KR101190636B1 - Control method of photovoltaic inverter by setting dynamic voltage and its apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 동적으로 기동전압을 설정하는 태양광 인버터의 제어방법 및 장치에 관한 것이다. 본원의 제1 발명에 따른 동적전압 설정에 의한 태양광 인버터의 제어방법은, 태양광 인버터의 기동과 정지를 제어하는 태양광 인버터의 제어방법에 있어서, 태양광 모듈의 출력전류가 0이 되는 때의 상기 태양광 모듈의 개방전압과, 소정의 히스테리시스 밴드 전압을 합산하여 기동전압 설정치를 출력하는 단계; 및 상기 태양광 모듈의 발전전압이 상기 기동전압 설정치보다 크면 기동신호를 출력하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 설치지역의 기후조건 및 태양광 모듈의 규격 등에 따라 설정을 바꿀 필요 없이 전천후로 기동조건이 자동 설정되며, 이른 기동에 의한 기동과 정지의 반복을 방지함은 물론 늦은 기동에 의한 전력생산 감소를 방지할 수 있어 연간 전력생산량을 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a control method and apparatus for a solar inverter for dynamically setting a starting voltage. The control method of the solar inverter by the dynamic voltage setting according to the first invention of the present application, in the control method of the solar inverter for controlling the start and stop of the solar inverter, when the output current of the solar module becomes zero Summing an open voltage of the photovoltaic module and a predetermined hysteresis band voltage to output a starting voltage set value; And outputting a start signal when the generated voltage of the solar module is greater than the start voltage set value.
According to the present invention, the start condition is automatically set in all weather without changing the setting according to the climatic conditions of the installation region and the specifications of the solar module, and prevents repetition of start and stop by early start, as well as by late start. The reduction in power generation can be prevented, improving the annual power production.
Description
본 발명은 태양광 발전시스템의 작동과 정지를 제어하는 태양광 인버터의 제어방법 및 장치에 관한 것으로서, 구체적으로, 인버터의 기동조건을 결정하는 전압을 동적으로 설정하여 설치지역의 기후조건 및 주변 환경에 관계없이 태양광 발전시스템의 전력생산량을 극대화할 수 있는 동적전압 설정에 의한 태양광 인버터의 제어방법 및 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a control method and apparatus of a solar inverter for controlling the operation and stop of the photovoltaic power generation system, and more specifically, to the climate conditions and the surrounding environment of the installation area by dynamically setting the voltage to determine the start condition of the inverter Regardless of the present invention, the present invention relates to a method and apparatus for controlling a solar inverter by setting a dynamic voltage capable of maximizing power output of a solar power generation system.
일반적으로, 태양광 발전시스템은 태양광 모듈에서 발생된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 태양광 인버터를 포함한다. 태양광 인버터는 일사량이나 기타 주변 환경에 따라 적절한 기동과 정지조건을 갖는다. 태양광 인버터의 효과적인 기동 및 정지를 위해 태양광 인버터 제어장치가 사용된다.In general, a photovoltaic power generation system includes a photovoltaic inverter for converting direct current power generated in the photovoltaic module into alternating current power. Solar inverters have appropriate starting and stopping conditions depending on the amount of solar radiation or other surroundings. A solar inverter control device is used for effective starting and stopping of the solar inverter.
통상적으로, 태양광 발전시스템은 제어용 전원, 케이블에서의 손실, 변환기의 손실 등으로 인하여 자체적인 전력을 소모한다. 따라서 태양광 모듈에서 발생되는 전력에너지가 시스템의 자체 전력소모량보다 작은 경우는 태양광 발전시스템이 동작을 할 수 없다. 또한 태양광 모듈에서 발생되는 전력에너지가 자체 전력소모량보다 충분히 상회하지 않는 경우는, 태양광 발전시스템의 발전단가와 운전에 따른 노후화를 고려할 때 운전을 하지 않는 것이 경제적이다. 따라서 태양광 발전시스템은 태양광 모듈로부터 경제성 있는 수준의 태양광 에너지가 발생할 때 선택적으로 발전동작을 해야 한다.Typically, photovoltaic systems consume their own power due to control power sources, losses in cables, converter losses, and the like. Therefore, if the power energy generated by the solar module is less than the power consumption of the system, the solar power generation system cannot operate. In addition, when the power energy generated in the solar module does not exceed the power consumption of its own sufficiently, it is economical not to operate in consideration of the generation cost of the solar power generation system and aging due to the operation. Therefore, the photovoltaic power generation system must selectively generate power when the solar energy is generated at an economical level.
계통연계형 태양광 발전시스템은 매일 아침 일사량이 적절히 확보되면 자동적으로 기동하여야 하고, 날씨의 변화나 일몰 등에 의하여 경제적 일사량이 확보되지 못하면 자동적으로 정지를 시켜야만 한다. 운전 중에 태양광 모듈로부터 발생되는 전력량은 쉽게 검출할 수 있으므로 태양광 발전시스템의 정지조건은 간단하고 명확하게 구현이 가능하다.Grid-connected photovoltaic power generation system should start automatically every morning when the solar radiation is properly secured and stop automatically when the economic solar radiation cannot be secured due to weather changes or sunsets. Since the amount of power generated from the solar module during operation can be easily detected, the stopping condition of the solar power generation system can be easily and clearly implemented.
그러나 정지상태에 있는 태양광 발전시스템에서 검출할 수 있는 데이터는 태양광 모듈의 개방전압(VOC)과 표면온도(TPV) 또는 주변온도(TAMBI) 정도로서, 태양광 모듈로부터 발생되는 전력량을 정확하게 예측하는 것이 용이하지 않다. 태양광 발전시스템을 기동시킬 때 태양광 모듈로부터 발생되는 전력량을 정확하게 예측하지 못하는 경우, 너무 이른 기동에 따른 기동/정지의 반복으로 인해 태양광 발전시스템의 열화가 발생할 수 있다. 반대로 너무 늦은 기동은 전력생산의 감소를 가져올 수 있다.However, the data that can be detected in a stationary photovoltaic system is about the open circuit voltage (V OC ) and the surface temperature (T PV ) or ambient temperature (T AMBI ) of the photovoltaic module. It is not easy to predict correctly. If the power generation from the photovoltaic module is not accurately predicted when starting the photovoltaic power generation system, deterioration of the photovoltaic power generation system may occur due to repetition of start / stop due to an early start. On the contrary, too late maneuvers can lead to a reduction in power production.
