KR101761606B1 - Method for tracking maximum power point in phtovoltaic power generating system - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 태양전지 어레이를 포함하는 태양광 발전 시스템의 최대전력점 추종 방법은 P&O방식을 이용하여 제1 듀티 값(POduty)을 계산하는 단계, Incremental conductance 방식을 이용하여 제2 듀티 값(INCduty)을 계산하는 단계, 제1 듀티 값과 제2 듀티 값을 합산하여 최종 듀티 값(PWMD(k))을 결정하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 P&O방식을 이용하여 제1 듀티 값을 계산하는 단계는, 상기 태양전지 어레이의 현재 전력(P(k))과 최대 전력(Pthmax) 비교하는 단계, 상기 현재 전력(P(k))이 상기 최대 전력(Pthmax)보다 크면, 상기 태양전지 어레이의 전압이 전압 상승모드인지 전압 하강모드인지 판단하는 단계, 상기 전압 상승모드이면 상기 제1 듀티 값을 감소시키고, 상기 전압 하강모드이면 상기 제1 듀티 값을 증가시키는 단계를 포함할 수 있다.A method of tracking a maximum power point of a photovoltaic power generation system including a solar cell array according to the present invention includes calculating a first duty value (PO duty ) using a P & O method, calculating a second duty value (PO duty ) using an incremental conductance method INC duty ), and summing the first duty value and the second duty value to determine a final duty value (PWMD (k)). The step of calculating the first duty value using the P & O method includes comparing the current power P (k) and the maximum power P thmax of the solar cell array, ) Is greater than the maximum power (P thmax ), determining whether the voltage of the solar cell array is in a voltage rising mode or a voltage falling mode, decreasing the first duty value if the voltage rising mode, And increasing the first duty value.
Description
본 발명은 태양광 발전 시스템의 최대전력점 추종 방법에 관한 한 것이다.The present invention relates to a method of tracking a maximum power point of a photovoltaic power generation system.
일반적으로, 태양광 발전시스템은 태양에너지를 전기에너지로 바꾸기 위해 하나 이상의 태양전지 모듈을 직렬 또는 병렬 연결하여 어레이를 형성한다. 이러한 태양광 발전 시스템은, 태양전지 모듈로부터 생성된 직류 전력을 부하 또는 계통에 적합한 교류전력으로 변환하기 위한 전력변환장치로서 인버터 등을 구비한다.Generally, a photovoltaic system forms an array by serially or parallelly connecting one or more solar cell modules to convert solar energy into electrical energy. Such a photovoltaic power generation system includes an inverter or the like as a power conversion device for converting DC power generated from a solar cell module into AC power suitable for a load or a system.
독립형 태양광 인버터 시스템에서는 출력 전력의 동작점이 부하의 용량에 의해서 결정되지만, 계통연계형 태양광 인버터 시스템에서는 계통 부하를 무한대로 변동 가능한 부하로 볼 수 있기 때문에, 시스템의 효율을 높이기 위하여 태양전지에서 발생하는 전력을 최대로 이용할 수 있는 최대전력지점 추종방식(MPPT: Maximum Power Point Tracking)을 필요로 하게 된다.In the stand-alone solar inverter system, the operating point of the output power is determined by the capacity of the load. However, in the grid-connected solar inverter system, the system load can be viewed as infinitely variable load. Therefore, It requires a maximum power point tracking (MPPT) method that can maximize the generated power.
종래의 최대전력지점 추종방식(MPPT)은 P&O(Perturbation & Obserbation) 방식과 IncCond(Incremental conductance)방식을 주로 사용한다. P&O 방식은 구현이 간단하지만 최대전력지점에서 진동하는 문제점이 있으며, 태양전지 전압 또는 전류에 리플(Ripple)이 존재하는 경우 최대전력지점에서 벗어난 곳에 머무는 문제점이 있다. 이를 극복하기 위하여 종래 등록특허공보 제10-1403556호(발명의 명칭: 계통연계형 태양광 인버터의 최대전력점 추정 방법)에는 일정시간마다 평균 처리한 태양전지의 전압(VSolar)과 전류(ISolar)를 계측하여 태양전지의 현재 전력(PSolar)을 산출하는 현재 전력 산출 단계; 산출된 상기 현재 전력(PSolar)을 이용하여 최소 전력(Pmin)을 결정하기 위한 리플 전력(PRipple)을 산출하는 리플 전력 산출 단계; 상기 현재 전력(PSolar)과 기 결정된 최대 전력(PMax)을 비교하여 최대전력점 추정(Maximum Power Point Tracking, MPPT)의 동작 방향인 디렉션(Direction)을 결정하는 디렉션 결정 단계; 및 '0' 또는 '1'로 결정된 상기 디렉션(Direction)에 따라, DC Link 기준전압(VDCLink_Ref)을 일정하게 감소 또는 증가시키거나, MPPT_Duty를 일정하게 감소 또는 증가시켜 최대전력점을 추정하는 최대전력점 추정단계;를 포함하는 방법이 제시되어 있다.Conventional maximum power point tracking method (MPPT) mainly uses P & O (Perturbation & Obserbation) method and IncCond (Incremental conductance) method. The P & O method is simple in implementation, but has a problem of vibrating at the maximum power point, and has a problem of staying outside the maximum power point when there is a ripple in the solar cell voltage or current. In order to overcome this problem, a method of estimating the maximum power point of a grid-connected photovoltaic inverter is disclosed in Japanese Patent Application No. 10-1403556, entitled " VSolar " and " A current power calculating step of calculating a current power (PSolar) of the solar cell by measuring the current power (PSolar); A ripple power calculating step of calculating a ripple power (PRipple) for determining a minimum power (Pmin) using the calculated current power (PSolar); A direction determining step of determining a direction which is an operating direction of maximum power point tracking (MPPT) by comparing the current power (PSolar) with a predetermined maximum power (PMax); And the DC link reference voltage (VDCLink_Ref) is constantly decreased or increased, or the MPPT_Duty is constantly decreased or increased in accordance with the above-described direction determined as '0' or '1' And a point estimating step.
