WO2015030453A1 - Micro converter apparatus for photovoltaic energy generation source and controlling method therefor - Google Patents

Micro converter apparatus for photovoltaic energy generation source and controlling method therefor Download PDF

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조경호
김정렬
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(주)알티에스에너지
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Abstract

The present invention relates to a micro converter apparatus for photovoltaic modules capable of minimizing an insertion loss and coping with a situation where an overcurrent flows on an inductor, and a controlling method therefor. The micro converter apparatus for photovoltaic modules comprises: a micro converter for varying the path of a current in accordance with a difference in power generated by the photovoltaic modules and then compensating for a current difference among the photovoltaic modules; and a string controller for controlling a duty cycle of the micro converter on the basis of the power generated by the photovoltaic modules outputted from the micro converter and then adjusting the voltage of the photovoltaic modules. The present invention implements at least two micro converters in one box and installs the box in each of at least two modules, and thus, the present invention can implement the minimum number of a micro converter box for adjusting the voltage of the photovoltaic modules and can cope with the situation where an overcurrent flows on an induct in real time.

Description

태양광 에너지 발생 소스용 마이크로 컨버터 장치 및 그 제어방법Micro converter device for solar energy generation source and control method
본 발명은 태양광(photovoltaic) 에너지 발생 소스용 마이크로 컨버터(micro convertor) 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a micro converter device for a photovoltaic energy generating source and a control method thereof.
일반적으로, 태양광 발전시스템은 무공해이면서 무한정의 태양 에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 시스템으로서, 근래 신 재생에너지로 각광받고 있다.In general, photovoltaic power generation system is a pollution-free and unlimited system of converting solar energy directly into electrical energy, which has recently been spotlighted as renewable energy.
이러한 태양광 발전시스템에는 필수적으로 태양광모듈(PhotoVoltaic Module; PV 모듈)이 구비되며, 태양광 발전 효율을 높이기 위해 중앙의 인버터에서 최대전력점 추종(Maximum Power Point Tracking; 이하 'MPPT'라 함)을 수행한다. 한 개의 인버터에는 수천 개까지의 태양광 모듈이 연결되는데, 태양광 모듈 한 개의 출력 전압 및 전류가 작기 때문에, 인버터의 입력으로서 복수의 태양광 모듈이 직렬로 연결된 스트링에서 출력된 전압(상승된 출력전압)과 병렬로 연결된 복수의 스트링들에서 출력한 전류(상승된 출력전류)가 공급된다. The photovoltaic system is essentially equipped with a photovoltaic module (PV module), and maximum power point tracking (hereinafter referred to as 'MPPT') in the central inverter to increase the photovoltaic efficiency. Do this. Up to thousands of photovoltaic modules are connected to one inverter. Since the output voltage and current of one photovoltaic module is small, the voltage output from a string in which a plurality of photovoltaic modules are connected in series as the input of the inverter (increased output The output current (raised output current) from the plurality of strings connected in parallel with the voltage is supplied.
이때 스트링 단위로 보면, 내부의 태양광 모듈들이 직렬로 연결되어 있기 때문에 어느 한 모듈의 특성이 떨어져 주변의 다른 모듈에 비해 적은 전류를 출력하면 스트링 전체가 특성이 떨어지는 태양광 모듈의 전류 값으로 흐르는 문제가 발생한다. 또한, 스트링들이 다수 개가 병렬로 연결이 되어있는 구조에서는 스트링의 전압들이 일치하지 않을 때에도 가장 낮은 전압으로 전체가 낮아지는 문제가 발생한다. In this case, since the internal solar modules are connected in series, if one module is deteriorated and outputs less current than other modules in the vicinity, the entire string flows to the current value of the deteriorated solar module. A problem arises. In addition, in a structure in which a plurality of strings are connected in parallel, a problem arises in that the whole is lowered to the lowest voltage even when the voltages of the strings do not match.
여기서 스트링 내부의 특정 모듈의 특성이 떨어지는 이유는 그림자, 먼지, 낙엽, 모듈 간의 열화에 의한 특성 변화 등에 기인한다. The reason why the characteristics of a particular module in the string is deteriorated is due to shadows, dust, fallen leaves, characteristic changes due to deterioration between modules, and the like.
예컨대, 태양광 모듈은 태양광의 일사량이 변함에 따라 전류-전압 및 전력(power)-전압 특성 곡선이 변하는데, 스트링 내부에 부분적으로 그림자가 질 경우 그림자가 진 태양광 모듈들은 이 특성 곡선에 따라 전류 값이 떨어지고 이에 따라 가장 낮은 전류 값을 기준으로 스트링 전체의 전류가 결정된다. For example, a solar module changes its current-voltage and power-voltage characteristic curves as the amount of solar radiation changes, and if the shadow is partially shadowed inside the string, the shadowed solar modules follow this characteristic curve. The current value drops and thus the current across the string is determined based on the lowest current value.
한편, 근래에는 모듈 단위로 최대 전력점 추종을 수행하는 마이크로 컨버터를 장착하여 특정 모듈의 특성이 떨어지는 것을 어느 정도는 보상하고 있다. On the other hand, in recent years, by mounting a micro-converter that performs the maximum power point tracking on a module basis, to some extent compensate for the deterioration of the characteristics of a particular module.
마이크로 컨버터를 적용한 태양광 발전 장치에 대한 종래 기술이 대한민국 등록특허 등록번호 10-1245827호에 개시되어 있다. 상기 선행문헌에 의하면, 태양광 발전시스템 분야에 대한 에너지 효율 향상 및 원가 절감을 개선하기 위해 각 태양광 모듈(PV모듈)에 마이크로 컨버터가 구비되고, 상기 마이크로 컨버터에서 실시간 모듈단위의 환경/상황요인에 대응하고, 전력/환경 감시를 수행한다.Conventional technology for a photovoltaic device using a micro converter is disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1245827. According to the preceding document, in order to improve the energy efficiency and cost savings for the photovoltaic power generation system, each solar module (PV module) is provided with a micro converter, the environment / situation factors of real-time module unit in the micro converter In response to power / environmental monitoring.
도 1은 직렬구조(Cascade 방식)에서 태양광 모듈에 최대 전력점 추종 장치 및 직류/직류 변환기를 설치한 마이크로 컨버터 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a micro converter system in which a maximum power point tracking device and a DC / DC converter are installed in a solar module in a cascade system.
도 1에서, 참조부호 10은 하나의 태양광 모듈을 나타내고, 참조부호 11은 정션박스(J/B)를 나타내며, 참조부호 12는 정션 박스(11)와 일 대 일로 대응하는 마이크로 컨버터를 나타낸다.In FIG. 1, reference numeral 10 denotes one solar module, reference numeral 11 denotes a junction box (J / B), reference numeral 12 denotes a micro-converter corresponding one-to-one with the junction box 11.
마이크로 컨버터(12)는 태양광 모듈(10)의 출력 파워를 100% 받아서 MPP(Maximum Power Point) 상태가 되도록 태양광 모듈의 전압을 조정하고, 그 파워를 스트링으로 내보내는 역할을 한다. 이때, 마이크로 컨버터(12)에서 자체적으로 에너지를 2 ~ 3% 정도 소모하게 된다. 따라서 일사량이 높고 구름이 없으며 모듈 간에 열화가 없는 상황에서는 오히려 마이크로 컨버터를 장착하지 않았을 때보다 생산 전력이 떨어지게 되는데, 이를 삽입 손실(Insertion loss)이라고 한다.The micro-converter 12 receives 100% of the output power of the photovoltaic module 10 and adjusts the voltage of the photovoltaic module to be in a maximum power point (MPP) state, and serves to export the power as a string. At this time, the micro-converter 12 itself consumes 2 to 3% of energy. Therefore, in a situation where there is high insolation, no clouds, and no degradation between modules, the production power is lower than when no micro-converter is installed. This is called insertion loss.
또한, 상기와 같은 종래기술들은 특정 모듈의 특성이 저하되는 것을 방지하기 위해서 마이크로 컨버터를 모듈당 설치해야하므로 시스템 가격이 상승하는 문제점이 발생하였다. 예컨대, 1MW급 대규모 태양광 발전소의 경우 250W급 태양광 모듈이 4000개 정도 사용이 되는데, 이처럼 마이크로 컨버터는 시스템 코스트에 매우 큰 영향을 미치게 된다.In addition, the prior art as described above has a problem that the system price increases because the micro-converter must be installed per module in order to prevent deterioration of the characteristics of a particular module. For example, in the case of 1MW large-scale photovoltaic power plant, about 250 250W photovoltaic modules are used. As such, the micro-converter has a great impact on the system cost.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 삽입 손실(insertion loss)을 최소화하고 인덕터에 과전류가 흐를 때에도 대처할 수 있도록 한 태양광 모듈용 마이크로 컨버터 장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above problems, and to provide a micro-converter device for a photovoltaic module and a method of controlling the same, which minimize insertion loss and cope with overcurrent flow. will be.
본 발명의 다른 목적은 출력 효율을 높이기 위해 장착되는 마이크로 컨버터의 설치 개수를 최소화하여, 태양광 발전 시스템의 설치 가격을 낮출 수 있도록 한 태양광 모듈용 마이크로 컨버터 장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a micro-converter device for a photovoltaic module and a method of controlling the same, by minimizing the number of installation of the micro-converter mounted to increase the output efficiency, thereby lowering the installation cost of the photovoltaic system.
본 발명의 또 다른 목적은 마이크로 컨버터의 핵심 기능을 SOC(system on chip)화하고, 하나의 SOC내부에 마이크로 컨버터 전용회로를 중복 배치하여 태양광 발전 시스템에 소요되는 마이크로 컨버터 박스를 줄일 수 있도록 한 태양광 모듈용 마이크로 컨버터 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to reduce the micro-converter box required for the photovoltaic power generation system by making SOC (system on chip) the core function of the micro-converter and overlapping the micro-converter dedicated circuit in one SOC. The present invention provides a micro converter device for a solar module.
본 발명의 하나의 특징에 따른 태양광 에너지 발생 소스용 마이크로 컨버터 장치는 직렬로 연결된 복수의 태양광 에너지 발생 소스에 연결되며, 상기 복수의 태양광 에너지 발생 소스의 생산 전력의 차이에 따라 전류의 경로를 가변하여 태양광 에너지 발생 소스 간의 전류 편차를 보상하는 마이크로 컨버터; 및 상기 마이크로 컨버터에서 출력된 태양광 에너지 발생 소스의 생산 전력을 기초로 상기 마이크로 컨버터의 듀티 사이클을 제어하여 태양광 에너지 발생 소스의 전압을 조정하는 스트링 제어기를 포함한다. The micro-converter device for solar energy source according to one aspect of the present invention is connected to a plurality of solar energy generation source connected in series, the path of the current in accordance with the difference in the production power of the plurality of solar energy generation source A micro converter that compensates for the current deviation between the solar energy generating sources; And a string controller controlling the voltage of the solar energy generation source by controlling the duty cycle of the micro converter based on the production power of the solar energy generation source output from the micro converter.
여기서, 상기 마이크로 컨버터는 상기 태양광 에너지 발생 소스와 병렬로 연결될 수 있다. Here, the micro converter may be connected in parallel with the solar energy generation source.
또한, 상기 마이크로 컨버터는 대응하는 태양광 에너지 발생 소스와 결합되어 대응하는 태양광 에너지 발생 소스의 출력을 다른 태양광 에너지 발생 소스에 출력하는 인터페이스 역할을 수행하는 정션 박스를 추가로 포함할 수 있다. In addition, the micro-converter may further include a junction box which is combined with a corresponding solar energy generating source to serve as an interface for outputting the output of the corresponding solar energy generating source to another solar energy generating source.
또한, 상기 마이크로 컨버터는 전류 편차 보상을 위한 인덕터, 및 상기 인덕터의 일단에 설치되어 전류 경로를 설정하는 스위치를 포함할 수 있다. In addition, the micro-converter may include an inductor for current deviation compensation, and a switch installed at one end of the inductor to set a current path.
또한, 상기 마이크로 컨버터는 상기 태양광 에너지 발생 소스의 전압 및 전류 측정값을 상기 스트링 제어기에 전송하고, 상기 스트링 제어기로부터 전송된 듀티 사이클 제어 데이터 및 동작 데이터를 수신하고, 상기 수신된 듀티 사이클 제어데이터 및 상기 동작 데이터에 기초하여 상기 스위치의 듀티 사이클을 제어하거나 듀티 오프 모드로 동작하는 모듈 제어기를 추가로 포함할 수 있다. The micro-converter also transmits voltage and current measurements of the solar energy generation source to the string controller, receives duty cycle control data and operation data transmitted from the string controller, and receives the received duty cycle control data. And a module controller configured to control a duty cycle of the switch or operate in a duty off mode based on the operation data.
여기서, 상기 스트링 제어기는 상기 마이크로 컨버터와 통신을 하여 태양광 에너지 발생 소스의 전압 및 전류 측정값을 수신하고 상기 마이크로 컨버터에 제어 데이터를 전송하는 통신 모듈; 상기 통신 모듈을 통해 수신한 각 태양광 에너지 발생 소스의 전압 및 전류 값을 기준으로 최대전력점을 산출하는 최대전력점 산출부; 및 상기 최대전력점 산출부에서 산출한 최대전력점에 따라 상기 마이크로 컨버터에 듀티 사이클 제어신호를 전송하여 태양광 에너지 발생 소스의 전압을 조정하는 듀티 제어기를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 듀티 제어기는 상기 각 태양광 모듈의 전압 및 전류 값과 기준값을 비교하여 듀티 오프 및 과전류 여부를 판단하고, 듀티 오프 모드시 상기 마이크로 컨버터에 듀티 오프(duty off) 데이터를 전송하여 삽입 손실을 제거할 수 있다. The string controller may include: a communication module in communication with the micro converter to receive a voltage and current measurement value of a solar energy generation source and to transmit control data to the micro converter; A maximum power point calculator configured to calculate a maximum power point based on voltage and current values of each solar energy generation source received through the communication module; And a duty controller configured to transmit a duty cycle control signal to the micro converter according to the maximum power point calculated by the maximum power point calculator to adjust the voltage of the solar energy generating source. In this case, the duty controller compares the voltage and current values of each solar module with a reference value to determine whether the duty off and overcurrent, and transmits the duty off data to the micro converter in the duty off mode, the insertion loss Can be removed.
한편, 본 발명의 다른 특징에 따른 태양광 에너지 발생 소스용 마이크로 컨버터 장치는 추종한 최대 전력점을 기반으로 듀티를 제어하여 태양광 에너지 발생 소스의 출력을 일정하게 유지하는 전력 제어기를 포함하며, 상기 전력 제어기는 상기 태양광 에너지 발생 소스로부터 직접 검출된 전압으로부터 추종한 최대전력점 기반의 제1 듀티 제어신호 또는 외부 스트링 제어기로부터 전송받은 제2 듀티 제어신호에 따라 전력 제어신호를 발생하는 디지털 처리부; 및 상기 디지털 처리부에 태양광 에너지 발생 소스로부터 검출된 전압을 제공하고, 상기 디지털 처리부로부터 발생한 전력 제어신호에 따라 외부의 스위치를 구동하기 위한 제어신호를 생성하는 아날로그 처리부를 포함한다. On the other hand, the micro-converter device for a solar energy source according to another aspect of the present invention includes a power controller for controlling the duty based on the maximum power point to follow to maintain a constant output of the solar energy source. The power controller may include a digital processor configured to generate a power control signal according to a maximum power point based first duty control signal based on a voltage detected directly from the solar energy generation source or a second duty control signal received from an external string controller; And an analog processor configured to provide a voltage detected from a solar energy generation source to the digital processor, and generate a control signal for driving an external switch according to a power control signal generated from the digital processor.
이때, 상기 전력 제어기는 SOC(system on chip) 형태로 구현될 수 있다. In this case, the power controller may be implemented in the form of a system on chip (SOC).
또한, 상기 마이크로 컨버터 장치는 상기 전력 제어기가 적어도 2개 이상 병렬로 배열될 수 있다. 이때, 상기 2개 이상의 전력 제어기는 전원과 그라운드가 각각 분리되어 독립적으로 동작할 수 있다. In addition, the micro-converter device may be arranged in parallel with at least two power controllers. In this case, the two or more power controllers can be operated independently by separating the power source and the ground, respectively.