기존의 기동방법은 태양광 발전시스템을 설치하는 지역조건에 맞는 설정전압을 경험적으로 정하고, 태양광 인버터의 제어장치가 미리 정해진 고정전압에 다다를 때 인버터를 기동하였다. 이와 같이 기동전압을 고정 설정하는 경우 통상 해당 지역의 모든 온도조건에 대하여 너무 이른 기동을 회피하기 위하여 기동전압을 충분히 높게 설정한다.The conventional starting method empirically sets the set voltage suitable for the local conditions for installing the photovoltaic power generation system, and starts the inverter when the control device of the solar inverter reaches a predetermined fixed voltage. When the starting voltage is fixed in this way, the starting voltage is usually set high enough to avoid premature starting for all temperature conditions in the area.
도 5는 인버터의 기동전압을 고정한 경우를 시뮬레이션한 출력전력-전압 특성곡선 그래프로서, 기동전압(VCut_in)을 600V로 고정한 예를 보여준다. 여기서 태양광 모듈에서 발생되는 전력이 1000W일 때를 경제적 한계로 가정한다. 도 5의 시뮬레이션 결과를 보면, 태양광 모듈의 표면온도가 섭씨 0도보다 높은 경우는 정상적으로 기동이 이루어지지만, 태양광 모듈의 표면온도가 섭씨 -20도인 겨울 혹한기의 경우는 태양광 모듈에서 발생되는 전력이 약 500W 정도가 되어서 기동과 정지가 반복되는 사고가 발생할 수 있다.FIG. 5 is a graph illustrating an output power-voltage characteristic curve simulating the case in which the starting voltage of the inverter is fixed, and shows an example in which the starting voltage V Cut_in is fixed at 600V. In this case, it is assumed that the economical limit when the power generated from the solar module is 1000W. Referring to the simulation result of FIG. 5, when the surface temperature of the photovoltaic module is higher than 0 degrees Celsius, the starting is performed normally, but in the case of the winter cold season when the surface temperature of the photovoltaic module is -20 degrees Celsius, The power is about 500W, which can lead to repeated start and stop.
한편, 태양광 모듈의 표면온도가 섭씨 25도보다 높은 경우는 너무 기동이 늦어져서 전력생산의 감소를 가져온다. 최악의 경우, 여름 혹서기에 태양광 모듈의 표면온도가 섭씨 75도까지 상승하였을 때 어떤 이유에 의하여 태양광 발전시스템이 정지한 경우는 최대 45kW의 전력이 발생될 때까지 재가동을 못하는 문제가 발생할 수 있다. 이는 연간 전력생산량에 막대한 손실을 가져올 수 있다.On the other hand, if the surface temperature of the photovoltaic module is higher than 25 degrees Celsius, the start up is too late, resulting in a decrease in power production. In the worst case, if the photovoltaic system is stopped for some reason when the surface temperature of the photovoltaic module rises to 75 degrees Celsius during the summer heat, it may not be possible to restart it until the power of up to 45kW is generated. have. This can result in huge losses in annual power output.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 인버터의 기동전압을 정지조건과 관련하여 동적으로 설정함으로써, 이른 기동에 의한 기동과 정지 반복을 방지함은 물론 늦은 기동에 의한 전력생산 감소를 방지하여 궁극적으로는 태양광 발전시스템의 연간 전력생산량을 극대화할 수 있는 동적전압 설정에 의한 태양광 인버터의 제어방법 및 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
The present invention has been proposed to solve the above problems, and by dynamically setting the start voltage of the inverter in relation to the stop condition, it is possible to prevent the start and stop repetition caused by the early start as well as to reduce the power production by the late start. The purpose of the present invention is to provide a method and apparatus for controlling a solar inverter by setting a dynamic voltage, which can ultimately maximize the annual power output of the solar power generation system.
본원의 제1 발명에 따른 동적전압 설정에 의한 태양광 인버터의 제어방법은, 태양광 인버터의 기동과 정지를 제어하는 태양광 인버터의 제어방법에 있어서, 태양광 모듈의 출력전류가 0이 되는 때의 상기 태양광 모듈의 개방전압과, 소정의 히스테리시스 밴드 전압을 합산하여 기동전압 설정치를 출력하는 단계; 및 상기 태양광 모듈의 발전전압이 상기 기동전압 설정치보다 크면 기동신호를 출력하는 단계를 포함한다.The control method of the solar inverter by the dynamic voltage setting according to the first invention of the present application, in the control method of the solar inverter for controlling the start and stop of the solar inverter, when the output current of the solar module becomes zero Summing an open voltage of the photovoltaic module and a predetermined hysteresis band voltage to output a starting voltage set value; And outputting a start signal when the generated voltage of the solar module is greater than the start voltage set value.
바람직하게는, 상기 기동전압 설정치를 출력하는 단계의 수행 전에, 상기 태양광 모듈의 현재 온도와 상기 태양광 인버터의 정지시 온도 간의 온도차와 상기 태양광 모듈의 온도계수를 곱하여 보정온도계수를 출력하는 단계; 및 상기 태양광 모듈의 개방전압과 상기 보정온도계수를 곱하여 보정전압을 출력하는 단계를 더 포함하고, 상기 태양광 모듈의 개방전압과, 상기 히스테리시스 밴드 전압의 합산시에 상기 보정전압을 추가할 수 있다.Preferably, before performing the step of outputting the starting voltage set value, and outputs a correction temperature coefficient by multiplying the temperature difference between the current temperature of the solar module and the temperature when the solar inverter is stopped and the temperature coefficient of the solar module step; And outputting a correction voltage by multiplying the open voltage of the photovoltaic module by the correction temperature coefficient, and adding the correction voltage when the open voltage of the photovoltaic module and the hysteresis band voltage are added together. have.
