KR101426696B1 - Grid-connected module type photovoltaic power conversion apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 계통과 연계되는 태양광 전력 변환 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 병렬연결된 플라이백 컨버터를 인터리빙 방식으로 운전함과 아울러 플라이백 컨버터 내 변압기 1차측에 인가할 지령치 전류의 크기에 따라 모드를 전환하여 운전하는 계통 연계 모듈형 태양광 전력 변환 장치에 관한 것이다.
More particularly, the present invention relates to a solar power conversion apparatus connected to a system, and more particularly, to a solar power conversion apparatus that operates in parallel by a flyback converter in an interleaving manner, To a grid-connected modular solar power converter.
최근 화석 연료의 고갈과 환경 문제에 대한 우려의 증가로 신재생 에너지에 대한 관심이 증가되고 있다. 특히 태양광 인버터는 급속도로 개발되어 기업이나 가정집에서도 흔히 볼 수 있는 신재생에너지용 전력 변환 장치로 거듭나고 있다. Recently, interest in renewable energy is increasing due to the depletion of fossil fuels and increasing concern about environmental problems. In particular, solar inverters have been rapidly developed and are being transformed into power conversion devices for new and renewable energy, which are common in businesses and households.
태양광 인버터 중에서도 중앙집중형 인버터가 많이 사용되고 있다. 중앙집중형 인버터라 함은 여러개의 태양광 패널이 하나의 태양광 인버터에 접속되고, 태양광 패널로부터 출력되는 DC전압을 태양광 인버터가 교류전압으로 변환하여 출력하는 장치를 의미한다. Centralized inverters are widely used among solar inverters. The centralized inverter means a device in which several solar panels are connected to one solar inverter and the DC voltage outputted from the solar panel is converted into an AC voltage by the solar inverter and outputted.
그러나 중앙집중형 인버터는 태양광 패널에 그늘이 지거나 인버터의 내부적인 결함이 생기면 발전량이 미미하거나 발전이 정지되어 발전 효율이 저하되는 문제가 있다. 또 복수의 태양광 패널로부터 오는 DC전압은 한 대의 중앙 집중형 인버터로 가기 때문에 DC배선 굵기가 굵어지고 DC고압차단기를 설치해야 하므로 비용이 많이 증가하게 된다.
However, when centralized inverters are shaded in a solar panel or an internal defect of the inverter occurs, there is a problem that power generation efficiency is reduced due to insufficient power generation or power generation. In addition, since the DC voltage from the plurality of solar panels leads to one centralized inverter, the DC wiring becomes thick and the DC high voltage circuit breaker must be installed, which increases the cost.
따라서, 본 발명은 태양광 패널로부터 출력되는 전력을 변환하는 플라이백 컨버터를 병렬화하고, 병렬화된 플라이백 컨버터를 교번적으로 운전함으로써 장치 경량화를 달성할 수 있는 계통 연계 모듈형 태양광 전력 변환 장치를 제공한다.Accordingly, the present invention is directed to a grid-connected modular solar power conversion device capable of achieving lighter weight by parallelizing a flyback converter for converting power output from a solar panel and by alternately operating a parallel flyback converter to provide.
또한, 본 발명은 1주기 내에서 지령치 전류의 크기에 따라 동작 모드를 달리함으로써 하나의 스위칭소자를 통해 흐르는 최대 전류의 크기를 줄임으로써 장치 경량화를 달성할 수 있는 계통 연계 모듈형 태양광 전력 변환 장치를 제공한다.
Further, the present invention provides a grid-connected modular solar power converter device capable of achieving weight saving by reducing the maximum current flowing through one switching device by changing the operation mode according to the magnitude of the command value current in one period Lt; / RTI >
본 발명에 따른 계통 연계 모듈형 태양광 전력 변환 장치는, 태양광 전류 및 태양광 전압을 출력하는 태양광 패널; 상기 태양광 패널의 출력단에 병렬결합되는 마스터 플라이백 컨버터 및 슬레이브 플라이백 컨버터; 상기 마스터 플라이백 컨버터의 출력 및 상기 슬레이브 플라이백 컨버터의 출력과 공통으로 결합하여 충전하는 충전부; 양의 반주기가 반복적으로 입력되는 상기 충전부의 전압을 교류전압으로 변환하여 출력하는 인버터; 및 상기 태양광전류 및 태양광전압을 이용하여 상기 마스터 플라이백 컨버터의 변압기 1차측에 흐르는 지령치 전류를 적어도 3가지 모드 이상으로 구분하여 생성하는 스위칭 제어부를 포함한다.The grid-connected modular solar power conversion apparatus according to the present invention comprises: a solar panel for outputting a solar photovoltaic current and a solar photovoltaic voltage; A master flyback converter and a slave flyback converter connected in parallel to an output terminal of the solar panel; A charging unit coupled in common with an output of the master flyback converter and an output of the slave flyback converter; An inverter for converting the voltage of the charging unit, into which the positive half period is repeatedly inputted, into an AC voltage and outputting the AC voltage; And a switching controller for generating a set value current flowing in the primary side of the transformer of the master flyback converter by using the solar photovoltage and the solar voltage in at least three modes.
