KR101508334B1 - Method for maximum power point tracking of solar generating system - Google Patents

Abstract

The present invention relates to a method for maximum power point tracking (MPPT) in a solar power generating system depending on a decision on the presence of partial shading in a photovoltaic array. The method for maximum power point tracking comprises the steps of: measuring a present power output and a previous power output of the photovoltaic array; detecting an abrupt change in power output by comparing the present power output with the previous power output; modeling an exponential function for an MPPT operating point position curve according to insolation changes; and determining whether partial shading is present by analyzing the relationship between an exponential curve according to the exponential function and the current operating point position, provided that an abrupt change in power output has been detected. Accordingly, when the power output changes abruptly, whether partial shading is present may be easily and economically determined based solely on the decision about the relationship between the exponential curve for the MPPT operating point according to insolation changes and the current operating point position without extra circuitry and system implementation. In addition, even under partial shading condition, stabilized maximum output of the solar power generating system may be maintained continuously by controlling MPPT at the actual maximum power point, not at a local maximum power point.

Description

태양전지 어레이의 부분 음영 판단에 따른 태양광 발전 시스템의 최대전력점 추적방법{Method for maximum power point tracking of solar generating system}[0001] The present invention relates to a method of tracking a maximum power point of a photovoltaic generation system according to partial shading judgment of a solar cell array,

본 발명은 태양전지 어레이의 부분 음영 판단에 따른 태양광 발전 시스템의 최대전력점 추적방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양전지 어레이 상의 일부 영역에 부분적으로 음영이 발생하는 경우에도 안정적인 최대전력점 추적 제어가 가능한 태양전지 어레이의 부분 음영 판단에 따른 태양광 발전 시스템의 최대전력점 추적방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of tracking a maximum power point of a photovoltaic generation system according to a partial shadow determination of a solar cell array. More particularly, the present invention relates to a method of tracking a maximum power point The present invention relates to a method of tracking a maximum power point of a photovoltaic power generation system in accordance with partial shading judgment of a controllable solar cell array.

일반적으로, 태양광 발전시스템은 신재생 에너지의 확대 보급을 촉진하기 위한 대체에너지 개발의 일원으로, 태양 에너지의 무공해성 및 무한정성에 힘입어 지구 환경 문제와 미래 에너지원의 다각화 대책으로서 선진 각국에서 활발히 연구 개발이 진행되고 있다. 그러나, 태양광 발전은 높은 발전 단가에 비해 전력 생산 효율이 낮다는 단점이 있어, 최근에는 태양광 발전의 효율 개선에 많은 연구가 진행되고 있다.Generally, the photovoltaic power generation system is a part of the development of alternative energy for promoting the expansion and spread of new and renewable energy. As a result of the pollution and infinite nature of solar energy, Research and development is actively under way. However, solar power generation has a disadvantage in that the power generation efficiency is lower than the high power generation unit price, and in recent years, much research has been conducted to improve the efficiency of the photovoltaic power generation.

실질적으로, 태양광 발전을 일으키는 태양전지(solar cell)의 출력은 매우 작으므로, 필요한 출력을 얻기 위해서는 도 1에 도시된 바와 같이, 여러 개의 태양전지를 직렬로 연결하여 태양전지 모듈(PV Module, 110)을 구성하고, 상기 태양전지 모듈(110)을 다시 직렬 또는 병렬로 연결하여 태양전지 어레이(PV Array, 100)를 구성한다. 이때, 태양전지 어레이(100)의 전압 크기는 직렬 연결된 태양전지 모듈(110) 개수에 비례하며, 태양전지 어레이(100)의 전류 크기는 병렬 연결된 선로의 개수에 비례하게 된다.Practically, since the output of a solar cell that generates solar power is very small, in order to obtain a required output, as shown in FIG. 1, a plurality of solar cells are connected in series to form a solar cell module (PV Module, 110, and the solar cell modules 110 are connected in series or parallel to constitute a solar array (PV array) 100. At this time, the voltage magnitude of the solar cell array 100 is proportional to the number of the solar cell modules 110 connected in series, and the current size of the solar cell array 100 is proportional to the number of parallel-connected lines.

한편, 태양전지 어레이의 출력은 주위 환경에 의해 비선형적으로 변화하는 특성을 갖는다. 다시 말해, 태양전지 어레이의 출력은 일사량, 온도, 구름 등의 주위 환경에 따라 전압 및 전류가 비선형적으로 변화하는 특성을 갖는다. 따라서, 현재 대부분의 태양광 발전 시스템에는 주위 환경에 의해 출력이 비선형적으로 변화하는 태양전지 어레이에서 최대 전력을 얻기 위한 기술로, 최대전력점 추적(MPPT : Maximum Power Point Tracking) 제어 기술이 적용되고 있다.On the other hand, the output of the solar cell array has characteristics that change non-linearly depending on the surrounding environment. In other words, the output of the solar cell array has the characteristic that the voltage and the current vary nonlinearly depending on the surrounding environment such as the irradiation amount, the temperature, and the cloud. Therefore, in most solar PV systems, maximum power point tracking (MPPT) technology is applied to obtain maximum power in a solar cell array whose output varies nonlinearly depending on the surrounding environment have.