바람직하게는, 상기 태양광 모듈의 전압과 전류를 곱하여 발전전력을 연산하는 단계; 및 상기 발전전력이 소정의 정지전력 설정치보다 작으면 정지신호를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.Preferably, calculating the power generation by multiplying the voltage and the current of the solar module; And outputting a stop signal when the generated power is smaller than a predetermined stop power set value.
바람직하게는, 상기 보정온도계수를 출력하는 단계는, 상기 태양광 모듈의 현재 온도와 상기 태양광 인버터의 정지시 온도 간의 온도차를 감산하는 단계; 및 상기 온도차와 상기 태양광 모듈의 온도계수를 곱하는 단계를 포함한다.Preferably, the outputting of the correction temperature coefficient may include subtracting a temperature difference between a current temperature of the solar module and a temperature when the solar inverter is stopped; And multiplying the temperature difference by a temperature coefficient of the photovoltaic module.
바람직하게는, 상기 태양광 모듈의 현재 온도는 상기 태양광 모듈의 표면온도 또는 주변온도이다.Preferably, the current temperature of the solar module is the surface temperature or the ambient temperature of the solar module.
또한, 본원의 제2 발명에 따른 동적전압 설정에 의한 태양광 인버터의 제어장치는, 태양광 인버터의 기동과 정지를 제어하는 태양광 인버터의 제어장치에 있어서, 태양광 모듈의 출력전력이 기 설정된 정지전력 설정치보다 작으면 태양광 인버터의 정지신호를 출력하는 정지회로부; 및 상기 태양광 모듈의 현재 온도와 상기 태양광 인버터의 정지시 온도간의 온도차를 반영하여 상기 태양광 인버터의 기동신호를 출력하는 기동회로부를 포함한다.In addition, the control device of the solar inverter by the dynamic voltage setting according to the second invention of the present application, in the control device of the solar inverter for controlling the start and stop of the solar inverter, the output power of the solar module is preset A stop circuit unit outputting a stop signal of the solar inverter when the stop power is smaller than the set value; And a start circuit unit for outputting a start signal of the solar inverter by reflecting a temperature difference between a current temperature of the solar module and a temperature when the solar inverter is stopped.
바람직하게는, 상기 기동회로부는, 상기 태양광 모듈의 현재 온도에서 상기 태양광 인버터의 정지시 온도를 감산하는 감산기; 상기 감산기의 출력과 상기 태양광 모듈의 온도계수를 곱하는 제1 곱셈기; 상기 태양광 모듈의 개방전압과 상기 곱셈기의 출력을 곱하는 제2 곱셈기; 상기 태양광 모듈의 개방전압과 소정의 히스테리시스 밴드 전압 그리고 제2 곱셈기의 출력을 합산하여 기동전압 설정치를 출력하는 가산기; 및 상기 태양광 모듈의 발전전압이 상기 기동전압 설정치보다 크면 기동신호를 출력하는 비교기를 포함할 수 있다.
Preferably, the starting circuit unit, a subtractor for subtracting the temperature when the solar inverter is stopped at the current temperature of the solar module; A first multiplier that multiplies the output of the subtractor by the temperature coefficient of the solar module; A second multiplier that multiplies the open voltage of the photovoltaic module by the output of the multiplier; An adder configured to add an open voltage of the solar module, a predetermined hysteresis band voltage, and an output of a second multiplier to output a starting voltage set value; And a comparator for outputting a start signal when the power generation voltage of the solar module is greater than the start voltage set value.
본 발명의 동적전압 설정에 의한 태양광 인버터의 제어방법 및 장치에 따르면, 태양광 인버터의 정지시 조건을 이용하여 인버터의 기동조건을 결정하고, 태양광 인버터의 정지시 온도가 태양광 모듈의 표면온도 또는 주변온도와 다를 경우에는 기동전압 온도계수를 이용하여 기동전압을 동적으로 설정함으로써, 설치지역의 기후조건에 따라 기동전압을 가변할 필요가 없고, 기동전압을 고정 설정하는 것과 비교하여 이른 기동에 의한 기동과 정지의 반복을 방지할 수 있음은 물론 늦은 기동에 의한 전력생산의 감소 역시 방지할 수 있어서, 궁극적으로는 태양광 발전시스템의 연간 전력생산량을 크게 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
According to the method and apparatus for controlling a solar inverter according to the dynamic voltage setting of the present invention, the starting condition of the inverter is determined by using the stop condition of the solar inverter, and the temperature at the stop of the solar inverter is determined by the surface of the solar module. When the temperature is different from the ambient temperature, the starting voltage is dynamically set using the starting voltage thermometer, so that the starting voltage does not need to be changed according to the climatic conditions of the installation region, and the starting voltage is earlier than the fixed setting of the starting voltage. It is possible to prevent the repetition of the start and stop by the as well as to prevent the reduction of the power production by the late start, ultimately has the effect that can greatly increase the annual power output of the photovoltaic system.
도 1은 시뮬레이션에 사용된 태양광 모듈의 외관 사진,
도 2는 일사량이 100%(1000W/m2)일 때 태양광 모듈의 특성 시뮬레이션 예를 보인 그래프,
도 3은 표면온도가 섭씨 25도일 때 다양한 일사조건에서 태양광 모듈의 특성 시뮬레이션 예를 보인 그래프,
도 4는 본 발명에 따라 기동전압 동적 설정시 출력전력-전압 특성 그래프,
도 5는 본 발명의 비교 실시예에 따른 종래 기동전압 고정시 출력전력-전압 특성 그래프, 및
도 6은 본 발명에 따른 태양광 인버터 제어시스템을 예시한 구성도이다.1 is an appearance photo of a solar module used in the simulation,
Figure 2 is a graph showing an example of the characteristics simulation of the solar module when the amount of
3 is a graph showing an example of characteristics simulation of a solar module under various solar conditions when the surface temperature is 25 degrees Celsius,
4 is a graph illustrating an output power-voltage characteristic when dynamic start voltage is set according to the present invention;
5 is a graph of output power-voltage characteristics when fixing a conventional starting voltage according to a comparative embodiment of the present invention, and
6 is a configuration diagram illustrating a solar inverter control system according to the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and the same or corresponding components will be denoted by the same reference numerals regardless of the reference numerals and redundant description thereof will be omitted.