또한, 상기 디지털 처리부는 상기 아날로그 처리부로부터 전달되는 태양광 에너지 발생 소스의 검출 전압 및 전류를 필터링하여 평균화하는 필터; 상기 스트링 제어기로부터 전송되는 상기 제2 듀티 제어신호를 수신하는 호스트 인터페이스기; 상기 필터에서 출력되는 태양광 에너지 발생 소스의 전압 및 전류로 전력을 계산하고, 계산한 전력을 기초로 최대전력점을 추종하여 태양광 에너지 발생 소스 전압 기준치를 발생하는 최대전력점 추종부; 상기 최대전력점 추종부로부터 발생한 태양광 에너지 발생 소스 전압 기준치와 실제 태양광 에너지 발생 소스 전압이 동일해지도록 상기 제1 듀티 제어신호를 출력하는 듀티 제어기; 태양광 에너지 발생 소스의 모드에 따라 상기 제1 듀티 제어신호와 상기 제2 듀티 제어신호 중 어느 하나를 선택하여 출력하는 멀티플렉서; 및 상기 멀티플렉서에서 출력되는 듀티 제어신호에 따라 펄스폭변조(PWM) 신호를 발생하는 PWM신호 발생기를 포함할 수 있다. The digital processing unit may further include: a filter for filtering and averaging the detected voltage and current of the solar energy generation source transferred from the analog processing unit; A host interface for receiving the second duty control signal transmitted from the string controller; A maximum power point tracking unit configured to calculate power based on the voltage and current of the solar energy generation source output from the filter, and generate a solar energy generation source voltage reference value by following the maximum power point based on the calculated power; A duty controller configured to output the first duty control signal such that the solar energy source voltage reference value generated from the maximum power point follower is equal to the actual solar energy source voltage; A multiplexer for selecting and outputting any one of the first duty control signal and the second duty control signal according to a mode of a solar energy generation source; And a PWM signal generator for generating a pulse width modulation (PWM) signal according to the duty control signal output from the multiplexer.
이때, 상기 마이크로 컨버터는 상기 스트링 제어기로부터 전송된 상기 제2 듀티 제어신호를 수신하여 상기 전력 제어기에 전달하는 복수의 통신 모듈; 및 전류 편차를 보상하고 전류 경로를 설정하는 복수의 전류 조절부를 추가로 포함할 수 있다. In this case, the micro-converter may include a plurality of communication modules configured to receive the second duty control signal transmitted from the string controller and transmit the received second duty control signal to the power controller; And a plurality of current regulators for compensating for the current deviation and setting the current path.
또한, 상기 마이크로 컨버터는 상기 스트링 제어기로부터 전송된 듀티 데이터를 수신하는 통신 모듈; 상기 통신 모듈로부터 수신한 상기 듀티 데이터에 따라 듀티 제어신호를 발생하는 메인 컨트롤러; 상기 메인 컨트롤러에서 발생하는 듀티 제어신호의 레벨을 조절하여 상기 전력 제어기로 출력하는 복수의 레벨 천이기; 및 상기 전력 제어기의 제어에 따라 전류 편차를 보상하고 전류 경로를 설정하는 복수의 전류 조절부를 추가로 포함할 수 있다. The micro converter may further include a communication module configured to receive duty data transmitted from the string controller; A main controller generating a duty control signal according to the duty data received from the communication module; A plurality of level shifters for adjusting a level of a duty control signal generated by the main controller and outputting the level control signal to the power controller; And a plurality of current adjusting units configured to compensate for current deviation and set a current path according to the control of the power controller.
한편, 본 발명의 특징에 따른 태양광 에너지 발생 소스용 마이크로 컨버터 장치의 제어방법은 On the other hand, the control method of the micro-converter device for a solar energy generation source according to a feature of the present invention
(a) 상기 스트링 제어기가 상기 마이크로 컨버터로부터 전송된 태양광 에너지 발생 소스의 전압을 기초로 최대전력점을 추종하고, 그 추종한 최대전력점에 따라 듀티 사이클을 생성하여 상기 마이크로 컨버터에 전송하는 단계; (b) 상기 스트링 제어기가 상기 마이크로 컨버터 내부의 인덕터 전류가 과전류일 경우, 전체 전압을 상승시켜 상기 인덕터의 전류를 낮추거나 출력 파워가 떨어진 상기 태양광 에너지 발생 소스의 전압은 낮추고 나머지 태양광 에너지 발생 소스의 전압을 올리는 방향으로 새로이 듀티 사이클을 계산하여 상기 마이크로 컨버터에 듀티 값을 전송하는 단계; 및 (c) 상기 스트링 제어기가 상기 태양광 에너지 발생 소스의 전압 및 전류를 검색하여 듀티오프 모드일 경우 상기 마이크로 컨버터를 듀티오프시키기 위해 상기 마이크로 컨버터에 듀티오프 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.(a) the string controller following the maximum power point based on the voltage of the solar energy generating source transmitted from the micro converter, generating a duty cycle according to the followed maximum power point, and transmitting it to the micro converter; ; (b) When the inductor current inside the micro-converter is overcurrent, the string controller raises the total voltage to lower the current of the inductor or lowers the voltage of the solar energy generating source in which the output power falls, and generates the remaining solar energy. Transmitting a duty value to the micro-converter by calculating a new duty cycle in a direction of raising the voltage of the source; And (c) the string controller retrieving the voltage and current of the solar energy generating source and transmitting duty off data to the micro converter to duty off the micro converter when in the duty off mode.
본 발명의 실시예에 따르면 삽입 손실(insertion loss)을 최소화할 수 있으며, 인덕터에 과전류가 흐를 때에도 대처할 수 있는 장점이 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, insertion loss can be minimized and coping can be performed even when overcurrent flows through the inductor.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 출력 효율을 높이기 위해 장착되는 마이크로 컨버터의 설치 개수를 최소화하여 태양광 발전 시스템의 설치 가격을 낮출 수 있는 장점도 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention there is an advantage that the installation cost of the photovoltaic power generation system can be lowered by minimizing the number of installation of the micro-converter mounted to increase the output efficiency.
또한, 발명의 실시예에 따르면 마이크로 컨버터의 핵심 기능을 SOC(system on chip)화하고, 하나의 SOC내부에 마이크로 컨버터 전용회로를 중복 배치함으로써, 태양광 발전 시스템에 소요되는 마이크로 컨버터 박스를 줄일 수 있는 장점이 있다.In addition, according to an embodiment of the invention by reducing the micro-converter box required for the photovoltaic power generation system by making SOC (system on chip) core functions of the micro-converter, and by placing a dedicated micro-converter circuit in one SOC There is an advantage.
또한, 태양광 발전 시스템에 소요되는 마이크로 컨버터 박스의 최소화로 전체 태양광 발전 시스템의 구축비용을 줄일 수 있는 장점이 있다.In addition, there is an advantage that can reduce the construction cost of the entire photovoltaic system by minimizing the micro converter box required for the photovoltaic system.
도 1은 종래의 마이크로 컨버터 시스템의 구성을 나타내는 도면이다. 1 is a view showing the configuration of a conventional micro-converter system.
도 2는 본 발명의 실시예에서 설명하는 셀, 서브 모듈 및 모듈의 구성을 나타나는 도면이다. 2 is a view showing the configuration of a cell, a sub module, and a module described in the embodiment of the present invention.
도 3은 셀, 서브모듈, 모듈의 I-V 특성예를 나타내는 도면이다. 3 is a diagram illustrating an example of I-V characteristics of a cell, a submodule, and a module.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광 모듈용 마이크로 컨버터 장치의 구성도이다. 4 is a block diagram of a micro converter device for a solar module according to the first embodiment of the present invention.
도 5는 도 3에 도시한 마이크로 컨버터 장치의 케이블 결선도이다.FIG. 5 is a cable connection diagram of the micro-converter device shown in FIG. 3.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 컨버터의 구성을 자세히 도시한 도면이다. 6 is a diagram illustrating in detail the configuration of the micro-converter according to the first embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스트링 제어기를 나타내는 도면이다. 7 is a diagram illustrating a string controller according to a first embodiment of the present invention.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광 모듈용 마이크로 장치의 변형례를 나타내는 도면이다. 8 to 10 are diagrams showing a modification of the photovoltaic module micro device according to the first embodiment of the present invention.
도 11는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광 모듈용 마이크로 컨버터 장치를 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다. FIG. 11 is a view showing a result of simulating a micro converter device for a solar module according to the first embodiment of the present invention.
도 12은 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 컨버터에 설치된 모듈 제어기에서 제어하는 과정을 나타내는 도면이다.12 is a diagram illustrating a process of controlling the module controller installed in the micro-converter according to the first embodiment of the present invention.
도 13은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스트링 제어기에서 마이크로 컨버터를 제어하는 과정을 보인 흐름도이다. 13 is a flowchart illustrating a process of controlling a micro converter in a string controller according to a first embodiment of the present invention.
도 14는 인덕터에 과전류가 흐를 경우 태양광 모듈 전류의 패턴을 도시한 것이다.14 illustrates a pattern of photovoltaic module currents when overcurrent flows through the inductor.
도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양광 에너지 발생 소스용 마이크로 컨버터에 구비되는 전력제어부의 구성도이다.15 is a configuration diagram of a power control unit included in the micro-converter for the solar energy generation source according to the second embodiment of the present invention.
도 16은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력제어부의 디지털 처리부와 아날로그 처리부를 상세하게 도시한 도면이다.16 is a diagram illustrating in detail a digital processing unit and an analog processing unit of the power control unit according to the second embodiment of the present invention.
도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력제어부를 직렬구조형 마이크로 컨버터 장치에 적용한 경우의 구성도이다.17 is a configuration diagram when a power control unit according to a second embodiment of the present invention is applied to a serial micro converter device.
도 18은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력제어부를 전력편차처리형 마이크로 컨버터 장치에 적용한 구성도이다.FIG. 18 is a configuration diagram in which a power control unit according to a second embodiment of the present invention is applied to a power deviation processing type micro converter device.
도 19는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력제어부를 전력편차처리형 마이크로 컨버터 장치에 적용한 변형례의 구성도이다.19 is a configuration diagram of a modification in which the power control unit according to the second embodiment of the present invention is applied to a power deviation processing type micro converter device.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like elements throughout the specification.
이하 본 발명의 실시예에 따른 태양광 에너지 발생 소스용 마이크로 컨버터장치 및 그 제어방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, a micro converter device for a solar energy generation source and a control method thereof according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 실시예에서 설명하는 셀, 서브 모듈 및 모듈의 구성을 나타나는 도면이고, 도 3은 셀, 서브모듈, 모듈의 I-V 특성을 나타내는 도면이다. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a cell, a sub module, and a module described in an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram illustrating I-V characteristics of a cell, a sub module, and a module.
본 발명의 실시예에 따르면, 하나의 태양광 모듈(60)에는 다수의 태양광 셀(예를 들어, 60개 혹은 72개)(40)이 직렬 연결되어 있다. 직렬 연결된 다수의 태양광 셀에 부분적인 그림자가 지는 경우에는, 직렬연결의 특성상 모든 셀이 출력전류에 제한을 받게 된다. 따라서 소정 수(예를 들어, 20개 또는 24개)의 셀을 그룹으로 묶은 서브모듈(50)마다 바이 패스다이오드(70)를 병렬로 연결한다. 그 결과 부분적인 그림자가 지는 경우에도 태양광 모듈 전체의 발전을 포기하지 않고, 그림자가 진 서브모듈만 바이패스 할 수 있으므로 효율적인 전력생산을 할 수 있게 된다. According to an embodiment of the present invention, a plurality of solar cells (for example, 60 or 72) 40 are connected in series to one solar module 60. In the case of partial shadowing of multiple solar cells connected in series, all cells are limited by the output current due to the nature of the series connection. Therefore, the bypass diodes 70 are connected in parallel to each of the submodules 50 in which a predetermined number (for example, 20 or 24) cells are grouped. As a result, even in the case of partial shadows, the power generation of the photovoltaic module can be bypassed, and only the shadowed submodules can be bypassed, resulting in efficient power production.
도 2에 도시한 본 발명의 실시예에 따르면, 20개 혹은 24개의 셀이 직렬 연결되어 하나의 서브모듈로 구성되고, 병렬 연결된 바이패스다이오드를 가지는 3개의 서브모듈이 하나의 단일 모듈로 구성되었으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라서는 서브모듈을 구성하는 셀의 수에 변화를 주어 구성하는 것도 가능하다. 예를들어 바이패스 다이오드의 개수를 줄이기 위해 60개의 셀을 하나의 서브모듈로 결정하고 하나의 모듈이 하나의 서브모듈을 가지는 구성이나, 하나의 셀 마다 바이패스 다이오드를 병렬 연결하여 60개의 서브모듈을 하나의 모듈로 구성하는 것도 가능하다. According to the exemplary embodiment of the present invention shown in FIG. 2, 20 or 24 cells are connected in series to form one submodule, and three submodules having parallel connected bypass diodes are configured as one single module. However, the present invention is not limited thereto and may be configured by changing the number of cells constituting the submodule as necessary. For example, to reduce the number of bypass diodes, 60 cells are determined as one submodule, and one module has one submodule, or 60 submodules are connected by connecting bypass diodes in each cell. It is also possible to configure as a module.
도 3에 도시한 바와 같이, 서브 모듈은 하나 이상의 셀(이를 '단위 셀'이라 함)을 직렬로 연결한 것이기 때문에, 서브 모듈의 전류는 단위 셀의 전류와 그 크기가 동일하고, 서브모듈의 전압은 복수의 단위 셀의 전압의 크기의 합과 동일하다. 이와 마찬가지로, 하나의 모듈의 전압은 복수의 서브 모듈의 전압의 크기의 합과 동일하며, 모듈의 전류는 하나의 서브 모듈의 전류와 동일하다. As shown in FIG. 3, since the submodule is a series of one or more cells (called unit cells) in series, the current of the submodule is equal to the current of the unit cell and the magnitude of the submodule. The voltage is equal to the sum of the magnitudes of the voltages of the plurality of unit cells. Similarly, the voltage of one module is equal to the sum of the magnitudes of the voltages of the plurality of submodules, and the current of the module is equal to the current of one submodule.
본 발명의 실시예에서 설명하는 셀, 서브 모듈, 모듈은 모두 태양광 에너지 발생 소스이다. 이하에서는 설명의 편의상 태양광 에너지 발생 소스로서 모듈이나 서브 모듈을 예로서 설명하나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 셀에도 직접 적용이 가능한 것은 물론이다. Cells, sub-modules, and modules described in the embodiments of the present invention are all solar energy generating sources. Hereinafter, for convenience of description, a module or a sub module will be described as an example of a solar energy generation source, but the present invention is not limited thereto, and the present invention can be directly applied to a cell.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광 모듈용 마이크로 컨버터 장치의 구성도이고, 도 5는 도3에 도시한 마이크로 컨버터 장치의 케이블 결선도이다.4 is a configuration diagram of the micro-converter device for a solar module according to the first embodiment of the present invention, Figure 5 is a cable connection diagram of the micro-converter device shown in FIG.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광 모듈용 마이크로 컨버터 장치는 정션 박스(Junction box)(120), 마이크로 컨버터(130) 및 스트링 제어기(140)를 포함한다.4 and 5, the micro converter device for a solar module according to the first embodiment of the present invention includes a junction box 120, a micro converter 130, and a string controller 140. Include.
정션 박스(120)는 태양광 모듈(110)과 결합되어, 태양광 모듈(110)의 출력을 다른 태양광 모듈이나 기타 다른 기기에 출력하기 위한 인터페이스 역할을 한다.The junction box 120 is combined with the solar module 110 to serve as an interface for outputting the output of the solar module 110 to other solar modules or other devices.
마이크로 컨버터(130)는 태양광 모듈(110)의 생산 전력의 차이에 따라 전류의 경로를 가변하여 태양광 모듈 간의 전류 편차를 보상하는 역할을 한다. 이러한 마이크로 컨버터(130)는 상기 태양광 모듈(110)과 병렬로 연결되며, 복수의 태양광 모듈을 관장한다. 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 마이크로 컨버터(130)는 상기 정션 박스(120)와는 별개로 구성된다. The micro-converter 130 serves to compensate for the current deviation between the solar modules by varying the path of the current according to the difference in the production power of the solar module 110. The micro converter 130 is connected in parallel with the solar module 110, and manages a plurality of solar modules. According to the first embodiment of the present invention, the micro-converter 130 is configured separately from the junction box 120.
마이크로 컨버터(130)는 인덕터(L3, L4), 인덕터의 일단에 설치되어 전류경로를 설정하는 스위치(d4,/d4,d3,/d3), 및 스위치의 듀티 사이클을 제어하는 모듈 제어기(131)를 포함한다. The micro-converter 130 is an inductor (L3, L4), the switch (d4, / d4, d3, / d3) is installed at one end of the inductor to set the current path, and the module controller 131 for controlling the duty cycle of the switch It includes.
