KR101554546B1 - A method of improving efficiency of the solar inverter using the maximum power point tracking based on variable voltage increment - Google Patents

A method of improving efficiency of the solar inverter using the maximum power point tracking based on variable voltage increment Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a method for improving the efficiency of a solar inverter using MPPT of a variable voltage increment to output a reference voltage for following the maximum power point which includes the steps of: (a) calculating a voltage increment and a current increment for a prior voltage and a prior current by receiving a present voltage and a present current and calculating a power increment; (b) increasing or decreasing the reference voltage according to the comparison result by comparing the current increment for the voltage increment with the negative value and amplitude of the present current for the present voltage if the current increment is positive; and (c) increasing or decreasing the reference voltage according as the power increment is positive or negative if the current increment is negative. According to the method for improving the efficiency of the solar inverter, a maximum power point (MPP) is accurately tracked according to a solar radiation inclined surface in consideration of the current increment by using not only the final current and voltage increments but also at least three increments.

Description

가변 전압 증분의 MPPT를 이용한 태양광 인버터의 효율 개선 방법 { A method of improving efficiency of the solar inverter using the maximum power point tracking based on variable voltage increment }[0001] The present invention relates to a method of improving the efficiency of a solar inverter using a variable voltage increment MPPT,

본 발명은 태양광 발전 시스템의 인버터에 대한 효율 개선을 위한 최대전력점을 추종하는 기술로서, 전류증분에 따른 가변전압 증분을 이용하여 최대전력점을 추종하는, 가변 전압 증분의 MPPT를 이용한 태양광 인버터의 효율 개선 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a technique of following a maximum power point for improving efficiency of an inverter of a photovoltaic power generation system, and more particularly, to a solar power generation system using a variable voltage incremental MPPT that follows a maximum power point by using a variable voltage increment according to a current increment And a method of improving the efficiency of the inverter.

지구 온난화 그리고 에너지 정책은 최근에 국제적인 의제로 되고 있고, 선진국은 온실 가스 배출을 감소시키려 하고 있다. 이러한 상황에서 태양광발전은 반영구적이고 태양전지를 사용해서 유지보수가 간편하며 무공해 무진장한 태양에너지원을 사용하므로 미래의 대체에너지원으로 각광받고 있다. 태양광 발전을 설치한 후에는 온실가스의 배출 없이 일사량에 따른 전기를 생산하게 된다. 그러나 태양광 발전을 위한 시설은 초기투자비가 많이 들어간다. 태양광 발전의 효율을 증가시킴으로써 태양광 발전의 수익성을 높일 수 있다. Global warming and energy policies have recently become international agendas and developed countries are trying to reduce greenhouse gas emissions. In this situation, solar power generation is semi-permanent, it is easy to maintain using solar cell, and because it uses unlimited, no-limit solar energy source, it is becoming a future alternative energy source. After installing solar power, it will produce electricity according to solar radiation without emitting greenhouse gas. However, facilities for photovoltaic power generation have a high initial investment cost. By increasing the efficiency of solar power generation, profitability of solar power generation can be increased.

태양광 발전의 효율은 크게 세 개의 요인에 영향을 받는다. PV(Photovoltaic) 패널의 효율, 인버터의 효율, 및 최대전력점 추종(MPPT) 알고리즘의 효율이다. 이 중 새로운 제어 알고리즘으로 최대전력점(MPP)을 추종하는 것은 다른 효율을 증가시키는 것에 비해 보다 쉽고 비용이 적게 요구된다고 할 수 있다.The efficiency of solar power generation is largely influenced by three factors. Efficiency of the PV (Photovoltaic) panel, efficiency of the inverter, and efficiency of the maximum power point tracking (MPPT) algorithm. Following this, it is easier and less costly to follow the maximum power point (MPP) with the new control algorithm than to increase the other efficiency.

PV 어레이는 발생된 전력이 최대가 되는 유일한 점을 가진 비선형 전압-전류 특성이 있기 때문에 MPPT 알고리즘이 필요하다. 상기 최대전력점(MPP)은 패널의 온도와 일사량 조건에 달려 있다. 두 조건 다 낮에는 변화하고 계절에 따라서 다르다. 게다가 일사량은 구름과 같은 대기의 상태에 따라 변화하기 때문에 급속하게 바뀔 수도 있다. 최대 전력점을 항상 얻기 위해서는 모든 가능한 조건 하에서 MPP를 정확하게 추적하는 것이 매우 중요하다.The PV array requires the MPPT algorithm because it has a non-linear voltage-current characteristic with a unique point at which the generated power is at its maximum. The maximum power point (MPP) depends on the temperature of the panel and the solar radiation conditions. Both conditions change day by day and depend on the season. In addition, solar radiation can change rapidly because it changes with the state of the atmosphere, such as clouds. It is very important to accurately track the MPP under all possible conditions to always get the maximum power point.

따라서 최대전력점(MPP)을 추종하는 기술들이 제시되고 있다. 최대전력점(MPP)을 추종하는 기술은 P&O(Perturbation and Observation) 제어 방법, 증분 컨덕턴스(InCond, Incremental Conductance) 제어 방법, 및, 힐 클라이밍(Hill Climbing) 제어 방법 등이 있다.Therefore, technologies that follow the maximum power point (MPP) are being proposed. Techniques for following the maximum power point (MPP) include a Perturbation and Observation (P & O) control method, an incremental conductance (InCond) control method, and a Hill Climbing control method.

P&O 제어 방법은 태양전지 어레이의 출력 전압을 주기적으로 증가시키거나 또는 감소시키고, 이전 출력 전력과 현재 출력 전력을 비교하여 최대전력 동작점을 찾는 방법이고, 증분 컨덕턴스 제어 기법은 태양전지 출력의 컨덕턴스와 증분 컨덕턴스를 비교하여 최대 전력 동작점을 찾는 방법이며, 힐 클라이밍 제어는 듀티비의 가감을 통해서 최대전력점을 추종하는 방법이다.The P & O control method is a method of periodically increasing or decreasing the output voltage of the solar cell array, comparing the previous output power with the present output power to find the maximum power operating point, and the incremental conductance control method is to determine the conductance of the solar cell output And the incremental conductance is compared to find the maximum power operating point. The hill climbing control is a method of following the maximum power point by adding or subtracting the duty ratio.

최대전력점(MPP)을 추종하는 방법의 일례로서, 태양전지 어레이의 출력 전압(V)의 변화에 따른 태양전지 어레이의 출력 전력(P)의 순간 변화량을 통하여 최대전력점을 추종하는 기술들이 제시되고 있다[특허문헌 1]. 이때, 태양전지 어레이 모듈의 출력 전압에 전압 증분을 가감하고 가감된 출력 전압에 대한 출력 전력이 최대가 되도록 제어한다. 상기 최대전력점 추총 기술은 제어가 복잡하지 않지만, 상기 추종 방법으로는 특정 전압 값에 대하여 전압 증분 값의 가감이 가능하므로 최대전력점 근방에서 전력 값에 진동이 발생하여 전력손실이 발생되는 문제점이 있었다.As an example of a method of following the maximum power point MPP, techniques for following the maximum power point through the instantaneous variation of the output power P of the solar cell array according to the change of the output voltage V of the solar cell array are presented [Patent Document 1]. At this time, the voltage increment is added to or subtracted from the output voltage of the solar cell array module, and the output power of the added / subtracted output voltage is controlled to be the maximum. Although the control method of the maximum power point trimming technique is not complicated, in the tracking method, since the voltage increment value can be increased or decreased with respect to a specific voltage value, vibration occurs in the power value near the maximum power point, there was.

또한, 종래 기술에 의한 P&O 제어 방법에 의하면 기준전압 변동 폭의 크기(ΔV)에 따라 특성이 변한다는 것이다. ΔV가 큰 경우, MPP 추종 속도는 증가하나 출력전압 변동폭이 넓어지는 문제점이 발생된다. 반대로 ΔV가 작은 경우, MPP추종 속도는 감소하지만, 출력전압 변동폭이 좁아진다는 장점을 갖는다.Further, according to the P & O control method according to the related art, the characteristic is changed according to the magnitude? V of the reference voltage fluctuation width. When? V is large, the MPP follow-up speed is increased but the output voltage fluctuation width is widened. On the contrary, when? V is small, the MPP follow-up speed is reduced, but the advantage is that the fluctuation range of the output voltage is narrowed.

이러한 문제점을 해결하고자, 전압 증분을 가변적인 값을 이용하는 기술이 제시되고 있다[특허문헌 2]. 그러나 상기 특허문헌 2에서는 단지 가변 전압 증분을 이전 전압 증분이나 출력 전력의 증분에 대한 값에 의해서만 가변화시키고 있다. 즉, 특허문헌 2에서는 전류에 대한 요소에 대하여 전혀 고려하고 있지 않다.In order to solve such a problem, a technique of using a variable value of voltage increment has been proposed [Patent Document 2]. However, in the Patent Document 2, only the variable voltage increment is varied only by the value for the previous voltage increment or the output power increment. That is, in Patent Document 2, no consideration is given to an element for current.