바람직하게는, 상기 마스터 플라이백 컨버터는, 상기 제1 게이트 신호에 제어되어 스위칭하는 제1 스위칭 소자; 상기 제1 스위칭 소자의 스위칭에 따라 1차측에 인가되는 직류전압을 2차측에 유기하는 제1 변압기; 상기 제1 변압기의 1차측에 흐르는 전류를 검출하는 제1 영전류검출기; 및 상기 제1 변압기의 2차측에 유기되는 전압을 정류하는 제1 다이오드를 포함한다.Preferably, the master flyback converter further comprises: a first switching element controlled by the first gate signal and switching; A first transformer for inducing a DC voltage applied to a primary side according to switching of the first switching device to a secondary side; A first zero current detector for detecting a current flowing in a primary side of the first transformer; And a first diode rectifying a voltage induced on a secondary side of the first transformer.
바람직하게는, 상기 스위칭 제어부는, 상기 태양광전류 및 태양광전압을 이용하여 상기 마스터 플라이백 컨버터 내 변압기 1차측 지령치전류를 계산하는 마스터 변압기 1차측 지령치전류 계산부; 상기 마스터 플라이백 컨버터 내 변압기 1차측 지령치전류가 제1 기준치 미만이면, 상기 마스터 플라이백 컨버터를 불연속 도전 모드로 운전하도록 제어하는 불연속 도전 모드 제어부; 상기 마스터 플라이백 컨버터 내 변압기 1차측 지령치전류가 상기 제1 기준치 이상 제2 기준치 미만이면, 상기 마스터 플라이백 컨버터를 경계점 도전 모드로 운전하도록 제어하는 경계점 도전 모드 제어부; 및 상기 마스터 플라이백 컨버터 내 변압기 1차측 지령치전류가 상기 제2 기준치 이상이면, 상기 마스터 플라이백 컨버터와 상기 슬레이브 플라이백 컨버터를 교번적으로 운전하도록 제어하는 인터리빙 모드 제어부을 포함하고, 상기 제1 기준치는 상기 제2 기준치보다 작은 것을 특징으로 한다.Preferably, the switching control unit includes: a master transformer primary side command value current calculator for calculating a transformer primary command value current in the master flyback converter using the photovoltaic current and the solar voltage; A discontinuous conduction mode control unit for controlling the master flyback converter to operate in a discontinuous conduction mode if the transformer primary side command current in the master flyback converter is less than a first reference value; A boundary point conductive mode controller for controlling the master flyback converter to operate in a boundary point conductive mode when the transformer primary side command current in the master flyback converter is less than the first reference value and less than a second reference value; And an interleaving mode controller for controlling the master flyback converter and the slave flyback converter to operate alternately when the transformer primary side setpoint current in the master flyback converter is equal to or greater than the second reference value, Is smaller than the second reference value.
바람직하게는, 상기 인터리빙 모드 제어부는, 상기 마스터 플라이백 컨버터 내 스위칭소자의 제1 게이트 신호를 셋신호(S)로 입력받고, 상기 슬레이브 플라이백 컨버터 내 스위칭소자의 제2 게이트 신호(PWM2)를 리셋신호(R)로 입력받는 RS 플립플롭; 상기 RS 플립플롭의 출력신호의 듀티비를 계산하여 출력하는 PWM 듀티비 계산부; 상기 RS 플립플롭의 출력신호의 듀티비에 따라 상기 슬레이브 플라이백 컨버터 내 변압기 1차측의 슬레이브 지령치 전류를 제어하는 지령치 전류 제어부; 및 상기 마스터 플라이백 컨버터 내 변압기 1차측에 흐르는 제1 검출 전류, 상기 슬레이브 플라이백 컨버터 내 변압기 1차측에 흐르는 제2 검출 전류, 상기 제1 영전류검출기로부터의 제1 영전류검출신호, 및 상기 슬레이브 플라이백 컨버터 내 제2 영전류검출기로부터의 제2 영전류검출신호, 및 상기 슬레이브 지령치 전류를 이용하여 상기 제1 및 제2 게이트 신호를 출력하는 PWM신호발생부를 포함한다.Preferably, the interleaving mode control unit receives a first gate signal of a switching element in the master flyback converter as a set signal S, and outputs a second gate signal PWM2 of the switching element in the slave flyback converter An RS flip-flop receiving the reset signal R; A PWM duty ratio calculation unit for calculating and outputting a duty ratio of an output signal of the RS flip-flop; A setpoint current controller for controlling the slave setpoint current of the primary side of the transformer in the slave flyback converter according to the duty ratio of the output signal of the RS flip-flop; And a first detection current flowing in a transformer primary side of the master flyback converter, a second detection current flowing in a primary side of a transformer in the slave flyback converter, a first zero current detection signal from the first zero current detector, A second zero current detection signal from the second zero current detector in the slave flyback converter, and a PWM signal generating section for outputting the first and second gate signals using the slave command value current.
바람직하게는, 상기 지령치 전류 제어부는, 상기 RS 플립플롭의 출력신호의 듀티비가 소정값보다 크면 상기 슬레이브 지령치 전류의 크기를 소정값만큼 감소시키고, 상기 출력신호의 듀티비가 상기 소정값보다 작으면 상기 슬레이브 지령치 전류의 크기를 소정값만큼 증가시키는 것을 특징으로 한다.If the duty ratio of the output signal of the RS flip-flop is greater than a predetermined value, the command value current controller may decrease the slave command value current by a predetermined value. If the duty ratio of the output signal is less than the predetermined value, And increasing the magnitude of the slave command current by a predetermined value.
