일사량과 온도에 의해 태양광 어레이의 최대전력동작점(MPOP)이 결정되며 태양광발전시스템에서 중요하게 고려해야 할 사항 중 하나는 최대전력동작점을 정확하게 추종하도록 하는 것이다. 과거부터 여러 최대전력추종제어기법(MPPT)들이 사용되어 왔지만, 마이크로프로세서를 이용한 최대전력추종제어기법은 다른 태양광 어레이와의 호환성, 적응성 측면에서 유리하다. 이 논문에서는 기존의 P&O, IncCond 알고리즘에 대한 분석과 새로운 히스테리시스밴드 변동 기법을 제안한다. 새로 제안된 제어기법의 우수성을 나타내주기 위하여 저자는 3가지의 기준을 만들어서 각 기법을 비교 및 분석하였다. 첫째로, 정상상태에서의 각 기법의 파형을 살펴보았고, 다음으로 일사량을 급변하였을 경우의 파형을 나타내었고, 마지막으로 일사량에 따른 MPPT 추종효율을 보였다. MPPT 시뮬레이션과 실험은 부스트 컨버터에서 수행하였다.
일사량과 온도에 의해 태양광 어레이의 최대전력동작점(MPOP)이 결정되며 태양광발전시스템에서 중요하게 고려해야 할 사항 중 하나는 최대전력동작점을 정확하게 추종하도록 하는 것이다. 과거부터 여러 최대전력추종제어기법(MPPT)들이 사용되어 왔지만, 마이크로프로세서를 이용한 최대전력추종제어기법은 다른 태양광 어레이와의 호환성, 적응성 측면에서 유리하다. 이 논문에서는 기존의 P&O, IncCond 알고리즘에 대한 분석과 새로운 히스테리시스밴드 변동 기법을 제안한다. 새로 제안된 제어기법의 우수성을 나타내주기 위하여 저자는 3가지의 기준을 만들어서 각 기법을 비교 및 분석하였다. 첫째로, 정상상태에서의 각 기법의 파형을 살펴보았고, 다음으로 일사량을 급변하였을 경우의 파형을 나타내었고, 마지막으로 일사량에 따른 MPPT 추종효율을 보였다. MPPT 시뮬레이션과 실험은 부스트 컨버터에서 수행하였다.
As the maximum power operating point(MPOP) of the Photovoltaic(PV) power systems alters with changing atmospheric conditions, the efficiency of maximum power point tracking(MPPT) is important in PV power systems. Many MPPT techniques have been considered in the past, but techniques using microproces...
As the maximum power operating point(MPOP) of the Photovoltaic(PV) power systems alters with changing atmospheric conditions, the efficiency of maximum power point tracking(MPPT) is important in PV power systems. Many MPPT techniques have been considered in the past, but techniques using microprocessors with appropriate MPPT algorithms are favored because of their flexibility and compatibility with different PV arrays. In this paper, the author analyzes and studies two MPPT algorithms, which is named P&O(Perturbation and Observation) and IncCond(Incremental Conductance). Also, the author proposes Hysterisis-band alteration algorithm. To show the excellency of new Hysterisis-band alteration, the author suggests three references; 1) Comparing three MPPT algorithms in the steady-state condition, 2) Representing irradiation variation rapidly, 3) Showing MPPT efficiency. MPPT simulation and experiment perform in the boost converter.
As the maximum power operating point(MPOP) of the Photovoltaic(PV) power systems alters with changing atmospheric conditions, the efficiency of maximum power point tracking(MPPT) is important in PV power systems. Many MPPT techniques have been considered in the past, but techniques using microprocessors with appropriate MPPT algorithms are favored because of their flexibility and compatibility with different PV arrays. In this paper, the author analyzes and studies two MPPT algorithms, which is named P&O(Perturbation and Observation) and IncCond(Incremental Conductance). Also, the author proposes Hysterisis-band alteration algorithm. To show the excellency of new Hysterisis-band alteration, the author suggests three references; 1) Comparing three MPPT algorithms in the steady-state condition, 2) Representing irradiation variation rapidly, 3) Showing MPPT efficiency. MPPT simulation and experiment perform in the boost converter.
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문제 정의
본 논문에서는 최대전력추종제어기법 중에서 널리 알려진 P&O, IncCond 알고리즘에 대해서 분석하고, 새로이 제안한 Hysterisis-band 변동 알고리즘을 분석 하고 그 우수성을 입증한다. 저자는 3가지 기준을 만 들어서 새로 제안한 기법의 우수성을 입증한다.
