KR101671078B1 - Maximum power point tracking apparatus and method - Google Patents

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Abstract

태양광 발전 시스템의 PV 패널에 음영이 발생하여 PV 패널 출력에 다중 최대 전력점이 나타나는 경우에도 신속하게 실재의 최대 전력점을 찾고 그에 따라 운전할 수 있는 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 장치 및 방법이 개시된다. 상기 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 장치는, PV 패널과, 상기 PV 패널과 부하 사이에 연결되어 상기 PV 패널이 최대 전력점에서 운전되도록 제어신호에 따라 전력 흐름을 조정하는 전력 컨디셔닝 회로를 포함하는 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 장치로서, 상기 PV 패널의 양 출력단을 단락/개방하는 제1 스위치; 상기 PV 패널의 양 출력단 사이에 연결된 캐패시터; 상기 PV 패널의 일 출력단과 상기 전력 컨디셔닝 회로의 일 입력단을 단락/개방하는 제2 스위치; 및 최대 전력점 추종 제어를 위해, 상기 제1 스위치 및 제2 스위치를 단락/개방 상태를 제어하여 상기 PV 패널의 단락 운전점에서 개방 운전점까지의 출력 전압 및 출력 전류를 검출하여 최대 전력 운전점을 결정하고, 상기 최대 전력 운전점으로 동작하기 위한 상기 제어신호를 생성하여 상기 전력 컨디셔닝 회로로 제공하는 최대 전력 운전 제어부를 포함한다.A device and method for monitoring the maximum power point of a photovoltaic power generation system capable of quickly finding the actual maximum power point and operating accordingly even if multiple peak power points appear on the PV panel output due to shading of the PV panel of the PV system . The maximum power point tracking device of the solar power generation system includes a PV panel and a power conditioning circuit connected between the PV panel and the load to adjust the power flow according to the control signal so that the PV panel is operated at a maximum power point A first switch for shorting / opening both output terminals of the PV panel; A capacitor connected between the two output terminals of the PV panel; A second switch for shorting / opening one output of the PV panel and one input of the power conditioning circuit; And for detecting the output voltage and the output current from the short-circuit operation point to the open operation point of the PV panel by controlling the short-circuit / open state of the first switch and the second switch for maximum power point tracking control, And a maximum power operation control unit for generating the control signal for operating the maximum power operation point and providing the control signal to the power conditioning circuit.

Description

태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 장치 및 방법{MAXIMUM POWER POINT TRACKING APPARATUS AND METHOD}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a maximum power point tracking apparatus and method for a photovoltaic power generation system,

본 발명은 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 발전 시스템의 PV 패널에 음영이 발생하여 PV 패널 출력에 다중 최대 전력점이 나타나는 경우에도 신속하게 실재의 최대 전력점을 찾고 그에 따라 운전할 수 있는 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus and method for monitoring a maximum power point of a photovoltaic power generation system, and more particularly, to a system and method for monitoring a maximum power point of a photovoltaic power generation system, To a maximum power point tracking apparatus and method of a photovoltaic power generation system capable of finding and operating a maximum power point.

일반적으로 태양광 발전 시스템은 크게 PV(PhotoVoltaic) 패널와 전력 컨디셔닝 시스템(PCS: Power Conditioning System)으로 구성된다. PV 패널는 태양광을 직류형태의 전기로 변환하는 기능을 하는 것으로 솔라셀 어레이, PV 패널, 태양광 모듈 등으로 지칭된다(본 명세서에서는 ‘PV 패널’이라는 용어로 통일하여 지칭하기로 함). 또한, 전력 컨디셔닝 시스템은 PV 패널에서 출력되는 직류 전력을 적절하게 조정하여 변환하는 역할을 한다.Generally, PV system consists of PV (PhotoVoltaic) panel and Power Conditioning System (PCS). The PV panel functions as a solar cell array, a PV panel, a solar module, and the like (hereinafter referred to as a "PV panel"). In addition, the power conditioning system functions to properly adjust and convert the DC power output from the PV panel.

전력 컨디셔닝 시스템의 중요한 역할 중 하나는 PV 패널에서 출력되는 전력이 최대 전력이 되도록 조정하는 최대 전력점 운전 기능이다.One of the important roles of the power conditioning system is the maximum power point operation function which adjusts the power output from the PV panel to the maximum power.

현재까지 개발된 기술로는 PV 패널의 효율이 약 20% 정도로 낮은 수준에 머물고 있으며, PV 패널의 특성상 전류/전압 운전조건에 따라 출력 전력의 차이가 크게 변하게 된다. 이에 따라, 태양광 발전 시스템은 그 효율을 극대화 시킬 수 있는 운용이 요구된다. The efficiency of the PV panel is low, about 20%, and the difference of the output power varies depending on the current / voltage operation condition due to the characteristics of the PV panel. Accordingly, the photovoltaic power generation system needs to be operated to maximize its efficiency.

PV 패널의 출력의 최대 전력점(Maximum Power Point: MPP)은 주변 온도 및 일사량에 따라 변동되므로 전력 컨디셔닝 시스템은 PV 패널 출력이 최대 전력을 유지하도록 운전 조건을 변경할 수 있는 최대 전력점 추종(Maximum Power Point Tracking: MPPT) 알고리즘을 채용하여 운전되어야 한다.Since the maximum power point (MPP) of the output of the PV panel varies depending on the ambient temperature and the irradiation dose, the power conditioning system is able to adjust the maximum power point Point Tracking: MPPT) algorithm.

도 1은 전형적인 PV 패널의 I-V 출력 특성 및 P-V 출력 특성을 도시한 그래프이다. 도 1에 나타난 바와 같이, PV 패널의 출력 단자를 단락시키는 경우에 PV 패널의 출력에는 단락전류(Isc)가 흐르며, PV 패널의 출력 단자를 개방시키는 경우 출력 전압은 최대값인 개방전압(Voc)이 된다. PV 패널의 출력 전력이 최대가 되는 운전점(MPP)은 개방 운전 및 단락 운전의 두 운전 조건 사이에 존재하며, 이 때 최대 전력 운전점에서 PV 패널의 출력 전압 및 출력 전류는 각각 Vmpp 및 Impp로 정의하며 이 때의 최대 전력인 Pmpp가 출력된다. 1 is a graph showing IV output characteristics and PV output characteristics of a typical PV panel. 1, when the output terminal of the PV panel is short-circuited, the short-circuit current I sc flows through the output of the PV panel. When the output terminal of the PV panel is opened, the output voltage is the open- oc ). The operating point (MPP) at which the output power of the PV panel reaches its maximum is between the two operating conditions of open operation and short-circuit operation. At this time, the output voltage and output current of the PV panel at the maximum power operation point are V mpp and I mpp , and the maximum power P mpp is output.

도 2는 전형적인 PV 패널의 일사랑에 따른 I-V 출력 특성을 도시한 그래프이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 일사량이 증가하면 그에 비례하여 PV 패널의 단락전류(Isc)가 증가한다. 도 2에서 최대 전력 운전점(MPP)은 일사량에 따른 I-V 특성 곡선 상에서 점으로 표시된다. 도 2에서 일사량이 변화함에 따라 I-V 특성곡선에서 최대 전력 운전점(MPP)이 변동되는 것을 확인할 수 있다. 따라서 PV 패널의 발전 전력을 극대화하기 위해서는 변화하는 일사량의 크기에 따라 새로운 최대 전력 운전점(MPP)을 찾아야 함을 알 수 있다. Fig. 2 is a graph showing the IV output characteristics of a typical PV panel according to work love; Fig. As shown in FIG. 2, when the solar radiation amount increases, the short circuit current I sc of the PV panel increases in proportion thereto. In FIG. 2, the maximum power operation point (MPP) is indicated by a dot on the IV characteristic curve according to the irradiation amount. In FIG. 2, it can be seen that the maximum power operating point (MPP) varies in the IV characteristic curve as the solar irradiance changes. Therefore, in order to maximize the generated power of the PV panel, it is necessary to find a new maximum power operating point (MPP) according to the changed amount of the solar radiation.