바람직하게는, 상기 PWM신호발생부는, 상기 제1 영전류검출신호가 0이면, 상기 제1 게이트 신호를 "H"레벨로 천이시키고, 상기 제1 검출 전류가 상기 마스터 플라이백 컨버터 내 변압기 1차측의 마스터 지령치 전류보다 크거나 같으면, 상기 제1 게이트 신호를 "L"레벨로 천이시키고, 상기 제2 영전류검출신호가 0이면, 제2 스위칭소자의 게이트 신호를 "H"레벨로 천이시키고, 상기 제2 검출 전류가 상기 슬레이브 지령치 전류보다 크거나 같으면, 상기 제2 게이트 신호를 "L"레벨로 천이시키는 것을 특징으로 한다.
Preferably, the PWM signal generating unit transitions the first gate signal to the "H" level when the first zero current detection signal is 0, Level transition of the gate signal of the second switching element to the "H" level when the second zero-current detection signal is 0, And changes the second gate signal to the "L" level when the second detection current is greater than or equal to the slave command value current.
본 발명에 따르면, 태양광 패널로부터 출력되는 전력을 변환하는 플라이백 컨버터를 병렬화하고, 병렬화된 플라이백 컨버터를 교번적으로 운전함으로써 장치 경량화를 달성할 수 있고, 1주기 내에서 지령치 전류의 크기에 따라 동작 모드를 달리함으로써 하나의 스위칭소자를 통해 흐르는 최대 전류의 크기를 줄임으로써 장치 경량화를 달성할 수 있는 모드 전환을 이용한 계통 연계 모듈형 태양광 전력 변환 장치를 제공한다.
According to the present invention, it is possible to achieve weight reduction of the apparatus by parallelizing the flyback converters for converting the power output from the solar panel and by alternately operating the parallel flyback converters, The present invention provides a grid-connected modular solar power conversion apparatus using mode switching that can reduce weight of a device by reducing the maximum current flowing through one switching device by changing the operation mode.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 계통 연계 모듈형 태양광 전력 변환 장치 회로도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지령치 전류의 크기별 운전 방법 흐름도, 및
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 모드별 지령치 전류의 크기를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 불연속 도전 모드시 변압기 1차측 전류 파형도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 경계점 도전 모드시 변압기 1차측 전류 파형도,
도 6은 이상적인 경우의 각부 파형도,
도 7은 실제적인 경우의 각부 파형도,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 인터리빙 모드 운전시 스위칭 제어부 구성도,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 슬레이브 플라이백 컨버터 내 스위칭 소자의 게이트 신호의 위상이 마스터 플라이백 컨버터 내 스위칭 소자의 게이트 신호의 위상보다 뒤진 경우의 각부 파형도, 및
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 슬레이브 플라이백 컨버터 내 스위칭 소자의 게이트 신호의 위상이 마스터 플라이백 컨버터 내 스위칭 소자의 게이트 신호의 위상보다 뒤진 경우의 각부 파형도이다.1 is a circuit diagram of a grid-connected modular solar power converter according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a flowchart illustrating an operation method according to magnitude of a command value current according to an embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a graph showing the magnitude of a set value current for each mode according to an embodiment of the present invention;
4 is a waveform diagram of a transformer primary current in a discontinuous conduction mode according to an embodiment of the present invention,
5 is a waveform diagram of a primary side current transformer in a boundary point conductive mode according to an embodiment of the present invention,
Fig. 6 is a waveform diagram of an ideal case,
Fig. 7 is a waveform diagram of an actual case,
FIG. 8 is a block diagram of a switching control unit in an interleaving mode operation according to an embodiment of the present invention;
9 is a waveform diagram of each part when the phase of the gate signal of the switching element in the slave flyback converter according to the embodiment of the present invention is lower than the phase of the gate signal of the switching element in the master flyback converter,
10 is a waveform diagram of each part when the phase of the gate signal of the switching element in the slave flyback converter according to the embodiment of the present invention is lower than the phase of the gate signal of the switching element in the master flyback converter.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 계통 연계 모듈형 태양광 전력 변환 장치 회로도이다.1 is a circuit diagram of a grid-connected modular solar power converter according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일실시예에 따른 계통 연계 모듈형 태양광 전력 변환 장치는 태양광 패널(110), 마스터 플라이백 컨버터(120), 슬레이브 플라이백 컨버터(130), 충전부(140), 인버터(150), 및 스위칭제어부(미도시)를 포함한다.The grid-connected modular solar power converter according to an embodiment of the present invention includes a
태양광 패널(110)은 태양광 셀들의 집합으로 불안정한 태양광전류(IPV) 및 태양광전압(VPV)을 출력한다.The
마스터 플라이백 컨버터(120)는 제1 게이트 신호에 제어되어 스위칭하는 제1 스위칭 소자(SW1)와, 제1 스위칭 소자(SW1)의 스위칭에 따라 1차측에 인가되는 직류전압(VPV)을 2차측에 유기하는 제1 변압기(T1), 제1 변압기 1차측에 흐르는 전류를 검출하는 제1 영전류검출기(ZCD1), 및 제1 변압기 2차측에 유기되는 전압을 정류하는 제1 다이오드(D1)를 포함한다.The
슬레이브 플라이백 컨버터(130)는 제2 게이트 신호에 제어되어 스위칭하는 제2 스위칭 소자(SW2)와, 제2 스위칭 소자(SW2)의 스위칭에 따라 1차측에 인가되는 직류전압(VPV)을 2차측에 유기하는 제2 변압기(T2), 제2 변압기 1차측에 흐르는 전류를 검출하는 제2 영전류검출기(ZCD2), 및 제2 변압기 2차측에 유기되는 전압을 정류하는 제2 다이오드(D2)를 포함한다.The
충전부(140)는 마스터 플라이백 컨버터(120)의 출력 및 슬레이브 플라이백 컨버터(130)의 출력과 병렬결합하여 충전한다.The
인버터(150)는 양의 반주기가 반복되는 입력전압을 교류의 출력전압으로 변환한다.The
도시되지는 않았으나, 스위칭제어부는 제1 영전류검출기(ZCD1)로부터 출력되는 제1 변압기 1차측 전류, 제2 영전류검출기(ZCD2)로부터 출력되는 제2 변압기 1차측 전류, 태양광 모듈로부터 출력되는 태양광전류(IPV) 및 태양광전압(VPV)을 이용하여 PWM 신호를 생성한다.
