본 논문에서는 신재생 에너지원인 태양광 발전을 위한 3상 인버터의 전력변환기술을 연구하였다. 태양광 인버터로는 정전압 공급 방식의 전압형 인버터, 제어기법으로는 SPWM 제어기법이 채택되었다. 태양광 인버터의 SPWM 제어기로는 강력한 고속 데이터 연산능력을 가지는 DSP가 채택되었으며, 배터리의 충전에 일정량의 전류를 공급하기 위해서 태양광 컨트롤러가 사용되었다. 끝으로, DSP를 주제어장치로 하는 소용량 3상 태양광 인버터 시스템이 시험, 제작되었으며, 실험을 통해서 SPWM 기반의 전력변환기능이 검증되었다.
본 논문에서는 신재생 에너지원인 태양광 발전을 위한 3상 인버터의 전력변환기술을 연구하였다. 태양광 인버터로는 정전압 공급 방식의 전압형 인버터, 제어기법으로는 SPWM 제어기법이 채택되었다. 태양광 인버터의 SPWM 제어기로는 강력한 고속 데이터 연산능력을 가지는 DSP가 채택되었으며, 배터리의 충전에 일정량의 전류를 공급하기 위해서 태양광 컨트롤러가 사용되었다. 끝으로, DSP를 주제어장치로 하는 소용량 3상 태양광 인버터 시스템이 시험, 제작되었으며, 실험을 통해서 SPWM 기반의 전력변환기능이 검증되었다.
In this paper, a three phase inverter control methodology for photovoltaic generation system, which is a renewable energy source, was studied. The voltage source inverter type of the constant voltage supply type was selected as the three phase photovoltaic inverter, and SWPM method was selected as c...
In this paper, a three phase inverter control methodology for photovoltaic generation system, which is a renewable energy source, was studied. The voltage source inverter type of the constant voltage supply type was selected as the three phase photovoltaic inverter, and SWPM method was selected as control technique. a small capacity three phase photovoltaic inverter system, which has a DSP with powerful high speed data processing ability as the main controller and a solar controller as current controller to supply a certain amount of current to charge the battery, was made and tested for SPWM function.
In this paper, a three phase inverter control methodology for photovoltaic generation system, which is a renewable energy source, was studied. The voltage source inverter type of the constant voltage supply type was selected as the three phase photovoltaic inverter, and SWPM method was selected as control technique. a small capacity three phase photovoltaic inverter system, which has a DSP with powerful high speed data processing ability as the main controller and a solar controller as current controller to supply a certain amount of current to charge the battery, was made and tested for SPWM function.
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문제 정의
따라서 본 논문에서는 신재생 에너지원인 태양광 발전을 위한 3상 인버터 제어 방법론이 연구된다. 태양광 인버터로는 정전압 공급 방식의 전압형 인버터, 제어기법으로는 SPWM 제어기법이 채택된다.
본 논문에서는 3상 태양광 인버터의 SPWM 제어 기술에 대해서 연구하였으며, 소용량의 3상 태양광 인버터를 설계, 실험 제작하였다. 인버터는 DSP 기반의 SPWM 전압형 인버터 방식으로 설계, 제작되었다.
제안 방법
MOSFET는 합리적인 가격으로 높은 스위칭 주파수를 얻을 수 있는 스위칭 소자이다. 그리고 태양광 패널에서 받은 DC 13V로부터 얻어지는 +6.5V를 MOSFET의 드레인 단자에, -6.5V를 소스 단자에 인가하고, 게이트 단자에는 DSP의 PWM 모듈을 사용해 3상 SPWM 파형을 발생시켜 넣어줌 으로써, 3상 정현파가 얻어지도록 설계 하였다. 스위칭 주파수로는 합리적인 스위칭 손실 하에서 만족할 만한 출력품질을 얻을 수 있는 20kHz로 하였다.
본 장에서는 앞에서 기술된 3상 태양광 인버터의 SPWM 이론을 기반으로 DSP를 이용하여 태양광 SPWM 인버터를 설계, 제작한 후, 실험을 통해서 SPWM 제어기술의 유효성을 확인한다.
위의 실험에서는 태양광 발전 시스템을 제작함에 있어, 대용량 제작이 불가능해 소용량으로 제작을 하였다. 이 소용량 태양광 발전 시스템에 DSP를 사용해 3상 PWM 인버터를 제작하였으며, 먼저 태양광 패널과 배터리로부터 DC 전력 만들었고 이를 소용량 전력 범위로 맞추기 위해 권선 저항을 이용하여 낮추었다.
위의 실험에서는 태양광 발전 시스템을 제작함에 있어, 대용량 제작이 불가능해 소용량으로 제작을 하였다. 이 소용량 태양광 발전 시스템에 DSP를 사용해 3상 PWM 인버터를 제작하였으며, 먼저 태양광 패널과 배터리로부터 DC 전력 만들었고 이를 소용량 전력 범위로 맞추기 위해 권선 저항을 이용하여 낮추었다. 이 전력을 DSP의 PWM 기능과 3상 전압형 인버터를 통해 AC 전력을 만들었지만 노이즈가 많이 섞여있으며, 따라서 품질을 높이기 위해 다양한 필터를 사용해 보았다.
