KR101727741B1 - High efficiency photovoltaic inverter system with 3-level boost converter - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 3 레벨 부스트 컨버터가 구비된 고효율 태양광 인버터 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양광 어레이에서 생산되는 출력 전원을 일정한 직류링크 전압으로 유지하면서 선형화를 통해 MPPT 효율을 향상시킬 수 있는 3 레벨 부스트 컨버터가 구비된 고효율 태양광 인버터 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a high efficiency solar inverter system having a three-level boost converter, and more particularly, to a high efficiency solar inverter system having a three-level boost converter, which is capable of improving MPPT efficiency through linearization while maintaining a constant DC link voltage Level boost converter for a high efficiency solar inverter system.
화석 에너지 사용은 심각한 환경오염을 유발하며, 그 화석 연료도 고갈되고 있어, 이러한 문제에 대비하고자 청정 대체 에너지의 개발이 활발히 이뤄지고 있다. 그 일환으로, 태양광 발전은 차량, 장난감, 주거용 발전기, 가로등, 계통선과 원거리에 있는 무인 등대, 시계탑, 통신 장비 등 매우 다양하게 활용되고 있다.The use of fossil energy causes serious environmental pollution and its fossil fuels are running out. In order to cope with these problems, development of clean alternative energy is actively being carried out. As a part of this, photovoltaic power generation is widely used in vehicles, toys, residential generators, street lights, grid lines, unmanned lighthouses in remote areas, clock towers, and communication equipment.
태양광 발전 시스템은 PN 접합으로 구성된 태양광 어레이에 태양광이 조사되면, 태양광 에너지에 의해 전자-정공 쌍이 발생하고 전자와 정공이 이동하여 n 층과 p 층을 가로질러 전류가 흐르는 광기전력 효과(photovoltaic effect)에 의해 외부 부하로 전류 출력되는 원리를 이용한다.In a photovoltaic power generation system, when a solar array composed of a PN junction is irradiated with sunlight, electron-hole pairs are generated by the solar energy, electrons and holes move, and the photovoltaic effect the current is output to the external load by the photovoltaic effect.
여기서, 태양광 어레이는 전기를 일으키는 최소 단위인 복수의 셀이 조립되어 전기를 출력해내는 최소 단위인 모듈로 구성되고, 모듈이 직렬 및 병렬로 연결되어 어레이(Array)가 된다. 이러한 태양광 발전 시스템은 태양광 어레이, 접속반 및 인버터 등으로 구성된다. 상기의 구성 중에서 인버터는 태양광 어레이에서 생성된 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 기능을 수행한다.Here, the solar array is composed of a module which is a minimum unit in which a plurality of cells, which is a minimum unit for generating electricity, are assembled and output electricity, and the modules are connected in series and in parallel to form an array. Such a photovoltaic power generation system is composed of a solar array, a connection panel, and an inverter. Among the above configurations, the inverter performs the function of converting DC power generated in the solar array into AC power.
상기 인버터 중에서 3-레벨 NPC 인버터(Neutral-Point-Clamped Inverter)는 각 스위치의 제어단에 인가되는 게이팅 신호에 의하여 동작하는 스위치를 직렬로 연결하고, 각 스위치와 병렬로 연결된 다이오드를 포함하여 입력으로 제공된 직류전압 및 직류 전류를 교류 전압 및 교류 전류로 변환하도록 구성된 장치이다.Among the inverters, a three-level NPC inverter (Neutral-Point-Clamped Inverter) includes a diode connected in series with a switch operating in response to a gating signal applied to a control terminal of each switch, And converts the supplied direct current voltage and direct current into alternating voltage and alternating current.
이와 같은 3-레벨 NPC 인버터는 독립된 DC 전원이 필요 없고 스위치를 직렬로 구성하므로 인버터 적층 방식에 비해 그 인버터 구조가 간단해 경제적이다. 3-레벨 NPC 인버터는 DC-링크 전압을 3단계로 나누어 출력하므로 같은 스위칭주파수에서의 2-레벨 인버터와 비교할 때 출력전압과 전류의 고조파 성분을 반 이상 줄일 수 있고 스위칭이 유도전동기 권선에 인가되는 전압 스트레스를 줄일 수 있다. 또한, 소자의 직렬 연결 구조와 달리 턴-오프시 균등한 전압분배를 이룰 수 있으므로 턴-오프 동작의 동기화에 대한 고려가 필요 없어 하드웨어 구성이 간단하다.Such a three-level NPC inverter does not require an independent DC power supply, and since the switch is formed in series, the structure of the inverter is simpler and more economical than that of the inverter lamination method. A three-level NPC inverter outputs DC-link voltage in three stages, so that the harmonics of the output voltage and current can be reduced by half or more compared to a two-level inverter at the same switching frequency, and switching is applied to the induction motor winding Voltage stress can be reduced. In addition, unlike the serial connection structure of the device, since uniform voltage distribution can be achieved at turn-off, it is not necessary to consider the synchronization of the turn-off operation.
또한, 각 스위칭소자의 차단전압이 DC-링크 전압의 반이므로 스위칭 시의 급격한 전압변동으로 인해 발생되는 EMI 노이즈를 줄일 수 있는 장점이 있다.Also, since the cut-off voltage of each switching element is half of the DC-link voltage, there is an advantage that the EMI noise generated due to the sudden voltage fluctuation at the time of switching can be reduced.
도 1은 3-레벨 NPC 인버터 파워스택의 일반적인 회로도이다.1 is a general circuit diagram of a three-level NPC inverter power stack.
첨부된 도 1을 참조하면, 스위치 Sa1 및 Sa2가 온(on)되고 Sa3 및 Sa4가 오프(off)되면, a 상에는 +Vdc/2의 전압이 인가된다. Sa2 및 Sa3이 온되고 Sa2 및 Sa3가 오프되면 중성점 N에 영(zero) 전위가 걸리게 된다. Sa4 및 Sa3가 온되고 Sa1 및 Sa2가 오프되면 중성점 N에 대하여 a 상에는 -Vdc/2 전압이 인가되게 된다. 이와 같은 순서에 의해서, 상기 a 상의 전압레벨은 +Vdc/2, 0, -Vdc/2로 가변되면서 직류 전압이 교류 전압으로 변환된다. 이 과정에서 b 상의 전압은 전기각으로 2π/3만큼 쉬프트되며 스위치의 온 오프 동작은 a 상의 동작과 동일하게 이루어진다. 마찬가지로 c 상에 연결된 스위치도 동일하게 동작되어 c 상에 전압이 인가된 후에는 다시 a 상의 스위치를 동작하여 연속적인 교류 전압을 출력하게 된다.Referring to FIG. 1, when the switches Sa1 and Sa2 are turned on and Sa3 and Sa4 are turned off, a voltage of + Vdc / 2 is applied to a. When Sa2 and Sa3 are turned on and Sa2 and Sa3 are turned off, a zero potential is applied to the neutral point N. [ When Sa4 and Sa3 are turned on and Sa1 and Sa2 are turned off, -Vdc / 2 voltage is applied to a with respect to the neutral point N. [ By the above procedure, the voltage level of the a-phase is changed to + Vdc / 2, 0, -Vdc / 2, and the DC voltage is converted into the AC voltage. In this process, the voltage of the b phase is shifted by 2π / 3 at the electric angle, and the on / off operation of the switch is performed in the same manner as the operation of a. Likewise, the switches connected to c are operated in the same manner. After the voltage is applied to c, a switch of a phase is operated to output a continuous AC voltage.
그러나 일반적인 3-레벨 인버터는 구조적으로 DC Link 커패시터가 두 개로 분리되어 구성되기 때문에 두 커패시터 간의 전압 불균형 문제가 발생된다. 이러한 전압 불균형의 문제로 인해 DC Link 커패시터의 중성점이 변동되어 스위치 소자에 전압 스트레스를 가중시키고 출력 전압은 왜곡이 발생된다. 이에, 중성점(neutral point clamped) 전압을 제어하기 위해 많은 연구들이 진행되고 다양한 기술들이 제안되었다.However, a typical three-level inverter is structurally separated into two DC Link capacitors, which creates a voltage imbalance problem between the two capacitors. This voltage imbalance problem causes the neutral point of the DC link capacitor to fluctuate, increasing the voltage stress on the switch element and causing the output voltage to be distorted. Therefore, many studies have been conducted to control the neutral point clamped voltage and various techniques have been proposed.
중성점 전압을 제어하기 위한 기술 중의 하나로 등록특허공보 제10-1309290호에는 불연속 펄스폭 변조 방식을 이용한 3-레벨 NPC 인버터의 중성점 전압 제어 장치 및 그 방법이 개시되었다.As a technique for controlling the neutral point voltage, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-1309290 discloses an apparatus and method for controlling a neutral point voltage of a three-level NPC inverter using a discontinuous pulse width modulation method.
상기의 기술은 직렬 연결된 제1 직류링크 커패시터와 제2 직류링크 커패시터, 역병렬 다이오드를 포함하는 스위칭 소자와 클램핑 다이오드를 포함하는 3-레벨 NPC 인버터; 상기 제1 직류링크 커패시터와 제2 직류링크 커패시터 사이의 중성점 불평형 전압을 계산하는 중성점 불평형 전압 계산부; 상기 계산된 전압 불평형 전압에 따라 P-타입 불연속 스위칭 구간을 증가시키거나 감소시킨 만큼 N-타입 불연속 스위칭 구간을 감소 또는 증가시키도록 불연속 스위칭 구간을 조절하여 중성점 불평형 전압을 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 불연속 스위칭 구간 조절부; 및 상기 불연속 스위칭 구간 조절부의 제어신호에 따라 상기 3-레벨 NPC 인버터의 스위칭 소자에 출력될 지령전압을 불연속 펄스폭 변조 방식으로 스위칭하여 상기 3-레벨 NPC 인버터의 스위칭 소자에 출력할 DPWM 신호를 발생시키는 DPWM 신호 발생부를 포함하여 구성된다.The above description relates to a three-level NPC inverter including a first DC link capacitor connected in series, a second DC link capacitor, a switching element including an anti-parallel diode, and a clamping diode; A neutral point unbalance voltage calculator for calculating a neutral point unbalance voltage between the first DC link capacitor and the second DC link capacitor; Generating a control signal for controlling the neutral point unbalance voltage by controlling the discontinuous switching period to decrease or increase the N-type discontinuous switching period by increasing or decreasing the P-type discontinuous switching period according to the calculated voltage unbalance voltage A discontinuous switching section regulating section; And a DPWM signal to be output to the switching element of the 3-level NPC inverter by switching the command voltage to be output to the switching element of the 3-level NPC inverter according to a control signal of the discontinuous switching section controller in a discontinuous pulse width modulation And a DPWM signal generator.