대한민국 등록특허공보 제10-1065862호(2011.09.20. 공고)Korean Registered Patent No. 10-1065862 (Announced on September 20, 2011) 대한민국 등록특허공보 제10-1223611호(2013.01.17. 공고)Korean Registered Patent No. 10-1223611 (published on Jan. 17, 2013)

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 태양광 발전 시스템의 증분 컨덕턴스(InCond) 최대전력점을 추종하는 기술로서, 전류증분에 따른 가변전압 증분을 이용하여 최대전력점을 추종하는, 가변 전압 증분의 MPPT를 이용한 태양광 인버터의 효율 개선 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a technique for following the incremental conductance (InCond) maximum power point of a photovoltaic power generation system by using a variable voltage increment according to a current increment, The present invention provides a method of improving the efficiency of a solar inverter using variable voltage incremental MPPT.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 태양광 발전 시스템에서 최대전력점 추종을 위하여 레퍼런스 전압을 출력하는 가변 전압 증분의 MPPT를 이용한 태양광 인버터의 효율 개선 방법에 관한 것으로서, (a) 현재 전압 및 전류를 입력받아, 이전 전압 및 전류에 대비한 전압 증분 및 전류 증분을 산출하고, 전력 증분을 산출하는 단계; (b) 상기 전류 증분이 양인 경우, 상기 전압 증분 대비 전류 증분을 상기 현재 전압 대비 현재 전류의 음의 값과 크기를 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 레퍼런스 전압을 증감시키는 단계; 및, (c) 상기 전류 증분이 음인 경우, 상기 전력 증분이 음인지 양인지에 따라 상기 레퍼런스 전압을 증감시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of improving the efficiency of a solar inverter using a variable voltage increment MPPT for outputting a reference voltage for tracking a maximum power point in a solar power generation system, Calculating a voltage increment and a current increment relative to a previous voltage and current, and calculating a power increment; (b) if the current increment is positive, comparing the voltage increment vs. current increment with a negative value of the current current with respect to the current voltage, and increasing or decreasing the reference voltage according to a result of the comparison; And (c) increasing or decreasing the reference voltage depending on whether the power increment is negative or positive when the current increment is negative.

또한, 본 발명은 가변 전압 증분의 MPPT를 이용한 태양광 인버터의 효율 개선 방법에 있어서, 상기 (b)단계에서, 상기 전압 증분 대비 전류 증분이 상기 현재 전압 대비 현재 전류의 음의 값 보다 크면 상기 레퍼런스 전압을 증가시키고, 작으면 상기 레퍼런스 전압을 감소시키는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of improving the efficiency of a solar inverter using variable voltage increment MPPT, wherein, in step (b), if the voltage incremental current increment is greater than a negative value of the current, And the reference voltage is decreased when the voltage is small.

또한, 본 발명은 가변 전압 증분의 MPPT를 이용한 태양광 인버터의 효율 개선 방법에 있어서, 상기 (b)단계에서, 상기 전압 증분이 0이면, 상기 전류 증분이 양인지 음인지에 따라 상기 레퍼런스 전압을 증감시키는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of improving the efficiency of a solar inverter using variable voltage increment MPPT, wherein, in step (b), if the voltage increment is 0, And the like.

또한, 본 발명은 가변 전압 증분의 MPPT를 이용한 태양광 인버터의 효율 개선 방법에 있어서, 상기 (c)단계에서, 상기 전류 증분이 양이면 상기 레퍼런스 전압을 증가시키고, 상기 전류 증분이 음이면 상기 레퍼런스 전압을 감소시키는 것을 특징으로 한다.Further, the present invention is a method for improving the efficiency of a solar inverter using variable voltage increment MPPT, wherein, in step (c), when the current increment is positive, the reference voltage is increased, And the voltage is reduced.

또한, 본 발명은 가변 전압 증분의 MPPT를 이용한 태양광 인버터의 효율 개선 방법에 있어서, 상기 (c)단계에서, 상기 전력 증분이 양이면 상기 레퍼런스 전압을 증가시키고, 상기 전력 증분이 음이면 상기 레퍼런스 전압을 감소시키는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of improving the efficiency of a solar inverter using variable voltage increment MPPT, the method comprising: increasing the reference voltage if the power increment is positive; And the voltage is reduced.

또한, 본 발명은 가변 전압 증분의 MPPT를 이용한 태양광 인버터의 효율 개선 방법에 있어서, (d) 상기 레퍼런스 전압을 출력하고, 상기 이전 전압 및 전류의 값을 상기 현재 전압 및 전류의 값으로 갱신하는 단계를 더 포함하는 것을 징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for improving the efficiency of a solar inverter using MPPT with variable voltage increment, the method comprising: (d) outputting the reference voltage and updating the previous voltage and current with the current voltage and current values Step is further included.

또한, 본 발명은 가변 전압 증분의 MPPT를 이용한 태양광 인버터의 효율 개선 방법에 있어서, 상기 레퍼런스 전압을 증감시킬 때, 상기 전류 증분의 크기에 따라 상기 레퍼런스 전압의 증감 크기를 결정하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of improving the efficiency of a solar inverter using MPPT with a variable voltage increment, wherein the increase / decrease magnitude of the reference voltage is determined according to the magnitude of the current increment when the reference voltage is increased or decreased .

또한, 본 발명은 가변 전압 증분의 MPPT를 이용한 태양광 인버터의 효율 개선 방법에 있어서, 상기 전류 증분 △I이 가장 최근의 4개의 샘플에서 0 가까이에서 진동하면 상기 레퍼런스 전압의 증감 크기 △Vref 를 0.01V로 정하고, 상기 △I가 0.001A보다 작으면, △Vref는 0.05V로 정하고, 상기 △I가 0.005A보다 작으면, △Vref는 0.1V로 정하고, 상기 △I가 0.01A보다 작으면, △Vref는 0.5V로 정하고, 상기 △I가 0.015A보다 작으면, △Vref는 1V로 정하고, 그 외의 경우에는, △Vref는 2V로 정하는 것을 특징으로 한다.The present invention also relates to a method of improving the efficiency of a solar inverter using variable voltage incremental MPPT, wherein when the current increment ΔI oscillates near zero in the most recent four samples, the increase / decrease magnitude ΔV ref of the reference voltage is And when ΔI is less than 0.001A, ΔV ref is determined to be 0.05V. If ΔI is less than 0.005A, ΔV ref is set to 0.1V, and when ΔI is less than 0.01A , △ V ref is decided to 0.5V is small, the △ I is less than 0.015A, △ V ref is decided to 1V, that when other, △ V ref is characterized in that it establishes a 2V.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 가변 전압 증분의 MPPT를 이용한 태양광 인버터의 효율 개선 방법에 의하면, 가변 전압 증분을 채택하여 최대전력점(MPP)을 추종함으로써, 고정 증분을 채택한 경우보다 출력 전압 변동폭을 감소시킬 수 있고, 이를 통해 보다 빠르게 최대전력점(MPP)을 구할 수 있는 효과가 얻어진다.As described above, according to the method for improving the efficiency of the solar inverter using the variable voltage increment MPPT according to the present invention, by following the maximum power point (MPP) by adopting the variable voltage increment, The variation width can be reduced, and the effect of obtaining the maximum power point (MPP) more quickly can be obtained.

또한, 본 발명에 따른 가변 전압 증분의 MPPT를 이용한 태양광 인버터의 효율 개선 방법에 의하면, 전류 및 전압의 마지막 증분 뿐만 아니라 적어도 3개의 증분을 이용함으로써, 전류의 증분도 고려하여 일사량 조사 경사면에 따라 최대전력점(MPP)을 보다 정확하게 추적할 수 있는 효과가 얻어진다.In addition, according to the method for improving the efficiency of a solar inverter using variable voltage increment MPPT according to the present invention, by using not only the last increment of the current and the voltage but also at least three increments, An effect of more accurately tracking the maximum power point (MPP) can be obtained.