통상적으로, 최대 전력 추종 운전을 위해서는 Perturb and Observe(P＆O) 알고리즘이 적용되고 있다. P＆O 알고리즘은 태양광 패널의 출력 단자 전압에 일정한 크기의 전압 왜란(Vref)을 가한 후 발생하는 출력전력의 변화를 관찰하여 다음 MPPT 주기에서의 전압왜란(Vref)의 방향을 결정하여, 태양광 패널의 출력전력이 최대가 되도록 하는 방법이다. Generally, the Perturb and Observe (P & O) algorithm is applied for maximum power follow-up operation. The P & O algorithm determines the direction of the voltage disturbance (Vref) in the next MPPT period by observing the change in the output power generated after applying the voltage disturbance (Vref) of a certain magnitude to the output terminal voltage of the solar panel, So that the output power of the output terminal is maximized.

조금 더 상세하게 설명하면, P＆O 알고리즘은 도 1에서 적색 곡선으로 나타난 전력-전압 특성 곡선의 형상을 이용한 것으로, 전압 왜란(Vref)을 가했을 때, 전력이 변동 및 전압의 변동 방향에 따라 최대 전력 운전점을 찾는 것이다.More specifically, the P & O algorithm uses the shape of the power-voltage characteristic curve indicated by a red curve in FIG. 1, and when the voltage disturbance (Vref) is applied, Finding a point.

예를 들어, 이전 전압/전류 검출 주기(검출 주기는 임의로 설정될 수 있음)에서 연산된 출력 전력과 현재 검출 주기에서 연산된 출력 전력을 비교하였을 때, 출력 전압이 증가하고 전력도 증가한 경우 전압-전력 특성 곡선에서 최대점의 좌측에서 운전이 이루어진 것으로 판단하여 다음 주기에는 그 우측의 최대 전력 운전점과 가까워지도록 전압 왜란(Vref)을 더 증가시키도록 제어할 수 있다. For example, when the output voltage calculated in the current detection period is compared with the output power calculated in the previous voltage / current detection period (the detection period can be arbitrarily set), when the output voltage increases and the power also increases, It is judged that the operation has been performed from the left side of the maximum point in the power characteristic curve, and it is possible to further increase the voltage disturbance (Vref) so as to approach the maximum power operation point on the right side in the next cycle.

다른 예로, 이전 검출 주기와 현 검출 주기를 비교하였을 때 출력 전압이 감소하고 전력이 증가한 경우 전압-전력 특성 곡선에서 최대점의 우측에서 운전이 이루어진 것으로 판단하여 다음 주기에는 그 좌측의 최대 전력 운전점과 가까워지도록 전압 왜란(Vref)을 더 감소시키도록 제어할 수 있다.As another example, when the output voltage decreases and the power increases when the previous detection period is compared with the current detection period, it is determined that the operation is performed on the right side of the maximum point in the voltage-power characteristic curve, So that the voltage disturbance Vref is further reduced.

또 다른 예로, 이전 검출 주기와 현 검출 주기를 비교하였을 때 출력 전압이 증가하고 전력이 감소한 경우 전압-전력 특성 곡선에서 최대점의 우측에서 운전이 이루어진 것으로 판단하여 다음 주기에는 그 좌측의 최대 전력 운전점과 가까워지도록 전압 왜란(Vref)을 더 감소시키도록 제어할 수 있다.As another example, when the output voltage increases and the power decreases when the previous detection period is compared with the current detection period, it is determined that the operation is performed on the right side of the maximum point in the voltage-power characteristic curve. It is possible to further reduce the voltage disturbance (Vref) so as to be close to the point.

마지막 예로, 이전 검출 주기와 현 검출 주기를 비교하였을 때 출력 전압이 감소하고 전력이 감소한 경우 전압-전력 특성 곡선에서 최대점의 좌측에서 운전이 이루어진 것으로 판단하여 다음 주기에는 그 우측의 최대 전력 운전점과 가까워지도록 전압 왜란(Vref)을 더 증가키도록 제어할 수 있다.In the last example, when the output voltage decreases and the power decreases when the previous detection period is compared with the current detection period, it is determined that the operation is performed from the left of the maximum point in the voltage-power characteristic curve. So as to further increase the voltage disturbance (Vref).

P＆O 알고리즘은 전술한 것과 같은 최대 전력 추종 운전을 반복하여 최종적으로 이전 검출 주기와 현재 검출 주기의 전력이 동일한 지점을 찾아가는 것이다.The P & O algorithm repeats the maximum power follow-up operation as described above and finally finds a point where the power of the previous detection period and the power of the current detection period are the same.

그러나, 실재 PV 패널이 적용되는 환경은 태양광 수광이 용이한 개방된 외부 환경이므로 나뭇잎이나 흙먼지 또는 조류의 분뇨 등과 같은 오물에 의해 PV 패널의 수광면이 가려지거나 주변의 건축물 등에 의한 그림자에 의해 수광면에서 수광이 제대로 이루어지지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 본 명세서에서는 이러한 PV 패널 일부에서 수광이 제대로 이루어지지 못하는 외란을 ‘음영’이라는 용어로 통일하기로 한다.However, since the environment in which the actual PV panel is applied is an open external environment in which sunlight can be easily received, the light receiving surface of the PV panel is obscured by dirt such as leaves, dirt, or algae, It may happen that the light is not received properly on the surface. In this specification, the disturbance in which the light is not properly received in a part of the PV panel will be unified into the term 'shade'.

도 3은 전형적인 PV 패널에 음영이 발생한 경우 다중 최대 전력점이 발생하는 예를 도시한 그래프이다. 도 3에 나타난 바와 같이, PV 패널의 수광면 일부에 음영이 발생한 경우 PV 패널의 I-V 특성곡선과 P-V 특성곡선은 왜곡되어 다중의 극대 전력점이 형성된다. 이러한 상황에서 전술한 것과 같은 P＆O 알고리즘을 적용하여 개방 전압(Voc)에서부터 최대 전력 운전점 추종 제어를 하는 경우, 실재 최대 전력 운전점을 찾지 못하고 도 3에 도시된 것과 같이 다중 극대 전력점 중 최우측에 존재하는 지역적 극대 전력점 위치에 갇혀서 운전하게 되어 실재의 정확한 최대 전력점을 찾지 못하는 문제가 발생한다. 3 is a graph showing an example in which multiple maximum power points are generated when shading occurs in a typical PV panel. As shown in FIG. 3, when shading occurs on a part of the light receiving surface of the PV panel, the IV characteristic curve and the PV characteristic curve of the PV panel are distorted to form multiple maximum power points. In this situation, when the P & O algorithm as described above is applied to control the maximum power operation point tracking from the open voltage (V oc ), the actual maximum power operation point can not be found, There is a problem in that it can not find the exact maximum power point of the reality because it is trapped at the local maximum power point position on the right side.

따라서, 본 발명은 태양광 발전 시스템의 PV 패널에 음영이 발생하여 PV 패널 출력에 다중 최대 전력점이 나타나는 경우에도 신속하게 실재의 최대 전력점을 찾고 그에 따라 운전할 수 있는 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 장치 및 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.Accordingly, the present invention provides a solar power generation system capable of quickly finding the actual maximum power point even when multiple peak power points appear on the output of the PV panel due to shading on the PV panel of the solar power generation system, And a tracking device and method.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은, According to an aspect of the present invention,

PV 패널과, 상기 PV 패널과 부하 사이에 연결되어 상기 PV 패널이 최대 전력점에서 운전되도록 제어신호에 따라 전력 흐름을 조정하는 전력 컨디셔닝 회로를 포함하는 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 장치에 있어서,And a power conditioning circuit connected between the PV panel and the load for adjusting the power flow according to a control signal so that the PV panel is operated at a maximum power point, the maximum power point tracking device for a PV system ,

상기 PV 패널의 양 출력단을 단락/개방하는 제1 스위치;A first switch for shorting / opening both output terminals of the PV panel;

상기 PV 패널의 양 출력단 사이에 연결된 캐패시터;A capacitor connected between the two output terminals of the PV panel;

