)), 연료전지 모듈(120)의 전류출력값(IFC(t))을 수신한다(910). The control unit 150 includes a voltage output value (V PV (t)) of the solar module 110, a current output value (I PV (t)) of the solar module 110, and a voltage output value (V) of the fuel cell module 120 . FC (t)) and the current output value I FC (t) of the fuel cell module 120 is received ( 910 ).

제어부(150)는 부하(20)의 요구전력(PLoad(t))에 따른 전력변환부(140)의 출력전류량(ITotal(t))을 계산하고, 태양광 모듈(110)의 상태를 확인한다(920).The control unit 150 calculates the output current amount (I Total (t)) of the power conversion unit 140 according to the required power (P Load (t)) of the load 20, and determines the state of the solar module 110 Confirm (920).

제어부(150)는 태양광 모듈(110)로부터의 출력전력(PPV(t))을 최대한으로 인출하되 부하(20)에 충분한 전력공급이 가능하도록 입력전압지령치(V*Total(t))을 계산한다(930).The control unit 150 draws the output power (P PV (t)) from the solar module 110 to the maximum, but sets the input voltage command value (V * Total (t)) to provide sufficient power to the load 20 . Calculate (930).

제어부(150)는 입력전압지령치(V*Total(t))에 따른 태양광 모듈(110)의 출력전류지령치(I*PV(t)) 및 연료전지 모듈(120)의 출력전류지령치(I*FC(t))를 계산한다(940).The control unit 150 controls the output current command value (I* PV (t)) of the solar module 110 and the output current command value (I*) of the fuel cell module 120 according to the input voltage command value (V* Total (t)) FC (t)) is calculated (940).

제어부(150)는 연료전지 모듈(120)의 출력전류지령치(I*FC(t))에 근거하여, 연료 공급량이 충족되도록 연료전지 모듈(120)의 출력전류(IFC(t))를 제어한다. 이를 위하여, 제어부(150)는 도 4의 연료전지 모듈(120)의 연료공급기(122) 및 블로워(123)의 출력을 조정한다(950). The control unit 150 controls the output current I FC (t) of the fuel cell module 120 so that the fuel supply amount is satisfied based on the output current command value I* FC (t) of the fuel cell module 120 . do. To this end, the control unit 150 adjusts the outputs of the fuel supply unit 122 and the blower 123 of the fuel cell module 120 of FIG. 4 ( 950 ).

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력공급장치(10)의 제어부(150)의 전력 분배 및 출력 제어 흐름을 나타내는 도면이다. 10 is a diagram illustrating a power distribution and output control flow of the controller 150 of the power supply device 10 according to an embodiment of the present invention.

제어부(150)는 입출력단에서 태양광 모듈(110)의 출력전압(VPV(t)), 연료전지 모듈(120)의 출력전압(VFC(t)), 부하(20)의 요구출력전압(VLoad(t)) 및 태양광 모듈(110)의 출력전류(IPV(t)), 연료전지 모듈(120)의 출력전류(IFC(t)), 부하(20)의 요구출력전류(ILoad)를 수신한다(1010). At the input/output terminal, the control unit 150 includes an output voltage (V PV (t)) of the solar module 110, an output voltage (V FC (t)) of the fuel cell module 120, and a required output voltage of the load 20 . (V Load (t)) and the output current of the solar module 110 (I PV (t)), the output current of the fuel cell module 120 (I FC (t)), the required output current of the load 20 (I Load ) is received (1010).

제어부(150)는 부하(20)의 요구출력전압(VLoad(t)) 및 요구출력전류(ILoad(t))류의 곱으로부터 부하(20)의 요구전력(PLoad(t))를 확인하고, 부하(20)의 요구전력(PLoad(t))을 전력변환부(140)의 출력전력지령치(P*Total(t))로 지정한다(P*Total(t)=PLoad(t)= VLoad(t)*ILoad(t))(1012). 제어부(150)는 이후에 현재의 입력전력(PPV(t)+PFC(t))이 부하(20)의 요구전력(PLoad(t)) 이상이 되도록 조정한다. The control unit 150 calculates the required power (P Load (t)) of the load 20 from the product of the required output voltage (V Load (t)) and the required output current (I Load (t)) of the load (20). Check, and designate the required power (P Load (t)) of the load 20 as the output power command value (P * Total (t)) of the power conversion unit 140 (P * Total (t) = P Load ( t)= V Load (t)*I Load (t))(1012). The controller 150 then adjusts the current input power (P PV (t) + P FC (t)) to be greater than or equal to the required power (P Load (t)) of the load 20 .