스트링 제어기(String Controller)(140)는 상기 마이크로 컨버터(130)에서 출력된 태양광 모듈의 생산 전력을 기초로 상기 마이크로 컨버터(130)의 듀티 사이클을 제어하여 태양광 모듈의 전압을 조정하는 역할을 한다. 여기서 스트링 제어기(140)는 스트링 단위로 제어를 수행한다.The string controller 140 adjusts the voltage of the solar module by controlling the duty cycle of the micro-converter 130 based on the production power of the solar module output from the micro-converter 130. do. The string controller 140 performs control in units of strings.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 컨버터(130)의 구성을 자세히 도시한 도면이다. 6 is a diagram showing in detail the configuration of the micro-converter 130 according to the first embodiment of the present invention.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 컨버터(130)는 인턱터(L3, L4), 스위치(d4,/d4,d3,/d3), 모듈 제어기(131), 드라이버(132, 133)를 포함한다. As shown in FIG. 6, the micro-converter 130 according to the first embodiment of the present invention includes an inductor L3, L4, a switch d4, / d4, d3, / d3, a module controller 131, and a driver. 132, 133.
인턱터(L3, L4)는 전류 편차 보상을 위한 우회경로를 제공하는 역할을 수행하며, 스위치(d4,/d4,d3,/d3)는 상기 인덕터(L3, L4)의 일단에 설치되어 전류 경로(즉, 인덕터를 통한 우회경로 또는 태양광 모듈간 직접 연결된 경로)를 설정한다. The inductors L3 and L4 serve to provide a bypass path for current deviation compensation, and the switches d4, / d4, d3, and d3 are installed at one end of the inductor L3 and L4 so that the current path ( That is, a bypass path through the inductor or a path directly connected between the solar modules) is set.
모듈 제어기(131)는 태양광 모듈의 전압 및 전류 측정값을 상기 스트링 제어기(140)에 전송하고 상기 스트링 제어기(140)로부터 수신된 듀티 사이클 제어 데이터와 동작 제어 데이터를 기초로 상기 스위치(d4, /d3, d3,/d3)의 듀티 사이클을 제어한다. 또한, 모듈 제어기(131)는 두개의 모듈 사이에 연결되어 두 모듈의 전력 편차를 모듈제어기 내부의 경로를 통해 출력으로 보내는 방식으로 동작한다. The module controller 131 transmits the voltage and current measurement values of the solar module to the string controller 140 and based on the duty cycle control data and the operation control data received from the string controller 140, the switch d4, / d3, d3, / d3) to control the duty cycle. In addition, the module controller 131 is connected between the two modules to operate by sending the power deviation of the two modules to the output through the path inside the module controller.
이를 구체적으로 설명하면, 모듈 제어기(131)는 모듈 제어기에 연결된 두 모듈의 전압비를 결정하고, 모듈간 미스매치가 발생하는 상황에서는 기존에 연결되어 있는 모듈간 직렬 연결경로로 보낼 수 없는 전력 편차를 인덕터 경로로 우회시켜 스트링의 출력에 더한다. Specifically, the module controller 131 determines the voltage ratio of two modules connected to the module controller, and in a situation in which a mismatch between modules occurs, a power deviation that cannot be transmitted through a serial connection path between modules connected to the module controller 131 is determined. Bypass into the inductor path and add to the output of the string.
드라이버(132, 133)는 상기 모듈 제어기(131)의 제어에 따라 상기 스위치(d4, /d3, d3,/d3)를 온(on) 또는 오프(off) 상태로 구동시킨다. 이때, 인덕터의 일단 좌측에 설치된 스위치(d4, d3)와 상기 인덕터의 일단 우측에 설치된 스위치(/d4, /d3)는 서로 반대로 동작한다.The drivers 132 and 133 drive the switches d4, / d3, d3 and / d3 in an on or off state under the control of the module controller 131. At this time, the switches d4 and d3 provided on the left side of the inductor and the switches / d4 and d3 provided on the right side of the inductor operate in opposite directions.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스트링 제어기(140)를 나타내는 도면이다. 7 is a diagram illustrating a string controller 140 according to a first embodiment of the present invention.
도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 스트링 제어기(140)는 통신 모듈(141), 최대전력점 추종부(142), 듀티 제어기(143) 및 DC/DC 컨버터(144)를 포함한다.As shown in FIG. 7, the string controller 140 according to the first embodiment of the present invention includes a communication module 141, a maximum power point follower 142, a duty controller 143, and a DC / DC converter 144. ).
통신 모듈(141)은 상기 마이크로 컨버터(130)와 통신을 하여 태양광 모듈의 전압 및 전류 측정값을 수신하고, 상기 마이크로 컨버터(130)에 제어 데이터를 전송한다. The communication module 141 communicates with the micro-converter 130 to receive voltage and current measurement values of the solar module and transmits control data to the micro-converter 130.
최대전력점 추종부(142)는 상기 통신 모듈(141)을 통해 수신한 각 태양광 모듈의 전압 및 전류 값을 기준으로 최대전력점(MPP)을 산출한다. The maximum power point follower 142 calculates a maximum power point MPP based on voltage and current values of each solar module received through the communication module 141.
이때, 본 발명의 제1 실시예에 따르면 최대전력점 추종부(142)는 입력되는 전압 및 전류에 기초하여 전력을 계산하고, 통상적으로 사용되는 P&0 (Perturbation & observation) 알고리즘과 같은 최대전력점 추종 알고리즘을 이용하여 최대전력점을 산출한다. 그러나, 본 발명은 P&O 알고리즘을 사용하는 것에만 한정되는 것은 아니며, 그 외의 다양한 최대 전력점 추종 알고리즘을 사용할 수 있다.At this time, according to the first embodiment of the present invention, the maximum power point tracking unit 142 calculates power based on the input voltage and current, and follows the maximum power point tracking, such as a commonly used P & 0 (Perturbation & observation) algorithm. The algorithm uses the algorithm to calculate the maximum power point. However, the present invention is not limited to using the P & O algorithm, and various other maximum power point tracking algorithms can be used.
듀티 제어기(143)는 상기 최대전력점 추종부(142)에서 산출한 최대전력점에 따라 상기 마이크로 컨버터(130)에 듀티 사이클 제어신호를 전송하여 태양광 모듈의 전압을 조정한다. The duty controller 143 adjusts the voltage of the solar module by transmitting a duty cycle control signal to the micro-converter 130 according to the maximum power point calculated by the maximum power point follower 142.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 상기 듀티 제어기(143)는 상기 각 태양광 모듈의 전압 및 전류 값과 기준값을 비교하여 듀티오프 모드 및 과전류 여부를 판단하고, 듀티오프 모드시 상기 마이크로 컨버터(130)에 듀티오프(duty off) 데이터를 전송하여 삽입 손실(Insetion loss)을 제거한다. 구체적으로, 듀티 제어기(143)는 후술하는 바와 같이 상기 각 태양광 모듈의 전압 및 전류 값과 기준값을 비교하여 과전류로 판단되면, 마이크로 컨버터(130)의 듀티 사이클은 유지하면서 전체 스트링 전압을 상승시켜 인덕터의 전류를 감소시키거나, 그림자가 진 모듈의 전압은 낮추고 나머지 모듈의 전압을 높여 인덕터의 전류를 낮춘다.According to the first embodiment of the present invention, the duty controller 143 compares the voltage and current values of each of the solar modules with a reference value to determine whether the duty-off mode and overcurrent, and in the duty-off mode the micro-converter ( 130, the duty off data is transmitted to remove the insertion loss. Specifically, when the duty controller 143 compares the voltage and current values of the photovoltaic modules with the reference value and determines the overcurrent, the duty controller 143 increases the total string voltage while maintaining the duty cycle of the micro-converter 130. Reduce the current in the inductor, or lower the voltage on the shadowed module and increase the voltage on the remaining modules to lower the current in the inductor.
DC/DC 컨버터(144)는 태양광 모듈이 최대전력점 추종을 가능하도록 전압을 조정하는 역할을 수행한다. 즉, 최대전력점 추종을 위해서는 스트링 전체에 걸리는 전압이 최대전력점 알고리즘에서 선정한 값으로 변화되어야 하는데, DC/DC 컨버터(144)는 스트링의 전체에 걸리는 전압을 최대전력점 알고리즘에서 선정한 값으로 변화시킨다. The DC / DC converter 144 adjusts the voltage to enable the solar module to follow the maximum power point. That is, in order to follow the maximum power point, the voltage across the string should be changed to the value selected by the maximum power point algorithm. The DC / DC converter 144 changes the voltage across the string to the value selected by the maximum power point algorithm. Let's do it.
스트링 제어기(140)는 스트링 단위의 모든 마이크로 컨버터와 통신을 하여 정보(전압, 전류)를 취합하고, 그 취합한 정보를 기반으로 모든 마이크로 컨버터를 제어한다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 하나의 마이크로 컨버터(130)를 제어하는 것에 대해서만 설명하기로 한다.The string controller 140 communicates with all micro converters in a string unit to collect information (voltage and current) and to control all micro converters based on the collected information. Hereinafter, only the control of one micro-converter 130 will be described for convenience of description.
이와 같이 구성된 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광 모듈용 마이크로 컨버터 장치에 따르면, 태양광 모듈(110)의 출력은 종래와 같이 직렬로 연결되고, 마이크로 컨버터(130)가 태양광 모듈(110)과 병렬로 연결되는 구조이다. 이러한 구조는 모듈 간 전류의 차이가 없는 경우에는 태양광 모듈(110)이 마치 마이크로 컨버터(130)가 없는 것처럼 동작을 하며, 마이크로 컨버터(130)는 태양광 모듈 간 생산 전력에 차이가 발생한 경우에만 태양광 모듈 출력의 경로를 인덕터를 우회하도록 변경하여 전류 편차(Mismatched Current)를 보상해줌으로써 기존의 직렬 구조(cascade)형 마이크로 컨버터의 문제점을 개선하게 된다.According to the micro-converter device for a solar module according to the first embodiment of the present invention configured as described above, the output of the solar module 110 is connected in series as conventionally, the micro-converter 130 is a solar module 110 ) Is connected in parallel. This structure is such that when there is no difference in current between modules, the solar module 110 operates as if the micro converter 130 does not exist, and the micro converter 130 only operates when there is a difference in production power between the solar modules. By compensating for mismatched current by changing the path of the solar module output to bypass the inductor, the problem of the conventional cascade type micro-converter is improved.
예컨대, 스트링 내 모든 태양광 모듈들이 같은 조건에서 최상의 전력을 출력해 전류가 서로 같은 경우에는 마이크로 컨버터는 전력 처리를 하지 않고 듀티오프 모드로 들어감으로써 삽입 손실을 최소화한다. 그리고, 스트링 내 태양광 모듈 간의 출력전력에 차이가 발생할 경우에는 마이크로 컨버터들이 새로운 전류 경로를 만들어서 이를 처리한다. For example, if all of the solar modules in the string output the best power under the same conditions and the currents are the same, the micro-converter enters the duty-off mode without power processing to minimize insertion loss. And if there is a difference in output power between photovoltaic modules in the string, the micro-converters create a new current path and handle it.
이와 같은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광 모듈용 마이크로 컨버터장치의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. The operation of the photovoltaic module micro-converter device according to the first embodiment of the present invention is described in detail as follows.
먼저, 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광 모듈용 마이크로 컨버터 장치는 도 5에 도시한 바와 같이, 태양광 모듈 2개(예를 들어, PV5, PV4)마다 한 개의 마이크로 컨버터(130)가 결합하는 형태이다. 이로써 종래 캐스케이드 방식에 비해 마이크로 컨버터의 개수를 줄일 수 있다. First, as shown in FIG. 5, the micro converter device for a solar module according to the first embodiment of the present invention includes one micro converter 130 for every two solar modules (for example, PV5 and PV4). It is a form of binding. This can reduce the number of micro-converters compared to the conventional cascade method.
마이크로 컨버터(130)에 구비된 모듈 제어기(131)는 각각의 태양광 모듈의 전압 및 전류를 측정하고, 이를 내부의 통신 모듈(도시하지 않음)을 통해 스트링 제어기(140)에 전송한다. 이때, 본 발명의 제1 실시예에 따르면 모듈 제어기(131)의 통신 모듈은 무선 통신 모듈로 구현되나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 유선 통신모듈로도 구현할 수 있다. 또한, 모듈 제어기(131)는 태양광 모듈의 전압 및 전류 측정값을 스트링 제어기(140)에 전송할 때, 측정값과 그에 대응하는 태양광 모듈의 고유번호(ID)를 함께 전송하여 태양광 모듈을 구분한다. 이처럼 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 태양광 모듈별로 각각 고유번호(ID)를 부여함으로써, 스트링 제어기(140)에서는 용이하게 수신한 전압 및 전류 측정값이 어느 태양광 모듈의 전압, 전류인지를 알 수 있게 된다.The module controller 131 provided in the micro-converter 130 measures the voltage and current of each solar module, and transmits it to the string controller 140 through an internal communication module (not shown). At this time, according to the first embodiment of the present invention, the communication module of the module controller 131 is implemented as a wireless communication module, but the present invention is not limited thereto and may be implemented as a wired communication module. In addition, when the module controller 131 transmits the voltage and current measurement values of the photovoltaic module to the string controller 140, the module controller 131 transmits the measured values and the unique number (ID) of the corresponding photovoltaic module together to provide the photovoltaic module. Separate. Thus, according to the first embodiment of the present invention, by assigning a unique number (ID) for each photovoltaic module, the string controller 140, which voltage and current measurement value easily received is the voltage, current of which photovoltaic module You will know.
스트링 제어기(140)의 통신 모듈(141)은 복수의 마이크로 컨버터(130)에서 송출되는 각 태양광 모듈의 전압, 전류 측정값을 수신하여 듀티 제어기(143)에 전달한다. 듀티 제어기(143)는 입력되는 전압, 전류 측정값을 그에 상응하는 디지털 전압, 전류 값으로 변환을 하여, 내부 메모리(도시하지 않음)에 저장함과 동시에 최대전력점 추종부(142)에 전달한다.The communication module 141 of the string controller 140 receives voltage and current measurement values of each photovoltaic module transmitted from the plurality of micro-converters 130 and transmits them to the duty controller 143. The duty controller 143 converts the input voltage and current measurement values into corresponding digital voltage and current values, and stores them in the internal memory (not shown) and transmits them to the maximum power point following unit 142.
최대전력점 추종부(142)는 디지털 측정전압의 변화량을 산출한 후 그 산출한 변화량을 기초로 최대전력점을 추종하게 된다. 여기서 최대전력점 추종은 태양광 발전 설비에서 통상적으로 수행하는 최대전력점 추종 방식을 그대로 채택하여 사용할 수 있다. 이렇게 추종된 최대전력점은 듀티 제어기(143)에 전달된다.The maximum power point follower 142 calculates a change amount of the digital measurement voltage and then follows the maximum power point based on the calculated change amount. Here, the maximum power point tracking may be used by adopting a maximum power point tracking method that is usually performed in a solar power installation. The maximum power point thus followed is transferred to the duty controller 143.
듀티 제어기(143)는 각각의 태양광 모듈에 대한 전압, 전류 측정값이 입력되면, 태양광 모듈의 듀티 오프 모드를 판단하기 위해 각 모듈의 전류 값들을 비교하여 그 차이를 추출하고, 이를 기반으로 태양광 모듈의 듀티오프 모드 여부를 판단한다. 여기서 듀티오프 모드의 조건은 모든 태양광 모듈이 같은 환경 조건으로 인해 같은 전류 값을 가질 경우인데, 이 경우 모든 마이크로 컨버터의 직류-직류 변환부를 듀티오프시키고, 지속적으로 각 모듈의 전압, 전류 값을 관찰하여 전류의 변동이 발생할 경우에 정상 모드로 돌아간다.When the voltage controller and the current measurement value for each solar module are input, the duty controller 143 compares the current values of each module to determine the duty off mode of the solar module, extracts the difference, and based on this, It is determined whether the solar module has a duty-off mode. In this case, the condition of the duty-off mode is that all solar modules have the same current value due to the same environmental conditions. In this case, the DC-DC converters of all the micro-converters are duty-off, and the voltage and current values of each module are continuously Observe and return to normal mode if a change in current occurs.
이 판단 결과 듀티오프 모드일 경우, 듀티제어기(143)는 동작 제어데이터(듀티오프 데이터)를 생성하여 통신 모듈(141)을 통해 마이크로 컨버터(130)에 전송한다. 이때 실질적으로 모든 마이크로 컨버터에 동작 제어 데이터가 전송된다.As a result of the determination, in the duty off mode, the duty controller 143 generates operation control data (duty off data) and transmits it to the micro converter 130 through the communication module 141. At this time, operation control data is transmitted to virtually all micro-converters.