도 1은 본 발명을 실시하기 위한 태양광 발전 시스템의 구성에 대한 블록도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지의 등가회로의 회로도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지의 특성곡선으로서, (a) V-I특성, (b) V-P 특성의 그래프.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 V-I 곡선에서의 일사량에 따른 MPP의 변화에 대한 그래프로서, 적색선은 1000 W/m2, 청색선은 700 W/m2, 녹색선은 400 W/m2 의 일사량 경우이고, 온도 25℃일 때의 그래프.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 V-P 곡선에서의 일사량에 따른 MPP의 변화에 대한 그래프로서, 적색선은 1000 W/m2, 청색선은 700 W/m2, 녹색선은 400 W/m2 의 일사량 경우이고, 온도 25℃일 때의 그래프.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 V-I 곡선에서의 온도에 따른 MPP의 변화에 대한 그래프로서, 적색선은 25℃, 청색선은 50℃, 녹색선은 75℃의 온도일 경우의 그래프이고, 일사량은 1000 W/m2일 때의 그래프.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 V-P 곡선에서의 온도에 따른 MPP의 변화에 대한 그래프로서, 적색선은 25℃, 청색선은 50℃, 녹색선은 75℃의 온도일 경우이고, 일사량은 1000 W/m2일 때의 그래프.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어를 위한 구성에 대한 회로도.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어 장치에 대한 회로도.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 전압 증분의 MPPT를 이용한 태양광 인버터의 효율 개선 방법을 설명하는 흐름도.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광 인버터의 효율 개선 방법에서, 일사량 변화에 따른 전압, 전류 및 전력 추종 결과를 나타낸 그래프(S : 일사량, Vpv : PV전압, Ipv : PV전류, Ppv : PV 전력 , Pmax : PV모듈최대전력).
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 전압 증분의 MPPT를 이용한 태양광 인버터의 효율 개선 방법을 설명하는 흐름도.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양광 인버터의 효율 개선 방법에서, 일사량 변화에 따른 전압, 전류 및 전력 추종 결과를 나타낸 그래프(S : 일사량, Vpv : PV전압, Ipv : PV전류, Ppv : PV 전력 , Pmax : PV모듈최대전력).
도 14는 도 13의 그래프에서 구간별 MPPT 효율을 나타낸 표.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of a configuration of a solar power generation system for practicing the present invention; FIG.
2 is a circuit diagram of an equivalent circuit of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a characteristic curve of a solar cell according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 (a) is a VI characteristic, and FIG.
FIG. 4 is a graph showing a change in MPP according to the irradiation amount in the VI curve according to an embodiment of the present invention, wherein a red line is 1000 W / m 2 , a blue line is 700 W / m 2 , 2 , and the graph at a temperature of 25 ° C.
FIG. 5 is a graph showing a change in MPP according to the irradiation dose in a VP curve according to an embodiment of the present invention, wherein a red line is 1000 W / m 2 , a blue line is 700 W / m 2 , 2 , and the graph at a temperature of 25 ° C.
FIG. 6 is a graph of a change in MPP according to temperature in a VI curve according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a graph for a temperature of 25 ° C. for the red line, 50 ° C. for the blue line, and 75 ° C. for the green line, Graph of solar radiation at 1000 W / m 2 .
FIG. 7 is a graph showing changes in MPP according to temperature in a VP curve according to an embodiment of the present invention. In FIG. 7, a red line indicates a temperature of 25 ° C., a blue line indicates a temperature of 50 ° C., a green line indicates a temperature of 75 ° C., Graph at 1000 W / m 2 .
8 is a circuit diagram of a configuration for MPPT control of a solar power generation system according to an embodiment of the present invention.
9 is a circuit diagram of an MPPT control apparatus of a photovoltaic power generation system according to an embodiment of the present invention.
10 is a flow chart illustrating a method for improving efficiency of a solar inverter using variable voltage increment MPPT according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a graph (S: solar irradiance, Vpv: PV voltage, Ipv: PV current, Ipv) showing voltage, current and power follow-up results according to a change in irradiation dose in the efficiency improvement method of the solar inverter according to the first embodiment of the present invention. Ppv: PV power, Pmax: PV module maximum power).
12 is a flowchart illustrating a method for improving the efficiency of a solar inverter using variable voltage increment MPPT according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a graph (S: irradiation dose, Vpv: PV voltage, Ipv: PV current, Ipv) showing the voltage, current and power tracking results according to the irradiation dose change in the efficiency improvement method of the solar inverter according to the second embodiment of the present invention. Ppv: PV power, Pmax: PV module maximum power).
FIG. 14 is a table showing MPPT efficiencies according to intervals in the graph of FIG. 13; FIG.

이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면에 따라서 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.In the description of the present invention, the same parts are denoted by the same reference numerals, and repetitive description thereof will be omitted.

먼저, 본 발명을 실시하기위한 태양광 발전 시스템의 전체 구성을 도 1을 참조하여 설명한다.First, the entire configuration of a solar power generation system for carrying out the present invention will be described with reference to FIG.

도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명을 실시하기위한 태양광 발전 시스템의 전체 구성은 태양전지 어레이(10), 인버터(20), 제어장치(30), 및, 전력계통(40)을 포함하여 이루어진다.1, the entire configuration of a solar power generation system for practicing the present invention includes a solar cell array 10, an inverter 20, a control device 30, and a power system 40 .

여기서, 태양전지 어레이(10)는 외부로부터 입사되는 태양광을 집광하여 전기를 발생시키기 위한 것으로서, 통상적으로 주로 실리콘과 복합재료가 이용된다. 구체적으로, 상기 태양전지 어레이(10)는 P형 반도체와 N형 반도체를 접합시켜 사용하는 것으로, 태양 빛을 받아 전기를 생산하는 광전효과를 이용하는 것이다. 대부분의 태양전지 어레이(10)는 대면적의 P-N 접합 다이오드로 이루어져 있으며, 상기 P-N 접합 다이오드의 양극단에 발생된 기전력을 외부 회로에 연결하여 사용하게 된다. 태양전지 어레이(10)의 최소 단위를 셀(Cell)이라고 하는데, 실제로 태양전지를 셀 그대로 사용하는 일은 거의 없다. 실제 사용되는데 필요한 전압이 수 V에서 수십 혹은 수백 V 이상인데 비하여 셀 1개로부터 나오는 전압은 약 0.5V로 매우 작기 때문인데, 이 때문에 다수의 단위 태양전지들을 필요한 단위 용량으로 직렬 또는 병렬 연결하여 사용하고 있다. 또한, 태양전지 어레이(10)가 야외에서 사용되는 경우 여러 가지 혹독한 환경에 처하게 되므로, 필요한 단위 용량으로 연결된 다수의 셀을 혹독한 환경에서 보호하기 위하여 복수의 셀을 패키지로 구성하여 사용한다.Here, the solar cell array 10 is for generating electricity by condensing sunlight incident from the outside, and silicon and a composite material are usually used mainly. Specifically, the solar cell array 10 uses a p-type semiconductor and an n-type semiconductor in combination, and utilizes a photoelectric effect to generate electricity by receiving sunlight. Most of the solar cell arrays 10 are formed of large-area P-N junction diodes, and the electromotive force generated at the opposite ends of the P-N junction diode is connected to an external circuit. The minimum unit of the solar cell array 10 is referred to as a cell. Actually, the solar cell is rarely used as it is. This is because the voltage required from one cell is very small, about 0.5V, compared to several tens of V or several hundreds of V, which is necessary for practical use. Therefore, a plurality of unit solar cells can be connected in series or parallel . In addition, when the solar cell array 10 is used outdoors, it is subjected to various harsh environments. Therefore, a plurality of cells are used as a package in order to protect a plurality of cells connected with a necessary unit capacity in a harsh environment.

인버터(20)는 태양전지 어레이(10)에서 병렬군으로 입력받은 직류전력을 하나의 직류전력으로 통합한 후 이를 상용전력으로 사용할 수 있도록 교류전력으로 변환하여 출력한다. 인버터(20)에서 출력된 교류 전력은 전력계통(40)을 통해 수용가의 부하로 공급된다.The inverter 20 integrates the DC power received in the parallel group in the solar cell array 10 into one DC power and converts it into AC power for use as commercial power. The AC power output from the inverter 20 is supplied to the load of the consumer through the power system 40.

제어장치(30)는 인버터(20) 내에 설치되어 인버터(20)를 제어하는 장치로서, 태양전지 또는 태양전지 어레이(10)의 최대전력점(MPP)을 추적하는 알고리즘을 통해 전력계통(40)으로 최대 발전전력을 송전하도록 제어한다.The control device 30 is an apparatus that is installed in the inverter 20 and controls the inverter 20. The control device 30 controls the power system 40 through an algorithm that tracks the maximum power point MPP of the solar cell or the solar array 10, So that the maximum generated power is transmitted.

다음으로, 태양전지 어레이(10)의 태양전지의 구성에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다.Next, the configuration of the solar cell of the solar cell array 10 will be described with reference to Fig.

태양전지 어레이(10)의 구성 블록은 태양전지이며, 앞서 설명한 바와 같이, 기본적으로 빛 에너지를 직접 전기로 변환하는 p-n접합 반도체이다. 도 2는 태양전지의 등가회로이다. The constituent block of the solar cell array 10 is a solar cell, and as described above, it is basically a p-n junction semiconductor that directly converts light energy into electricity. 2 is an equivalent circuit of a solar cell.