상기 PV 패널의 일 출력단과 상기 전력 컨디셔닝 회로의 일 입력단을 단락/개방하는 제2 스위치; 및A second switch for shorting / opening one output of the PV panel and one input of the power conditioning circuit; And

최대 전력점 추종 제어를 위해, 상기 제1 스위치 및 제2 스위치를 단락/개방 상태를 제어하여 상기 PV 패널의 단락 운전점에서 개방 운전점까지의 출력 전압 및 출력 전류를 검출하여 최대 전력 운전점을 결정하고, 상기 최대 전력 운전점으로 동작하기 위한 상기 제어신호를 생성하여 상기 전력 컨디셔닝 회로로 제공하는 최대 전력 운전 제어부The output voltage and the output current from the short-circuit operation point to the open operation point of the PV panel are detected by controlling the short-circuit / open state of the first switch and the second switch for the maximum power point follow- And generates the control signal for operating at the maximum power operating point and provides the control signal to the power conditioning circuit,

를 포함하는 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 장치를 제공한다.The maximum power point tracking device of the photovoltaic generation system.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 최대 전력 운전 제어부는, 사전 설정된 동작 주기마다 상기 최대 전력 운전점으로 동작하기 위한 상기 제어신호를 상기 전력 컨디셔닝 회로로 제공할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the maximum power operation control section may provide the control signal for operating the maximum power operation point to the power conditioning circuit every predetermined operation cycle.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 최대 전력 운전 제어부는, 상기 최대 전력점 추종 제어가 개시되면, 상기 제1 스위치를 단락시키고 상기 제2 스위치를 개방하여 상기 PV 패널의 양 출력단을 단락 상태가 되게 한 후, 상기 제1 스위치를 개방하여 상기 PV 패널의 출력 전력이 상기 캐패시터를 충전시키는 동안 상기 PV 패널의 출력 전압 및 출력 전류를 검출하며, 검출된 출력 전압 및 출력 전류를 이용하여 상기 최대 전력 운전점을 결정하고, 상기 최대 전력 운전점으로 동작하기 위한 상기 제어신호를 생성하여 상기 전력 컨디셔닝 회로로 제공할 수 있다.In one embodiment of the present invention, when the maximum power point follow-up control is started, the maximum power operation control section short-circuits the first switch and opens the second switch so that both output terminals of the PV panel are short- The first switch is opened to detect the output voltage and the output current of the PV panel while the output power of the PV panel charges the capacitor, and the maximum power operation And provide the control signal to the power conditioning circuit for operation with the maximum power operating point.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 스위치는 드레인과 소스가 각각 상기 PV 패널의 양 출력단에 각각 연결된 MOSFET이고, 상기 제2 스위치는 애노드가 상기 PV 패널의 일 출력단에 연결되고 캐소드가 상기 전력 컨디셔닝 회로의 일 입력단에 연결된 사이리스터이며, 상기 최대 전력 운전부는 상기 MOSFET 및 사이리스터의 게이트 신호를 제공할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first switch is a MOSFET having a drain and a source respectively connected to both output ends of the PV panel, and the second switch has an anode connected to one output terminal of the PV panel, A thyristor connected to one input terminal of the conditioning circuit, and the maximum power operation section can provide a gate signal of the MOSFET and the thyristor.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 전력 컨디셔닝 회로는 벅 컨버터를 포함하며, 상기 최대 전력 운전 제어부에서 제공되는 상기 제어 신호는 최대 전력점 운전을 위해 상기 벅 컨버터의 내 스위칭 소자의 듀티를 결정하는 상기 스위칭 소자의 PWM 구동신호일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the power conditioning circuit includes a buck converter, and the control signal provided at the maximum power operation control section is a control signal for determining the duty of the internal switching device of the buck converter for maximum power point operation And may be a PWM driving signal of the switching element.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 최대 전력 운전 제어부는, 상기 듀티를 식

Figure 112014123714311-pat00001
에 따라 결정할 수 있다. 상기 식에서, D는 듀티, RO는 상기 부하의 값, Vmpp는 상기 최대 전력 운전 제어부에 의해 결정된 최대 전력 운전점에서 상기 PV 패널의 출력 전압, Impp는 상기 최대 전력 운전 제어부에 의해 결정된 최대 전력 운전점에서 상기 PV 패널의 출력 전류이다.
In one embodiment of the present invention, the maximum power operation control unit sets the duty to Expression
Figure 112014123714311-pat00001
. ≪ / RTI > V mpp is the output voltage of the PV panel at the maximum power operation point determined by the maximum power operation control unit, I mpp is the maximum output power determined by the maximum power operation control unit, D is the duty, RO is the load value, Is the output current of the PV panel at the operating point.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,According to another aspect of the present invention,

PV 패널과, 상기 PV 패널과 부하 사이에 연결되어 상기 PV 패널이 최대 전력점에서 운전되도록 제어신호에 따라 전력 흐름을 조정하는 전력 컨디셔닝 회로를 포함하는 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 방법에 있어서,And a power conditioning circuit coupled between the PV panel and the load for adjusting the power flow according to a control signal such that the PV panel is operated at a maximum power point, characterized in that the maximum power point tracking method of the PV system ,

최대 전력점 추종 운전이 개시되면, 상기 PV 패널의 양 출력단 사이에 연결된 제1 스위치를 단락시키고 상기 PV 패널의 일 출력단과 상기 전력 컨디셔닝 회로의 일 입력단 사이에 연결된 제2 스위치를 개방하는 단계;Shorting a first switch connected between the two output terminals of the PV panel when the maximum power point following operation is started and opening a second switch connected between one output terminal of the PV panel and one input terminal of the power conditioning circuit;

상기 제1 스위치를 개방시키고 상기 PV 패널의 양 출력단 사이에 연결된 캐패시터를 충전하는 단계;Opening the first switch and charging a capacitor connected between the two output terminals of the PV panel;

상기 캐패시터가 충전되는 동안 상기 PV 패널의 출력 전압 및 출력 전류를 검출하는 단계;Detecting an output voltage and an output current of the PV panel while the capacitor is charged;

상기 검출하는 단계에서 검출된 상기 PV 패널의 출력 전압 및 출력 전류를 이용하여 최대 전력 운전점을 결정하는 단계; 및Determining a maximum power operating point using the output voltage and the output current of the PV panel detected in the detecting step; And

상기 결정하는 단계에서 결정된 상기 최대 전력 운전점으로 동작하기 위한 상기 제어신호를 생성하여 상기 전력 컨디셔닝 회로에 제공하는 단계Generating the control signal for operating with the maximum power operating point determined in the determining step and providing the control signal to the power conditioning circuit

를 포함하는 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 방법을 제공한다.The maximum power point tracking method of the photovoltaic generation system.

본 발명의 일 실시형태는, 사전 설정된 동작 주기마다 상기 개방하는 단계, 상기 충전하는 단계, 상기 검출하는 단계, 상기 결정하는 단계 및 상기 제공하는 단계를 반복할 수 있다.An embodiment of the present invention can repeat the opening step, the filling step, the detecting step, the determining step and the providing step at every predetermined operation cycle.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 스위치는 드레인과 소스가 각각 상기 PV 패널의 양 출력단에 각각 연결된 MOSFET이고, 상기 제2 스위치는 애노드가 상기 PV 패널의 일 출력단에 연결되고 캐소드가 상기 전력 컨디셔닝 회로의 일 입력단에 연결된 사이리스터이며, 상기 MOSFET 및 사이리스터는 각각의 게이트 신호를 제공받아 단락/개방이 결정될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first switch is a MOSFET having a drain and a source respectively connected to both output ends of the PV panel, and the second switch has an anode connected to one output terminal of the PV panel, The thyristor is connected to one input terminal of the conditioning circuit, and the MOSFET and the thyristor can be short-circuited / opened by receiving respective gate signals.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 전력 컨디셔닝 회로는 벅 컨버터를 포함하며, 상기 제어 신호는 최대 전력점 운전을 위해 상기 벅 컨버터의 내 스위칭 소자의 듀티를 결정하는 상기 스위칭 소자의 PWM 구동신호일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the power conditioning circuit includes a buck converter, which may be a PWM drive signal of the switching element that determines the duty of the internal switching element of the buck converter for maximum power point operation .