통상적으로 태양광 모듈은 일사조건과 온도조건에 따라 전압-전류 특성이 달라진다. 태양광 모듈의 특성을 파악하기 위하여 시뮬레이션 모델을 이용할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 시뮬레이션에서 사용하는 태양광 모듈은 규소결정형 BP 365 solar cell을 35개 직렬 접속한 스트링을 48개 병렬로 접속하는 구성이다. 당해 모델은 STC 조건(주변온도 25도, 기단 1.5mm, 1000W/ 평방미터)에서 약 110kWp의 전력을 생산한다. 도 1은 시뮬레이션에 사용된 BP365 solar cell의 외관 사진이다.
In general, a solar module has a voltage-current characteristic that varies depending on solar radiation and temperature conditions. Simulation models can be used to characterize the solar modules. The photovoltaic module used in the simulation according to an embodiment of the present invention is configured to connect in parallel 48 strings in which 35 silicon crystal BP 365 solar cells are connected in series. The model produces about 110 kWp at STC conditions (25 ° C ambient, 1.5 mm base, 1000 W / m 2). 1 is a photograph of the appearance of a BP365 solar cell used in a simulation.
도 2a 및 2b는 일사량이 1000W/m2인 일사조건에서 규소결정형 태양광 모듈의 표면온도가 섭씨 -20도에서 섭씨 +75도까지 변화할 때 각각 전류-전압 특성곡선 및 출력전력-전압 특성곡선이다.2A and 2B show a current-voltage characteristic curve and an output power-voltage characteristic curve when the surface temperature of the silicon crystal solar module changes from -20 degrees Celsius to +75 degrees Celsius under insolation conditions in which solar radiation is 1000 W / m 2 . to be.
시뮬레이션 결과에 따르면, 태양광 모듈의 표면온도의 증가에 따라 모듈의 개방전압 VOC는 감소하며, 단락전류 ISC는 반대로 증가한다. 그러나 규소결정형 태양광 모듈은 전형적으로 개방전압의 온도계수의 절대값이 단락전류의 온도계수에 비하여 상대적으로 매우 작다. 예를 들어 규소결정형 BP365 solar cell은 개방전압의 온도계수가 약 -3.6%/섭씨온도인데 반하여 단락전류의 온도계수는 약 0.065%/섭씨온도이다.According to the simulation results, as the surface temperature of the solar module increases, the open circuit voltage V OC of the module decreases and the short circuit current I SC increases inversely. However, silicon crystal photovoltaic modules typically have a very small absolute value of the open circuit temperature coefficient compared to the short circuit current temperature coefficient. For example, the silicon crystal BP365 solar cell has an open-temperature temperature coefficient of about -3.6% / degree Celsius, while the short-circuit current temperature of about 0.065% / degrees C.
도 2b에 따르면, 최대전력이 발생하는 MPP(Maximum Power Point) 전압은 태양광 모듈의 표면온도에 반비례하며 500Vdc~710Vdc의 범위임을 알 수 있다. 이는 모듈의 표면온도가 섭씨 10도 증가할 때 모듈의 MPP 전압이 약 22V 감소하는 것으로, 약 -0.3%/섭씨온도 정도의 온도계수를 갖는다. 결국, 같은 일사조건에서 태양광 모듈의 표면온도가 내려갈수록 발생되는 최대전력의 값이 증가하지만, 실제의 기후조건에서는 표면온도가 내려가는 겨울철에는 일사량이 감소하는 경향이 있으므로 낮은 표면온도에서 태양광 모듈에서 발생하는 최대전력은 일반적으로 작아진다.
According to FIG. 2B, it can be seen that the maximum power point (MPP) voltage at which maximum power is generated is inversely proportional to the surface temperature of the solar module and is in the range of 500 Vdc to 710 Vdc. This means that when the surface temperature of the module increases by 10 degrees Celsius, the module's MPP voltage decreases by about 22V, which has a temperature coefficient of about -0.3% / degree Celsius. As a result, the value of maximum power generated increases as the surface temperature of the solar module decreases under the same solar condition, but the solar module tends to decrease in winter when the surface temperature decreases under actual climatic conditions. The maximum power generated at is generally small.
도 3a 및 3b는 규소결정형 태양광 모듈의 표면온도가 섭씨 25도인 온도조건에서 일사량이 200W/m2에서 1000W/m2까지(20%~100%) 다양하게 바뀔 때 각각 전류-전압 특성곡선 및 출력전력-전압 특성곡선이다.3A and 3B show current-voltage characteristic curves when the solar radiation varies from 200 W / m 2 to 1000 W / m 2 (20% to 100%) at a temperature of 25 degrees Celsius. Output power-voltage characteristic curve.
도 2의 결과와 달리 일사량의 변화에 따라 MPP 전압의 변화폭은 그다지 크지 않으며, 반대로 최대전력의 크기는 일사량에 비례하여 크게 변한다. 즉 태양광 모듈의 표면에 가해지는 일사량이 80% 감소할 때 MPP 전압은 610V에서 570V까지 감소하여 그 차이가 40V 정도로써 약 6.6% 정도만 낮아지지만 최대출력전력은 비례적으로 거의 80% 감소한다.Unlike the result of FIG. 2, the variation of the MPP voltage is not very large according to the change in the amount of insolation, whereas the magnitude of the maximum power varies in proportion to the amount of insolation. In other words, when the amount of solar radiation applied to the surface of the solar module is reduced by 80%, the MPP voltage decreases from 610V to 570V, and the difference is about 40V, which is only about 6.6% lower, but the maximum output power decreases by nearly 80%.
