KR100917307B1 - Stand-alone power supply system for water pump motor using solar cells - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 양수용 모터펌프를 위한 태양전지 이용 독립형 전력공급시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 일사량에 따라서 시스템의 동작상태와 양수용 모터펌프로의 공급전력을 달리하고, 태양전지로부터의 직류전압과 양수용 모터펌프로 공급되는 교류전류를 기초로 하여 VVVF 인버터로 입력되는 주파수를 PI 제어하여 상기 태양전지의 최대 출력점 추종 제어를 하는 독립형 전력공급시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a stand-alone power supply system using a solar cell for pumping motor pump, more specifically, the operating state of the system and the supply power to the pumping motor pump according to the amount of solar radiation, the DC voltage from the solar cell and pumping The present invention relates to a stand-alone power supply system for controlling the maximum output point tracking of the solar cell by controlling the PI input to the VVVF inverter based on the AC current supplied to the motor pump.
전력이 공급되지 않는 비계통지역 또는 산간오지, 섬, 사막 등에서는 전기에 의하여 작동하는 양수용 모터 펌프를 이용할 수 없기 때문에 농업용수나 식수의 공급이 원활하지 않다는 문제가 있다.There is a problem that the supply of agricultural water or drinking water is not smooth because non-systemic areas or mountainous areas, islands, deserts, etc., which are not powered, cannot use a pumping motor that operates by electricity.
이러한 문제의 해결을 위해 디젤 발전기를 이용하여 양수용 모터 펌프를 작동시키는 방법이 흔히 사용되고 있다. 하지만 디젤 발전기는 발전기를 작동시킬 때 소비되는 연료비가 비싸며 연료를 구하러 다녀야 한다는 점 등이 새로이 문제된다.In order to solve this problem, a method of operating a pumping motor pump using a diesel generator is commonly used. However, diesel generators have a new problem such as the high cost of fuel used to operate the generator and the need to go for fuel.
이러한 점 때문에, 자연에너지인 태양광을 이용하여 양수용 모터펌프에 전력 을 공급하는 방법이 연구되고 있다. 태양광을 이용하여 전력을 공급하는 방법으로는 대체로 독립형과 계통연계형으로 나뉜다. 독립형은 자가발전 즉 전력공급시스템에 의하여 생산된 전기를 전선망에 연결하지 않고 생산된 장소에서 사용하는 형태를 가리키고, 계통연계형은 전선망을 통하여 전기를 받아들이거나 전기를 보낼 수 있는 형태를 가리킨다. For this reason, a method of supplying power to a pump motor for pumping by using sunlight as a natural energy has been studied. The method of supplying power using solar light is generally divided into a standalone type and a grid-connected type. Independent type refers to the type of self-power generation, that is, the electricity generated by the power supply system is used in the place of production without being connected to the grid, and the grid type refers to the type that can receive or send electricity through the grid. .
태양광을 이용하여 전력을 공급하는 경우에는 태양광의 일사량이 일정하지 않아서 일정한 전력을 공급할 수 없다는 점이 문제된다. 이를 해결하기 위한 하나의 방법으로 태양전지로부터의 직류전력을 교류전력으로 변환할 때 범용 컨버터가 아닌 태양광용 인버터가 사용된다. 태양광용 인버터는 태양광에 의한 전력이 낮을 때에는 이를 승압하여 사용할 수 있도록 하는 부스트 컨버터 또는 변압기를 포함하고 있으므로 일정한 전력을 공급할 수 있다는 장점이 있지만, 범용 인버터에 비하여 가격이 비싸기 때문에 태양광 발전 시스템의 구축비용을 높이는 요인이 되어 문제된다.In the case of supplying power by using sunlight, the solar radiation is not constant, so it is not possible to supply a constant power. One way to solve this problem is to use a solar inverter instead of a general-purpose converter when converting DC power from solar cells to AC power. The solar inverter includes a boost converter or a transformer that can boost and use the power when solar power is low. However, the solar inverter has the advantage of providing a constant power. However, the solar inverter is expensive compared to general-purpose inverters. It is a problem that increases the construction cost.
본 발명의 목적은 전력이 공급되지 않는 비계통지역 및 산간오지 등에서도 자연에너지인 태양광 에너지를 이용하여 전력공급이 가능하도록 하는 것이다. 본 발명에 의하여 공급된 전력으로 양수용 모터펌프를 구동하여 별도의 전력이나 화석 연료 등의 에너지원이 없어도 농업용수나 식수의 공급이 원활하게 되고, 그 결과 화석연료의 사용이 절감되는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to enable power supply using natural solar energy, even in non-system areas and mountainous regions where power is not supplied. It is an object of the present invention to drive the pumping motor pump with the electric power supplied by the present invention, so that the supply of agricultural water or drinking water can be smoothly performed without an additional power source or fossil fuel, and as a result, the use of fossil fuel is reduced.
