KR20230100975A - apparatus and method for Maximum power point tracking in photovoltaic system having flyback convertor - Google Patents

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KR20230100975A
KR20230100975A KR1020210190699A KR20210190699A KR20230100975A KR 20230100975 A KR20230100975 A KR 20230100975A KR 1020210190699 A KR1020210190699 A KR 1020210190699A KR 20210190699 A KR20210190699 A KR 20210190699A KR 20230100975 A KR20230100975 A KR 20230100975A
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flyback converter
duty ratio
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flyback
voltage
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손진근
이현재
손성용
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가천대학교 산학협력단
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Abstract

본 문서의 다양한 실시예들은 플라이백 컨버터를 포함하는 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추적 방법 및 장치에 관한 것이다. 플라이백 컨버터를 포함하는 태양광 발전 시스템에서 최대 전력점을 추적하는 방법은, 플라이백 컨버터의 1차측의 입력 전류 및 2차측의 출력 전압을 측정하는 동작, 상기 측정된 입력 전류 및 출력 전압에 기반하여, 상기 플라이백 컨버터의 누설 인덕턴스를 고려한 유효 듀티비를 계산하는 동작, 상기 유효 듀티비를 기반으로 상기 플라이백 인버터의 1차측의 입력 전압을 계산하는 동작, 및 상기 계산된 입력 전압을 기반으로 최대 전력점을 추적하는 동작을 포함할 수 있다.Various embodiments of this document relate to a method and apparatus for tracking a maximum power point of a photovoltaic system including a flyback converter. A method for tracking the maximum power point in a photovoltaic power generation system including a flyback converter is based on the operation of measuring the input current of the primary side and the output voltage of the secondary side of the flyback converter, based on the measured input current and output voltage. Thus, an operation of calculating an effective duty ratio considering the leakage inductance of the flyback converter, an operation of calculating an input voltage of the primary side of the flyback inverter based on the effective duty ratio, and based on the calculated input voltage An operation of tracking the maximum power point may be included.

Description

플라이백 컨버터를 포함하는 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추적 방법 및 장치{apparatus and method for Maximum power point tracking in photovoltaic system having flyback convertor}Apparatus and method for maximum power point tracking in photovoltaic system having flyback convertor}

본 문서의 다양한 실시예들은 플라이백 컨버터를 포함하는 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추적 방법 및 장치에 관한 것이다.Various embodiments of this document relate to a method and apparatus for tracking a maximum power point of a photovoltaic system including a flyback converter.

최근 전력 수요의 급증에 따라 특정 계절, 특정 시간대에 사용되는 전력 부하가 급격하게 증가하면서, 상시 대기 전력의 부족분을 초래하고 있으며, 정전과 같은 사고 발생의 원인이 되고 있다. 이에 따라, 전력 부족 문제를 해결하기 위한 다양한 방안들이 연구 및 개발되고 있으며, 그 중 하나로 태양광 발전 시스템에 대한 연구가 진행되고 있다.Recently, as the power load used in a specific season and a specific time period rapidly increases according to a rapid increase in power demand, it causes a shortage of standby power at all times and causes accidents such as power outages. Accordingly, various methods for solving the power shortage problem are being researched and developed, and one of them is research on a solar power generation system.

태양광 발전 시스템은, 태양전지 모듈이 출력하는 높은 레벨의 직류 입력 신호를 변환하여 직류 출력 신호를 생성하는 전력 변환 장치를 포함한다. 태양전지 모듈의 최대 전력점(maximum power point, MPP)은 일사량 또는 주변의 온도 등과 같은 환경에 따라 변화될 수 있다. 따라서, 태양광 발전 시스템에서는, 에너지 효율을 높이기 위해 최대 전력점 추적(maximum power point tracking, MPPT) 기법이 이용되고 있다.The photovoltaic power generation system includes a power conversion device that generates a DC output signal by converting a high-level DC input signal output from a solar cell module. A maximum power point (MPP) of a solar cell module may change depending on an environment such as solar radiation or ambient temperature. Therefore, in a photovoltaic power generation system, a maximum power point tracking (MPPT) technique is used to increase energy efficiency.

대부분의 최대 전력점 추적 기법은 태양광 발전 시스템에 포함된 플라이백 컨버터의 입력 전압 및 입력 전류에 대한 정보 검출을 요구한다. 따라서, 종래에는 플라이백 컨버터의 입력 전압 및 입력 전류를 측정하는 센서를 구비함으로써, 입력 전압 및 입력 전류를 측정하는 방식을 이용하고 있다. 그러나, 입력 전압 및 입력 전류를 측정하기 위한 센서들로 인해 태양광 발전 시스템 구축에 많은 비용이 투자되는 단점이 있다.Most of the maximum power point tracking techniques require the detection of information about the input voltage and input current of the flyback converter included in the photovoltaic system. Therefore, conventionally, a method of measuring the input voltage and input current is used by providing a sensor for measuring the input voltage and input current of the flyback converter. However, there is a disadvantage in that a lot of cost is invested in constructing a solar power generation system due to sensors for measuring input voltage and input current.

따라서, 본 문서의 다양한 실시예들은 전술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 플라이백 컨버터를 포함하는 태양광 발전 시스템에서 입력 전압을 측정하는 센서 없이 최대 전력점을 추적하는 방법 및 장치에 대해 개시한다. Therefore, various embodiments of the present document disclose a method and apparatus for tracking a maximum power point without a sensor for measuring an input voltage in a photovoltaic power generation system including a flyback converter in order to solve the above problem.

본 문서에서 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved in this document is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.

다양한 실시예들에 따르면, 플라이백 컨버터를 포함하는 태양광 발전 시스템에서 최대 전력점을 추적하는 방법은, 플라이백 컨버터의 1차측의 입력 전류 및 2차측의 출력 전압을 측정하는 동작, 상기 측정된 입력 전류 및 출력 전압에 기반하여, 상기 플라이백 컨버터의 누설 인덕턴스를 고려한 유효 듀티비를 계산하는 동작, 상기 유효 듀티비를 기반으로 상기 플라이백 인버터의 1차측의 입력 전압을 계산하는 동작, 및 상기 계산된 입력 전압을 기반으로 최대 전력점을 추적하는 동작을 포함할 수 있다.According to various embodiments, a method for tracking a maximum power point in a photovoltaic power generation system including a flyback converter includes an operation of measuring an input current of a primary side and an output voltage of a secondary side of a flyback converter, the measured An operation of calculating an effective duty ratio considering the leakage inductance of the flyback converter based on the input current and an output voltage, an operation of calculating an input voltage of the primary side of the flyback inverter based on the effective duty ratio, and the An operation of tracking a maximum power point based on the calculated input voltage may be included.

일 실시예에 따르면, 상기 유효 듀티비는, 상기 플라이백 컨버터의 평균 입력 전류, 상기 플라이백 컨버터의 평균 출력 전압, 측정된 듀티비, 상기 플라이백 컨버터의 자화 인덕턴스, 상기 플라이백 컨버터의 누설 인덕턴스를 기반으로 계산될 수 있다. According to one embodiment, the effective duty ratio, the average input current of the flyback converter, the average output voltage of the flyback converter, the measured duty ratio, the magnetizing inductance of the flyback converter, the leakage inductance of the flyback converter can be calculated based on

일 실시예에 따르면, 상기 플라이백 인버터의 1차측의 입력 전압은, 상기 유효 듀티비, 상기 측정된 듀티비, 상기 플라이백 컨버터의 평균 출력 전압, 상기 플라이백 컨버터의 평균 입력 전류 및 상기 플라이백 컨버터의 누설 인덕턴스를 기반으로, 계산될 수 있다.According to one embodiment, the input voltage of the primary side of the flyback inverter, the effective duty ratio, the measured duty ratio, the average output voltage of the flyback converter, the average input current of the flyback converter and the flyback Based on the leakage inductance of the converter, it can be calculated.