상세하게는, 태양광 전압(VPV(t))이 소정의 기준값(VPV_Low) 미만으로 출력이 발생하는 경우(VPV(t)<VPV_Low)(1014), 제어부(150)는 부하(20)의 전력은 온전히 연료전지 모듈(120)에 의해 공급되도록 제어한다(P*PV(t)=0, P*FC(t)=P*Total(t))(1016). Specifically, when the output is generated when the solar voltage (V PV (t)) is less than the predetermined reference value (V PV_Low ) (V PV (t) < V PV_Low ) 1014, the control unit 150 controls the load ( 20) is controlled to be completely supplied by the fuel cell module 120 (P* PV (t)=0, P* FC (t)=P* Total (t)) (1016).

이를 위해, 제어부(150)는 부하(20)의 요구전력(PLoad(t))을 발생하는 부하요구전압값(VLoad(t)) 및 부하요구전류값(ILoad(t))에 대응하는 전력변환부(140)의 입력전압지령치(V*Total(t))를 연료전지 모듈(120)의 출력전압지령치(V*FC(t))로 지정하고, 전력변환부(140)의 입력전압지령치(V*Total(t))에 따라 전력변환부(140)의 입력전류지령치(I*Total(t))을 지정한다. To this end, the control unit 150 corresponds to the load demand voltage value (V Load (t)) and the load demand current value (I Load (t)) generating the required power (P Load (t)) of the load 20 . The input voltage command value (V* Total (t)) of the power conversion unit 140 is designated as the output voltage command value (V* FC (t)) of the fuel cell module 120, and the input of the power conversion unit 140 is The input current command value (I* Total (t)) of the power conversion unit 140 is designated according to the voltage command value (V* Total (t)).

상세하게는, 제어부(150)는 연료전지 모듈(120)의 특성에 따른 전압지령치를 지시하고(V*Total(t)=V*FC(t))(1018), 전류지령치를 지시한다(I*FC(t)=P*FC(t)/V*FC(t), I*PV(t)=0, I*Total(t)=I*FC(t))(1020). 도 7에서 도시한 제1 릴레이 장치(712)가 있는 경우, 출력이 발생하지 않거나, 상기와 같이 전압이 출력가능 범위에 부합하지 않아 출력을 기대할 수 없는 경우, 태양광 모듈(110)에 연결된 제1 릴레이(712)에 열림 신호(SPV=0)를 부가하는 것으로 모듈로 흐르는 역전류를 차단할 수 있다. In detail, the control unit 150 instructs a voltage command value according to the characteristics of the fuel cell module 120 (V * Total (t) = V * FC (t)) 1018 , and instructs a current command value (I) * FC (t)=P* FC (t)/V* FC (t), I* PV (t)=0, I* Total (t)=I* FC (t))(1020). If there is a first relay device 712 shown in FIG. 7, if the output does not occur or the output cannot be expected because the voltage does not match the output possible range as described above, the first connected to the solar module 110 1 By adding an open signal (S PV = 0) to the relay 712 , it is possible to block the reverse current flowing to the module.

태양광 출력이 충분한 경우(VPV(t)≥VPV_Low)(1014), 제어부(150)는 부하(20)의 요구전력지령치(P*Total)를 태양광 모듈(110)의 출력전력지령치(P*PV(t))와 연료전지 모듈(120)의 출력전력지령치(P*FC(t))의 합으로 계산하고(P*Total(t)=P*PV(t)+P*FC(t)), 태양광 모듈(110)의 출력전력지령치(P*PV(t))는 태양광 모듈(110)의 출력전압(VPV(t))과 출력전류(IPV(t))의 곱으로 계산한다(1022).If the solar output is sufficient (V PV (t)≥V PV_Low ) (1014), the control unit 150 sets the required power command value (P* Total ) of the load 20 to the output power command value ( Calculate as the sum of P* PV (t)) and the output power command value (P* FC (t)) of the fuel cell module 120 (P* Total (t)=P* PV (t)+P* FC ( t)), the output power command value (P* PV (t)) of the solar module 110 is the output voltage (V PV (t)) and the output current (I PV (t)) of the solar module 110 Calculate by product (1022).