MPPT 제어란, 주위 환경에 의해 출력이 비선형적으로 변화하는 태양광 발전 시스템으로부터 최대 전력을 안정적으로 생산할 수 있도록 시스템의 동작점으로 최대전력점(MPP)을 자동으로 추적하는 기술이다. The MPPT control is a technology for automatically tracking the maximum power point (MPP) to the operating point of the system so as to stably produce the maximum power from the solar power generation system whose output varies nonlinearly depending on the surrounding environment.

그러나, 기존의 MPPT 제어에서는 태양전지 어레이에 부분 음영이 발생하는 경우 정확한 최대전력점을 추적하지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 즉, 태양전지 어레이는 여러 개의 태양전지 모듈이 직·병렬로 연결된 구조를 갖기 때문에, 태양전지 어레이에 부분 음영이 발생할 경우, 도 2에 도시한 바와 같이 실제의 최대전력점(Real MPP) 외에도 국부적인 최대전력점(Local MPP)이 발생하게 되며, 이로 인해 MPPT 제어가 국부적인 최대전력점 근처에서 동작하여 실제의 최대전력점을 추적하지 못하는 경우가 발생할 수 있다. However, in the conventional MPPT control, when partial shading occurs in the solar cell array, the accurate maximum power point may not be tracked. That is, since the solar cell array has a structure in which several solar cell modules are connected in series and in parallel, when partial shading occurs in the solar cell array, as shown in FIG. 2, in addition to the actual maximum power point (Real MPP) The local maximum MPP is generated, which may cause the MPPT control to operate near the local maximum power point and fail to track the actual maximum power point.

예를 들어, 도 1에 도시된 태양전지 어레이(100)의 A-1 라인의 M-1 모듈에 음영이 발생하면, 해당 모듈의 영향으로 직렬 라인의 전체 전류가 감소하므로, 이를 방지하기 위해 바이패스(bypass) 다이오드를 이용하여 해당 모듈을 바이패스 시킨다. 이런 경우, 해당 모듈이 단락되므로 이렇게 바이패스된 모듈이 존재하는 A-1 라인의 개방 전압값은 다른 라인의 개방 전압값에 비해 감소하게 되고, 상기 A-1 라인의 개방 전압값이 일정값 이하로 떨어지면 상기 A-1 라인은 전류가 흐르지 않게 된다. 상기와 같이 1개 이상의 라인에 전류가 흐르지 않게 되면, 전체적인 P-V곡선 상에서 1개 이상의 국부적인 최대전력점(Local MPP)이 발생하게 된다.For example, when shading occurs in the M-1 module on line A-1 of the solar cell array 100 shown in FIG. 1, the total current of the serial line decreases due to the influence of the module, Bypass the module with a bypass diode. In this case, since the module is short-circuited, the open-circuit voltage of the line A-1 in which the bypassed module is present is reduced compared to the open-circuit voltage of the other line, The current does not flow in the line A-1. As described above, when no current flows in one or more lines, one or more local maximum power points (Local MPP) occur on the overall P-V curve.

이에 따라, 종래의 태양광 발전 시스템에서는 태양전지 어레이의 부분 음영에 의해 발생된 국부적인 최대전력점으로 인해 정확한 최대전력점을 추적하지 못하게 되고, 이로 인해 출력 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.Accordingly, in the conventional photovoltaic power generation system, the accurate maximum power point can not be traced due to the local maximum power point generated by the partial shading of the solar cell array, which causes the output efficiency to decrease.

따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로써, 태양전지 어레이의 출력 전력이 급감하는 경우 부분 음영의 발생 여부를 판단하고, 부분 음영이 발생된 경우 실질적인 최대전력점에서 MPPT 제어를 재실행하게 제어함으로써, 최대 전력을 생산할 수 있는 태양전지 어레이의 부분 음영 판단에 따른 태양광 발전 시스템의 최대전력점 추적방법을 제공한다. Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and it is possible to determine whether partial shading occurs when the output power of the solar cell array rapidly decreases or not, and to control the MPPT control to be executed again at a substantial maximum power point And provides a method of tracking a maximum power point of a photovoltaic power generation system according to partial shading judgment of a solar cell array capable of producing maximum power.