Although not shown, the switching control unit includes a first transformer primary current outputted from the first zero current detector ZCD1, a second transformer primary current outputted from the second zero current detector ZCD2, The PWM signal is generated by using the photovoltaic current (IPV) and the sunlight voltage (VPV).
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지령치 전류 크기별 운전 방법 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 모드별 지령치 전류의 크기를 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a flowchart of a method of operating according to a magnitude of a command value current according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram illustrating a magnitude of a command value current for each mode according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일실시예에 따른 스위칭제어부는 태양광 모듈로부터 출력되는 태양광전류(IPV) 및 태양광전압(VPV)을 입력받고, 태양광전류(IPV)와 태양광전압(VPV)의 곱한 태양광 모듈의 출력전력에 대응한 변압기 1차측 지령치 전류(iref)를 생성한다. The switching control unit according to an embodiment of the present invention receives a solar photovoltaic current (IPV) and a solar photovoltaic voltage (VPV) output from a solar module and generates a photovoltaic module (PVV) Side command current iref corresponding to the output power of the transformer primary side.
변류기(CT)가 태양광전류(IPV)를 검출하고, 변성기(PT)가 태양광전압(VPV)를 검출하면(S210), 스위칭제어부는 마스터 플라이백 컨버터 내 변압기 1차측 지령치 전류(iref1)를 계산한다(S220).When the current transformer CT detects the photovoltaic current IPV and the transformer PT detects the photovoltage VPV at S210, the switching control unit calculates the transformer primary side command value current iref1 in the master flyback converter (S220).
마스터 플라이백 컨버터 내 변압기 1차측 지령치 전류(iref1)가 최대 지령치 전류(Imax)의 0.2배 미만이면, 즉, iref1 < 0.2 Imax이면(S230), 스위칭제어부는 마스터 플라이백 컨버터(120)에 대해서만 불연속 도전 모드(DCM: Discontinous Conduction Mode)로 운전한다(S235). 한편, 불연속 도전 모드에서는 변압기 1차측 지령치 전류(iref1)의 크기를 변화시키지 않는바, 실제 전류가 작은 영역에서는 지령치 전류가 작아 빠른 스위칭 동작을 하게 되어 스위칭 소자에 손실이 커짐으로써 효율이 낮아지게 되므로 이를 방지하기 위함이다.If the transformer primary side command current iref1 in the master flyback converter is less than 0.2 times the maximum command current Imax, that is, iref1 < 0.2 Imax (S230), the switching control unit only discon- nects to the
변압기 1차측 지령치 전류(iref)가 최대 지령치 전류(Imax)의 0.2배 이상 0.5배 미만이면, 즉, 
마지막으로, 변압기 1차측 지령치 전류(iref)가 최대 지령치 전류(Imax)의 0.5배 이상이면, 즉, 
스위칭제어부는 단계 S220 내지 S255를 소정 시간마다 주기적으로 수행한다.
The switching control unit periodically performs steps S220 to S255 at predetermined time intervals.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 불연속 도전 모드시 변압기 1차측 전류 파형도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 경계점 도전 모드시 변압기 1차측 전류 파형도이다.FIG. 4 is a waveform diagram of a transformer primary current in a discontinuous conduction mode according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a waveform diagram of a transformer primary current in a boundary point conduction mode according to an embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 불연속 도전 모드에서는 변압기 1차측에 축적되는 에너지가 스위칭 소자의 턴오프 후 후속하는 턴온 전에 모두 방출되어 다시 턴온되기까지 휴지기간이 존재한다.As shown in FIG. 4, in the discontinuous conduction mode, there is a dwell period until the energy stored in the transformer primary side is all turned off after the switching element is turned off and then turned on again.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 경계점 도전 모드에서는 스위칭 소자가 턴온되는 동안 변압기 1차측에 축적되는 에너지가 스위칭 소자가 턴오프되는 동안 모두 방출되자마자 곧바로 스위칭 소자가 턴온된다. 이에 따라 경계점 도전 모드시 스위칭 소자에서의 스위칭 손실이 줄어들어 스위칭 효율이 향상된다.
On the other hand, as shown in FIG. 5, in the boundary-point conductive mode, the energy stored in the primary side of the transformer during the turn-on of the switching element is immediately turned on as soon as all the switching element is discharged while the switching element is turned off. As a result, the switching loss in the switching element is reduced in the boundary point conductive mode, thereby improving the switching efficiency.