최대전력추종제어를 위한 디지털 제어 알고리즘의 기법에는 일정전압 제어, Perturb & 0bserve(P&0), Incremental Conductance(IncCond), Fuzzy 제어 기법 등 다양한 제어 알고리즘이 사용되어 오고 있으나 실 제 적용되는 알고리즘은 구현이 용이하고 안정성이 높 은 측면에서 제어가 간단하고 연산량이 적은 알고리즘 이 채택되고 있다. 위에서 언급한 제어기법들 중에서 현재 널리 쓰이고 있는 P&0 제어기법, IncCond 제어 기법과 제안한 Hysterisis-band 변동 제어기법의 특징 을 살펴보기로 하겠다.
저자는 제안한 Hysterisis-band alteration MPPT 제 어기법의 우수성을 보여주기 위하여 다음의 3가지 기 준을 제시한다.
제안 방법
MPPT 제어기법은 기존에 사용되어온 여러 기법들 중에서 P&O와 IncCond를 분석하였고, 더불어 이 논문 에서 제안한 Hysterisis-band 변동 기법을 설명하고 분석하였다. 제안한 기법의 우수성을 입증하기 위하여 저자는 3가지 기준 조건을 만들었다.
첫째 로, 위의 3가지 기법을 정상상태에서의 어레이 출력전 압, 전류 그리고 전력의 안정성을 살펴본다. 둘째로, 일사량 급변시에 있어서 새로이 형성된 최대전력점을 얼마나 빠른 시간에 추종하는지 살펴본다. 셋째로, 일 사량을 가변하면서 그에 따라서 MPPT 추종효율이 어 떻게 변하는지 살펴본다.
둘째로, 일사량 급변시에 있어서 새로이 형성된 최대전력점을 얼마나 빠른 시간에 추종하는지 살펴본다. 셋째로, 일 사량을 가변하면서 그에 따라서 MPPT 추종효율이 어 떻게 변하는지 살펴본다. MPPT는 부스트 컨버터에서 수행하였고 파형과 그래프는 PSIM을 이용한 시뮬레이 션과 실험 결과이다.
태양전지 모델링은 여러 참고 문헌에 나와 있음으로 이 논문에서는 태양전지 모델링 결과 수식을 이용하여 시뮬레이션을 어떻게 구성하는지 나타낸다. 수식 (1)은 태양전지 모델링의 결과이고, 그림 2는 수식 ⑴을 이 용하여 PSIM 시뮬레이션의 DLL(Dynamic Link Library)파일을 구성하였다.
위의 3가지 내용을 바탕으로 MPPT 제어기법을 평 가하였다. 표 2는 시뮬레이션과 실험에 사용된 파라미 터 값을 보여주고 있다.
태양전지는 전류-전압, 전력-전압의 관계가 비선형 특성을 가지고 있고 외부조건(온도, 일사량)에 의해서 최대전력점이 수시로 변함으로 태양전지로부터 최대전 력을 얻는 것은 중요한 일이다. 이를 위해서 태양전지 의 수학적인 모델링을 행하였고, 모델링의 결과는 PSIM을 이용하여 시뮬레이션으로 구현하였다.
제안한 Hysterisis-band 변동 제어기법은 태양전지 어레이 출력전압을 최대전력점까지 증가 시킨 후, 임 의의 게인을 최대전력점에서의 전력과 곱하여 최소전 력값을 지정한다. 그래서 지정된 최소전력값은 두개가 생기므로 최대전력점을 기준으로 어레이 출력전압을 증가 혹은 감소시키면서 매 주기 동작한다.
MPPT 제어기법은 기존에 사용되어온 여러 기법들 중에서 P&O와 IncCond를 분석하였고, 더불어 이 논문 에서 제안한 Hysterisis-band 변동 기법을 설명하고 분석하였다. 제안한 기법의 우수성을 입증하기 위하여 저자는 3가지 기준 조건을 만들었다. 첫째로, 정상상태 에서의 어레이 출력 전압, 전류 그리고 전력의 안정성, 다음으로 일사량 급변시의 새로운 최대전력점의 추종 시간, 마지막으로 일사량을 가변하였을 경우의 MPPT 추종효율이었다.
