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PWM 컨버터를 이용한 계통연계형 태양광발전 시스템
A Utility Interactive Photovoltaic Generation System using PWM Converter 원문보기

전기학회논문지. The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers. P, v.54 no.3, 2005년, pp.111 - 118  

김대균 (명지대 공대 전기학과) ,  전기영 (중소기업진흥공단) ,  함연근 ((주)인텍FA) ,  이승환 (명지대 공대 전기학과) ,  이승환 (대덕대학 전기학과) ,  오봉환 (명지전문대학 전기학과) ,  이훈구 (용인송담대학 조명인테리어과) ,  한경희 (명지대 공대 전기학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Since the residential load is an AC load and the output of solar cell is DC power, the photovoltaic system needs the DC/AC converter to utilize solar cell. In case of driving to interact with utility line, in order to operate at unity power factor, converter must provide the sinusoidal wave current ...

주제어

#photovoltaic system   #utility line   #smoothing reactor  

AI 본문요약
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제안 방법

  • [3] 태양전지의 출력은 승압쵸퍼를 이용하여 일사량 변동에 대해 항상 최대출력이 유지되도록 MPPT제어를 하였다.
  • 계통전압의 위상각은 계통연계 시스템에 있어 가장 기본적인 중요한 정보이며 계통연계 시스템에서 정확하고 빠른 계통전압의 위상각 검출은 정확한 레퍼런스의 생성을 위해 필요하다. 계통전압의 위상각 검출을 통한 시스템의 구성을 위해 디지털 PLL 회로를 구성하여 기준 되는 위상을 검출하여 위상을 동기화 시켜 정확한 전류제어를 수행한다[6].
  • 전체적인 제어방식은 전류 벡터제어를 수행하였다. 계통전원의 위상을 디지털 PLL회로를 이용하여 추정하고, 추정된 위상을 기준으로 좌표변환을 수행하여, 단위역률 연계운전을 위한 계통전압과 태양광발전 시스템의 위상을 동기화 시켰다. 승압쵸퍼는 태양전지의 최대출력점 제어를 수행하며, 컨버터의 q축 전류 지령값은 태양전지의 최대 출력점을 추종하는 시점에서의 전류값이 된다.
  • 본 논문에서는 왜곡된 계통전압 및 위상잡음에 대하여 비교적 안정적으로 위상 동기를 맞출 수 있는 디지털 PLL(phase locked loop)회로를 이용하였다. 그리고 빠른 전류응답을 얻기 위하여 피드포워드(feed-forward) 제어기를 적용하였으며, 승압쵸퍼를 이용하여 일사량 변동에 따른 태양전지의 출력을 항상 최대로 하였다. 이러한 동작특성을 Matlab Simulink를 이용한 시뮬레이션을 통하여 검토하고, 실험을 통하여 확인하였다.
  • 따라서 본 제어기에서는 진동계수 ζ와 고유 주파수 ωn을 이용한 이득설정 방법을 이용하였다. 보통 2차의 시스템 전달함수는 다음과 같은 식으로 표현된다.
  • 본 논문에서는 계통연계형 태양광발전 시스템을 PWM 컨버터로 구성하여 상용계통과 연계운전함으로써 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
  • 그러나 이러한 위상검출방법은 계통전압의 왜곡에 의해 정확한 위상검출에 어려움이 있다. 본 논문에서는 왜곡된 계통전압 및 위상잡음에 대하여 비교적 안정적으로 위상 동기를 맞출 수 있는 디지털 PLL(phase locked loop)회로를 이용하였다. 그리고 빠른 전류응답을 얻기 위하여 피드포워드(feed-forward) 제어기를 적용하였으며, 승압쵸퍼를 이용하여 일사량 변동에 따른 태양전지의 출력을 항상 최대로 하였다.
  • 001’로 설정하였다. 이러한 경우 필터에 의한 시스템의 지연과 반응을 근궤적도를 통하여 살펴보았다.
  • 본 논문에서 PWM 컨버터의 직렬 리액터는 시스템 출력으로부터의 전류 리플을 줄이기 위해서 일반적으로 많이 사용되는 리액터보다 큰 5[mH]의 리액터를 사용하였다. 이에 의해 늦어지는 시스템의 전류응답특성은 피드포워드 전류제어기를 적용하여 보완하도록 하였다.
  • 그림 2는 본 논문에 적용한 시스템 제어블록도이다. 전체적인 제어방식은 전류 벡터제어를 수행하였다. 계통전원의 위상을 디지털 PLL회로를 이용하여 추정하고, 추정된 위상을 기준으로 좌표변환을 수행하여, 단위역률 연계운전을 위한 계통전압과 태양광발전 시스템의 위상을 동기화 시켰다.

