[논문]고전압 태양광 패널용 고효율 단상 태양광 인버터

류형민

doi:10.7471/ikeee.2022.26.4.584

[국내논문] 고전압 태양광 패널용 고효율 단상 태양광 인버터
A High-efficiency Single-phase Photovoltaic Inverter for High-voltage Photovoltaic Panels 원문보기

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.26 no.4, 2022년, pp.584 - 589

류형민 (Dept. of Electrical Engineering, Dong-eui University)

초록
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고전압 태양광 패널에서 단상 계통으로의 직류-교류 전력 변환을 위해 벅부스트 컨버터에 풀브리지 인버터를 종속적으로 연결하는 두 단계의 무변압기 인버터가 주로 사용된다. 태양광 패널의 큰 기생 커패시턴스에 기인하는 과도한 누설 전류를 피하기 위해 풀브리지 인버터는 단극성 PWM에 비해 훨씬 더 많은 전력 손실을 초래하는 양극성 PWM으로만 스위칭할 수 있다. 그런 낮은 효율을 개선하기 위해 본 논문은 벅부스트 컨버터에 회로 절연을 위한 IGBT와 다이오드를 하나씩 추가한 새로운 토폴로지를 제안한다. 제안된 회로 절연 방식은 누설 전류를 증가시키지 않으면서 풀브리지 인버터에서 단극성 PWM을 가능케 함으로써 전체 효율을 개선한다. 제안된 방법의 타당성은 컴퓨터 시뮬레이션과 전력 손실 계산을 통해 검증한다.

Abstract ▼ AI-Helper

For DC-AC power conversion from a high-voltage photovoltaic panel to a single-phase grid, the two-stage transformerless inverter with a buck-boost converter followed by a full-bridge inverter is widely used. To avoid an excessive leakage current due to the large parasitic capacitance of the photovoltaic panel, the full-bridge inverter can only adopt the bipolar PWM which results in much higher power loss compared to the unipolar PWM. In order to overcome such a poor efficiency, this paper proposes a new topology in which an IGBT and a diode for circuit isolation are added to the buck-boost converter. The proposed circuit isolation method allows the unipolar PWM in the full-bridge inverter without any increase in the leakage current so that the overall efficiency can be improved. The validity of the proposed solution is verified by computer simulation and power loss calculation.

주제어

표/그림 (11)

그림 Fig. 1. Conventional single-phase photovoltaic inverter. 그림 1. 기존의 단상 태양광 인버터
표 Table 1. Specifications of 5kW photovoltaic inverter. 표 1. 5kW급 단상 태양광 인버터 사양
그림 Fig. 2. Common mode equivalent circuit. 그림 2. 공통 모드 등가 회로
그림 Fig. 3. Leakage current according to the unipolar PWM. 그림 3. 단극성 PWM에 따른 누설 전류(시뮬레이션)
그림 Fig. 4. Leakage current according to the bipolar PWM. 그림 4. 양극성 PWM에 따른 누설 전류(시뮬레이션)
그림 Fig. 5. Proposed single-phase photovoltaic inverter. 그림 5. 제안된 단상 태양광 인버터
그림 Fig. 6. Operation modes of the proposed buck-boost converter. (a) IGBTs ON, (b) IGBTs OFF. 그림 6. 제안된 벅부스트 컨버터의 동작 모드
표 Table 2. OFF voltages of S1, D1, S6, D6 according to ON/OFF states of S4, S5. 표 2. S4, S5의 온/오프 상태에 따른 S1, D1, S6, D6의 오프 전압
그림 Fig. 7. Simulation results of the proposed method. 그림 7. 제안된 방식의 시뮬레이션 결과
표 Table 3. Part numbers of switching devices. 표 3. 스위칭 소자의 부품 번호
표 Table 4. Power loss calculation results. 표 4. 전력 손실 계산 결과

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Safety of power converters for use in photovoltaic power systems-Part 2: Particular requirements for inverters, IEC 62109-2, 2011.

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