또한 본 발명의 목적은 태양광으로부터 생성된 전력이 양수용 모터펌프를 구동시킬만한 전력에 이르지 못함으로써 유실되는 에너지를 최소화하여 에너지의 효율을 극대화하는 것이다. 양수용 모터펌프의 경우 펌프의 동작 가능 범위에서만 에너지 활용이 가능하므로 공급되는 에너지가 펌프의 동작 가능 범위가 아닌 경우에는 유실 에너지가 발생한다. 본 발명의 목적은 이러한 유실 에너지를 최소화하기 위한 것이다.In addition, an object of the present invention is to maximize the efficiency of the energy by minimizing the energy lost by the power generated from sunlight does not reach the power to drive the pump pump motor. Since pumping motor pumps can use energy only within the pump's operable range, lost energy is generated if the energy supplied is not within the pump's operable range. It is an object of the present invention to minimize this lost energy.
또한 본 발명의 목적은 입력에너지의 변화에 따라 양수용 모터펌프에서 소모되는 에너지를 조절함으로써 태양광 에너지를 최대 출력점에 가까운 곳에서 이용할 수 있도록 하는 것이다. In addition, an object of the present invention is to adjust the energy consumed in the pumping motor pump in accordance with the change of the input energy to use the solar energy near the maximum output point.
또한 본 발명의 목적은 전력이 공급되는 양수용 모터펌프에서 발생할 수 있는 서지(surge) 전압을 억제하는 것이다.It is also an object of the present invention to suppress surge voltages that may occur in a pumped motor pump that is powered.
본 발명은 양수용 모터펌프를 위한 태양전지 이용 독립형 전력공급시스템으 로서, 태양광을 직류전력으로 변환하는 태양전지와, 전단에는 상기 태양전지가 연결되고 후단에는 양수용 모터펌프가 연결되어 있으며 상기 직류전력을 교류전력으로 변환하여 상기 양수용 모터펌프로 공급하는 전력변환부, 일사량이 상기 양수용 모터펌프의 최소 운전 범위 이상인지 여부를 판단하는 일사량 판단부, 및 상기 직류전력을 저장할 수 있는 축전지를 포함하되, 일사량이 상기 양수용 모터펌프의 최소 운전 범위 이상인 경우에는 상기 양수용 모터펌프에 상기 교류전력을 공급하고, 일사량이 상기 양수용 모터펌프의 최소 운전 범위 미만인 경우에는 상기 축전지에 상기 직류전력을 저장한다.The present invention is a stand-alone power supply system using a solar cell for pumping motor pump, a solar cell converting sunlight into direct current power, the solar cell is connected to the front end and the pumping motor pump is connected to the rear end and the DC power It includes a power conversion unit for converting the AC power to supply to the pumping motor pump, a solar radiation amount determining unit for determining whether the solar radiation amount is more than the minimum operating range of the pumping motor pump, and a storage battery that can store the DC power, When the amount of solar radiation is above the minimum operating range of the pumping motor pump, the AC power is supplied to the pumping motor pump. When the amount of solar radiation is less than the minimum operating range of the pumping motor pump, the DC power is stored in the storage battery.
본 발명은 또한 양수용 모터펌프를 위한 태양전지 이용 독립형 전력공급시스템으로서, 태양광을 직류전력으로 변환하는 태양전지, 및 전단에는 상기 태양전지가 연결되고 후단에는 양수용 모터펌프가 연결되어 있으며 상기 직류전력을 교류전력으로 변환하여 상기 양수용 모터펌프로 공급하는 전력변환부를 포함하되, 상기 전력변환부는 상기 태양전지로부터의 직류전압과 상기 양수용 모터펌프로의 교류전류를 기초로 하여 VVVF 인버터로 입력되는 주파수를 PI 제어함으로써 상기 태양전지의 최대 출력점 추종 제어를 하여 상기 교류전력을 상기 양수용 모터펌프에 공급한다.The present invention also provides a stand-alone power supply system using a solar cell for pumping motor pump, a solar cell for converting sunlight into direct current power, and the solar cell is connected to the front end and the pumping motor pump is connected to the rear end and the DC power A power converter converting AC power into AC power and supplying the pump to the pump motor, wherein the power converter converts the frequency input to the VVVF inverter based on the DC voltage from the solar cell and the AC current of the pump motor. PI control is performed to follow the maximum output point tracking of the solar cell and supply the AC power to the pump motor.