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 듀티는 식

Figure 112014123714311-pat00002
에 의해 결정될 수 있다. 상기 식에서, D는 듀티, RO는 상기 부하의 값, Vmpp는 상기 최대 전력 운전 제어부에 의해 결정된 최대 전력 운전점에서 상기 PV 패널의 출력 전압, Impp는 상기 최대 전력 운전 제어부에 의해 결정된 최대 전력 운전점에서 상기 PV 패널의 출력 전류이다.In one embodiment of the present invention,
Figure 112014123714311-pat00002
Lt; / RTI > V mpp is the output voltage of the PV panel at the maximum power operation point determined by the maximum power operation control unit, I mpp is the maximum output power determined by the maximum power operation control unit, D is the duty, RO is the load value, Is the output current of the PV panel at the operating point.

본 발명에 따르면, 전력 컨디셔닝 회로의 동작을 유지하면서 사전 설정된 최대 전력 추종 운전을 위한 제어 동작 주기마다 PV 셀의 단락 회로 운전점에서부터 개방 회로 운전점까지 전 구간의 출력을 매우 신속하게 검출하여 최대 전력 운전점을 찾으므로 PV 패널 표면에 음영이 발생하여 다중의 최대 전력점이 나타나는 경우에도 실재의 최대 전력 운전점에서 운전이 가능한 우수한 효과가 있다.According to the present invention, the output of all the sections from the short circuit operation point to the open circuit operation point of the PV cell is detected very quickly at the control operation cycle for the preset maximum power follow-up operation while maintaining the operation of the power conditioning circuit, It is possible to operate at the actual maximum power operation point even when the maximum power point of the multiple is generated due to shading on the surface of the PV panel because the operation point is searched.

도 1은 전형적인 PV 패널의 I-V 출력 특성 및 P-V 출력 특성을 도시한 그래프이다.
도 2는 전형적인 PV 패널의 일사랑에 따른 I-V 출력 특성을 도시한 그래프이다.
도 3은 전형적인 PV 패널에 음영이 발생한 경우 다중 최대 전력점이 발생하는 예를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 장치를 도시한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 방법을 도시한 흐름도이다.
도 6은 PV 셀의 I-V 특성과 외부 저항 부하 및 컨디셔닝 회로 내 벅 컨버터의 듀티 간의 관계를 도시한 그래프이다.1 is a graph showing IV output characteristics and PV output characteristics of a typical PV panel.
Fig. 2 is a graph showing the IV output characteristics of a typical PV panel according to work love; Fig.
3 is a graph showing an example in which multiple maximum power points are generated when shading occurs in a typical PV panel.
4 is a circuit diagram showing a maximum power point tracking apparatus of a solar power generation system according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a method of tracking a maximum power point of a solar power generation system according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the relationship between the IV characteristics of the PV cell and the duty of the buck converter in an external resistive load and conditioning circuit.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. In addition, in describing the present invention, the defined terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and they may be changed depending on the intention or custom of the technician working in the field, so that the technical components of the present invention are limited It will not be understood as meaning.

도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 장치의 회로도이다.4 is a circuit diagram of a maximum power point tracking apparatus of a solar power generation system according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 장치는, 태양광 발전 시스템을 구성하는 PV 패널(11)과 PV 패널(11)이 최대 전력점에서 운전될 수 있도록 전력 흐름을 조정하는 전력 컨디셔닝 회로(13) 사이에 구비될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 장치는 PV 패널(11)의 출력 전압 및 출력 전류를 검출하고 사전 설정된 알고리즘에 검출된 출력 전압 및 출력 전류를 적용하여 전력 컨디셔닝 회로(13)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하여 출력할 수 있다.Referring to FIG. 4, the maximum power point tracking apparatus of the photovoltaic generation system according to the embodiment of the present invention is configured such that the PV panel 11 and the PV panel 11 constituting the solar power generation system are operated at the maximum power point And a power conditioning circuit (13) that adjusts the power flow so that it can be turned on. The maximum power point tracking apparatus of the photovoltaic generation system according to the embodiment of the present invention detects the output voltage and the output current of the PV panel 11 and applies the detected output voltage and output current to the predetermined algorithm, The controller 13 can generate and output a control signal for controlling the controller 13.

도 4에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 장치는 제1 스위치(21), 캐패시터(23), 제2 스위치(25) 및 최대 전력 운전 제어부(27)를 포함하여 구성될 수 있다.4, the maximum power point tracking apparatus of the photovoltaic generation system according to an embodiment of the present invention includes a first switch 21, a capacitor 23, a second switch 25, (27).

제1 스위치(21)는 최대 전력 운전 제어부(27)에 의해 단락/개방이 제어되는 스위치이다. 제1 스위치(21)의 양단은 PV 패널(11)의 양 출력단에 각각 연결되어 단락 시 PV 패널(11)의 양 출력단이 상호 전기적으로 단락 상태가 되게 하고, 개방 시에는 PV 패널(11)의 양 출력단이 상호 전기적으로 단락 상태가 되게 한다.The first switch 21 is a switch whose short-circuit / open-circuit is controlled by the maximum power operation control unit 27. Both ends of the first switch 21 are connected to both output ends of the PV panel 11 so that both output ends of the PV panel 11 are electrically short-circuited when short-circuited. Both output terminals are electrically short-circuited.

제1 스위치(21)는 제어 신호에 의해 신속한 단락/개방 상태 전환이 가능한 MOSFET로 구현될 수 있다. 이 경우, MOSFET의 드레인과 소스는 PV 패널(11)의 양 출력단에 각각 연결되고 최대 전력 운전 제어부(27)에서 제공되는 제어신호는 MOSFET의 게이트로 인가되어, MOSFET의 드레인-소스 간 연결을 제어함으로써 스위치로 동작할 수 있다.The first switch 21 can be implemented as a MOSFET capable of rapid short / open state switching by a control signal. In this case, the drain and the source of the MOSFET are respectively connected to the two output terminals of the PV panel 11, and the control signal provided from the maximum power operation control section 27 is applied to the gate of the MOSFET to control the drain- So that it can operate as a switch.

캐패시터(23)는 PV 패널(11)의 양 출력단에 그 양단이 연결된다. 즉, 캐패시터(23)는 제1 스위치(21)와 병렬 연결된다. 제1 스위치(21)가 개방되는 경우 캐패시터(23)는 PV 패널(11)에서 출력되는 전력에 의해 저장되고, 제1 스위치(21)가 단락되는 경우 캐패시터(23)에 충전된 전하는 제1 스위치(21)를 통해 방전될 수 있다. 캐패시터(23)은 PV 패널(11)의 양 출력단 사이의 전압, 즉 PV 패널(11)의 출력 전압을 검출하는데 사용될 수 있다.Both ends of the capacitor 23 are connected to both output ends of the PV panel 11. That is, the capacitor 23 is connected in parallel with the first switch 21. When the first switch 21 is opened, the capacitor 23 is stored by the electric power outputted from the PV panel 11. When the first switch 21 is short-circuited, the charge charged in the capacitor 23 is stored in the first switch 21, (21). ≪ / RTI > The capacitor 23 can be used to detect the voltage between the two output terminals of the PV panel 11, that is, the output voltage of the PV panel 11. [

제2 스위치(25)는 PV 패널(11)의 일 출력단과 전력 컨디셔닝 회로(13)의 일 입력단을 상호 전기적으로 단락/개방시킨다. 제1 스위치(21)와 마찬가지로, 제2 스위치(25)는 최대 전력 운전 제어부(27)에 의해 그 상태가 제어될 수 있다. 제2 스위치(25)가 단락되는 경우 PV 패널(11)의 출력 전력이 전력 컨디셔닝 회로(13)로 제공되며, 제2 스위치(25)가 개방되는 경우 PV 패널(11)에서 전력 컨디셔닝 회로(13)로 전력 공급이 차단된다.The second switch 25 electrically shorts / opens one output terminal of the PV panel 11 and one input terminal of the power conditioning circuit 13 to each other. The state of the second switch 25 can be controlled by the maximum power operation control section 27 like the first switch 21. [ The output power of the PV panel 11 is provided to the power conditioning circuit 13 when the second switch 25 is shorted and the power conditioning circuit 13 The power supply is interrupted.