그리나 이 방법은 모든 태양광 인버터에 일정한 전류 리플 값이 있다는 가정하에서 동작하기 때문에 리플 값이 적은 시스템에서도 최대전력지점에서 일정한 값으로 진동하게 되어 있다. 따라서 이것은 전력 손실로 이어져서 효율을 저감시키는 문제를 가지고 있다.However, this method operates under the assumption that all solar inverters have a constant current ripple value. Therefore, even in a system having a small ripple value, it is vibrated to a constant value at the maximum power point. Therefore, this leads to power loss, which has the problem of reducing efficiency.
본 발명의 실시예는 2가지의 최대전력점 추종 방식을 동시에 사용하여 효율을 높일 수 있는 태양광 발전 시스템의 최대전력점 추종 방식을 제공하고자 한다. An embodiment of the present invention is to provide a maximum power point tracking method of a photovoltaic generation system that can increase efficiency by simultaneously using two maximum power point tracking systems.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.It should be understood, however, that the technical scope of the present invention is not limited to the above-described technical problems, and other technical problems may exist.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 측면에 따른 태양전지 어레이를 포함하는 태양광 발전 시스템의 최대전력점 추종 방법은 P&O방식을 이용하여 제1 듀티 값(POduty)을 계산하는 단계, Incremental conductance 방식을 이용하여 제2 듀티 값(INCduty)을 계산하는 단계, 제1 듀티 값과 제2 듀티 값을 합산하여 최종 듀티 값(PWMD(k))을 결정하는 단계를 포함한다.As a technical means for achieving the above technical object, a maximum power point tracking method of a photovoltaic power generation system including a solar cell array according to an aspect of the present invention calculates a first duty value (PO duty ) using a P & , Calculating a second duty value (INC duty ) using an incremental conductance scheme, and summing the first duty value and the second duty value to determine a final duty value (PWMD (k)) .
이때, 상기 P&O방식을 이용하여 제1 듀티 값을 계산하는 단계는, 상기 태양전지 어레이의 현재 전력(P(k))과 최대 전력(Pthmax)을 비교하는 단계, 상기 현재 전력(P(k))이 상기 최대 전력(Pthmax)보다 크면, 상기 태양전지 어레이의 전압이 전압 상승모드인지 전압 하강모드인지 판단하는 단계, 상기 전압 상승모드이면 상기 제1 듀티 값을 감소시키고, 상기 전압 하강모드이면 상기 제1 듀티 값을 증가시키는 단계를 포함할 수 있다.The calculating of the first duty value using the P & O method may include comparing the current power P (k) and the maximum power P thmax of the solar cell array, ) Is greater than the maximum power (P thmax ), determining whether the voltage of the solar cell array is in a voltage rising mode or a voltage falling mode, decreasing the first duty value in the voltage rising mode, The step of increasing the first duty value may include the step of increasing the first duty value.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, P&O(Perturbation & Obserbation) 방식과 IncCond(Incremental conductance)방식을 동시에 사용함으로써, 2가지 방식이 갖는 장점을 극대화할 수 있다.According to any one of the above-described objects of the present invention, the advantages of the two schemes can be maximized by using the Perturbation & Obserbation (P & O) method and the IncCond (Incremental conductance) method simultaneously.
태양광 발전 시스템의 초기 기동시에는 P&O방식의 듀티 값이 큰 값을 차지하면서, 리플이 발생되는 부분에서 P&O방식에 의해 리플을 줄이면서 최대전력점을 추종할 수 있다.At the initial stage of the photovoltaic power generation system, the duty value of the P & O method takes a large value, and the maximum power point can be followed while reducing the ripple by the P & O method at the ripple generating portion.
또한, 본 발명에서는 인버터가 최대전력지점에 도달할수록 IncCond방식의 듀티 값이 큰 값을 차지하면서, 최대전력지점에서 진동 없이 일정한 전압을 유지할 수 있으며, 효율을 증대시킬 수 있다.Further, according to the present invention, as the inverter reaches the maximum power point, the IncCond duty value occupies a large value, and a constant voltage can be maintained without vibration at the maximum power point, and the efficiency can be increased.