이와 같은 분석 결과를 고려할 때, MPP 전압의 운전범위는 태양광 발전시스템을 설치하는 지역의 기후환경과 밀접하게 관련되어 있음을 알 수 있다. 예를 들어 한국의 기후조건에서는 태양광 모듈의 표면온도가 섭씨 -20도까지 내려가는 개연성이 있는 지역도 있다. 반대로 한여름의 낮에는 태양광 모듈의 표면온도가 섭씨 75도까지 상승할 수도 있다. 이러한 기후환경에서 규소결정형 태양광 모듈을 사용하는 태양광 발전시스템에서 MPP 전압의 범위는 태양광 모듈의 표면온도가 주요변수가 되며, 본 발명의 실시예에 따르면 약 500V에서 710V의 운전범위가 적절하다.Considering these results, it can be seen that the operating range of the MPP voltage is closely related to the climatic environment of the region where the solar power generation system is installed. For example, in Korea, there are probable areas where the surface temperature of solar modules drops to -20 degrees Celsius. Conversely, during midsummer, the surface temperature of a solar module may rise to 75 degrees Celsius. In the photovoltaic power generation system using the silicon crystalline solar module in such a climatic environment, the surface temperature of the photovoltaic module is the main variable, and the operating range of about 500V to 710V is appropriate according to the embodiment of the present invention. Do.
위와 같은 결과로부터 태양광 인버터의 기동전압을 고정값으로 설정하는 경우, 기후조건이나 모듈의 표면온도 등에 의한 영향으로 이른 기동에 의한 기동과 정지를 반복하거나, 늦은 기동에 의한 전력생산의 감소가 유발될 수 있음을 알 수 있다.If the start voltage of the solar inverter is set to a fixed value from the above results, the start and stop by the early start is repeated due to the influence of climatic conditions or the surface temperature of the module, or the decrease in power production due to the late start is caused. It can be seen that.
따라서, 본 발명에서는 기동전압을 동적으로 설정하는 방법을 제안한다.
Therefore, the present invention proposes a method for dynamically setting the starting voltage.
도 4는 본 발명에 따른 기동전압 동적 설정시 출력전력-전압 특성곡선이다.4 is an output power-voltage characteristic curve when the starting voltage is dynamically set according to the present invention.
여기서 태양광 모듈에서 발생되는 전력의 경제적 한계값은 1000W로 가정한다(즉, PCut _ in = 1000W). 도 4에서 각 커브들은 태양광 모듈 표면의 다양한 온도조건에서 발생전력이 PCut _ in 1000W를 상회하도록 일사량을 맞추어준 것이다. 본 발명의 태양광 인버터 제어방법 및 장치는 도 4에서와 같이 기동전압(VCut _ in)을 태양광 모듈 표면의 다양한 온도조건에 따라 가변적으로 설정하여 태양광 발전시스템의 경제성 있는 기동을 실현한다.It is assumed here that the economic limit of power generated by the solar module is 1000W (ie P Cut _ in = 1000W). In FIG. 4, the curves are set such that the generated power exceeds P Cut _ in 1000W at various temperature conditions of the surface of the solar module. To variably set the start voltage (V Cut _ in) for different temperature conditions of the PV module surface, such as how the solar inverter control of the present invention and the apparatus in Figure 4, to achieve the economics start with a solar power system .
도 4의 출력전력-전압 특성곡선을 보면, 태양광 모듈 표면온도의 감소에 따라 기동전압(VCut _ in) 레벨은 증가한다. 이하의 설명에서는 이와 같이 기동전압을 결정하는 태양광 모듈의 표면온도와 관련된 인자를 "기동전압 온도계수"라 칭하기로 한다.The output power of 4 - see the voltage curves, a PV module surface reducing the start voltage (V Cut _ in) level according to the temperature increase. In the following description, the factors related to the surface temperature of the photovoltaic module for determining the starting voltage as described above will be referred to as "starting voltage temperature coefficient".
기동전압 온도계수는 해당 태양광 모듈의 개방전압 온도계수(약 -0.36%/섭씨온도)와 관련이 있다. 그러나 개방전압 온도계수는 일정한 일사량을 조건으로 한 것에 비하여 기동전압 온도계수는 일정한 MPP 전력을 조건으로 하였기 때문에 약간 차이가 있다.The starting voltage temperature coefficient is related to the open voltage temperature coefficient (approximately -0.36% / degrees C) of the corresponding solar module. However, the open-voltage temperature coefficient is slightly different because the starting voltage temperature coefficient is conditional on the constant MPP power, compared to the condition on constant solar radiation.
실제로 기동전압 온도계수는 해당 태양광 모듈의 개방전압 온도계수(약 -0.36%/섭씨온도)와 단락전류 온도계수(약 0.065%/섭씨온도)를 더한 값과 유사하다. 따라서 태양광 발전시스템의 기동전압을 기동전압 온도계수에 의하여 온도에 따라 보정하여 가변적으로 설정한다면 기동/정지 반복사고가 없이 경제적인 기동이 가능하다.
In practice, the starting voltage temperature coefficient is similar to the open-voltage temperature coefficient (approximately -0.36% / degrees Celsius) and the short-circuit current temperature coefficient (approximately 0.065% / degrees C) of the solar module. Therefore, if the starting voltage of the photovoltaic power generation system is adjusted according to the temperature according to the starting voltage temperature coefficient and is set variably, economical starting is possible without repeated start / stop accidents.
도 5는 본 발명의 비교 실시예에 따른 기동전압 고정 설정시 출력전력-전압 특성곡선으로서, 태양광 모듈의 기동전압을 Vcut-in = 600V로 고정하여 설정한 경우이다.5 is an output power-voltage characteristic curve when the starting voltage is fixed according to the comparative embodiment of the present invention, and is set when the starting voltage of the solar module is fixed to Vcut-in = 600V.