그러나 상기의 기술은 음의 최대가 되는 60°(+30°) 구간 동안 불연속 스위칭 되며, 각 상의 60°(+30°) 구간 동안 중성점에서 무조건 일정한 전류가 흐르게 되어 중성점에 일정한 전압이 걸리는 문제점이 발생된다.However, the above technique is discontinuously switched during the 60 ° (+ 30 °) interval which is the maximum of the negative, and a constant current flows unconditionally at the neutral point during the 60 ° (+ 30 °) .
이에 더하여, 태양광 인버터에 최대 전력점 추종(MPPT) 기술이 적용된 경우,중성점의 불평형 전압 제어에 의해서 최대 전력점 추종(MPPT)이 어떠한 영향을 받는지 알 수 없는 문제점이 발생된다.In addition, when the maximum power point tracking (MPPT) technique is applied to the solar inverter, it is not known how the maximum power point tracking (MPPT) is affected by the unbalance voltage control of the neutral point.
한편, 태양광발전 시스템의 경우 야간이나 날씨가 흐려 발전량이 부족한 경우에는 발전량이 감소되고 태양광의 입사량이 증가하여 발전량이 많을 때에는 전력이 증가됨에 따라 태양광의 입사에 따라 발전되는 전력의 폭이 크다.On the other hand, in the case of the solar power generation system, when the generation amount is insufficient at night or when the generation of electricity is insufficient, the amount of generated electricity decreases and the incident amount of sunlight increases.
태양광발전 시스템 중에서 전력계통과 연계되는 계통연계형 태양광발전 시스템은 발전량이 수요전력보다 상대적으로 많은 경우 잉여 전력을 전력계통에 공급하고, 반대로 발전량이 수요전력보다 적은 경우에는 전력계통으로부터 전력을 수급하게 된다.In PV system, grid-connected photovoltaic generation system connected with power system supplies surplus power to power system when power generation amount is relatively higher than demand power, and conversely, when power generation amount is lower than demand power, power is supplied from power system .
이러한 계통연계형 태양광 발전시스템에서는 전력계통전압과 위상 동기화를 이루는 PLL(Phase Locked Loop), 태양광 어레이에서 최대전력을 얻기 위한 최대 전력점 추종(Maximum Power Point Tracking : MPPT) 제어기술, 인버터에 안정된 직류전원을 공급하기 위한 DC-DC 컨버터의 제어기술 및 인버터의 출력전류를 제어하는 출력전류제어기술이 필요로 한다.In this grid-connected photovoltaic power generation system, a PLL (Phase Locked Loop) for achieving phase synchronization with the power grid voltage, a maximum power point tracking (MPPT) control technology for obtaining maximum power in the solar array, DC-DC converter control technology to supply stable DC power and output current control technology to control inverter output current are needed.
본 발명은 상기 종래기술이 갖는 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 중성점 전압을 OV로 유지하면서 최대 전력점을 추종할 수 있는 3 레벨 부스트 컨버터가 구비된 고효율 태양광 인버터 시스템를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a high efficiency solar cell having a three-level boost converter capable of keeping a neutral point voltage at OV while keeping track of a maximum power point, Optical inverter system.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 3 레벨 부스트 컨버터가 구비된 고효율 태양광 인버터 시스템은, 외부로부터 입사되는 태양광을 집광하여 전기를 발생시키는 태양광 어레이(100); 상기 태양광 어레이(100)의 출력전원을 일정한 직류링크 전압으로 유지시키는 DC 컨버터(200); 상기 DC 컨버터(200)에서 츨력되는 직류전원을 교류전원으로 변화시키는 인버터(300); 상기 인버터(300)의 출력전원에서 고조파 성분을 제거하는 LCL필터(400); 및 상기 태양광 어레이(100)의 출력전원에 근거하여 최대 전력점에서 동작하도록 제어하는 MPPT 제어기(500)를 포함하여 구성되고, 상기 MPPT 제어기(500)는 최대 전력 추종점에 근거하여 상기 DC컨버터(200)의 커패시터 전압(Vdcp, Vdcn)의 전압을 동일하게 유지시켜주는 MPPT 제어부(510); 상기 인버터(300)의 스위칭 소자를 제어하는 전류 제어부(520); 및 계통 위상과 태양광 발전 전력의 위상을 동기화시키는 PLL 제어부(530)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems, a high efficiency solar inverter system including a three-level boost converter according to the present invention includes a
여기서, 상기 MPPT 제어부(510)는 콘덴서(Cdcp)의 양단 전압(Vdcp)을 스위칭하는 소자(SB1)에 대한 스위칭 신호는 콘덴서 양단 전압(Vdcp)과 콘덴서 기준 전압(Vdcp_ref)을 비교하여 제1 PI제어모듈(511)을 통해 결정되고, 콘덴서(Cdcn)의 양단 전압(Vdcn)을 스위칭하는 소자(SB2)에 대한 스위칭 신호는 위측 콘덴서 양단 전압(Vdcp)과 아래측 콘덴서 양단 전압(Vdcn)을 비교하여 제2 PI제어모듈(512)을 통해 결정되며, 상기 제1 PI제어모듈(511)을 통해 출력되는 신호(d1)는 PWM 제어에 의해 출력되며, 상기 신호(d1)은 상기 제2 PI제어모듈(512)을 통해 출력되는 신호(d2)와 합산되고, 다이오드(D2)의 피크전압에서 상기 합산된 신호를 감산하여 PWM 제어에 의해 출력되는 것을 특징한다.Here, the
또한, 상기 DC 컨버터(200)는 3레벨 부스트 컨버터로 구성된 것을 특징으로한다.The
본 발명에 의하면, 태양광 어레이에서 생산되는 출력 전원을 일정한 직류링크 전압으로 유지하면서 선형화를 통해 MPPT 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, MPPT efficiency can be improved by linearizing the output power generated from the solar array while maintaining a constant DC link voltage.
또한, 중성점에 흐르는 전류를 제어할 수 있으므로, 중성점의 전압을 0V로 유지함에 따라 안정화된 출력전원을 제공할 수 있는 장점이 있다.In addition, since the current flowing in the neutral point can be controlled, the stabilized output power can be provided by maintaining the voltage of the neutral point at 0V.
아울러, 출력전원의 고조파를 제거하여 제공할 수 있으므로, 공급전력의 품질을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.In addition, since the harmonics of the output power can be removed, the quality of the supplied power can be improved.
도 1은 3-레벨 NPC 인버터 파워스택의 일반적인 회로도.
도 2는 본 발명에 따른 3 레벨 부스트 컨버터가 구비된 고효율 태양광 인버터 시스템의 개략적인 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 3 레벨 부스트 컨버터가 구비된 고효율 태양광 인버터 시스템의 개략적인 회로구성도.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 3 레벨 부스트 컨버터가 구비된 고효율 태양광 인버터 시스템에 적용된 DC 컨버터의 회로도 및 컨버터 제어부의 회로도를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 3 레벨 부스트 컨버터가 구비된 고효율 태양광 인버터 시스템에 적용된 3-레벨 NPC 인버터 및 LCL 필터의 토폴로지를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 따른 3 레벨 부스트 컨버터가 구비된 고효율 태양광 인버터 시스템에서 LCL필터 제어부에 대한 구성도.
도 8은 본 발명에 따른 3 레벨 부스트 컨버터가 구비된 고효율 태양광 인버터 시스템에서 LCL필터 제어부를 통해 제어되는 계통의 선간전압(a), 각 상의 출력전류(b) 및 d축의 전류(c)를 나타낸 그래프.
도 9는 태양광 발전 시스템에서 태양광 어레이에서 출력되는 P-V 및 I-V 특성을 나타낸 그래프.
도 10은 본 발명에 따른 3 레벨 부스트 컨버터가 구비된 고효율 태양광 인버터 시스템에서 MPPT 제어부의 다른 실시 예에 대한 구성도.1 is a general circuit diagram of a three-level NPC inverter power stack.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a high efficiency solar inverter system having a three-level boost converter according to the present invention; FIG.
3 is a schematic circuit configuration diagram of a high efficiency solar inverter system having a three-level boost converter according to the present invention.
4 and 5 are circuit diagrams of a DC converter and a converter control unit applied to a high efficiency solar inverter system having a three-level boost converter according to the present invention.
6 is a topology diagram of a 3-level NPC inverter and an LCL filter applied to a high efficiency solar inverter system having a 3-level boost converter according to the present invention.
7 is a block diagram of an LCL filter control unit in a high efficiency solar inverter system having a three-level boost converter according to the present invention.
8 is a graph showing a relationship between a line voltage (a), an output current (b) of each phase and a current (c) of a d-axis, which are controlled through an LCL filter control unit in a high efficiency solar inverter system equipped with a three- The graph shown.
9 is a graph showing PV and IV characteristics output from a solar array in a solar power generation system.