태양전지의 전류 전압특성은 다음 수학식 1로 표현된다.The current-voltage characteristic of the solar cell is expressed by the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112015023761425-pat00001
Figure 112015023761425-pat00001

여기에서 I와 V는 각각 태양 전지 출력 전류 및 전압이고, I0는 다이오드 포화 전류, q는 전하량이며, A는 다이오드 재료계수, k는 볼츠만 상수, T는 절대 온도이고, RS와 RSH는 태양 전지의 직렬저항과 분로 저항이다. 여기에서 RSH의 값은 매우 크기 때문에 분석을 단순화하기 위하여 수학식 1의 끝항은 무시될 수 있다. 또한 태양전지 어레이(10)는 직렬과 병렬로 연결되는 많은 태양 전지로 구성되어, 태양전지 어레이(10)의 출력 전류와 전압이 계통연결 조건에 충분한 값을 갖게 된다. 위에서 언급된 단순화를 고려해서, 태양전지 어레이(10)의 출력 전류-전압 특성은 수학식 2로 표현되며, 여기에서 np와 ns는 태양 전지의 직렬 및 병렬연결 숫자이다.Where I and V are each a solar cell output current and voltage, I 0 is the diode is the saturation current, q is a charge amount, A is the diode material factor, k is the Boltzmann's constant, T is the absolute temperature, R S and R SH The series resistance and shunt resistance of the solar cell. Here, the value of R SH is so large that the end of equation (1) can be ignored to simplify the analysis. The solar cell array 10 is composed of many solar cells connected in parallel with the series, so that the output current and voltage of the solar cell array 10 have sufficient values for the system connection conditions. In consideration of the above-mentioned simplification, the output current-voltage characteristic of the solar cell array 10 is expressed by Equation 2, where n p and n s are the serial and parallel connection numbers of the solar cell.

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112015023761425-pat00002
Figure 112015023761425-pat00002

전류-전압 특성 중 중요한 점은 개방 회로 전압 VOC과 단락 전류 ISC이다. 두 점에서 발생되는 전력은 0이다. VOC는 분로 저항 RSH를 무시하고 태양전지에 흐르는 전류가 0일 때, 즉, I=0일 때 수학식 1로부터 유도하면 수학식 3과 같이 표현할 수 있다. 단락 전류 ISC는 V=0일 때의 전류이고, 광전류 IL과 거의 같다.Among the current-voltage characteristics, the open circuit voltage V OC and the short-circuit current I SC are important. The power generated at both points is zero. V OC can be expressed as Equation (3) by deriving from Equation (1) when the current flowing through the solar cell is 0, that is, I = 0, while ignoring the shunt resistor R SH . The short-circuit current I SC is the current when V = 0 and is almost equal to the photocurrent I L.

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112015023761425-pat00003
Figure 112015023761425-pat00003

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure 112015023761425-pat00004
Figure 112015023761425-pat00004

최대 전력은 V와 I의 곱이 최대인 전류-전압 특성 점에서 발전한다. 이 점이 MPP이며 도 3a 및 도 3b에서와 같이 유일한 점이다. 도 3a는 전압-전류의 곡선을 나타내고, 도 3b는 전압-전력 곡선을 나타낸다. MPP는 도 3b에서의 최고점이다.The maximum power develops at the current-voltage characteristic point where the product of V and I is the maximum. This is the MPP and is unique as in FIGS. 3A and 3B. Fig. 3A shows the voltage-current curve, and Fig. 3B shows the voltage-power curve. MPP is the highest point in Fig. 3B.

MPP를 추적하는데 고려되어야 하는 2개의 중요한 요인은 일사량과 온도이다. 이 두 가지 요소는 수학식 1과 수학식 2와 같이 태양 전지의 특성에 큰 영향을 미친다. 그 결과 MPP는 낮 동안 계속 변화하고, 왜 MPP가 끊임없이 추적되고 최대 유효 전력이 패널에서 얻어짐을 확보해야 하는지 그 주요원인이다.Two important factors to be considered in tracking MPP are solar radiation and temperature. These two factors have a great influence on the characteristics of the solar cell as shown in Equations (1) and (2). As a result, the MPP is constantly changing during the day, and why MPP is constantly being tracked and ensuring that the maximum active power is obtained from the panel.

전압-전류(V-I)과 전압-전력(V-P)특성에 대한 일사량의 효과는 V-I와 V-P곡선에 일사량의 효과를 잘 설명하기 위하여 도 4 및 도 5와 같이 표현한다. 광전류는 일사량에 비례하여 변화하며 일사량이 증가하면 단락전류(ISC)는 그에 따라 증가한다. 대조적으로, 개방 회로 전압(VOC)에 대한 효과는 일사량에 따른 전류의 변화에 비하여 그 영향이 작다.The effects of solar radiation on voltage-current (VI) and voltage-power (VP) characteristics are shown in FIGS. 4 and 5 to better illustrate the effect of solar radiation on VI and VP curves. The photocurrent changes in proportion to the solar radiation. As the solar radiation increases, the short circuit current (I SC ) increases accordingly. In contrast, the effect on the open circuit voltage (V OC ) is less affected by the change in current depending on the irradiation dose.

도 4와 도 5에서 일사량에 대한 전류의 변화가 전압보다 더 크다는 것을 알 수 있다. 실제로, 일사량에 따른 전압변화는 종종 무시된다. 전류 및 전압 둘 모두에 대한 효과가 양의 값을 갖기 때문에, 일사량이 증가할 때 전력 또한 확실히 증가한다.In FIGS. 4 and 5, it can be seen that the change of the current with respect to the solar radiation amount is larger than the voltage. In fact, the voltage change due to irradiation is often ignored. Since the effect on both current and voltage has a positive value, the power also increases definitely when the solar radiation amount increases.

온도는 주로 전압에 영향을 미친다. 개방 회로 전압은 다음 방정식에서 보이는 것처럼 온도에 따라 선형으로 변화한다.The temperature mainly affects the voltage. The open-circuit voltage changes linearly with temperature as shown in the following equation.

[수학식 5]&Quot; (5) "

Figure 112015023761425-pat00005
Figure 112015023761425-pat00005

수학식 5에 따르면, VOC에 대한 온도의 효과는 KV가 음의 값을 갖기 때문에 온도가 상승하면 전압이 감소한다. 그러나 온도에 따른 전류의 상승은 매우 적기 때문에 온도상승에 따른 전압감소를 보상하지 않는다. 그런 이유로 전력은 감소하게 된다. According to Equation (5), the effect of temperature on V OC is such that the voltage decreases when the temperature rises because K V has a negative value. However, since the rise in current with temperature is very small, it does not compensate for the voltage drop due to temperature rise. For that reason, power is reduced.

태양전지 어레이(10), 즉, PV 패널 제조사는 자료에 개방 회로 전압, 단락회로전류 및 최대전력이 온도 변화에 따라 어떻게 변화하는지에 대한 매개변수인 온도 계수를 제시하고 있다. 전류에 대한 온도의 효과는 아주 작기 때문에 보통 무시된다. 전압-전류와 전압-전력 특성이 온도에 따라 어떻게 변화하는지 도 6과 도 7에서 알 수 있다.The solar cell array 10, that is, the PV panel manufacturer, presents a temperature coefficient, which is a parameter for how the open-circuit voltage, the short-circuit current and the maximum power change with temperature. The effect of temperature on the current is negligible since it is very small. It can be seen from FIGS. 6 and 7 how the voltage-current and voltage-power characteristics change with temperature.

본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어를 위한 구성을 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한다.A configuration for controlling the MPPT of the photovoltaic power generation system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 and 9. FIG.

도 8에서 보는 바와 같이, 태양전지 어레이, 직류링크(DC-link) 콘덴서 및, 전원 변환 장치를 대체하는 제어되는 전류원으로 이루어져 있다.As shown in FIG. 8, the photovoltaic device includes a solar cell array, a DC-link capacitor, and a controlled current source that replaces a power conversion device.

도 9에서 보는 바와 같이, MPPT 제어부(MPPT InCond)은 MPPT 알고리즘에 의해 레퍼런스 전압(Vref)을 생성한다. 즉, MPPT 제어부(MPPT InCond)는 PV 전압 Vpv, 및 PV 전류 Ipv를 입력받아, 레퍼런스 전압 Vref를 출력한다. 레퍼런스 전압(Vref)은 실제 PV 직류전압(Vpv)와의 차이(∑)가 계산되고, 계산된 차이는 비례적분이득(PI)로 공급된다. 그리고 그 출력이 실제 PV 직류전류(Ipv)와의 차이가 전류원의 레퍼런스 제어 값이 되어 S1으로 입력된다.As shown in FIG. 9, the MPPT controller MPPT InCond generates the reference voltage V ref by the MPPT algorithm. That is, the MPPT control unit (MPPT InCond) receives the PV voltage V pv and the PV current I pv and outputs the reference voltage V ref . The difference (?) From the actual PV direct-current voltage (V pv ) is calculated for the reference voltage (V ref ), and the calculated difference is supplied to the proportional integral gain (PI). The difference between the output and the actual PV direct current (I pv ) becomes the reference control value of the current source and is input to S1.