본 발명은 또한 양수용 모터펌프를 위한 태양전지 이용 독립형 전력공급시스템으로서, 태양광을 직류전력으로 변환하는 태양전지와, 전단에는 상기 태양전지가 연결되고 후단에는 양수용 모터펌프가 연결되어 있으며 상기 직류전력을 교류전력으로 변환하여 상기 양수용 모터펌프로 공급하는 전력변환부, 일사량이 상기 양수 용 모터펌프의 최소 운전 범위 이상인지 여부를 판단하는 일사량 판단부, 및 상기 직류전력을 저장할 수 있는 축전지를 포함하되, 일사량이 상기 양수용 모터펌프의 최소 운전 범위 이상인 경우에는 상기 양수용 모터펌프에 상기 교류전력을 공급하고, 일사량이 상기 양수용 모터펌프의 최소 운전 범위 미만인 경우에는 상기 축전지에 상기 직류전력을 저장하고, 상기 전력변환부는 상기 태양전지로부터의 직류전압과 상기 양수용 모터펌프로의 교류전류를 기초로 하여 VVVF 인버터로 입력되는 주파수를 PI 제어함으로써 상기 태양전지의 최대 출력점 추종 제어를 하여 상기 교류전력을 상기 양수용 모터펌프에 공급한다.The present invention also provides a stand-alone power supply system using a solar cell for pumping motor pump, a solar cell converting sunlight into direct current power, the solar cell is connected to the front end and the pumping motor pump is connected to the rear end and the DC power A power conversion unit for converting the AC power into the pumping motor pump and supplying the pump to the pumping motor pump, a solar radiation metering unit for determining whether the amount of solar radiation is more than a minimum operating range of the pumping motor pump, and a storage battery capable of storing the DC power. Supplying the AC power to the pumping motor pump when the amount of solar radiation is greater than or equal to the minimum operating range of the pumping motor pump, and storing the DC power in the storage battery when the solar radiation amount is less than the minimum operating range of the pumping motor pump, The power converter is a DC voltage from the solar cell and the amount By on the basis of the AC current to the motor pump PI controls the frequency input to the VVVF inverter to the maximum power point tracking control of the solar cell and supplying the AC power to the motor pump yangsuyong.
본 발명에 의하면, 자연에너지인 태양광 에너지를 전기에너지로 변환하기 때문에 비계통지역 및 산간오지 등에서도 태양광만 있으면 전력공급이 가능하다. 본 발명에 의하여 공급된 전력으로 양수용 모터펌프를 구동하여 별도의 전력이나 화석 연료 등의 에너지원이 없어도 농업용수나 식수의 공급이 원활하게 되고, 그 결과 화석연료의 사용이 절감된다.According to the present invention, since solar energy, which is a natural energy, is converted into electric energy, it is possible to supply power only by sunlight in non-system areas and mountainous regions. By driving the pumping motor pump with the electric power supplied by the present invention, the supply of agricultural water or drinking water can be smoothly performed without an additional energy source such as electric power or fossil fuel, and as a result, the use of fossil fuel is reduced.
또한 본 발명에 의하면, 일사량이 양수용 모터펌프의 최소 운전 범위 이상인 경우에는 전력을 양수용 모터펌프에 공급하고 일사량이 양수용 모터펌프의 최소 운전 범위 미만인 경우에는 전력을 축전지에 저장하여 필요에 따라 전력을 이용할 수 있어 에너지의 이용효율이 극대화된다. According to the present invention, when the amount of insolation is above the minimum operating range of the pumping motor pump, the electric power is supplied to the pumping motor pump, and when the amount of insolation is less than the minimum operating range of the pumping motor pump, power is stored in the storage battery to use the power as needed. It can maximize the use efficiency of energy.