제어부(150)는 태양광 출력이 충분한 경우, 태양광 모듈(110)의 출력전압(VPV(t))이 소정의 기준값(VPV_Low) 이상인 경우(VPV(t)≥VPV_Low), 태양광 모듈(110)의 최대출력점전압값(VPVMP(t))을 연료전지 모듈(120)의 출력전압지령치(V*FC(t))로 지정한다. 상세하게는, 현재 태양광 모듈(110)의 출력전압지령치(V*PV(t))를 태양광 모듈(110)의 출력전압(VPV(t))으로 임시 지정한다(V*Total(t)=V*PV(t)=VPV(t))(1024). When the solar output is sufficient, the output voltage (V PV (t)) of the solar module 110 is greater than or equal to a predetermined reference value (V PV_Low ) (V PV (t)≥V PV_Low ), the solar A maximum output point voltage value (V PVMP (t)) of the optical module 110 is designated as an output voltage command value (V* FC (t)) of the fuel cell module 120 . In detail, the current output voltage command value (V * PV (t)) of the solar module 110 is temporarily designated as the output voltage (V PV (t)) of the solar module 110 (V * Total (t)) )=V* PV (t)=V PV (t))(1024).

또한, 제어부(150)는 소정의 단위(ΔV)만큼 태양광 모듈(110)의 출력전압지령치(V*PV(t))를 증가하도록 변경하며(V*PV(t) ← V*PV(t)+ΔV), 태양광 모듈(110)의 출력을 최대화한다(I*PV(t)=IPVMP(t))(1030). 여기에서, IPVMP(t)은 태양광 모듈(110)의 출력이 최대인 경우의 태양광 모듈(110)의 최대출력점전류이며, 태양광 모듈(110)의 특성에 의해 나타나는, 특정 전압 하에서 낼 수 있는 최대 전류(IPVMP(t)=F[V*PV(t)])를 의미한다(1030). In addition, the control unit 150 changes to increase the output voltage command value (V* PV (t)) of the solar module 110 by a predetermined unit (ΔV) (V* PV (t) ← V* PV (t) ) + ΔV), maximize the output of the solar module 110 (I* PV (t) = I PVMP (t)) (1030). Here, I PVMP (t) is the maximum output point current of the photovoltaic module 110 when the output of the photovoltaic module 110 is maximum, and under a specific voltage, indicated by the characteristics of the photovoltaic module 110 . It means the maximum current that can be produced (I PVMP (t)=F[V* PV (t)]) (1030).

태양광 모듈(110)의 출력 지령치(P*PV(t)=V*PV(t)×I*PV(t))가 (P*PV(t)=V*PV(t)×I*PVMP(t))로 고정되면(1026), 제어부(150)는 나머지 출력을 연료전지 모듈(120)이 담당하도록 제어한다. 상세하게는, 제어부(150)는 전력변환부(140)의 입력전압지령치(V*Total(t))는 연료전지 모듈(120)의 전압지령치(V*FC(t)) 및 태양광 모듈(110)의 전압지령치(V*PV(t))와 같게 지정하고, 전력변환부(140)의 전류지령치(I*Total(t))를 전력변환부(140)의 전력지령치(P*Total(t))을 태양광 모듈(110)의 전압지령치(V*PV(t))로 나누어 계산한다(I*Total(t)= P*Total(t)/V*PV(t))(1028).The output setpoint of the solar module 110 (P* PV (t)=V* PV (t)×I* PV (t)) is (P* PV (t)=V* PV (t)×I* PVMP (t)) is fixed (1026), the controller 150 controls the fuel cell module 120 to take charge of the remaining output. In detail, the control unit 150 includes the input voltage command value (V * Total (t)) of the power conversion unit 140 is the voltage command value (V * FC (t)) of the fuel cell module 120 and the solar module ( 110) of the voltage command value (V* PV (t)), and set the current command value (I* Total (t)) of the power conversion unit 140 to the power command value (P* Total () of the power conversion unit 140) t)) is calculated by dividing the voltage command value (V* PV (t)) of the solar module 110 (I* Total (t)= P* Total (t)/V* PV (t)) (1028) .