마지막으로, 2가지 방식을 동시에 사용함으로써, 일사량이 급변하는 환경에서도 빠르게 최대전력점을 추종할 수 있는 효과가 있다.Finally, by using the two methods at the same time, it is possible to quickly follow the maximum power point even in an environment in which the irradiation amount rapidly varies.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 시스템 블록도이다.
도 2는 도 1의 DC/DC컨버터의 회로도이다.
도 3은 도 1의 제어부의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 동작을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4의 IncCond방식에 따른 최대전력지점(MPP)을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 최대전력점 추종 방법의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 P&O방식만 사용한 최대전력점 추정 방법의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 일사량이 급변하는 경우 본 발명에 따른 최대전력점 추종 방법의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 일사량이 급변하는 경우 P&O방식만 사용한 최대전력점 추정 방법의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10은 태양광 발전 에너지 저장 시스템의 블록도이다.1 is a block diagram of a photovoltaic power generation system according to an embodiment of the present invention.
2 is a circuit diagram of the DC / DC converter of FIG.
3 is a configuration diagram of the control unit of FIG.
4 is a diagram illustrating an operation of a controller according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing a maximum power point (MPP) according to IncCond scheme of FIG.
6 is a graph showing simulation results of the maximum power point tracking method according to the present invention.
7 is a graph showing simulation results of the maximum power point estimation method using only the P & O method.
FIG. 8 is a graph showing a simulation result of the maximum power point tracking method according to the present invention when the irradiation amount rapidly changes.
9 is a graph showing the simulation result of the maximum power point estimation method using only the P & O method when the irradiation amount rapidly changes.
10 is a block diagram of a photovoltaic energy storage system.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts not related to the description are omitted.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Whenever a component is referred to as "including" an element throughout the specification, it is to be understood that the element may include other elements, not the exclusion of any other element, unless the context clearly dictates otherwise.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 시스템 블록도이고, 도 2는 도 1의 DC/DC컨버터의 회로도이고, 도 3은 도 1의 제어부의 구성도이다.FIG. 1 is a block diagram of a photovoltaic power generation system according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram of the DC / DC converter of FIG. 1, and FIG. 3 is a block diagram of the control unit of FIG.
도 1에 도시된 바와 같이, 태양광 발전 시스템은 태양전지 어레이(10), DC/DC 컨버터(20), DC/AC 인버터(30) 및 제어부(40)를 포함한다.1, the solar power generation system includes a
태양전지 어레이(10)는 태양광에 따른 DC 신호를 출력한다.The
DC/DC 컨버터(20)는 태양전지 어레이(10)에서 출력되는 DC 신호를 PWM(Pulse Width Modulation) 듀티(Duty)에 따라 변동 출력하며, PWM 듀티는 제어부(40)의 제어신호에 따라 변동된다.The DC /
DC/AC 인버터(30)는 DC/DC 컨버터(20)에서 출력되는 DC 신호를 AC로 변환한다.The DC /
제어부(40)는 제안되는 P&O방식에서 계산된 듀티 값(POduty)과 Incremental Conductance MPPT 방식에서 계산된 듀티 값(INC duty)을 합산하여 PWM을 출력하고, 이로 인해 DC/DC 컨버터(20)의 출력이 최대 출력이 되도록 제어한다. 제어부(40)의 동작에 대해서는 하기에서 보다 구체적으로 설명하도록 한다.The
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 동작을 나타내는 도면이고, 도 5는 도 4의 IncCond방식에 따른 최대전력지점(MPP)을 나타내는 그래프이다.FIG. 4 is a diagram illustrating an operation of a controller according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a graph illustrating a maximum power point MPP according to the IncCond method of FIG.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제어부(40)는 크게 제안된 P&O방식과 IncCond방식을 동시에 진행하여 2개의 방식에 따른 2개의 PWM Duty를 계산하고, 2개의 PWM Duty를 합산하여 최종 PWM Duty를 출력한다.As shown in FIG. 4, the
우선, 제안된 P&O방식을 설명한다.First, the proposed P & O method will be described.