즉, 도 9의 ∑ 는 합산기(Summer)로서 두 개의 입력신호 중 +부호의 입력신호의 값에서 -부호의 입력신호의 값을 뺀 값을 출력한다. 또한, 도 9의 합산기(∑)의 출력은 리미터(limiter)로 입력되고, 리미터(limiter)는 상한설정 값과 하한설정 값을 지정한다. 입력 값이 상한설정 값보다 크면 상한설정 값을 출력하고, 입력 값이 하한설정 값보다 작으면 하한설정 값을 출력한다. 뒤에 연결된 비교기에 입력되는 삼각파의 범위를 벗어나지 않게 제한한다.That is, in Fig. 9,? Outputs a value obtained by subtracting the value of the input signal of the + sign from the value of the input signal of the + sign among the two input signals as a summer. The output of the summer SIGMA in Fig. 9 is input to a limiter, and a limiter specifies an upper limit set value and a lower limit set value. If the input value is higher than the upper limit setting value, the upper limit setting value is output. If the input value is lower than the lower limit setting value, the lower limit setting value is output. The range of the triangular wave inputted to the comparator connected later is limited.

도 9의 S1의 출력이 도 8의 S1으로 입력되어, S1이 PWM 입력으로 되고, 스위칭 회로(예를 들어, IGBT의 게이트)를 구동하게 되어, 부스트 동작이 이루어진다. 이를 통해, MPP를 추종하게 된다.The output of S1 in Fig. 9 is input to S1 in Fig. 8, S1 becomes a PWM input, and a switching circuit (for example, the gate of the IGBT) is driven to perform a boost operation. This leads to the MPP.

특히, MPPT 제어부(MPPT InCond)에 의해 생성된 레퍼런스 전압은 도 9에서 보인 제어 골격을 전류 레퍼런스로 변환된다. 즉, 레퍼런스 전압과 실제적인 직류 전압 (태양전지 어레이의 출력 전압) 사이의 오차는 그 값과 직류링크(DClink) 정전용량 및 샘플링 기간에 따른 비례 이득으로 공급한다. 이 이득의 출력은 태양전지 모듈의 전류에서 차감하고 그 결과는 제어되는 전류원에 대한 레퍼런스 전류이다.In particular, the reference voltage generated by the MPPT control unit (MPPT InCond) is converted into a current reference as shown in FIG. In other words, the error between the reference voltage and the actual DC voltage (the output voltage of the solar cell array) is supplied by its value, the DC link capacitance and the proportional gain according to the sampling period. The output of this gain is subtracted from the current of the solar cell module and the result is the reference current for the controlled current source.

즉, 도 9의 S1은 Iref와 Ipv를 일치시키는 IGBT를 구동하는 PWM 드라이브 신호 출력으로서, 도 8에서 S1으로 표시되고 있다. 일반적인 MMPT 제어기에서는 MPPT 출력과 PV 전압과의 차를 레퍼런스 전압으로 하여 전압제어 만을 행한다. 바람직하게는, 본 발명에서는 레퍼런스 전압과 PV전류와의 차를 레퍼런스 전류로 하여 전류원을 제어하는 전류제어를 행한다.That is, S1 in Fig. 9 is a PWM drive signal output for driving an IGBT that matches I ref and I pv , and is denoted by S1 in Fig. In a general MMPT controller, only the voltage control is performed by using the difference between the MPPT output and the PV voltage as the reference voltage. Preferably, in the present invention, current control is performed to control the current source with the difference between the reference voltage and the PV current as the reference current.

본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 전압 증분의 MPPT를 이용한 태양광 인버터의 효율 개선 방법을 도 10 내지 도 11을 참조하여 설명한다.A method for improving the efficiency of a solar inverter using variable voltage increment MPPT according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 to 11. FIG.

본 발명에 따른 증분 컨덕턴스(IncCond) 최대전력점 추종 방법의 기본 아이디어는 MPP가 도 5에서 보이는 것처럼 전력 곡선의 최대 점이기 때문에, MPP에서 전압에 대한 전력의 미분계수는 0이 된다. 여기에서 p×v의 출력 특성이 분석된다. 우리는 도 5에서 MPP의 왼쪽에서 전력이 전압과 함께 증가하는 것에 주의한다, 즉, dp/dv > 0, 그리고 MPP의 오른쪽에서는 전압과 함께 감소한다. 즉, dp/dv < 0.The basic idea of the incremental conductance (IncCond) maximum power point tracking method according to the present invention is that since the MPP is the maximum point of the power curve as shown in FIG. 5, the differential coefficient of power to voltage in MPP becomes zero. Here, the output characteristic of pxv is analyzed. We note that in Figure 5 the power at the left of the MPP increases with the voltage, i.e. dp / dv> 0, and decreases with the voltage to the right of the MPP. That is, dp / dv < 0.

이것은 다음과 같은 간단한 방정식으로 쓸 수 있다.This can be written as a simple equation:

[수학식 6] (MPP에서)(6) (in MPP)

Figure 112015023761425-pat00006
Figure 112015023761425-pat00006

[수학식 7] (MPP의 왼쪽 경사에서)(7) (at the left slope of the MPP)

Figure 112015023761425-pat00007
Figure 112015023761425-pat00007

[수학식 8] (MPP의 오른쪽 경사에서)(Equation 8) (at the right slope of the MPP)

Figure 112015023761425-pat00008
Figure 112015023761425-pat00008

상기 관계는 패널(태양전지)의 전류와 전압을 사용하는 항으로 쓸 수 있다The relationship can be written as a term using the current and voltage of the panel (solar cell)

[수학식 9]&Quot; (9) &quot;

Figure 112015023761425-pat00009
Figure 112015023761425-pat00009

[수학식 10] (MPP에서)(10) &lt; RTI ID = 0.0 &gt; (MPP)

Figure 112015023761425-pat00010
Figure 112015023761425-pat00010

[수학식 11] (MPP의 왼쪽 경사에서)(11) (at the left slope of the MPP)

Figure 112015023761425-pat00011
Figure 112015023761425-pat00011

[수학식 12] (MPP의 오른쪽 경사에서)(12) (at the right slope of the MPP)

Figure 112015023761425-pat00012
Figure 112015023761425-pat00012

그러므로, PV 패널(태양전지 어레이) 터미널 전압은, 증분과 순시 패널 전도력 (각각 di/dv, I/V)를 측정하고 상기의 방정식을 사용해서, MPP 전압에 관련지어 조정할 수 있다.Therefore, the PV panel (solar cell array) terminal voltage can be adjusted in relation to the MPP voltage by measuring the increment and instantaneous panel conductances (di / dv, I / V, respectively) and using the above equations.

제1 실시예에 따른 태양광 인버터의 효율 개선 방법은 도 10의 흐름도에 구체적으로 나타내고 있다.The efficiency improvement method of the solar inverter according to the first embodiment is shown in detail in the flowchart of FIG.

도 10에서 보는 바와 같이, 제1 실시예에 따른 방법은 I(k)와 V(k)의 현재의 값을 얻어서 그 주기를 시작한다(S110). 그 후에 선행하는 주기 끝에 저장되는 대응 값, I(k-1)과 V(k-1)를 사용하여, 증분 변화는 다음과 같이 접근한다(S120).As shown in FIG. 10, the method according to the first embodiment obtains the current values of I (k) and V (k) and starts its cycle (S110). Then, using the corresponding values I (k-1) and V (k-1) stored at the end of the preceding cycle, the incremental change approaches (S120) as follows.

di ≒ I(k) - I(k-1)di? I (k) - I (k-1)

dv ≒ V(k) - V(k-1)dv? V (k) - V (k-1)

주요 체크는 -I/V에 대하여 di/dv를 비교해서 실행된다(S152). 이 체크는 dv ≠ 0 일 때에 실행된다(S140). 이 체크의 결과에 따라 제어 기준 신호 Vref는 MPP 전압으로 패널(태양전지 패널)의 터미널 전압을 이동하기 위하여 조정된다. 즉, 전압 증분 대비 전류 증분 di/dv 이 전압 대비 전류의 음수 -I/V 보다 크면 레퍼런스 전압 Vref 조정은 증산하여 조정되고(S153), di/dv 가 -I/V 보다 작으면 Vref 조정은 감산하여 조정된다(S154).The main check is performed by comparing di / dv against -I / V (S152). This check is executed when dv? 0 (S140). According to the result of this check, the control reference signal V ref is adjusted to move the terminal voltage of the panel (solar panel) to the MPP voltage. That is, the voltage increment compared to current incremental di / dv is greater than the negative -I / V reference voltage V ref of the voltage adjusting the current contrast is adjusted to increase production (S153), di / dv is -I / V is less than V ref adjustment (S154).

MPP에서, 즉 di/dv = -I/V 이면, 제어 작용이 필요 없다(S151). 그러므로 조정 단계는 무시되고 레퍼런스는 변화하지 않으며, 운전점은 MPP에서 머물게 된다. 알고리즘은 주기의 끝에 저장한 매개변수를 평소와 같이 새롭게 한다(S190).In MPP, i.e., di / dv = -I / V, no control action is required (S151). Therefore, the adjustment step is ignored, the reference does not change, and the driving point remains at the MPP. The algorithm updates the parameters stored at the end of the cycle as usual (S190).

