KR101015802B1 - Single Phase Photovoltaic Power Generation System For Anti-islanding Driver - Google Patents

Single Phase Photovoltaic Power Generation System For Anti-islanding Driver Download PDF

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Abstract

본 발명은 사용자발전설비의 단독운전 및 단독운전 상태에서의 계통연결을 방지하기 위해 사용자발전설비의 단독운전을 효율적으로 검출하고, 단독운전을 중지시키도록 한 단독운전 방지 단상 태양광발전시스템에 관한 것이다.

본 발명에 따른 단독운전방지 단상 태양광발전시스템은 단상 직류 전력을 생산하는 솔라셀; 상기 직류 전력의 직류전압 및 직류전류를 측정하는 제1계측기; 전력계통과 연결되고 상기 직류전력을 교류전력으로 변환하여 전력계통 및 부하 중 어느 하나에 공급하기 위한 직류-교류변환기; 상기 직류전압 및 직류전류를 제공받아 제1전압을 생성하는 엠피피티제어부; 상기 제1전압과 상기 직류전압의 제1 차전압을 생성하는 제1연산기; 상기 제1 차전압에 의해 제1전류를 검출하는 제1피아이제어기; 상기 교류전력의 계통전압 및 계통전류를 검출하는 제2계측기; 상기 계통전압의 위상을 검출하는 위상검출기; 상기 위상과 상기 제1전류를 승산하여 제2전류를 산출하는 제2연산기; 상기 부하에 공급되는 상기 교류전력의 부하전류를 검출하는 제3계측기; 상기 부하전류를 제공받아 상기 부하전류와 위상이 다른 두 상의 가상전류를 생성하고, 상기 부하전류와 상기 가상전류를 디큐 변환하여 제3전류를 산출하며, 상기 전력계통으로부터의 전력공급 중단시 상기 교류전력에 포함되는 상기 제3전류를 증폭하는 능동필터부; 상기 제3전류와 상기 제2전류를 가산하여 제4전류를 산출하는 제3연산기; 상기 계통전류로부터 상기 제4전류를 감산하여 제5전류를 검출하는 제4연산기; 상기 제5전류에 의해 제1 제어신호를 생성하는 제2피아이제어기; 상기 제1 제어신호에 따라 상기 직류-교류변환기의 상기 교류전력의 출력전압을 조절하기 위한 변환기제어신호를 생성하는 제어신호발생기; 및 상기 교류전력의 주파수를 감지하고, 상기 주파수가 변동되는 경우 변동정보를 생성하는 주파수 계전기;를 포함하여 구성되며, 상기 제2피아이제어기 및 상기 제어신호발생기 중 어느 하나는 상기 변동정보가 상기 주파수 계전기로부터 제공되는 경우 상기 직류-교류변환기의 동작을 중지시킨다.

Figure R1020080084176

태양광, 발전, 전력, 단상, 디큐변환, 단독운전

The present invention relates to an independent operation prevention single-phase photovoltaic power generation system to efficiently detect the independent operation of the user power generation equipment and to stop the single operation in order to prevent grid connection in the single operation and the single operation state of the user power generation equipment. will be.

Single operation prevented single-phase photovoltaic power generation system according to the present invention is a solar cell for producing single-phase DC power; A first measuring device for measuring a DC voltage and a DC current of the DC power; A DC-AC converter connected to a power system and converting the DC power into AC power to supply one of the power system and the load; An MPP controller configured to receive the DC voltage and the DC current to generate a first voltage; A first operator for generating a first difference voltage between the first voltage and the DC voltage; A first peer controller detecting a first current by the first difference voltage; A second measuring device for detecting a grid voltage and a grid current of the AC power; A phase detector for detecting a phase of the grid voltage; A second operator that multiplies the phase and the first current to calculate a second current; A third measuring device for detecting a load current of the AC power supplied to the load; Receiving the load current to generate a virtual current having two phases different from the load current, deciding the load current and the virtual current to calculate a third current, and when the power supply from the power system is stopped, the AC An active filter unit for amplifying the third current included in power; A third calculator configured to calculate the fourth current by adding the third current and the second current; A fourth operator configured to detect the fifth current by subtracting the fourth current from the grid current; A second peer controller for generating a first control signal by the fifth current; A control signal generator for generating a converter control signal for adjusting the output voltage of the AC power of the DC-AC converter according to the first control signal; And a frequency relay for sensing the frequency of the AC power and generating variation information when the frequency is changed, wherein any one of the second peer controller and the control signal generator has the variation information at the frequency. When provided from the relay, the operation of the DC-AC converter is stopped.

Figure R1020080084176

Solar power, power generation, electric power, single phase, deq conversion, single operation

Description

단독운전방지 단상 태양광 발전시스템{Single Phase Photovoltaic Power Generation System For Anti-islanding Driver}Single Phase Photovoltaic Power Generation System For Anti-islanding Driver

본 발명은 태양광 발전시스템에 관한 것으로 특히, 사용자발전설비의 단독운전 및 단독운전 상태에서의 계통연결을 방지하기 위해 사용자발전설비의 단독운전을 효율적으로 검출하고, 단독운전을 중지시키도록 한 단독운전 방지 단상 태양광발전시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photovoltaic power generation system. In particular, in order to prevent the single operation of the user power generation facility and the system connection in the single operation state, the single operation of the user power generation facility is efficiently detected and the single operation is stopped. An anti-operation single phase solar power system.

최근 전력수요의 급증에 따른 전력 인프라의 확충이 매우 중요한 문제로 부각되고 있다. 전력수요의 증가는 전기를 사용하는 가정용 생활기기의 증가와 함께 상가, 공장용 전력부하의 증가에 따른 것이다. 이러한 전력수요의 경우 특정 계절, 특정 시간대에 사용되는 전력부하가 급격하게 증가하면서 상시 대기전력의 부족분을 초래하고, 정전과 같은 사고 발생의 원인이 된다. 이러한 문제의 발생 방지를 위해 전력 인프라를 확충하고 사용을 제한하는 등의 다양한 시도가 이루어지고 있다.Recently, the expansion of power infrastructure due to the surge in power demand has emerged as a very important problem. The increase in electric power demand is accompanied by an increase in electric power loads in shops and factories, along with an increase in household appliances that use electricity. In the case of such a power demand, the power load used in a certain season and a specific time period increases rapidly, causing a shortage of standby power at all times and causing an accident such as a power failure. In order to prevent such problems, various attempts have been made, such as expanding the power infrastructure and restricting use.

이를 해소하기 위한 방안 중 하나로 태양광, 풍력, 태양열, 파력, 지열발전, 메탄가스를 이용한 화력발전과 같은 대체에너지 혹은 천연의 청정에너지를 이용한 방법이 주목받고 있다. 특히 태양광, 풍력, 태양열은 상대적으로 시설이 단순하고 우리나라 실정에 적합한 면이 있어 설치 및 운영을 국가적으로도 지원하고 있는 실정이다.As a way to solve this problem, attention is being paid to alternative energy such as solar power, wind power, solar power, wave power, geothermal power generation and thermal power generation using methane gas or natural clean energy. In particular, solar, wind and solar heat are relatively simple in facilities and suitable for Korea.

