[논문]가변 IC 방법을 이용한 태양광 발전의 MPPT 제어

고재섭; 정동화

doi:10.5207/jieie.2012.26.8.027

[국내논문] 가변 IC 방법을 이용한 태양광 발전의 MPPT 제어
MPPT Control of Photovoltaic using Variable IC Method 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.26 no.8, 2012년, pp.27 - 34

고재섭 (순천대학교) , 정동화 (순천대학교 전기제어공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper proposes variable incremental conductance(IC) algorithm for maximum power point tracking(MPPT) control of photovoltaic. The conventional perturbation & observation(PO) and IC MPPT control algorithm generally uses fixed step size. A small step size reduces a tracking error in the steady state but slows a tracking speed in the transient state. Also, a large step size is fast a tracking speed but increases a tracking error. Therefore, this paper proposes variable IC MPPT algorithm that adjust automatically step size according to operating conditions. To improve a tracking speed and accuracy, when operating point is far from the maximum power point(MPP), the step size uses maximum value and when a operating point is near from the MPP, the step size uses variable step size that adjust according to slope of P-V curve. The validity of MPPT algorithm proposed in this paper prove through compare with conventional PO and IC MPPT algorithm.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

큰 스텝 크기는 추적속도는 향상되지만 추적의 정확도가 낮아지며 작은 스텝 크기는 추적의 정확도는 높지만 추적속도가 느려지는 단점을 가진다. 따라서 본 논문에서는 고정된 스텝 크기를 가진 MPPT 방식의 문제점을 해결하기 위하여 가변 IC MPPT 방식을 제시한다. 스텝 크기는 PV 어레이의 dP_PV/dV_PV에 따라 자동으로 조절되고 스텝 크기는 최대전력점 부근에서 dP_PV/dV_PV가 작아지기 때문에 아주 작은 값을 가지게 된다.
그러나 가변 스텝 크기가 최대전력점에 접근할수록 작아지기 때문에 정상상태에서의 정확도는 개선할 수 있으나 추적속도는 최대전력점에 접근할수록 늦어지는 단점을 가진다. 본 논문에서는 가변 IC MPPT 방식에서 추적속도를 더욱더 개선하기 위하여 기울기와 전력의 곱을 이용하여 최대전력점을 추적하는 4개의 구간으로 나눈다. 그림 3은 본 논문에서 제시한 가변 IC MPPT 방식의 4개 구간을 나타낸다.
본 논문은 태양광 발전시스템의 MPPT 제어를 위한 가변 IC 방식을 제시한다. 태양광 발전의 효율을 향상시키기 위하여 일반적으로 MPPT 제어방식을 사용한다.
따라서 본 논문에서는 태양광 발전시스템의 P-V 곡선의 기울기를 이용하여 스텝 크기를 자동으로 조절하는 가변 IC 방식을 제시한다. 그러나 기울기를 통해 스텝 크기를 조절하였을 경우에 최대전력점에 가까워질수록 그 크기가 작아져 추적속도가 점점 느려지는 단점을 가진다.
본 논문에서 제시한 가변 IC 방식은 종래의 방식에 비하여 과도상태에서 상승속도가 빠르게 나타났으며 정상상태에서는 오차가 작게 나타났다. 따라서 본 논문에서 제시한 방식의 타당성을 입증하였다.

제안 방법

그러나 이러한 방식들은 고정된 스텝 크기를 가지고 있기 때문에 과도상태와 정상상태에서의 응답특성을 모두 만족시키는데 한계가 있다. 따라서 본 논문에서는 P-V곡선에서 전력의 기울기를 이용하여 4개의 구간으로 나누고 동작점이 최대전력점에서 먼 곳에 있을 경우에는 추적속도를 개선하기 위해 최대 스텝크기를 사용하고 최대전력점에 가운 곳에 있을 경우에는 정확도 개선을 위해 P -V곡선의 기울기 값에 따라서 스텝 크기를 조절하는 가변 IC 방식을 제시한다. 본 논문에서 제시한 방식은 종래의 PO 및 IC 방식과 비교를 통해 타당성을 입증한다.
따라서 본 논문에서는 P-V곡선에서 전력의 기울기를 이용하여 4개의 구간으로 나누고 동작점이 최대전력점에서 먼 곳에 있을 경우에는 추적속도를 개선하기 위해 최대 스텝크기를 사용하고 최대전력점에 가운 곳에 있을 경우에는 정확도 개선을 위해 P -V곡선의 기울기 값에 따라서 스텝 크기를 조절하는 가변 IC 방식을 제시한다. 본 논문에서 제시한 방식은 종래의 PO 및 IC 방식과 비교를 통해 타당성을 입증한다.
그러나 기울기를 통해 스텝 크기를 조절하였을 경우에 최대전력점에 가까워질수록 그 크기가 작아져 추적속도가 점점 느려지는 단점을 가진다. 따라서 P-V곡선의 기울기와 전력의 곱을 이용하여 MPPT 제어를 4개의 구간으로 나누어 제어를 수행한다. 최대전력점에서 먼 곳에 있는 구간에서는 최대의 스텝값을 사용하여 추적속도를 향상시키고 최대전력점에 가까운 곳에 있는 구간에서는 가변스텝을 사용하여 정확도를 개선한다.
최대전력점에서 먼 곳에 있는 구간에서는 최대의 스텝값을 사용하여 추적속도를 향상시키고 최대전력점에 가까운 곳에 있는 구간에서는 가변스텝을 사용하여 정확도를 개선한다. 본 논문에서 제시한 방식은 일사량 변동에 대하여 종래의 PO 및 IC 방식과 비교 분석한다. 본 논문에서 제시한 가변 IC 방식은 종래의 방식에 비하여 과도상태에서 상승속도가 빠르게 나타났으며 정상상태에서는 오차가 작게 나타났다.