제어부(150)는 연료전지 모듈(120)의 전류지령치(I*FC(t))를 전력변환부(140)의 전류지령치(I*Total(t))에서 태양광 모듈(110)의 최대출력점전류(IPVMP(t))를 뺀 값으로 지정한다(1032). The control unit 150 converts the current command value (I* FC (t)) of the fuel cell module 120 to the current command value (I* Total (t)) of the power conversion unit 140 to the maximum output of the solar module 110 . It is designated as a value obtained by subtracting the point current (I PVMP (t)) (1032).

제어부(140)는 연료전지 모듈(120)의 출력전력지령치(P*FC(t))가 정해진 다음에는 지정한 출력을 낼 수 있는 연료 유량(Q*H2(t)) 및 산화제 공급량(Q*O2(t))을 결정한다(1034). After the output power command value (P* FC (t)) of the fuel cell module 120 is determined, the control unit 140 determines the fuel flow rate (Q* H2 (t)) and the oxidant supply amount (Q* O2 ) capable of producing the specified output. (t)) is determined (1034).

제어부(140)는 연료 유량(Q*H2(t))은 연료전지 모듈(120)의 전류지령치(I*FC(t))에 전기화학적 반응에 의해 정해진 소정의 비율(m)을 곱하고, 연료전지 모듈(120) 내 전극의 반응 균일성을 위한 잉여분(α)을 더하여 계산할 수 있다. 제어부(140)는 산화제 공급량(Q*O2(t))를 연료전지 모듈(120)의 전류지령치(I*FC(t))에 전기화학적 반응에 의해 정해진 소정의 비율(n)을 곱하고, 연료전지 모듈(120) 내 전극의 반응 균일성을 위한 잉여분(β)을 더하여 계산할 수 있다(1034). The control unit 140 multiplies the fuel flow rate (Q* H2 (t)) by a predetermined ratio (m) determined by an electrochemical reaction by the current command value (I* FC (t)) of the fuel cell module 120, and the fuel It can be calculated by adding a surplus (α) for the uniformity of the reaction of the electrodes in the battery module 120 . The control unit 140 multiplies the oxidizing agent supply amount (Q* O2 (t)) by the current command value (I* FC (t)) of the fuel cell module 120 by a predetermined ratio (n) determined by an electrochemical reaction, and the fuel It can be calculated by adding the surplus β for the uniformity of the reaction of the electrodes in the battery module 120 (1034).

마지막으로 도시되지 않았으나, 제어부(150)는 연료 유량(Q*H2(t)) 및 산화제 공급량(Q*O2(t))을 지령하기 위하여 연료 공급기(122) 및 블로워(123)의 On/Off 시간 조정 등을 수행할 수 있다. Finally, although not shown, the control unit 150 turns on/off the fuel supply 122 and the blower 123 to command the fuel flow rate (Q* H2 (t)) and the oxidant supply amount (Q* O2 (t)) Time adjustment, etc. can be performed.

전력변환부(140)의 출력측에 버퍼(160)를 부가하는 경우, 부하(20)가 없더라도 그 대신 버퍼(160)에 저장할 수 있으므로, 버퍼(160)의 저장량이 소정의 수준 이내일 경우 부하(20)의 요구전력(PLoad(t))을 기준으로 입력전압의 지령치(V* Total(t))를 계산하지 않는 대신, 태양광 모듈(110)의 MPPT 전압(VPVMP)에 근거하여 입력전압 지령치(V* Total(t))를 도출(V* Total(t)

Figure pat00014
VPVMP)할 수 있다. When the buffer 160 is added to the output side of the power converter 140, even if there is no load 20, it can be stored in the buffer 160 instead, so when the storage amount of the buffer 160 is within a predetermined level, the load ( Instead of calculating the command value (V * Total (t)) of the input voltage based on the required power (P Load (t)) of 20), input based on the MPPT voltage (V PVMP ) of the solar module 110 Derive voltage setpoint (V * Total (t)) (V * Total (t)
Figure pat00014
V PVMP ) can be done.