제어부(40)는 태양전지 어레이(10)로부터 전압(VPV)과 전류(IPV)를 검출하여 수학식 1과 같이 태양전지 현재 전력(P(k))을 계산한다.The
그리고, 제어부(40)는 현재 전력(P(k))과 최대 전력(Pthmax)을 비교한다. Then, the
현재 전력(P(k))이 최대 전력(Pthmax)보다 크다면 전력을 상승시키는 방향으로 진행하고 있으므로 제어부(40)는 현재 전력을 최대 전력으로 저장한다.If the current power P (k) is greater than the maximum power P thmax , the
그리고, 제어부(40)는 태양전지 어레이(10)가 전압이 상승하는 전압 상승모드(Voltage Up)로 동작하는지 전압이 하강하는 전압 하강모드(Voltage Down)로 동작하는지를 판단한다. 전압 상승모드로 동작하면, 제어부(40)는 현재 전력이 최대 전력 지점의 왼쪽에 있는 것으로 판단하여 듀티 값을 감소시키는 제어신호(POduty=PWMD(k-1)-POstep)를 출력한다. 그러면, 현재 전력이 최대 전력 지점을 향해 계속 상승할 수 있게 된다.The
전압 하강모드로 동작하면, 제어부(40)는 현재 전력이 최대 전력 지점의 우측에 있는 것으로 판단하여 듀티 값을 증가시키는 제어신호(POduty=PWMD(k-1)+POstep)를 출력한다. 그러면, 현재 전력이 최대 전력 지점을 향해 계속 하강할 수 있게 된다.The
제어부(40)는 현재 전력이 최대 전력보다 작으면, 현재 전력을 최소 전력(Pthmin)과도 비교한다. 최소 전력 값의 결정을 결정하기 위한 최소 전력과 문턱 전력(Pth)은 다음 수학식 2, 3과 같이 결정된다.If the current power is smaller than the maximum power, the
여기서, P(k) = 현재전력, Pthmin =최소전력, Pth =문턱전력, α= 비례상수, Ipvmax = 최대 태양전지 전류, IPV = 현재전류, β = 상수이다. Where I Pvmax = maximum solar cell current, I PV = current current, and β = constant, where P (k) = current power, P thmin = minimum power, P th = threshold power,
전류 값이 없는 초기 값은 β에 의해서 Pth 값이 결정되고 발전량이 많을수록 비례적으로 값이 증가하여 최대 α+β 의 값이 문턱 전력(Pth)값이 된다. 이는 발전량이 클수록 문턱 전력의 값도 비례적으로 증가시켜서 발전량에 따른 최대 전력 지점에서의 전압변동을 최소화하기 위한 것이다.The initial value without the current value is determined by β and the value of P th is determined. As the power generation amount increases, the value increases proportionally, and the value of maximum α + β becomes the threshold power (P th ) value. This is to increase the threshold power proportionally as the power generation amount increases, thereby minimizing the voltage fluctuation at the maximum power point according to the power generation amount.
현재 전력이 최소 전력보다 큰 경우, 제어부(40)는 현재 전력을 최대 전력으로 변경하고, 최소 전력은 현재 전력에서 문턱 전력을 뺀 값으로 결정한다.If the current power is greater than the minimum power, the
반대로, 현재 전력이 최소 전력보다 작으면, 제어부(40)는 전력이 감소의 방향으로 진행하고 있으므로 진행방향을 변경하는 제어신호를 출력한다.On the contrary, if the current power is smaller than the minimum power, the
즉, 제어부(40)는 태양전지 어레이(10)가 전압 상승모드이면, 듀티 값이 증가하는 제어신호(POduty=PWMD(k-1)+POstep)를 출력하여 태양전지 어레이(10)의 동작이 전압을 감소시키는 방향으로 전환되도록 한다.That is, when the
반대로, 제어부(40)는 태양전지 어레이(10)가 전압 하강모드이면, 듀티 값이 감소하는 제어신호(POduty=PWMD(k-1)-POstep)를 출력하여 태양전지 어레이(10)의 동작이 전압을 증가하는 방향으로 전환되도록 한다.Conversely, when the
상기한 바와 같이, 본 발명에서 제어부(40)는 과거 PWM 듀티값(PWMD(k-1))에서 피오스텝(POstep)만큼 증가 또는 감소시킨다. 이러한 제어부(40)의 듀티 변동값은 하기 수학식 4와 같이 결정된다.As described above, in the present invention, the
여기서 k= 비례 상수, MAXduty= 최대 PWM 듀티, Vdcref = DC 링크 기준전압, POstep = 기본 듀티 값이다.Where k = proportional constant, MAXduty = maximum PWM duty, Vdc ref = DC link reference voltage, and PO step = basic duty value.
다음으로, 제안된 P&O방식과 동시에 동작되고 있는 IncCond방식을 설명한다.Next, the IncCond method operating simultaneously with the proposed P & O method will be described.
도 5에 도시된 바와 같이, IncCond방식은 최대전력지점(MPP)에서는 dP/dV가 0이라는 것에 착안한 것으로, 제어부(40)는 dP/dV >0 이면 최대전력지점 좌측에 위치하고 0보다 작으면 우측에 위치하고 있다고 판단한다.As shown in FIG. 5, the IncCond scheme is based on the idea that dP / dV is 0 at the maximum power point MPP. When the dP / dV > 0, the
여기서 dP/dV에 대한 수식을 전개하면 수학식 5와 같다.Here, the expression for dP / dV is expanded as shown in Equation (5).
따라서, dP/dV>0 은 dI/dV>-I/V 로 표현할 수 있다.Therefore, dP / dV> 0 can be expressed as dI / dV> -I / V.