10 is a block diagram of another embodiment of an MPPT control unit in a high efficiency solar inverter system having a three-level boost converter according to the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 태양광 어레이에서 생산되는 출력 전원을 일정한 직류링크 전압으로 유지하면서 선형화를 통해 MPPT 효율을 향상시킬 수 있는 3 레벨 부스트 컨버터가 구비된 고효율 태양광 인버터 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a high efficiency solar inverter system having a three-level boost converter capable of improving MPPT efficiency through linearization while maintaining an output power generated from a solar array at a constant DC link voltage.
도 2 및 도 3은 각각 본 발명에 따른 3 레벨 부스트 컨버터가 구비된 고효율 태양광 인버터 시스템의 개략적인 구성도와 회로구성도를 나타낸 도면이다.FIG. 2 and FIG. 3 are diagrams showing a schematic configuration and a circuit diagram of a high efficiency solar inverter system having a three-level boost converter according to the present invention, respectively.
첨부된 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 3 레벨 부스트 컨버터가 구비된 고효율 태양광 인버터 시스템은 태양광 어레이(100)의 출력전원을 일정한 직류링크 전압으로 유지시키는 DC 컨버터(200), 직류전원을 교류전원으로 변화시키는 인버터(300), 스위칭 주파수의 고조파 성분을 제거하는 LCL필터(400) 및 상기 태양광 어레이(100)의 출력전원을 고려하여 최대 전력점에서 동작하도록 제어하는 MPPT 제어기(500)를 포함하여 구성된다.2 and 3, the high efficiency solar inverter system including the three-level boost converter according to the present invention includes a
상기 태양광 어레이(100)는 외부로부터 입사되는 태양광을 집광하여 전기를 발생시키기 위한 것으로서, 통상적으로 주로 실리콘과 복합재료가 이용된다. 구체적으로, 상기 태양광 어레이(100)는 P형 반도체와 N형 반도체를 접합시켜 사용하는 것으로, 태양 빛을 받아 전기를 생산하는 광전효과를 이용하는 것이다. 대부분의 태양광 어레이(100)는 대면적의 P-N 접합 다이오드로 이루어져 있으며, 상기 P-N 접합 다이오드의 양극단에 발생된 기전력을 외부 회로에 연결하여 사용하게 된다.The
상기 태양광 어레이(100)의 최소 단위를 셀(Cell)이라고 하는데, 실제로 태양광 어레이를 셀 그대로 사용하는 일은 거의 없다. 실제 사용되는데 필요한 전압이 수 V에서 수십 혹은 수백 V이상인데 비하여 셀 1개로부터 나오는 전압은 약 0.5V로 매우 작기 때문인데, 이 때문에 다수의 단위 태양광 어레이들을 필요한 단위 용량으로 직렬 또는 병렬 연결하여 사용하고 있다. 또한, 태양광 어레이(100)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.The minimum unit of the
도면에 도시하지 않았으나 상기 태양광 어레이(100)의 후단에는 태양광 어레이(100)에서 출력되는 동일한 극성의 전압을 하나의 접속점으로 취합하는 접속함이 구비되고, 접속함의 후단에는 취합된 출력전원을 일정한 직류링크 전압으로 유지시키는 DC 컨버터(200)가 구성된다.Although not shown in the drawing, at the rear end of the
태양광 발전 시스템에서의 인버터는 태양광 어레이(100)에서 출력되는 직류전원을 인버터의 출력전압(예: 380V/60Hz)으로 변환하기 위해 직류링크 전압을 일정레벨 이상으로 유지시켜야 한다. 하지만 태양광 어레이 모듈은 일사량, 온도 등의 외부환경에 따라 전력-전압 곡선, 전류-전압 곡선이 비선형적으로 변화하게 된다. 이러한 태양광 어레이(100)의 비선형적인 특성에 맞춰 인버터(300)에 일정한 전압을 공급하기 위해서는 DC 컨버터(200)가 필수적이다.The inverter in the photovoltaic power generation system must maintain the DC link voltage at a certain level or higher in order to convert the DC power outputted from the
상기 DC 컨버터(200)는 태양광 어레이(100)의 출력 전원을 일정한 직류링크 전압으로 유지시키기 위한 것으로서, 3레벨 부스트 컨버터가 사용될 수 있다.The
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 3 레벨 부스트 컨버터가 구비된 고효율 태양광 인버터 시스템에 적용된 DC 컨버터의 회로도 및 컨버터 제어부의 회로도를 나타낸 도면이다.4 and 5 are circuit diagrams of a DC converter and a converter control unit applied to a high efficiency solar inverter system having a three-level boost converter according to the present invention.
첨부된 도 4를 참조하면, 상기 DC 컨버터(200)는 스위칭 소자(SB1, SB2)의 스위칭 동작에 의해서 Vdclink에 인가되는 전압 이득이 2배로 증가된다.Referring to FIG. 4, in the
이때, 전압이득은 다음의 수학식 1과 같다.At this time, the voltage gain is expressed by the following equation (1).
수학식 1)(1)
여기서, Vi는 DC 컨버터에 입력되는 입력전압, Vdclink는 DC 컨버터에서의 출력전압 및 D는 스위칭 소자(SB1, SB2)가 동시에 온(on)되는 구간의 시비율이다.Here, V i is the input voltage to be input to the DC converter, V dclink is the output voltage of the DC converter, and D is the duty ratio of the section in which the switching elements S B1 and S B2 are simultaneously turned on.
상기의 수학식 1)에 따르면, 이론상으로는 시비율이 1로 수렴할수록 무한대의 전압을 얻을 수 있다. 그러나 일반적인 시비율은 0.5로 구성되며, 이에 4배 정도의 전압 이득을 얻을 수 있다.According to the above equation (1), in theory, infinite voltage can be obtained as the application ratio converges to one. However, the typical application rate is 0.5, so that a voltage gain of about 4 times can be obtained.
이때, 상기 DC컨버터(200)와 인버터(300)를 제어하기 위한 MPPT 제어기(500)가 설치된다.At this time, an
상기 MPPT 제어기(500)는 최대 전력 추종점에 근거하여 상기 DC컨버터(200)의 커패시터 전압(Vdcp, Vdcn)의 전압을 동일하게 유지시켜주는 MPPT 제어부(510), 상기 인버터(300)의 스위칭 소자를 제어하는 전류 제어부(520) 및 계통 위상과 태양광 발전 전력의 위상을 동기화시키는 PLL 제어부(530)를 포함하여 구성된다.The
상기 MPPT 제어부(510)는 최대 전력 추종점에 근거하여 DC 컨버터(200)의 스위칭 소자(SB1, SB2)의 스위칭 시점을 제어하기 위한 것으로서, 비례적분 제어(PI, proportional integrate control) 모듈이 사용될 수 있다.The
위측 콘덴서(Cdcp)의 양단 전압(Vdcp)을 스위칭하는 소자(SB1)에 대한 스위칭 신호는 콘덴서 양단 전압(Vdcp)과 콘덴서 기준 전압(Vdcp _ref)을 비교하여 제1 PI제어모듈(511)을 통해 결정된다.Voltage side capacitor element for switching the both-end voltage (V dcp) of (C dcp) (S B1) switching signal for comparing the capacitor voltage across (V dcp) and a capacitor reference voltage (V dcp _ref) to claim 1 PI control module (511).
또한, 아래측 콘덴서(Cdcn)의 양단 전압(Vdcn)을 스위칭하는 소자(SB2)에 대한 스위칭 신호는 위측 콘덴서 양단 전압(Vdcp)과 아래측 콘덴서 양단 전압(Vdcn)을 비교하여 제2 PI제어모듈(512)을 통해 결정된다.In addition, the switching signal for the elements (S B2) for switching the both-end voltage (V dcn) under-side capacitor (C dcn) compares the potential side capacitor both-end voltage (V dcp) and bottom-side capacitor voltage across (V dcn) Is determined through the second
이때, 상기 제1 PI제어모듈(511)을 통해 출력되는 신호를 d1이라 하면, 신호 d1은 PWM 제어에 의해 출력된다. 또한, 신호 d1은 상기 제2 PI제어모듈(512)을 통해 출력되는 신호와 합산되고, 다이오드(D2)의 피크전압에서 상기 합산된 신호를 감산하고 이를 신호 d2로 하여 PWM 제어에 의해 출력된다.At this time, if the signal output through the first
여기서, 상기 신호 d1이 0.5 ~ 1 사이의 값을 가지는 경우, 위측 콘덴서(Cdcp)의 양단 전압(Vdcp)을 스위칭하는 소자(SB1)가 온되는 시간 동안, 아래측 콘덴서(Cdcn)의 양단 전압(Vdcn)을 스위칭하는 소자(SB2)는 온과 오프를 수행하게 된다. 반대로, 상기 신호 d1이 0 ~ 0.5 사이의 값을 가지는 경우, 아래측 콘덴서(Cdcn)의 양단 전압(Vdcn)을 스위칭하는 소자(SB2)가 온되는 시간 동안, 위측 콘덴서(Cdcp)의 양단 전압(Vdcp)을 스위칭하는 소자(SB1)는 온과 오프를 수행하게 된다. When the signal d 1 has a value between 0.5 and 1, the time for which the element S B1 that switches the both-end voltage V dcp of the upper capacitor C dcp is on, the lower capacitor C dcn The element S B2 for switching the both-end voltage V dcn of the switching element Q1 to Q2 is turned on and off. On the other hand, the signal d 1 is 0 to 0.5, if having a value of between, for the time being on the elements (S B2) for switching the both-end voltage (V dcn) under-side capacitor (C dcn), potential side capacitor (C dcp The element S B1 for switching the both-end voltage V dcp of the switching element Q 1 on and off is performed.