마이크로 컨버터(130) 내의 모듈 제어기(131)는 동작 제어 데이터를 수신하여 분석한다. 그 분석 결과 동작 제어 데이터가 듀티오프 데이터이면 드라이버(132, 133)의 구동을 오프하고, 스트링 제어기(140)와 통신을 수행하기 위한 통신 모듈 및 전압, 전류 센서 모듈만 동작을 하고, 직류-직류 변환장치는 듀티오프 상태로 동작한다. 상기 드라이버(132, 133)의 구동이 오프되면 그에 연계된 스위치(d4, /d4, d3,/d3)도 모두 오프 상태가 되어 동작을 하지 않게 된다. 즉, 태양광 모듈이 정상상태이면 마이크로 컨버터의 동작을 듀티오프 모드로 동작시켜, 삽입 손실을 최소화하게 된다.The module controller 131 in the micro converter 130 receives and analyzes operation control data. As a result of the analysis, if the operation control data is the duty-off data, the driving of the drivers 132 and 133 is turned off, and only the communication module and the voltage and current sensor module for performing communication with the string controller 140 operate, and the DC-DC The converter operates in a duty off state. When the driving of the drivers 132 and 133 is turned off, the switches d4, / d4, d3, and / d3 associated with them are all turned off, and thus the operation is not performed. That is, when the solar module is in a normal state, the micro converter is operated in the duty off mode, thereby minimizing insertion loss.
한편, 스트링 제어기(140)의 듀티 제어기(143)는 각각의 태양광 모듈에서 측정한 전압, 전류 값을 검색하여 태양광 모듈 간의 전력 출력 차이가 발생한 경우에는 이를 보상하기 위해 최대전력점 추종부(142)에서 산출한 최대전력점을 기반으로 각각의 태양광 모듈의 전압 조정을 위한 듀티 사이클을 생성한다. Meanwhile, the duty controller 143 of the string controller 140 searches for voltage and current values measured by each solar module to compensate for the difference in power output between the solar modules. A duty cycle for voltage regulation of each solar module is generated based on the maximum power point calculated in 142.
여기서 듀티 사이클 생성을 위한 관계식은 다음의 수학식 1과 같다.Here, the relation for generating the duty cycle is shown in Equation 1 below.
[수학식 1][Equation 1]
Figure PCTKR2014007905-appb-I000001
Figure PCTKR2014007905-appb-I000001
여기서 L은 인덕터를 나타내고, d는 듀티 사이클을 나타내며, v는 태양광 모듈에서 측정한 측정 전압을 나타낸다.  Where L denotes the inductor, d denotes the duty cycle, and v denotes the measured voltage measured by the solar module.
상기 수학식 1을 통해 태양광 모듈 간의 출력 전력 차이에 따른 듀티 사이클을 생성하면, 이를 통신 모듈(141)을 통해 마이크로 컨버터(130)로 전송한다.When the duty cycle according to the output power difference between the solar modules is generated through Equation 1, the duty cycle is transmitted to the micro converter 130 through the communication module 141.
상기 마이크로 컨버터(130) 내의 모듈 제어기(131)는 이를 수신하고, 그 수신한 듀티 사이클에 따라 드라이버(132, 133)를 구동시켜, 인덕터(L3, L4) 일단의 스위치를 동작시킨다. 이때, 인덕터 일단의 두 개의 스위치는 정상동작시 서로 반대로 동작한다. 즉, 스위치(d4)가 온 상태가 되면 스위치(/d4)는 오프가 되고, 이와는 반대로 스위치(d4)가 오프되면 스위치(/d4)는 온 상태로 동작한다.The module controller 131 in the micro-converter 130 receives it, drives the drivers 132 and 133 according to the received duty cycle, and operates the switches of one end of the inductor L3 and L4. At this time, two switches of one end of the inductor operate in opposite directions in normal operation. That is, when the switch d4 is turned on, the switch / d4 is turned off. On the contrary, when the switch d4 is turned off, the switch / d4 is turned on.
이러한 스위치의 동작과 인덕터에 의해 각각의 태양광 모듈에서 출력되는 전력 라인의 출력 경로가 변경된다. 이러한 출력 전력 경로의 변경에 따라 태양광 모듈의 전압이 최적으로 조정되어, 태양광 모듈의 출력 전력 편차에 따른 보상이 이루어지게 되는 것이다. 이를 자세히 설명하면, 태양광 모듈간 미스매치가 있는 상황에서는, 기존의 전류 경로(즉, 모듈간 직렬 연결 경로)에는 가장 적은 일사량을 받는 전류가 흐르고, 새롭게 형성된 전류보상 경로(즉, 인덕터를 통해 우회시킨 경로)에는 개별모듈의 최대전력 출력전류에 기존 스트링 전류를 차감한 만큼의 전류가 흐르게 된다. The operation of the switch and the inductor change the output path of the power line output from each solar module. According to the change of the output power path, the voltage of the solar module is optimally adjusted, so that compensation is performed according to the output power deviation of the solar module. In detail, in a situation where there is a mismatch between photovoltaic modules, a current having the least insolation flows in the existing current path (ie, a series connection path between modules), and a newly formed current compensation path (that is, through an inductor) In the bypassed path, the current flows by subtracting the existing string current from the maximum power output current of the individual module.
도 5 및 도 6에 도시한 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광 모듈용 마이크로 장치는 마이크로 컨버터를 정션 박스와는 별도로 구성한 것이다. 이러한 경우는 이미 설치된 태양광 모듈에 마이크로 컨버터를 추가로 장착하여 태양광 발전 시스템을 구현하는 경우 사용될 수 있다. 5 and 6, the photovoltaic module micro device according to the first embodiment of the present invention is a micro converter configured separately from the junction box. This case can be used to implement a photovoltaic power generation system by additionally mounting a micro converter to the already installed solar module.
한편, 태양광 발전 시스템을 처음부터 설치한 경우에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광 모듈용 마이크로 장치의 변형례로서 마이크로 컨버터와 정션 박스를 일체로 구현할 수 있다. Meanwhile, when the photovoltaic power generation system is installed from the beginning, a micro converter and a junction box may be integrally implemented as a modification of the photovoltaic module micro device according to the first embodiment of the present invention.
예컨대, 도 8에 도시한 바와 같이, 태양광 모듈(PV1, PV2, PVN)과 연동하는 정션 박스(160)의 내부에 마이크로 컨버터를 내장시켜 마이크로 컨버터와 정션 박스를 일체형으로 구현할 수 있다. 이 경우 전체적인 동작은 도 4 및 도 5에 구현된 마이크로 컨버터 장치와 와 동일하게 동작한다. For example, as illustrated in FIG. 8, the micro converter and the junction box may be integrally implemented by embedding a micro converter in the junction box 160 that interworks with the solar modules PV1, PV2, and PVN. In this case, the overall operation is the same as that of the micro converter device implemented in FIGS. 4 and 5.
도 8에 도시한 변형례에 의하면, 스트링의 맨 첫 번째 정션 박스(170)에 스트링 제어기(171)가 내장되며, 나머지 정션 박스(160)는 상기 스트링 제어기(171)와 통신을 수행하는 모듈 제어기(161)가 내장된다. 모듈 제어기(161)는 듀티오프 모드에서는 듀티오프 상태로 동작하고, 태양광 모듈 간의 출력 전력 차이가 발생할 경우에는 듀티 사이클에 따라 태양광 모듈의 전압을 조정하는 상태로 동작하게 된다. 또한, 모듈 제어기(161)는 아울러 태양광 모듈 간의 출력 전력차이가 심하게 발생해서 특정 인덕터에 과전류가 흐를 때는 과전류를 감소시키는 모드로 동작하게 된다.According to the modification illustrated in FIG. 8, a string controller 171 is embedded in the first junction box 170 of the string, and the other junction box 160 communicates with the string controller 171. 161 is built in. The module controller 161 operates in a duty-off state in the duty-off mode, and operates in a state of adjusting the voltage of the solar module according to the duty cycle when a difference in output power between the solar modules occurs. In addition, the module controller 161 also operates in a mode that reduces the overcurrent when the output power difference between the photovoltaic module is severe and an overcurrent flows in a specific inductor.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광 모듈용 마이크로 장치의 또 다른 변형례로서 도 9에 도시된 바와 같이 하나의 태양광 모듈(310)에 내장되는 다수개의 서브모듈(311, 312, 313)과 마이크로 컨버터(320)를 직-병렬 상태로 연결(즉, 서브모듈과는 마이크로 컨버터가 병렬로 연결되고, 마이크로 컨버터들 사이에는 직렬로 연결)하여 태양광 발전 장치를 구현할 수도 있다. 도 9에서는, 하나의 태양광 모듈에는 3개의 서브모듈이 직렬 구조로 결합되고, 그 출력 단자는 4개로서 정션 박스 일체형 마이크로 컨버터(320)에 결합된다. 4개의 출력 단자를 결합하기 위해서 마이크로 컨버터(320)는 3개의 인덕터(L20, L21, L22)와 상기 3개의 인덕터(L20, L21, L22)의 양단에 각각 2개씩 연결된 스위치(d20, / d22, d21, /d21, d22, /d22)를 포함한다. In addition, as another modification of the photovoltaic module micro device according to the first embodiment of the present invention, as illustrated in FIG. 9, a plurality of sub-modules 311, 312, 313 and the micro-converter 320 may be connected in a series-parallel state (ie, the micro-converter may be connected in parallel with the submodule and may be connected in series between the micro-converters). In FIG. 9, three sub-modules are coupled to one solar module in series, and four output terminals thereof are coupled to the junction box integrated micro-converter 320. In order to combine the four output terminals, the micro-converter 320 includes three inductors L20, L21, and L22 and two switches d20, / d22, respectively connected to both ends of the three inductors L20, L21, and L22. d21, / d21, d22, / d22).
도 9에서 참조부호 321은 모듈 제어기, 참조부호 330은 스트링 제어기(330)를 나타낸다. 도 9에 도시한 모듈 제어기(321)와 스트링 제어기(330)의 기능 및 동작은 도 5에서 설명한 모듈 제어기(131) 및 스트링 제어기(140)의 기능 및 동작과 거의 동일하므로 이하에서는 중복되는 설명을 생략한다. In FIG. 9, reference numeral 321 denotes a module controller, and reference numeral 330 denotes a string controller 330. Since the functions and operations of the module controller 321 and the string controller 330 shown in FIG. 9 are almost the same as those of the module controller 131 and the string controller 140 described with reference to FIG. Omit.
도 9에 도시한 태양광 모듈용 마이크로 장치의 스위치 제어 방식은 도 4 및 도 5에 도시한 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양광 모듈용 마이크로 장치의 스위치 제어 방식과 동일하게 이루어진다. 이와 같이 서브모듈 단위의 마이크로 컨버터를 구현할 경우, 태양광 모듈 단위의 마이크로 컨버터에 비해 효율을 증가할 수 있다. 이 경우 태양광 모듈 단위에 비해 마이크로 컨버터의 개수가 증가하게 되므로, 비용이 증가하는 단점을 유발할 수도 있다. 따라서 태양광 모듈 발전 설비의 설계자는 이를 고려하여 태양광 발전 설비를 설계하는 것이 바람직하다.The switch control method of the photovoltaic module micro device shown in FIG. 9 is the same as the switch control method of the photovoltaic module micro device according to the first embodiment of the present invention shown in FIGS. 4 and 5. When the micro-converter in the sub-module unit is implemented as described above, efficiency may be increased as compared to the micro-converter in the solar module unit. In this case, since the number of micro-converters increases compared to the solar module unit, it may cause a disadvantage that the cost increases. Therefore, it is desirable for the designer of the solar module power generation facility to design the solar power generation facility in consideration of this.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광 모듈용 마이크로 장치의 또 다른 변형례로서, 도 10과 같이 서브모듈 단위의 독립형으로 마이크로 컨버터를 구현할 수도 있다. 여기서 참조부호 411, 412, 413은 서브모듈을 나타내고, 참조부호 420은 마이크로 컨버터를 나타낸다. 이러한 구조에 따르면 태양광 모듈 내부의 서브모듈(411, 412, 413) 사이에만 마이크로 컨버터(420)가 동작한다. 따라서 외부에서 보면 일반적인 캐스케이드 마이크로 컨버터와 같은 구조가 된다. 이런 구조는 태양광 모듈 단위의 캐스케이드에 비해서 서브모듈단위로 동작하기 때문에 성능이 더욱 향상되며, 케이블도 캐스케이드 구조처럼 간단하게 결합할 수 있다.In addition, as another modified example of the solar module micro device according to the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. Reference numerals 411, 412, and 413 denote submodules, and reference numeral 420 denotes micro converters. According to this structure, the micro-converter 420 operates only between the sub-modules 411, 412, and 413 inside the solar module. Therefore, when viewed from the outside, the structure is the same as a general cascade micro converter. This structure improves performance because it operates in a sub-module unit compared to a cascade of solar modules, and cables can be combined as simply as a cascade structure.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광 모듈용 마이크로 컨버터 장치를 시뮬레이션한 결과를 도식화한 것으로서, 스트링내 일부 태양광 모듈에 그림자가 질 때, 각 태양광 모듈에 흐르는 전류 값을 산출한 것이다. 구체적으로 도 11은 정상적인 태양광 모듈에서는 8A가 생산되고 그림자가 진 모듈에서는 6A가 생산되는 경우, 두 개의 인접한 태양광 모듈에 그림자가 졌을 때의 결과를 도식화한 것이다. FIG. 11 is a diagram illustrating a simulation result of a photovoltaic module microconverter device according to a first embodiment of the present invention, and calculates a current value flowing through each photovoltaic module when a shadow of a portion of the photovoltaic module in the string is cast. It is. Specifically, FIG. 11 illustrates the result when two adjacent solar modules are shadowed when 8A is produced in a normal solar module and 6A is produced in a shadowed module.
도 11에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 컨버터 장치를 적용하지 않는 경우에는 모든 모듈의 전류가 Imp shade(6A)의 전류가 흐르나, 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 컨버터 장치를 적용하면, 전류 편차를 보상할 수 있으므로 각 모듈이 최대전력점에서 동작하게 되어 스트링의 전류값은 각 모듈 전류의 평균치인 Isys(7.33A)의 전류가 흐름을 알 수 있다. 이러한 시뮬레이션 결과에 의해 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 컨버터 장치가 태양광 발전 시설에서 효율 향상을 도모함을 알 수 있다. As shown in FIG. 11, when the micro-converter device according to the first embodiment of the present invention is not applied, the current of all modules flows through the imp shade 6A, but according to the first embodiment of the present invention. When the micro-converter device is applied, the current deviation can be compensated, so that each module operates at the maximum power point, and the current value of the string shows the current of Isys (7.33A), which is the average value of each module current. These simulation results show that the micro-converter device according to the first embodiment of the present invention aims to improve efficiency in the photovoltaic power generation facility.
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광 모듈용 마이크로 컨버터 장치 제어방법 중 마이크로 컨버터에 설치된 모듈 제어기에서 제어하는 과정을 나타낸 것이다.12 illustrates a process of controlling by a module controller installed in a micro-converter of the method for controlling a micro-converter device for a solar module according to the first embodiment of the present invention.
먼저, 단계 S11에서 마이크로 컨버터 내의 모듈 제어기는 태양광 모듈의 전압(vk) 및 전류(ik)를 측정하여 스트링 제어기에 보고한다.First, in step S11, the module controller in the micro-converter measures the voltage v k and the current i k of the solar module and reports it to the string controller.
단계 S12에서는 측정한 인덕터별 전류(iLk)와 미리 설정된 최대치(max)를 비교하여, 상기 인덕터별 전류가 상기 최대치 이상일 경우, 단계 S13으로 이동하여 상기 스트링 제어기에 듀티 사이클(dk) 변경을 요청한다. 이때, 변형례로서 마이크로 컨버터가 인덕터 전류(iLk)를 측정하지 않는 대신, 스트링 제어기가 이를 계산해서 특정 인덕터에 과전류가 흐름을 판단하고 듀티 사이클 변경 명령이 필요할 경우 각 마이크로 인버터에 명령을 전송할 수 있다.In step S12, the measured current of each inductor i Lk is compared with a preset maximum value max. When the current of each inductor is equal to or greater than the maximum value, the flow moves to step S13 to change the duty cycle d k in the string controller. request. In this case, instead of the micro converter measuring the inductor current (i Lk ) as a variation, the string controller calculates this to determine the flow of overcurrent to a specific inductor and sends a command to each micro inverter when a duty cycle change command is required. have.