제어부(40)는 전압과 전류의 값을 검출하고 과거전류, 전압과 현재 전류, 전압을 비교하여 변화분 dI, dV을 계산한다. 제어부(40)는 전압의 변동이 발생하면 전류의 변동이 있는가를 확인하여 없으면 현재 전압, 전류를 과거 값으로 저장한다. 전류의 변화가 증가인 경우, 제어부(40)는 일사량 증가로 발전량이 증가한 것으로 판단하여 수학식 6과 같이 듀티 비 (Duty Ratio)를 감소시킨다. 듀티비가 감소하면 태양전지 전압이 증가한다. 전류의 변화가 감소인 경우, 제어부(40)는 듀티 비를 증가시킨다. 듀티비가 증가하면 태양전지 전압은 감소한다.The
전압의 변동이 발생한 경우, 제어부(40)는 dI/dV= -I/V 인 경우이면 동일한 비율로 전류가 증가하였다고 판단하여 듀티 비의 증가 없이 전압, 전류를 과거 값으로 저장한다. 그러나, dI/dV> -I/V 인 경우이면 제어부(40)는 최대전력지점의 좌측에 위치하고 있다고 판단하여 듀티 비를 감소시킨다. 반대로, dI/dV<-I/V 인 경우이면 제어부(40)는 최대전력지점의 우측에 위치하고 있다고 판단하여 듀티 비를 증가시켜서 태양전지 전압이 감소하도록 한다. 이러한 제어부(40)의 동작에 따른 IncCond방식에 따른 INCduty의 값은 수학식 6과 같다.If the voltage fluctuation occurs, the
여기서 N= 비례 상수, INCstep=기본 듀티 값이다.Where N = proportional constant, INC step = basic duty value.
제어부(40)는 제안된 P&O방식에 따른 듀티 값(POduty)와 IncCond방식에 따른 듀티 값(INCduty)을 합쳐서 최종 PWM값을 수학식 7과 같이 결정한다.The
태양광 발전 시스템이 초기 기동하면 PWMD(k)는 P&O방식의 POduty의 값이 더 큰 값을 차지 한다. 따라서, 본 발명에서는 태양전지 전압이 최대전력지점을 찾아가는 상태에서 리플이 발생되는 부분은 P&O방식을 사용함으로써, 리플을 줄이면서 최대전력점을 추종할 수 있다. When the photovoltaic system is initially started, the value of the PODuty of the P & O method takes a larger value for PWMD (k). Therefore, in the present invention, by using the P & O method, the portion where ripple is generated in a state where the solar cell voltage is searching for the maximum power point can follow the maximum power point while reducing the ripple.
또한, 인버터가 최대전력지점에 도달할수록 POduty의 값은 비례적으로 줄어들어 INCduty 값과 같은 비율을 갖게 된다. 따라서, 최대전력지점 근처에서는 IncCond방식이 큰 역할을 하게 된다. 즉, 본 발명에서는 최대 전력(Pthmax)과 최소 전력(Pthmin)으로 진동하던 최대전력지점에서는 IncCond방식을 주로 사용함으로써, 최대전력지점에서 진동 없이 일정한 전압을 유지할 수 있어 효율을 증대시킬 수 있다.Also, as the inverter reaches the maximum power point, the POduty value decreases proportionally and has the same ratio as the INCduty value. Therefore, the IncCond method plays a large role near the maximum power point. That is, according to the present invention, by using the IncCond method at the maximum power point oscillating at the maximum power (P thmax ) and the minimum power (P thmin ), it is possible to maintain a constant voltage without vibration at the maximum power point, .
이러한 본 발명의 효과를 확인하기 위하여 PSIM 시뮬레이션을 이용하여 구체적으로 설명한다.In order to confirm the effect of the present invention, a PSIM simulation will be described in detail.
제안된 P&O방식만 사용했을 때와 P&O방식과 IncCond방식을 동시에 사용했을 때의 결과를 보여준다. 태양전지는 표1과 같은 사양을 사용하였다. 프로그램에서 사용된 PWM boost 값의 최대 듀티 값(MAXduty)을 2000으로 설정하였다.It shows the results when using only the proposed P & O method and using P & O method and IncCond method at the same time. The same specifications as in Table 1 were used for the solar cell. The maximum duty value (MAXduty) of the PWM boost value used in the program is set to 2000.
표 1은 시뮬레이션 PV 모듈 사양을 나타낸 것이다.Table 1 shows the simulation PV module specifications.
도 6은 본 발명에 따른 최대전력점 추종 방법의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이고, 표2는 본 발명의 태양광 발전 시스템의 최대전력추종방식의 결과를 나타내는 표이다.FIG. 6 is a graph showing simulation results of the maximum power point tracking method according to the present invention, and Table 2 is a table showing the results of the maximum power tracking method of the solar power generation system of the present invention.