하지만, 이러한 실정에도 청정에너지를 이용한 사용자 발전설비의 시설 및 운영이 활발하지 않은 것이 현실이다. 이는 사용자발전설비의 설치에 따른 문제와 함께 전력계통과의 연계 곤란이 주된 이유로 작용한다. 즉, 기존 발전설비들에 비해 작은 발전량을 가지는 사용자발전설비를 전력계통에 연결하기 위해서는 직접연결하거나 전력변환기와 같은 장치를 이용하여야 한다. 그러나, 전력계통에 연결되는 대체발전설비 혹은 이를 연결하기 위한 전력변환기는 비선형부하들과 같이 고조파를 발생시키는 고조파 부하로 작용하고 이를 통해 전력 계통 전반에 대한 품질저하를 발생시킨다. 때문에, 전력인프라를 운영하고 있는 한국전력, 발전회사 들에서는 전력이 부족함에도 개인 또는 소규모 사업자가 생산하는 전력을 수용하길 꺼리게 되고, 설사 전력을 수전하더라도 매우 한정된 양만을 수용하여 전력품질을 일정수준으로 유지하기 위한 노력을 기울이고 있다.However, even in such a situation, the facility and operation of the user power generation facility using clean energy is not active. This is mainly due to the problem of installation of user power generation equipment and the difficulty of linking with power system. That is, in order to connect a user power generation facility having a smaller amount of electricity than the existing power generation facilities to a power system, a direct connection or a device such as a power converter must be used. However, an alternative power plant connected to the power system, or a power converter for connecting the same, acts as a harmonic load that generates harmonics, such as nonlinear loads, resulting in quality degradation of the entire power system. As a result, KEPCO and power generation companies that operate power infrastructure are reluctant to accept electricity produced by individuals or small businesses even when electricity is scarce. Efforts are being made to maintain.

한편, 이와 같은 사용자발전설비는 종종 단독운전에 의해 사용되고 있다. 하지만, 단독운전은 계통 공사 인력에 대한 안전, 재폐로 계전기의 재폐로시 기기 손상 등의 문제를 일으킬 수 있기 때문에 반드시 검출되어 차단되어야만 한다. 하지만, 기존의 단독 운전 방지 기법 중 수동적인 방법은 단독운전 불검출 영역을 가지며 능동적인 방법은 전력 품질 문제, 전류 왜곡 문제 등을 발생시켜 효과적이고 안정적인 단독운전 검출 및 단독운전 중지 방법의 모색이 시급한 실정이다.On the other hand, such user power generation equipment is often used by single operation. However, stand-alone operation must be detected and shut off because it can cause problems such as safety for system construction personnel and equipment damage when reclosing relays. However, the passive method of the existing anti-single operation method has a non-operational detection area, and the active method generates power quality problems and current distortion problems, so it is urgent to find effective and stable single operation detection and single operation stop method. to be.

따라서, 본 발명의 목적은 사용자발전설비의 단독운전 및 단독운전 상태에서의 계통연결을 방지하기 위해 사용자발전설비의 단독운전을 효율적으로 검출하고, 단독운전을 중지시키도록 한 단독운전 방지 단상 태양광발전시스템을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to prevent the single operation of the user power generation facility and the single operation of the user power generation facility to effectively detect the single operation of the user power generation facility to prevent grid connection, and to prevent the single operation stop single phase solar light. It is to provide a power generation system.

또한, 본 발명의 다른 목적은 사용자발전설비 또는 비선형부하로부터 발생하는 고조파, 무효전력, 전압불평형, 전류불평형 성분을 보상하여 사용자발전설비와 계통전력의 연결시 전력품질의 저하를 방지하도록 한 단독운전 방지 단상 태양광 발전시스템을 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to compensate for the harmonics, reactive power, voltage unbalance, current unbalance components generated from the user power plant or non-linear load to prevent the deterioration of power quality when connecting the user power plant and grid power It is to provide a single-phase solar power generation system.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 단독운전방지 단상 태양광발전시스템은 단상 직류 전력을 생산하는 솔라셀; 상기 직류 전력의 직류전압 및 직류전류를 측정하는 제1계측기; 전력계통과 연결되고 상기 직류전력을 교류전력으로 변환하여 전력계통 및 부하 중 어느 하나에 공급하기 위한 직류-교류변환기; 상기 직류전압 및 직류전류를 제공받아 제1전압을 생성하는 엠피피티제어부; 상기 제1전압과 상기 직류전압의 제1 차전압을 생성하는 제1연산기; 상기 제1 차전압에 의해 제1전류를 검출하는 제1피아이제어기; 상기 교류전력의 계통전압 및 계통전류를 검출하는 제2계측기; 상기 계통전압의 위상을 검출하는 위상검출기; 상기 위상과 상기 제1전류를 승산하여 제2전류를 산출하는 제2연산기; 상기 부하에 공급되는 상기 교류전력의 부하전류를 검출하는 제3계측기; 상기 부하전류를 제공받아 상기 부하전류와 위상이 다른 두 상의 가상전류를 생성하고, 상기 부하전류와 상기 가상전류를 디큐 변환하여 제3전류를 산출하며, 상기 전력계통으로부터의 전력공급 중단시 상기 교류전력에 포함되는 상기 제3전류를 증폭하는 능동필터부; 상기 제3전류와 상기 제2전류를 가산하여 제4전류를 산출하는 제3연산기; 상기 계통전류로부터 상기 제4전류를 감산하여 제5전류를 검출하는 제4연산기; 상기 제5전류에 의해 제1 제어신호를 생성하는 제2피아이제어기; 상기 제1 제어신호에 따라 상기 직류-교류변환기의 상기 교류전력의 출력전압을 조절하기 위한 변환기제어신호를 생성하는 제어신호발생기; 및 상기 교류전력의 주파수를 감지하고, 상기 주파수가 변동되는 경우 변동정보를 생성하는 주파수 계전기;를 포함하여 구성되며, 상기 제2피아이제어기 및 상기 제어신호발생기 중 어느 하나는 상기 변동정보가 상기 주파수 계전기로부터 제공되는 경우 상기 직류-교류변환기의 동작을 중지시킨다.In order to achieve the above object, the single operation prevention single-phase photovoltaic power generation system according to the present invention includes a solar cell for producing single-phase DC power; A first measuring device for measuring a DC voltage and a DC current of the DC power; A DC-AC converter connected to a power system and converting the DC power into AC power to supply one of the power system and the load; An MPP controller configured to receive the DC voltage and the DC current to generate a first voltage; A first operator for generating a first difference voltage between the first voltage and the DC voltage; A first peer controller detecting a first current by the first difference voltage; A second measuring device for detecting a grid voltage and a grid current of the AC power; A phase detector for detecting a phase of the grid voltage; A second operator that multiplies the phase and the first current to calculate a second current; A third measuring device for detecting a load current of the AC power supplied to the load; Receiving the load current to generate a virtual current having two phases different from the load current, deciding the load current and the virtual current to calculate a third current, and when the power supply from the power system is stopped, the AC An active filter unit for amplifying the third current included in power; A third calculator configured to calculate the fourth current by adding the third current and the second current; A fourth operator configured to detect the fifth current by subtracting the fourth current from the grid current; A second peer controller for generating a first control signal by the fifth current; A control signal generator for generating a converter control signal for adjusting the output voltage of the AC power of the DC-AC converter according to the first control signal; And a frequency relay for sensing the frequency of the AC power and generating variation information when the frequency is changed, wherein any one of the second peer controller and the control signal generator has the variation information at the frequency. When provided from the relay, the operation of the DC-AC converter is stopped.

상기 능동필터부는, 상기 부하전류를 지연시켜 가상의 제2 및 제3 전류를 생성하는 지연전류생성기; 상기 부하전류 및 상기 제2 및 제3 가상전류를 2상 전류로 변환하는 디큐변환기; 상기 2상 전류를 필터링하여 저역 2상전류를 생성하는 저역통과필터; 상기 저역 2상 전류와 상기 디큐변환기로부터의 상기 2상전류를 감산연산하여 2상 제3전류를 생성하는 감산기; 및 상기 2상 제3전류를 역디큐변환하여 단상 제3전류를 생성하는 역디큐변환기;를 포함하여 구성된다.The active filter unit may include a delay current generator configured to delay the load current to generate virtual second and third currents; A dequeue converter for converting the load current and the second and third virtual currents into two-phase currents; A low pass filter for filtering the two-phase current to generate a low-pass two-phase current; A subtractor for generating a two-phase third current by subtracting the low-pass two-phase current and the two-phase current from the dequeu converter; And an inverted dequeue converter for generating a single-phase third current by inverting the two-phase third current.