두 번째 다른 체크는, 알고리즘에서 패널이 선행하는 주기(dv = 0)에 있는 MPP에서 작동할 때 제어 작용이 요구된다는 것을 검출하기 위하여 포함된다. 이 경우에는 대기의 상태에 있는 변화는 (di ≠ 0)을 이용하여 검출된다(S161). 지금 제어 신호 Vref 조정은 순서도에서와 같이 전류 증분 di가 양수인지 음수인지에 따라 좌우될 것이다(S162). 즉, 전류 증분 di 가 양수이면 레퍼런스 전압 Vref 조정은 증산하여 조정되고(S163), di 가 음수이면 Vref 조정은 감산하여 조정된다(S164).The second other check is included in the algorithm to detect that the control action is required when the panel is operating in the MPP in the preceding cycle (dv = 0). In this case, the change in the state of the atmosphere is detected using (di? 0) (S161). Now the control signal V ref adjustment will depend on whether the current increment di is positive or negative (S162) as in the flowchart. That is, if the current increment di is a positive number, the reference voltage V ref adjustment is adjusted by multiplying (S163). If di is negative, the V ref adjustment is adjusted by adjusting (S164).

조정된 레퍼런스 전압 Vref 가 출력되고(S180), 주기의 끝에 저장한 매개변수 I(k-1), V(k-1)을 현재의 값으로 갱신한다(S190).The adjusted reference voltage V ref is outputted (S180), and the parameters I (k-1) and V (k-1) stored at the end of the period are updated to the current values (S190).

도 11에서 0~2초 사이에서와 같이 일사량이 계단식으로 변화하는 경우에, 그 변화가 순간적으로 일어나고 일사량이 변화하지 않고 유지되기 때문에 MPP를 잘 추적한다. 그러나 일사량이 경사면을 따라 변화하고, 도 5에서와 같이 알고리즘이 일사량에 따른 지속적으로 변화하는 곡선에 대응하게 되면, 전압 및 전류에 대한 변화는 전압의 섭동뿐만이 아니다. 결과적으로 알고리즘이 전력에 대한 변화가 알고리즘에 따른 레퍼런스 전압의 증가 때문인지 일사량 변화에 따른 것인지 결정하는 것이 쉽지 않다.In FIG. 11, when the solar radiation changes in a stepwise manner as in the case of 0 to 2 seconds, the change momentarily occurs and the solar radiation amount is kept unchanged. However, if the solar radiation changes along the slope and the algorithm corresponds to the continuously changing curve according to the irradiation dose as shown in Fig. 5, the change in voltage and current is not only the fluctuation of the voltage. As a result, it is not easy for the algorithm to determine whether the change in power is due to an increase in the reference voltage according to the algorithm or a change in solar radiation.

일사량 변화에 따른 시험의 결과에서, IncCond 알고리즘은 PV 패널에서 전압이 MPP 전압에서 멀리 떨어져 있음이 명백하다. 더욱, 알고리즘은 잘못된 방향으로 직류 전압을 이동시킬 수 있다. 전력도 동일함을 도 11에서 볼 수 있다.   From the results of the test according to the irradiation change, it is clear that the IncCond algorithm is far from the MPP voltage in the PV panel. Furthermore, the algorithm can move the DC voltage in the wrong direction. It can be seen from Fig. 11 that the power is the same.

다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 전압 증분의 MPPT를 이용한 태양광 인버터의 효율 개선 방법을 도 12 내지 도 13을 참조하여 설명한다.Next, a method for improving the efficiency of the solar inverter using the variable voltage increment MPPT according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 12 to 13. FIG.

일사량 조사 경사면에 따라 MPP를 정확하게 추적하기 위해서는 전류 및 전압의 마지막 증가분뿐만 아니라 적어도 세 개가 필요하다. 이렇게 하기 위해서 전압과 전류의 4개의 연속적인 샘플이 고려된다. 그것들로 전력 (△P) 및 전류 (△I)의 마지막 3개의 증가분이 산출될 수 있다. 전류 증가의 평균이 전류에 있는 마지막 증가의 허용범위 안에 있는 경우에, 마지막 증가의 ±20% 차이를 사용한다. 즉 (1.2△I, 0.8△I)이다.Investigation of solar irradiance Accurate tracking of the MPP along the slope requires at least three as well as the last increment of current and voltage. To do this, four consecutive samples of voltage and current are considered. Whereby the last three increments of the power [Delta] P and the current [Delta] I can be calculated. If the average of the current increase is within the allowable range of the last increase in current, use a ± 20% difference of the last increase. (1.2 DELTA I, 0.8 DELTA I).

그리고 전류 및 전력에 있는 마지막 3개의 증가에는 동일한 부호가 있기에 일사량 조사는 변화하는 경사면에 따라 레퍼런스 전압은 옳은 방향으로 움직이기 위하여 강제된다. 그것은 전류가 증가하는 경우에 증가시키고 반대 경우는 감소한다.And since the last three increases in current and power have the same sign, the irradiation dose is forced to move the reference voltage in the right direction according to the varying slopes. It increases when the current increases and decreases when the current increases.

증분 컨덕턴스 방법을 사용하는 경우에, 몇 가지 문제가 일사량이 변동할 때 발생한다. 그것은 레퍼런스 전압 Vref를 결정할 때 △V/△P를 사용할 지 △I/△P를 사용할 지를 결정한다.When using the incremental conductance method, several problems arise when the solar radiation fluctuates. It determines whether to use? V /? P or? I /? P when determining the reference voltage V ref .

문제는 다음 2가지 경우에 나타난다. 첫 번째 경우는 △P와 △V는 모두 음의 값이면 △V/△P의 부호는 양의 값을 갖게 되고 Vref을 감소시키지 않고 Vref를 증가시키는 지시를 내린다. 두 번째 경우는, △P와 △I는 양의 값이면 △I/△P의 부호 또한 양의 값을 갖게 되고 레퍼런스 전압은 증가하는 대신에 감소한다. 해결책으로는 문제가 이러한 두 종류 경우에서만 나타났기 때문에 간단하다. 즉, △I가 양의 값일 때 알고리즘은 △V/△P를 사용하고, 반대인 경우에는 △I/△P를 이용한다.The problem appears in the following two cases. The first case △ △ V P and the sign of the both is a negative value of △ V / △ P is down the instruction to have a positive value and increase the V ref without reducing the V ref. In the second case, if ΔP and ΔI are positive values, the sign of ΔI / ΔP also has a positive value, and the reference voltage decreases instead of increasing. The solution is simple because the problem appears only in these two cases. That is, when ΔI is a positive value, the algorithm uses ΔV / ΔP, and in the opposite case, ΔI / ΔP is used.

일사량이 일정한 경우에는 기본 증분(IncCond) 알고리즘에 의한 MPP 추종 알고리즘에 의하여 최대전력점에서의 운전을 하게 된다. 다만 일사량의 변동이 있을 경우 잘못된 방향으로의 레퍼런스 전압을 증가 또는 감소하게 된다. When the solar radiation amount is constant, the operation is performed at the maximum power point by the MPP tracking algorithm by the basic increment (IncCond) algorithm. However, if the amount of solar radiation fluctuates, the reference voltage in the wrong direction is increased or decreased.

첫 번째, 일사량이 감소하여 △I가 음의 값을 갖는 경우, 도 5에서 빨간 곡선에서 파란 곡선으로 변경되는 경우, △P와 △V는 모두 음의 값이 된다. 이 경우, △V/△P의 부호는 양의 값을 갖게 되고 레퍼런스 전압 Vref을 감소시키지 않고 Vref를 증가시키는 잘못된 지시를 내리게 된다. 이때는 △V/△P가 아닌 △I/△P를 이용하여 Vref를 감소시키게 한다(이하 도 12의 순서도 오른쪽 부분).First, when ΔI is negative due to a decrease in the amount of solar radiation, ΔP and ΔV are both negative values when the curve is changed from a red curve to a blue curve in FIG. In this case, the sign of DELTA V / DELTA P has a positive value and gives a false instruction to increase Vref without decreasing the reference voltage Vref. At this time, Vref is decreased by using? I /? P instead of? V /? P (hereinafter, the right part of the flowchart of FIG. 12).

두 번째, 일사량이 증가하여 △I가 양의 값을 갖는 경우, 도 5에서 파란 곡선에서 빨간 곡선으로 변경되는 경우이다. 이때, △P와 △I는 모두 양의 값이 되어 △I/△P의 부호는 양의 값을 갖게 되고 Vref을 증가시키지 않고 Vref를 감소시키는 잘못된 지시를 내리게 된다. 이때는 △I/△P가 아닌 기본 증분(IncCond) 알고리즘과 같이 △I/△V를 이용하여 Vref를 증가 또는 감소시키게 한다(이하 도 12의 순서도 왼쪽 부분).Secondly, when the solar radiation amount increases and ΔI has a positive value, it is changed from a blue curve to a red curve in FIG. At this time, both DELTA P and DELTA I become positive values so that the sign of DELTA I / DELTA P becomes a positive value and gives an erroneous instruction to decrease Vref without increasing Vref. At this time, Vref is increased or decreased by using ΔI / ΔV like the basic incremental (IncCond) algorithm instead of ΔI / ΔP (the left part of the flowchart of FIG. 12).