상기 인버터(300)는 태양광 어레이(100)에서 출력되는 직류전원을 교류전원으로 변환하는 기능을 수행하는 것으로서, 본 발명에서는 3-레벨 NPC 인버터가 사용될 수 있다.The
도 6은 본 발명에 따른 3 레벨 부스트 컨버터가 구비된 고효율 태양광 인버터 시스템에 적용된 3-레벨 NPC 인버터 및 LCL 필터의 토폴로지를 나타낸 도면이다.FIG. 6 is a topology diagram of a 3-level NPC inverter and an LCL filter applied to a high efficiency solar inverter system having a 3-level boost converter according to the present invention.
상기 3-레벨 NPC 인버터는 P, O, N 이라는 3 가지의 스위칭 상태를 가진다. 즉, 스위칭에 따라 각 상은 +Vdc/2, 0, -Vdc/2의 교류전원을 출력한다.The three-level NPC inverter has three switching states P, O, and N. That is, each phase outputs AC power of + Vdc / 2, 0, and -Vdc / 2 according to switching.
또한, 출력전류의 방향에 따라 각 스위칭상태에서 도통경로가 달라진다. 부연하면, 각각의 스위칭 상태에서 각 상에 흐르는 전류의 도통경로는 P와 N 상태에서 트랜지스터(Sx1, Sx2)에 의한 출력전류, 다이오드(Dx1, Dx2)에 의한 입력전류로 이루어진다. 상기 Sx1에서 x는 a, b 및 c 중에서 하나이고, Dx1에서 x도 마찬가지이다.In addition, the conduction path changes in each switching state depending on the direction of the output current. In other words, the conduction paths of the currents flowing in the respective phases in the respective switching states consist of the output currents of the transistors Sx1 and Sx2 and the input currents of the diodes Dx1 and Dx2 in the P and N states. In Sx1, x is one of a, b, and c, and x is the same in Dx1.
또한, O상태에서는 트랜지스터(Sx2)를 통한 출력전류 및 트랜지스터(Sx3)에 의한 입력전류의 경로가 형성된다.In the O state, an output current through the transistor Sx2 and an input current by the transistor Sx3 are formed.
이와 같은 3-레벨 인버터는 다이오드에 의해 오프 상태에 있는 주 스위치(트랜지스터)는 각각 상단 커패시터와 하단 커패시터 양단의 전압을 차단전압으로 갖는다. 즉, P 상태에서 Sx3의 차단전압은 상단 DC-Link 커패시터의 충전전압이 되고, Sx3의 차단전압은 하단 DC-Link 커패시터의 충전전압이 된다. 마찬가지로, O상태에서는 Sx1의 차단전압은 상단 DCLink 커패시터의 충전전압, Sx4의 차단전압은 하단 DC-Link 커패시터의 충전전압이 된다. 계속하여, N상태에서 Sx1의 차단전압은 상단 DCLink 커패시터의 충전전압, Sx2의 차단전압은 하단 DC-Link 커패시터의 충전전압이 된다.In such a three-level inverter, the main switch (transistor), which is in the off state by the diode, has a voltage across the upper capacitor and the lower capacitor, respectively, as a cut-off voltage. That is, in the P state, the cutoff voltage of Sx3 becomes the charge voltage of the upper DC-Link capacitor, and the cutoff voltage of Sx3 becomes the charge voltage of the lower DC-Link capacitor. Similarly, in the O state, the cutoff voltage of Sx1 is the charge voltage of the upper DCLink capacitor, and the cutoff voltage of Sx4 is the charge voltage of the lower DC-Link capacitor. Subsequently, in the N state, the cutoff voltage of Sx1 is the charge voltage of the upper DCLink capacitor, and the cutoff voltage of Sx2 is the charge voltage of the lower DC-Link capacitor.
만약, 상 하단의 DC-Link 커패시터의 충전전압이 동일하다면, 오프 상태에 있는 두 스위치의 차단전압은 균등하게 분배가 될 것이다. 하지만 O 상태의 스위칭 동작상태에서는 중성점 전류가 흐르게 된다. 중성점으로부터 전류가 나가는 방향으로 흐른다면 상단의 DC-Link 커패시터는 충전되어 커패시터 양단의 전위차는 증가하고, 하단의 DC-Link 커패시터는 방전되어 커패시터 양단의 전위차는 감소한다. 마찬가지로 중성점으로부터 전류가 들어오는 방향으로 흐른다면 상단의 DC-Link 커패시터는 방전되어 커패시터 양단의 전위차는 감소하고, 하단의 DC-Link 커패시터는 충전되어 커패시터 양단의 전위차는 증가한다.If the charge voltages of the DC-Link capacitors of the upper and lower stages are the same, The cut-off voltages of the two switches in the state will be evenly distributed. However, in the switching state of the O state, the neutral current flows. If the current flows from the neutral point in the direction of current flow, the DC-Link capacitor at the top is charged, the potential difference across the capacitor increases, and the DC-Link capacitor at the bottom is discharged and the potential difference across the capacitor decreases. Likewise, if the current flows from the neutral point in the direction in which the current flows, the upper DC-Link capacitor is discharged, the potential difference across the capacitor decreases, and the lower DC-Link capacitor charges to increase the potential difference across the capacitor.
이와 같이, 중성점에서 이루어지는 전류흐름에 의해 상 하단 DC-Link 커패시터 양단의 전위차가 다르게 되어 오프 상태에 있는 두 스위치의 차단전압이 균등하지 않을 수 있다.As described above, the potential difference between the upper and lower DC-Link capacitors is different due to the current flow at the neutral point, so that the cut-off voltages of the two switches in the off state may not be uniform.
아울러, 스위칭 장치가 포함되어 있는 3-레벨 NPC 인버터 시스템은 불연속적이고, 시간에 따라 변하며, 비선형적이다. 동특성 해석에서 불연속적인 시스템은 무시 할 수 있는 현상 즉, 스위칭 리플과 스위칭 주파수의 고조파와 그 사이드밴드 같은 성분이 포함되어 있어 해석을 복잡하게 한다.In addition, the three-level NPC inverter system in which the switching device is included is discontinuous, time-varying, and non-linear. Discontinuous systems in dynamic behavior analysis complicate the analysis because they include negligible phenomena, such as switching ripple and switching frequency harmonics and their sidebands.
이에 따라, 본 발명의 3 레벨 부스트 컨버터가 구비된 고효율 태양광 인버터 시스템에는 고조파 성분을 제거하는 기능을 수행하기 위해 LCL필터(400)가 구성된다.Accordingly, in the high efficiency solar inverter system having the three-level boost converter of the present invention, the
상기 LCL 필터(400)는 상기 인버터(300)에서 출력되는 전원의 고조파를 저감시키기 위한 것으로서, 각 상에 직렬로 연결되는 인덕터, 각 상에 병렬로 연결되는 커패시터 및 각 상에 직렬로 연결되는 인덕터가 순차적으로 구비된다.The
다양한 변동에 의한 인버터(300)의 제어 성능과 동작 특성을 분석하기 위해서 스위칭 모델과 스위칭 함수 모델을 통해 세부적인 과동응답과 시스템의 동작을 예측할 수 있다. 그러나 상기의 모델은 매우 복잡하고 모델을 정형화하여 설정하는 데 많은 시간이 소요된다. 따라서 스위칭 모델과 스위칭 함수 모델이 소신호 모델로 변환되어 수행될 수 있다.In order to analyze the control performance and operating characteristics of the
상기 소신호 모델은 분석의 정확성과 복잡성 사이에 균형을 맞춰서 시스템을 간단화하는 방식으로서, 평균화, 미소변동 및 선형화 과정을 통해 이루어진다.The small signal model is a way to simplify the system by balancing the accuracy and complexity of the analysis, through averaging, microvariation and linearization.
우선, 각 상(P, O, N)에 대한 스위칭 함수는 다음의 수학식 2로 정의될 수 있다.First, the switching function for each phase (P, O, N) can be defined by the following equation (2).
수학식 2)(2)
Sp={0, 1}, So={0, 1}, Sn={0, 1}Sp = {0, 1}, So = {0, 1}, Sn = {0, 1}
Sp+So+Sn=1Sp + So + Sn = 1
여기서, Sp, So 및 Sn은 각각 P상, O상 및 N상에 대한 스위칭 함수이다.Here, Sp, So, and Sn are switching functions for the P phase, the O phase, and the N phase, respectively.
3-레벨 NPC 인버터에서 한 레그의 상태는 P, O, N의 상태 중 하나의 상태에 놓이게 된다. 즉, P 상태일 땐 O 상태 또는 N 상태일 수 없고, O 상태일 때는 P상태 또는 N 상태일 수 없다. N 상태도 마찬가지다. 따라서 P 상태일 경우에는 Sp=1, So=0, Sn=0의 조합을 가지게 되며, O 상태일 경우에는 Sp=0, So=1, Sn=0의 조합을 가지게 되며, N 상태일 경우에는 Sp=0, So=0, Sn=1의 조합을 가지게 된다.In a three-level NPC inverter, the state of one leg is in one of P, O, and N states. That is, it can not be an O state or an N state when it is in P state, and it can not be a P state or an N state when it is O state. The N state is the same. Therefore, in the P state, a combination of Sp = 1, So = 0 and Sn = 0 is obtained. In the case of the O state, a combination of Sp = 0, So = 1 and Sn = In the N state, the combination of Sp = 0, So = 0, and Sn = 1 is obtained.
상기 정의된 스위칭 함수와 첨부된 도 6에 따른 회로방정식은 다음의 수학식 3으로 유도된다.The switching function defined above and the circuit equation according to appended Fig. 6 are derived by the following equation (3).
수학식 3)(3)
이때, 중성점 전류는 상전류와 스위칭 함수를 이용하여 다음의 수학식 4로 표현된다.At this time, the neutral current is represented by the following equation (4) using the phase current and the switching function.
수학식 4)(4)
이때, 각 상에 대한 벡터는 다음의 수학식 5로 표현된다.At this time, the vector for each phase is expressed by the following equation (5).