일 실시예에 따르면, 상기 태양광 발전 시스템이 차동 전력 조절 구조인 경우, 상기 측정된 입력 전류에서 지정된 최소 전류를 차감하여 상기 입력 전류를 갱신하는 동작을 더 포함하며, 상기 유효 듀티비 및 상기 입력 전압 계산에 상기 측정된 입력 전류 대신 상기 갱신된 입력 전류를 이용할 수 있다.According to an embodiment, when the photovoltaic power generation system has a differential power control structure, the method further includes updating the input current by subtracting a specified minimum current from the measured input current, the effective duty ratio and the input current. The updated input current may be used instead of the measured input current for voltage calculation.

다양한 실시예들에 따르면, 플라이백 컨버터를 포함하는 태양광 발전 시스템은, 태양 에너지를 이용한 발전을 통해 전력을 생산하는 PV(photovoltaic) 모듈, 상기 PV 모듈의 출력 전압을 펄스 형태의 직류 전압으로 변환하여 출력하는 플라이백 컨버터, 및, 및 상기 플라이백 컨버터의 1차측의 입력 전류 및 2차측의 출력 전압을 기반으로 최대 전력점 추적을 제어하는 MPPT 제어부를 포함하며, 상기 MPPT 제어부는, 상기 플라이백 컨버터의 1차측의 입력 전류 및 2차측의 출력 전압을 측정하고, 상기 측정된 입력 전류 및 출력 전압에 기반하여, 상기 플라이백 컨버터의 누설 인덕턴스를 고려한 유효 듀티비를 계산하고, 상기 유효 듀티비를 기반으로 상기 플라이백 인버터의 1차측의 입력 전압을 계산하고, 상기 계산된 입력 전압을 기반으로 최대 전력점을 추적할 수 있다.According to various embodiments, a solar power generation system including a flyback converter includes a photovoltaic (PV) module that generates power through power generation using solar energy, and converts an output voltage of the PV module into a pulsed DC voltage. and an MPPT control unit for controlling maximum power point tracking based on an input current on a primary side and an output voltage on a secondary side of the flyback converter, wherein the MPPT control unit comprises: Measure the input current of the primary side and the output voltage of the secondary side of the converter, calculate an effective duty ratio considering the leakage inductance of the flyback converter based on the measured input current and output voltage, and calculate the effective duty ratio Based on this, the input voltage of the primary side of the flyback inverter may be calculated, and the maximum power point may be tracked based on the calculated input voltage.

일 실시예에 따르면, 상기 MPPT 제어부는, 상기 플라이백 컨버터의 평균 입력 전류, 상기 플라이백 컨버터의 평균 출력 전압, 측정된 듀티비, 상기 플라이백 컨버터의 자화 인덕턴스, 상기 플라이백 컨버터의 누설 인덕턴스를 기반으로 상기 유효 듀티비를 계산할 수 있다.According to one embodiment, the MPPT controller, the average input current of the flyback converter, the average output voltage of the flyback converter, the measured duty ratio, the magnetizing inductance of the flyback converter, the leakage inductance of the flyback converter Based on this, the effective duty ratio can be calculated.

일 실시예에 따르면, 상기 MPPT 제어부는, 상기 유효 듀티비, 상기 측정된 듀티비, 상기 플라이백 컨버터의 평균 출력 전압, 상기 플라이백 컨버터의 평균 입력 전류 및 상기 플라이백 컨버터의 누설 인덕턴스를 기반으로, 상기 플라이백 인버터의 1차측의 입력 전압을 계산할 수 있다.According to one embodiment, the MPPT control unit, based on the effective duty ratio, the measured duty ratio, the average output voltage of the flyback converter, the average input current of the flyback converter, and the leakage inductance of the flyback converter , the input voltage of the primary side of the flyback inverter can be calculated.

일 실시예에 따르면, 상기 MPPT 제어부는, 상기 태양광 발전 시스템이 차동 전력 조절 구조인 경우, 상기 측정된 입력 전류에서 지정된 최소 전류를 차감하여 상기 입력 전류를 갱신하고, 상기 유효 듀티비 및 상기 입력 전압 계산에 상기 측정된 입력 전류 대신 상기 갱신된 입력 전류를 이용할 수 있다.According to an embodiment, when the photovoltaic system has a differential power control structure, the MPPT control unit updates the input current by subtracting a specified minimum current from the measured input current, and updates the effective duty ratio and the input current. The updated input current may be used instead of the measured input current for voltage calculation.

본 문서의 다양한 실시예들에 따르면, 플라이백 컨버터를 포함하는 태양광 발전 시스템에서 센서리스 전압 계산 기법을 이용하여 최대 전력점을 추적함으로써, 시스템 설계 비용을 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 플라이백 컨버터를 포함하는 태양광 발전 시스템에서 누설 인덕턴스를 고려한 유효 듀티비를 계산함으로써, 듀티비에 대한 계산 오차를 최소화할 수 있다.According to various embodiments of the present document, by tracking the maximum power point using a sensorless voltage calculation technique in a solar power generation system including a flyback converter, it is possible to obtain an effect of reducing system design cost. In addition, by calculating the effective duty ratio considering the leakage inductance in the photovoltaic power generation system including the flyback converter, it is possible to minimize the calculation error for the duty ratio.

도 1은 본 문서의 다양한 실시예들에 따른 플라이백 컨버터를 포함하는 태양광 발전 시스템의 블럭도이다.
도 2는 본 문서의 다양한 실시예들에 따른 플라이백 컨버터의 회로도이다.
도 3은 본 문서의 다양한 실시예들에 따른 유효 듀티비를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 문서의 다양한 실시예들에 따른 센서리스 전압 계산 기법에 따라 계산된 입력 전압을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 문서의 다양한 실시예들에 따른 플라이백 컨버터를 포함하는 차동 전력 조절 시스템의 세부 회로도이다.
도 6a는 종래 기술에 따라 전압 및 전류 센서를 이용한 MPPT 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6b는 본 문서의 다양한 실시예들에 따른 MPPT 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 문서의 다양한 실시예들에 따른 플라이백 컨버터를 포함하는 태양광 발전 시스템에서 최대 전력점 추적을 제어하는 흐름도이다.
1 is a block diagram of a photovoltaic system including a flyback converter according to various embodiments of the present disclosure.
2 is a circuit diagram of a flyback converter according to various embodiments of this document.
3 is a graph showing an effective duty ratio according to various embodiments of the present disclosure.
4 is a graph showing an input voltage calculated according to a sensorless voltage calculation technique according to various embodiments of the present disclosure.
5 is a detailed circuit diagram of a differential power conditioning system including a flyback converter according to various embodiments of the present disclosure.
6A is a graph showing MPPT results using voltage and current sensors according to the prior art.
6B is a graph showing MPPT results according to various embodiments of the present document.
7 is a flowchart for controlling maximum power point tracking in a photovoltaic power generation system including a flyback converter according to various embodiments of the present disclosure.