상기 제2 실시예에 따른 순서도는 도 12와 같다.The flowchart according to the second embodiment is shown in Fig.

도 12에서 보는 바와 같이, 먼저, 제2 실시예에 따른 방법은 I(k)와 V(k)의 현재의 값을 얻어서 그 주기를 시작한다(S210). 그 후에 선행하는 주기 끝에 저장되는 대응 값, I(k-1)과 V(k-1)를 사용하여, 증분 변화는 다음과 같이 접근한다(S220). P(k), P(k-1)은 각각 V×I로 구한다.As shown in FIG. 12, first, the method according to the second embodiment obtains the current values of I (k) and V (k) and starts its cycle (S210). Then, using the corresponding values I (k-1) and V (k-1) stored at the end of the preceding cycle, the incremental change approaches (S220) as follows. P (k) and P (k-1) are obtained as VxI, respectively.

di ≒ I(k) - I(k-1)di? I (k) - I (k-1)

dv ≒ V(k) - V(k-1)dv? V (k) - V (k-1)

dp ≒ P(k) - P(k-1) = V(k)×I(k) - V(k-1)×I(k-1)1 (k-1) = V (k) I (k) - V (k-1)

다음으로, △I가 양인지 음인지를 판별한다(S230).Next, it is determined whether? I is positive or negative (S230).

△I가 양인 경우, 앞서 제1 실시예와 같이 수행한다. 즉, 전압 증분 dv가 0인지를 체크하여(S240), dv ≠ 0 일 때 -I/V에 대하여 di/dv를 비교해서 실행된다(S252). 이 체크의 결과에 따라 제어 기준 신호 Vref는 MPP 전압으로 패널(태양전지 패널)의 터미널 전압을 이동하기 위하여 조정된다. 즉, 전압 증분 대비 전류 증분 di/dv 이 전압 대비 전류의 음수 -I/V 보다 크면 레퍼런스 전압 Vref 조정은 증산하여 조정되고(S253), di/dv 가 -I/V 보다 작으면 Vref 조정은 감산하여 조정된다(S254). MPP에서, 즉 di/dv = -I/V 이면, 제어 작용이 필요 없다(S251). 그러므로 조정 단계는 무시되고 레퍼런스는 변화하지 않으며, 운전점은 MPP에서 머물게 된다. dv = 0 일때, 전류 증분 di 가 양수이면 레퍼런스 전압 Vref 조정은 증산하여 조정되고(S263), di 가 음수이면 Vref 조정은 감산하여 조정된다(S264). 전류 증분 di가 0인 경우에는 조정되지 않는다(S261). 조정된 레퍼런스 전압 Vref 가 출력되고(S280), 주기의 끝에 저장한 매개변수 I(k-1), V(k-1)을 현재의 값으로 갱신한다(S290).When? I is positive, it is performed as in the first embodiment. That is, it is checked whether the voltage increment dv is 0 (S240), and when dv? 0, di / dv is compared with -I / V (S252). According to the result of this check, the control reference signal V ref is adjusted to move the terminal voltage of the panel (solar panel) to the MPP voltage. That is, the voltage increment compared to current incremental di / dv is greater than the negative -I / V reference voltage V ref of the voltage adjusting the current contrast is adjusted to increase production (S253), di / dv is -I / V is less than V ref adjustment (S254). In MPP, i.e., di / dv = -I / V, no control action is required (S251). Therefore, the adjustment step is ignored, the reference does not change, and the driving point remains at the MPP. If dv = 0 and the current increment di is positive, the reference voltage V ref adjustment is adjusted by multiplying (S263). If di is negative, the V ref adjustment is adjusted by adjusting (S264). When the current increment di is 0, it is not adjusted (S261). The adjusted reference voltage V ref is outputted (S280), and the parameters I (k-1) and V (k-1) stored at the end of the period are updated to the current values (S290).

다음으로, △I가 음인 경우, 전력 증분 dP가 양 또는 음인지에 따라, 레퍼런스 전압 Vref 가 조정된다(S272). 즉, 전력 증분이 양인 경우 레퍼런스 전압을 증가시키고(S273), 음인 경우 감소시킨다(S274).Next, when? I is negative, the reference voltage V ref is adjusted depending on whether the power increment dP is positive or negative (S272). That is, when the power increment is positive, the reference voltage is increased (S273) and decreased when the power increment is negative (S274).

정상 상태에서 MPP의 주위의 진동을 극소화할 수 있어 전류 증가에 비례하는 레퍼런스 전압의 변화를 최소화하여 수정할 수 있다. △I가 특정 값보다 더 작은 경우에, △Vref는 감소된다. 이런 경우에 시행착오를 통해서 결정된 6개의 선택권을 고려하였다. 즉 만족한 성과가 주어질 때까지 값이 조정된다. 6개의 경우는 다음과 같다.In the steady state, the vibration around the MPP can be minimized, so that the change in the reference voltage proportional to the current increase can be minimized. If? I is smaller than a certain value ,? Vref is reduced. In this case, we considered six options that were determined through trial and error. That is, the value is adjusted until satisfactory performance is given. The six cases are as follows.

(1) △I가 가장 최근의 4개의 샘플에서 0 가까이에서 진동하면 △Vref는 0.01V.(1) If? I oscillates near zero in the last four samples,? V ref is 0.01V.

(2) △I가 0.001A보다 작으면, △Vref는 0.05V.(2) If? I is less than 0.001A,? V ref is 0.05V.

(3) △I가 0.005A보다 작으면, △Vref는 0.1V.(3) △ if I is less than 0.005A, △ V ref is 0.1V.

(4) △I가 0.01A보다 작으면, △Vref는 0.5V.(4) If? I is less than 0.01 A,? V ref is 0.5 V.

(5) △I가 0.015A보다 작으면, △Vref는 1V.(5) If? I is less than 0.015 A,? V ref is 1 V.

(6) 그 외의 경우에는, △Vref는 2V.(6) In other cases,? V ref is 2V.

상기 6개의 설정은 MPPT에 보다 빨리 도달하면서 MPP에 근처에 도달하였을 때 자려진동을 감소시키기 위한 상수 설정값이다.The six settings are constant set values for reducing the self-excited vibration when reaching MPPT nearer while reaching MPPT sooner.

즉, 4개의 연속적인 샘플 V(k), V(k-1), V(k-2), V(k-3)을 추출하여, 3개의 증가분 △V3=V(k-2)-V(k-3), △V2=V(k-1)-V(k-2), △V1=V(k)-V(k-1)을 산출한다. 마찬가지로, 4개의 연속적인 샘플 I(k), I(k-1), I(k-2), I(k-3)을 추출하여, 3개의 증가분 △I3=I(k-2)-I(k-3), △I2=I(k-1)-I(k-2), △I1=I(k)-I(k-1)을 산출한다.That is, four successive samples V (k), V (k -1), V (k-2), V = V (k-3) extracts the three increment △ V 3 (k-2) - of V (k-3), △ V 2 = V (k-1) -V (k-2), △ V 1 = V (k) -V (k-1) is calculated. Similarly, four successive samples I (k), I (k -1), (k-2), extracts the I (k-3), 3 of increment △ I 3 = I (k- 2) - the I (k-3), △ I 2 = I (k-1) -I (k-2), △ I 1 = I (k) -I (k-1) is calculated.

앞서 △I는 △I=I(k)-I(k-1)을 의미한다. 즉, PV전류의 증가분으로 샘플링한 PV전류 값에서 이전 샘플링한 전류 값을 뺀 값이다.The preceding ΔI means ΔI = I (k) -I (k-1). That is, the value obtained by subtracting the sampled current value from the sampled current value as the PV current increment.

또한, “△I가 가장 최근의 4개의 샘플에서 0 가까이에서 진동”한다는 것은 다음과 같다. 즉, 가장 최근 저장된 4개의 샘플링한 전류 값을 이용하여 3개의 △I 값을 추출하여 저장한다. 이 3개의 △I가 0.001A보다 연속으로 작게 되면 MPP에 거의 근접한 것으로 판단하여 △Vref를 0.05V에서 0.01V 변경하여 자려진동을 감소시킨다.Also, it is as follows that &quot;? I oscillates near zero in the last four samples &quot;. That is, three ΔI values are extracted and stored using the four most recently stored sampled current values. If these three ΔIs are continuously smaller than 0.001A, it is determined that they are close to the MPP, and ΔV ref is changed from 0.05V to 0.01V to reduce the self-excited vibration.

MPP 추적의 성능은 아주 좋으며 모든 경사로에서 유사하다. 모든 경우에 약간의 지연이 있다. 동적인 효율은 다음과 같이 계산된다.The performance of MPP tracking is very good and is similar on all ramps. In all cases there is a slight delay. The dynamic efficiency is calculated as follows.