도 6은 위로부터 태양전지 전류, 태양전지 전압, 태양전지 전력, INCduty, POduty, IncCond방식에서의 모드 번호, Voltage_UP값의 변동, 제어부(40)에서 출력되는 부스트 PWM 값(PWMD)을 시간에 따라서 각각 표시하였다. FIG. 6 is a graph showing changes in the solar cell current, the solar cell voltage, the solar cell power, the mode number in the INCduty, the POduty, the IncCond method, the Voltage_UP value and the boost PWM value PWMD output from the
여기서, 제어부(40)는 현재 전력(P(k))이 최소전력(Pthmin)보다 크면서Voltage_UP의 값이 1일 경우 태양전지의 전압 값을 증가시키는 방향으로 PWMD를 변동시킨다. 그리고, 제어부(40)는 현재 전력(P(k))이 최소전력(Pthmin)보다 크면서Voltage_UP의 값이 0일 경우 태양전지의 전압 값을 감소시키는 방향으로 PWMD를 변동시킨다. Here, the
반대로, 제어부(40)는 현재 전력(P(k)이 최소전력(Pthmin)보다 작으면서Voltage_UP의 값이 1 일 경우 태양전지의 전압의 방향을 감소 방향을 변경해야 하므로, Voltage_UP의 값을 0으로 변경하고 PWMD 값을 증가시킨다. 제어부(40)는 현재 전력(P(k)이 최소전력(Pthmin)보다 작으면서 Voltage_UP의 값이 0 일 경우 태양전지의 전압의 방향을 증가 방향으로 변경해야 하므로, Voltage_UP의 값을 1로 변경하고 PWMD 값을 감소시킨다. On the contrary, when the current power P (k) is smaller than the minimum power ( Pthmin ) and the value of Voltage_UP is 1, the
도 7은 P&O방식만 사용한 최대전력점 추정 방법의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이고, 표 3은 P&O방식만 사용한 최대전력점 추정 방법의 결과를 나타내는 표이다.7 is a graph showing the simulation result of the maximum power point estimation method using only the P & O method, and Table 3 is a table showing the results of the maximum power point estimation method using only the P &
도 7은 위로부터 태양전지 전류, 태양전지 전압, 태양전지 전력, Voltage_UP값의 변동, POduty, 제어부(40)에서 출력되는 부스트 PWM 값을 시간에 따라서 각각 표시하였다. In FIG. 7, the solar cell current, the solar cell voltage, the solar cell power, the variation of the voltage_UP value, the POduty, and the boost PWM value output from the
여기서, 제어부(40)는 현재 전력(P(k))이 최소전력(Pthmin)보다 크면서 Voltage_UP의 값이 1일 경우 태양전지의 전압 값을 증가시키는 방향으로 PWMD를 변동시킨다. 그리고, 제어부(40)는 현재 전력(P(k))이 최소전력(Pthmin)보다 크면서 Voltage_UP의 값이 0일 경우 태양전지의 전압 값을 감소시키는 방향으로 PWMD를 변동시킨다. Here, the
반대로, 제어부(40)는 현재 전력(P(k)이 최소전력(Pthmin)보다 작으면서 Voltage_UP의 값이 1 일 경우 태양전지의 전압의 방향을 감소 방향을 변경해야 하므로, Voltage_UP의 값을 0으로 변경하고 PWMD 값을 증가시킨다. 제어부(40)는 현재 전력(P(k)이 최소전력(Pthmin)보다 작으면서 Voltage_UP의 값이 0 일 경우 태양전지의 전압의 방향을 증가 방향으로 변경해야 하므로, Voltage_UP의 값을 1로 변경하고 PWMD 값을 감소시킨다.On the contrary, when the current power P (k) is smaller than the minimum power ( Pthmin ) and the value of Voltage_UP is 1, the
동일한 조건에서 두 시뮬레이션의 결과를 비교하면, 본 발명에 따른 최대전력점 추정 방법은 표2와 같이 2초에서 최대 전력 지점을 찾아 246.1V 에서 247.4V로 1.3V의 전압이 변동합니다. 그에 비해, P&O방식만 사용한 최대전력점 추종 방법은 표3과 같이 3초에서 최대 전력 지점 근처에 도달하여 244.5V 에서 254.7V로 10.2V의 전압 변동폭을 가진다. When comparing the results of the two simulations under the same conditions, the maximum power point estimation method according to the present invention finds the maximum power point at 2 seconds as shown in Table 2, and the voltage of 1.3 V fluctuates from 246.1 V to 247.4 V. On the other hand, the maximum power point tracking method using only P & O method has a voltage fluctuation width of 10.2V from 244.5V to 254.7V reaching the maximum power point in 3 seconds as shown in Table 3.
따라서, 본 발명에 따른 최대전력점 추종 방법은 제안된 P&O방식만을 사용한 최대전력점 추정 방법보다 높은 효율을 가지며, 최대전력지점에서 전압의 변동이 적은 것을 확인할 수 있다.Therefore, the maximum power point tracking method according to the present invention has higher efficiency than the maximum power point estimation method using only the proposed P & O method, and it can be confirmed that the voltage fluctuation is small at the maximum power point.
하기에서는 일사량이 급변한 경우 본 발명의 최대전력점 추종 방법과 P&O방식만 사용한 최대전력점 추정 방법을 시뮬레이션 한 결과를 살펴보기로 한다. 3초에서 일사량이 절반으로 떨어지도록 설정하였다.Hereinafter, the simulation results of the maximum power point tracking method of the present invention and the maximum power point estimation method using only the P & O method when the insolation dose is rapidly changed will be described. And the radiation was set to be halved at 3 seconds.