제2 스위치(25)는 애노드가 PV 패널(11)의 일 출력단에 연결되고 캐소드가 전력 컨디셔닝 회로(13)의 일 입력단에 연결되는 사이리스터로 구현될 수 있다. 최대 전력 운전 제어부(27)의 제어 신호가 이 사이리스터의 게이트 신호로 제공되어 사이리스터의 개방/단락 상태가 제어될 수 있다.The second switch 25 may be implemented as a thyristor in which the anode is connected to one output of the PV panel 11 and the cathode is connected to one input of the power conditioning circuit 13. [ The control signal of the maximum power operation control section 27 is provided as a gate signal of the thyristor so that the open / short state of the thyristor can be controlled.

최대 전력 운전 제어부(27)는 PV 패널(11)이 최대 전력 운전 가능하도록 전력 컨디셔닝 회로(13)를 제어하기 위한 제어신호를 출력한다. The maximum power operation control unit 27 outputs a control signal for controlling the power conditioning circuit 13 so that the PV panel 11 can operate at the maximum power.

최대 전력 운전 제어부(27)는 전력 컨디셔닝 회로(13)를 제어하는 제어 신호를 생성하기 위해 제1 스위치(21) 및 제2 스위치(25)의 상태를 사전 설정된 루틴에 따라 제어하고, 제1 스위치(21) 및 제2 스위치(25)가 특정 상태일 때 PV 패널(11)의 출력 전압 및 출력 전류를 검출하여 최대 전력 운전점을 찾을 수 있다.The maximum power operation control unit 27 controls the states of the first switch 21 and the second switch 25 according to a predetermined routine to generate a control signal for controlling the power conditioning circuit 13, The output voltage and the output current of the PV panel 11 can be detected and the maximum power operating point can be found when the first switch 21 and the second switch 25 are in a specific state.

최대 전력 운전 제어부(27)는 최대 전력 운전점에서 운전이 가능하도록 전력 컨디셔닝 회로(13)를 제어할 수 있다. 또한, 최대 전력 운전 제어부(27)는 사전 설정된 최대 전력 추종 운전을 위한 사전 설정된 동작 주기 마다 전력 컨디셔닝 회로(13)를 제어하기 위한 제어신호를 생성할 수 있다.The maximum power operation control section 27 can control the power conditioning circuit 13 so as to be able to operate at the maximum power operating point. In addition, the maximum power operation control unit 27 may generate a control signal for controlling the power conditioning circuit 13 every predetermined operation cycle for a predetermined maximum power follow-up operation.

도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 방법을 도시한 흐름도이다. 도 5에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 방법에 대한 설명을 통해 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 장치의 동작 및 작용 효과에 대한 설명이 이루어질 수 있다.5 is a flowchart illustrating a method of tracking a maximum power point of a solar power generation system according to an embodiment of the present invention. The operation and operation of the maximum power point tracking device of the photovoltaic generation system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to a method of tracking the maximum power point of the solar power generation system according to an embodiment of the present invention shown in FIG. A description of the effect can be made.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 방법은, 최대 전력점 추종(MPPT) 운전을 위해 사전 설정된 주기가 도래하여 최대 전력점 추종 운전의 개시 여부를 판단하는 단계(S11)로부터 시작될 수 있다. 이전 동작 주기에서 최대 전력 운전 제어부(27)에 의해 결정된 제어신호에 따라 전력 컨디셔닝 회로(13)가 운전 중에 있을 때, 최대 전력 운전 제어부(27)는 그 다음 주기의 최대 전력점 추종 운전이 개시되어야 하는 시점을 판단할 수 있다(S11). 새로운 동작 주기가 개시되기 직전에, 제1 스위치(21)는 개방 상태가 유지되고, 제2 스위치(25)는 단락 상태가 유지되며 캐패시터(23)는 충전된 상태가 유지된다. Referring to FIGS. 4 and 5, the maximum power point tracking method of the photovoltaic generation system according to the embodiment of the present invention is a method of tracking maximum power point (MPPT) (S11) of determining whether or not to start the operation. When the power conditioning circuit 13 is in operation in accordance with the control signal determined by the maximum power operation control unit 27 in the previous operation cycle, the maximum power operation control unit 27 starts the maximum power point following operation of the next cycle (S11). Immediately before the start of a new operation period, the first switch 21 is kept in the open state, the second switch 25 is kept in the short-circuited state, and the capacitor 23 is kept charged.

한편, 도 4는, PV 패널(11)의 출력이 입력되는 두 입력단 사이에 연결된 큰 용량의 캐패시터(Cdc)를 포함하는 벅 컨버터로 구현된 전력 컨디셔닝 회로(13)를 예로서 도시한다. 이와 같이, 벅 컨버터로 구현된 전력 컨디셔닝 회로(13)의 경우, 벅 컨버터의 PWM 스위칭 소자(Sbuck)의 듀티를 조정함으로써 최대 전력 운전을 위한 제어가 이루어질 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 것과 같은 벅 컨버터로 구현된 전력 컨디셔닝 회로의 경우, 최대 전력 운전 제어부(27)에서 전력 컨디셔닝 회로(13)로 제공되는 제어 신호는 벅 컨버터의 PWM 스위칭 소자(Sbuck)의 듀티를 결정하여 그에 따른 구동을 가능하게 하는 신호가 될 수 있다.On the other hand, FIG. 4 shows, by way of example, a power conditioning circuit 13 implemented with a buck converter including a large capacity capacitor C dc connected between two input terminals to which the output of the PV panel 11 is input. Thus, in the case of the power conditioning circuit 13 implemented with a buck converter, control for maximum power operation can be achieved by adjusting the duty of the PWM switching device S buck of the buck converter. That is, in the case of the power conditioning circuit implemented with the buck converter as shown in FIG. 4, the control signal provided from the maximum power operation control unit 27 to the power conditioning circuit 13 is supplied to the PWM switching unit S buck of the buck converter, It is possible to determine the duty of the signal and to enable the driving according to the duty.

본 발명의 일 실시형태에서, 벅 컨버터로 구현된 전력 컨디셔닝 회로(13)의 제어를 위한 제어 신호 생성 기법에 대해서는 후술하기로 한다.In one embodiment of the present invention, a control signal generation technique for controlling the power conditioning circuit 13 implemented with a buck converter will be described later.