여기서, 태양광 모듈에서 발생되는 전력이 1000W일 때를 경제적 한계로 가정한다. 도 5에 따르면, 태양광 모듈의 표면온도가 섭씨 0도 보다 높은 경우는 정상적으로 기동이 이루어지지만, 태양광 모듈의 표면온도가 섭씨 -20도인 겨울 혹한기의 경우에는 태양광 모듈에서 발생되는 전력이 약 500W 미만이어서 기동/정지가 반복되는 사고가 발생될 수 있다. 한편, 태양광 모듈의 표면온도가 섭씨 25도보다 높은 경우에는 기동이 너무 늦어지게 되어 전력생산이 감소하게 된다. 최악의 경우, 여름 혹서기에 태양광 모듈의 표면 온도가 섭씨 75도까지 상승하였을 때 어떤 이유로 태양광 발전 시스템이 정지한 경우에는 최대 4.5kW의 전력이 발생될 때까지 재가동을 못하는 문제가 발생하고, 이는 연간 전력생산량에 막대한 손실을 가져오게 하는 요인이 된다.
Here, it is assumed that the economical limit when the power generated in the solar module is 1000W. According to FIG. 5, when the surface temperature of the photovoltaic module is higher than 0 degrees Celsius, starting is normally performed. However, in the case of a winter cold season in which the surface temperature of the photovoltaic module is -20 degrees Celsius, the power generated by the photovoltaic module is about Since it is less than 500W, accidents such as repeated start / stop may occur. On the other hand, if the surface temperature of the photovoltaic module is higher than 25 degrees Celsius, the start is too late, the power production is reduced. In the worst case, when the surface temperature of the solar module rises to 75 degrees Celsius during the summer heat, if the solar power system is stopped for some reason, it can not be restarted until the maximum power of 4.5 kW is generated. This is a factor that causes huge losses in annual power output.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 인버터 제어시스템 구성도이다.6 is a block diagram of a solar inverter control system according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 인버터 제어시스템은 정지회로부(10)와 기동회로부(30)로 구성된다. 정지회로부(10)는 태양광 인버터의 구동을 정지시키기 위한 정지신호를 발생하며, 기동회로부(30)는 태양광 인버터를 기동시키기 위한 기동신호를 발생한다. 이하 정지회로부(10)와 기동회로부(30)의 구성 및 작용관계에 대하여 설명하면 다음과 같다.Referring to FIG. 6, the solar inverter control system according to the exemplary embodiment of the present invention includes a
본 발명의 일실시예에 따른 정지회로부(10)는 태양광 인버터에 공급되는 태양광 모듈의 전압(VPV)과 전류(IPV)를 곱셈기(12, Multiplier)로 곱하여 발전전력 PPV를 연산한다. 감산기(14, Subtracter)는 발전전력 PPV에서 기설정된 정지전력 설정치 PCut_out*을 감산하고, 정지비교기(16)는 감산기(14)의 출력이 0보다 작으면 정지신호를 출력한다. 즉, 일몰 때가 되든가 구름 그림자 등에 의하여 태양광 모듈의 발전전력 PPV가 기설정되어 있는 정지전력 설정치 PCut _ out*보다 작아지면, 정지감산기(14)에서 출력이 발생한다. 정지비교기(16)는 정지신호를 출력하여 태양광 인버터의 구동을 정지시킬 수 있다.The
이때, 정지비교기(16)의 출력은 지연부(18)에서 소정시간 지연된다. 지연부(18)에서 지연된 정지신호는 두 개의 샘플/홀더(20, 22)를 동작시킨다. 샘플/홀더(20, 22)는 태양광 인버터가 정지된 상태의 조건들을 샘플링하여 기억하기 위한 소자이다. 즉, 샘플/홀더(20)는 태양광 인버터의 정지 후 태양광 모듈의 출력전류 IPV가 영(zero)이 된 조건에서 태양광 모듈의 개방전압(VPV ( stop )=VOC)을 VCut _ out _ Freeze로 기억시킨다. 샘플/홀더(22)는 동일한 조건에서 태양광 모듈의 표면온도(TPV) 또는 주변온도(TAMBI)를 TCut_out_Freeze로 기억시킨다.
At this time, the output of the
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 인버터의 기동 조건에 대하여 설명하기로 한다.Next, starting conditions of the solar inverter according to an embodiment of the present invention will be described.
구름 그림자가 걷혀지거나 일출 등에 의하여 태양광 모듈의 발전전력이 증가하면 태양광 인버터를 기동할 필요가 있다. 그러나 태양광 인버터가 정지인 상태에서 태양광 모듈의 출력전류는 영이므로 발전전력을 검출할 수 없다. 따라서 태양광 모듈의 개방전압(VOC=VPV ( stop ))을 이용하여 태양광 인버터의 기동조건을 추정할 필요가 있다.It is necessary to start the solar inverter when the power generation of the photovoltaic module is increased due to the cloud shadow being rolled out or sunrise. However, since the output current of the solar module is zero while the solar inverter is stopped, the generated power cannot be detected. Therefore, it is necessary to estimate the starting condition of the solar inverter using the open circuit voltage (V OC = V PV ( stop ) ) of the solar module.
본 발명의 일실시예에 따른 태양광 인버터 제어시스템은 정지신호 발생하고 소정 지연시간이 경과한 후, 기동전압(VCut _ in*)을 동적으로 설정할 지 여부를 결정한다. 이를 위하여 제어시스템은 태양광 모듈의 발전전력이 다시 증가할 때의 온도조건을 판단한다. The solar inverter control system according to an embodiment of the present invention determines whether the start voltage V Cut _ in * is dynamically set after the stop signal is generated and a predetermined delay time elapses. To this end, the control system determines the temperature condition when the power generation of the solar module increases again.