이후 단계 S14에서 상기 스트링 제어기로부터 변경된 듀티 사이클이 수신되는지를 확인하여, 변경된 듀티 사이클이 수신될 경우 단계 S15으로 이동하여 이를 기초로 스위치의 듀티 사이클을 변경하게 된다. Thereafter, in step S14, it is checked whether the changed duty cycle is received from the string controller, and when the changed duty cycle is received, the process moves to step S15 to change the duty cycle of the switch based on this.
또한 수신한 듀티 사이클로 스위치를 동작시키거나 새로운 듀티 사이클이 수신되지 않은 상태에서 단계 S16에서와 같이 스트링 제어기로부터 새로운 명령이 수신되면 단계 S17로 이동하여 해당 명령에 따라 동작을 수행하게 된다. 여기서 새로운 명령은 다양할 수 있으며, 그 일 예로서 마이크로 컨버터 듀티오프 명령이 될 수도 있다.In addition, when a new command is received from the string controller as in step S16 while the switch is operated with the received duty cycle or a new duty cycle is not received, the process moves to step S17 to perform an operation according to the command. Here, the new command may vary, and as an example, it may be a micro converter dutyoff command.
도 13은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광 모듈용 마이크로 컨버터 장치 제어방법 중 스트링 제어기에서 마이크로 컨버터를 제어하는 과정을 보인 흐름도이다.FIG. 13 is a flowchart illustrating a process of controlling a micro converter in a string controller in a method for controlling a micro converter device for a solar module according to a first embodiment of the present invention.
먼저, 단계 S21에서 태양광 모듈의 출력 경로를 조정하는 마이크로 컨버터를 제어하는 스트링 제어기에서 특정 마이크로 컨버터를 웨이크-업시키고, 상기 웨이크-업한 마이크로 컨버터로부터 전송된 태양광 모듈의 전압(vk)과 전류(ik)를 수신한다.First, in a string controller that controls the micro-converter for adjusting the output path of the solar module in step S21, the specific micro-converter wakes up, and the voltage v k of the solar module transmitted from the wake-up micro-converter Receive the current i k .
상기와 같은 과정을 모든 태양광 모듈에 대해서 수행한 후(S22), 단계 S23에서는 수신한 전압을 기초로 최대전력점을 추종하고(MPPT), 그 추종한 최대전력점에 따라 듀티 사이클( dk)을 생성하여 상기 마이크로 컨버터에 전송한다.After the above process is performed for all solar modules (S22), in step S23 the maximum power point is followed based on the received voltage (MPPT), and the duty cycle (d k) according to the following maximum power point. ) And send it to the micro-converter.
한편, 스트링 내에 일부 인접한 태양광 모듈들이 그림자가 질 경우 그에 인접한 마이크로 컨버터 내부의 인덕터에 과전류가 흐를 수가 있다. 이처럼 특정 인덕터에 정격이상의 과전류가 흐를 때의 대처 방안이 필요하다. Meanwhile, when some adjacent solar modules in the string are shadowed, overcurrent may flow in the inductor inside the adjacent micro converter. As such, there is a need for a countermeasure when overcurrent flows through a specific inductor.
이를 위해 단계 S24에서는 각 인덕터의 전류를 하기의 수학식 2로 산출한다.To this end, in step S24, the current of each inductor is calculated by Equation 2 below.
[수학식 2][Equation 2]
Figure PCTKR2014007905-appb-I000002
Figure PCTKR2014007905-appb-I000002
여기서 상기와 같은 인덕터 전류는 스트링 제어기에서도 계산으로 가능하지만, 각각의 마이크로 컨버터에서 직접 측정하여 통신 모듈을 통해 스트링 제어기에 전송해주는 방식도 가능하다.Here, the inductor current as described above can be calculated by the string controller, but it is also possible to directly measure each micro-converter and transmit it to the string controller through the communication module.
다음으로, 단계 S25에서 상기 산출한 인덕터의 전류가 미리 설정된 최대치(max) 이상인지를 확인하여, 상기 인덕터의 전류가 상기 최대치 이상일 경우 단계 S26으로 이동하여 인덕터의 전류를 감소시키기 위한 제어 동작을 수행한다.Next, it is checked whether the current of the inductor calculated in step S25 is greater than or equal to a preset maximum value (max). When the current of the inductor is greater than or equal to the maximum value, the control unit moves to step S26 to perform a control operation to reduce the current of the inductor. do.
여기서 특정 인덕터에 과전류가 흐르면, 스트링 제어기는 여러 가지 정책을 세워서 대처할 수가 있다. 가장 간단한 방법으로는 모든 마이크로 컨버터를 셧-다운하는 것이고, 다른 방법으로는 과전류가 검출된 인덕터를 포함한 마이크로 컨버터만을 셧-다운하는 것이다.Here, if an overcurrent flows through a specific inductor, the string controller can respond with various policies. The simplest method is to shut down all microconverters, and the other method is to shut down only the microconverter, including the inductor from which the overcurrent has been detected.
또한, 다음의 방법으로 인덕터의 전류를 감소시킬 수도 있다. In addition, the current of the inductor can be reduced by the following method.
상기 수학식 2를 보면 인덕터 iLn의 전류는 dL(n-1), in, in-1, iL(n-2), dn-1에 의해서 결정됨을 알 수 있다. 따라서 스트링 제어기는 이 값들을 알고 있기 때문에 인덕터의 전류가 정격이상으로 흐르는지를 계산상으로 예측할 수 있고, 정격이상으로 흐를 경우에는 각 모듈 제어기의 듀티 사이클은 그대로 두고, 전체 전압을 조금씩 올려서 각각 태양광 모듈의 전압을 Voc 방향으로 조금씩 올려주면, 그만큼 전류가 적게 흐르기 때문에 인덕터의 전류를 줄일 수 있게 된다. From Equation 2, it can be seen that the current of the inductor i Ln is determined by d L (n-1), i n, i n-1, i L (n-2), and d n-1 . Therefore, because the string controller knows these values, it is possible to predict mathematically whether the current of the inductor flows above the rated value, and if it exceeds the rated value, the duty cycle of each module controller is left as it is, and the total voltage is increased little by little. Increasing the voltage of the module little by little in the direction of Voc can reduce the current in the inductor because less current flows.
또한 다른 방법으로서, 모듈 전류가 낮은 모듈의 전압을 낮게 해서 전류가 더 흐르게 하고, 나머지 모듈들의 전압은 앞의 방법처럼 높게 해서 전류가 작게 흐르게 할 수도 있는 데, 이 경우 새로이 계산된 전압 값에 따라서 각 모듈들의 듀티 사이클이 변하므로 이를 마이크로컨버터에 전송해 주어야 한다.As another method, it is possible to lower the voltage of a module with a low module current to allow more current to flow, and to increase the voltage of the remaining modules as the previous method, so that the current flows small. In this case, according to the newly calculated voltage value Since the duty cycle of each module changes, it must be sent to the microconverter.
도 14는 인덕터에 과전류가 흐를 경우 태양광 모듈 전류의 패턴을 도식화한 것이다. 즉, 특정 인덕터에 과전류가 흐를 경우 어떤 태양광 모듈들이 그림자가 심하게 져서 전류가 적게 나오는지를 보여주고 있다. 이로부터 인덕터에 과전류가 흐를 때, 원인이 된 태양광 모듈을 알 수 있다. 14 is a diagram illustrating a pattern of solar module current when an overcurrent flows through the inductor. In other words, if overcurrent flows through a specific inductor, the photovoltaic modules show the shadows that the current is less. From this, when the overcurrent flows through an inductor, the solar module which became the cause is known.
다음으로, 단계 S27에서는 모든 태양광 모듈의 전류가 같은 듀티오프 모드인지를 확인하여, 모든 태양광 모듈이 듀티오프 모드일 경우에는 단계 S28로 이동하여 마이크로 컨버터를 듀티오프시키기 위해 상기 마이크로 컨버터에 듀티오프 데이터를 전송하게 된다. 이러한 듀티오프 데이터에 의해 마이크로 컨버터는 듀티오프 모드로 동작을 하게 되며, 이로써 삽입 손실을 최소화할 수 있다.Next, in step S27, it is checked whether the currents of all the solar modules are in the same duty-off mode, and when all the solar modules are in the duty-off mode, the duty is given to the micro-converter to go to step S28 to duty off the micro-converter. Off data will be sent. This duty-off data allows the micro-converter to operate in the duty-off mode, thereby minimizing insertion loss.
이상에서 설명한 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 스트링 제어기가 마이크로 컨버터에서 출력된 태양광 모듈의 생산전력을 기초로 마이크로 컨버터의 듀티 사이클을 제어하기 위한 듀티 제어 데이터를 모듈 제어기에 전송하고, 모듈 제어기가 스트링 제어기로부터 수신된 듀티 사이클 데이터를 기초로 듀티 사이클을 제어하였으나, 스트링 제어기를 사용하지 않고 모듈 제어기가 스스로 듀티를 어떤 특정 설정값 (예를 들면 0.5) 으로 고정한 상태에서 각 모듈이 생산하는 전류의 편차를 보상하는 고정 듀티 방식의 동작도 가능하다. According to the first embodiment of the present invention described above, the string controller transmits the duty control data for controlling the duty cycle of the micro-converter to the module controller based on the production power of the solar module output from the micro-converter, the module Although the controller controlled the duty cycle based on the duty cycle data received from the string controller, each module produced without using the string controller and the module controller fixed the duty to a certain set value (for example 0.5) by itself. Fixed duty operation to compensate for current variations is also possible.
고정듀티 방식이란, 스트링 제어기를 사용하지 않고 모듈 제어기가 스스로 고정된 듀티(예를 들면 0.5)를 만드는 방식이다. 모듈 제어기의 듀티는 연결된 두 모듈의 전압 비율을 결정하게 되는데 듀티가 0.5로 고정되면 두 모듈의 전압도 고정된다. 따라서 고정듀티는 최대전력점을 추종할 필요 없이 최대전력점 근처의 고정된 전압에서 동작하게 되므로 스트링 제어기를 사용하여 최대전력점을 추종하는 방식보다는 퍼포먼스가 떨어진다. 그러나 고정듀티로 구현할 경우 스트링 제어기가 필요없고 기술적 구현이 간단하기 때문에 저가로 구현이 가능하다는 장점이 있다.The fixed duty method is a method in which the module controller generates a fixed duty (for example, 0.5) by itself without using a string controller. The duty of the module controller determines the voltage ratio of the two connected modules. If the duty is fixed at 0.5, the voltages of the two modules are also fixed. Therefore, since the fixed duty operates at a fixed voltage near the maximum power point without following the maximum power point, the performance is lower than the method of following the maximum power point using the string controller. However, the fixed duty can be implemented at low cost because a string controller is not required and the technical implementation is simple.
이러한 고정 듀티 방식을 사용하는 경우의 구성은 예를들어, 도 5에 도시한 구조에서 스트링 제어기(140)를 제거하면 쉽게 구현할 수 있다. 고정 듀티 방식을 사용한 경우에도, 스위치의 동작과 인덕터를 통해 태양광 모듈간 미스매치가 있는 상황에서는 새롭게 형성된 전류보상 경로(즉, 인덕터를 통해 우회시킨 경로)를 통해 전력편차를 보상할 수 있다. The configuration in the case of using such a fixed duty scheme can be easily implemented by, for example, removing the string controller 140 from the structure shown in FIG. Even when the fixed duty method is used, power deviation can be compensated for through the newly formed current compensation path (that is, the path bypassed through the inductor) when there is a mismatch between the solar modules through the operation of the switch and the inductor.
이하에서는 도 15 내지 도 19를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양광 모듈용 마이크로 컨버터 장치에 대해서 설명한다. Hereinafter, a micro converter device for a solar module according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 15 to 19.
도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양광 모듈용 마이크로 컨버터에 구비되는 전력제어부의 구성도이다.15 is a configuration diagram of a power control unit included in the micro-converter for a solar module according to the second embodiment of the present invention.
도 15에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 컨버터에 구비되는 전력제어부(200)는 제1 내지 제3 전력 제어기(201, 202, 203)를 포함한다. 여기서 제1 내지 제3 전력 제어기(201, 202, 203)는 일반적인 태양광 발전 시스템에 적용되는 마이크로 컨버터의 구성 중 최대전력점을 추종하고, 추종한 최대전력점 기반으로 듀티를 제어하여 태양광 모듈의 출력을 일정하게 유지하도록 하는 부분을 SOC(System on chip)화한 것이다.As shown in FIG. 15, the power control unit 200 included in the micro-converter according to the second embodiment of the present invention includes first to third power controllers 201, 202, and 203. Here, the first to third power controllers 201, 202, and 203 follow the maximum power point among the components of the micro-converter applied to the general photovoltaic power generation system, and control the duty based on the maximum power point to follow the photovoltaic module. SOC (System on chip) is a part to keep the output constant.
여기서 제1 내지 제3 전력 제어기(201, 202, 203)의 내부 구성은 모두 동일하고 동작 역시 동일하므로, 이하에서는 설명의 편의를 위해 제1 전력 제어기(201)에 대해서만 설명하기로 한다.Here, since the internal configurations of the first to third power controllers 201, 202, and 203 are all the same, and the operations are the same, only the first power controller 201 will be described below for convenience of description.
여기서 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력제어부(200)는 3개의 전력 제어기로 구성된 것으로 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고 태양광 발전 시스템의 설계자나 태양광 발전시 시스템의 비용(cost) 등을 종합적으로 고려하여, 전력 제어기의 개수를 결정할 수 있다. 그리고 결정된 전력 제어기의 개수가 복수일 경우는 병렬로 배열할 수 있다. Herein, the power control unit 200 according to the second embodiment of the present invention has been described as being composed of three power controllers. However, the present invention is not limited thereto. ), And the number of power controllers can be determined. When the determined number of power controllers is plural, they may be arranged in parallel.
이때, 각각의 전력 제어기는 전원과 그라운드(G)가 각각 분리되어, 독립적으로 동작한다. 이렇게 전력 제어기마다 전원과 그라운드를 분리하여 독립적으로 동작시키면, 실제 제품에 적용할 경우 태양 광 모듈의 연결 개수를 자유롭게 조정할 수 있게 된다. 예컨대, 전력 제어기를 최대로 이용할 경우 3개의 태양광 모듈과 결합이 가능하고, 2개의 전력 제어기를 이용할 경우 2개의 태양광 모듈과 결합이 가능해지게 되는 것이다.At this time, each power controller operates independently from the power source and the ground (G). If the power controller and ground are separated and operated independently for each power controller, the number of connection of the solar modules can be freely adjusted when applied to an actual product. For example, when the maximum power controller is used, it can be combined with three solar modules, and when two power controllers are used, the two solar modules can be combined.
상기 제1 전력 제어기(201)는 제1 디지털 처리부(210)와 제1 아날로그 처리부(240)를 포함한다. The first power controller 201 includes a first digital processor 210 and a first analog processor 240.
제1 디지털 처리부(210)는 태양광 모듈로부터 검출된 전압으로부터 추종한 최대전력점 기반 듀티 제어신호 또는 스트링 제어기(도시하지 않음)로부터 전송받은 듀티 제어신호에 따라 전력 제어신호를 생성한다. The first digital processor 210 generates a power control signal based on a maximum power point based duty control signal tracked from a voltage detected by the solar module or a duty control signal transmitted from a string controller (not shown).
제1 아날로그 처리부(240)는 상기 제1디지털 처리부(210)에 태양광 모듈로부터 검출된 전압을 제공하고, 상기 제1 디지털 처리부(210)로부터 생성된 전력 제어신호에 따라 외부의 전계효과트랜지스터(FET)를 구동하기 위한 게이트 제어신호를 생성한다. The first analog processor 240 supplies the voltage detected by the solar module to the first digital processor 210 and outputs an external field effect transistor according to the power control signal generated from the first digital processor 210. A gate control signal for driving the FET) is generated.
도 15에서 참조부호 220은 제2 디지털 처리부를 나타내고, 참조부호 230은 제3 디지털 처리부를 나타내며, 참조부호 250은 제2 아날로그 처리부를 나타내고, 참조부호 260은 제3 아날로그 처리부를 나타낸다.In FIG. 15, reference numeral 220 denotes a second digital processor, reference numeral 230 denotes a third digital processor, reference numeral 250 denotes a second analog processor, and reference numeral 260 denotes a third analog processor.
도 16은 도 15에 도시한 전력제어부(200)의 디지털 처리부(210)와 아날로그 처리부(220)를 상세하게 기재한 도면이다. FIG. 16 is a diagram illustrating the digital processor 210 and the analog processor 220 of the power controller 200 shown in FIG. 15 in detail.