이하 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명된다.Hereinafter, various embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략할 수 있다. Regardless of the reference numerals, the same or similar components are given the same reference numerals, and overlapping descriptions thereof can be omitted.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 '모듈' 또는 '부'는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, '모듈' 또는 '부'는 소프트웨어 또는 FPGA(field programmable gate array) 또는 ASIC(application specific integrated circuit)과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하나, 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '부' 또는 '모듈'은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '부' 또는 '모듈'은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함할 수 있다. 하나의 구성요소, '부' 또는 '모듈'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '부' 또는 '모듈'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '부' 또는 '모듈'들로 더 분리될 수 있다.The suffix 'module' or 'unit' for the components used in the following description is given or used interchangeably in consideration of ease of writing the specification, and does not itself have a meaning or role distinct from each other. In addition, 'module' or 'unit' means software or a hardware component such as a field programmable gate array (FPGA) or an application specific integrated circuit (ASIC), but is not limited to software or hardware. A 'unit' or 'module' may be configured to reside in an addressable storage medium and may be configured to reproduce one or more processors. Thus, as an example, 'unit' or 'module' includes components such as software components, object-oriented software components, class components and task components, processes, functions, properties, may include procedures, subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables. Functions provided within one component, 'unit' or 'module' may be combined into a smaller number of components and 'units' or 'modules', or may be combined with additional components and 'units' or 'modules'. can be further separated by

본 발명의 몇몇 실시예들과 관련하여 설명되는 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 당업계에 알려진 임의의 다른 형태의 기록 매체에 상주할 수도 있다. 예시적인 기록 매체는 프로세서에 커플링되며, 그 프로세서는 기록 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 기록 매체는 프로세서와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 기록 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC은 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다.Steps of a method or algorithm described in connection with some embodiments of the present invention may be directly embodied in hardware executed by a processor, a software module, or a combination of the two. A software module may reside in RAM memory, flash memory, ROM memory, EPROM memory, EEPROM memory, registers, hard disk, a removable disk, a CD-ROM, or any other form of recording medium known in the art. An exemplary recording medium is coupled to the processor, and the processor can read information from and write information to the storage medium. Alternatively, the recording medium may be integral with the processor. The processor and recording medium may reside within an application specific integrated circuit (ASIC). An ASIC may reside within a user terminal.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinal numbers, such as first and second, may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.It is understood that when a component is referred to as being 'connected' or 'connected' to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. It should be. On the other hand, when a component is referred to as being 'directly connected' or 'directly connected' to another component, it should be understood that no other component exists in the middle.

도 1은 본 문서의 다양한 실시예들에 따른 플라이백 컨버터를 포함하는 태양광 발전 시스템(100)의 블럭도이다. 도 1에 도시된 태양광 발전 시스템(100)의 구성은 일 실시예로, 도 1에 도시되지 않은 다른 구성 요소가 더 포함될 수 있다. 또한, 도 1에 도시된 구성 요소들 중 적어도 하나는 생략될 수 있다. 도 1에 도시된 구성 요소들 중 일부 구성 요소는 복수 개의 구성 요소들로 분리되어 서로 다른 칩, 또는 서로 다른 부품, 또는 서로 다른 전자 회로로 구성될 수 있으며, 일부 구성 요소들은 결합되어 하나의 칩, 하나의 부품, 또는 하나의 전자 회로로 구성될 수도 있다. 1 is a block diagram of a solar power system 100 including a flyback converter according to various embodiments of the present disclosure. The configuration of the solar power generation system 100 shown in FIG. 1 is an embodiment, and other components not shown in FIG. 1 may be further included. In addition, at least one of the components shown in FIG. 1 may be omitted. Some of the components shown in FIG. 1 may be separated into a plurality of components and configured as different chips, different parts, or different electronic circuits, and some components may be combined to form one chip. , may be composed of one component or one electronic circuit.

이하 설명에서 도 1의 일부 구성 요소의 동작은 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명할 것이다. 도 2는 본 문서의 다양한 실시예들에 따른 플라이백 컨버터의 회로도이고, 도 3은 본 문서의 다양한 실시예들에 따른 유효 듀티비를 나타내는 그래프이다. 도 4는 본 문서의 다양한 실시예들에 따른 센서리스 전압 계산 기법에 따라 계산된 입력 전압을 나타내는 그래프이고, 도 5는 본 문서의 다양한 실시예들에 따른 플라이백 컨버터를 포함하는 차동 전력 조절 시스템의 세부 회로도이다.In the following description, operations of some components of FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 2 to 5 . 2 is a circuit diagram of a flyback converter according to various embodiments of the present document, and FIG. 3 is a graph showing an effective duty ratio according to various embodiments of the present document. 4 is a graph showing an input voltage calculated according to a sensorless voltage calculation technique according to various embodiments of the present document, and FIG. 5 is a differential power control system including a flyback converter according to various embodiments of the present document. is a detailed circuit diagram of

도 1을 참조하면, 태양광 발전 시스템(photovoltaic system, 100)은 태양광 모듈(110), 플라이백 컨버터(120), 및 MPPT 제어부(130)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a photovoltaic system 100 may include a photovoltaic module 110 , a flyback converter 120 , and an MPPT controller 130 .

PV 모듈(photovoltaic module, 110)은 태양 에너지를 이용한 발전을 통해 전력을 생산하는 적어도 하나의 태양 전지를 포함할 수 있다. 플라이백 컨버터(120)는 PV 모듈(100)의 출력 전압을 펄스 형태의 직류 전압으로 변환하여 출력하는 전력 변환 장치일 수 있다. The photovoltaic module 110 may include at least one solar cell that generates power through power generation using solar energy. The flyback converter 120 may be a power conversion device that converts the output voltage of the PV module 100 into a DC voltage in the form of a pulse and outputs it.

다양한 실시예들에 따르면, MPPT 제어부(130)는 플라이백 컨버터의 1차측의 입력 전압(Vin), 및 입력 전류(Iin)를 기반으로 PV 모듈(110)에 대한 최대 전력점(maximum power point, MPP)을 추적하여 플라이백 컨버터(120)가 최대 전력점에서 동작하도록 제어할 수 있다. 일실시예에 따르면 MPPT 제어부(130)는, 입력 전압을 측정하는 센서 없이, 최대 전력점 추적(maximum power point tracking, MPPT)에 이용되는 입력 전압(Vin)을 계산하기 위해, 유효 듀티비 계산부(132), 센서리스 전압 계산부(134), 및 센서리스 MPPT 제어부(136)를 포함할 수 있다.According to various embodiments, the MPPT controller 130 determines the maximum power point for the PV module 110 based on the input voltage (V in ) and the input current (I in ) of the primary side of the flyback converter. point, MPP) can be tracked to control the flyback converter 120 to operate at the maximum power point. According to an embodiment, the MPPT controller 130 calculates an effective duty ratio to calculate the input voltage (V in ) used for maximum power point tracking (MPPT) without a sensor measuring the input voltage. It may include a unit 132, a sensorless voltage calculator 134, and a sensorless MPPT controller 136.

일 실시예에 따르면, 유효 듀티비 계산부(130)는 플라이백 컨버터(120)의 정상 상태에서 MPPT를 위해 이용되는 유효 듀티비를 계산할 수 있다. 유효 듀티비는 이상적인 조건에서의 듀티비가 아닌 플라이백 컨버터(120)의 손실 요소가 반영된 듀티비를 의미할 수 있다. According to an embodiment, the effective duty ratio calculator 130 may calculate an effective duty ratio used for MPPT in the normal state of the flyback converter 120 . The effective duty ratio may mean a duty ratio in which a loss factor of the flyback converter 120 is reflected, rather than a duty ratio under ideal conditions.