태양광 모듈(110)의 출력전력(PPV(t))이 발생하지 않는 경우, 제어부(150)는 연료전지 모듈(120)의 출력전력지령치(P*FC(t))는 부하(20)의 요구전력(PLoad(t))에서 충전에 필요한 소정의 전력을 더하여 정할 수 있다. 버퍼(160)의 저장량이 소정의 수준 이하이면, 부하(20)의 요구전력(PLoad(t))에 따라 출력을 조정하게 되므로 제어부(150)는 버퍼(160)가 없는 경우의 제어방법과 동일하게 제어할 수 있다. When the output power (P PV (t)) of the solar module 110 is not generated, the control unit 150 controls the output power command value (P * FC (t)) of the fuel cell module 120 to the load 20 It can be determined by adding a predetermined power required for charging to the required power (P Load (t)). If the storage amount of the buffer 160 is less than a predetermined level, the output is adjusted according to the required power (P Load (t)) of the load 20 , so the controller 150 controls the control method when the buffer 160 is not present and can be controlled in the same way.

버퍼(160)의 전력저장량이 소정의 수준을 초과하는 경우, 부하(20)의 요구전력(PLoad(t))이 감소할 때 입력전력지령치(P*Total(t))를 부하의 요구전력(PLoad(t))의 감소에 따라 감소시켜야 한다. When the amount of power stored in the buffer 160 exceeds a predetermined level, when the required power (P Load (t)) of the load 20 decreases, the input power command value (P * Total (t)) is set to the required power of the load. (P Load (t)) should be decreased with the decrease.

본 발명의 일 양상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있다. 상기의 프로그램을 구현하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크 등을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 저장되고 실행될 수 있다.An aspect of the present invention may be implemented as computer-readable codes on a computer-readable recording medium. Codes and code segments implementing the above program can be easily inferred by a computer programmer in the art. The computer-readable recording medium includes all types of recording devices in which data readable by a computer system is stored. Examples of the computer-readable recording medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical disk, and the like. In addition, the computer-readable recording medium may be distributed in network-connected computer systems, and may be stored and executed as computer-readable codes in a distributed manner.

이상의 설명은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허 청구범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다. The above description is merely an embodiment of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to implement it in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be construed to include various embodiments within the scope equivalent to the content described in the claims.

10: 전력공급장치 20: 부하
110: 태양광 모듈 120: 연료전지 모듈
130: 병렬연결부 140: 전력변환부
150: 제어부
10: power supply 20: load
110: solar module 120: fuel cell module
130: parallel connection unit 140: power conversion unit
150: control unit

Claims (9)