이어, 단계(S11)에서 그 다음 주기의 최대 전력점 추종을 위한 제어가 시작되는 시점으로 판단된 경우, 최대 전력 운전 제어부(27)는 제1 스위치(21)을 단락시키고 동시에 제2 스위치(25)를 개방한다. 단계(S11)에서, 제1 스위치(21)가 MOSFET로 구현되고 제2 스위치(25)가 사이리스터로 구현된 예의 경우, 최대 전력 운전 제어부(27)는 MOSFET(21)의 게이트로 구동신호(Gpulse)를 인가하고, 사이리스터(25)의 게이트로 인가되던 구동신호(GSCR)를 차단한다. MOSFET(21)의 게이트에 구동신호(Gpulse)가 인가되면, 사이리스터(25)에 흐르던 전류는 MOSFET(21)을 통해 바이패스 되므로 사이리스터(25)는 1 [ms] 정도의 시간지연 후에 완전히 개방 상태가 된다. 따라서 전력 컨디셔닝 회로(13)의 입력단 양단의 직류링크 캐패시터(Cdc)에 충전되어 있던 전하는 MOSFET(21)를 통해 역류되어 방전하지 않는다. 즉, 전력 컨디셔닝 회로(13)는 MOSFET(21)이 단락 상태가 유지되는 중에도 직류링크 캐패시터(Cdc)에 충전되어 있던 에너지를 사용하여 정상적인 동작을 유지할 수 있다. 캐패시터(23)의 용량은 직류링크 캐패시터(Cdc)에 비해 상대적으로 충분히 작게 설계함으로써 MOSFET(21)를 통하여 수 [ms]의 짧은 시간 동안 방전되어 PV 패널(11) 두 출력단을 단락시킬 수 있다(PV 패널(11)의 출력 전압이 0(zero)가 됨).When it is determined in step S11 that the control for the maximum power point tracking in the next period is started, the maximum power operation control unit 27 short-circuits the first switch 21 and simultaneously turns on the second switch 25 ). In the case where the first switch 21 is implemented as a MOSFET and the second switch 25 is implemented as a thyristor in step S11, the maximum power operation control section 27 outputs the drive signal G pulse , and blocks the drive signal G SCR applied to the gate of the thyristor 25. When the driving signal G pulse is applied to the gate of the MOSFET 21, the current flowing through the thyristor 25 is bypassed through the MOSFET 21, so that the thyristor 25 is completely opened State. Therefore, the electric charge charged in the DC link capacitor C dc at both ends of the input stage of the power conditioning circuit 13 does not flow back through the MOSFET 21 to discharge. That is, the power conditioning circuit 13 can maintain normal operation using the energy charged in the DC link capacitor C dc even when the MOSFET 21 is maintained in the short-circuited state. The capacity of the capacitor 23 is designed to be sufficiently smaller than the DC link capacitor C dc so that the capacitor 23 can be discharged for a short time of a few milliseconds through the MOSFET 21 to short-circuit two output terminals of the PV panel 11 (The output voltage of the PV panel 11 becomes zero).

이어, 최대 전력 운전 제어부(27)는 단락 상태의 제1 스위치(21)를 개방 상태가 되도록 제어한다(S15). 즉, 단계(S15)를 통해 MOSFET(21)의 게이트로 구동신호가 차단되어 MOSFET(21)의 드레인과 소스는 개방상태가 되고, PV 패널(11)에 의해 제공되는 전력에 의해 커패시터(23)는 충전이 개시된다.Next, the maximum power operation control unit 27 controls the first switch 21 in the short-circuit state to be in the open state (S15). That is, in step S15, the driving signal to the gate of the MOSFET 21 is cut off, so that the drain and the source of the MOSFET 21 are in an open state. By the power provided by the PV panel 11, Charging is started.

이어, 최대 전력 운전 제어부(27)는 캐패시터(23)의 충전이 개시되기 직전 PV 패널(11)의 출력 전압 및 출력 전류부터 캐패시터(23)의 충전이 완료되는 시점까지 PV 패널(11)의 출력 전압(Vpv) 및 출력 전류(Ipv)의 변화를 검출한다(S17). 전술한 바와 같이, 캐패시터(23)가 충전되기 직전의 완전 방전 상태인 경우 PV 패널(11)의 출력단은 단락 상태이므로 이 경우에 단락 운전점의 PV 패널(11)의 단락 운전 전류(Isc)가 측정된다. The maximum power operation control unit 27 controls the output of the PV panel 11 from the output voltage and output current of the PV panel 11 immediately before the charging of the capacitor 23 starts to the time when the charging of the capacitor 23 is completed, A change in the voltage V pv and the output current I pv is detected (S17). As described above, the output terminal of the PV panel 11 is short-circuited when the capacitor 23 is in the fully discharged state immediately before the capacitor 23 is charged. In this case, the short-circuit operation current Isc of the PV panel 11 of the short- .

단계(S15)에서 제1 스위치(21)가 개방 상태로 전환되면, 캐패시터(23)은 작은 용량을 가지므로 급속히 충전되어 단계(S13)에서의 방전시간과 실질적으로 동일하게 수 [ms]의 짧은 시간 동안 개방 운전 전압(Voc)까지 충전된다. 다시 말해, 캐패시터(23)가 완전히 충전되면 PV 패널(11)의 양단은 개방 상태가 된다. 최대 전력 운전 제어부(27)는 PV 패널(11)의 양단이 단락 상태에서 개방 상태가 될 때까지 출력 전압과 출력 전류의 변화를 검출하고, 최종적으로 개방 상태 전압(Voc)를 검출하게 된다.When the first switch 21 is switched to the open state in the step S15, the capacitor 23 has a small capacity and is rapidly charged, so that the discharge time in the short period of several [ms] is substantially the same as the discharge time in the step S13 And is charged up to the open operation voltage (Voc) for a period of time. In other words, when the capacitor 23 is fully charged, both ends of the PV panel 11 are opened. The maximum power operation control unit 27 detects the change of the output voltage and the output current until both ends of the PV panel 11 are brought into the open state from the short circuit state and finally detects the open state voltage Voc .

이어, 최대 전력 운전 제어부(27)는 단계(S17)을 통해 검출된 PV 패널(11)의 출력 전압 및 출력 전류를 이용하여 최대 전력이 출력되는 출력 전압 및 출력 전류를 확인하고 해당 전압 및 전류의 값을 최대 전력 운전점의 전압 및 전류(Vmpp 및 Impp)로 결정한다(S19). 예를 들어, 최대 전력 운전 제어부(27)는 단계(S17)에서 사전 설정된 간격마다 동시에 PV 패널(11)의 출력 전압 및 출력 전류를 검출하고, 단계(S19)에서 동시 검출된 출력 전압 및 출력 전류를 상호 승산하여 전력을 확인할 수 있다. 이와 같이 산출된 복수의 전력값 중 최대 전력값을 나타내는 출력 전압 및 출력 전류가 최대 전력 운전점의 전압 및 전류(Vmpp 및 Impp)로 결정될 수 있다.Next, the maximum power operation control unit 27 confirms the output voltage and the output current at which the maximum power is output by using the output voltage and the output current of the PV panel 11 detected in step S17, Is determined as the voltage and current (V mpp and I mpp ) of the maximum power operating point (S19). For example, the maximum power operation control section 27 detects the output voltage and the output current of the PV panel 11 simultaneously at predetermined intervals in step S17, and detects the output voltage and the output current So that the power can be confirmed. The output voltage and the output current indicating the maximum power value among the plurality of calculated power values can be determined as the voltage and currents (V mpp and I mpp ) at the maximum power operating point.

이어, 최대 전력 운전 제어부(27)는 PV 패널(11)이 단계(S19)에서 결정된 최대 전력 운전점의 전압 및 전류(Vmpp 및 Impp)를 출력할 수 있도록 전력 컨디셔닝 회로(13)를 제어하기 위한 제어신호를 생성하여 전력 컨디셔닝 회로(13)로 제공한다. 전력 컨디셔닝 회로(13)는 제어신호에 따라 운전함으로써 PV 패널(11)의 출력이 최대 전력을 유지하도록 태양광 발전 시스템을 운용할 수 있게 된다.The maximum power operation control unit 27 then controls the power conditioning circuit 13 so that the PV panel 11 can output the voltage and currents V mpp and I mpp of the maximum power operating point determined in step S19 And provides the control signal to the power conditioning circuit 13. [ The power conditioning circuit 13 can operate the solar power generation system so that the output of the PV panel 11 maintains the maximum power by operating in accordance with the control signal.

이와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 장치 및 방법은, 사전 설정된 최대 전력 추종 운전을 위한 제어 동작 주기마다 PV 셀(11)의 단락 회로 운전점에서부터 개방 회로 운전점까지 전 구간의 출력을 검출하여 최대 전력 운전점을 찾으므로 PV 패널 표면에 음영이 발생하여 다중의 최대 전력점이 나타나는 경우에도 실재의 최대 전력 운전점에서 운전이 가능하게 할 수 있다.As described above, in the maximum power point tracking apparatus and method of the photovoltaic power generation system according to the embodiment of the present invention, from the short circuit operation point of the PV cell 11 to the open circuit It is possible to operate at the actual maximum power operation point even when the maximum power point of the PV panel appears due to the generation of shading on the surface of the PV panel because the output of the entire section is detected to the operation point to find the maximum power operation point.