상기 디큐변환기는 상기 부하전류와 상기 제2 및 제3 가상전류에 의한 상기 2상 전류 생성시 발생되는 영상성분전류를 상기 역디큐변환기에 제공한다.The dequeu converter provides an image component current generated when the two-phase current is generated by the load current and the second and third virtual currents to the inverse dequeu converter.

본 발명에 따른 단독운전방지 단상 태양광발전시스템은 사용자발전설비의 단독운전 및 단독운전 상태에서의 계통연결을 방지하기 위해 사용자발전설비의 단독운전을 효율적으로 검출하고, 단독운전을 중지시키도록 하는 것이 가능하다.Single operation prevention single-phase photovoltaic power generation system according to the present invention to effectively detect the single operation of the user power plant and to stop the single operation in order to prevent grid connection in the single operation state and the single operation state of the user power plant It is possible.

또한, 본 발명에 따른 단독운전방지 단상 태양광발전시스템은 사용자발전설비 또는 비선형부하로부터 발생하는 고조파, 무효전력, 전압불평형, 전류불평형 성분을 보상하여 사용자발전설비와 계통전력의 연결시 전력품질의 저하를 방지하도록 하는 것이 가능하다.In addition, the single operation preventive single phase photovoltaic power generation system according to the present invention compensates harmonics, reactive power, voltage unbalance, and current unbalance components generated from user power generation facilities or non-linear loads, thereby improving power quality when connecting power generation facilities and grid power. It is possible to prevent degradation.

또한, 본 발명에 따른 태양광발전시스템(100)은 분산형 전원장치로써 태양광발전시스템의 발전 및 보급화에 유익하고, 기존의 태양광잘전시스템에 용이하에 적용하는 것이 가능하여 큰 비용을 들이지 않고도 전력공급 및 이의 품질을 우수한 수준으로 유지하는 것이 가능해진다.In addition, the photovoltaic power generation system 100 according to the present invention is advantageous in the development and diffusion of the photovoltaic power generation system as a distributed power supply device, and can be easily applied to an existing photovoltaic power system, which is not expensive. It is possible to maintain the power supply and its quality at an excellent level without the need.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 참조번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대한 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. In the accompanying drawings, it should be noted that the same reference numerals are used in the drawings to designate the same configuration in other drawings as much as possible. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or known configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, certain features presented in the drawings are enlarged for ease of description, and the drawings and the components thereof are not necessarily drawn to scale. However, those skilled in the art will readily understand these details.

도 1은 일반적인 태양광발전시스템의 개략적인 구성을 예시한 구성예시도이다.1 is a configuration example illustrating a schematic configuration of a general photovoltaic power generation system.

도 1을 참조하면, 일반적인 태양광발전시스템은 솔라셀(10, 또는 광전지 어레이), 직류필터(20), 제1계측기(30), 직류-교류 변환기(40), 교류필터(50), 제2계측기(60), 전력계통(70), 부하(80), 제어시스템(90) 및 제3계측기(95)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, a general photovoltaic power generation system includes a solar cell 10 or a photovoltaic array, a direct current filter 20, a first measuring device 30, a direct current-to-AC converter 40, an alternating current filter 50, and a first filter. It comprises a two meter 60, the power system 70, the load 80, the control system 90 and the third instrument (95).

솔라셀(10)은 태양광에 의해 전력을 생산하는 다수의 반도체 소자가 일정하게 배열되고, 태양광에 의해 전력을 생산하여 공급한다. 솔라셀(10)로부터 생산된 전력은 직류필터를 거쳐 직류-교류 변환기(40)로 전달되고, 직류-교류 변환기(40)는 솔라셀(10)로부터 공급되는 직류 전력을 교류전력으로 변환하게 된다. 직류-교류 변환기(40)로부터 제공되는 교류전력은 교류필터(50)를 거쳐 전력계통(70)에 연결됨과 아울러 부하(80)에 공급된다.In the solar cell 10, a plurality of semiconductor devices that generate power by solar light are constantly arranged, and produce and supply power by solar light. The power generated from the solar cell 10 is transferred to the DC-AC converter 40 through the DC filter, and the DC-AC converter 40 converts the DC power supplied from the solar cell 10 into AC power. . AC power provided from the DC-AC converter 40 is connected to the power system 70 via the AC filter 50 and is supplied to the load 80.

이러한 과정에 사용되는 직류-교류 변환기(40)는 비선형 장치로써, 변환기에 의해 생성된 교류전력에는 고조파, 무효전력 성분이 많이 포함되어 있게 된다. 또 한, 솔라셀(10)의 경우 태양광, 솔라셀(10) 온도와 같은 환경적 요인에 의해 출력이 급변하기 때문에 전력계통(70)과 솔라셀(10)을 연결하는 경우 전력불평형이 발생할 수 있다.The DC-AC converter 40 used in this process is a non-linear device, and the AC power generated by the converter includes many harmonics and reactive power components. In addition, in the case of the solar cell 10, power unbalance may occur when the power system 70 and the solar cell 10 are connected because the output is suddenly changed by environmental factors such as solar light and the temperature of the solar cell 10. Can be.

때문에, 태양광발전시스템에서는 DSP(91, Digital Signal Processor), 신호조절회로(93)와 같은 회로장치를 가지는 제어시스템(90)을 두어 직류-교류 변환기(40)의 전력 변환 및 최대출력을 유지하기 위한 최대전력추종(MPPT : Maximum Power Point Tracking)과 같은 제어를 수행하게 된다. 이를 위해 제어시스템(90)은 제1계측기(30), 제2계측기(50) 및 제3계측기(95)로부터의 계측 전류에 따라 변환기제어신호(40)를 발생하여 전력변환을 수행하게 된다.Therefore, in the photovoltaic power generation system, a control system 90 having circuit devices such as a digital signal processor (DSP) and a signal control circuit 93 is provided to maintain power conversion and maximum output of the DC-AC converter 40. Control such as Maximum Power Point Tracking (MPPT) is performed. To this end, the control system 90 generates the converter control signal 40 according to the measurement currents from the first instrument 30, the second instrument 50, and the third instrument 95 to perform power conversion.

도 2는 본 발명에 따른 고조파전류 보상 단상 태양광발전시스템의 구성예를 도시한 예시도이다.2 is an exemplary view showing a configuration example of a harmonic current compensation single phase photovoltaic system according to the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 태양광발전시스템(100)은 솔라셀(110), 직류필터(120), 제1계측기(125), 직류-교류변환기(130), 교류필터(135), 제2계측기(140), 전력계통(145), 제3계측기(147), 출력전압피드백부(160), 엠피피티제어부(163), 제1연산기(166), 제1피아이제어기(169), 위상검출기(172), 제2연산기(175), 제3연산기(178), 제4연산기(181), 제2피아이제어기(184), 제어신호발생기(187), 능동필터부(190) 및 주파수계전기(200)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 2, the photovoltaic power generation system 100 according to the present invention includes a solar cell 110, a direct current filter 120, a first measuring instrument 125, a DC-AC converter 130, and an alternating current filter 135. , Second instrument 140, power system 145, third instrument 147, output voltage feedback unit 160, MPP controller 163, first operator 166, first PPI controller 169 , Phase detector 172, second operator 175, third operator 178, fourth operator 181, second peer controller 184, control signal generator 187, active filter unit 190, and It is configured to include a frequency relay 200.