광전반응에 의해 직류전력을 생산하는 태양광 모듈;
태양광 모듈과 병렬 연결되며, 전력을 생산하는 연료전지 모듈;
태양광 모듈 및 연료전지 모듈의 출력을 측정하고 태양광 모듈과 연료전지 모듈 사이에 역조류 흐름을 방지하는 병렬연결부;
태양광 모듈의 출력전력(PPV(t))과 연료전지 모듈의 출력전력(PFC(t))을 합한 만큼의 전력을 수전하여 부하에 송전하는 전력변환부;
병렬연결부에서 태양광 모듈의 출력전압(VPV(t)), 연료전지 모듈의 출력전압(VFC(t)) 및 전력변환부의 입력전력(PTotal(t))을 수신하고, 부하의 요구전력(PLoad(t)) 변화와 태양광 모듈의 출력전압(VPV(t)) 변화에 따라 전력변환부의 입력전압지령치(V*Total(t)) 및 입력전류지령치(I*Total(t))를 계산하는 제어부; 를 포함하고,
전력변환부는 제어부의 제어에 따라서 부하에 대한 정전압 운전을 수행하여 부하에 필요한 전력을 안정적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 전압제어를 하는 일체형 전력공급장치.
A photovoltaic module that generates DC power by photoelectric reaction;
a fuel cell module connected in parallel with the solar module and generating power;
a parallel connection unit that measures the output of the solar module and the fuel cell module and prevents reverse current flow between the solar module and the fuel cell module;
a power conversion unit that receives and transmits power to a load as much as the sum of the output power (P PV (t)) of the solar module and the output power (P FC (t)) of the fuel cell module;
Receives the output voltage (V PV (t)) of the photovoltaic module, the output voltage (V FC (t)) of the fuel cell module, and the input power (P Total (t)) of the power converter from the parallel connection unit, and receives the load request According to the change in power (P Load (t)) and the change in the output voltage (V PV (t)) of the solar module, the input voltage command value (V* Total (t)) and the input current command value (I* Total ( t) of the power conversion unit )) a control unit for calculating; including,
The power conversion unit performs a constant voltage operation on the load according to the control of the controller to stably supply the required power to the load.
제1항에 있어서
전력공급장치가 변동이 없는 정적 부하에 전력을 공급할 때, 제어부는 태양광 모듈의 출력전력(PPV(t))과 연료전지 모듈의 출력전력(PFC(t))이 합이 일정 범위 내를 유지하도록 하면서 태양광 모듈의 출력전압(VPV(t))을 기준으로 전력변환부의 운전을 제어하는 것을 특징으로 하는 전압제어를 하는 일체형 전력공급장치.
2. The method of claim 1
When the power supply device supplies power to a static load that does not change, the controller controls the sum of the output power (P PV (t)) of the photovoltaic module and the output power (P FC (t)) of the fuel cell module within a certain range. An integrated power supply device for voltage control, characterized in that it controls the operation of the power conversion unit based on the output voltage (V PV (t)) of the solar module while maintaining
제1항에 있어서
전력공급장치가 변동성을 가지는 부하에 전력을 공급할 때, 제어부는 태양광 모듈의 출력전류(IPV(t))와 연료전지 모듈의 출력전류(IFC(t))의 합이 부하전압(VLoad(t))의 변동에 대응하도록 하면서, 부하의 요구전력(PLoad(t))을 기준으로 전력변환부의 운전을 제어하는 것을 특징으로 하는 전압제어를 하는 일체형 전력공급장치.
2. The method of claim 1
When the power supply device supplies power to a load having variability, the controller determines that the sum of the output current (I PV (t)) of the solar module and the output current (I FC (t)) of the fuel cell module is the load voltage (V). An integrated power supply device for voltage control, characterized in that the operation of the power converter is controlled based on the required power (P Load (t)) of the load while responding to the variation of Load (t)).
제1항에 있어서,
전력변환부의 출력에 병렬로 연결되며, 입력되는 전력(PTotal(t))과 부하의 요구전력(PLoad(t))의 차이가 발생할 때 과부족 전력을 수용하는 버퍼; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전압제어를 하는 일체형 전력공급장치.
The method of claim 1,
a buffer connected in parallel to the output of the power conversion unit and accommodating excess or insufficient power when a difference between the input power (P Total (t)) and the required power of the load (P Load (t)) occurs; An integrated power supply for voltage control, characterized in that it further comprises.
제1항에 있어서, 제어부는
태양광 모듈의 전압출력값(VPV(t)), 태양광 모듈의 전류출력값(IPV(t)), 연료전지 모듈의 전압출력값(VFC(t)), 연료전지 모듈의 전류출력값(IFC(t))을 수신하고,
부하의 요구전력(PLoad(t))에 따른 전력변환부의 입력전류량(ITotal(t))을 계산하고, 태양광 모듈의 상태를 확인하고,
태양광 모듈로부터의 출력전력(PPV(t))을 최대한으로 인출하되 부하에 충분한 전력공급이 가능하도록 입력전압지령치(V*Total(t))을 계산하고,
입력전압지령치(V*Total(t))에 따른 태양광 모듈의 출력전류지령치(I*PV(t)) 및 연료전지 모듈의 출력전류지령치(I*FC(t))를 계산하고,
연료전지 모듈의 출력전류지령치(I*FC(t))에 근거하여, 연료 공급량이 충족되도록 연료전지 모듈의 출력전류(IFC(t))를 제어하는 것을 특징으로 하는 전압제어를 하는 일체형 전력공급장치.
The method of claim 1, wherein the control unit