만일, 발전전력이 다시 증가할 때의 온도(TPV 또는 TAMBI)가 샘플/홀더(22)에 의해 기억된 태양광 인버터 정지시의 온도(TCut _ out _ Freeze)와 같다면, 태양광 인버터의 기동전압(VCut _ in*)은 수학식1과 같이 결정할 수 있다. If the temperature T PV or T AMBI when the generated electric power is increased again is equal to the temperature T Cut _ out _ Freeze at the time of stopping the solar inverter stored by the sample /
즉, 가산기(38, Adder)는 태양광 인버터의 정지 후 태양광 모듈의 출력전류(IPV)가 영(zero)이 된 조건에서 태양광 모듈의 개방전압(VCut _ out _ Freeze)과, 태양광 인버터의 기동과 정지가 반복되는 것을 회피하기 위해 가산되는 히스테리시스 밴드 전압(VDelta)을 합산하여 기동전압(VCut _ in*)을 출력한다.That is, the adder 38 (Adder) and the open circuit voltage (V Cut _ out _ Freeze ) of the photovoltaic module under the condition that the output current (I PV ) of the photovoltaic module becomes zero after the solar inverter is stopped, In order to avoid repeated start and stop of the solar inverter, the added hysteresis band voltage V Delta is added to output the start voltage V Cut _ in *.
그리고 감산기(40)는 발전전압(VPV ( stop )=VOC)에서 기동전압(VCut _ in*)을 감산하여 출력하고, 비교기(42)는 감산기(40)의 출력이 0보다 큰 경우 기동신호를 발생시킨다.The
그러나, 만일 태양광 모듈의 발전전력이 다시 증가할 때의 온도조건(TPV)이 태양광 인버터의 정지시의 온도(TCut - out - freeze)와 다르다면, 태양광 인버터의 기동전압(VCut-in*)은 수학식2와 같이 기동전압 온도계수에 따른 보정을 수행할 필요가 있다.However, if the temperature condition (T PV ) when the generated power of the solar module increases again is different from the temperature (T Cut - out - freeze ) when the solar inverter is stopped, the starting voltage of the solar inverter (V Cut-in *) needs to perform correction according to the starting voltage temperature coefficient as shown in Equation (2).
여기서, CT , Start는 태양광 모듈의 기동전압 온도계수이며, CT는 태양광 모듈의 개방전압 온도계수이고, T는 태양광 모듈의 표면온도(TPV) 또는 주변온도(TAMBI)이다. 이때 CT는 다른 온도계수 요인도 포함될 수 있다. 또한 온도(T)는 태양광 모듈의 표면온도(TPV)를 검출하면 더욱 정밀하지만 주변온도(TAMBI)를 검출하여 사용하여도 충분하다.Here, C T , Start is the starting voltage temperature coefficient of the solar module, C T is the open voltage temperature coefficient of the solar module, T is the surface temperature (T PV ) or the ambient temperature (T AMBI ) of the solar module. . In this case, C T may include other temperature coefficient factors. In addition, the temperature T is more accurate when the surface temperature T PV of the solar module is detected, but it is sufficient to detect and use the ambient temperature T AMBI .
도 6에서와 같이 정지회로부(10)의 샘플/홀더(22)의 출력인 태양광 인버터의 정지시 온도(TCut _ out _ Freeze)가 감산기(32)로 입력되고, 감산기(32)는 현재 온도(T)에서 태양광 인버터의 정지시 온도(TCut _ out _ Freeze)를 감산하여 온도차를 출력한다. 그리고 온도계수 보정부(34)는 개방전압 온도계수와 감산기(32)로부터 출력되는 온도차를 곱하여 보정온도계수를 출력한다. 곱셈기(36)는 온도계수 보정부(34)로부터 출력되는 보정온도계수와 샘플/홀더(20)로부터 출력되는 태양광 인버터의 정지시 전압(VCut_out_Freeze)을 곱하여 보정전압(VCut _ out _ Freeze × CT × (T-TCut _ out _ Freeze))을 출력한다. 가산기(38)는 태양광 인버터의 정지시 전압(VCut _ out _ Freeze)과, 보정전압(VCut _ out _ Freeze × CT × (T-TCut _ out _ Freeze)) 그리고, 히스테리시스 밴드 전압(VDelta)을 가산하여 출력함으로써 기동전압(VCut _ in*)을 결정할 수 있다. As shown in FIG. 6, the temperature T Cut _ out _ Freeze of the solar inverter, which is the output of the sample /
그리고 감산기(40)는 발전전압(VPV ( stop )=VOC)에서 기동전압(VCut _ in*)을 감산하여 출력하고, 비교기(42)는 감산기(40)의 출력이 0보다 큰 경우 기동신호를 발생시킨다. 즉, 태양광 모듈의 발전전압(VPV ( stop )=VOC)이 기동전압(VCut _ in*)보다 높을 경우 기동신호를 출력하여 태양광 인버터를 기동한다.
The
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 인버터 제어시스템은 아날로그IC를 사용하여 구성한 예를 보이지만, 본 발명은 디지털 회로나 프로그램 소프트웨어 등으로 구현할 수도 있다.As shown in Figure 6, the solar inverter control system according to an embodiment of the present invention shows an example configured using an analog IC, the present invention can also be implemented by digital circuits, program software and the like.
이와 같이 이하에서 설명되는 "~부"와 같은 구성들은 어떤 역할들을 수행하는 구성요소이며, 소프트웨어 또는 FPGA(Field-Programmable Gate Array)나 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어 구성요소를 의미한다. 그렇지만, "~부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. 예컨대, "~부"는 어드레싱할 수 있는 저장매체에 구성될 수도 있고, 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 일예로서, "~부"는 어떤 프로세스들, 함수들, 속성들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 펌웨어, 마이크로코드, 데이터베이스, 변수들을 포함할 수 있다. 또한, "~부"는 더 큰 구성요소 또는 "~부"에 포함되거나, 더 작은 구성요소들 및 "~부"들을 포함할 수 있다. 또한, "~부"는 자체적으로 독자적인 CPU를 가질 수도 있다.As described below, components such as "~" are components that perform certain roles, and mean software components or hardware components such as a field-programmable gate array (FPGA) or an application specific integrated circuit (ASIC). However, "~ part" is not meant to be limited to software or hardware. For example, " ~ " may be configured in an addressable storage medium or may be configured to play one or more processors. As an example, "~ part" may include certain processes, functions, properties, subroutines, segments of program code, firmware, microcode, database, variables. Further, "~ part" may be included in a larger component or "~ part" or may include smaller components and "~ part". Also, "~ part" may have its own CPU.