한편, 태양광 모듈의 출력 전력의 용량이 증가할수록 변압기의 피크 전류가 증가하게 되고, 변압기의 피크 전류가 증가하면 전력 변환 장치의 운전 효율이 저하된다. 이에 본 발명에서는 태양광 모듈의 출력 전력이 소정값 이상인 경우, 마스터 및 슬레이브 플라이백 컨버터를 입력측에는 직렬로, 출력측에는 병렬로 연결하고, 마스터 및 슬레이브 플라이백 컨버터에 대하여 인터리빙 스위칭 방식의 병렬 운전을 수행한다.On the other hand, as the output power of the solar module increases, the peak current of the transformer increases, and when the peak current of the transformer increases, the operation efficiency of the power conversion apparatus decreases. Accordingly, in the present invention, when the output power of the solar module is equal to or greater than a predetermined value, the master and slave flyback converters are connected in series to the input side and in parallel to the output side, and parallel operation of the interleaving switching method is performed for the master and slave flyback converters .
그런데, 인터리빙 스위칭 방식은, 마스터 플라이백 컨버터에 대한 스위칭신호를 180도 천이시켜 슬레이브 플라이백 컨버터의 스위칭신호로 사용하는 것이 이상적이다. 도 6은 이상적인 경우의 각부 파형도로서, 도 6(a)은 마스터 플라이백 컨버터 내 스위칭 소자의 게이트 파형이고, 도 6(b)은 슬레이브 플라이백 컨버터 내 스위칭 소자의 게이트 파형으로서, 마스터 플라이백 컨버터 내 스위칭 신호를 180도 천이시킨 상태를 도시한 것이고, 도 6(c)은 마스터 및 슬레이브 플라이백 컨버터 내 변압기 1차측 전류 파형으로서, 스위칭 소자가 턴온되는 동안 에너지가 축적되는 상태를 도시한 것이고, 도 6(d)은 마스터 및 슬레이브 플라이백 컨버터 내 변압기 2차측 전류 파형이다.
Ideally, the interleaving switching scheme would use the switching signal for the master flyback converter as a switching signal for the slave flyback converter by shifting it by 180 degrees. 6 (a) is a gate waveform of a switching element in a master flyback converter, and Fig. 6 (b) is a gate waveform of a switching element in a slave flyback converter, FIG. 6C shows a state where the switching signal in the converter is shifted by 180 degrees, FIG. 6C shows a current waveform of the primary side of the transformer in the master and slave flyback converters, in which energy is accumulated while the switching element is turned on , And Fig. 6 (d) are the current waveforms of the secondary side of the transformer in the master and slave flyback converters.
그러나,실제로는 마스터 플라이백 컨버터에 대한 스위칭신호를 단순히 180도 천이시켜 슬레이브 플라이백 컨버터의 스위칭신호로 사용하면 다음과 같은 문제점을 가지게 된다.However, in reality, when the switching signal for the master flyback converter is simply switched to 180 degrees and used as a switching signal for the slave flyback converter, the following problems arise.
예컨대, 도 3은 실제적인 경우의 각부 파형도로서, 도 7(a)은 마스터 플라이백 컨버터 내 스위칭 소자의 게이트 파형이고, 도 7(b)은 슬레이브 플라이백 컨버터 내 스위칭 소자의 게이트 파형이고, 도 7(c)은 마스터 및 슬레이브 플라이백 컨버터 내 변압기 1차측 전류 파형으로서, 실선은 마스터 플라이백 컨버터 내 변압기 1차측 전류 파형이고, 점선은 슬레이브 플라이백 컨버터 내 변압기 1차측 전류 파형이고, 도 7(d)은 마스터 및 슬레이브 플라이백 컨버터 내 변압기 2차측 전류 파형이다. For example, FIG. 3 is a waveform diagram of an actual case where FIG. 7A is a gate waveform of a switching element in a master flyback converter, FIG. 7B is a gate waveform of a switching element in a slave flyback converter, 7 (c) shows the transformer primary current waveform in the master and slave flyback converters, the solid line is the transformer primary current waveform in the master flyback converter, the dotted line is the transformer primary current waveform in the slave flyback converter, (d) is the transformer secondary current waveform in the master and slave flyback converters.
마스터 플라이백 컨버터 내 스위칭소자의 양단 전압(Vds)이 0일 때 스위칭소자는 턴온하고, 마스터 플라이백 컨버터 내 변압기 1차측 전류가 지령치 전류에 도달하면 스위칭소자는 턴오프한다. 반면, 슬레이브 플라이백 컨버터 내 스위칭소자는 마스터 플라이백 컨버터 내 스위칭소자의 스위칭 주기의 절반에서 턴온하고, 슬레이브 플라이백 컨버터 내 변압기 1차측 전류가 지령치 전류에 도달하면 스위칭소자가 턴오프한다. 이 경우, 도 7(c)의 펄스 형상 점선과 같이, 슬레이브 플라이백 컨버터 내 스위칭소자의 양단 전압(Vds)이 0이 아닌 경우 턴온하여 스위칭손실이 발생한다. When the voltage across the switching element in the master flyback converter (Vds) is 0, the switching element is turned on and the switching element is turned off when the transformer primary current in the master flyback converter reaches the set value current. On the other hand, the switching element in the slave flyback converter is turned on in half of the switching period of the switching element in the master flyback converter, and the switching element is turned off when the transformer primary current in the slave flyback converter reaches the set value current. In this case, as shown by the dotted line of the pulse in Fig. 7 (c), when the both-end voltage (Vds) of the switching element in the slave flyback converter is not 0, the switching-on occurs due to the turn-on.