솔라셀(110)에서 전력(Vd)이 생산되면 직류필터(120)를 거쳐 1차적으로 전력에 포함된 노이즈를 제거하게 된다. 직류필터(120)는 콘텐서(C1)와 인덕터(L1)로 구성될 수 있으나 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 직류필터(120)에 의해 노이즈가 1차적으로 제거된 전력은 직류-교류변환기(130)로 전달된다. 이때, 직류-교류변환기(130)로 전달되는 전력은 제1계측기(125)에 의해 전압(Vdc)과 전류(Idc)가 측정된다. 이 측정된 전압(Vdc) 및 전류(Idc)는 엠피피티제어부(163)에 전달되어 제1전압(Vref)의 산출에 이용된다. 여기서, 제1전압(Vref)는 계통 및 부하에 최대 전력을 전달하기 위해 최대전력 추종 및 고조파 보상에 따른 제어신호의 생성을 위한 전압이다. 아울러, 직류-교류변환기(130)는 솔라셀(110)로부터 제공되는 직류 전력을 교류전력으로 변환하고 이를 통해 전력계통(145)과 연결되어 전력을 부하(150)에 공급하게 된다. 이 과정에서 변환된 교류전력은 교류필터(135)를 거쳐 변환과정에서 생성된 노이즈가 제거된다. 이때, 제2계측기에의해 교류전력의 교류전류(Iac)가 측정되어 제4연산기(181)에 제공된다.When the power Vd is produced in the solar cell 110, the noise included in the power is primarily removed through the DC filter 120. DC filter 120 may be composed of a capacitor (C1) and an inductor (L1), but this does not limit the present invention. Power from which noise is primarily removed by the DC filter 120 is transmitted to the DC-AC converter 130. At this time, the power delivered to the DC-AC converter 130 is measured by the first instrument 125, the voltage (Vdc) and the current (Idc). The measured voltage Vdc and current Idc are transmitted to the MPC controller 163 and used to calculate the first voltage Vref. Here, the first voltage Vref is a voltage for generating a control signal according to maximum power following and harmonic compensation in order to deliver maximum power to the system and the load. In addition, the DC-AC converter 130 converts the DC power provided from the solar cell 110 into AC power and is connected to the power system 145 to supply power to the load 150. The AC power converted in this process is removed through the AC filter 135 to remove the noise generated in the conversion process. At this time, the AC current Iac of the AC power is measured by the second measuring instrument and provided to the fourth operator 181.

한편, 제1계측기(125)에 의해 측정된 직류전압(Vdc)은 출력전압피드백부(160)와 엠피피티제어부(163)에 전달된다. 이 중 출력전압피드백부(160)에 제공된 직류전압(Vdc)은 제1연산기(166)에 전달된다. 여기서, 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 출력전압피드백부(160)를 구성으로 제시하였으나, 출력전압피드백부(160)는 별도의 회로장치에 의해 구성되지 않고 직류전압계(PT1)와 제1연산기(166)를 직접연결하여 구현할 수 있다. 그리고, 엠피피티제어부(163)는 제1계측기(125)로부터 제공되는 직류전압(Vdc)과 직류전류(Iac)를 이용하여 제1전압(Vref)을 산출하고, 산출된 제1전압(Vref)을 제1연산기(166)에 전달한다. 제1연산기(166)는 제1전압(Vref)과 피드백된 직류전압(Vdc)을 감산연산하여 차전압(Vref-Vdc)을 제1피아이제어기(169)에 전달한다. 제1피아이제어기(169, Propotional-integral)는 차전압(Vref-Vdc)을 이용하여 제1전류(Irms)를 검출하고, 검출된 제1전류(Irms)를 제2연산기(175)에 전달한다.Meanwhile, the DC voltage Vdc measured by the first measuring unit 125 is transmitted to the output voltage feedback unit 160 and the MPP control unit 163. Among these, the DC voltage Vdc provided to the output voltage feedback unit 160 is transmitted to the first operator 166. Here, in the present invention, for convenience of description, the output voltage feedback unit 160 is provided as a configuration, but the output voltage feedback unit 160 is not constituted by a separate circuit device, but the DC voltmeter PT1 and the first operator ( 166 may be implemented by connecting directly. In addition, the MPP controller 163 calculates the first voltage Vref using the DC voltage Vdc and the DC current Iac provided from the first measuring instrument 125, and calculates the calculated first voltage Vref. Is transmitted to the first operator 166. The first operator 166 subtracts the first voltage Vref and the fed back DC voltage Vdc to transfer the difference voltage Vref-Vdc to the first PPI 169. The first PPI 169 detects the first current Irms by using the difference voltage Vref-Vdc and transfers the detected first current Irms to the second calculator 175. .

이 제2연산기(175)는 위상검출기(172)와 연결되고, 위상검출기(172)로부터 제공되는 교류전력의 위상(θ)을 제공받는다. 위상검출기(172)는 제2계측기(140)의 전압계(PT2)로부터 제공되는 계통전압(Vac)을 이용하여 계통전압과 동상인 정현파 전압을 생성하기 위해 위상동기회로(PLL : Phase-Locked Loop) 제어등을 이용하여 계통전압의 위상(θ)을 검출하여 제2연산기(175)에 전달한다. 제2연산기(175)는 제1피아이제어기(169)로부터 전달되는 제1전류(Irms)와 위상검출기(172)로부터의 계통전압위상(θ)을 이용하여 제2전류(Iref)를 생성하고, 생성된 제2전류(Iref)를 제3연산기(178)로 전달한다. The second operator 175 is connected to the phase detector 172 and is provided with a phase θ of AC power provided from the phase detector 172. The phase detector 172 uses a grid voltage Vac provided from the voltmeter PT2 of the second meter 140 to generate a sine wave voltage in phase with the grid voltage (PLL: Phase-Locked Loop). The phase θ of the system voltage is detected by using a control lamp and transmitted to the second operator 175. The second operator 175 generates a second current Iref by using the first current Irms transmitted from the first PIR controller 169 and the system voltage phase θ from the phase detector 172, The generated second current Iref is transferred to the third operator 178.

능동필터부(190)는 이하에서 좀더 상세히 설명하겠지만, 단상 부하전류(Iload)를 내부적으로 가상의 3상 전류로 변환한뒤 이를 다시 2상으로 변환하여 내부적으로 처리하고, 역 2상 변환을 통해 제3전류(Ihar_ref)를 생성하여 제 3연산기(178)에 전달한다. 여기서, 부하전류(Iload)는 제3계측기(147)에 의해 측정되어 제공될 수 있다. 제3연산기는 제2연산기(175)로부터의 제2전류(Iref)와 능동필터부(190)로부터의 제3전류(Ihar_ref)를 가산연산하여 제4연산기(181)에 전달한다.The active filter 190 will be described in more detail below, but converts the single-phase load current (Iload) into a virtual three-phase current internally and then converts it back to a two-phase and internally processes it through a reverse two-phase conversion. The third current Ihar_ref is generated and transferred to the third operator 178. Here, the load current Iload may be measured and provided by the third meter 147. The third operator adds the second current Iref from the second operator 175 and the third current Ihar_ref from the active filter unit 190 and transfers the calculated current to the fourth operator 181.