일반적으로, 피드백 제어가 수행되는 플라이백 컨버터(120)의 입력 전압과 출력 전압의 관계는 하기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. In general, the relationship between the input voltage and the output voltage of the flyback converter 120 in which feedback control is performed may be expressed as in Equation 1 below.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, Vin은 플라이백 컨버터(120)의 입력 전압을 의미하고, Vout은 플라이백 컨버터(120)의 출력 전압을 의미할 수 있다. D는 입력 전압과 출력 전압에 대한 듀티비를 의미할 수 있다.Here, Vin may mean an input voltage of the flyback converter 120, and Vout may mean an output voltage of the flyback converter 120. D may mean a duty ratio for an input voltage and an output voltage.

수학식 1은, 플라이백 컨버터(120)에서 손실이 일어나지 않는 이상적인 조건에서 입력 전압과 출력 전압의 관계를 나타낸 것이다. 따라서, 실제로 플라이백 컨버터(120)에서 손실이 발생되는 경우, 수학식 1을 이용하여 듀티비를 계산하는 경우, MPPT 제어에 오차가 발생될 수 있다. Equation 1 shows the relationship between the input voltage and the output voltage under ideal conditions in which no loss occurs in the flyback converter 120. Therefore, when a loss actually occurs in the flyback converter 120 and the duty ratio is calculated using Equation 1, an error may occur in MPPT control.

따라서, 본 문서의 다양한 실시예들에 따른 유효 듀티비 계산부(130)는 플라이백 컨버터(130)의 손실 요소 중 하나인 누설 인덕턴스를 고려하여 손실 요소가 반영된 유효 듀티비를 계산할 수 있다. 즉, 본 문서의 다양한 실시예들에서는 누설 인덕턴스에서 발생되는 전력 손실량을 고려하여 유효 듀티비를 계산함으로써, MPPT 제어 동작 시 듀티비에 의해 오차가 발생되는 것을 최소화할 수 있다.Therefore, the effective duty ratio calculator 130 according to various embodiments of the present document may calculate an effective duty ratio in which the loss element is reflected by considering the leakage inductance, which is one of the loss elements of the flyback converter 130 . That is, in various embodiments of the present document, by calculating the effective duty ratio in consideration of the amount of power loss generated in the leakage inductance, it is possible to minimize an error caused by the duty ratio during the MPPT control operation.

일실시예에 따르면, 유효 듀티비 계산부(130)는 도 2에 도시된 바와 같이 구성되는 플라이백 컨버터(120)의 누설 인덕턴스를 고려하여 하기 수학식 2와 같이 유효 듀티비를 계산할 수 있다.According to an embodiment, the effective duty ratio calculator 130 may calculate the effective duty ratio as shown in Equation 2 below in consideration of the leakage inductance of the flyback converter 120 configured as shown in FIG. 2 .

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, Iin은 한 주기당 플라이백 컨버터의 평균 입력 전류를 의미하고, Vout은 한 주기당 플라이백 컨버터의 평균 출력 전압을 의미할 수 있다. 또한, D는 측정된 듀티비를 의미할 수 있다. 예를 들어, D는 PI 제어기의 출력을 측정하여 획득된 듀티비일 수 있다. Deff는 손실 요소가 반영된 유효 듀티비를 의미하며, Lm은 플라이백 컨버터의 자화 인덕턴스를 의미하고, Llk는 플라이백 컨버터의 누설 인덕턴스를 의미할 수 있다. T는 한 주기의 간격을 의미할 수 있다. Here, I in may mean an average input current of the flyback converter per cycle, and V out may mean an average output voltage of the flyback converter per cycle. Also, D may mean the measured duty ratio. For example, D may be a duty ratio obtained by measuring the output of the PI controller. D eff denotes an effective duty ratio in which a loss factor is reflected, L m denotes a magnetizing inductance of the flyback converter, and L lk denotes a leakage inductance of the flyback converter. T may mean an interval of one period.

수학식 2에 나타낸 바와 같이, 유효 듀티비 계산부(130)는 측정 가능한 데이터 및 소자 값들을 기반으로, 누설 인덕턴스가 반영된 유효 듀티비를 계산할 수 있다. 여기서, 측정 가능한 데이터는, 플라이백 컨버터 1차측의 전류 센서를 이용하여 측정 가능한 입력 전류(Iin), 및 2차측의 전압 센서를 이용하여 측정 가능한 출력 전압(Vout)을 의미할 수 있다. 이를 제외한 다른 파라미터들은 플라이백 컨버터(120)의 설계 시에 결정되는 값들이다. As shown in Equation 2, the effective duty ratio calculator 130 may calculate an effective duty ratio into which leakage inductance is reflected, based on measurable data and device values. Here, the measurable data may mean an input current (I in ) measurable using a current sensor on the primary side of the flyback converter, and an output voltage (V out ) measurable using a voltage sensor on the secondary side of the flyback converter. Except for this, the other parameters are values determined during the design of the flyback converter 120.

상술한 수학식 2에 기초하여 유효 듀티비를 계산하는 기법에 대한 모의 실험 결과는 도 3과 같다. 도 3은 수학식 1에 기초하여 계산된 일반적인 듀티비(D, 301)의 파형과 수학식 2에 기초하여 계산된 유효 듀티비(Deff, 303)의 파형을 나타낸다. 도 3의 (a)는 플라이백 컨버터가 온된 시점부터 약 0.2초 동안의 일반적인 듀티비(D, 301)와 유효 듀티비(Deff, 303)의 파형을 나타내며, 도 3의 (b)는 (a)의 일부 구간(311)을 확대한 것이다. 도 3의 (b)는 플라이백 컨버터가 정상 상태인 동안의 일반적인 듀티비(D, 301)와 유효 듀티비(Deff, 303)를 나타낸다. 도 3의 (b)를 살펴보면, 일반적인 일반적인 듀티비(D, 301)와 유효 듀티비(Deff, 303)가 동일하지 않음을 알 수 있으며, 이는 유효 듀티비(Deff, 303)에 누설 인덕턴스가 반영되었음을 의미할 수 있다.The results of the simulation for the technique of calculating the effective duty ratio based on Equation 2 above are shown in FIG. 3 . 3 shows waveforms of a general duty ratio (D, 301) calculated based on Equation 1 and waveforms of an effective duty ratio (D eff , 303) calculated based on Equation 2. (a) of FIG. 3 shows the waveforms of a typical duty ratio (D, 301) and an effective duty ratio (D eff , 303) for about 0.2 seconds from the time the flyback converter is turned on, and (b) of FIG. A part of section 311 of a) is enlarged. (b) of FIG. 3 shows a typical duty ratio (D, 301) and an effective duty ratio (D eff , 303) while the flyback converter is in a steady state. Looking at (b) of FIG. 3, it can be seen that the general duty ratio (D, 301) and the effective duty ratio (D eff , 303) are not the same, which means that the effective duty ratio (D eff , 303) has a leakage inductance It can mean that has been reflected.

일 실시예 따르면, 센서리스 전압 계산부(134)는 유효 듀티비를 기반으로 플라이백 컨버터(120)의 1차측의 입력 전압을 계산할 수 있다. 즉, 센서리스 전압 계산부(134)는 입력 전압을 측정하는 센서를 구비하지 않고, 하기 수학식 3과 같이 플라이백 컨버터(120)의 1차측의 입력 전압을 계산할 수 있다.According to an embodiment, the sensorless voltage calculator 134 may calculate the input voltage of the primary side of the flyback converter 120 based on the effective duty ratio. That is, the sensorless voltage calculator 134 may calculate the input voltage of the primary side of the flyback converter 120 as shown in Equation 3 below without having a sensor for measuring the input voltage.