또한, 마스터 및 슬레이브 플라이백 컨버터 내 변압기의 자화 인덕터(LM)가 온전하게 동일하지 않기 때문에 그러한 문제는 더욱더 중요하게 인식된다.
Further, such a problem is recognized more and more importantly because the magnetization inductors (LM) of the transformer in the master and slave flyback converters are not uniformly the same.
따라서, 본 발명에 따르면, 마스터 및 슬레이브 플라이백 컨버터를 인터리빙 스위칭 방식으로 운전시 경계점 도전 모드(CRM)로 운전시킴으로써 스위칭 효율을 향상시킬 수 있도록 한다.Therefore, according to the present invention, the switching efficiency can be improved by operating the master and slave flyback converters in the boundary point conductive mode (CRM) in the interleaved switching mode.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 인터리빙 모드 운전시 스위칭 제어부 구성도로서, RS F/F(810), PWM 듀티비 계산부(820), 지령치전류 제어부(830), 및 PWM 신호발생부(840)를 포함한다.8 is a block diagram of a switching control unit in an interleaved mode operation according to an embodiment of the present invention. The RS F /
RS F/F(810)는 마스터 플라이백 컨버터 내 스위칭소자의 제1 게이트 신호(PWM1)를 셋신호(S)로 입력받고, 슬레이브 플라이백 컨버터 내 스위칭소자의 제2 게이트 신호(PWM2)를 리셋신호(R)로 입력받아 셋신호(S)가 "H"이면 출력신호(Q)가 "H"레벨로 천이하고, 리셋신호(R)가 "H"이면 출력신호(Q)가 "L"레벨로 천이한다.The RS F /
예컨대, 도 9는 슬레이브 플라이백 컨버터 내 스위칭소자의 제2 게이트 신호가 마스터 플라이백 컨버터 내 스위칭소자의 제1 게이트 신호보다 뒤진 경우로서, 도 9(a)는 마스터 플라이백 컨버터 내 스위칭 소자의 게이트 파형이고, 도 9(b)는 슬레이브 플라이백 컨버터 내 스위칭 소자의 게이트 파형이고, 도 9(c)는 RS F/F의 출력신호 파형이고, 도 9(d)는 마스터 및 슬레이브 플라이백 컨버터 내 변압기 1차측 전류 파형이다. 즉, 슬레이브 플라이백 컨버터 내 스위칭소자의 게이트 신호가 마스터 플라이백 컨버터 내 스위칭소자의 게이트 신호보다 뒤진 경우, RS F/F의 출력신호(Q)는 듀티비가 0.5 보다 작은 펄스를 가진다.For example, FIG. 9 shows a case in which the second gate signal of the switching element in the slave flyback converter is out of the first gate signal of the switching element in the master flyback converter, FIG. 9A shows the gate of the switching element in the master flyback converter 9 (b) is the gate waveform of the switching element in the slave flyback converter, Fig. 9 (c) is the output signal waveform of RS F / F, This is the primary side current waveform of the transformer. That is, when the gate signal of the switching element in the slave flyback converter is lower than the gate signal of the switching element in the master flyback converter, the output signal Q of the RS F / F has a pulse whose duty ratio is less than 0.5.
그리고, 도 10은 슬레이브 플라이백 컨버터 내 스위칭소자의 제2 게이트 신호가 마스터 플라이백 컨버터 내 스위칭소자의 제1 게이트 신호보다 앞선 경우로서, 도 10(a)은 마스터 플라이백 컨버터 내 스위칭 소자의 게이트 파형이고, 도 10(b)는 슬레이브 플라이백 컨버터 내 스위칭 소자의 게이트 파형이고, 도 10(c)는 RS F/F의 출력신호 파형이고, 도 10(d)은 마스터 및 슬레이브 플라이백 컨버터 내 변압기 1차측 전류 파형이다. 즉, 슬레이브 플라이백 컨버터 내 스위칭소자의 게이트 신호가 마스터 플라이백 컨버터 내 스위칭소자의 게이트 신호보다 앞선 경우, RS F/F의 출력신호(Q)는 듀티비가 0.5 보다 큰 펄스를 가진다.10 shows a case in which the second gate signal of the switching element in the slave flyback converter is ahead of the first gate signal of the switching element in the master flyback converter, FIG. 10 (a) shows the gate of the switching element in the master flyback converter 10 (b) is the gate waveform of the switching element in the slave flyback converter, Fig. 10 (c) is the output signal waveform of RS F / F, This is the primary side current waveform of the transformer. That is, when the gate signal of the switching element in the slave flyback converter is higher than the gate signal of the switching element in the master flyback converter, the output signal Q of RS F / F has a pulse whose duty ratio is larger than 0.5.