제4연산기(181)는 제2계측기(140)의 전류계(CT2)로부터 전달되는 교류전류(Iac)와 제4연산기(181)로부터 전달되는 제4전류(Iref+Ihar_ref)를 이용하여 감산연산을 수행하여 제5전류(Iout)를 생성하고, 생성된 제5전류(Iout)를 제2피아이제어기(184)에 전달한다. 제2피아이제어기(184)는 제 2차전류(Iout)를 이용하여 제어신호발생기(187)의 제어를 위한 제1제어신호(con_s)를 제어신호발생기(187)에 전달한다. 제어신호발생기(187)는 제1제어신호(con_s)에 부응하여 직류-교류변환기(130)의 출력전압(Vac)을 조절하기 위한 변환기제어신호(pwm_sw)를 생성하고, 생성된 변환기제어신호(pwm_sw)을 직류-교류변환기(130)에 제공한다. 여기서, 변환기제어신호(pwm_sw)는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호일 수 있으며, 직류-교류변환기는 PWM 신호에 따라 스위칭동작을 수행하는 복수의 스위칭장치를 포함하여 구성될 수 있다.The fourth operator 181 performs a subtraction operation using the alternating current Iac transmitted from the ammeter CT2 of the second meter 140 and the fourth current Iref + Ihar_ref transmitted from the fourth operator 181. The fifth current Iout is generated, and the generated fifth current Iout is transmitted to the second PPI 184. The second PIA controller 184 transmits the first control signal con_s for controlling the control signal generator 187 to the control signal generator 187 using the second current Iout. The control signal generator 187 generates a converter control signal pwm_sw for adjusting the output voltage Vac of the DC-AC converter 130 in response to the first control signal con_s, and generates the generated converter control signal ( pwm_sw) is provided to the DC-AC converter 130. Here, the converter control signal pwm_sw may be a pulse width modulation (PWM) signal, and the DC-AC converter may include a plurality of switching devices that perform a switching operation according to the PWM signal.

상기와 같은 구성에 의해 직류-교류변환기(130)에서 출력되는 전압이 솔라셀(110)의 전압(Vdc) 및 전류(Idc)의 변화에 부응하여 최대출력을 추종함으로써 안정적인 전력의 생산 및 공급이 가능하다. 또한, 본 발명에 따른 고조파전류 보상 단상 태양광발전시스템은 솔라셀(110)의 전압(Vdc) 및 전류(Idc)를 검출함과 동시에 부하전류(Iload)에 따른 제3전류(Ihar_ref)를 피드백 받아 반영함으로써 추종제어와 함께 고조파 발생 부하에 의한 고조파를 보상하여 전력계통의 품질저하를 방지하는 것이 가능하다.By the above configuration, the voltage output from the DC-AC converter 130 follows the maximum output in response to changes in the voltage Vdc and the current Idc of the solar cell 110, thereby producing and supplying stable power. It is possible. In addition, the harmonic current compensation single-phase photovoltaic system according to the present invention detects the voltage (Vdc) and current (Idc) of the solar cell 110 and at the same time feeds back the third current (Ihar_ref) according to the load current (Iload) It is possible to prevent the deterioration of the power system by compensating the harmonics caused by the harmonic generating load by following the reflection control.

한편, 본 발명에 따른 태양광 발전시스템은 전력계통(145)과 연계되지 않는 태양광 발전시스템의 단독 운전을 검출하여 동작을 중지시키는 기능을 수행한다. 본 발명에 따른 태양광 발전시스템(100)은 부하에 흐르는 고조파를 검출하고, 이 고조파를 증가시켜 전력의 주파수를 증가시킴으로써 용이하게 단독운전을 검출하고, 주파수 검출 계전기에 의한 검출 및 제어신호 발생에 의한 직류-교류변환기(130)의 동작을 중지시킴으로써 태양광 발전시스템(100)의 단독운전을 방지하게 된다.On the other hand, the photovoltaic power generation system according to the present invention performs a function of detecting the operation of the solar power generation system not associated with the power system 145 to stop the operation. The photovoltaic power generation system 100 according to the present invention detects harmonics flowing in a load, and easily detects single operation by increasing the frequency of power by increasing the harmonics, and detecting and generating control signals by a frequency detection relay. By stopping the operation of the DC-AC converter 130 to prevent the independent operation of the photovoltaic system 100.

이를 위해, 능동필터부(190)는 태양광 발전시스템의 단독운전시 부하전류(Iload)의 고조파 성분을 반복해서 증가시킨다. 즉, 단독운전에 의해 운행되는 태양광 발전시스템(100)으로부터의 전력은 직류-교류변환기(130)를 통해 부하(150)로 공급된다. 이때, 직류-교류변환기(130)에 의해 공급되는 전력이 부하(150)가 공급받는 총전력이 되며, 직류-교류변환기(130)의 출력전류(Iac)는 부하전류(Iload)와 같게 된다. 능동필터부(190)는 이 부하전류(Iload)에 포함된 고조파 성분을 상술한 바와 같이 추출하고 이에 따라 제2PI제어기(184) 및 제어신호발생기(187)가 고조파 보상에 따른 제어를 수행하여 직류-교류변환기(130)기는 이에 따른 동작을 수행하게 된다. 이때, 직류-교류변환기(130)를 통해 출력되는 고조파 성분이 포함된 출력전류(Iac)는 전부 부하(150)로 공급되고, 능동필터부(190)는 다시 고조파 성분이 포함된 출력전류(Iac)로 부터 고조파 성분을 추출하여 제어신호를 생성하는 과정을 반복하게 된다. 이에 따라 직류-교류변환기(130)로부터 출력되는 출력전류(Iac)의 고조파 성분은 증가하게 되고 이로 인해 전력의 주파수가 변하게 된다.To this end, the active filter unit 190 repeatedly increases the harmonic components of the load current (Iload) during the single operation of the photovoltaic system. That is, the electric power from the solar power generation system 100 which is operated by a single operation is supplied to the load 150 through the DC-AC converter 130. At this time, the power supplied by the DC-AC converter 130 becomes the total power supplied by the load 150, and the output current Iac of the DC-AC converter 130 becomes equal to the load current Iload. The active filter 190 extracts the harmonic components included in the load current Iload as described above, and accordingly, the second PI controller 184 and the control signal generator 187 perform control according to the harmonic compensation to perform direct current. The alternating current transformer 130 performs the operation accordingly. At this time, the output current Iac including the harmonic components output through the DC-AC converter 130 is supplied to the load 150, and the active filter unit 190 again outputs the output current Iac including the harmonic components. ), The process of extracting harmonic components and generating a control signal is repeated. Accordingly, the harmonic component of the output current Iac output from the DC-AC converter 130 increases, thereby changing the frequency of power.

전력의 주파수가 증가하게 되면 이를 주파수 계전기(200)가 감지하고, 사용한도를 벗어난 주파수가 감지되면 단독운전 중지제어신호(An_Is)를 제2 피아이제어기(184)로 전달하게 된다. 단독운전 중지제어신호(An_Is)가 주파수 계전기(200)로부터 전달되며, 제2 PI제어기(184)는 제어신호 발생기(187)의 제어신호 발생을 중지시키게 됨으로써 전력변환이 중단되어 태양광 발전 시스템의 단독운전을 방지하 게 된다.When the frequency of the power is increased, the frequency relay 200 detects this, and when a frequency out of use is detected, the single operation stop control signal An_Is is transmitted to the second P controller 184. The stand-alone operation stop control signal An_Is is transmitted from the frequency relay 200, and the second PI controller 184 stops generating the control signal of the control signal generator 187, thereby stopping power conversion to generate a photovoltaic system. It prevents single operation.

도 3은 도 2의 능동필터(190)의 구성을 좀더 상세히 도시한 예시도이다.3 is a diagram illustrating in detail the configuration of the active filter 190 of FIG.

도 3을 참조하면, 능동필터(190)는 지연전류 생성기(191), 디큐변환기(193), 저역필터(195 : 195a, 195b), 감산기(197 : 197a, 197b) 및 역디큐변환기(199)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 3, the active filter 190 includes a delay current generator 191, a dequeue converter 193, a low pass filter 195: 195a and 195b, a subtractor 197: 197a and 197b, and an inverted dequeue converter 199. It is configured to include.