도 8은 일사량이 급변하는 경우 본 발명에 따른 최대전력점 추종 방법의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이고, 표 4는 일사량이 급변하는 경우 본 발명의 태양광 발전 시스템의 최대전력추종방식의 결과를 나타내는 표이다.FIG. 8 is a graph showing simulation results of the maximum power point tracking method according to the present invention when the solar radiation rapidly changes, and Table 4 is a graph showing the results of the maximum power tracking method of the solar power generation system of the present invention when the solar radiation rapidly changes. to be.
도 8은 위로부터 태양전지 전류, 태양전지 전압, 태양전지 전력, INCduty, POduty, IncCond방식에서의 모드 번호, Voltage_UP값의 변동, 제어부(40)에서 출력되는 부스트 PWM 값(PWMD)을 시간에 따라서 각각 표시하였다.FIG. 8 is a graph showing changes in the solar cell current, the solar cell voltage, the solar cell power, the mode number in the INCduty, the POduty, the IncCond method, the Voltage_UP value and the boost PWM value PWMD output from the
도 9는 일사량이 급변하는 경우 P&O방식만 사용한 최대전력점 추정 방법의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이고, 표 5는 일사량이 급변하는 경우 P&O방식만 사용한 최대전력점 추정 방법의 결과를 나타내는 표이다.9 is a graph showing the simulation results of the maximum power point estimation method using only the P & O method when the irradiation amount rapidly changes, and Table 5 is a table showing the results of the maximum power point estimation method using only the P &
도 9은 위로부터 태양전지 전류, 태양전지 전압, 태양전지 전력, Voltage_UP값의 변동, POduty, 제어부(40)에서 출력되는 부스트 PWM 값을 시간에 따라서 각각 표시하였다.FIG. 9 shows changes in solar cell current, solar cell voltage, solar cell power, Voltage_UP value, POduty, and boost PWM value output from the
동일 조건에서 두 시뮬레이션의 결과를 비교하면, 본 발명에 따른 최대전력점 추종 방법은 일사량 급변에서도 빠른 시간 내에 최대 전력지점을 추종하고 같은 시간에서 효율(%)이 높음을 확인 할 수 있다. 이는 P&O방식은 POduty만 일정하게 변동하여 PWM 듀티를 변동하는 것에 비해 본 발명은 POduty와 INCduty를 모두 사용하기 때문이다.Comparing the results of the two simulations under the same conditions, it can be confirmed that the maximum power point tracking method according to the present invention follows the maximum power point within a short period of time even at the sudden change of the irradiation dose, and the efficiency (%) is high at the same time. This is because in the P & O method, only the POuduty fluctuates constantly to vary the PWM duty, whereas the present invention uses both POuduty and INCduty.
도 10은 태양광 발전 에너지 저장 시스템의 블록도로서, 태양전지(11), 제1 DC-DC 컨버터(21), 제2 DC-DC 컨버터(22), DC-AC 인버터(31), 제어부(41) 및 배터리 탱크(50)를 포함한다.10 is a block diagram of a photovoltaic generation energy storage system including a solar cell 11, a first DC-
제1 및 제2 DC-DC 컨버터(21, 22)는 도 1의 DC-DC 컨버터(20)과 그 구성 및 동작이 유사하고, 제어부(41)의 구성 및 동작은 도 1의 제어부(40)와 그 구성 및 동작이 유사하다. 즉, 본 발명의 최대전력점 추종 방법은 태양광 발전 시스템뿐만 아니라 태양광 에너지 저장 시스템에도 적용될 수 있다.1. The configuration and operation of the
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(40)의 최대전력점 추종 방법은 컴퓨터에 의해 실행되는 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. The maximum power point tracking method of the
또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다. In addition, the computer-readable medium may include both computer storage media and communication media. Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data. Communication media typically includes any information delivery media, including computer readable instructions, data structures, program modules, or other data in a modulated data signal such as a carrier wave, or other transport mechanism.
본 발명의 방법 및 시스템은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍쳐를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다.While the methods and systems of the present invention have been described in connection with specific embodiments, some or all of those elements or operations may be implemented using a computer system having a general purpose hardware architecture.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.
10: 태양전지 어레이
20: DC/DC 컨버터
30: DC/AC 인버터
40: 제어부10: Solar cell array
20: DC / DC converter
30: DC / AC inverter
40:
Claims (4)
P&O방식을 이용하여 제1 듀티 값(POduty)을 계산하는 단계,
Incremental conductance 방식을 이용하여 제2 듀티 값(INCduty)을 계산하는 단계, 및
제1 듀티 값과 제2 듀티 값을 합산하여 최종 듀티 값(PWMD(k))을 결정하는 단계를 포함하며,
상기 P&O방식을 이용하여 제1 듀티 값을 계산하는 단계는,
상기 태양전지 어레이의 현재 전력(P(k))과 최대 전력(Pthmax) 비교하는 단계,
상기 현재 전력(P(k))이 상기 최대 전력(Pthmax)보다 크면, 상기 태양전지 어레이의 전압이 전압 상승모드인지 전압 하강모드인지 판단하는 단계, 및
상기 전압 상승모드이면 상기 제1 듀티 값을 감소시키고, 상기 전압 하강모드이면 상기 제1 듀티 값을 증가시키는 단계를 포함하는 태양광 발전 시스템의 최대전력점 추종 방법.