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, Vin은 플라이백 컨버터(120)의 1차측의 입력 전압을 의미하며, Deff는 수학식 2에 의해 계산된 유효 듀티비를 의미하고, D는 PI 제어기의 출력을 측정하여 획득된 듀티비를 의미한다. Vout은 한 주기당 플라이백 컨버터의 평균 출력 전압을 의미하고, Iin은 한 주기당 플라이백 컨버터의 평균 입력 전류를 의미할 수 있다. Llk는 플라이백 컨버터의 누설 인덕턴스를 의미하고, T는 한 주기의 간격을 의미할 수 있다. Here, V in means the input voltage of the primary side of the flyback converter 120, D eff means the effective duty ratio calculated by Equation 2, D is the duty obtained by measuring the output of the PI controller means rain. V out may mean the average output voltage of the flyback converter per cycle, and I in may mean the average input current of the flyback converter per cycle. L lk means the leakage inductance of the flyback converter, and T can mean the interval of one cycle.

본 문서의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 수학식 3과 같이 유효 듀티비를 이용하여 플라이백 컨버터(120)의 1차측 입력 전압을 계산할 수 있다. According to various embodiments of the present document, the primary-side input voltage of the flyback converter 120 may be calculated using the effective duty ratio as shown in Equation 3 above.

수학식 3에 기초하여 계산된 입력 전압에 대한 오차를 검증하기 위해 모의실험한 결과는 도 4와 같다. 도 4는 종래 기술에 따라 전압 센서를 이용하여 측정되는 제1 입력 전압(M_Vin, 401), 일반적인 듀티비를 이용하여 계산된 제2 입력 전압(D_Vin, 403), 및 본 문서에서 제안된 유효 듀티비를 이용하여 계산된 제3 입력 전압(Deff, 405)의 파형을 나타낸다. The result of the simulation to verify the error for the input voltage calculated based on Equation 3 is shown in FIG. 4 . 4 shows a first input voltage (M_V in 401) measured using a voltage sensor according to the prior art, a second input voltage (D_V in 403) calculated using a general duty ratio, and the A waveform of the third input voltage (D eff , 405) calculated using the effective duty ratio is shown.

도 4의 (a)는 플라이백 컨버터가 온된 시점부터 약 0.2초 동안의 제1 입력 전압(M_Vin, 401), 제2 입력 전압(D_Vin, 403), 및 제3 입력 전압(Deff, 405)의 파형을 나타내며, 도 4의 (b)는 (a)의 일부 구간(411)을 확대한 것이다. 즉, 도 4의 (b)는 플라이백 컨버터가 정상 동작하는 상태인 동안의 제1 입력 전압(M_Vin, 401), 제2 입력 전압(D_Vin, 403), 및 제3 입력 전압(Deff, 405)을 나타낸다. 모의실험은 플라이백 컨버터의 1차측 입력 전압이 약 17.02[V]가 되도록 제어한 상황에 대한 것이다. (a) of FIG. 4 shows the first input voltage (M_V in , 401 ), the second input voltage (D_V in , 403 ), and the third input voltage (D eff , for about 0.2 seconds from when the flyback converter is turned on). 405), and (b) of FIG. 4 is an enlarged portion of a section 411 of (a). That is, (b) of FIG. 4 shows the first input voltage (M_V in , 401 ), the second input voltage (D_V in , 403 ), and the third input voltage (D eff ) while the flyback converter is in a normal operating state. , 405). The simulation is for the situation where the primary input voltage of the flyback converter is controlled to be about 17.02 [V].

도 4의 (b)를 살펴보면, 전압 센서를 이용하여 측정된 제1 입력 전압(M_Vin, 401)의 평균은 약 17.023[V]임을 알 수 있다. 반면, 일반적인 듀티비를 이용하여 계산된 제2 입력 전압(D_Vin, 403)은 약 16.254[V]로, 제1 입력 전압(M_Vin, 401)과 오차가 있음을 알 수 있다. 그러나, 본 문서에서 제안된 유효 듀티비를 이용하여 계산된 제3 입력 전압(Deff, 405)은 약 17.027[V]로, 제1 입력 전압(M_Vin, 401)과 매우 유사함을 알 수 있다. 즉, 입력 전압을 측정하는 센서 없이, 누설 인덕턴스에 대한 전력 손실이 고려된 유효 듀티비를 기반으로 입력 전압을 계산하는 기법은, 센서를 이용하여 입력 전압을 측정하는 기법과 동일한 성능을 가질 수 있다. Looking at (b) of FIG. 4 , it can be seen that the average of the first input voltages M_V in 401 measured using the voltage sensor is about 17.023 [V]. On the other hand, it can be seen that the second input voltage D_V in 403 calculated using a general duty ratio is about 16.254 [V], and there is an error with the first input voltage M_V in 401 . However, it can be seen that the third input voltage (D eff , 405) calculated using the effective duty ratio proposed in this document is about 17.027 [V], which is very similar to the first input voltage (M_V in , 401). there is. That is, a technique of calculating an input voltage based on an effective duty ratio in which power loss for leakage inductance is considered without a sensor measuring the input voltage may have the same performance as a technique of measuring the input voltage using a sensor. .

일 실시예 따르면, 센서리스 MPPT 제어부(136)는 태양광 발전 시스템(100)이 차동 전력 조절(Differential Power Processing, DPP) 구조를 갖는 경우에 구비되어, 센서를 통해 측정되는 입력 전류(Iin)를 기반으로, 유효 듀티비 계산에 필요한 입력 전류(I'in)를 계산할 수 있다. 예를 들어, 태양광 발전 시스템(100)이 도 5에 도시된 바와 같이 2개의 태양광 패널을 갖는 간이 DPP 구조인 경우, 전류 센서는 태양광 패널의 출력단에 위치된다. 따라서, 전류 센서를 통해 측정되는 전류는 IPVn이나, 실질적으로, 유효 듀티비 및/또는 입력 전압의 계산에 필요한 입력 전류는 Iin_n이다. 즉, DPP 구조에서는 전류 센서를 통해 측정된 입력 전류(Iin)는 Iin_n이 아닌 IPVn이다. 따라서, 센서리스 MPPT 제어부(136)는 DPP 구조에서 전류 센서를 통해 측정된 입력 전류(IPVn)를 수학식 4와 같은 방식으로 변환하여, 필요 입력 전류(Iin_n)를 획득할 수 있다.According to one embodiment, the sensorless MPPT control unit 136 is provided when the photovoltaic system 100 has a differential power processing (DPP) structure, and the input current (I in ) measured through the sensor Based on , the input current (I′ in ) required for calculating the effective duty ratio can be calculated. For example, when the solar power generation system 100 has a simple DPP structure having two solar panels as shown in FIG. 5 , the current sensor is located at an output end of the solar panel. Accordingly, the current measured through the current sensor is I PVn , but in practice, the input current required for calculating the effective duty ratio and/or the input voltage is I in_n . That is, in the DPP structure, the input current (I in ) measured through the current sensor is I PVn , not I in_n . Accordingly, the sensorless MPPT controller 136 may convert the input current (I PVn ) measured through the current sensor in the DPP structure in the same manner as in Equation 4 to obtain the required input current (I in_n ).

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서, Iin_n은, 유효 듀티비 및/또는 입력 전압의 계산에 필요한 입력 전류를 의미하고, IPVn는 태양광 패널의 출력단에 배치된 센서를 통해 측정된 전류를 의미할 수 있다. Iin_min은 DPP 구조에서 부스트 컨버터로 흐르는 전류로, 태양광 패널에서 이용 가능한 최소 전류의 크기를 가질 수 있다.Here, I in_n may mean an input current required to calculate an effective duty ratio and/or an input voltage, and I PVn may mean a current measured through a sensor disposed at an output terminal of the solar panel. I in_min is the current flowing to the boost converter in the DPP structure, and may have the size of the minimum current available in the solar panel.