일반적으로 단상 시스템에서는 디큐변환(D-Q Transformation)을 수행할 수 없다. 하지만, 고조파 전류의 추출을 위해서는 디큐변환이 필요하며, 이를 위해 본 발명에는 지연전류 생성기(191)를 통해 가상의 b상(제2상), c상(제3상)을 생성하여 가상의 삼상 전류를 통해 고조파 전류(Ihar_ref)를 추출함으로써 고조파 보상을 수행하게 된다.In general, D-Q transformation cannot be performed on a single-phase system. However, dequeue conversion is required to extract harmonic currents. For this purpose, the virtual b-phase (second phase) and c-phase (third phase) are generated through the delay current generator 191 in the present invention. Harmonic compensation is performed by extracting the harmonic current Ihar_ref through the current.

이를 위해 지연전류 생성기(191)는 부하전류(Iload)를 제3계측기(147)를 통해 제공받아 120도 및 240도의 위상지연을 통해 가상의 b상 및 c상 부하전류(Iload_b, Iload_c)를 생성한다. 여기서, 지연전류 생성기(191)는 DSP(Digital Signal Processor), AVR(Automatic Voltage Regulator)과 같은 제어기의 메모리를 이용하여 구현하는 것이 가능하다. 또는 지연전류 생성기(191)는 추정위상각 및 추정진폭을 이용한 연산, 1차 또는 2차 저역통과필터를 이용한 생성, 2차전역통과필터를 이용한 연산을 통해 가상의 b상 및 c상 전류를 생성하도록 하는 것이 가능하다.To this end, the delay current generator 191 receives the load current Iload through the third measuring unit 147 and generates virtual b-phase and c-phase load currents Iload_b and Iload_c through 120 and 240 degree phase delays. do. Here, the delay current generator 191 may be implemented using a memory of a controller such as a digital signal processor (DSP) and an automatic voltage regulator (AVR). Alternatively, the delay current generator 191 generates virtual b-phase and c-phase currents by calculating using an estimated phase angle and estimated amplitude, generating using a first or second low pass filter, and using a second full pass filter. It is possible to do so.

지연전류 생성기(191)에서 발생된 b상 및 c상 전류(Iload_b, Iload_c)와 부 하전류(Iload, 편의상 Iload_a로 표현하기로 한다)에 의해 3상 부하전류(Iload_a, b, c)가 구성되면, 3상 부하전류(Iload_a,b,c)는 디큐변환기(193)로 전달된다. 디큐변환기(193)는 3상 부하전류(Iload_a, b, c)를 d상 및 q상의 부하전류(Iload_d, Iload_q)로 변환하고 이를 저역통과필터(195)에 제공한다.The three-phase load currents Iload_a, b, and c are configured by the b-phase and c-phase currents Iload_b and Iload_c generated by the delay current generator 191 and the load currents (Iload, which will be referred to as Iload_a for convenience). When the three-phase load current (Iload_a, b, c) is transmitted to the dequeu converter 193. The dequeue converter 193 converts the three-phase load currents Iload_a, b, and c into d- and q-phase load currents Iload_d and Iload_q and provides them to the low pass filter 195.

저역통과필터(195)를 통과하여 중고역 성분이 제거된 저역 2상부하전류(Id_lpf, Iq_lpf)는 감산기(197)로 전달된다. 감산기(197)는 d상 및 q상의 부하전류(Iload_d, Iload_q)와 저역 2상부하전류(Id_lpf, Iq_lpf)의 감산연산을 수행하고 이에 따라 생성된 d상 및 q상(또는 2상) 제3전류(Ihar_d_ref, Ihar_q_ref)를 역디큐변환기(199)에 전달한다. 이 과정에서 위상지연을 통하여 가상의 b상, c상을 생성하여 dq변환을 수행하는 경우 기본상인 부하전류(Iload_a)는 변환에 의해 직류성분으로 변환된다. 이 직류성분은 저역통과필터(195)에 의해 제거되고 이를 통해 고조파 성분만을 용이하게 추출하는 것이 가능해진다. 가상의 b상 및 c상을 생성하는 경우 부하에 따라 불평형 성분이 생길 수 있다. 때문에 불평형성분의 제거를 위해 영상성분(Izero)을 고려하여 변환을 수행함으로써 불평형성분을 제거하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 디큐변환기(193)가 변환과정에서 발생된 영상성분전류(Izero)를 역디큐변환기(199)에 전달하고, 역디큐변환기(199)는 이 영상성분전류(Izero)를 반영하여 역디큐변환을 수행하게 된다. 이를 통해 역디큐변환기(199)는 2상 제3전류(Ihar_d_ref, Ihar_q_ref)를 역DQ변환하여 단상의 제3전류(Ihar_ref)를 생성하게 된다. 이후 도 2에 도시된 구성에 의해 고조파 보상 기능이 수행된다.The low pass two-phase load currents Id_lpf and Iq_lpf from which the mid-range component is removed through the low pass filter 195 are transmitted to the subtractor 197. The subtractor 197 performs a subtraction operation of the load currents Iload_d and Iload_q of the d-phase and q-phases and the low-pass two-phase load currents Id_lpf and Iq_lpf, and generates the d-phase and q-phase (or 2-phase) thirds. The currents Ihar_d_ref and Ihar_q_ref are transmitted to the inverted dequeue converter 199. In this process, when the virtual b-phase and c-phase are generated by the phase delay to perform the dq conversion, the load current Iload_a, which is the basic phase, is converted into a DC component by the conversion. This direct current component is removed by the low pass filter 195, thereby making it possible to easily extract only the harmonic components. In the case of generating virtual b-phase and c-phase, an unbalanced component may occur depending on the load. Therefore, in order to remove the unbalanced component, the unbalanced component is removed by performing the transformation considering the image component (Izero). Accordingly, in the present invention, the dequeue converter 193 transfers the image component current Izero generated in the conversion process to the inverse dequeue converter 199, and the reverse dequeue converter 199 reflects the image component current Izero. Inverse dequeue conversion is performed. Through this, the inverted dequeuer converter 199 generates a single-phase third current Ihar_ref by performing inverse DQ conversion on the two-phase third currents Ihar_d_ref and Ihar_q_ref. Then, the harmonic compensation function is performed by the configuration shown in FIG. 2.

한편, 전술한 바와 같이 능동필터부에 의해서는 태양광 발전 시스템의 단독운전을 방지하기 위한 고조파 증폭 기능이 수행된다. 이는 전술한 고조파 보상 기능에 의한 것으로 이를 좀더 상세히 하면 아래와 같다On the other hand, as described above, the active filter unit performs a harmonic amplification function to prevent the sole operation of the photovoltaic power generation system. This is due to the harmonic compensation function described above.

직류-교류변환기(130)가 출력하는 고조파 전류는 수학식1과 같다.The harmonic current output by the DC-AC converter 130 is expressed by Equation 1 below.

n = 6c ±1, 여기서 c= 자연수n = 6c ± 1, where c = natural number

직류-교류변환기(130)가 출력하는 고조파는 5차, 7차, 11차, 13차 등이다. 따라서, 직류-교류변환기(130)가 출력하는 출력전류는 수학식2와 같다.The harmonics output by the DC-AC converter 130 are 5th, 7th, 11th, 13th, and so on. Therefore, the output current output from the DC-AC converter 130 is expressed by Equation 2 below.

II outout == II 1One sinsin θ+θ + II 55 sin5sin5 θ+θ + II 77 sin7sin7 θ+θ + II 1111 sin11sin11 θ+θ + II 1313 sin13sin13 θ...θ ...

이 중 저차 고조파의 대부분은 직류-교류변환기9130)로부터 상대적으로 임피던스가 낮은 전력계통(145)으로 흐르게 된다. 하지만, 전력계통(145)이 차된되면 고조파는 부하(150) 측으로 흐르므로 출력전류(Iac)는 부하전류(Iload)와 같게 된다. 이를 이용하여 부하에 흐르는 고조파 전류를 검출하기 위해 디큐변환을 수행하면 수학식3과 같다.Most of the lower harmonics flow from the DC-AC converter 9330 to the relatively low impedance power system 145. However, when the power system 145 is charged, the harmonics flow to the load 150 side, and thus the output current Iac becomes equal to the load current Iload. When the dequeue conversion is performed to detect the harmonic current flowing through the load using the equation (3).