대상 데이터

  • 본 논문에서 PWM 컨버터의 직렬 리액터는 시스템 출력으로부터의 전류 리플을 줄이기 위해서 일반적으로 많이 사용되는 리액터보다 큰 5[mH]의 리액터를 사용하였다. 이에 의해 늦어지는 시스템의 전류응답특성은 피드포워드 전류제어기를 적용하여 보완하도록 하였다.
  • 그림 12는 PWM 컨버터를 이용한 계통연계형 태양광발전 시스템의 시스템 블록도를 나타내고 있다. 전체 시스템의 구성은 PWM 컨버터, PV 어레이와 승압쵸퍼, 직렬 리액터, 계통전원, 그리고 마이크로프로세서로 구성되어져 있다.
  • 표 2는 실험에 적용한 태양전지의 파라미터로서SIEMENS사의 M65모델을 사용하였다.[7]

데이터처리

  • 그리고 빠른 전류응답을 얻기 위하여 피드포워드(feed-forward) 제어기를 적용하였으며, 승압쵸퍼를 이용하여 일사량 변동에 따른 태양전지의 출력을 항상 최대로 하였다. 이러한 동작특성을 Matlab Simulink를 이용한 시뮬레이션을 통하여 검토하고, 실험을 통하여 확인하였다.

이론/모형

  • 전체적인 제어특성을 알아보기 위해서 본 논문에서는 MATLAB Simulink를 이용하여 시뮬레이션을 하였다. 그림 8은 시뮬레이션에 적용된 제어 블록도를 나타내고 있다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
태양광발전 시스템이 대체에너지로 주목받는 이유는 무엇인가? 태양광발전 시스템은 어떤 환경오염도 유발하지 않으면서도 빛에너지를 직접 전기에너지로 변환할 수 있기 때문에 대체에너지로 주목받고 있다. 일반적으로 태양전지의 출력은 직류이므로 교류부하에서 사용하기 위해서는 직․교류 변환장치가 필수적이다.
피드포워드 제어회로가 추가된 전류제어블록은 어떻게 구성되는가? 그림 3은 시스템의 전류 속응 제어를 위한 피드포워드 제어회로를 나타내고 있다. 피드포워드 제어회로가 추가된 전류제어블록의 구성은 PWM 컨버터 시스템에 있는 PI 전류제어기의 전달함수 Gc (s)와 직렬 리액터, PWM 컨버터의 출력전압 변화에 따라 보상되는 전류 피드포워드 항으로 이루어져 있다. 이러한 제어블록에서 전류지령에 대한 부하 전류응답, 즉 전체전달함수를 구하면 식 (1)과 같다.
계통연계형 태양광발전 시스템을 PWM 컨버터로 구성하여 상용계통과 연계운전함으로써 어떠한 결론을 얻을 수 있었는가? [1] 시스템의 안정성을 향상시키기 위하여 계통전압의 위상각 검출을 통한 시스템의 구성을 디지털 PLL 회로로 구성하여 기준 되는 위상을 검출하여 위상을 동기화 시켜 정확한 전류제어를 수행하여 단위역률 연계운전이 가능함을 확인하였다. [2] 컨버터 출력전류의 속응제어를 위하여 피드포워드 제어기를 적용한 결과 q축 전류에 속응성이 우수함을 확인하였다. [3] 태양전지의 출력은 승압쵸퍼를 이용하여 일사량 변동에 대해 항상 최대출력이 유지되도록 MPPT제어를 하였다.
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참고문헌 (7)

  1. E. Koutroulis, K. Kalaitzakis, and N.C. Voulgaris, 'Development of a microcontroller -based, photovoltaic maximum power point tracking control system', IEEE Trans. Power Electronics., vol. 16, pp.46-54, 2001.1 

    상세보기 crossref

  2. Chihchiang Hua and Chihming Shen., 'Study of maximum power tracking techniques and control of DC/DC converters for photovoltaic power system', IEEE-PESC Conf. Rec., vol. 1, pp.86-93, 1998 

  3. 강기환, 유권종, 박경은, 한득영, 안형근, '태양전지모듈 제조를 위한 요소기술 연구', 대한전기학회 하계학술대회 논문집 B권, pp.1365-1367, 2003. 7 

  4. S.Nonaka, K.Kesamaru, K.Yamasaki & M. Nishi, 'Interconnection System with Single Phase IGBT PWM CSI between Photovoltaic Arrays and The Utility Line', conf. Rec. of IEEE/IAS Annual Meeting, Seatle Washington, p.1302, 1990. 10 

  5. 유택빈 외 5명, '태양광발전시스템을 위한 단상 PWM 전압형 인버터', 대한전기학회 하계학술대회 논문집 A권, pp.443-445, 1995.7 

  6. Licia Neto Arruda, Sidelmo Magalhaes Silva and Braz J. Cardoso Filho, 'PLL Structure for Utility Connected Systems', IEEE, pp.2655-2660. 2001 

  7. 성낙규 외 6명, '승강압쵸퍼에 의한 태양 전기의 최대 출력점 추적제어', 대한전기학회 전기학회논문지 Vol.43 No.11, pp.1846-1855, 1994. 11 

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