성능/효과

정상상태 도달 시간은 PO 방식이 6.9×10-4[sec], IC MPPT방식이 6.13×10-4[sec], 본 논문에서 제시한 가변 IC 방식이 3.2×10-4[sec]로 본 논문에서 제시한 방식의 추적속도가 가장 빠르게 나타났다.
13×10^-4[sec], 본 논문에서 제시한 가변 IC 방식이 3.2×10^-4[sec]로 본 논문에서 제시한 방식의 추적속도가 가장 빠르게 나타났다.
본 논문에서 제시한 방식은 일사량 변동에 대하여 종래의 PO 및 IC 방식과 비교 분석한다. 본 논문에서 제시한 가변 IC 방식은 종래의 방식에 비하여 과도상태에서 상승속도가 빠르게 나타났으며 정상상태에서는 오차가 작게 나타났다. 따라서 본 논문에서 제시한 방식의 타당성을 입증하였다.
정상상태 도달시간은 PO 방식이 5.1×10-4[sec], IC 제어방식이 6.2×10-4[sec], 본 논문에서 제시한 가변 IC 방식이 2.6×10-4[sec]로 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	태양에너지의 장점은 무엇인가?	이에 따라 세계 각국은 전략적이고 지속적인 대체 및 신재생에너지의 개발과 보급을 위해 태양광 발전에 대한 연구를 활발하게 진행하고 있다[2]. 태양에너지는 친환경적이고 무한한 에너지원이며, 또한 태양광 발전 시스템은 발전을 위한 별도의 구동부가 필요 없고 소음이 없으며 유지비가 적게 든다는 장점을 가지고 있다. 이러한 태양광발전 시스템의 출력 효율을 높이기 위하여 MPPT 제어를 이용하고 있다[3-4].
	태양광 발전의 최대전력점을 찾는 방식은 무엇이 있는가?	태양광 발전의 최대전력점은 일사량과 온도에 따라서 변화한다. 이러한 최대전력점을 찾기 위한 종래의 방식으로는 PO와 IC방식 등이 있다[5-6]. 그러나 이러한 방식들은 고정된 스텝 크기를 가지고 있기 때문에 과도상태와 정상상태에서의 응답특성을 모두 만족시키는데 한계가 있다.
	PO와 IC방식과 같은 종래의 방식의 한계는 무엇인가?	이러한 최대전력점을 찾기 위한 종래의 방식으로는 PO와 IC방식 등이 있다[5-6]. 그러나 이러한 방식들은 고정된 스텝 크기를 가지고 있기 때문에 과도상태와 정상상태에서의 응답특성을 모두 만족시키는데 한계가 있다. 따라서 본 논문에서는 P -V곡선에서 전력의 기울기를 이용하여 4개의 구간으로 나누고 동작점이 최대전력점에서 먼 곳에 있을 경우에는 추적속도를 개선하기 위해 최대 스텝크기를 사용하고 최대전력점에 가운 곳에 있을 경우에는 정확도 개선을 위해 P -V곡선의 기울기 값에 따라서 스텝 크기를 조절하는 가변 IC 방식을 제시한다.

참고문헌 (8)

K. Kurokawa, "Energy from Desert", 2003.
C. J. Winter, R. L. Sizmann, L. L. Van-Hull, "Solar Power Plants", Springer-Verlag, 1991.
J. S. Choi, J. S. Ko, D. H. Chung, "Comparison study of Maximum Power Point Tracking Control with Changing of Radiation", journal of KIEE, Vol. 9, no. 6, pp. 1011-1085, 2010.
J. S. Choi, "Development of High Performance MIC system for AC module with Photovoltaic Generation", graduate school of sunchon Univ, 2010.
N. Femia, G. Petron, G. Spagnuolo, and M. Vitelli, "Optimization of perturb and observe maximum power point tracking method," IEEE Trans. Power Electron., Vol. 20, no. 4, pp. 963-973, 2005.

상세보기
J. A. Abu-Qahouq, H. Mao, H. J. Al-Atrash, and I. Batarseh, "Maximum efficiency point tracking (MEPT) method and digital dead time control implementation," IEEE Trans. Power Electron., Vol. 21, no. 5, pp. 1273-1281, 2006.

상세보기
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.

상세보기
Y.C. Kuo, T. J. Liang, J. F. Chen., "Novel maximum power point tracking controller for photovoltaic energy conversion system", IEEE Trans. Ind. Electronics., vol. 48, pp.594-601, 2001.

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