이하에서는, 도 4에 도시된 벅 컨버터를 포함하는 전력 컨디셔닝 회로(13)의 제어 방법에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, a control method of the power conditioning circuit 13 including the buck converter shown in FIG. 4 will be described.

도 6은 PV 셀의 I-V 특성과 외부 저항 부하 및 컨디셔닝 회로 내 벅 컨버터의 듀티 간의 관계를 도시한 그래프이다.6 is a graph showing the relationship between the I-V characteristic of the PV cell and the duty of the buck converter in the external resistance load and conditioning circuit.

벅 컨버터를 적용한 전력 컨디셔닝 회로(13)는 벅 컨버터 내의 PWM 스위칭 소자(Sbuck)의 듀티를 제어함으로써 최대 전력 운전을 가능하게 할 수 있다. 벅 컨버터를 이용한 최대 전력 운전 제어를 위한 듀티 결정 알고리즘에서는, PV 패널(11)의 출력단에 연결되는 전력 컨디셔닝 회로(13)의 입력단 측에서 바라본 등가 부하 저항(Req)의 개념을 도입할 수 있다. 등가 부하 저항(Req)은 전력 컨디셔닝 회로 자체의 부하 저항과 전력 컨디셔닝 회로(13)의 출력단에 연결된 외부 저항 부하(R0)에 의해 형성되는 것으로 이해될 수 있다.The power conditioning circuit 13 employing the buck converter can enable maximum power operation by controlling the duty of the PWM switching device (S buck ) in the buck converter. The duty decision algorithm for maximum power operation control using the buck converter can introduce the concept of the equivalent load resistance R eq viewed from the input stage side of the power conditioning circuit 13 connected to the output terminal of the PV panel 11 . It can be understood that the equivalent load resistance R eq is formed by the load resistance of the power conditioning circuit itself and the external resistance load R 0 connected to the output stage of the power conditioning circuit 13. [

벅 컨버터와 외부 저항 부하(R0)에 의하여 형성되는 등가 부하 저항(Req)을 구하는 과정을 설명한다.A process of obtaining the equivalent load resistance R eq formed by the buck converter and the external resistance load R 0 will be described.

먼저, 전력 컨디셔닝 회로(13) 내 벅 컨버터로 입력되는 평균 전력(Pin)은 입력 전압(Vin) 및 입력 전류(Iin)에 의해 다음의 식 1과 같이 계산될 수 있다.First, the average power P in input to the buck converter in the power conditioning circuit 13 can be calculated by the input voltage V in and the input current I in as follows:

[식 1][Formula 1]

Figure 112014123714311-pat00003
Figure 112014123714311-pat00003

또한, 벅 컨버터에서 출력되는 평균 전력(Pout)은 출력 전압(Vo) 및 출력 전류(Io)에 의해 다음의 식 2와 같이 계산된다.In addition, the average power Pout output from the buck converter is calculated by the output voltage Vo and the output current I o as follows:

[식 2][Formula 2]

Figure 112014123714311-pat00004
Figure 112014123714311-pat00004

이상적인 경우, 에너지 보존 법칙에 의해 Pin=Pout이므로 다음의 식 3과 같은 관계가 성립할 수 있다.In the ideal case, because P in = P out by the energy conservation law, the following Equation 3 can be established.

[식 3][Formula 3]

Figure 112014123714311-pat00005
Figure 112014123714311-pat00005

결론적으로, 등가 부하 저항(Req)는 다음의 식 4와 같이 계산될 수 있다.Consequently, the equivalent load resistance (Req) can be calculated as shown in Equation 4 below.

[식 4][Formula 4]

Figure 112014123714311-pat00006
Figure 112014123714311-pat00006

PV 패널(11)의 출력단 전체에 연결된 저항이 등가 부하 저항(Req)이므로, PV 패널(11)의 출력 전압(Vpv) 및 출력 전류(Ipv) 사이에는 다음의 식 5와 같은 관계가 성립하며, 식 5는 도 6에 도시된 I-V 그래프에서 기울기 ‘D2/Ro’를 갖고 원점을 지나는 직선으로 표시될 수 있다.The relationship between the output voltage V pv and the output current I pv of the PV panel 11 is given by the following Equation 5 since the resistance connected to the entire output terminal of the PV panel 11 is the equivalent load resistance R eq And Equation 5 can be expressed by a straight line having a slope 'D 2 / R o ' in the IV graph shown in FIG. 6 and passing through the origin.

[식 5][Formula 5]

Figure 112014123714311-pat00007
Figure 112014123714311-pat00007

도 6에 도시된 바와 같이, 식 5에 의해 형성된 직선과 PV 패널의 I-V 특성 곡선이 만나는 점이 PV 패널의 운전점이 될 수 있다. 따라서, 전력 컨디셔닝 회로(13) 내 벅 컨버터의 PWM 스위칭 소자(Sbuck)의 듀티(D)를 제어하면 PV 패널이 운전점이 결정될 수 있다.As shown in Fig. 6, the point at which the straight line formed by the equation (5) meets the IV characteristic curve of the PV panel can be the operating point of the PV panel. Thus, by controlling the duty (D) of the PWM switching element (S buck ) of the buck converter in the power conditioning circuit 13, the operating point of the PV panel can be determined.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태는 PV 패널(11)의 단락 운전점에서 개방 운전점까지 변화되는 출력 전압 및 출력 전류를 통해 전 운전 구간에서 최대 전력 운전이 가능한 전압 및 전류(Vmpp 및 Impp)를 찾을 수 있으므로, 최대 전력 운전 전압 및 전류(Vmpp 및 Impp)를 식 5에 대입하면 다음의 식 6과 같이 최대 전력 운전이 가능한 듀티(D)를 결정할 수 있다.As described above, according to the embodiment of the present invention, the voltage and current (V mpp) capable of operating at the maximum power in the entire operation period through the output voltage and the output current varying from the short- and so find I mpp), it is substituted for the maximum power driving voltage and current (V mpp and I mpp) in expression 5 can determine the maximum power driving the duty (D available) as shown in the following formula 6.

[식 6][Formula 6]

Figure 112014123714311-pat00008

Figure 112014123714311-pat00008

본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위 및 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Although the present invention has been described in connection with certain exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the embodiments described, but should be determined by the scope of the following claims and equivalents thereof.

11: PV 패널 13: 전력 컨디셔닝 회로
21: 제1 스위치(MOSFET) 23: 캐패시터
25: 제2 스위치(사이리스터) 27: 최대 전력 운전 제어부11: PV panel 13: Power conditioning circuit
21: first switch (MOSFET) 23: capacitor
25: second switch (thyristor) 27: maximum power operation control section

Claims (11)