수학식 5)Equation (5)
여기서, vph는 상전압, vfph는 필터 커패시터 전압, vgph는 계통전압, isph는 상전류, igph는 계통전류, RLf는 댐핑저항, spph는 P상태 스위칭 함수, soph는 O상태 스위칭 함수, Snph는 N 상태 스위칭 함수이다.Here, v ph is the phase voltage, v fph the filter capacitor voltage, v gph the grid voltage, i sph is phase current, i gph has grid current, R Lf is a damping resistance, s pph is P state switching function, s oph are O State switching function, S nph is an N state switching function.
상기의 수학식 3과 수학식 4는 불연속 비선형 시변(discontinuous nonlinear time-varying) 시스템 모델이다. 이에, 평균화 과정을 통해 연속 비선형 시불변 시스템 모델화시킬 수 있다.Equations (3) and (4) are discontinuous nonlinear time-varying system models. Therefore, it is possible to model the continuous nonlinear time invariant system through the averaging process.
평균화를 통해서 불연속 시스템은 연속시스템으로 변환된다. 하지만 평균화의 방식 및 범위를 어디까지 정의해야 하는지 결정해야 한다. 불연속의 원인이 스위칭 소자의 스위칭 주기에 따른 스위칭이기 때문에 스위칭의 주기에 대한 불연속 식에 대해 스위칭 주기 평균으로 평균화가 이루어질 수 있다.Through averaging, the discontinuous system is transformed into a continuous system. However, you have to decide how and where to define the averaging. Since the cause of the discontinuity is the switching according to the switching period of the switching device, averaging can be performed by the switching period average for the discontinuous equation for the switching period.
주기평균에 따라 스위칭 함수가 듀티비(duty ratio)로 변화될 수 있으며, 각 전압 및 전류의 값들도 스위칭 주기 동안의 평균값으로 나타낼 수 있다.The switching function can be changed to a duty ratio according to the period average, and the values of each voltage and current can also be expressed as an average value during the switching period.
이에 따라, 상기 평균화 과정을 통해 수학식 3 및 4는 연속 비선형 시변으로 변환될 수 있다. 즉, 평균화된 모델링은 d-q-0 변환을 하여 연속 비선형 시불변 모델로 가변될 수 있다.Accordingly, Equation (3) and Equation (4) can be converted into continuous nonlinear time-varying through the averaging process. That is, the averaged modeling can be transformed into a continuous non-linear time-invariant model by performing d-q-0 transform.
상기 d-q-0 변환은 3상 회로의 분석을 단순화할 목적으로 3 상 시스템의 기준틀(reference frame)을 회전시키는 수학적 변환 방식이다. 시간에 따라 변하는 3상 교류출력을 d-q-0 변환을 통해 한 점을 직류처럼 변환하여 그 출력에 대한 해석 및 제어를 보다 용이하게 할 수 있는 장점이 있다.The d-q-0 conversion is a mathematical transformation scheme in which a reference frame of a three-phase system is rotated in order to simplify analysis of a three-phase circuit. The three-phase AC output varying with time can be converted into a direct current through a d-q-0 conversion, and the analysis and control of the output can be facilitated.
3 상 교류성분을 d-q-0 변환을 하면 2개의 직류성분으로 도출되며, 두 직류성분에 역 d-q-0 변환(inverse d-q-0transformation)을 수행하면 다시 3 상 교류성분을 도출할 수 있게 된다. 상기 d-q-0 변환과 역 d-q-0 변환은 d-q-0 변환 행렬(d-q-0 transformation matrix)과 역 d-q-0 변환행렬(inverse d-q-0 transformation matrix)을 곱하여 실행될 수 있다.The d-q-0 conversion of the three-phase ac component leads to two dc components, and the inverse d-q-0 transformation is performed on the two dc components. The d-q-0 and d-q-0 transforms may be performed by multiplying a d-q-0 transformation matrix by an inverse d-q-0 transformation matrix.
상기 d-q-0 변환 및 역 d-q-0 변환 과정을 통해 불연속 비선형 시변 모델은 연속 비선형 시불변 모델로 변환될 수 있다.The discontinuous nonlinear time-varying model can be transformed into a continuous nonlinear time-invariant model through the dq-0 transform and the inverse dq-0 transform.
그러나 상기 모델은 여전히 비선형 모델로서 이는 선형 모델로 변환되어야 한다. 선형 모델로의 변환은 미소변동에 대해 선형모델로 가정한 상태로 진행될 수 있다. 즉, 동작시점에서의 미소변동을 부여하여 선형화 모델로 유도될 수 있다.However, the model is still a nonlinear model, which must be converted to a linear model. The conversion to the linear model can be proceeded assuming a linear model for the small variations. That is, it can be induced to the linearization model by giving a micro-variation at the time of operation.
상기 미소변동을 부여하면, 선형화 모델을 통해 각 상의 P 상태, O 상태 및 N 상태의 듀티비의 합은 "1"이라는 조건이 도출된다.Given the above micro-fluctuations, a condition that the sum of the duty ratios of the P state, O state and N state of each phase is "1" is derived through the linearization model.
이를 수학식 5로 나타내면 다음과 같다.Equation (5) is as follows.
수학식 5)Equation (5)
여기서, dpa, doa 및 dna는 각각 d-q-O 변환된 a 상에서의 P 상태, O 상태 및 N 상태 듀티비이다. 마찬가지로 dpb, dob 및 dnb는 각각 d-q-O 변환된 b 상에서의 P 상태, O 상태 및 N 상태 듀티비이고 dpc, doc 및 dnc는 각각 d-q-O 변환된 c 상에서의 P 상태, O 상태 및 N 상태 듀티비이다. Where d pa , d oa, and d na are the P state, O state, and N state duty ratios on the dqO transformed a, respectively. Similarly, d pb , d ob, and d nb are the P state, O state, and N state duty ratios on the dqO transformed b, respectively, and d pc , d oc, and d nc are the P state, N state duty ratio.
이때, 중성점의 전류는 "0"의 값을 가져야 하므로, doa, dob 및 doc의 값을 모두 "0"으로 가정하여 나머지 인자에 대하여 역 d-q-O 변환을 실시한다.At this time, since the current of the neutral point should have a value of "0", the reverse dqO conversion is performed on the remaining factors assuming that the values of d oa , d ob, and d oc are all "0".
이 과정에서 나머지 인자에 대한 값을 산출하면 음수인 항이 도출될 수 있으나, 음수는 설계 조건을 위배하기 때문에 dpa, dpb 및 dpc 중에서 최소값의 절대값을 dpa, dpb 및 dpc에 더하는 것으로 해결할 수 있다. 마찬가지로, dna, dnb 및 dnc 중에서 최소값의 절대값을 dna, dnb 및 dnc에 더해준다.Since the negative number is a violation of the design condition, the absolute value of the minimum value among d pa , d pb, and d pc is expressed as d pa , d pb, and d pc , Can be solved by adding. Similarly, d na , d nb and d nc add the absolute value of the minimum value among d na , d nb and d nc .
이와 같은 방식으로 각 상의 듀티비에 절대값을 취하는 것으로 중성점의 전류가 정해질 수 있다.In this way, the neutral point current can be determined by taking the absolute value of the duty ratio of each phase.
도 7은 본 발명에 따른 최대전력점 추종제어의 3-레벨 인버터가 구비된 태양광 발전 시스템에서 LCL필터 제어부의 구성을 나타낸 도면이다.FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of an LCL filter control unit in a solar power generation system having a 3-level inverter of maximum power point tracking control according to the present invention.
첨부된 도 7을 참조하면, 상기 LCL필터 제어부(410)는 d축 최소 듀티비 산출모듈(411), q축 최소 듀티비 산출모듈(412), 상태변환 듀티비 산출모듈(413), 역 d-q변환모듈(414), P 상태 듀티비 산출모듈(415) 및 N 상태 듀티비 산출모듈(416)을 포함하여 구성된다.7, the
도 7에서 Igd_ref는 d-q변환에 따른 d축의 기준전류, Igq_ref는 d-q변환에 따른 q축의 기준전류, dmd는 d 축의 최소 듀티비, igd는 계통전류, dpa, doa 및 dna는 각각 d-q-O 변환된 a 상에서의 P 상태, O 상태 및 N 상태 듀티비, Gc(s)는 제어모듈의 전달함수, G(s)는 시스템의 전달함수, Hc(s)는 전류검출센서의 보정계수이다.In Figure 7 Igd_ref the d-axis reference current corresponding to the dq conversion, I gq_ref the q-axis reference current corresponding to the dq conversion, d md is a d-axis a minimum duty ratio, i gd is the grid current, d pa, d oa and d na is G (s) is the transfer function of the control module, G (s) is the transfer function of the system, Hc (s) is the correction coefficient of the current detection sensor to be.