또한 본 발명에 의하면, 인버터에서 양수용 모터펌프로 공급되는 전압과 주파수가 실질적으로 가변 전압 가변 주파수가 되도록 제어할 수 있게 되고, 이와 동 시에 태양광의 최대 출력점 추종 제어도 할 수 있게 된다. 본 발명에 의한 시스템을 구성하는데 있어서, 양수용 모터펌프로 공급되는 주파수 및 전압이 태양전지로부터 공급되는 전압과 양수용 모터펌프로 공급되는 전류를 이용하여 제어되기 때문에 대부분의 태양광용 인버터의 입력측에서 사용되는 변류기를 별도로 설치하지 않아도 되며, 양수용 모터펌프의 부하 조건을 인버터에서 정하기 때문에 인버터 내부의 커패시턴스 값도 일반적인 태양광용 인버터의 요구값보다 작게 되며, 전력변환부로 공급되는 전압이 낮을 때는 양수용 모터펌프로 공급하는 전압을 감소시키기 때문에 부스트 컨버터 또는 변압기가 포함된 태양광용 인버터를 이용하지 않고 범용 인버터를 이용하여 구성할 수 있으므로 보다 저렴한 비용으로 양수 시스템을 구현할 수 있다. Further, according to the present invention, the voltage and frequency supplied from the inverter to the pump motor for pumping can be controlled to be substantially variable voltage variable frequency, and at the same time, the maximum output point tracking control of sunlight can also be performed. In constructing the system according to the present invention, since the frequency and voltage supplied to the pump motor for pumping are controlled using the voltage supplied from the solar cell and the current supplied to the pump motor for pumping, it is used at the input side of most solar inverters. Since the current transformer does not need to be installed separately, and the load condition of the pumping motor pump is determined by the inverter, the capacitance value inside the inverter is also smaller than that of the general solar inverter, and when the voltage supplied to the power converter is low, it is supplied to the pumping motor. Since the voltage is reduced, a general-purpose inverter can be configured without using a solar inverter including a boost converter or a transformer, thereby implementing a pumping system at a lower cost.
또한 본 발명에 의하면, 전력변환부와 양수용 모터펌프 사이에 MSF를 더 포함하고, 상기 MSF에 의하여 상기 양수용 모터펌프에서 발생할 수 있는 서지 전압을 억제할 수 있다. In addition, according to the present invention, the MSF is further included between the power conversion unit and the pump motor for pumping, and the MSF can suppress the surge voltage generated in the pump motor for pumping.
이하에 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 제1 실시예에 따른 양수용 모터펌프를 위한 태양전지 이용 독립형 전력공급시스템의 블록도이다. 제1 실시예에 따른 전력공급시스템은 태양전지(101), 전력변환부(102), 및 양수용 모터펌프(103)를 포함한다. 1 is a block diagram of a standalone power supply system using a solar cell for a pumping motor pump according to a first embodiment. The power supply system according to the first embodiment includes a
태양전지(101)는 태양광 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 것으로, 태양광이 존재하는 경우에 직류전력을 생성한다. The
전력변환부(102)는 태양전지(101)와 양수용 모터펌프(103) 사이에 연결되며, 태양전지에 의하여 생성된 직류전력을 교류전력으로 변환하여 양수용 모터펌프(103)에 공급한다. 직류전력을 교류전력으로 바꾸기 위하여, 전력변환부에는 인버터가 포함된다. The
전력변환부(102)는 이하에서 설명하는 일사량에 따라서 전력공급시스템을 달리 운전하는 기능(도 2 내지 도 4 참조)과 가변 전압 가변 주파수(VVVF) 인버터의 제어를 통하여 태양전지의 최대 출력점 추종을 제어하는 기능(도 5 및 도 6 참조) 중 어느 하나를 포함하거나 양쪽 모두를 포함할 수 있으며, 이들 각각의 기능을 수행하는 장치가 별도로 있는 경우에도 전력변환부(102)와 연계되어 작동될 수 있다.The
일사량에 따라서 전력공급시스템을 달리 운전하는 방법은 도 2를 참조하여 설명된다. A method of differently operating the power supply system according to the amount of solar radiation is described with reference to FIG. 2.
가장 먼저 태양광이 존재하는지 여부를 판단한다(단계 S1). 태양광이 존재하지 않는 경우에는 태양광의 존재 여부를 다시 확인한다. 태양광의 존재 여부를 다시 확인하는 것은 소정의 시간 간격을 두고 이루어질 수 있다.First, it is determined whether sunlight exists (step S1). If there is no sunlight, check the presence of sunlight again. Reconfirming the presence of sunlight may be performed at predetermined time intervals.
태양광이 존재하는 경우에는 일사량이 양수용 모터펌프의 최소 운전범위 이상인지 여부를 판단한다(단계 S2). 양수용 모터펌프의 최소 운전 범위는 양수용 모터펌프를 운전하여 목적하는 일을 유효하게 하기 위하여 요구되는 최소한의 전력(또는 일사량)을 의미한다. 일사량이 양수용 모터펌프의 최소 운전 범위 이상이라면 양수용 모터펌프에 전력을 공급하고(단계 S3), 일사량이 양수용 모터펌프의 최 소 운전 범위 미만이면 축전지에 전력을 저장한다(단계 S4).If there is sunlight, it is determined whether the amount of insolation is greater than or equal to the minimum operating range of the pumping motor pump (step S2). The minimum operating range of the pump motor for pumping means the minimum power (or solar radiation) required to operate the pump motor for pumping and to make the desired work effective. If the solar radiation amount is more than the minimum operating range of the pumping motor pump, power is supplied to the pumping motor pump (step S3). If the solar radiation amount is less than the minimum operating range of the pumping motor pump, power is stored in the storage battery (step S4).