II DD =(= ( II 55 -- II 77 )) sin6sin6 θ+(θ + ( II 1111 -- II 1313 )) sin12sin12 θθ

II QQ == II 1One +(+ ( II 77 -- II 55 )) sin6sin6 θ+(θ + ( II 1313 -- II 1111 )) sin12sin12 θθ

수학식 3에서 고조파 성분을 추출하기 위해 Q축의 직류성분을 필터링하면 고조파 성분을 추출할 수 있으며, 직류성분인 I1을 뺀 값이 단독운전 방지 제2전류가 되고, 수학식 4와 같게 된다.Filtering the Q-axis DC component to extract the harmonic component from the equation (3), and to extract the harmonic component, the value obtained by subtracting the DC component I 1 is a single operation preventing the second current is equal to the equation (4).

II DD =(= ( II 55 -- II 77 )) sin6sin6 θ+(θ + ( II 1111 -- II 1313 )) sin12sin12 θθ

II QQ =(= ( II 77 -- II 55 )) sin6sin6 θ+(θ + ( II 1313 -- II 1111 )) sin12sin12 θθ

수학식 4를 역변환 하면 단독운전방지 제2전류(Iansi)가 되고 수학식 5와 같게 된다.When the inverse of Equation 4 is converted, the second operation current Iansi is prevented and becomes equal to Equation 5.

I=I = I5sin5I5sin5 θ+θ + I7sin7I7sin7 θ+θ + I11sin11I11sin11 θ+θ + I13sin13I13sin13 θ...θ ...

본 발명에 따른 단상 태양광발전시스템은 전술한 바와 같이 평시 고조파 보상 기능에 의해 고조파 보상 동작을 수행한다. 하지만 전력계통(145)이 차단되면 수학식2의 고조파 전류(Iload)가 부하에 흐르고, 이 전류는 단독운전방지 기능에 의해 검출되어 고조파 전류가 증가되는 과정이 수행된다. 고조파 전류의 증가 과정이 반복됨에 따라 출력전력의 주파수가 변하게 되고 이를 주파수 계전기를 통해 검출함과 아울러 이를 통해 직류-교류변환기(130)의 동작을 제어함으로써 태양광 발전시스템의 단독 운전을 방지하게 된다.As described above, the single-phase photovoltaic system according to the present invention performs a harmonic compensation operation by the usual harmonic compensation function. However, when the power system 145 is cut off, the harmonic current Iload of Equation 2 flows to the load, and the current is detected by the single operation prevention function to increase the harmonic current. As the process of increasing the harmonic current is repeated, the frequency of the output power is changed, and the frequency of the output power is detected and the operation of the DC-AC converter 130 is controlled through this to prevent the operation of the solar power generation system alone. .

도 4는 고조파 증가에 따른 전력의 주파수 증가를 도시한 그래프이다.4 is a graph illustrating an increase in frequency of power with increasing harmonics.

도 4를 참조하면, 전력계통이 유지되는 동안 또는 전력계통(145)이 단절된 후 일정 시간 동안 전력의 주파수는 60Hz를 유지하게 된다. 이와 같이 일정하게 유지되는 전력의 주파수는 전술한 고조파 증폭 과정에 의해 증가되고, 고조파가 증가됨에 따라 전력의 주파수가 증가하게 된다. 도 4에서 5초가 되는 시점 이후에 전력의 주파수가 증가되는 것을 확인할 수 있다. 이와 같이 전력의 주파수가 증가되면, 이를 주파수 계전기(200)가 감지할 수 있게 되고, 감지 결과에 따라 제어신호를 생성하도록 함으로써 용이하게 태양광 발전시스템의 단독 운전 및 중지에 따른 제어가 가능해진다. 아울러, 이러한 주파수 감지에 따른 단독 운전 중지는 전력 계통의 운영을 위해서 국가 또는 주요 단체에서 정한 범위의 기준을 토대로 설정되어야 한다.Referring to FIG. 4, the frequency of power is maintained at 60 Hz for a predetermined time while the power system is maintained or after the power system 145 is disconnected. In this way, the frequency of the power maintained constant is increased by the above-described harmonic amplification process, and the frequency of the power increases as the harmonics are increased. In FIG. 4, it can be seen that the frequency of power is increased after 5 seconds. When the frequency of the power is increased in this way, the frequency relay 200 can detect this, and by generating a control signal according to the detection result, it is possible to easily control according to the independent operation and stop of the photovoltaic power generation system. In addition, stand-alone shutdown due to the frequency detection should be set based on a range of criteria set by the state or major organizations for the operation of the power system.

도 5는 고조파 보상 기능의 구동에 따른 계통 전류의 변화를 도시한 실험 그래프이다.5 is an experimental graph illustrating a change in grid current according to driving of a harmonic compensation function.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 고조파 보상 단상 태양광발전시스템(100)은 단상으로 공급되는 솔라셀(10, 110)의 전력을 3상으로 변환하여 전력계통 및 부하에 공급한다. 특히, 이 과정에서 최대전력추종제어(MPPT)를 통해 안정적이면서, 정상상태 출력의 전력을 공급함과 아울러 고조파 성분을 보상하여 전력품질 저하, 전압불평형 등을 미리 방지하게 된다. 특히, 단상에서 추출이 어려운 고조파 성분을 가상의 3상으로 전환한 후 이를 다시 2상변환하여 고조파를 추출하고, 추출된 고조파 성분을 인버터가 출력하도록 제어함으로써 전력계통의 고조파 전류를 보상하여 안정적인 정현파를 가지도록 전력의 품질을 유지할 수 있게 된다. 본 발명에 서와 같은 고조파 보상 동작이 수행되는 경우(compensation Start) 도시된 바와 같이 고조파 성분을 가지는 전류(Utility Current)는 안정적인 정현파의 파형을 가질 수 있게 된다. 특히, 일사량이 적은 흐린날이나 밤에도 제2계측기 및 제3계측기를 통해 전류를 검출하고 이를 통해 고조파보상기능을 유지하는 것이 가능해진다. Referring to FIG. 5, the harmonic compensation single-phase photovoltaic system 100 according to the present invention converts the power of the solar cells 10 and 110 supplied in the single phase into three phases and supplies the power to the power system and the load. In particular, in this process, it is stable through the maximum power tracking control (MPPT) and supplies power of the steady state output and compensates harmonics to prevent power quality degradation and voltage unbalance. In particular, by converting harmonic components that are difficult to extract from single phase into virtual three phases, converting them again to two phases to extract harmonics, and controlling the inverter to output the extracted harmonic components to compensate for the harmonic currents in the power system. It is possible to maintain the quality of power to have a. As shown in the present invention, when a harmonic compensation operation is performed (compensation start), a current having a harmonic component (utility current) may have a stable sinusoidal waveform. In particular, it is possible to detect the current through the second instrument and the third instrument even on a cloudy day or at night when the amount of solar radiation is low, thereby maintaining the harmonic compensation function.

이와 같은 본 발명에 따른 태양광발전시스템(100)은 분산형 전원장치로써 태양광발전시스템의 발전 및 보급화에 유익하고, 기존의 태양광잘전시스템에 용이하에 적용하는 것이 가능하여 큰 비용을 들이지 않고도 전력공급 및 이의 품질을 우수한 수준으로 유지하는 것이 가능해진다.Such a photovoltaic power generation system 100 according to the present invention is advantageous in the development and diffusion of a photovoltaic power generation system as a distributed power supply device, and can be easily applied to an existing photovoltaic power system, which is expensive. It is possible to maintain the power supply and its quality at an excellent level without the need.