[수학식 13]&Quot; (13) &quot;

Figure 112015023761425-pat00013
Figure 112015023761425-pat00013

여기에서 PPV는 태양전지(또는 PV 패널)에서 전해지는 전력이고 PMPP는 이론적인 최대 전력이다. 이제까지 기술된 제2 실시예에 따른 방법은 일사량 경사면에서 MPP 전압을 올바르게 추적할 수 있게 된다.Where P PV is the power delivered by the solar cell (or PV panel) and P MPP is the theoretical maximum power. The method according to the second embodiment described so far can correctly track the MPP voltage on the solar irradiance slope.

도 13에서 보는 바와 같이, 상기 제2 실시예에 의한 방법에 의한 결과로서, 0~2초간은 일사량 계단식으로 급격하게 변화할 때의 MPPT주종이며, 3~10초간은 일사량이 경사면을 따라 서서히 변할 때의 MPPT추종결과이다. 도 13의 3~10초 사이의 그래프를 보듯이 일사량이 경사면을 따라 서서히 변할 때 MPPT 추종 결과도 역시 같이 서서히 변화하여 추종하고 있다.As shown in FIG. 13, as a result of the method according to the second embodiment, the MPPT main species at 0 to 2 seconds is abruptly changed in a stepwise manner, and the irradiation amount is gradually changed along the slope for 3 to 10 seconds It is the result of MPPT follow-up. As shown in the graph between 3 and 10 seconds in FIG. 13, when the solar radiation gradually changes along the slope, the MPPT follow-up result also changes gradually and follows.

이에 반해, 도 11에서 보는 바와 같이, 상기 제1 실시예에 의한 방법의 결과로서, 3~10초간(특히, 4~6초간)에 일사량이 경사면을 따라 서서히 변화하나, MPPT 추종 결과는 제대로 추종하고 있지 못하다. 즉, 상기 제1 실시예의 증분 컨덕턴스(IncCond) 방법은 계단변화에 대하여는 추종을 잘하지만 경사변화에 대하여는 추종을 제대로 하지 못하여 PV전력이 최대출력값에 접근하지 못한다.On the other hand, as shown in FIG. 11, as a result of the method according to the first embodiment, the solar irradiance gradually changes along the slope during 3 to 10 seconds (especially, 4 to 6 seconds), but the MPPT follow- I do not. That is, the incremental conductance method (IncCond) of the first embodiment can follow the staircase change well, but the PV power can not approach the maximum output value because the slope change is not followed properly.

즉, 도 11과 도 13을 비교하면 상기 제2 실시예에 따른 방법이 제1 실시예에 따른 방법에 비하여, MPP로의 접근이 추종실패하지 않고 MPP로 최대한 접근한다. 따라서 상기 제2 실시예에 의한 방법에 의한 PV전력이 PVmax(모듈의 최대출력)에 근접하여 동작함을 알 수 있고, 또한, 효율도 상승하게 된다. 11 and 13, compared with the method according to the first embodiment, the method according to the second embodiment approaches the MPP as much as possible without approaching the MPP. Therefore, it can be seen that the PV power according to the method according to the second embodiment operates close to PVmax (the maximum output of the module), and the efficiency also increases.

도 14의 표에서와 같이 일사량 경사면에서의 효율은 99.5% 이상이다.As shown in the table of FIG. 14, the efficiency in the solar radiation inclined plane is 99.5% or more.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하α였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.Although the invention made by the present inventors has been specifically described according to the above embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and it goes without saying that the present invention can be modified in various ways without departing from the gist of the present invention.

10 : 태양전지 어레이 20 : 인버터
30 : 제어 장치 40 : 전력계통
10: solar cell array 20: inverter
30: control device 40: power system

Claims (8)

태양광 발전 시스템에서 최대전력점 추종을 위하여 레퍼런스 전압을 출력하는 가변 전압 증분의 MPPT를 이용한 태양광 인버터의 효율 개선 방법에 있어서,
(a) 현재 전압 및 전류를 입력받아, 이전 전압 및 전류에 대비한 전압 증분 및 전류 증분을 산출하고, 전력 증분을 산출하는 단계;
(b) 상기 전류 증분이 양인 경우, 상기 전압 증분 대비 전류 증분을 상기 현재 전압 대비 현재 전류의 음의 값과 크기를 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 레퍼런스 전압을 증감시키는 단계; 및,
(c) 상기 전류 증분이 음인 경우, 상기 전력 증분이 음인지 양인지에 따라 상기 레퍼런스 전압을 증감시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 전압 증분의 MPPT를 이용한 태양광 인버터의 효율 개선 방법.
A method of improving the efficiency of a solar inverter using variable voltage incremental MPPT for outputting a reference voltage for tracking a maximum power point in a photovoltaic power generation system,
(a) receiving a current voltage and current, calculating a voltage increment and a current increment relative to a previous voltage and current, and calculating a power increment;
(b) if the current increment is positive, comparing the voltage increment vs. current increment with a negative value of the current current with respect to the current voltage, and increasing or decreasing the reference voltage according to a result of the comparison; And
(c) increasing or decreasing the reference voltage according to whether the power increment is negative or positive when the current increment is negative.
제1항에 있어서,
상기 (b)단계에서, 상기 전압 증분 대비 전류 증분이 상기 현재 전압 대비 현재 전류의 음의 값 보다 크면 상기 레퍼런스 전압을 증가시키고, 작으면 상기 레퍼런스 전압을 감소시키는 것을 특징으로 하는 가변 전압 증분의 MPPT를 이용한 태양광 인버터의 효율 개선 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the reference voltage is increased when the current increment with respect to the current increment is greater than a negative value of the current with respect to the current increment in step (b), and when the increment is smaller than the current increment with respect to the current increment, A Method for Improving Efficiency of Solar Inverter Using.
제1항에 있어서,
상기 (b)단계에서, 상기 전압 증분이 0이면, 상기 레퍼런스 전압을 증가시키는 것을 특징으로 하는 가변 전압 증분의 MPPT를 이용한 태양광 인버터의 효율 개선 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the reference voltage is increased when the voltage increment is 0 in the step (b), wherein the reference voltage is increased.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 (c)단계에서, 상기 전력 증분이 양이면 상기 레퍼런스 전압을 증가시키고, 상기 전력 증분이 음이면 상기 레퍼런스 전압을 감소시키는 것을 특징으로 하는 가변 전압 증분의 MPPT를 이용한 태양광 인버터의 효율 개선 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the reference voltage is increased when the power increment is positive and the reference voltage is decreased when the power increment is negative in the step (c). The improvement method of the efficiency of the solar inverter using the variable voltage increment MPPT .
제1항에 있어서, 상기 방법은,
(d) 상기 레퍼런스 전압을 출력하고, 상기 이전 전압 및 전류의 값을 상기 현재 전압 및 전류의 값으로 갱신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 전압 증분의 MPPT를 이용한 태양광 인버터의 효율 개선 방법.
The method of claim 1,
(d) outputting the reference voltage and updating the value of the previous voltage and current to the value of the current voltage and current. Way.
제1항에 있어서,
상기 레퍼런스 전압을 증감시킬 때, 상기 전류 증분의 크기에 따라 상기 레퍼런스 전압의 증감 크기를 결정하는 것을 특징으로 하는 가변 전압 증분의 MPPT를 이용한 태양광 인버터의 효율 개선 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the magnitude of the reference voltage is determined according to the magnitude of the current increment when the reference voltage is increased or decreased.
제7항에 있어서,
상기 전류 증분 △I이 가장 최근의 4개의 샘플에서 적어도 3개의 △I가 0.001A보다 연속으로 작으면 상기 레퍼런스 전압의 증감 크기 △Vref 를 0.01V로 정하고, 상기 △I가 0.001A보다 작으면, △Vref는 0.05V로 정하고, 상기 △I가 0.005A보다 작으면, △Vref는 0.1V로 정하고, 상기 △I가 0.01A보다 작으면, △Vref는 0.5V로 정하고, 상기 △I가 0.015A보다 작으면, △Vref는 1V로 정하고, 그 외의 경우에는, △Vref는 2V로 정하는 것을 특징으로 하는 가변 전압 증분의 MPPT를 이용한 태양광 인버터의 효율 개선 방법.
8. The method of claim 7,
The current increment △ I is the most recent four samples of the at least three △ I is less than 0.001A streak decide the increase and decrease in size △ V ref of the reference voltage to 0.01V, if the △ I is less than 0.001A , △ V ref is decided to 0.05V, the △ I is less than 0.005A, △ V ref is decided to 0.1V, if the △ I is less than 0.01A, △ V ref is decided to 0.5V, the △ Wherein when ΔV is less than 0.015 A, ΔV ref is set to 1 V, and in other cases ΔV ref is set to 2 V. A method for improving the efficiency of a solar inverter using the variable voltage increment MPPT.
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