양수용 모터펌프에 전력을 공급하거나 축전지에 전력을 저장하기 시작한 이후에도 태양광이 존재하지 않을 수 있고 일사량도 변할 수 있으므로, 이를 반영하기 위하여 단계 S1 내지 단계 S4를 반복하여 수행한다.Since the solar light may not exist and the solar radiation may change even after supplying power to the pump motor pump or storing power in the storage battery, steps S1 to S4 are repeatedly performed to reflect this.
일사량에 따라서 전력공급시스템을 달리 운전함으로써 상기 시스템의 동작 모드가 어떻게 변화하는지를 도 3에서 개략적으로 도시하였다.3 schematically illustrates how the operation mode of the system changes by operating the power supply system according to the amount of solar radiation.
본 발명에 의한 전력공급시스템은 일사량이 양수용 모터펌프의 최소 운전 범위(301) 이상이면 태양전지에 의하여 생성된 전력을 양수용 모터펌프에 공급하여 양수용 모터펌프를 운전하는 모드(302)가 되고, 일사량이 양수용 모터펌프의 최소 운전 범위 미만이면 태양전지에 의하여 생성된 전력을 축전지에 저장하는 충전 모드(303 및 304)가 된다.In the power supply system according to the present invention, if the amount of solar radiation is greater than the
일사량에 따라서 전력공급시스템을 달리 운전하는 기능을 수행하는 태양열을 이용한 독립형 전력공급시스템의 예를 도 4에서 블록도로 도시하였다. An example of a standalone power supply system using solar heat that performs a function of differently operating the power supply system according to the amount of solar radiation is shown in FIG. 4.
상기 기능을 위한 시스템은 태양전지(401), 일사량 판단부(402), 인버터(403), 축전지(404), 및 양수용 모터펌프(405)를 포함한다.The system for the function includes a
태양전지(401)는 태양전지(101)와 동일한 기능을 수행하고, 양수용 모터펌프(405)는 양수용 모터펌프(103)와 동일한 기능을 수행한다. The
인버터(403)는 직류전력을 교류전력으로 바꾸는 기능을 수행하며, 일반적으로 전력변환부(102)에 포함된다.The
일사량 판단부(402)는 일사량이 양수용 모터펌프의 최소 운전 범위 이상인지 여부를 판단한다. 일사량이 양수용 모터펌프의 최소 운전 범위 이상이면 인버터에 의하여 태양전지(401)로부터의 직류전력을 교류전력으로 변환하여 양수용 모터펌프(405)에 전력을 공급한다. 반면에 일사량이 양수용 모터펌프의 최소 운전 범위 미만이면 태양전지(401)로부터의 직류전력을 축전지(404)에 저장한다. 축전지(404)에 저장된 전력은 사용자의 필요에 따라 사용할 수 있다. The solar radiation
일사량 판단부(402)에서 전력공급시스템의 동작 모드를 결정하는 기준이 되는 양수용 모터펌프의 최소 운전 범위는 사용자에 의하여 설정될 수 있다. 즉, 사용자는 전력공급시스템에 양수용 모터펌프를 설치한 후 태양의 일사량이 최적인 때를 선택하여 양수용 모터펌프의 운전 테스트를 해서 양수용 모터펌프의 최소 운전 범위를 결정하고 설정할 수 있다. 일반적으로 양수용 모터펌프의 최소 운전 범위는 양정 깊이에 따라 결정된다. The minimum operating range of the pumping motor pump, which is a reference for determining the operation mode of the power supply system in the solar
상기 일사량에 따라서 전력공급시스템을 달리 운전하는 기능을 수행하기 위하여, 일사량 판단부(402)와 축전지(404) 중 어느 하나 또는 양쪽 모두는 전력변환부(102)에 포함될 수 있으며, 일사량 판단부(402)와 축전지(404)가 각각 별도로 존재하는 경우에도 전력변환부(102)와 연계되어 상기 기능을 수행할 수 있다.In order to perform a function of differently operating the power supply system according to the amount of solar radiation, any one or both of the solar
태양전지는 일사량, 온도 등 주변환경에 따라 특성이 달라지므로 태양전지의 출력을 최대로 끌어내기 위하여 태양전지의 최대 출력점 추종을 하게 된다. VVVF 인버터의 제어를 통하여 태양전지의 최대 출력점 추종을 제어하는 기능을 수행하는 제어장치의 예를 도 5에서 블록도로 도시하였다. Since the solar cell varies in characteristics depending on the surrounding environment such as insolation, temperature and the like, the maximum output point of the solar cell is followed in order to maximize the output of the solar cell. An example of a control device that performs the function of controlling the maximum output point tracking of the solar cell through the control of the VVVF inverter is shown in a block diagram in FIG.