Voltage output value of solar module (V PV (t)), current output value of solar module (I PV (t)), voltage output value of fuel cell module (V FC (t)), current output value of fuel cell module (I receive FC (t)),
Calculate the input current (I Total (t)) of the power converter according to the required power of the load (P Load (t)), check the state of the solar module,
The output power (P PV (t)) from the solar module is drawn to the maximum, but the input voltage command value (V* Total (t)) is calculated so that sufficient power can be supplied to the load,
Calculate the output current command value (I* PV (t)) of the solar module and the output current command value (I* FC (t)) of the fuel cell module according to the input voltage command value (V* Total (t)),
Integrated power with voltage control, characterized in that the output current (I FC (t)) of the fuel cell module is controlled so that the fuel supply amount is satisfied based on the output current command value (I* FC (t)) of the fuel cell module supply device.
제5항에 있어서,
제어부는 연료전지 모듈의 출력전류지령치(I*FC(t))에 근거하여, 연료 공급량이 충족되도록 연료전지 모듈의 출력전류(IFC(t))를 제어하기 위하여 연료전지 모듈에 포함되어 수소를 공급하는 연료공급기 및 산소를 공급하는 블로워의 출력을 조정하는 것을 특징으로 하는 전압제어를 하는 일체형 전력공급장치.
6. The method of claim 5,
The control unit is included in the fuel cell module to control the output current (I FC (t)) of the fuel cell module so that the fuel supply amount is satisfied based on the output current command value (I* FC (t)) of the fuel cell module. An integrated power supply device with voltage control, characterized in that it adjusts the outputs of a fuel supply supplying fuel and a blower supplying oxygen.
제5항에 있어서,
태양광 모듈의 출력전압(VPV(t))이 소정의 기준값(VPV_Low) 미만인 경우(VPV(t)<VPV_Low), 제어부는 부하의 전력이 온전히 연료전지 모듈에 의해 공급되도록 제어하도록 부하의 요구전력을 발생하는 부하요구전압값(VLoad(t)) 및 부하요구전류값(ILoad(t))을 연료전지 모듈의 출력전력지령치(P*FC(t))로 지정하는 것을 특징으로 하는 전압제어를 하는 일체형 전력공급장치.
6. The method of claim 5,
When the output voltage (V PV (t)) of the photovoltaic module is less than a predetermined reference value (V PV_Low ) (V PV (t)<V PV_Low ), the control unit controls so that the power of the load is completely supplied by the fuel cell module. Designating the load demand voltage (V Load (t)) and load demand current (I Load (t)) that generate the required power of the load as the output power command value (P* FC (t)) of the fuel cell module An all-in-one power supply with voltage control.
제7항에 있어서,
태양광 모듈의 출력전압(VPV(t))이 소정의 기준값(VPV_Low) 이상인 경우(VPV(t)≥VPV_Low), 태양광 모듈의 최대출력점전압(VPVMP)을 연료전지 모듈의 출력전압지령치(V*FC(t))로 지정하는 것을 특징으로 하는 전압제어를 하는 일체형 전력공급장치.
8. The method of claim 7,
When the output voltage (V PV (t)) of the solar module is higher than the predetermined reference value (V PV_Low ) (V PV (t)≥V PV_Low ), the maximum output point voltage (V PVMP ) of the solar module is set to the fuel cell module An integrated power supply device for voltage control, characterized in that it is specified as the output voltage command value (V* FC (t)) of
제4항에 있어서,
제어부는 버퍼의 전력저장량을 수신하고,
버퍼의 전력저장량(PBuffer(t))이 일정 수준(PBuffer_Low) 미만인 경우, 태양광 모듈의 최대출력점전압(VPVMP)을 태양광 모듈의 전압지령치(V*PV(t))와 연료전지 모듈의 전압지령치(V*FC(t))로 지정하고,
버퍼의 전력저장량(PBuffer(t))이 일정 수준(PBuffer_Low) 이상일 경우 부하의 요구전력(PLoad(t))이 전력변환부의 입력전력(PTotal(t))이 되도록 입력전압지령치(V*Total(t)), 태양광 모듈의 출력전류지령치(I*PV(t)) 및 연료전지 모듈의 출력전류지령치(I*FC(t))를 지정함으로써 태양광 모듈의 출력전력(PPV(t))과 연료전지 모듈의 출력전력(PFC(t))을 제어하는 것을 특징으로 하는 전압제어를 하는 일체형 전력공급장치.
5. The method of claim 4,
The control unit receives the power storage amount of the buffer,
When the amount of power stored in the buffer (P Buffer (t)) is less than a certain level (P Buffer_Low ), the maximum output point voltage (V PVMP ) of the photovoltaic module is compared with the voltage setpoint of the photovoltaic module (V* PV (t)) and the fuel Designate as the voltage command value (V* FC (t)) of the battery module,
When the amount of power stored in the buffer ( P Buffer ( t )) is above a certain level (P Buffer_Low ), the input voltage command value ( By specifying V* Total (t)), the output current command value of the solar module (I* PV (t)), and the output current command value of the fuel cell module (I* FC (t)), the output power (P An integrated power supply device with voltage control, characterized in that it controls the PV (t)) and the output power (P FC (t)) of the fuel cell module.
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