PV 패널과, 상기 PV 패널과 부하 사이에 연결되어 상기 PV 패널이 최대 전력점에서 운전되도록 제어신호에 따라 전력 흐름을 조정하는 전력 컨디셔닝 회로를 포함하는 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 장치로서,
상기 PV 패널의 양 출력단에 병렬 연결되어 단락/개방하는 제1 스위치;
상기 PV 패널의 양 출력단에 병렬 연결된 캐패시터;
상기 PV 패널의 일 출력단에 연결되고, 상기 전력 컨디셔닝 회로의 일 입력단에 연결되어 단락/개방하는 제2 스위치; 및
최대 전력점 추종 제어를 위해, 사전 설정된 최대 전력 추종 운전을 위한 제어 동작 주기마다 반복적으로 상기 제1 스위치 및 제2 스위치를 단락/개방 상태를 제어하여 상기 PV 패널의 단락 운전점에서 개방 운전점까지의 전 구간의 출력 전압 및 출력 전류를 검출하여 최대 전력 운전점을 결정하고, 상기 최대 전력 운전점으로 동작하기 위한 상기 전력 컨디셔닝 회로의 PWM 구동신호인 상기 제어신호를 생성하여 상기 전력 컨디셔닝 회로로 제공하는 최대 전력 운전 제어부;를 포함하며,
상기 최대 전력 운전 제어부는,
상기 최대 전력점 추종 제어가 개시되면, 상기 제1 스위치를 단락시키고 상기 제2 스위치를 개방하여 상기 PV 패널의 양 출력단을 단락 상태가 되게 한 후, 상기 제1 스위치를 개방하여 상기 PV 패널의 출력 전력이 상기 캐패시터를 충전시키는 동안 상기 PV 패널의 출력 전압 및 출력 전류를 검출하며, 검출된 출력 전압 및 출력 전류를 이용하여 상기 최대 전력 운전점을 결정하고, 상기 최대 전력 운전점으로 동작하기 위한 상기 제어신호를 생성하여 상기 전력 컨디셔닝 회로로 제공하고,
상기 전력 컨디셔닝 회로는 벅 컨버터를 포함하며,
상기 벅 컨버터는 상기 전력 컨디셔닝 회로의 양 입력단 사이에 연결되고 상기 캐패시터 보다 큰 용량을 가지는 직류링크 캐패시터을 포함하고,
상기 최대 전력 운전 제어부에서 제공되는 상기 제어신호는,
최대 전력점 운전을 위해 상기 벅 컨버터의 내 스위칭 소자의 듀티를 결정하는 상기 스위칭 소자의 PWM 구동신호인 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 장치.And a power conditioning circuit coupled between the PV panel and the load for adjusting the power flow according to a control signal such that the PV panel is operated at a maximum power point, the maximum power point tracking device of the PV system comprising:
A first switch connected in parallel at both output ends of the PV panel to short-circuit / open;
A capacitor connected in parallel to both output terminals of the PV panel;
A second switch connected to one output of the PV panel and connected to one input of the power conditioning circuit for shorting / opening; And
The short-circuit / open state of the first switch and the second switch is repeatedly controlled for each of the control operation cycles for the maximum power follow-up control for the maximum power point follow-up control so that the short- And outputs the control signal as a PWM driving signal of the power conditioning circuit to operate at the maximum power operating point, and supplies the control signal to the power conditioning circuit A maximum power operation control unit,
Wherein the maximum power operation control unit comprises:
When the maximum power point tracking control is started, the first switch is short-circuited and the second switch is opened to make both output terminals of the PV panel short-circuited, and then the first switch is opened to output the output Detecting an output voltage and an output current of the PV panel while power is charging the capacitor, determining the maximum power operating point using the detected output voltage and the output current, and operating the maximum power operating point Generate and supply a control signal to the power conditioning circuit,
The power conditioning circuit includes a buck converter,
Wherein the buck converter comprises a DC link capacitor connected between both inputs of the power conditioning circuit and having a capacitance greater than the capacitor,
Wherein the control signal provided by the maximum power operation control unit includes:
And the PWM driving signal of the switching element which determines the duty of the switching element of the buck converter for maximum power point operation. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 스위치는 드레인과 소스가 각각 상기 PV 패널의 양 출력단에 각각 연결된 MOSFET이고, 상기 제2 스위치는 애노드가 상기 PV 패널의 일 출력단에 연결되고 캐소드가 상기 전력 컨디셔닝 회로의 일 입력단에 연결된 사이리스터이며, 상기 최대 전력 운전부는 상기 MOSFET 및 사이리스터의 게이트 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 장치.The method according to claim 1,
Wherein the first switch is a MOSFET whose drain and source are respectively connected to both output terminals of the PV panel and the second switch is a thyristor having an anode connected to one output of the PV panel and a cathode connected to one input of the power conditioning circuit, And the maximum power operation unit provides a gate signal of the MOSFET and the thyristor. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 최대 전력 운전 제어부는,
상기 듀티를 식
Figure 112016075550452-pat00009
에 따라 결정하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 장치(상기 식에서, D는 듀티, RO는 상기 부하의 값, Vmpp는 상기 최대 전력 운전 제어부에 의해 결정된 최대 전력 운전점에서 상기 PV 패널의 출력 전압, Impp는 상기 최대 전력 운전 제어부에 의해 결정된 최대 전력 운전점에서 상기 PV 패널의 출력 전류임).The method according to claim 1,
Wherein the maximum power operation control unit comprises:
The above-
Figure 112016075550452-pat00009
Wherein D is a duty, RO is a value of the load, and V mpp is a maximum power operation point determined by the maximum power operation control unit. The output voltage of the PV panel, I mpp is the output current of the PV panel at the maximum power operating point determined by the maximum power operation control unit). 제1항에 따른 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 장치를 이용한 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 방법으로서,
사전 설정된 최대 전력 추종 운전을 위한 제어 동작 주기마다 반복적으로 최대 전력점 추종 운전이 개시되면, 상기 PV 패널의 양 출력단에 병렬 연결된 제1 스위치를 단락시키고 상기 PV 패널의 일 출력단에 연결되고, 상기 전력 컨디셔닝 회로의 일 입력단에 연결된 제2 스위치를 개방하는 단계;
상기 제1 스위치를 개방시키고 상기 PV 패널의 양 출력단에 병렬 연결된 캐패시터를 충전하는 단계;
상기 캐패시터가 충전되는 동안 상기 PV 패널의 단락 운전점에서 개방 운전점까지의 전 구간의 출력 전압 및 출력 전류를 검출하는 단계;
상기 검출하는 단계에서 검출된 상기 PV 패널의 출력 전압 및 출력 전류를 이용하여 최대 전력 운전점을 결정하는 단계; 및
상기 결정하는 단계에서 결정된 상기 최대 전력 운전점으로 동작하기 위한 상기 전력 컨디셔닝 회로의 PWM 구동신호인 상기 제어신호를 생성하여 상기 전력 컨디셔닝 회로에 제공하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 방법.A method of tracking a maximum power point of a solar power generation system using a maximum power point tracking apparatus of the solar power generation system according to claim 1,
Wherein when a maximum power point tracking operation is repeatedly performed every control operation cycle for a preset maximum power follow-up operation, a first switch connected in parallel to both output ends of the PV panel is short-circuited and connected to one output terminal of the PV panel, Opening a second switch connected to one input of the conditioning circuit;
Opening the first switch and charging capacitors connected in parallel at both output ends of the PV panel;
Detecting an output voltage and an output current of the entire section from a short-circuit operation point to an open operation point of the PV panel while the capacitor is charged;
Determining a maximum power operating point using the output voltage and the output current of the PV panel detected in the detecting step; And
Generating the control signal, which is a PWM driving signal of the power conditioning circuit for operating with the maximum power operating point determined in the determining step, to provide the control signal to the power conditioning circuit
Wherein the maximum power point tracking method of the photovoltaic generation system comprises: 삭제delete 제7항에 있어서,
상기 제1 스위치는 드레인과 소스가 각각 상기 PV 패널의 양 출력단에 각각 연결된 MOSFET이고, 상기 제2 스위치는 애노드가 상기 PV 패널의 일 출력단에 연결되고 캐소드가 상기 전력 컨디셔닝 회로의 일 입력단에 연결된 사이리스터이며, 상기 MOSFET 및 사이리스터는 각각의 게이트 신호를 제공받아 단락/개방이 결정되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 방법.8. The method of claim 7,
Wherein the first switch is a MOSFET whose drain and source are respectively connected to both output terminals of the PV panel and the second switch is a thyristor having an anode connected to one output of the PV panel and a cathode connected to one input of the power conditioning circuit, And the MOSFET and the thyristor are supplied with respective gate signals to determine a short circuit / open circuit. 삭제delete 제7항에 있어서,
상기 듀티는 식
Figure 112016075550452-pat00010
에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 최대 전력점 추종 방법(상기 식에서, D는 듀티, RO는 상기 부하의 값, Vmpp는 상기 최대 전력 운전 제어부에 의해 결정된 최대 전력 운전점에서 상기 PV 패널의 출력 전압, Impp는 상기 최대 전력 운전 제어부에 의해 결정된 최대 전력 운전점에서 상기 PV 패널의 출력 전류임).8. The method of claim 7,
The duty < RTI ID =
Figure 112016075550452-pat00010
Wherein D is the duty, RO is the value of the load, and V mpp is the maximum power operation point determined by the maximum power operation control unit. The output voltage of the PV panel, I mpp is the output current of the PV panel at the maximum power operating point determined by the maximum power operation control unit).
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