상기 기능을 위한 시스템은 태양전지(501), PI 제어부(502), 주파수 변환 부(503), VVVF 인버터(504), 입력전압검출부(505), 출력전류검출부(506), 및 양수용 모터펌프(507)를 포함한다.The system for the function is a
태양전지(501)는 태양전지(101)와 동일한 기능을 수행하고, 양수용 모터펌프(507)는 양수용 모터펌프(103)와 동일한 기능을 수행한다. The
입력전압검출부(505)는 태양전지에 의하여 생성된 직류전압을 검출한다.The
출력전류검출부(506)는 양수용 모터펌프에 공급되는 교류전류를 검출한다.The output
PI 제어부(502)는 상기 태양전지에 의하여 생성된 직류전압과 상기 양수용 모터펌프에 공급되는 교류전류를 입력으로 하여 최대 출력점 추종을 제어하도록 운용되어 적절한 신호를 출력하고, 주파수 변환부(503)는 PI 제어부(502)에서의 출력을 입력으로 하여 VVVF 인버터(504)에 입력될 설정주파수를 출력한다. The
VVVF 인버터(504)는 출력 전압과 출력 주파수가 가변적인 인버터로서 주파수 변환부(503)로부터의 설정주파수를 입력으로 하여, 태양전지에 의하여 생성된 직류전력을 설정주파수의 교류전력으로 변환하여 출력하는 기능을 하며, 일반적으로 전력변환부(102)에 포함된다. 이때 설정주파수의 범위는 상기 양수용 모터펌프를 구동할 수 있는 최소한의 주파수를 최소 주파수로 하고 상기 양수용 모터펌프의 정격 주파수를 최대 주파수로 하는데, 최소주파수와 최대주파수는 사용자에 의하여 세팅된다. 태양전지(501)로부터 직류전압이 검출되면 최소 주파수부터 상기 양수용 모터펌프를 운전하기 시작하여 최대 주파수를 넘지 않는 범위에서 태양전지(501)의 최대 전력점 추종을 제어한다.The
상기 태양전지의 최대 출력점 추종을 제어하는 기능을 수행하기 위하여, PI 제어부(502), 주파수 변환부(503), 입력전압검출부(505), 및 출력전류검출부(506) 중 어느 하나 또는 그 일부 또는 전부는 전력변환부(102)에 포함될 수 있으며, PI 제어부(502), 주파수 변환부(503), 입력전압검출부(505), 및 출력전류검출부(506)가 각각 별도로 있는 경우에도 전력변환부(102)와 연계되어 상기 기능을 수행할 수 있다.In order to perform a function of controlling the maximum output point tracking of the solar cell, any one or part of the
VVVF 인버터의 제어를 통하여 태양전지의 최대 출력점 추종을 제어하는 방법은 도 6을 참조하여 설명된다. A method of controlling the maximum output point tracking of the solar cell through the control of the VVVF inverter will be described with reference to FIG. 6.
가장 먼저 태양광이 존재하는지 여부를 판단한다(단계 S1). 태양광이 존재하지 않는 경우에는 태양광의 존재 여부를 다시 확인한다. 태양광의 존재 여부를 다시 확인하는 것은 소정의 시간 간격을 두고 이루어질 수 있다.First, it is determined whether sunlight exists (step S1). If there is no sunlight, check the presence of sunlight again. Reconfirming the presence of sunlight may be performed at predetermined time intervals.