상기 d축 최소 듀티비 산출모듈(411)은, d 축의 기준전류와 센서에 의해 검출되어 보정된 계통전류의 차이값을 제어모듈의 전달함수를 통해 d 축의 최소 듀티비(dmd)로 산출한다The d-axis minimum duty
마찬가지로, 상기 q축 최소 듀티비 산출모듈(412)은 q 축의 기준전류와 센서에 의해 검출되어 보정된 계통전류의 차이값을 제어모듈의 전달함수를 통해 q 축의 최소 듀티비(dmq)로 산출한다Similarly, the q-axis minimum duty
상기 d축 최소 듀티비 산출모듈(411)과 상기 q축 최소 듀티비 산출모듈(412)에서 각각 출력되는 최소 듀티비(dmd, dmq)는, 상태변환 듀티비 산출모듈(413)을 통해 d축 P 상태 듀티비(dpd), d축 N 상태 듀티비(dnd), q축 N 상태 듀티비(dnq) 및 q축 P 상태 듀티비(dpq)로 각각 산출된다.The minimum duty ratios d md and d mq output from the d-axis minimum duty
상기 상태변환된 각각의 듀티비는 역 d-q변환모듈(414)을 통해 역 d-q 변환이 이루어지고, d축 및 q축은 a,b 및 c 상의 듀티비(dpa, dpb, dpc, dna, dnb 및 dnc)로 출력된다.Each of the state-converted duty ratios is subjected to inverse dq conversion through an inverse
상기 출력되는 듀티비(dpa, dpb, dpc, dna, dnb 및 dnc)는 각 상의 P 상태 듀티비 산출모듈(415) 및 N 상태 듀티비 산출모듈(416)에 의해서 최소 듀티비를 감산하여 최종적으로 각 상에 대한 P 상태의 듀티비(dpa, dpb, dpc)와 N 상태의 듀티비(dna, dnb, dnc)로 출력되며, 출력되는 각 상태의 듀티비는 제어모듈의 전달함수(Gc(s))에 입력되어 다음 주기의 P 상태의 중성점 전류와 N 상태의 중성점 전류를 제어하는 전류 제어부(520)에 입력된다.The output duty ratios d pa , d pb , d pc , d na , d nb and d nc are determined by the P state duty
도 8은 본 발명에 따른 3 레벨 부스트 컨버터가 구비된 고효율 태양광 인버터 시스템에서 LCL필터 제어부를 통해 제어되는 계통의 선간전압(a), 각 상의 출력전류(b) 및 d축의 전류(c)를 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing a relationship between a line voltage (a), an output current (b) of each phase and a current (c) of a d-axis, which are controlled through an LCL filter control unit in a high efficiency solar inverter system equipped with a three- Fig.
첨부된 도면에서 계통의 선간전압(도 8의 (a))을 살펴보면, 모드 1(mode 1) 은 종래 LCL필터를 사용한 상태의 선간전압이고, 모드 2(mode 2)는 d축 전류지령이 14A인 상태의 선간전압이며, 모드 3(mode 3)은 본 발명에 따른 LCL필터(400)를 통해 제어되는 상태의 선간전압이다.8A,
도 8의 (b)에서와 같이, 모드 1에서 모드 2로 기준 전류(지령 전류)가 변환되어도 선간전압은 일정하게 유지됨을 알 수 있다. 즉, 상기의 그래프는 변환되는 태양광에 따라서 태양광 어레이(100)에서 출력되는 전류값이 가변되어도 선간전압은 일정하게 유지될 수 있음을 의미한다.As shown in FIG. 8 (b), it can be seen that the line-to-line voltage remains constant even if the reference current (command current) is changed from
아울러 첨부된 도 8을 참조하면, 각 상의 출력전류는 지령전류가 변화되는 순간(모드 2)에서 출력전류에 고조파가 혼합되어 있음을 알 수 있으나, 본 발명에 따른 LCL필터(400)를 통해 제어되는 구간(모드 3)에서는 진동 발생이 최소화되고 출력전류의 파형이 사인파 형상을 유지하는 것으로 나타났다. 즉, 고조파가 제거된 것으로 도출되었다.8, it can be seen that the output current of each phase is mixed with the output current at the moment when the command current is changed (mode 2). However, the output current can be controlled through the
한편, 본 발명에서는 태양광 어레이(100)의 출력전원을 고려하여 최대 전력점에서 동작하도록 제어하는 MPPT 제어기(500)가 구비된다.Meanwhile, in the present invention, an
도 9는 태양광 발전 시스템에서 태양광 어레이에서 출력되는 P-V 및 I-V 특성을 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing P-V and I-V characteristics output from the solar array in the solar power generation system.
태양광 어레이는 일사량 및 온도 등과 같은 외부환경에 따라 전력-전압 곡선, 전류-전압 곡선의 특성이 비선형적으로 변화한다. 이러한 비선형적인 전류특성을 갖는 태양광 어레이로부터 항상 최대 유효전력을 유지하기 위해서는 최대 전력점 추종(Maximum Power Point Tracking : MPPT)제어가 요구된다.The characteristics of the power-voltage curve and the current-voltage curve vary nonlinearly depending on the external environment such as solar radiation amount and temperature. Maximum power point tracking (MPPT) control is required to always maintain the maximum active power from the solar array having such nonlinear current characteristics.
상기 MPPT가 비정상적으로 제어된다면 출력전류도 불안정해 지고 전력품질 저하가 일어날 수 있다. 따라서 인버터는 최대 전력점(PMPP)에서 발전해야 한다.If the MPPT is controlled abnormally, the output current becomes unstable and power quality deterioration may occur. Therefore, the inverter must develop at the maximum power point (P MPP ).
태양광 어레이의 비선형적인 전류특성은 다음의 수학식 6으로 나타낼 수 있다.The nonlinear current characteristic of the solar array can be expressed by the following equation (6).
수학식 6)(6)
여기서, Iq는 광 발생 전류, Isat는 태양광 어레이의 포화전류, q는 전자의 전하량, A는 다이오드의 이상 계수, K는 볼츠만 상수, T는 태양광 어레이의 절대온도, VPV는 태양광 어레이의 전압, IPV는 태양광 어레이의 전류 및 RS는 태양광 어레이의 직렬 저항이다.Here, I q is the saturation current, q is the charge amount of electrons in the light-generating current, I sat is a photovoltaic array, A is the ideality factor of the diode, K is Boltzmann's constant, T is the absolute temperature of the photovoltaic array, V PV solar The voltage of the optical array, I PV is the current in the solar array and R S is the series resistance of the solar array.
태양광 어레이의 최대 전력점을 추종하는 방식으로 P&O(Perturbation and Observation) 추종 방식 또는 IncCond(Incremental Conductance) 추종 방식이 사용될 수 있다. Perturbation and Observation (P & O) tracking method or IncCond (Incremental Conductance) tracking method can be used as a method of following the maximum power point of the solar array.
P&O 추종 방식은 PV 전력의 변화량을 이용하여 현재의 전력과 과거의 전력을 비교하여 추종하는 방식이고, IncCond 추종방식은 부하 임피던스와 태양광 어레이 임피던스를 비교하여 추종하는 방식이다.The P & O tracking method compares the current power with the past power using the variation of the PV power, and the IncCond tracking method compares the load impedance with the solar array impedance.
또한, MPPT 알고리즘으로 P&O방식, Look up Table 방식 및 IC방식 등이 있다. P&O방식은 태양광 어레이의 특성을 몰라도 최대전력점을 찾을 수 있다는 장점을 가지고 있다. 그러나 전력리플이나 계측오차가 발생되는 경우 최대 전력점을 찾을 수 없는 상황이 발생되는 단점을 가지고 있다.Also, there are P & O method, Look up Table method, and IC method as MPPT algorithm. The P & O method has the advantage of finding the maximum power point without knowing the characteristics of the solar array. However, when power ripple or measurement error occurs, the maximum power point can not be found.
한편, 상기 인버터(300)의 스위칭 노이즈, 계측 오차 등으로 인하여 입력전류, 입력전압을 정확히 계측하기 어렵다. 따라서, 본 발명에 따른 MPPT 제어기(500)는 100ms 주기로 계측된 태양광 어레이의 전류, 태양광 어레이의 전압을 계산하여 사용될 수 있다.On the other hand, it is difficult to accurately measure the input current and the input voltage due to the switching noise and the measurement error of the
즉, 태양광 어레이의 전압(VPV)과 태양광 어레이의 전류(IPV)를 곱하여 태양광 어레이의 전력(PPV)이 계산된다.That is, the power PV of the solar array is calculated by multiplying the voltage V PV of the solar array and the current I PV of the solar array.
또한, 히스테리시스 전력(PHys)을 연산하기 위한 잔상전력은 이득(Kr)과 태양광 어레이의 현재 전력(Psolar)의 곱으로 산출될 수 있다. 이때, 이득(Kr)은 1보다 작아야하고 0보다 커야한다. 상기 잔상전력의 값은 이득(Kr)값에 따라 최소 전력 값이 결정될 수 있으며, 이득(Kr) 값이 너무 크면 효율이 떨어지고 너무 작으면 최대 전력점의 추적이 곤란해질 수 있다.In addition, the afterimage power for calculating the hysteresis power (P Hys ) can be calculated as a product of the gain (K r ) and the current power (P solar ) of the solar array. At this time, the gain (K r ) should be less than 1 and greater than 0. The value of the residual image power may be determined according to the value of the gain K r . If the value of the gain K r is too large, the efficiency may be deteriorated. If the value of the residual gain K r is too small, the tracking of the maximum power point may be difficult.
이와 같은 구성에 의해서 현재의 태양광 어레이의 전력(PPV)과 100ms 이전의 태양광 어레이 전력(PPVP)과 비교하여 현재 태양광 어레이의 전력(PPV)이 100ms 이전의 태양광 어레이 전력(PPVP)보다 상대적으로 큰 경우 태양광 어레이의 발전량이 증가되는 것으로 판단하고 카운터를 증가시킨다.With this configuration, compared to the current PV array power (P PV ) and the PV array power (P PVP ) before 100 ms, the current PV array power (P PV ) is less than 100 ms before the PV array power P PVP ), it is determined that the power generation amount of the solar array is increased and the counter is increased.
현재 태양광 어레이의 전력(PPV)이 100ms 이전 태양광 어레이의 전력(PPVP)과 비교하여 현재 태양광 어레이의 전력(PPV)이 100ms 이전 태양광 어레이의 전력(PPVP)보다 상대적으로 작은 경우 히스테리시스 전력(PHys)과 비교한다. 현재 태양광 어레이의 전력(PPV)과 히스테리시스 전력(PHys)을 비교하여 현재 태양광 어레이의 전력(PPV)이 히스테리시스 전력(PHys) 보다 상대적으로 큰 경우에는 계측 오차 등으로 인한 오류라 판단되게 구성되고, MPPT의 방향에는 영향을 주지 않도록 이루어진다. Relatively from the current power (P PV) is 100ms previous power (P PVP) and the power (P PV) power (P PVP) of 100ms previous solar array current PV array comparison of the photovoltaic array of the photovoltaic array as In the small case, it is compared with the hysteresis power (P Hys ). If the current PV array power P PV is compared with the hysteresis power P Hys and the current PV array power P PV is relatively larger than the hysteresis power P Hys , And is configured so as not to affect the direction of the MPPT.