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
The present invention is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is common knowledge in the technical field of the present invention that various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those who have
10 : 정지회로부 12 : 곱셈기
14 : 감산기 16 : 정지비교기
18 : 지연부 20, 22 : 샘플/홀더
30 : 기동회로부 32 : 감산기
34 : 온도계수 보정부 36 : 곱셈기
38 : 가산기 40 : 감산기
42 : 기동비교기10: stop circuit part 12: multiplier
14: subtractor 16: static comparator
18:
30: start circuit 32: subtractor
34: temperature coefficient correction unit 36: multiplier
38: adder 40: subtractor
42: mobile comparator
Claims (7)
태양광 모듈의 현재 온도와 상기 태양광 인버터의 정지시 상기 태양광 모듈의 온도 간의 온도차와 상기 태양광 모듈의 온도계수를 곱하여 보정온도계수를 출력하는 단계;
상기 태양광 모듈의 개방전압과 상기 보정온도계수를 곱하여 보정전압을 출력하는 단계;
상기 태양광 모듈의 출력전류가 0이 되는 때의 상기 태양광 모듈의 개방전압과, 소정의 히스테리시스 밴드 전압과, 상기 보정전압을 합산하여 기동전압 설정치를 출력하는 단계; 및
상기 태양광 모듈의 발전전압이 상기 기동전압 설정치보다 크면 기동신호를 출력하는 단계
를 포함하는 동적전압 설정에 의한 태양광 인버터의 제어방법.
In the solar inverter control method for controlling the start and stop of the solar inverter,
Outputting a correction temperature coefficient by multiplying a temperature difference between the current temperature of the photovoltaic module and the temperature of the photovoltaic module when the solar inverter is stopped and the temperature coefficient of the photovoltaic module;
Outputting a correction voltage by multiplying an open voltage of the photovoltaic module by the correction temperature coefficient;
Outputting a starting voltage set value by summing the open voltage of the photovoltaic module when the output current of the photovoltaic module becomes zero, a predetermined hysteresis band voltage, and the correction voltage; And
Outputting a start signal when the generated voltage of the solar module is greater than the starting voltage set value;
Method of controlling the solar inverter by the dynamic voltage setting comprising a.
상기 태양광 모듈의 전압과 전류를 곱하여 발전전력을 연산하는 단계; 및
상기 발전전력이 소정의 정지전력 설정치보다 작으면 정지신호를 출력하는 단계
를 더 포함하는 동적전압 설정에 의한 태양광 인버터의 제어방법.
The method of claim 1,
Calculating power generation by multiplying a voltage and a current of the photovoltaic module; And
Outputting a stop signal when the generated power is smaller than a predetermined stop power set value;
Control method of a solar inverter by the dynamic voltage setting further comprising.
상기 태양광 모듈의 현재 온도는 상기 태양광 모듈의 표면온도 또는 주변온도인 것을 특징으로 하는 동적전압 설정에 의한 태양광 인버터의 제어방법.
The method of claim 1,
The current temperature of the photovoltaic module is a control method of a solar inverter by the dynamic voltage setting, characterized in that the surface temperature or the ambient temperature of the photovoltaic module.
태양광 모듈의 출력전력이 기 설정된 정지전력 설정치보다 작으면 태양광 인버터의 정지신호를 출력하는 정지회로부; 및
상기 태양광 모듈의 현재 온도와 상기 태양광 인버터의 정지시 상기 태양광 모듈의 온도간의 온도차와 상기 태양광 모듈의 온도계수를 곱하여 보정온도계수를 출력하고, 상기 태양광 모듈의 개방전압과 상기 보정온도계수를 곱하여 보정전압을 출력하며, 상기 보정전압을 반영하여 상기 태양광 인버터의 기동신호를 출력하는 기동회로부
를 포함하는 동적전압 설정에 의한 태양광 인버터의 제어장치.
In the solar inverter control device for controlling the start and stop of the solar inverter,
A stop circuit unit outputting a stop signal of the solar inverter when the output power of the solar module is smaller than a preset stop power set value; And
And outputs a correction temperature coefficient by multiplying the temperature difference between the current temperature of the photovoltaic module and the temperature of the photovoltaic module when the photovoltaic inverter is stopped by the temperature coefficient of the photovoltaic module, and the open voltage of the photovoltaic module and the correction. A starting circuit unit for outputting a correction voltage by multiplying a temperature coefficient and reflecting the correction voltage to output a start signal of the solar inverter
Control device of the solar inverter by the dynamic voltage setting comprising a.
상기 태양광 모듈의 현재 온도에서 상기 태양광 인버터의 정지시 온도를 감산하는 감산기;
상기 감산기의 출력과 상기 태양광 모듈의 온도계수를 곱하는 제1 곱셈기;
상기 태양광 모듈의 개방전압과 상기 곱셈기의 출력을 곱하는 제2 곱셈기;
상기 태양광 모듈의 개방전압과 소정의 히스테리시스 밴드 전압 그리고 제2 곱셈기의 출력을 합산하여 기동전압 설정치를 출력하는 가산기; 및
상기 태양광 모듈의 발전전압이 상기 기동전압 설정치보다 크면 기동신호를 출력하는 비교기
를 포함하는 동적전압 설정에 의한 태양광 인버터의 제어장치.
The method of claim 6, wherein the start circuit portion,
A subtractor which subtracts the temperature at the time of stopping the solar inverter from the current temperature of the solar module;
A first multiplier that multiplies the output of the subtractor by the temperature coefficient of the solar module;
A second multiplier that multiplies the open voltage of the photovoltaic module by the output of the multiplier;
An adder configured to add an open voltage of the solar module, a predetermined hysteresis band voltage, and an output of a second multiplier to output a starting voltage set value; And
A comparator for outputting a start signal when the generated voltage of the photovoltaic module is greater than the starting voltage setting value
Control device of the solar inverter by the dynamic voltage setting comprising a.
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