1. A method of tracking a maximum power point of a solar power system comprising a solar cell array,
Calculating a first duty value (PO duty ) using the P & O method,
Calculating a second duty value (INC duty ) using an incremental conductance scheme, and
And summing the first duty value and the second duty value to determine a final duty value (PWMD (k)),
The step of calculating the first duty value using the P &
Comparing the current power P (k) and the maximum power P thmax of the solar cell array,
Determining whether the voltage of the solar cell array is in a voltage rising mode or a voltage falling mode if the current power P (k) is greater than the maximum power (P thmax )
And decreasing the first duty value if the voltage is in the voltage increase mode and increasing the first duty value if the voltage is in the voltage decrease mode.
상기 P&O방식을 이용하여 제1 듀티 값을 계산하는 단계는,
상기 현재 전력(P(k))이 상기 최대 전력(Pthmax)보다 작으면, 현재 전력(P(k))을 최소 전력(Pthmin)과 비교하는 단계,
현재 전력(P(k))이 최소 전력(Pthmin)보다 크면, 현재 전력을 최대 전력으로 변경하는 단계,
현재 전력(P(k))이 최소 전력(Pthmin)보다 작으면, 상기 태양전지 어레이의 전압이 전압 상승모드인지 전압 하강모드인지 판단하는 단계, 및
상기 전압 상승모드이면 상기 제1 듀티 값을 증가시키고, 상기 전압 하강모드이면 상기 제1 듀티 값을 감소시키는 단계를 더 포함하는 태양광 발전 시스템의 최대전력점 추종 방법.
단, P(k) = 현재전력, Pthmin =최소전력, Pth =문턱전력, α= 비례상수, Ipvmax = 최대 태양전지 전류, IPV = 현재전류, β = 상수
The method according to claim 1,
The step of calculating the first duty value using the P &
Comparing the current power P (k) to a minimum power P thmin if the current power P (k) is less than the maximum power P thmax ,
If the current power P (k) is greater than the minimum power P thmin , changing the current power to the maximum power,
Determining whether the voltage of the solar cell array is in a voltage rising mode or a voltage falling mode if the current power P (k) is smaller than the minimum power ( Pthmin )
Further comprising increasing the first duty value if the voltage is in the voltage rise mode and decreasing the first duty value if the voltage is in the voltage fall mode.
I Pvmax = maximum solar cell current, I PV = current current, and β = constant. P (k) = current power, P thmin = minimum power, P th = threshold power,
상기 제1 듀티 값(POduty)은 과거 PWM 듀티 값(PWMD(k-1)에서 피오스텝(POstep)만큼 증가 또는 감소시키는 값인 태양광 발전 시스템의 최대전력점 추종 방법.
단, k= 비례 상수, MAXduty= 최대 PWM 듀티, Vdcref = DC 링크 기준전압, POstep = 기본 듀티 값
3. The method of claim 2,
Wherein the first duty value (POduty) is a value which is increased or decreased by a pseudo step (POstep) in a past PWM duty value (PWMD (k-1)).
K = proportional constant, MAXduty = maximum PWM duty, Vdc ref = DC link reference voltage, PO step = basic duty value
Incremental conductance 방식을 이용하여 제2 듀티 값(INCduty)을 계산하는 단계는,
과거전류, 전압과 현재 전류, 전압을 비교하여 변화분 dI, dV을 계산하는 단계, 및
전압의 변동이 발생하면 전류의 변동 유무를 판단하여, 전류의 변화가 증가인 경우 상기 제2 듀티 값을 감소시키고, 전류의 변화가 감소인 경우 제2 듀티 값을 증가시키는 단계를 포함하는 태양광 발전 시스템의 최대전력점 추종 방법.
단, INCstep=기본 듀티 값, N=비례상수The method of claim 3,
The step of calculating the second duty value (INC duty ) using the incremental conductance method includes:
Calculating a change dI, dV by comparing past current, voltage and current, and voltage, and
Determining whether the current fluctuates when a change in voltage occurs, decreasing the second duty value if the change in current is increased, and increasing the second duty value if the change in current is decreasing; Maximum power point tracking method of power generation system.
INC step = basic duty value, N = proportional constant
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CN117032385A (en) * | 2023-10-09 | 2023-11-10 | 威胜能源技术股份有限公司 | High-efficiency MPPT control method applied to BUCK topology |
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KR101556386B1 (en) | 2015-04-28 | 2015-10-02 | 주식회사 베스텍 | A solar inverter of improving efficiency, using dual maximum power point tracking |
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- 2016-07-29 KR KR1020160097333A patent/KR101761606B1/en active IP Right Grant
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GRNT | Written decision to grant |