이 소용량 태양광 발전 시스템에 DSP를 사용해 3상 PWM 인버터를 제작하였으며, 먼저 태양광 패널과 배터리로부터 DC 전력 만들었고 이를 소용량 전력 범위로 맞추기 위해 권선 저항을 이용하여 낮추었다. 이 전력을 DSP의 PWM 기능과 3상 전압형 인버터를 통해 AC 전력을 만들었지만 노이즈가 많이 섞여있으며, 따라서 품질을 높이기 위해 다양한 필터를 사용해 보았다. 이를 통해 RC필터로 품질이 가장 우수한 3상 AC 전력을 얻을 수 있었다.
대상 데이터
표 1은 본 논문에서 실험적으로 제작되는 3상 태양광 인버터의 사양 설계 결과를 보인다. 3상 태양광 인버터의 주제어기로는 현재 전력산업현장에서 전력설비 제어기로서 가장 일반적으로 사용되는 대표적인 DSP 기종인 TMS320F28335가 이용되었다. 그리고 인버터 설계에 있어 또 하나의 핵심적인 요소인 스위칭 소자는 부하전류 10A까지 스위칭이 가능하도록 100V, 10A(25°)의 정격 용량을 갖는 MOSFET IRF530로 하였다.
그리고 인버터 설계에 있어 또 하나의 핵심적인 요소인 스위칭 소자는 부하전류 10A까지 스위칭이 가능하도록 100V, 10A(25°)의 정격 용량을 갖는 MOSFET IRF530로 하였다.
그림 1은 태양광 시스템의 구성도를 보인다. 시스템 구성은 빛 에너지를 전기 에너지로 변환해주는 태양전지 모듈과 변화된 DC전력을 주 제어부인 컨트롤러를 사용하여 양방향성을 가지는 교류전력으로 변환 시켜주는 3상 인버터 모듈, 축전지에서 태양광 패널로 전류가 거꾸로 흐르지 않도록 역방향 전류의 흐름을 방지해 주어 변환된 일정한 량의 DC전력을 정상적으로 배터리에 저장시켜주는 솔라 제어기 그리고 3상 부하회로로 구성된다.
이론/모형
이 과정을 거치면 SPWM 파형으로 인해 노이즈가 섞인 AC 전력이 만들어진다. SPWM 제어 알고리즘은 CCS(Code Composer Studio)를 이용하여 구현되었다.
따라서 본 논문에서는 신재생 에너지원인 태양광 발전을 위한 3상 인버터 제어 방법론이 연구된다. 태양광 인버터로는 정전압 공급 방식의 전압형 인버터, 제어기법으로는 SPWM 제어기법이 채택된다. DSP 기반의 SPWM 제어 기술이 연구되며, 배터리의 충전에 일정량의 전류를 공급하기 위해서 태양광 컨트롤러가 사용된다.
성능/효과
3상 전체를 오실로스코프로 확인이 불가능해 a상과 b상을 대표적으로 보였는데, 두 파형들의 위상차가 120°임을 확인할 수 있다.
인버터는 DSP 기반의 SPWM 전압형 인버터 방식으로 설계, 제작되었다. 그리고 제작된 3상 태양광 인버터 시스템에 대한 실험을 통해 SPWM 파형과 3상 AC 전력을 관찰함으로서 SPWM 기반의 전력변환 기술의 유효성을 확인할 수 있었다. 차후, 본 연구에서 확보된 DSP를 활용한 SPWM 전력변환 기초기술을 기반으로 실질적인 전력제어 및 계통연계 기술 개발에 대한 연구가 계속돼야 하겠다.
이 전력을 DSP의 PWM 기능과 3상 전압형 인버터를 통해 AC 전력을 만들었지만 노이즈가 많이 섞여있으며, 따라서 품질을 높이기 위해 다양한 필터를 사용해 보았다. 이를 통해 RC필터로 품질이 가장 우수한 3상 AC 전력을 얻을 수 있었다.
후속연구
그리고 제작된 3상 태양광 인버터 시스템에 대한 실험을 통해 SPWM 파형과 3상 AC 전력을 관찰함으로서 SPWM 기반의 전력변환 기술의 유효성을 확인할 수 있었다. 차후, 본 연구에서 확보된 DSP를 활용한 SPWM 전력변환 기초기술을 기반으로 실질적인 전력제어 및 계통연계 기술 개발에 대한 연구가 계속돼야 하겠다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
태양광 발전 시스템은 무엇인가?
태양광 발전 시스템이란 태양의 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양전지를 이용하여 전력을 생산 하는 시스템으로 정의된다. 태양광 시스템은 태양전지를 직병렬로 구성한 모듈, 모듈을 조합한 어레이들로 구성된다.
태양광 발전의 최대 특징은 무엇인가?
그래서 주목받는 것이 태양광 발전이다. 참고문헌 [1]에 따르면 화석 연료는 매장량이 앞으로 40 ~ 50년분 정도 남아 있는 유한한 연료인 반면 태양광 발전의 최대 특징은 그 에너지원이 무한하다는 점이다. 화력발전의 경우 연료의 에너지를 100이라 하면, 실제로 집에서 쓸 수 있는 전력은 35정도이다.
태양광 발전이 주목받는 이유는 무엇인가?
화석 에너지는 엄청난 양의 오염 물질을 배출해 인류의 생활 환경자체를 위협한다. 매장량도 한정되어, 사용 가능 기간이 제한되어 있다. 그래서 주목받는 것이 태양광 발전이다.
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