태양광이 존재하는 경우에는 태양전지에 의하여 생성된 직류전력과 양수용 모터펌프에 공급되는 교류전력을 입력으로 하여 태양전지의 최대 전력점 추종을 하도록 PI 제어를 한다(단계 S2). 이후 상기 PI 제어에 의하여 출력된 신호를 기초로 VVVF 인버터(504)에 제어신호로서 입력될 주파수를 설정하고(단계 S3), VVVF 인버터(504)는 상기 설정주파수를 기초로 하여 직류전력을 교류전력으로 인버팅한다(단계 S4). 이후 상기 인버팅된 교류전력을 양수용 모터펌프에 공급하고(단계 S5), 계속적으로 태양전지의 최대 전력점 추종을 제어할 수 있도록 단계 S1 내지 S5를 반복하여 수행한다.If there is sunlight, PI control is performed to follow the maximum power point of the solar cell by inputting the DC power generated by the solar cell and the AC power supplied to the pump motor for pumping (step S2). Thereafter, a frequency to be input as a control signal to the
도 7은 제2 실시예에 따른 양수용 모터펌프를 위한 태양전지 이용 독립형 전력공급시스템의 블록도이다. 제2 실시예에 따른 전력공급시스템은 태양전지(701), 인입단자부(702), 전력변환부(703), MSF(704), 및 양수용 모터펌프(705)를 포함한다. 7 is a block diagram of a standalone power supply system using a solar cell for a pumping motor pump according to a second embodiment. The power supply system according to the second embodiment includes a
태양전지(701)는 태양전지(101)와, 전력변환부(703)는 전력변환부(102)와, 양수용 모터펌프(705)는 양수용 모터펌프(103)와 동일한 기능을 수행한다.The
인입단자부(702)는 태양전지(701)와 전력변환부(703) 사이에 연결되어 전력변환부(703)에서 발생할 수 있는 역조류를 방지하고 태양전지(701)에서 발생된 직류전력을 전력변환부(703)로 전달하는 것으로 태양전지에 의한 전력공급시스템에서 일반적으로 포함된다.The incoming
MSF(704)는 전력변환부(703)와 양수용 모터펌프(705) 사이에 연결되어 양수용 모터펌프(705)에서 발생할 수 있는 서지(surge) 전압을 억제하고 전력변환부(703)에서 변환된 교류전력을 양수용 모터펌프로 전달한다. The
예를 들어 전력변환부의 출력점과 모터펌프와의 길이가 양정 깊이에 의해 멀어질 경우(30m 이상의 경우) 인버팅에 의한 PWM(Pulse Width Modulation) 전압이 배선 케이블의 리액턴스 성분과 커패시턴스 성분의 영향에 의해 모터펌프 입력단에서 서지전압이 발생할 수 있으며 이 경우 모터펌프는 절연파괴 등 소손의 위험이 따르는데 MSF를 사용하여 이를 방지할 수 있다. For example, when the length of the output point of the power converter and the motor pump is separated by the head depth (more than 30m), the PWM (Pulse Width Modulation) voltage due to the inverting influences the influence of the reactance component and capacitance component of the wiring cable. Surge voltage may be generated at the input stage of the motor pump. In this case, the motor pump carries a risk of burnout such as insulation breakdown, and it can be prevented by using MSF.
본 실시예에서 다르게는 태양전지(701), 전력변환부(703), 및 양수용 모터펌프(705)를 포함하는 전력공급시스템에 MSF(704)만을 더 포함하는 것으로 구성될 수 있다. In the present embodiment, the
도 8은 제3 실시예에 따른 양수용 모터펌프를 위한 태양전지 이용 독립형 전 력공급시스템의 블록도이다. 제3 실시예에 따른 전력공급시스템은 태양전지(801), 인입단자부(802), 전력변환부(803), MSF(804), 전환부(805), 모터펌프(806), 및 히터(807)를 포함한다. 8 is a block diagram of a standalone power supply system using a solar cell for a pump motor for pumping according to a third embodiment. The power supply system according to the third embodiment includes a
태양전지(801)는 태양전지(701)와, 인입단자부(802)는 인입단자부(702)와, 전력변환부(803)는 전력변환부(703)와, MSF(804)는 MSF(704)와 동일한 기능을 수행한다.The
전환부(805)는 둘 이상의 부하를 전력공급시스템에 연결하고자 하는 경우 어느 부하에 전력을 공급할 것인지 선택하는 기능을 한다. 전환부(805)에 의하여 선택된 부하가 운전된다. 도 8에서는 부하의 예로서 모터펌프(806)와 히터(807)를 도시하였으며, 이외에도 전력공급을 요하는 어떠한 전기장치라도 부하가 될 수 있다. The
도 9는 태양전지를 이용한 독립형 전력공급시스템을 이용한 양수공급장치를 예시적으로 도시한 개략도이다. 상기 양수공급장치는 태양전지(901), 전력변환부(902), 모터펌프(903), 및 물탱크(904)를 포함하고 있다. 9 is a schematic diagram illustrating an example of a pumping supply device using a standalone power supply system using a solar cell. The pumping device includes a solar cell 901, a power converter 902, a motor pump 903, and a water tank 904.
태양전지(901)는 태양의 고도를 고려하여 지면에서 일정한 경사각을 두고 설치된다. 모터펌프(903)는 양수를 위한 장치이고, 물탱크(904)는 모터펌프에 의하여 양수된 물을 저장하는 장치이다.The solar cell 901 is installed at a predetermined inclination angle from the ground in consideration of the altitude of the sun. The motor pump 903 is a device for pumping water, and the water tank 904 is a device for storing water pumped by the motor pump.