PWM 듀티비 계산부(820)는 RS F/F의 출력신호(Q)의 듀티비를 계산하여 출력한다.The PWM duty
지령치 전류 제어부(830)는 RS F/F의 출력신호(Q)의 듀티비가 0.5보다 크면 슬레이브 플라이백 컨버터 내 변압기 1차측 슬레이브 지령치 전류(iref2)의 크기를 소정값만큼 감소시키고, 출력신호(Q)의 듀티비가 0.5보다 작으면 슬레이브 플라이백 컨버터 내 변압기 1차측 지령치 전류(iref2)의 크기를 소정값만큼 증가시킨다. 여기서, RS F/F의 출력신호(Q)의 듀티비와 0.5의 편차는 슬레이브 지령치 전류(iref2)의 증감량에 비례한다.If the duty ratio of the output signal Q of the RS F / F is larger than 0.5, the command
PWM신호발생부(840)는 마스터 플라이백 컨버터 내 변압기 1차측에 흐르는 제1 검출 전류(idet1), 슬레이브 플라이백 컨버터 내 변압기 1차측에 흐르는 제2 검출 전류(idet2), 제1 영전류검출기(ZCD1)로부터의 제1 영전류검출신호, 및 제2 영전류검출기(ZCD2)로부터의 제2 영전류검출신호, 및 슬레이브 지령치 전류(iref2)를 이용하여 제1 및 제2 스위칭소자(SW1, SW2)의 게이트 신호(PWM1, PWM2)를 출력한다. 구체적으로, 제1 영전류검출신호가 0이면, 제1 스위칭소자의 게이트 신호(PWM1)를 "H"레벨로 천이하고, 제1 검출 전류(idet1)가 마스터 지령치 전류(iref1)보다 크거나 같으면, 제1 스위칭소자의 게이트 신호(PWM1)를 "L"레벨로 천이한다. 또한, 제2 영전류검출신호가 0이면, 제2 스위칭소자의 게이트 신호(PWM2)를 "H"레벨로 천이하고, 제2 검출 전류(idet2)가 슬레이브 지령치 전류(iref2)보다 크거나 같으면, 제2 스위칭소자의 게이트 신호(PWM2)를 "L"레벨로 천이한다.
The PWM
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
The embodiments and the accompanying drawings described in the present specification are merely illustrative of some of the technical ideas included in the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed herein are for the purpose of describing rather than limiting the technical spirit of the present invention, and it is apparent that the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
110: 태양광 모듈
120: 마스터 플라이백 컨버터
130: 슬레이브 플라이백 컨버터
140: 충전부
150: 인버터
810: RS F/F
820: PWM 듀티비 계산부
830: 지령치전류 제어부
840: PWM 신호발생부110: Photovoltaic module
120: Master flyback converter
130: Slave flyback converter
140:
150: Inverter
810: RS F / F
820: PWM duty ratio calculation unit
830: Setpoint current controller
840: PWM signal generator
Claims (6)
상기 태양광 패널의 출력단에 병렬결합되는 마스터 플라이백 컨버터 및 슬레이브 플라이백 컨버터;
상기 마스터 플라이백 컨버터의 출력 및 상기 슬레이브 플라이백 컨버터의 출력과 공통으로 결합하여 충전하는 충전부;
양의 반주기가 반복적으로 입력되는 상기 충전부의 전압을 교류전압으로 변환하여 출력하는 인버터; 및
상기 태양광전류 및 태양광전압을 이용하여 상기 마스터 플라이백 컨버터의 변압기 1차측에 흐르는 지령치 전류를 3가지 모드로 구분하여 생성하는 스위칭 제어부를 포함하고,
상기 마스터 플라이백 컨버터는,
제1 게이트 신호에 제어되어 스위칭하는 제1 스위칭 소자;
상기 제1 스위칭 소자의 스위칭에 따라 1차측에 인가되는 직류전압을 2차측에 유기하는 제1 변압기;
상기 제1 변압기의 1차측에 흐르는 전류를 검출하는 제1 영전류검출기; 및
상기 제1 변압기의 2차측에 유기되는 전압을 정류하는 제1 다이오드를 포함하고,
상기 스위칭 제어부는,
상기 태양광전류 및 태양광전압을 이용하여 상기 마스터 플라이백 컨버터 내 변압기 1차측 지령치전류를 계산하는 마스터 변압기 1차측 지령치전류 계산부;
상기 마스터 플라이백 컨버터 내 변압기 1차측 지령치전류가 제1 기준치 미만이면, 상기 마스터 플라이백 컨버터를 불연속 도전 모드로 운전하도록 제어하는 불연속 도전 모드 제어부;
상기 마스터 플라이백 컨버터 내 변압기 1차측 지령치전류가 상기 제1 기준치 이상 제2 기준치 미만이면, 상기 마스터 플라이백 컨버터를 경계점 도전 모드로 운전하도록 제어하는 경계점 도전 모드 제어부; 및
상기 마스터 플라이백 컨버터 내 변압기 1차측 지령치전류가 상기 제2 기준치 이상이면, 상기 마스터 플라이백 컨버터와 상기 슬레이브 플라이백 컨버터를 교번적으로 운전하도록 제어하는 인터리빙 모드 제어부을 포함하고,
상기 제1 기준치는 상기 제2 기준치보다 작은 것을 특징으로 하는 계통 연계 모듈형 태양광 전력 변환 장치.