도 16에 도시한 바와 같이, 제1 디지털 처리부(210)는 필터(211), 타이머(212), 호스트 인터페이스기(213), 멀티플렉서(216), 듀티제어기(215), 최대전력점 추종부(214) 및 PWM 신호발생기(217)를 포함한다. As shown in FIG. 16, the first digital processor 210 includes a filter 211, a timer 212, a host interface 213, a multiplexer 216, a duty controller 215, and a maximum power point follower ( 214 and PWM signal generator 217.
필터(211)는 상기 제1아날로그 처리부(240)로부터 전달되는 태양광 모듈의 검출 전압(v1) 및 전류(i1)를 필터링하여 평균화한다. The filter 211 filters and averages the detection voltage v1 and the current i1 of the photovoltaic module transmitted from the first analog processor 240.
타이머(212)는 상기 필터(211)에서 평균화된 전압 및 전류 데이터를 주기적으로 출력한다. The timer 212 periodically outputs voltage and current data averaged by the filter 211.
호스트 인터페이스기(213)는 상기 타이머(212)에서 주기적으로 전달되는 태양광 모듈의 전압 및 전류 데이터를 스트링 제어기(도시하지 않음)로 전송하고, 상기 스트링 제어기로부터 전송되는 듀티 제어신호를 수신한다. The host interface 213 transmits voltage and current data of the photovoltaic module periodically transmitted from the timer 212 to a string controller (not shown), and receives a duty control signal transmitted from the string controller.
최대전력점 추종부(214)는 상기 필터(211)에서 출력되는 태양광 모듈의 전압 및 전류에 기초하여 전력을 계산하고, 계산한 전력을 기초로 최대전력점(MPP)을 추종하여 태양광 모듈 전압 기준치(PV전압 기준치)를 생성한다. The maximum power point follower 214 calculates power based on the voltage and current of the solar module output from the filter 211, and tracks the maximum power point MPP based on the calculated power. Generate a voltage reference value (PV voltage reference value).
듀티 제어기(215)는 상기 최대전력점 추종부(214)로부터 발생한 태양광 모듈의 전압 기준치와 실제 태양광 모듈의 전압이 동일해지도록 듀티 제어신호를 출력한다.The duty controller 215 outputs a duty control signal such that the voltage reference value of the solar module generated from the maximum power point follower 214 is equal to the voltage of the actual solar module.
멀티플렉서(216)는 태양광 모듈의 모드(Mode)에 따라 상기 호스트 인터페이스기(213)에서 출력되는 듀티 제어신호(Duty 1)와 상기 듀티 제어기(215)에서 출력되는 듀티 제어신호(Duty 2) 중 어느 하나를 선택하여 출력한다. The multiplexer 216 may include a duty control signal Duty 1 output from the host interface 213 and a duty control signal Duty 2 output from the duty controller 215 according to a mode of the solar module. Select one and print it out.
PWM 신호 발생기(217)는 상기 멀티플렉서(216)에서 출력되는 듀티 제어신호에 따라 펄스폭변조(PWM) 신호를 발생한다. The PWM signal generator 217 generates a pulse width modulation (PWM) signal according to the duty control signal output from the multiplexer 216.
한편, 상기 제1 아날로그 처리부(240)는 아날로그/디지털 변환기(241)와 FET 드라이버(242)를 포함한다. Meanwhile, the first analog processor 240 includes an analog / digital converter 241 and a FET driver 242.
아날로그/디지털 변환기(241)는 태양광 모듈에서 검출한 아날로그 전압 및 전류를 디지털 전압 및 전류 데이터로 변환하고, FET 드라이버(242)는 상기 제1 디지털 처리부(210)의 PWM신호발생기(217)에서 생성한 PWM신호에 따라 외부 전계효과트랜지스터(FET)를 구동하기 위한 게이트 제어신호(D, /D)를 생성한다. The analog-to-digital converter 241 converts the analog voltage and current detected by the solar module into digital voltage and current data, and the FET driver 242 in the PWM signal generator 217 of the first digital processing unit 210. The gate control signal (D, / D) for driving the external field effect transistor (FET) is generated according to the generated PWM signal.
이와 같이 구성된 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력제어부의 동작을 상세하게 설명하면 다음과 같다.The operation of the power control unit according to the second embodiment of the present invention configured as described above will be described in detail as follows.
먼저, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력제어부(200)는 도 1에 도시한 종래의 직렬형의 태양광 모듈형 마이크로 컨버터 장치(이하 '직렬구조형 마이크로 컨버터 장치'라 함)와 도 4에 도시한 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광 모듈형 마이크로 컨버터 장치(이하 '전력편차처리형 마이크로 컨버터 장치'이라 함)에 모두 적용이 가능하다. First, the power control unit 200 according to the second embodiment of the present invention is a conventional solar module type micro-converter device (hereinafter referred to as a "serial structure type micro-converter device") shown in FIG. The present invention is applicable to both the solar module type micro-converter device (hereinafter referred to as a power deviation processing micro-converter device) according to the first embodiment of the present invention.
따라서 적용되는 태양광 모듈형 마이크로 컨버터 장치의 형태가 무엇인지를 전력제어부(200)에 알려 주어야 한다. 이를 위해 본 발명의 제2 실시예에서는 모드(Mode)라는 신호를 이용한다. 예컨대 도 4에 도시한 전력편차처리형의 마이크로 컨버터 장치일 경우 "1", 도 1에 도시한 직렬구조형의 마이크로 컨버터 장치일 경우 "0"이라는 모드신호를 설정한다. Therefore, it is necessary to inform the power control unit 200 what the shape of the solar module micro-converter device is applied. To this end, the second embodiment of the present invention uses a signal called a mode. For example, a mode signal of "1" is set in the case of the micro-converter device of the power deviation processing type shown in FIG. 4, and "0" in the case of the micro converter device of the series structure type shown in FIG.
상기 모드가 직렬구조형일 경우에는 듀티 제어신호를 외부에서 획득한 값(즉, 스트링 제어기로부터 전송된 값)이 아닌 내부적으로 생성한 듀티 제어신호를 이용한다. 상기 모드가 직렬구조형일 경우의 동작을 설명하면 다음과 같다. When the mode is a serial structure, an internally generated duty control signal is used instead of an externally acquired value (ie, a value transmitted from a string controller). The operation when the mode is a serial structure will be described as follows.
제1 아날로그 처리부(240)의 아날로그/디지털 변환기(241)는 태양광 모듈로부터 검출한 아날로그 전압(Vpv) 및 전류(Ipv)를 그에 대응하는 디지털 전압 데이터 및 전류 데이터로 변환을 하여, 제1 디지털 처리부(210)에 전달한다.The analog-to-digital converter 241 of the first analog processing unit 240 converts the analog voltage Vpv and the current Ipv detected from the solar module into digital voltage data and current data corresponding thereto, thereby converting the first digital signal. It transfers to the processing unit 210.
상기 제1 디지털 처리부(210)의 필터(211)는 전달되는 전압 데이터 및 전류 데이터를 필터링하여 평균화하고, 그 평균화된 전압 데이터 및 전류 데이터를 타이머(212), 최대전력점 추종부(214) 및 듀티 제어기(215)에 전달한다.The filter 211 of the first digital processor 210 filters and averages the transmitted voltage data and current data, and averages the averaged voltage data and current data by the timer 212, the maximum power point follower 214, and Transfer to duty controller 215.
타이머(212)는 입력되는 전압 데이터 및 전류 데이터를 해당 태양광 모듈의 전압 및 전류 측정치로 간주하고, 주기적으로 이를 호스트 인터페이스기(213)에 전달한다. 호스트 인터페이스기(213)는 주기적으로 전달되는 전압 및 전류 데이터를 통신을 통해 스트링 제어기(도시하지 않음)로 전송한다.The timer 212 regards the input voltage data and current data as voltage and current measurements of the corresponding solar module, and periodically transmits them to the host interface 213. The host interface 213 transmits periodically transmitted voltage and current data to a string controller (not shown) through communication.
최대전력점 추종부(214)는 입력되는 전압 및 전류에 기초하여 전력을 계산하고, 최대전력점 추종을 위해 통상적으로 사용되는 P&O (Perturbation & observation) 알고리즘과 같은 최대전력점 추종 알고리즘을 이용하여 최대전력점을 추종한다. 그리고 추종한 최대전력점을 기초로 태양광 모듈의 전압 기준치를 변경하여 듀티 제어기(215)에 전달한다.The maximum power point tracking unit 214 calculates power based on the input voltage and current, and uses the maximum power point tracking algorithm such as a perturbation & observation (P & O) algorithm commonly used for maximum power point tracking. Follow the power point. The voltage reference value of the photovoltaic module is changed based on the maximum power point that is followed and transferred to the duty controller 215.
듀티 제어기(215)는 상기 최대전력점 추종부(214)로부터 전달되는 전압 기준치와 태양광 모듈의 전압 값을 비교하여, 태양광 모듈의 전압 기준치와 실재 태양광 모듈의 전압이 같아지도록 듀티 값을 산출한다. 그리고 산출한 듀티 값에 기초한 듀티 제어신호(Duty2)로 멀티플렉서(216)에 전달한다.The duty controller 215 compares the voltage reference value transmitted from the maximum power point follower 214 with the voltage value of the photovoltaic module, and sets the duty value so that the voltage reference value of the photovoltaic module is equal to the voltage of the actual photovoltaic module. Calculate. The duty control signal Duty2 is transmitted to the multiplexer 216 based on the calculated duty value.
이때, 멀티플렉서(216)에는 모드 신호로서 직렬구조형 모드 선택 신호가 입력되므로, 상기 듀티 컨트롤러(215)에서 출력되는 듀티 제어신호(Duty 2)를 선택하여 PWM신호 발생기(217)에 전달한다. PWM신호 발생기(217)는 전달되는 듀티 제어신호에 대응하는 PWM신호를 발생하여 제1 아날로그 처리부(240)의 FET 드라이버(242)에 전달한다. 이에 따라 FET 드라이버(242)는 외부 FET스위치의 게이트를 제어하기 위한 게이트 구동신호를 생성하여, 상기 외부 FET스위치를 제어하게 되고, 이로써 태양광 모듈의 전압이 조정된다. 여기서 태양광 모듈의 조정은 기존 태양광 발전 시스템에 적용된 마이크로 컨버터에서 하는 동작과 동일하므로, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.At this time, since the serial structure type mode selection signal is input to the multiplexer 216, the duty control signal Duty 2 output from the duty controller 215 is selected and transmitted to the PWM signal generator 217. The PWM signal generator 217 generates a PWM signal corresponding to the transmitted duty control signal and transmits the PWM signal to the FET driver 242 of the first analog processor 240. Accordingly, the FET driver 242 generates a gate driving signal for controlling the gate of the external FET switch to control the external FET switch, thereby adjusting the voltage of the solar module. Since the adjustment of the solar module is the same as the operation of the micro-converter applied to the conventional photovoltaic system, a detailed description thereof will be omitted.
한편, 상기 모드가 전력편차처리형일 경우, 내부에서 듀티 제어신호를 생성하지 않고, 외부의 스트링 제어기로부터 전송된 듀티 제어 값을 그대로 이용한다. 즉, 호스트 인터페이스기(213)로부터 수신한 듀티 값이 멀티플렉서(216)에 전달된다.On the other hand, when the mode is a power deviation processing type, the duty control value transmitted from the external string controller is used as it is without generating a duty control signal internally. In other words, the duty value received from the host interface 213 is transmitted to the multiplexer 216.
이때, 멀티플렉서(216)에는 모드 신호로서 전력편차처리형 모드 선택 신호가 입력되므로, 상기 호스트 인터페이스기(213)로부터 전달되는 듀티 제어신호(Duty 1)를 선택하여 PWM신호 발생기(217)에 전달한다. PWM신호 발생기(217)는 전달되는 듀티 제어신호에 대응하는 PWM신호를 발생하여 제1 아날로그 처리부(240)의 FET 드라이버(242)에 전달한다. 이에 따라 FET구동기(242)는 외부 FET스위치의 게이트를 제어하기 위한 게이트 구동신호를 생성하여, 상기 외부 FET스위치를 제어하게 되고, 이로써 태양광 모듈의 전압이 조정된다. At this time, since the power deviation processing type selection signal is input to the multiplexer 216 as a mode signal, the duty control signal Duty 1 transmitted from the host interface 213 is selected and transmitted to the PWM signal generator 217. . The PWM signal generator 217 generates a PWM signal corresponding to the transmitted duty control signal and transmits the PWM signal to the FET driver 242 of the first analog processor 240. Accordingly, the FET driver 242 generates a gate driving signal for controlling the gate of the external FET switch to control the external FET switch, thereby adjusting the voltage of the solar module.
도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력제어부를 직렬구조형 마이크로 컨버터 장치에 적용한 경우의 구성도이다.17 is a configuration diagram when a power control unit according to a second embodiment of the present invention is applied to a serial micro converter device.
도 17에 따른 마이크로 컨버터(600)는 전력을 생산하는 복수의 태양광 모듈(PV1, PV2, PV2)의 출력 전력을 제어하는 전력 제어부(200)를 포함한다. The micro-converter 600 according to FIG. 17 includes a power control unit 200 for controlling output power of the plurality of solar modules PV1, PV2, and PV2 to generate power.
여기서 전력 제어부(200)는 디지털 처리부와 아날로그 처리부로 구성된 전력 제어기(201, 202, 203)가 적어도 2개 이상 병렬로 배열된다. 그리고 상기 2개 이상의 전력 제어기는 하나의 마이크로 컨버터 박스 내에 구비된다. 이때, 2개 이상의 전력 제어기는 전원과 그라운드가 각각 분리되어 독립적으로 동작한다.Herein, the power control unit 200 includes at least two power controllers 201, 202, and 203 composed of a digital processing unit and an analog processing unit. The two or more power controllers are provided in one micro converter box. In this case, the two or more power controllers operate independently by separating the power source and the ground, respectively.
도 17에서 참조부호 210은 제1 디지털 처리부, 220은 제2 디지털 처리부, 230은 제3 디지털 처리부, 240은 제1 아날로그 처리부, 250은 제2 아날로그 처리부, 260은 제3 아날로그 처리부를 각각 나타낸다. 여기서 제1 디지털 처리부(210) 내지 제3 디지털 처리부(230), 제1 아날로그 처리부(240) 내지 제3 아날로그 처리부(260)의 구성 및 동작은 첨부한 도 16의 구성 및 동작과 동일하므로, 이하에서는 중복 설명을 생략하기로 한다.In FIG. 17, reference numeral 210 denotes a first digital processor, 220 denotes a second digital processor, 230 denotes a third digital processor, 240 denotes a first analog processor, 250 denotes a second analog processor, and 260 denotes a third analog processor. The configuration and operation of the first digital processing unit 210 to the third digital processing unit 230 and the first analog processing unit 240 to the third analog processing unit 260 are the same as those of the attached FIG. In the following description, redundant description will be omitted.
또한, 참조부호 671, 672, 673은 전류 조절부를 각각 나타낸다. 전류 조절부(671, 672, 673)는 하나의 인덕터와 두 개의 스위치로 구성되며, 두 개의 스위치는 각각 교번하여 턴-온, 턴-오프 동작을 수행하며 그에 따라 인덕터에 인가되는 전압과 전류의 이동경로를 바꾸어준다. Reference numerals 671, 672, and 673 denote current control units, respectively. The current regulators 671, 672, and 673 are composed of one inductor and two switches, and the two switches alternately perform turn-on and turn-off operations, and thus, the voltage and current applied to the inductor. Change your route.
이러한 도 17에 도시한 마이크로 컨버터 장치는 한 개의 마이크로 컨버터(600)에 마이크로 컨버터 역할을 하는 3개의 전력 제어기(201, 202, 203)가 구비된 형태로서, 3개의 태양광 모듈(PV1, PV2, PV3)을 관장할 수 있다. 따라서 태양광 발전 시스템의 구성시 마이크로 컨버터 박스 수를 1/3로 줄일 수 있으므로, 태양광 발전 시스템의 전체 가격을 낮출 수 있다.The micro-converter device illustrated in FIG. 17 includes three power controllers 201, 202, and 203 serving as a micro-converter in one micro-converter 600, and include three solar modules PV1, PV2, PV3) can be controlled. Therefore, the number of micro-converter boxes can be reduced by one-third in the construction of the photovoltaic system, thereby lowering the total cost of the photovoltaic system.
도 18은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력제어부를 전력편차처리형 마이크로 컨버터 장치에 적용한 구성도이다.FIG. 18 is a configuration diagram in which a power control unit according to a second embodiment of the present invention is applied to a power deviation processing type micro converter device.