또한, 현재 태양광 어레이의 전력(PPv)과 히스테리시스 전력(PHYs)을 비교하여 현재 태양광 어레이의 전력(PPv)이 히스테리시스 전력(PHYs)보다 상대적으로 작은 경우에는 태양광 어레이의 발전량이 감소되는 것으로 판단하고, 감소가 일정카운트 이상일 경우에는 MPPT의 방향을 전환시킨다.In addition, the current power of the solar array (P Pv) and hysteresis power (P HYs) the comparison if the current power (P Pv) of the photovoltaic array is relatively smaller than the hysteresis power (P HYs), the power generation amount of the solar array, And if the decrease is greater than or equal to the predetermined count, the direction of the MPPT is switched.
즉, 현재 태양광 어레이의 전력(PPv)과 히스테리시스 전력(PHYs)을 비교하여 현재 태양광 어레이의 전력(PPv)이 히스테리시스 전력(PHYs)보다 상대적으로 작은 것으로 판단되는 시점 또는 MPPT의 방향이 전환되는 시점을 최대 전력점으로 추종한다.That is, the present solar power of the optical array (P Pv) and hysteresis power (P HYs) the comparison at the time or MPPT that is determined to be relatively smaller than the power (P Pv) the hysteresis power (P HYs) of the current solar array The point at which the direction changes is followed by the maximum power point.
상기의 구성을 도 5에 적용하면, 도 9와 같이 구성될 수 있다.When the above configuration is applied to FIG. 5, it can be configured as shown in FIG.
도 10은 본 발명에 따른 3 레벨 부스트 컨버터가 구비된 고효율 태양광 인버터 시스템에서 MPPT 제어부의 다른 실시 예에 대한 구성을 나타낸 도면이다.10 is a diagram illustrating a configuration of another embodiment of an MPPT control unit in a high efficiency solar inverter system having a three-level boost converter according to the present invention.
첨부된 도 10을 참조하면, 태양광 어레이의 전력(PPV)과 100ms 이전의 태양광 어레이 전력(PPVP)을 입력받아 이를 비교하고, 상기 비교에 따라 현재 태양광 어레이의 전력(PPV)이 100ms 이전 태양광 어레이의 전력(PPVP)보다 상대적으로 작은 경우 히스테리시스 전력(PHys)과 비교하여 P&O 추종모듈(513)은 최종적으로 최대 전력점(dmppt)를 추종하여 출력한다.Referring to the accompanying Figure 10, the power (P PV) of a photovoltaic array and 100ms for receiving the transfer of the solar array power (P PVP) and comparing it, the power of the current solar array according to the comparison (P PV) The P &
상기 P&O 추종모듈(513)에서 출력되는 최대 전력점(dmppt)은 DC 컨버터(200)의 위측 콘덴서(Cdcp)의 양단 전압(Vdcp)을 스위칭하는 소자(SB1)의 스위칭 신호로 사용되고, 위측 콘덴서 양단 전압(Vdcp)과 아래측 콘덴서 양단 전압(Vdcn)을 비교하여 제2 PI제어모듈(412)을 통해 결정된 신호는 아래측 콘덴서(Cdcn)의 양단 전압(Vdcn)을 스위칭하는 소자(SB2)에 대한 스위칭 신호로 사용된다.The maximum power point d mppt output from the P &
한편, 태양광 인버터가 계통에 연계되는 경우에는 계통의 위상에 태양광 발전 전력의 위상이 동기화되어야 한다. 위상 동기화가 이루어지지 않은 경우, 전력계통에 노이즈나 외란이 유입될 수 있으며, 계통뿐만 아니라 태양광 발전 시스템에도 큰 사고가 발생될 수 있다.On the other hand, when the solar inverter is connected to the system, the phase of the solar power generation power must be synchronized with the phase of the system. If phase synchronization is not performed, noise or disturbance may be introduced into the power system, and serious accidents may occur in the PV system as well as the system.
이에 따라, 본 발명에서는 태양광 인버터가 계통에 연계되는 경우 계통의 위상에 태양광 발전 전력의 위상을 동기화시키는 PLL 제어부(530)가 구성된다.Accordingly, in the present invention, when the solar inverter is connected to the system, the
계통연계 시 계통전압의 정확한 위상을 검출하여 동기화하는 방식은 영점검출방식, 동기좌표계 PLL방식 및 정상분 추출 방식 등으로 구분된다.The method of detecting and synchronizing the correct phase of the grid voltage in the grid connection is classified into the zero point detection method, the synchronous coordinate system PLL method, and the normal minute extraction method.
또한, 위상 검출시 전원단 전압의 불평형의 영향을 제거하기 위해서는 3상의 평형 전압인 정상분 전압을 검출하여 이를 위상각 제어 검출의 입력으로 사용할 수 있다. 이때, 정상분 전압을 검출하기 위해서 90도 위상지연 필터인 전역 통과 필터가 사용될 수 있다.Also, in order to eliminate the influence of the unbalance of the power supply voltage during the phase detection, a normal voltage of three phases, which is a balanced voltage, can be detected and used as an input to phase angle control detection. At this time, an all-pass filter which is a 90-degree phase delay filter can be used to detect the normal voltage.
상기 PLL 제어부(530)에서 출력되는 위상각은 전류 제어부(520)에 입력된다.The phase angle output from the
상기 전류 제어부(520)는 LCL필터 제어부(410)에서 산출된 듀티비와 상기 PLL 제어부(530)에서 출력되는 위상각에 근거하여 인버터(300)의 스위칭 소자에 대한 타이밍을 제어한다.The
본 발명에 의하면, 중성점 전압을 OV로 유지하면서 최대 전력점을 추종할 수 있는 3 레벨 부스트 컨버터가 구비된 고효율 태양광 인버터 시스템를 제공할 수 있으므로, 태양광 발전 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, it is possible to provide a high-efficiency solar inverter system including a three-level boost converter capable of keeping the neutral point voltage at 0V while keeping the maximum power point, thereby improving the efficiency of the solar power generation system have.
또한, 중성점에 흐르는 전류를 제어할 수 있으므로, 중성점의 전압을 0V로 유지함에 따라 안정화된 출력전원을 제공할 수 있는 장점이 있다.In addition, since the current flowing in the neutral point can be controlled, the stabilized output power can be provided by maintaining the voltage of the neutral point at 0V.
아울러, 출력전원의 고조파를 제거하여 제공할 수 있으므로, 공급전력의 품질을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.In addition, since the harmonics of the output power can be removed, the quality of the supplied power can be improved.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
100: 태양광 어레이 200: DC 컨버터
300: 인버터 400: LCL 필터
410: LCL 필터 제어부 411: d축 최소 듀티비 산출모듈
412: q축 최소 듀티비 산출모듈 413: 상태변환 듀티비 산출모듈
414: 역 d-q변환모듈 415: P 상태 듀티비 산출모듈
416: N 상태 듀티비 산출모듈 500: MPPT 제어기
510: MPPT 제어부 511: 제1 PI제어모듈
512: 제2 PI제어모듈 513: P&O 추종모듈
520: 전류 제어부 530: PLL 제어부100: solar array 200: DC converter
300: inverter 400: LCL filter
410: LCL filter control unit 411: d axis minimum duty ratio calculation module
412: q-axis minimum duty ratio calculating module 413: State conversion duty ratio calculating module
414: Inverse dq conversion module 415: P state duty ratio calculation module
416: N-state duty ratio calculation module 500: MPPT controller
510: MPPT control unit 511: First PI control module
512: second PI control module 513: P & O tracking module
520: current control unit 530: PLL control unit
Claims (6)
상기 태양광 어레이(100)의 출력전원을 일정한 직류링크 전압으로 유지시키는 DC 컨버터(200);
상기 DC 컨버터(200)에서 출력되는 직류전원을 교류전원으로 변화시키는 인버터(300);
상기 인버터(300)의 출력전원에서 고조파 성분을 제거하기 위해 각 상에 직렬로 연결되는 인덕터와 각 상에 병렬로 연결되는 커패시터와 각 상에 직렬로 연결되는 인덕터가 순차적으로 구비되는 LCL필터(400); 및
상기 태양광 어레이(100)의 출력전원에 근거하여 최대 전력점에서 동작하도록 제어하는 MPPT 제어기(500)를 포함하여 구성되고,
상기 MPPT 제어기(500)는,
최대 전력 추종점에 근거하여 상기 DC컨버터(200)의 커패시터 전압(Vdcp, Vdcn)의 전압을 동일하게 유지시켜주는 MPPT 제어부(510);
상기 인버터(300)의 스위칭 소자를 제어하는 전류 제어부(520); 및
계통 위상과 태양광 발전 전력의 위상을 동기화시키는 PLL 제어부(530)를 포함하여 구성되고,
상기 전류 제어부(520)는,
LCL필터 제어부(410)에서 산출된 듀티비와 상기 PLL 제어부(530)에서 출력되는 위상각에 근거하여 인버터(300)의 스위칭 소자에 대한 타이밍을 제어하되, 상기 스위칭 소자에 대한 타이밍 주기는 불연속 비선형 시변 모델에 대해 스위칭 주기 평균으로 평균화하고, 각 상의 교류출력을 d-q 변환하여 연속 비선형 시불변 모델로 가변시키고,
상기 LCL필터 제어부(410)는,
d-q 변환에 의해 변환된 d축의 기준전류와 센서에 의해 검출되어 보정된 계통전류의 차이값을 제어모듈의 전달함수를 통해 d축의 최소 듀티비(dmd)로 산출하는 d축 최소 듀티비 산출모듈(411);
d-q 변환에 의해 변환된 q축의 기준전류와 센서에 의해 검출되어 보정된 계통전류의 차이값을 제어모듈의 전달함수를 통해 q 축의 최소 듀티비(dmq)로 산출하는 q축 최소 듀티비 산출모듈(412);
상기 d축 최소 듀티비 산출모듈(411)과 상기 q축 최소 듀티비 산출모듈(412)에서 각각 출력되는 최소 듀티비(dmd, dmq)가 d축 P 상태 듀티비(dpd), d축 N 상태 듀티비(dnd), q축 N 상태 듀티비(dnq) 및 q축 P 상태 듀티비(dpq)로 각각 산출되도록 하는 상태변환 듀티비 산출모듈(413);
상기 상태변환 듀티비 산출모듈(413)에서 상태변환된 각각의 듀티비에 대한 역 d-q 변환이 수행되는 역 d-q변환모듈(414);
최소 듀티비를 감산하여 상기 역 d-q변환모듈(414)에서 출력되는 듀티비(dpa, dpb, dpc)를 P 상태의 듀티비(dpa, dpb, dpc)로 출력하되, P 상태의 듀티비(dpa, dpb, dpc) 중에서 최소값의 절대값을 P 상태의 듀티비(dpa, dpb, dpc)에 더하여 출력하는 P 상태 듀티비 산출모듈(415); 및
최소 듀티비를 감산하여 상기 역 d-q변환모듈(414)에서 출력되는 듀티비(dna, dnb, dnc)를 N 상태의 듀티비(dna, dnb, dnc)로 출력하되, N 상태의 듀티비(dna, dnb, dnc) 중에서 최소값의 절대값을 N 상태의 듀티비(dna, dnb, dnc)에 더하여 출력하는 N 상태 듀티비 산출모듈(416);
을 포함하여, 각 상의 듀티비에 절대값을 취하여 중성점의 전류를 결정하는 것을 특징으로 하는 3 레벨 부스트 컨버터가 구비된 고효율 태양광 인버터 시스템.