A solar panel for outputting a solar photovoltaic current and a solar photovoltaic voltage;
A master flyback converter and a slave flyback converter connected in parallel to an output terminal of the solar panel;
A charging unit coupled in common with an output of the master flyback converter and an output of the slave flyback converter;
An inverter for converting the voltage of the charging unit, into which the positive half period is repeatedly inputted, into an AC voltage and outputting the AC voltage; And
And a switching controller for generating a set value current flowing in the primary side of the transformer of the master flyback converter by using the solar photovoltaic and solar voltage in three modes,
Wherein the master flyback converter comprises:
A first switching device controlled by a first gate signal and switching;
A first transformer for inducing a DC voltage applied to a primary side according to switching of the first switching device to a secondary side;
A first zero current detector for detecting a current flowing in a primary side of the first transformer; And
And a first diode rectifying a voltage induced in a secondary side of the first transformer,
Wherein the switching control unit comprises:
A master transformer primary side command value current calculation unit for calculating a primary side command value current of the transformer in the master flyback converter using the photovoltaic current and the solar voltage;
A discontinuous conduction mode control unit for controlling the master flyback converter to operate in a discontinuous conduction mode if the transformer primary side command current in the master flyback converter is less than a first reference value;
A boundary point conductive mode controller for controlling the master flyback converter to operate in a boundary point conductive mode when the transformer primary side command current in the master flyback converter is less than the first reference value and less than a second reference value; And
And an interleaving mode controller for controlling the master flyback converter and the slave flyback converter to operate alternately when the transformer primary side command current of the master flyback converter is equal to or greater than the second reference value,
Wherein the first reference value is smaller than the second reference value.
상기 마스터 플라이백 컨버터 내 스위칭소자의 제1 게이트 신호를 셋신호(S)로 입력받고, 상기 슬레이브 플라이백 컨버터 내 스위칭소자의 제2 게이트 신호(PWM2)를 리셋신호(R)로 입력받는 RS 플립플롭;
상기 RS 플립플롭의 출력신호의 듀티비를 계산하여 출력하는 PWM 듀티비 계산부;
상기 RS 플립플롭의 출력신호의 듀티비에 따라 상기 슬레이브 플라이백 컨버터 내 변압기 1차측의 슬레이브 지령치 전류를 제어하는 지령치 전류 제어부; 및
상기 마스터 플라이백 컨버터 내 변압기 1차측에 흐르는 제1 검출 전류, 상기 슬레이브 플라이백 컨버터 내 변압기 1차측에 흐르는 제2 검출 전류, 상기 제1 영전류검출기로부터의 제1 영전류검출신호, 및 상기 슬레이브 플라이백 컨버터 내 제2 영전류검출기로부터의 제2 영전류검출신호, 및 상기 슬레이브 지령치 전류를 이용하여 상기 제1 및 제2 게이트 신호를 출력하는 PWM신호발생부
를 포함하는 계통 연계 모듈형 태양광 전력 변환 장치.
The apparatus of claim 1, wherein the interleaving mode control unit comprises:
A first flip-flop circuit for receiving a first gate signal of a switching element in the master flyback converter as a set signal S and for receiving a second gate signal PWM2 of the switching element in the slave flyback converter as a reset signal R, Flop;
A PWM duty ratio calculation unit for calculating and outputting a duty ratio of an output signal of the RS flip-flop;
A setpoint current controller for controlling the slave setpoint current of the primary side of the transformer in the slave flyback converter according to the duty ratio of the output signal of the RS flip-flop; And
A first detection current flowing in the primary side of the transformer in the master flyback converter, a second detection current flowing in the primary side of the transformer in the slave flyback converter, a first zero current detection signal from the first zero current detector, A second zero current detection signal from the second zero current detector in the flyback converter, and a PWM signal generating unit for outputting the first and second gate signals using the slave command value current,
Wherein the grid-type modular solar power converter comprises:
상기 RS 플립플롭의 출력신호의 듀티비가 소정값보다 크면 상기 슬레이브 지령치 전류의 크기를 소정값만큼 감소시키고, 상기 출력신호의 듀티비가 상기 소정값보다 작으면 상기 슬레이브 지령치 전류의 크기를 소정값만큼 증가시키는 것을 특징으로 하는 계통 연계 모듈형 태양광 전력 변환 장치.
5. The apparatus according to claim 4,
And when the duty ratio of the output signal of the RS flip-flop is greater than a predetermined value, decreasing the slave command value current by a predetermined value and increasing the slave command value current by a predetermined value if the duty ratio of the output signal is smaller than the predetermined value And the grid-connected module type solar power converter.
상기 제1 영전류검출신호가 0이면, 상기 제1 게이트 신호를 "H"레벨로 천이시키고,
상기 제1 검출 전류가 상기 마스터 플라이백 컨버터 내 변압기 1차측의 마스터 지령치 전류보다 크거나 같으면, 상기 제1 게이트 신호를 "L"레벨로 천이시키고,
상기 제2 영전류검출신호가 0이면, 제2 스위칭소자의 게이트 신호를 "H"레벨로 천이시키고,
상기 제2 검출 전류가 상기 슬레이브 지령치 전류보다 크거나 같으면, 상기 제2 게이트 신호를 "L"레벨로 천이시키는
것을 특징으로 하는 계통 연계 모듈형 태양광 전력 변환 장치.
The apparatus of claim 4, wherein the PWM signal generator comprises:
The first gate signal is transited to the "H" level when the first zero current detection signal is 0,
When the first detection current is greater than or equal to the master set value current of the primary side of the transformer in the master flyback converter,
When the second zero current detection signal is 0, the gate signal of the second switching element is transited to the "H" level,
And when the second detection current is equal to or greater than the slave command value current, the second gate signal is transited to the "L" level
Wherein the grid-type modular solar power converter comprises:
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