일 실시예 따르면, 태양광 발전 시스템(100)이 DPP 구조를 갖는 경우, 센서리스 MPPT 제어부(136)는 상기 수학식 4와 같이 계산된 필요 입력 전류(Iin_n)를 유효 듀티비 계산부(132), 및/또는 센서리스 전압 계산부(134)로 제공할 수 있다. 이 경우, 유효 듀티비 계산부(132), 및/또는 센서리스 전압 계산부(134)는 전류 센서를 통해 측정된 입력 전류가 아닌, 센서리스 MPPT 제어부(136)로부터 제공된 필요 입력 전류(Iin_n)를 플라이백 컨버터의 입력 전류(Iin)로 설정하여 유효 듀티비 및/또는 입력 전압 계산에 이용할 수 있다. 따라서, 태양광 발전 시스템(100)이 DPP 구조를 갖는 경우에도 추가적이 소자나 회로 없이, 태양광 패널의 출력 전압, 즉, 플라이백 컨버터의 입력 전압을 정확하게 계산할 수 있다.According to an embodiment, when the photovoltaic system 100 has a DPP structure, the sensorless MPPT controller 136 converts the required input current I in_n calculated as in Equation 4 to the effective duty ratio calculator 132 ), and/or may be provided to the sensorless voltage calculator 134. In this case, the effective duty ratio calculator 132 and/or the sensorless voltage calculator 134 use the required input current (I in_n ) provided from the sensorless MPPT controller 136 instead of the input current measured through the current sensor. ) can be set as the input current (I in ) of the flyback converter and used for calculating the effective duty ratio and/or input voltage. Therefore, even when the photovoltaic power generation system 100 has a DPP structure, the output voltage of the solar panel, that is, the input voltage of the flyback converter, can be accurately calculated without additional devices or circuits.

일실시예에 따르면, MPPT 제어부(130)는 상술한 바와 같이 계산된 입력 전압(Vin) 및 입력 전류(Iin)를 기반으로 최대 전력점을 추적하고, 플라이백 컨버터(120)가 최대 전력점에서 동작하도록 PI 제어를 수행할 수 있다.According to one embodiment, the MPPT control unit 130 tracks the maximum power point based on the input voltage (V in ) and the input current (I in ) calculated as described above, and the flyback converter 120 determines the maximum power PI control can be performed to operate at a point.

도 6a는 종래 기술에 따라 전압 및 전류 센서를 이용한 MPPT 결과를 나타내는 그래프이고, 도 6b는 본 문서의 다양한 실시예들에 따른 MPPT 결과를 나타내는 그래프이다.6A is a graph showing MPPT results using voltage and current sensors according to the prior art, and FIG. 6B is a graph showing MPPT results according to various embodiments of the present document.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 전압 센서 및 전류 센서를 이용하여 MPPT를 수행한 결과와 본 문서에서 제안한 바와 같이, 유효 듀티비를 기반으로 입력 전압을 계산하여 MPPT를 수행한 결과가 거의 동일함을 알 수 있다. 즉, 본 문서에서 제안한 바와 같이 전압 센서 없이, 유효 듀티비를 기반으로 계산된 입력 전압을 기반으로 MPPT를 수행하는 경우에도 종래의 일반적인 MPPT 기법과 동일한 성능을 얻을 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIGS. 6A and 6B , the result of performing MPPT using a voltage sensor and a current sensor and the result of performing MPPT by calculating an input voltage based on an effective duty ratio, as proposed in this document, are almost the same can know That is, it can be seen that even when MPPT is performed based on the input voltage calculated based on the effective duty ratio without a voltage sensor as proposed in this document, the same performance as the conventional general MPPT technique can be obtained.

도 7은 본 문서의 다양한 실시예들에 따른 플라이백 컨버터를 포함하는 태양광 발전 시스템에서 최대 전력점 추적을 제어하는 흐름도이다. 이하 실시 예에서 각 동작들은 순차적으로 수행될 수도 있으나, 반드시 순차적으로 수행되는 것은 아니다. 예를 들어, 각 동작들의 순서가 변경될 수도 있으며, 적어도 두 동작들이 병렬적으로 수행될 수도 있다. 7 is a flowchart for controlling maximum power point tracking in a photovoltaic power generation system including a flyback converter according to various embodiments of the present disclosure. In the following embodiments, each operation may be performed sequentially, but not necessarily sequentially. For example, the order of each operation may be changed, or at least two operations may be performed in parallel.

도 7을 참조하면, 태양광 발전 시스템(100)은 동작 701에서, 플라이백 컨버터의 입력 전류(Iin) 및 출력 전압(Vout)을 측정할 수 있다. 예를 들어, 태양광 발전 시스템(100)은 플라이백 컨버터(110)의 1차측의 전류 센서, 및 플라이백 컨버터(110)의 2차측의 전압 센서를 이용하여 입력 전류(Iin) 및 출력 전압(Vout)을 측정할 수 있다. 입력 전류(Iin) 및 출력 전압(Vout)은, 지정된 시간 구간 동안의 평균 입력 전류 및 평균 출력 전압을 의미할 수 있다.Referring to FIG. 7 , the photovoltaic system 100 may measure the input current (I in ) and the output voltage (V out ) of the flyback converter in operation 701 . For example, the photovoltaic power generation system 100 uses a current sensor on the primary side of the flyback converter 110 and a voltage sensor on the secondary side of the flyback converter 110 to obtain input current (I in ) and output voltage. (V out ) can be measured. The input current (I in ) and the output voltage (V out ) may mean an average input current and an average output voltage for a specified time period.

동작 703에서, 태양광 발전 시스템(100)은 듀티비를 측정할 수 있다. 듀티비는, PI 제어기(미도시)의 출력을 통해 측정할 수 있다.In operation 703, the photovoltaic power generation system 100 may measure a duty ratio. The duty ratio may be measured through the output of a PI controller (not shown).

동작 705에서, 태양광 발전 시스템(100)은 DPP 구조를 고려하여 계산에 이용될 입력 전류를 갱신할 수 있다. 예를 들어, 태양광 발전 시스템(100)이 DPP 구조인 경우, 부스트 컨버터로 흐르는 전류로 인해, 실제 유효 듀티비 및/또는 입력 전압 계산에 필요한 입력 전류와 동작 701의 전류 센서에 의해 측정된 입력 전류가 서로 다를 수 있다. 따라서, 태양광 발전 시스템(100)은 DPP 구조인 경우, 수학식 4와 같이, 전류 센서에 의해 측정된 전류(IPVn)에서 부스트 컨버터로 제공되는 최소 전류(Iin_min)를 차감하여, 실제 유효 듀티비 및/또는 입력 전압 계산에 필요한 입력 전류(Iin_n)를 계산하고, 계산된 필요 입력 전류(Iin_n)를 유효 듀티비 및/또는 입력 전압 계산에 이용될 입력 전류(Iin)로 설정할 수 있다. 일실시예에 따르면, 동작 705는 태양광 발전 시스템(100)이 DPP 구조인 경우에 수행될 수 있다. 즉, 태양광 발전 시스템(100)이 DPP 구조가 아닌 경우, 동작 705는 생략될 수 있다. 동작 705가 생략되는 경우, 동작 701에서 전류 센서를 이용하여 측정된 입력 전류(Iin)가 실제 유효 듀티비 및/또는 입력 전압 계산에 필요한 입력 전류일 수 있다.In operation 705, the photovoltaic system 100 may update the input current to be used for calculation in consideration of the DPP structure. For example, when the photovoltaic system 100 has a DPP structure, due to the current flowing to the boost converter, the input current required for calculating the actual effective duty ratio and/or the input voltage and the input measured by the current sensor in operation 701 Currents can be different. Therefore, when the photovoltaic system 100 has a DPP structure, as shown in Equation 4, by subtracting the minimum current (I in_min ) provided to the boost converter from the current (I PVn ) measured by the current sensor, the actual effective Calculate the input current (I in_n ) required for calculating the duty ratio and/or input voltage, and set the calculated required input current (I in_n ) as the input current (I in ) to be used for calculating the effective duty ratio and/or input voltage. can According to one embodiment, operation 705 may be performed when the photovoltaic system 100 has a DPP structure. That is, when the photovoltaic system 100 does not have a DPP structure, operation 705 may be omitted. If operation 705 is omitted, the input current (I in ) measured using the current sensor in operation 701 may be an input current required for calculating an actual effective duty ratio and/or input voltage.