도 15에 도시한 전력제어부를 전력편차처리형 마이크로 컨버터 장치에 적용할 경우, 태양광 모듈용 마이크로 컨버터 장치는 복수의 태양광 모듈(PM1, PM2, PM3)의 생산 전력의 차이에 따라 전류의 경로를 가변하여 태양광 모듈 간의 전류 편차를 보상하는 마이크로 컨버터(700)를 포함한다. When the power control unit shown in FIG. 15 is applied to the power deviation processing type micro-converter device, the micro-converter device for the photovoltaic module has a path of current depending on the difference in the production power of the plurality of photovoltaic modules PM1, PM2, PM3. It includes a micro converter 700 to compensate for the current deviation between the solar modules.
이때, 마이크로 컨버터(700)는 상기 복수의 태양광 모듈(PM1, PM2, PM3)의 출력 전력을 제어하는 전력 제어부(200), 스트링 제어기(도시하지 않음)로부터 전송된 듀티 제어신호를 수신하여 상기 전력 제어부기(200)에 전달하는 복수의 통신 모듈(710, 720, 730), 전류 편차를 보상하고 전류 경로를 설정하는 복수의 전류 조절부(740, 750, 760)를 포함한다. In this case, the micro-converter 700 receives a duty control signal transmitted from a power control unit 200 and a string controller (not shown) to control the output power of the plurality of solar modules PM1, PM2, PM3. A plurality of communication modules 710, 720, 730 to deliver to the power control unit 200, and a plurality of current control unit (740, 750, 760) to compensate for the current deviation and to set the current path.
여기서 전력 제어부(200)는 디지털 처리부와 아날로그 처리부로 구성된 전력 제어기(201, 202, 203)가 적어도 2개 이상 병렬로 배열된다. 그리고 상기 2개 이상의 전력 제어기는 하나의 마이크로 컨버터 박스 내에 구비되며, 각각의 전력 제어기는 전원과 그라운드가 각각 분리되어 독립적으로 동작한다.Herein, the power control unit 200 includes at least two power controllers 201, 202, and 203 composed of a digital processing unit and an analog processing unit. The two or more power controllers are provided in one micro-converter box, and each power controller operates independently of a power source and a ground.
이렇게 구성되는 마이크로 컨버터를 전력편차처리형 마이크로 컨버터 장치에 적용하는 경우의 동작을 설명하면 다음과 같다. The operation in the case where the micro converter configured as described above is applied to the power deviation processing type micro converter device will be described as follows.
제1 내지 제3 통신 모듈(710, 720, 730)는 태양광 모듈의 전압 조정을 위한 듀티 제어 값을 스트링 제어기(도시하지 않음)로부터 수신하여 전력 제어부(200)로 전달한다. 전력 제어부(200)는 상기 제1 내지 제3 통신 모듈(710, 720, 730)을 통해 수신한 듀티 제어 값 또는 내부 태양광 모듈로부터 검출한 전압, 전류 값을 기초로 생성한 듀티 제어 값을 이용하여 태양광 모듈의 전압을 조정하게 된다.The first to third communication modules 710, 720, and 730 receive a duty control value for voltage adjustment of the photovoltaic module from a string controller (not shown) and transmit it to the power controller 200. The power control unit 200 uses the duty control value generated based on the duty control value received through the first to third communication modules 710, 720, and 730 or the voltage and current values detected from the internal solar module. To adjust the voltage of the solar module.
제1 내지 제3 전류 조절부(740, 750, 760)는 상기 전력 제어부(200)의 제어에 따라 전류 편차를 보상하고 전류 경로를 설정하여, 전류를 조정하게 된다. 즉, 하나의 전류 조절부(740)는 전류 편차 보상을 위한 인덕터(L)와 상기 인덕터(L)의 일단에 설치되어 전류 경로를 설정하는 스위치(d1, /d1)를 구비하고, 입력되는 제어데이터에 대응하게 상기 스위치(d1, /d1)를 제어하여 태양광 모듈의 전류를 조정하게 된다.The first to third current controllers 740, 750, and 760 compensate for the current deviation and set the current path under the control of the power controller 200 to adjust the current. That is, one current controller 740 is provided with an inductor L for current deviation compensation and switches d1 and / d1 installed at one end of the inductor L to set a current path, and are controlled. In response to the data, the switches d1 and / d1 are controlled to adjust the current of the solar module.
도 18과 같은 구성은 한 개의 마이크로 컨버터 박스가 4개의 태양광 모듈(PV1내지 PV4)을 관장할 수 있는 구조이다. 따라서 태양광 발전 시스템의 구성시 마이크로 컨버터 박스 수를 1/4로 줄일 수 있으므로, 태양광 발전 시스템의 전체 가격을 더욱 낮출 수 있다.18 is a structure in which one micro converter box can manage four solar modules PV1 to PV4. Therefore, the number of micro-converter boxes can be reduced to one-quarter in the construction of a photovoltaic system, further lowering the overall cost of the photovoltaic system.
도 19는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력제어부를 전력편차처리형 마이크로 컨버터 장치에 적용한 다른 변형례의 구성도이다.19 is a configuration diagram of another modification in which the power control unit according to the second embodiment of the present invention is applied to a power deviation processing type micro converter device.
도 15에 도시한 전력제어부를 전력편차처리형 마이크로 컨버터에 적용할 경우, 태양광 모듈용 마이크로 컨버터 장치는 복수의 태양광 모듈(PV1, PV2, PV3) 의 생산 전력의 차이에 따라 전류의 경로를 가변하여 태양광 모듈 간의 전류 편차를 보상하는 마이크로 컨버터(800)를 포함한다. When the power control unit shown in FIG. 15 is applied to the power deviation processing type micro-converter, the micro-converter device for the photovoltaic module is configured to route the current according to the difference in the production power of the plurality of photovoltaic modules PV1, PV2, PV3. It includes a micro converter 800 that is variable to compensate for the current deviation between the solar modules.
이때, 마이크로 컨버터(800)는 스트링 제어기(도시하지 않음)로부터 전송된 듀티 데이터를 수신하는 통신 모듈(810), 상기 통신 모듈(810)로부터 수신한 듀티 데이터에 따라 듀티 제어신호를 발생하는 메인 컨트롤러(820), 상기 메인 컨트롤러(820)에서 발생하는 듀티 제어신호의 레벨을 조절하는 복수의 레벨 천이기(870, 880), 상기 메인 컨트롤러(820) 및 레벨 천이기(870, 880)에서 발생한 듀티 제어신호에 따라 복수의 태양광 모듈(PM1, PM2, PM3)의 출력 전력을 제어하는 전력 제어부(200), 상기 전력 제어부(200)의 제어에 따라 전류 편차를 보상하고 전류 경로를 설정하는 복수의 전류 조절부(840, 850, 860)를 포함한다.In this case, the micro-converter 800 is a communication module 810 for receiving duty data transmitted from a string controller (not shown), and a main controller for generating a duty control signal according to the duty data received from the communication module 810. 820, a plurality of level shifters 870 and 880 for adjusting the level of the duty control signal generated by the main controller 820, the duty generated by the main controller 820 and the level shifters 870 and 880. A power control unit 200 for controlling the output power of the plurality of solar modules (PM1, PM2, PM3) in accordance with the control signal, a plurality of compensation for the current deviation in accordance with the control of the power control unit 200 and setting a current path And a current regulator 840, 850, 860.
여기서 전력 제어부(200)는 디지털 처리부와 아날로그 처리부로 구성된 전력 제어기(201, 202, 203)가 적어도 2개 이상 병렬로 배열된다. 그리고 상기 2개 이상의 전력 제어기(201, 202, 203)는 하나의 마이크로 컨버터 박스 내에 구비되며, 각각의 전력 제어기는 전원과 그라운드가 각각 분리되어 독립적으로 동작한다.Herein, the power control unit 200 includes at least two power controllers 201, 202, and 203 composed of a digital processing unit and an analog processing unit. In addition, the two or more power controllers 201, 202, and 203 are provided in one micro converter box, and each power controller operates independently by separating power and ground.
이렇게 구성되는 마이크로 컨버터를 전력편차처리형 마이크로 컨버터 장치에 적용하는 경우의 동작을 설명하면 다음과 같다. The operation in the case where the micro converter configured as described above is applied to the power deviation processing type micro converter device will be described as follows.
통신 모듈(810)은 태양광 모듈의 전압 조정을 위한 듀티 제어 값을 스트링 제어기(도시하지 않음)로부터 수신하여, 메인 컨트롤러(820)로 전달한다. The communication module 810 receives a duty control value for adjusting the voltage of the solar module from a string controller (not shown) and transfers it to the main controller 820.
메인 컨트롤러(820)는 상기 통신 모듈(810)로부터 수신한 듀티 제어 값에 따라 상기 전력 제어부(200)에 듀티 제어신호를 전달한다. 이때 전력 제어부(200)는 3개의 전력 제어기(201, 202, 203)로 구성되므로, 1 개의 전력 제어기(203)는 상기 메인 컨트롤러(820)에서 출력되는 듀티 제어신호(Cd3, v3, i3)를 이용하고, 나머지 전력 제어기(202, 203)는 제1 레벨 천이기(870)로부터 출력된 제어신호(Cd2, v2, i2)와 제2 레벨 천이기(880)로부터 출력된 제어신호(Cd1, v1, i1)를 이용한다. The main controller 820 transmits a duty control signal to the power control unit 200 according to the duty control value received from the communication module 810. In this case, since the power control unit 200 is composed of three power controllers 201, 202, and 203, one power controller 203 may output the duty control signals Cd3, v3, and i3 output from the main controller 820. The remaining power controllers 202 and 203 use the control signals Cd2, v2 and i2 output from the first level shifter 870 and the control signals Cd1 and v1 output from the second level shifter 880. , i1).
이때, 제어신호(Cd2, v2, i2)와 제어신호(Cd1, v1, i1)는 각각 제1 레벨 천이기(870)과 제2 레벨 천이기(880)가 상기 메인 컨트롤러(520)로부터 출력되는 듀티 제어신호와 레벨을 동기화하여 생성한 신호이다. In this case, the control signals Cd2, v2, and i2 and the control signals Cd1, v1 and i1 are respectively output from the main controller 520 by the first level shifter 870 and the second level shifter 880. This signal is generated by synchronizing the duty control signal with the level.
이후, 제1 내지 제3 전류 조절부(840, 850, 860)은 상기 전력 제어부(200)의 제어에 따라 전류 편차를 보상하고 전류 경로를 설정하여, 전류를 조정하게 된다. 즉, 하나의 전류 조절부(840)는 전류 편차 보상을 위한 인덕터(L)와 상기 인덕터(L)의 일단에 설치되어 전류 경로를 설정하는 스위치(d1, /d1)를 구비하고, 입력되는 제어데이터에 대응하게 상기 스위치(d1, /d1)를 제어하여, 태양광 모듈의 전류를 조정하게 된다.Thereafter, the first to third current adjusting units 840, 850, and 860 compensate for the current deviation under the control of the power controller 200 and set a current path to adjust the current. That is, one current controller 840 includes an inductor L for current deviation compensation and switches d1 and / d1 installed at one end of the inductor L to set a current path, and are inputted to the control unit. In response to the data, the switches d1 and / d1 are controlled to adjust the current of the solar module.
도 19와 같은 구성은, 도 18의 구성과 동일하게 한 개의 마이크로 컨버터 박스가 4개의 태양광 모듈을 관장할 수 있는 구조이다. 따라서 태양광 발전 시스템의 구성시 마이크로 컨버터 박스 수를 1/4로 줄일 수 있으므로, 태양광 발전 시스템의 전체 가격을 더욱 낮출 수 있다.The configuration as shown in FIG. 19 is a structure in which one micro-converter box can manage four solar modules in the same manner as the configuration in FIG. 18. Therefore, the number of micro-converter boxes can be reduced to one-quarter in the construction of a photovoltaic system, further lowering the overall cost of the photovoltaic system.
이상에서와 같이, 본 발명의 실시예 또는 변형례를 통해 본 발명의 원리를 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다. As described above, the principle of the present invention has been described through the embodiments or modifications of the present invention, but the present invention is not limited thereto, and various modifications are made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. It is possible to carry out by doing this, and this also belongs to the scope of the present invention.
즉, 본 발명의 원리는 장치 혹은 시스템의 적당하고 합리적인 변형에 의해 구현 가능한 모든 것을 포함할 수 있다. 예를 들어 본 발명의 실시예에서 주로 설명한 태양광 모듈은 태양광 에너지 발생 소스의 대표적인 예를 나타내므로, 경우에 따라서는 태양광 모듈을 다른 태양광 에너지 발생 소스인 태양광 서브모듈이나 셀 단위까지 범위를 넓혀 동일한 발명 원리를 적용하는 것도 가능할 것이다.That is, the principles of the present invention may include everything that can be implemented by suitable and reasonable modifications of the device or system. For example, the photovoltaic module mainly described in the embodiment of the present invention represents a representative example of a solar energy generation source, so in some cases, the solar module may be a solar submodule or a cell unit that is another solar energy generation source. It would be possible to broaden the scope and apply the same principles of the invention.
본 발명은 태양광 발전 장치에 적용된다. 특히, 태양광 모듈의 전압을 조정하는 마이크로 컨버터 박스의 개수를 최소로 구현하고, 인덕터에 과전류가 흐를 경우 이를 대처하기 위한 태양광 발전 장치에 효과적으로 적용할 수 있다.The present invention is applied to a photovoltaic device. In particular, the number of micro-converter boxes for adjusting the voltage of the photovoltaic module may be minimized, and the present invention may be effectively applied to a photovoltaic device for coping with an overcurrent flowing in the inductor.

Claims (24)

  1. 직렬로 연결된 복수의 태양광 에너지 발생 소스에 연결되며, 상기 복수의 태양광 에너지 발생 소스의 생산 전력의 차이에 따라 전류의 경로를 가변하여 태양광 에너지 발생 소스 간의 전류 편차를 보상하는 마이크로 컨버터; 및 A micro converter connected to a plurality of solar energy generation sources connected in series and compensating for current deviation between the solar energy generation sources by varying a path of a current according to a difference in the production power of the plurality of solar energy generation sources; And
    상기 마이크로 컨버터에서 출력된 태양광 에너지 발생 소스의 생산 전력을 기초로 상기 마이크로 컨버터의 듀티 사이클을 제어하여 에너지 발생 소스의 전압을 조정하는 스트링 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 에너지 발생 소스용 마이크로 컨버터 장치.And a string controller configured to adjust the voltage of the energy generating source by controlling the duty cycle of the micro converter based on the production power of the solar energy generating source output from the micro converter. Converter device.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 컨버터는 상기 태양광 에너지 발생 소스와 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 태양광 에너지 발생 소스용 마이크로 컨버터 장치.The micro-converter device for solar energy source according to claim 1, wherein the micro-converter is connected in parallel with the solar energy source.
  3. 제1항에 있어서, 대응하는 태양광 에너지 발생 소스와 결합되어, 대응하는 태양광 에너지 발생 소스의 출력을 다른 태양광 에너지 발생 소스에 출력하는 인터페이스 역할을 수행하는 정션 박스를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 에너지 발생 소스용 마이크로 컨버터 장치. The method of claim 1, further comprising a junction box, coupled with the corresponding solar energy generating source, serving as an interface for outputting the output of the corresponding solar energy generating source to another solar energy generating source. Micro converter device for solar energy generation source.
  4. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 태양광 에너지 발생 소스는 태양광 모듈인 것을 특징으로 하는 태양광 에너지 발생 소스용 마이크로 컨버터 장치.The solar energy generating source is a solar module, the micro-converter device for a solar energy generating source.
  5. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 태양광 에너지 발생 소스는 태양광 서브 모듈 또는 태양광 셀인 것을 특징으로 하는 태양광 에너지 발생 소스용 마이크로 컨버터 장치.The solar energy generating source is a solar sub-module or a solar cell micro-converter device for a solar energy generating source, characterized in that.
  6. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 컨버터는 The method of claim 1, wherein the micro converter
    전류 편차 보상을 위한 우회경로를 제공하는 인덕터, Inductors provide bypass paths for current deviation compensation
    상기 인덕터의 일단에 설치되어 전류 경로를 설정하는 스위치; A switch installed at one end of the inductor to set a current path;
    상기 태양광 에너지 발생 소스의 전압 및 전류 측정값을 상기 스트링 제어기에 전송하고, 상기 스트링 제어기로부터 전송된 듀티 사이클 제어 데이터 및 동작 데이터를 수신하고, 상기 수신된 듀티 사이클 제어데이터 및 상기 동작 데이터에 기초하여 상기 스위치의 듀티 사이클을 제어하거나 듀티오프 모드로 동작하는 모듈 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 에너지 발생 소스용 마이크로 컨버터 장치.Transmit voltage and current measurements of the solar energy generation source to the string controller, receive duty cycle control data and operation data transmitted from the string controller, and based on the received duty cycle control data and the operation data And a module controller for controlling the duty cycle of the switch or operating in a duty off mode.