A solar array 100 for collecting sunlight incident from outside to generate electricity;
A DC converter 200 for maintaining the output power of the solar array 100 at a constant DC link voltage;
An inverter (300) for converting a DC power outputted from the DC converter (200) into an AC power;
In order to remove a harmonic component from the output power of the inverter 300, an LCL filter 400 (hereinafter, referred to as " LCL ") 400 in which an inductor connected in series to each phase, a capacitor connected in parallel to each phase, ); And
And an MPPT controller (500) for controlling operation at a maximum power point based on the output power of the solar array (100)
The MPPT controller (500)
An MPPT control unit 510 for keeping the voltage of the capacitor voltage (V dcp , V dcn ) of the DC converter 200 the same based on the maximum power follow-up point;
A current controller 520 for controlling a switching element of the inverter 300; And
And a PLL controller 530 for synchronizing the phases of the system phase and the photovoltaic generation power,
The current control unit 520,
The timing for the switching elements of the inverter 300 is controlled based on the duty ratio calculated by the LCL filter control unit 410 and the phase angle output from the PLL control unit 530. The timing periods for the switching elements are discontinuous non- Averaging is made for the switching cycle average for the time-varying model, the AC output of each phase is converted into a dq-converted continuous-time nonlinear time-invariant model,
The LCL filter control unit 410,
The d-axis minimum duty ratio calculating module calculates the minimum duty ratio (d md ) of the d axis through the transfer function of the control module, and calculates the difference between the reference current of the d axis converted by the dq conversion and the corrected system current detected by the sensor (411);
a q-axis minimum duty ratio calculating module that calculates the difference between the reference current of the q-axis converted by the dq conversion and the difference of the grid current detected and corrected by the sensor to the q-axis minimum duty ratio (d mq ) (412);
The minimum duty ratios d md and d mq output from the d-axis minimum duty ratio calculating module 411 and the q-axis minimum duty ratio calculating module 412 are calculated as the d-axis P state duty ratios d pd , d axis N state duty ratio (d nd), the q-axis N state duty ratio (d nq) and the q-axis P state condition such that each calculated as the duty ratio (d pq) converts the duty ratio calculation module 413;
An inverse dq conversion module 414 in which inverse dq conversion is performed for each of the duty ratios converted by the state conversion duty ratio calculation module 413;
But the output of the duty ratio (d pa, d pb, d pc) by subtracting the minimum duty ratio is output from the inverse dq conversion module 414 to the P state duty ratio (d pa, d pb, d pc), P State duty ratio calculating module 415 for outputting the absolute value of the minimum value among the duty ratios (d pa , d pb , d pc ) of the state to the P duty ratios (d pa , d pb , d pc ); And
But the output of the duty ratio (d na, d nb, d nc) by subtracting the minimum duty ratio is output from the inverse dq conversion module 414, a duty ratio (d na, d nb, d nc) of the N states, N duty ratio (d na, d nb, nc d) N state duty ratio calculation module 416 to the output by adding the absolute value of the minimum value to the duty ratio (d na, nb d, d nc) of the N states in the state;
Wherein the absolute value of the duty ratio of each phase is determined to determine the current of the neutral point.
상기 MPPT 제어부(510)는,
콘덴서(Cdcp)의 양단 전압(Vdcp)을 스위칭하는 소자(SB1)에 대한 스위칭 신호는 콘덴서 양단 전압(Vdcp)과 콘덴서 기준 전압(Vdcp _ref)을 비교하여 제1 PI제어모듈(511)을 통해 결정되고,
콘덴서(Cdcn)의 양단 전압(Vdcn)을 스위칭하는 소자(SB2)에 대한 스위칭 신호는 위측 콘덴서 양단 전압(Vdcp)과 아래측 콘덴서 양단 전압(Vdcn)을 비교하여 제2 PI제어모듈(512)을 통해 결정되며,
상기 제1 PI제어모듈(511)을 통해 출력되는 신호(d1)는 PWM 제어에 의해 출력되며,
상기 신호(d1)는 상기 제2 PI제어모듈(512)을 통해 출력되는 신호(d2)와 합산되고, 다이오드(D2)의 피크전압에서 상기 합산된 신호를 감산하여 PWM 제어에 의해 출력되는 것을 특징으로 하는 3 레벨 부스트 컨버터가 구비된 고효율 태양광 인버터 시스템.
The method according to claim 1,
The MPPT control unit 510,
A capacitor (C dcp) switching signal to the device (S B1) for switching the both-end voltage (V dcp) of a capacitor the voltage across (V dcp) and the capacitor to compare a reference voltage (V dcp _ref) of claim 1 PI control module ( 511), < / RTI >
The switching signal for the element S B2 switching the both terminal voltage V dcn of the capacitor C dcn is obtained by comparing the voltage V dcp across the upper capacitor and the voltage V dcn across the lower capacitor, Module 512,
The signal d 1 output through the first PI control module 511 is output by PWM control,
The signal d 1 is summed with the signal d 2 output through the second PI control module 512 and subtracted from the peak voltage of the diode D2 to be output by PWM control Wherein the three-level boost converter is a high efficiency solar inverter system having a three-level boost converter.
상기 DC 컨버터(200)는 3레벨 부스트 컨버터로 구성된 것을 특징으로 하는 3 레벨 부스트 컨버터가 구비된 고효율 태양광 인버터 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the DC converter (200) comprises a three-level boost converter.
상기 최대 전력점은,
태양광 어레이의 전력(PPV)과 100ms 이전의 태양광 어레이 전력(PPVP)과 비교하여 현재 태양광 어레이의 전력(PPV)이 100ms 이전의 태양광 어레이의 전력(PPVP)보다 상대적으로 큰 경우 태양광 어레이의 발전량이 증가되는 것으로 판단하여 카운터를 증가시키고,
태양광 어레이의 전력(PPV)이 100ms 이전 태양광 어레이의 전력(PPVP)과 비교하여 현재 태양광 어레이의 전력(PPV)이 100ms 이전 태양광 어레이의 전력(PPVP)보다 상대적으로 작은 경우 히스테리시스 전력(PHys)과 비교하며,
상기 태양광 어레이의 전력(PPv)과 히스테리시스 전력(PHYs)을 비교하여 현재 태양광 어레이의 전력(PPv)이 히스테리시스 전력(PHYs)보다 상대적으로 작은 경우에는 태양광 어레이의 발전량이 감소되는 것으로 판단하고,
상기 태양광 어레이의 전력(PPv)과 히스테리시스 전력(PHYs)을 비교하여 현재 태양광 어레이의 전력(PPv)이 히스테리시스 전력(PHYs)보다 상대적으로 작은 것으로 판단되는 시점 또는 MPPT의 방향이 전환되는 시점을 최대 전력점으로 추종하는 것을 특징으로 하는 3 레벨 부스트 컨버터가 구비된 고효율 태양광 인버터 시스템.
The method according to claim 1,
The maximum power point is a maximum power point,
Of the solar array power (P PV) and the power (P PV) of the current solar array and compare 100ms before the solar array power (P PVP) is relatively more power (P PVP) of 100ms previous solar array It is determined that the power generation amount of the solar array is increased, and the counter is increased,
Solar power of the optical array (P PV) is 100ms previous solar power of the optical array (P PVP) and compared to the current solar power of the optical array (P PV) is relatively smaller than 100ms previous power of the solar array (P PVP) Gt ; Hys < / RTI > power,
When the power P Pv of the solar array is compared with the hysteresis power P HYs and the power P Pv of the solar array is relatively smaller than the hysteresis power P HYs , In addition,
When the power P Pv of the solar array is compared with the hysteresis power P HYs and the current PV array power P Pv is determined to be relatively smaller than the hysteresis power P HYs , Level boost converter according to claim 1 or 2, wherein the point of time of switching is followed by the maximum power point.
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