동작 707에서, 태양광 발전 시스템(100)은 누설 인덕턴스에 의한 손실 전력이 고려된 유효 듀티비(Deff)를 계산할 수 있다. 유효 듀티비(Deff)는 수학식 2에 나타낸 바와 같이, 계산될 수 있다. In operation 707, the photovoltaic power generation system 100 may calculate an effective duty ratio D eff considering power loss due to leakage inductance. The effective duty ratio D eff can be calculated as shown in Equation 2.

동작 709에서, 태양광 발전 시스템(100)은 입력 전압(Vin)을 계산할 수 있다. 태양광 발전 시스템(100)은 계산된 유효 듀티비를 기반으로 플라이백 컨버터(120)의 1차측의 입력 전압을 계산할 수 있다. 예를 들어, 태양광 발전 시스템(100)은 입력 전압을 측정하는 센서를 구비하지 않고, 수학식 3에 나타낸 바와 같이, 유효 듀티비를 기반으로 입력 전압을 계산할 수 있다.At operation 709, the photovoltaic system 100 may calculate an input voltage (V in ). The photovoltaic power generation system 100 may calculate the input voltage of the primary side of the flyback converter 120 based on the calculated effective duty ratio. For example, the photovoltaic power generation system 100 may calculate the input voltage based on the effective duty ratio, as shown in Equation 3, without having a sensor for measuring the input voltage.

동작 711에서, 태양광 발전 시스템(100)은 계산된 입력 전압(Vin) 및 입력 전류(Iin)을 기반으로 최대 전력점 추적(MPPT)을 수행하고, 플라이백 컨버터(120)가 최대 전력점에서 동작하도록 PI 제어 동작을 수행할 수 있다.At operation 711, the photovoltaic system 100 performs maximum power point tracking (MPPT) based on the calculated input voltage (V in ) and input current (I in ), and the flyback converter 120 determines the maximum power PI control operation can be performed to operate at a point.

100: 태양광 발전 시스템 110: PV 모듈
120: 플라이백 컨버터 130: MPPT 제어부
132: 유효 듀티비 계산부 134: 센서리스 전압 계산부
136: 센서리스 MPPT 제어부
100: solar power system 110: PV module
120: flyback converter 130: MPPT control unit
132: effective duty ratio calculator 134: sensorless voltage calculator
136: sensorless MPPT controller

Claims (13)

플라이백 컨버터를 포함하는 태양광 발전 시스템에서 최대 전력점을 추적하는 방법에 있어서,
플라이백 컨버터의 1차측의 입력 전류 및 2차측의 출력 전압을 측정하는 동작;
상기 측정된 입력 전류 및 출력 전압에 기반하여, 상기 플라이백 컨버터의 누설 인덕턴스를 고려한 유효 듀티비를 계산하는 동작;
상기 유효 듀티비를 기반으로 상기 플라이백 인버터의 1차측의 입력 전압을 계산하는 동작; 및
상기 계산된 입력 전압을 기반으로 최대 전력점을 추적하는 동작을 포함하는 방법.
A method for tracking a maximum power point in a solar power generation system including a flyback converter,
measuring the input current of the primary side and the output voltage of the secondary side of the flyback converter;
calculating an effective duty ratio considering leakage inductance of the flyback converter based on the measured input current and output voltage;
calculating an input voltage of a primary side of the flyback inverter based on the effective duty ratio; and
and tracking a maximum power point based on the calculated input voltage.
제1항에 있어서,
상기 유효 듀티비는, 상기 플라이백 컨버터의 평균 입력 전류, 상기 플라이백 컨버터의 평균 출력 전압, 측정된 듀티비, 상기 플라이백 컨버터의 자화 인덕턴스, 상기 플라이백 컨버터의 누설 인덕턴스를 기반으로 계산되는 방법.
According to claim 1,
The effective duty ratio is calculated based on the average input current of the flyback converter, the average output voltage of the flyback converter, the measured duty ratio, the magnetizing inductance of the flyback converter, and the leakage inductance of the flyback converter. .
제2항에 있어서,
상기 유효 듀티비는, 하기 수학식을 기반으로 계산되며,
Figure pat00005

여기서, Iin은 한 주기당 상기 플라이백 컨버터의 평균 입력 전류를 의미하고, Vout은 상기 한 주기당 상기 플라이백 컨버터의 평균 출력 전압을 의미하고, D는 상기 측정된 듀티비를 의미하고, Deff는 상기 유효 듀티비를 의미하고, Lm은 상기 플라이백 컨버터의 자화 인덕턴스를 의미하고, Llk는 상기 플라이백 컨버터의 누설 인덕턴스를 의미하며, T는 상기 한 주기의 간격을 의미하는, 방법.
According to claim 2,
The effective duty ratio is calculated based on the following equation,
Figure pat00005

Here, I in means the average input current of the flyback converter per cycle, V out means the average output voltage of the flyback converter per cycle, D means the measured duty ratio, D eff means the effective duty ratio, L m means the magnetizing inductance of the flyback converter, L lk means the leakage inductance of the flyback converter, and T means the interval of the one cycle, method.
제2항에 있어서,
상기 플라이백 인버터의 1차측의 입력 전압은,
상기 유효 듀티비, 상기 측정된 듀티비, 상기 플라이백 컨버터의 평균 출력 전압, 상기 플라이백 컨버터의 평균 입력 전류 및 상기 플라이백 컨버터의 누설 인덕턴스를 기반으로, 계산되는 방법.
According to claim 2,
The input voltage on the primary side of the flyback inverter is
Method calculated based on the effective duty ratio, the measured duty ratio, the average output voltage of the flyback converter, the average input current of the flyback converter, and the leakage inductance of the flyback converter.
제4항에 있어서,
상기 플라이백 인버터의 1차측의 입력 전압은, 하기 수학식을 기반으로 계산되며,
Figure pat00006

여기서, Vin은 상기 플라이백 컨버터의 1차측의 입력 전압을 의미하고, Deff는 상기 유효 듀티비를 의미하고, D는 상기 측정된 듀티비를 의미하고, Vout은 상기 한 주기당 상기 플라이백 컨버터의 평균 출력 전압을 의미하고, Iin은 상기 한 주기당 상기 플라이백 컨버터의 평균 입력 전류를 하고, Llk는 플라이백 컨버터의 누설 인덕턴스를 의미하고, T는 상기 한 주기의 간격을 의미하는 방법.
According to claim 4,
The input voltage of the primary side of the flyback inverter is calculated based on the following equation,
Figure pat00006