  7. 제6항에 있어서, 상기 마이크로 컨버터는 상기 모듈 제어기의 제어에 따라 스위치를 온 또는 오프 상태로 구동시키기 위한 드라이버를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 에너지 발생 소스용 마이크로 컨버터 장치.7. The micro-converter device of claim 6, wherein the micro-converter further comprises a driver for driving the switch on or off under the control of the module controller.
  8. 제7항에 있어서, 상기 모듈 제어기는 The method of claim 7, wherein the module controller is
    상기 태양광 에너지 발생 소스들 사이에 생산 전력의 미스매치가 없는 경우에는 상기 태양광 에너지 소스들 사이의 직렬 연결 경로를 통해 전류가 흐르도록 하고, 상기 태양광 에너지 발생 소스들 사이에 생산 전력의 미스매치가 있는 경우에는 상기 인덕터를 통한 우회경로를 통해 전류가 흐르도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 에너지 발생 소스용 마이크로 컨버터 장치. If there is no mismatch of production power between the solar energy generating sources, a current flows through a series connection path between the solar energy sources, and there is a miss of production power between the solar energy generating sources. And if there is a match, controlling the current to flow through the bypass path through the inductor.
  9. 제1항에 있어서, 상기 스트링 제어기는 The method of claim 1, wherein the string controller
    상기 마이크로 컨버터와 통신을 하여 태양광 에너지 발생 소스의 전압 및 전류 측정값을 수신하고 상기 마이크로 컨버터에 제어 데이터를 전송하는 통신 모듈; A communication module in communication with the micro converter to receive voltage and current measurements of a solar energy generation source and to transmit control data to the micro converter;
    상기 통신 모듈을 통해 수신한 각 태양광 에너지 발생 소스의 전압 및 전류 값을 기준으로 최대전력점을 산출하는 최대전력점 산출부; 및 A maximum power point calculator configured to calculate a maximum power point based on voltage and current values of each solar energy generation source received through the communication module; And
    상기 최대전력점 산출부에서 산출한 최대전력점에 따라 상기 마이크로 컨버터에 듀티 사이클 제어신호를 전송하여 태양광 에너지 발생 소스의 전압을 조정하는 듀티 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 에너지 발생 소스용 마이크로 컨버터 장치.And a duty controller for transmitting a duty cycle control signal to the micro converter according to the maximum power point calculated by the maximum power point calculator to adjust the voltage of the solar energy source. Micro Converter Unit.
  10. 제9항에 있어서, The method of claim 9,
    상기 스트링 제어기는 The string controller
    태양광 에너지 발생 소스가 최대전력점 추종을 유지하도록 전압을 조정하는 DC/DC 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전압을 에너지 발생 소스용 마이크로 컨버터 장치.And a DC / DC converter for adjusting the voltage such that the solar energy generating source maintains the maximum power point following.
  11. 제9항에 있어서, 상기 듀티 제어기는 상기 각 태양광 에너지 발생 소스의 전압 및 전류 값과 기준값을 비교하여 듀티오프 및 과전류 여부를 판단하고, 듀티오프 모드시 상기 마이크로 컨버터에 듀티오프 데이터를 전송하여 삽입 손실을 제거하는 것을 특징으로 하는 태양광 에너지 발생 소스용 마이크로 컨버터 장치.The method of claim 9, wherein the duty controller compares the voltage and current values of the respective solar energy generating sources with a reference value to determine whether the duty-off or over-current is present, and transmits the duty-off data to the micro converter in the duty-off mode. Microconverter device for solar energy generation sources, characterized by eliminating insertion loss.
  12. 제9항에 있어서, 상기 듀티 제어기는 상기 각 태양광 에너지 발생 소스의 전압 및 전류 값과 기준값을 비교하여 과전류로 판단되면, 상기 마이크로 컨버터의 듀티 사이클은 유지하면서 전체 전압을 상승시켜 인덕터의 전류를 감소시키는 것을 특징으로 하는 태양광 에너지 발생 소스용 마이크로 컨버터 장치.10. The method of claim 9, wherein the duty controller compares the voltage and current values of the respective solar energy generating sources with a reference value to determine the overcurrent, and increases the total voltage while maintaining the duty cycle of the micro converter to increase the current of the inductor. Micro converter device for a solar energy source, characterized in that for reducing.
  13. 제9항에 있어서, 상기 듀티 제어기는 상기 각 태양광 에너지 발생 소스의 전압 및 전류 값과 기준값을 비교하여 과전류로 판단되면, 제1 태양광 에너지 발생 소스의 전압을 낮추고 나머지 태양광 에너지 발생 소스의 전압을 높이도록 듀티를 조정하여 인덕터의 전류를 감소시키는 것을 특징으로 하는 태양광 에너지 발생 소스용 마이크로 컨버터 장치.The method of claim 9, wherein the duty controller compares the voltage and current values of each of the solar energy generating sources with a reference value and determines that the current is an overcurrent, and lowers the voltage of the first solar energy generating source and A micro-converter device for a solar energy source, characterized in that to reduce the current of the inductor by adjusting the duty to increase the voltage.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 항에 기재된 태양광 에너지 발생 소스용 마이크로 컨버터 장치의 제어방법에 있어서, In the control method of the micro-converter apparatus for solar energy generation sources of any one of Claims 1-13,
    (a) 상기 스트링 제어기가 상기 마이크로 컨버터로부터 전송된 태양광 에너지 발생 소스의 전압을 기초로 최대전력점을 추종하고, 그 추종한 최대전력점에 따라 듀티 사이클을 생성하여 상기 마이크로 컨버터에 전송하는 단계; (a) the string controller following the maximum power point based on the voltage of the solar energy generating source transmitted from the micro converter, generating a duty cycle according to the followed maximum power point, and transmitting it to the micro converter; ;
    (b) 상기 스트링 제어기가 상기 마이크로 컨버터 내부의 인덕터 전류가 과전류일 경우, 전체 전압을 상승시켜 상기 인덕터의 전류를 낮추거나 출력 파워가 떨어진 상기 태양광 에너지 발생 소스의 전압은 낮추고 나머지 태양광 에너지 발생 소스의 전압을 올리는 방향으로 새로이 듀티 사이클을 계산하여 상기 마이크로 컨버터에 듀티 값을 전송하는 단계; 및(b) When the inductor current inside the micro-converter is overcurrent, the string controller raises the total voltage to lower the current of the inductor or lowers the voltage of the solar energy generating source in which the output power falls, and generates the remaining solar energy. Transmitting a duty value to the micro-converter by calculating a new duty cycle in a direction of raising the voltage of the source; And
    (c) 상기 스트링 제어기가 상기 태양광 에너지 발생 소스의 전압 및 전류를 검색하여 듀티오프 모드일 경우 상기 마이크로 컨버터를 듀티오프시키기 위해 상기 마이크로 컨버터에 듀티오프 데이터를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 에너지 발생 소스용 마이크로 컨버터 장치의 제어방법.(c) the string controller retrieving the voltage and current of the solar energy generating source and transmitting duty off data to the micro converter to duty off the micro converter when in the duty off mode. A control method of a micro-converter device for a solar energy source.
  15. 복수의 태양광 에너지 발생 소스의 전력을 제어하는 마이크로 컨버터 장치에 있어서, A microconverter device for controlling power of a plurality of solar energy generating sources,
    상기 마이크로 컨버터 장치는 직렬로 연결된 복수의 태양광 에너지 발생 소스에 연결되며, 상기 복수의 태양광 에너지 발생 소스의 생산 전력의 차이에 따라 전류의 경로를 가변하여 태양광 에너지 발생 소스 간의 전류 편차를 보상하는 마이크로 컨버터를 포함하며, The micro-converter device is connected to a plurality of solar energy generating sources connected in series, and compensates for the current deviation between the solar energy generating sources by varying the path of the current according to the difference in the production power of the plurality of solar energy generating sources. Includes a micro converter,
    상기 마이크로 컨버터는 The micro converter
    전류 편차 보상을 위한 우회경로를 제공하는 인덕터; An inductor providing a bypass path for current deviation compensation;
    상기 인덕터의 일단에 설치되어 전류 경로를 설정하는 스위치; A switch installed at one end of the inductor to set a current path;
    상기 스위치를 온 또는 오프 상태로 구동시키기 위한 드라이버; 및 A driver for driving the switch to an on or off state; And
    상기 태양광 에너지 발생 소스의 전압 및 전류 측정값에 기초하여 상기 태양광 에너지 발생 소스들 사이에 생산 전력의 미스매치가 있는지 여부를 판단하여, 상기 판단결과에 기초하여 상기 드라이버에 제어신호를 전송하는 모듈 제어기를 포함하는 태양광 에너지 발생 소스용 마이크로 컨버터 장치.Determining whether there is a mismatch in production power between the solar energy generating sources based on the voltage and current measurement values of the solar energy generating source, and transmitting a control signal to the driver based on the determination result. Micro-converter device for solar energy generation source comprising a module controller.
  16. 제15항에 있어서, The method of claim 15,
    상기 모듈 제어기는 듀티가 고정되며, The module controller is fixed in duty,
    상기 태양광 에너지 발생 소스들 사이에 생산 전력의 미스매치가 없는 경우에는 상기 태양광 에너지 소스들 사이의 직렬 연결 경로를 통해 전류가 흐르도록 하고, 상기 태양광 에너지 발생 소스들 사이에 생산 전력의 미스매치가 있는 경우에는 상기 인덕터를 통한 우회경로를 통해 전류가 흐르도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 에너지 발생 소스용 마이크로 컨버터 장치.If there is no mismatch of production power between the solar energy generating sources, a current flows through a series connection path between the solar energy sources, and there is a miss of production power between the solar energy generating sources. And if there is a match, controlling the current to flow through the bypass path through the inductor.
  17. 복수의 태양광 에너지 발생 소스의 전력을 제어하는 마이크로 컨버터 장치에 있어서, A microconverter device for controlling power of a plurality of solar energy generating sources,
    상기 마이크로 컨버터 장치는 추종한 최대 전력점을 기반으로 듀티를 제어하여 상기 태양광 모듈의 출력을 일정하게 유지하는 전력 제어기를 포함하며, The micro-converter device includes a power controller that controls the duty based on the maximum power point that is followed to maintain a constant output of the solar module.
    상기 전력 제어기는 The power controller
    상기 태양 광 에너지 발생 소스로부터 직접 검출된 전압으로부터 추종한 최대전력점 기반의 제1 듀티 제어신호 또는 외부 스트링 제어기로부터 전송받은 제2 듀티 제어신호에 따라 전력 제어신호를 발생하는 디지털 처리부; 및 A digital processor configured to generate a power control signal according to a first duty control signal based on a maximum power point tracked from a voltage directly detected from the solar energy generation source or a second duty control signal received from an external string controller; And
    상기 디지털 처리부에 태양광 에너지 발생 소스로부터 검출된 전압을 제공하고, 상기 디지털 처리부로부터 발생한 전력 제어신호에 따라 외부의 스위치를 구동하기 위한 제어신호를 생성하는 아날로그 처리부를 포함하는 태양광 에너지 발생 소스용 마이크로 컨버터 장치.For the solar energy generation source including an analog processor for providing a voltage detected from the solar energy generation source to the digital processor, and generates a control signal for driving an external switch in accordance with the power control signal generated from the digital processor. Micro converter device.
  18. 제17항에 있어서, 상기 전력 제어기는 SOC(system on chip) 형태로 구현된 것을 특징으로 하는 태양광 에너지 발생 소스용 마이크로 컨버터 장치.18. The micro-converter device of claim 17, wherein the power controller is implemented in the form of a system on chip (SOC).
  19. 제17항에 있어서, 상기 마이크로 컨버터 장치는 상기 전력 제어기가 적어도 2개 이상 병렬로 배열된 것을 특징으로 하는 태양광 에너지 발생 소스용 마이크로 컨버터 장치.18. The micro-converter device for solar energy generation of claim 17, wherein the micro-converter device is arranged with at least two power controllers in parallel.
  20. 청구항 19항에 있어서, 상기 2개 이상의 전력 제어기는 전원과 그라운드가 각각 분리되어 독립적으로 동작하는 것을 특징으로 하는 태양광 에너지 발생 소스용 마이크로 컨버터 장치.20. The micro-converter device of claim 19, wherein the two or more power controllers operate independently from each other by a separate power source and ground.
  21. 제17항에 있어서, The method of claim 17,
    상기 디지털 처리부는 The digital processing unit
    상기 아날로그 처리부로부터 전달되는 태양광 에너지 발생 소스의 검출 전압 및 전류를 필터링하여 평균화하는 필터; A filter for filtering and averaging the detected voltage and current of the solar energy generation source transmitted from the analog processor;
    상기 스트링 제어기로부터 전송되는 상기 제2 듀티 제어신호를 수신하는 호스트 인터페이스기; A host interface for receiving the second duty control signal transmitted from the string controller;
    상기 필터에서 출력되는 태양광 에너지 발생 소스의 전압 및 전류로 전력을 계산하고, 계산한 전력을 기초로 최대전력점을 추종하여 태양광 에너지 발생 소스 전압 기준치를 발생하는 최대전력점 추종부; A maximum power point tracking unit configured to calculate power based on the voltage and current of the solar energy generation source output from the filter, and generate a solar energy generation source voltage reference value by following the maximum power point based on the calculated power;
    상기 최대전력점 추종부로부터 발생한 태양광 에너지 발생 소스 전압 기준치와 실제 태양광 에너지 발생 소스 전압이 동일해지도록 상기 제1 듀티 제어신호를 출력하는 듀티 제어기;A duty controller configured to output the first duty control signal such that the solar energy source voltage reference value generated from the maximum power point follower is equal to the actual solar energy source voltage;
    태양광 에너지 발생 소스의 모드에 따라 상기 제1 듀티 제어신호와 상기 제2 듀티 제어신호 중 어느 하나를 선택하여 출력하는 멀티플렉서; 및 A multiplexer for selecting and outputting any one of the first duty control signal and the second duty control signal according to a mode of a solar energy generation source; And
    상기 멀티플렉서에서 출력되는 듀티 제어신호에 따라 펄스폭변조(PWM) 신호를 발생하는 PWM신호 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 에너지 발생 소스용 마이크로 컨버터 장치.And a PWM signal generator for generating a pulse width modulation (PWM) signal in accordance with the duty control signal output from the multiplexer.
  22. 제17항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 17 to 21,
    상기 마이크로 컨버터는 직렬로 연결된 복수의 태양광 에너지 발생 소스에 연결되며 상기 복수의 태양광 에너지 발생 소스의 생산 전력의 차이에 따라 전류의 경로를 가변하여 태양광 에너지 발생 소스 간의 전류 편차를 보상하는 것을 특징으로 하는 태양광 에너지 발생 소스용 마이크로 컨버터 장치.The micro-converter is connected to a plurality of solar energy generation sources connected in series and compensates for the current deviation between the solar energy generation sources by varying the path of the current according to the difference in the production power of the plurality of solar energy generation sources. A microconverter device for a solar energy source.
  23. 제22항에 있어서, 상기 마이크로 컨버터는 The method of claim 22, wherein the micro-converter
    상기 스트링 제어기로부터 전송된 상기 제2 듀티 제어신호를 수신하여 상기 전력 제어기에 전달하는 복수의 통신 모듈; 및 A plurality of communication modules configured to receive the second duty control signal transmitted from the string controller and transmit the received second duty control signal to the power controller; And
    전류 편차를 보상하고 전류 경로를 설정하는 복수의 전류 조절부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 에너지 발생 소스용 마이크로 컨버터 장치.And a plurality of current regulators for compensating for current deviation and setting a current path.
  24. 제22항에 있어서, 상기 마이크로 컨버터는 The method of claim 22, wherein the micro-converter
    상기 스트링 제어기로부터 전송된 듀티 데이터를 수신하는 통신 모듈; A communication module for receiving the duty data transmitted from the string controller;
    상기 통신 모듈로부터 수신한 상기 듀티 데이터에 따라 듀티 제어신호를 발생하는 메인 컨트롤러; A main controller generating a duty control signal according to the duty data received from the communication module;
    상기 메인 컨트롤러에서 발생하는 듀티 제어신호의 레벨을 조절하여 상기 전력 제어기로 출력하는 복수의 레벨 천이기; 및 A plurality of level shifters for adjusting a level of a duty control signal generated by the main controller and outputting the level control signal to the power controller; And
    상기 전력 제어기의 제어에 따라 전류 편차를 보상하고 전류 경로를 설정하는 복수의 전류 조절부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 에너지 발생 소스용 마이크로 컨버터 장치.And a plurality of current regulators for compensating the current deviation and setting a current path under the control of the power controller.
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