이상에선 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 특허청구 범위에 기재된 청구항에 의해 결정되어야 한다.In the above described and illustrated with specific embodiments to illustrate the technical idea of the present invention, the present invention is not limited to the same configuration and operation as the specific embodiment as described above, and various modifications do not depart from the scope of the present invention. It can be carried out within. Accordingly, such modifications should also be considered to be within the scope of the invention and should be determined by the claims set forth in the claims of the invention.

도 1은 일반적인 태양광발전시스템의 개략적인 구성을 예시한 구성예시도.1 is a configuration example illustrating a schematic configuration of a general photovoltaic power generation system.

도 2는 본 발명에 따른 단독운전방지 단상 태양광발전시스템의 구성예를 도시한 예시도.Figure 2 is an exemplary view showing a configuration example of a single operation prevention single-phase photovoltaic system according to the present invention.

도 3은 도 2의 능동필터의 구성을 좀더 상세히 도시한 예시도.3 is an exemplary view showing in more detail the configuration of the active filter of FIG.

도 4는 고조파 증가에 따른 전력의 주파수 증가를 도시한 그래프.4 is a graph showing the frequency increase of power with increasing harmonics.

도 5는 고조파 보상 기능의 구동에 따른 계통 전류의 변화를 도시한 실험 그래프.5 is an experimental graph illustrating a change in grid current according to driving of a harmonic compensation function.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10, 110 : 솔라셀 30, 125 : 제1계측기10, 110: solar cell 30, 125: first measuring instrument

40, 130 : 직류-교류변환기 60, 140 : 제2계측기40, 130: DC-AC converter 60, 140: second measuring instrument

70, 145 : 전력계통 80, 150 : 부하70, 145: power system 80, 150: load

90 : 제어시스템 95, 147 : 제3계측기90: control system 95, 147: third measuring instrument

160 : 출력전압피드백부 163 : MPPT제어부160: output voltage feedback unit 163: MPPT control unit

166 : 제1연산기 169 : 제1PI제어기166: first operator 169: first PI controller

172 : 위상검출기 175, 178, 18 : 제2 내지 제4연산기172: phase detectors 175, 178, 18: second to fourth operators

184 : 제2PI제어기 187 : 제어신호발생기184: second PI controller 187: control signal generator

190 : 능동필터부 191 : 지연전류생성기190: active filter unit 191: delay current generator

193 : 디큐변환기 195 : 저역통과필터193: dequeu converter 195: low pass filter

199 : 역디큐변환기 200 : 주파수 계전기199: reverse dequeuer converter 200: frequency relay

Claims (3)

단상 직류 전력을 생산하는 솔라셀;A cell producing single phase direct current power; 상기 직류 전력의 직류전압 및 직류전류를 측정하는 제1계측기;A first measuring device for measuring a DC voltage and a DC current of the DC power; 전력계통과 연결되고 상기 직류전력을 교류전력으로 변환하여 전력계통 및 부하 중 어느 하나에 공급하기 위한 직류-교류변환기;A DC-AC converter connected to a power system and converting the DC power into AC power to supply one of the power system and the load; 상기 직류전압 및 직류전류를 제공받아 제1전압을 생성하는 엠피피티제어부;An MPP controller configured to receive the DC voltage and the DC current to generate a first voltage; 상기 제1전압과 상기 직류전압의 제1 차전압을 생성하는 제1연산기;A first operator for generating a first difference voltage between the first voltage and the DC voltage; 상기 제1 차전압에 의해 제1전류를 검출하는 제1피아이제어기;A first peer controller detecting a first current by the first difference voltage; 상기 교류전력의 계통전압 및 계통전류를 검출하는 제2계측기;A second measuring device for detecting a grid voltage and a grid current of the AC power; 상기 계통전압의 위상을 검출하는 위상검출기;A phase detector for detecting a phase of the grid voltage; 상기 위상과 상기 제1전류를 승산하여 제2전류를 산출하는 제2연산기;A second operator that multiplies the phase and the first current to calculate a second current; 상기 부하에 공급되는 상기 교류전력의 부하전류를 검출하는 제3계측기;A third measuring device for detecting a load current of the AC power supplied to the load; 상기 부하전류를 제공받아 상기 부하전류와 위상이 다른 두 상의 가상전류를 생성하고, 상기 부하전류와 상기 가상전류를 디큐 변환하여 제3전류를 산출하며, 상기 전력계통으로부터의 전력공급 중단시 상기 교류전력에 포함되는 상기 제3전류를 증폭하는 능동필터부;Receiving the load current to generate a virtual current having two phases different from the load current, deciding the load current and the virtual current to calculate a third current, and when the power supply from the power system is stopped, the AC An active filter unit for amplifying the third current included in power; 상기 제3전류와 상기 제2전류를 가산하여 제4전류를 산출하는 제3연산기;A third calculator configured to calculate the fourth current by adding the third current and the second current; 상기 계통전류로부터 상기 제4전류를 감산하여 제5전류를 검출하는 제4연산기;A fourth operator configured to detect the fifth current by subtracting the fourth current from the grid current; 상기 제5전류에 의해 제1 제어신호를 생성하는 제2피아이제어기;A second peer controller for generating a first control signal by the fifth current; 상기 제1 제어신호에 따라 상기 직류-교류변환기의 상기 교류전력의 출력전압을 조절하기 위한 변환기제어신호를 생성하는 제어신호발생기; 및A control signal generator for generating a converter control signal for adjusting the output voltage of the AC power of the DC-AC converter according to the first control signal; And 상기 교류전력의 주파수를 감지하고, 상기 주파수가 변동되는 경우 변동정보를 생성하는 주파수 계전기;를 포함하여 구성되며,And a frequency relay for detecting the frequency of the AC power and generating variation information when the frequency is changed. 상기 제2피아이제어기 및 상기 제어신호발생기 중 어느 하나는 상기 변동정보가 상기 주파수 계전기로부터 제공되는 경우 상기 직류-교류변환기의 동작을 중지시키는 것을 특징으로 하는 단독운전방지 단상 태양광발전시스템.And the second PIA controller and the control signal generator stop the operation of the DC-AC converter when the change information is provided from the frequency relay. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 능동필터부는,The active filter unit, 상기 부하전류를 지연시켜 가상의 제2 및 제3 전류를 생성하는 지연전류생성기;A delay current generator configured to delay the load current to generate virtual second and third currents; 상기 부하전류 및 상기 제2 및 제3 가상전류를 2상 전류로 변환하는 디큐변환기;A dequeue converter for converting the load current and the second and third virtual currents into two-phase currents; 상기 2상 전류를 필터링하여 저역 2상전류를 생성하는 저역통과필터;A low pass filter for filtering the two-phase current to generate a low-pass two-phase current; 상기 저역 2상 전류와 상기 디큐변환기로부터의 상기 2상전류를 감산연산하여 2상 제3전류를 생성하는 감산기; 및A subtractor for generating a two-phase third current by subtracting the low-pass two-phase current and the two-phase current from the dequeu converter; And 상기 2상 제3전류를 역디큐변환하여 단상 제3전류를 생성하는 역디큐변환기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 단독운전방지 단상 태양광 발전시스템.And a reverse dequeu converter for generating a single-phase third current by reverse dequeuing the two-phase third current. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 디큐변환기는 상기 부하전류와 상기 제2 및 제3 가상전류에 의한 상기 2상 전류 생성시 발생되는 영상성분전류를 상기 역디큐변환기에 제공하는 것을 특징으로 하는 단독운전방지 태양광 발전시스템.And the dequeue converter provides an image component current generated when the two-phase current is generated by the load current and the second and third virtual currents to the reverse dequeuer.
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