Here, V in means the input voltage of the primary side of the flyback converter, D eff means the effective duty ratio, D means the measured duty ratio, and V out means the flyback per cycle. Means the average output voltage of the back converter, I in is the average input current of the flyback converter per cycle, L lk means the leakage inductance of the flyback converter, T means the interval of the one cycle How to.
제1항에 있어서,
상기 태양광 발전 시스템이 차동 전력 조절 구조인 경우, 상기 측정된 입력 전류에서 지정된 최소 전류를 차감하여 상기 입력 전류를 갱신하는 동작을 더 포함하며,
상기 유효 듀티비 및 상기 입력 전압 계산에 상기 측정된 입력 전류 대신 상기 갱신된 입력 전류를 이용하는, 방법.
According to claim 1,
When the photovoltaic power generation system has a differential power control structure, further comprising updating the input current by subtracting a specified minimum current from the measured input current,
and using the updated input current instead of the measured input current in calculating the effective duty ratio and the input voltage.
플라이백 컨버터를 포함하는 태양광 발전 시스템에 있어서,
태양 에너지를 이용한 발전을 통해 전력을 생산하는 PV(photovoltaic) 모듈;
상기 PV 모듈의 출력 전압을 펄스 형태의 직류 전압으로 변환하여 출력하는 플라이백 컨버터; 및
상기 플라이백 컨버터의 1차측의 입력 전류 및 2차측의 출력 전압을 기반으로 최대 전력점 추적을 제어하는 MPPT 제어부를 포함하며,
상기 MPPT 제어부는,
상기 플라이백 컨버터의 1차측의 입력 전류 및 2차측의 출력 전압을 측정하고,
상기 측정된 입력 전류 및 출력 전압에 기반하여, 상기 플라이백 컨버터의 누설 인덕턴스를 고려한 유효 듀티비를 계산하고,
상기 유효 듀티비를 기반으로 상기 플라이백 인버터의 1차측의 입력 전압을 계산하고,
상기 계산된 입력 전압을 기반으로 최대 전력점을 추적하는, 태양광 발전 시스템.
In a solar power generation system including a flyback converter,
Photovoltaic (PV) modules that generate electricity through solar energy generation;
a flyback converter that converts the output voltage of the PV module into a DC voltage in a pulse form and outputs it; and
An MPPT control unit for controlling maximum power point tracking based on the input current of the primary side and the output voltage of the secondary side of the flyback converter,
The MPPT control unit,
Measure the input current of the primary side and the output voltage of the secondary side of the flyback converter,
Calculate an effective duty ratio considering the leakage inductance of the flyback converter based on the measured input current and output voltage;
Calculate the input voltage of the primary side of the flyback inverter based on the effective duty ratio,
A solar power generation system that tracks a maximum power point based on the calculated input voltage.
제7항에 있어서,
상기 MPPT 제어부는,
상기 플라이백 컨버터의 평균 입력 전류, 상기 플라이백 컨버터의 평균 출력 전압, 측정된 듀티비, 상기 플라이백 컨버터의 자화 인덕턴스, 상기 플라이백 컨버터의 누설 인덕턴스를 기반으로 상기 유효 듀티비를 계산하는, 태양광 발전 시스템.
According to claim 7,
The MPPT control unit,
Calculating the effective duty ratio based on the average input current of the flyback converter, the average output voltage of the flyback converter, the measured duty ratio, the magnetizing inductance of the flyback converter, and the leakage inductance of the flyback converter. photovoltaic system.
제8항에 있어서,
상기 MPPT 제어부는, 하기 수학식을 기반으로 상기 유효 듀티비를 계산하며,
Figure pat00007

여기서, Iin은 한 주기당 상기 플라이백 컨버터의 평균 입력 전류를 의미하고, Vout은 상기 한 주기당 상기 플라이백 컨버터의 평균 출력 전압을 의미하고, D는 상기 측정된 듀티비를 의미하고, Deff는 상기 유효 듀티비를 의미하고, Lm은 상기 플라이백 컨버터의 자화 인덕턴스를 의미하고, Llk는 상기 플라이백 컨버터의 누설 인덕턴스를 의미하며, T는 상기 한 주기의 간격을 의미하는, 태양광 발전 시스템.
According to claim 8,
The MPPT control unit calculates the effective duty ratio based on the following equation,
Figure pat00007

Here, I in means the average input current of the flyback converter per cycle, V out means the average output voltage of the flyback converter per cycle, D means the measured duty ratio, D eff means the effective duty ratio, L m means the magnetizing inductance of the flyback converter, L lk means the leakage inductance of the flyback converter, and T means the interval of the one cycle, solar power system.
제8항에 있어서,
상기 MPPT 제어부는,
상기 유효 듀티비, 상기 측정된 듀티비, 상기 플라이백 컨버터의 평균 출력 전압, 상기 플라이백 컨버터의 평균 입력 전류 및 상기 플라이백 컨버터의 누설 인덕턴스를 기반으로, 상기 플라이백 인버터의 1차측의 입력 전압을 계산하는, 태양광 발전 시스템.
According to claim 8,
The MPPT control unit,
The primary-side input voltage of the flyback inverter is based on the effective duty ratio, the measured duty ratio, the average output voltage of the flyback converter, the average input current of the flyback converter, and the leakage inductance of the flyback converter. Calculate the solar power system.
제10항에 있어서,
상기 MPPT 제어부는, 하기 수학식을 기반으로 상기 플라이백 인버터의 1차측의 입력 전압을 계산하며,
Figure pat00008

여기서, Vin은 상기 플라이백 컨버터의 1차측의 입력 전압을 의미하고, Deff는 상기 유효 듀티비를 의미하고, D는 상기 측정된 듀티비를 의미하고, Vout은 상기 한 주기당 상기 플라이백 컨버터의 평균 출력 전압을 의미하고, Iin은 상기 한 주기당 상기 플라이백 컨버터의 평균 입력 전류를 하고, Llk는 플라이백 컨버터의 누설 인덕턴스를 의미하고, T는 상기 한 주기의 간격을 의미하는, 태양광 발전 시스템.
According to claim 10,
The MPPT control unit calculates the input voltage of the primary side of the flyback inverter based on the following equation,
Figure pat00008

Here, V in means the input voltage of the primary side of the flyback converter, D eff means the effective duty ratio, D means the measured duty ratio, and V out means the flyback per cycle. Means the average output voltage of the back converter, I in is the average input current of the flyback converter per cycle, L lk means the leakage inductance of the flyback converter, T means the interval of the one cycle , solar power system.
제7항에 있어서,
상기 MPPT 제어부는,
상기 태양광 발전 시스템이 차동 전력 조절 구조인 경우, 상기 측정된 입력 전류에서 지정된 최소 전류를 차감하여 상기 입력 전류를 갱신하고,
상기 유효 듀티비 및 상기 입력 전압 계산에 상기 측정된 입력 전류 대신 상기 갱신된 입력 전류를 이용하는, 태양광 발전 시스템.
According to claim 7,
The MPPT control unit,
When the photovoltaic system has a differential power control structure, updating the input current by subtracting a specified minimum current from the measured input current;
The solar power generation system using the updated input current instead of the measured input current in calculating the effective duty ratio and the input voltage.
컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 있어서,
컴퓨터 상에서 실행될 때, 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 따른 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
In the computer readable storage medium,
A computer readable storage medium comprising a computer program which, when executed on a computer, performs a method according to any one of claims 1 to 6.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102630233B1 (en) * 2023-03-31 2024-01-29 이앤에이치(주) Voltage sensorless MPPT device and MPPT technique using the device

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