전력변환부(902)는 상술한 일사량에 따라서 전력공급시스템을 달리 운전하는 기능과 VVVF 인버터의 제어를 통하여 태양전지의 최대 출력점 추종을 제어하는 기능 중 어느 하나를 포함하거나 양쪽 모두를 포함할 수 있다. 상기 양수공급장치에서 부하는 모터펌프(903)이므로 일사량에 따라서 전력공급시스템을 달리 운전하는 기능을 구현하는 경우에는 상기 모터펌프를 기준으로 부하의 최소 운전 범위를 설정하여야 하며, VVVF 인버터의 제어를 통하여 태양전지의 최대 출력점 추종 제어를 하는 기능을 구현하는 경우에도 상기 모터펌프를 기준으로 최소 주파수와 최대 주파수를 설정하여야 한다. The power converter 902 may include one or both of a function of differently operating the power supply system according to the above-described solar radiation, and a function of controlling the maximum output point tracking of the solar cell through the control of the VVVF inverter. have. Since the load from the pumping device is a motor pump 903, when implementing a function of differently operating the power supply system according to the amount of insolation, the minimum operating range of the load must be set based on the motor pump, and the control of the VVVF inverter is controlled. Even when implementing the function to control the maximum output point tracking of the solar cell through the minimum frequency and the maximum frequency should be set based on the motor pump.
상술한 내용 및 그 등가물들은 다양한 형태로 구현될 수 있다는 것이 상기 설명으로부터 이해될 것이다. 그러므로, 본 설명이 특정 실시예와 관련하여 서술되었지만, 본 발명의 진정한 범위는 이하의 청구항들 및 당업자들에게 그 자체로 연상될 수 있는 임의의 등가물들에 의하여 제한되어야 하며, 본 명세서에서 서술된 특정 실시예에 의하여 제한되어서는 아니 된다.It will be understood from the foregoing description that the foregoing and equivalents thereof may be embodied in various forms. Therefore, while the description has been described in connection with specific embodiments, the true scope of the invention should be limited by the following claims and any equivalents that may be contemplated per se to those skilled in the art, as described herein. It should not be limited by the specific embodiment.
도 1은 제1 실시예에 따른 양수용 모터펌프를 위한 태양전지 이용 독립형 전력공급시스템의 블록도이다.1 is a block diagram of a standalone power supply system using a solar cell for a pumping motor pump according to a first embodiment.
도 2는 일사량에 따라서 전력공급시스템을 달리 운전하는 방법에 대한 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a method of differently operating a power supply system according to the amount of solar radiation.
도 3은 일사량에 따라서 전력공급시스템을 달리 운전함에 의하여 상기 시스템의 운전모드가 어떻게 변화하는지를 개략적으로 도시한 그래프이다.3 is a graph schematically showing how the operation mode of the system changes by operating the power supply system differently according to the amount of solar radiation.
도 4는 일사량에 따라서 전력공급시스템을 달리 운전하는 기능을 수행하는 태양전지를 이용한 독립형 전력공급시스템의 예시적인 블록도이다. 4 is an exemplary block diagram of a stand-alone power supply system using a solar cell that performs the function of operating the power supply system differently according to the amount of solar radiation.
도 5는 VVVF 인버터의 제어를 통하여 태양전지의 최대 출력점 추종 제어를 하는 기능을 수행하는 제어장치의 예시적인 블록도이다. 5 is an exemplary block diagram of a control device that performs a function of controlling the maximum output point tracking of a solar cell through control of a VVVF inverter.
도 6은 VVVF 인버터 제어를 통하여 태양전지의 최대 출력점 추종 제어를 하는 방법에 대한 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating a method of performing maximum output point tracking control of a solar cell through VVVF inverter control.
도 7은 제2 실시예에 따른 양수용 모터펌프를 위한 태양전지 이용 독립형 전력공급시스템의 블록도이다.7 is a block diagram of a standalone power supply system using a solar cell for a pumping motor pump according to a second embodiment.
도 8은 제3 실시예에 따른 양수용 모터펌프를 위한 태양전지 이용 독립형 전력공급시스템의 블록도이다.8 is a block diagram of a standalone power supply system using a solar cell for a pumping motor pump according to a third embodiment.
도 9는 태양전지를 이용한 독립형 전력공급시스템을 이용한 양수공급장치를 예시적으로 도시한 개략도이다.9 is a schematic diagram illustrating an example of a pumping supply device using a standalone power supply system using a solar cell.
Claims (8)
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KR1020090023086A KR100917307B1 (en) | 2009-03-18 | 2009-03-18 | Stand-alone power supply system for water pump motor using solar cells |
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