제안한 제어방법은 태양전지 어레이의 출력전력이 최대전력동작점에 도달할 때까지 태양전지 출력전압의 레퍼런스를 동일한 방향으로 증가 또는 감소시키며 최 대전력(Pmax)을 추종한다. 또한 최대전력값에 일정한 게인값(1이하)을 곱하여 flag가 바뀌는 최소전력값을 만들어준다.
저자는 3가지 기준을 만 들어서 새로 제안한 기법의 우수성을 입증한다. 첫째 로, 위의 3가지 기법을 정상상태에서의 어레이 출력전 압, 전류 그리고 전력의 안정성을 살펴본다. 둘째로, 일사량 급변시에 있어서 새로이 형성된 최대전력점을 얼마나 빠른 시간에 추종하는지 살펴본다.
태양전지 모델링은 여러 참고 문헌에 나와 있음으로 이 논문에서는 태양전지 모델링 결과 수식을 이용하여 시뮬레이션을 어떻게 구성하는지 나타낸다. 수식 (1)은 태양전지 모델링의 결과이고, 그림 2는 수식 ⑴을 이 용하여 PSIM 시뮬레이션의 DLL(Dynamic Link Library)파일을 구성하였다.
성능/효과
그림 10, 11, 12는 일사량 lkW/m2에서의 각 기법별 정상상태의 파형을 나타낸다. 각 기법별 정상상태에서 의 어레이 출력전압, 전류 그리고 전력을 살펴보면 모 든 제어 알고리즘이 안정하지 않고 일정한 주기로 최 대전력점과 그 주위를 추종하는 것을 알 수 있다. 결 론적으로 정상상태에서의 비교는 서로 비슷하다는 것 을 알 수 있다.
마지막으로 일사량 가변시 의 MPPT 효율을 살펴보았는데, Hysterisis-band 변 동, P&O 그리고 IncCond 제어기법 순으로 MPPT 효 율이 우수하였다. 결국, 제안한 Hysterisis-band 변동 기법은 저자가 제시한 3가지 요건 중 1가지에서 우수 하였다.
4kW/m2까지 가변 하였을 경우의 각 제어기법의 MPPT 추종효율을 보여준다. 그림에서 제안한 Hysterisis-band 변동 기법이 최대전력동작점 추종 효율이 우수하였다. 그 이유는 그림 10, 11, 12의 정상상태 시뮬레이션어】서, 최대 3kW의 어레이 출력전 력에서의 동작전압은 260.
일사량 급변시에도 MPPT 출력레퍼런스가 전압으로 나오기 때문에 모든 기법은 거의 같은 결과를 보였다. 마지막으로 일사량 가변시 의 MPPT 효율을 살펴보았는데, Hysterisis-band 변 동, P&O 그리고 IncCond 제어기법 순으로 MPPT 효 율이 우수하였다. 결국, 제안한 Hysterisis-band 변동 기법은 저자가 제시한 3가지 요건 중 1가지에서 우수 하였다.
제안한 기법의 우수성을 입증하기 위하여 저자는 3가지 기준 조건을 만들었다. 첫째로, 정상상태 에서의 어레이 출력 전압, 전류 그리고 전력의 안정성, 다음으로 일사량 급변시의 새로운 최대전력점의 추종 시간, 마지막으로 일사량을 가변하였을 경우의 MPPT 추종효율이었다. 정상상태에서의 어레이 출력의 안정 성은 모든 제어기법이 비슷한 주기를 가지고 있어서 안정성은 판별하기 힘들다.
참고문헌 (9)
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C. Hua and C. Shen, 'Study of Maximum Power Tracking Techniques and Control of DC/DC Converters for Photovoltaic Power System,' PESC 29th Annual IEEE, Vol. 1, pp. 86-93, 1998
정영석, 유권종, 소정훈, 최주엽, 최재호, 'P&O 알고리즘을 개선한 새로운 MPPT 알고리즘,' 전력전자하계학술대회논문집(II), pp. 925-928, 2003
정영석, 유권종, 소정훈, 최재호, '태양전지 모의 전원을 이용한 MPPT 알고리즘의 비교 고찰,' 전력전자추계학술대회논문집, pp. 234-237, 2003
이경수, 정영석, 소정훈, 유권종, 최재호, 'Analysis and study for MPPT algorithms in transformerless PV PCS,' 전력전자하계학술대회논문집(II), pp. 606-609, 2004
D.P. Hohm and M. E. Ropp, 'Comparative Study of Maximum Power Point Tracking Algorithms', Progress in Photovoltaics: Research and Applications, pp. 47-62, 2003
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