본 발명의 일 특징에 따른 태양광 발전 시스템의 최대전력점 추적방법은, 태양전지 어레이의 현재 전력 출력값 및 직전 전력 출력값을 검출하는 단계, 상기 현재 전력 출력값과 상기 직전 전력 출력값을 비교하여 출력 전력의 급변 여부를 판단하는 단계, 일사량 변화에 따른 MPPT 동작점 위치 곡선에 대한 지수함수식을 모델링하는 단계, 및 상기 출력 전력이 급변하였다고 판단되면, 상기 지수함수식에 의한 지수함수 곡선과 현재 동작점의 위치 관계를 분석하여 부분 음영의 발생여부를 판단하는 단계를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of tracking a maximum power point of a photovoltaic generation system, comprising: detecting a current power output value and a previous power output value of a solar cell array; comparing the current power output value and the previous power output value, Determining an abrupt change of the MPPT operating point position curve, modeling an exponential function expression for the MPPT operating point position curve according to a change in irradiation amount, and determining a positional relationship between an exponential function curve by the exponential function expression and a current operating point And determining whether partial shading occurs or not.

상기 지수함수식은 하기 수학식 1인 것을 특징으로 한다. The exponential function equation is characterized by the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

(수학식 1에서, a는 MPPT 동작점 위치 곡선의 두 점 (x₁,y₁) 및 (x₂,y₂)에 대한 관계식

을 통해 구한 밑수, P_o는 상기 두 점 중 어느 하나의 좌표를 상기 수학식 1에 대입하여 구한 y절편이다.)(Where, a represents a relationship between two points (x ₁ , y ₁ ) and (x ₂ , y ₂ ) of the MPPT operating point position curve

A radix, P _o is calculated by the intercept y obtained by substituting the formula (1) wherein any one of the coordinates of the two points.)

상기 출력 전력의 급변 여부를 판단하는 단계에서는, 상기 현재 전력 출력값과 상기 직전 전력 출력값의 비에 해당하는 출력 변화량을 기설정된 제1 임계값과 비교하여 출력 전력의 급변 여부를 판단할 수 있다.In the step of determining whether the output power is suddenly changed, the output change amount corresponding to the ratio of the current power output value and the immediately preceding power output value may be compared with a predetermined first threshold value to determine whether the output power suddenly changes.

상기 출력 전력이 급변하지 않았다고 판단되면, 기존에 수행중이던 MPPT 제어를 계속해서 수행할 수 있다.If it is determined that the output power has not changed suddenly, MPPT control that is being performed can be continuously performed.

상기 부분 음영을 판단하는 단계에서는, 상기 지수함수 곡선과 상기 현재 동작점 간의 거리차를 기설정된 제2 임계값과 비교하여, 상기 거리차가 상기 제2 임계값 이상이면 부분 음영으로 판단할 수 있다.In the step of determining the partial shadow, the distance difference between the exponential function curve and the current operating point may be compared with a predetermined second threshold value, and if the distance difference is equal to or greater than the second threshold value, the partial shadow may be determined.

상기 부분 음영을 판단하는 단계에서 부분 음영이 발생되었다고 판단되면, 기존에 수행중이던 MPPT 제어를 중지시키고, 모든 전압 범위에서의 전력값을 산출하여 최대전력점에 해당하는 전압의 위치에서 MPPT 제어를 재실행시킬 수 있다.If it is determined that the partial shadow is generated in the step of determining the partial shadow, the MPPT control which is being executed is stopped, the power value in the entire voltage range is calculated, and the MPPT control is re-executed at the position of the voltage corresponding to the maximum power point .

상기 부분음영을 판단하는 단계에서, 상기 거리차가 상기 제2 임계값 미만이면 부분음영이 발생되지 않은 것으로 판단하여, 기존에 수행중이던 MPPT 제어를 계속해서 수행할 수 있다.In the step of determining the partial shade, if the distance difference is less than the second threshold value, it is determined that the partial shade is not generated, and the MPPT control that is being performed can be continuously performed.

상기 지수함수식은 하기 수학식 2인 것을 특징으로 할 수 있다.The exponential function equation may be expressed by the following equation (2).

[수학식 2]&Quot; (2) "

(수학식 2에서, r은 MPPT 동작점 위치 곡선의 두 점 (x₁,y₁) 및 (x₂,y₂)에 대한 관계식

을 통해 구한 값, P_o는 상기 두 점 중 어느 하나의 좌표를 상기 수학식 2에 대입하여 구한 y절편이다.)(Where, r is a relational expression for the two points (x ₁ , y ₁ ) and (x ₂ , y ₂ ) of the MPPT operating point position curve

And P _o is a y-intercept obtained by substituting any one of the two points into the equation (2).

이와 같은 태양광 발전 시스템의 최대전력점 추적방법에 따르면, 출력 전력이 급변할 경우, 일사량 변화에 따른 MPPT 동작점의 지수함수 곡선과 현재 동작점의 위치 관계에 대한 판단만으로 부분 음영의 발생 여부를 판단함으로써, 추가적인 회로나 시스템의 구현 없이 저렴한 비용으로 부분 음영의 발생 여부를 손쉽게 판별할 수 있다. 또한, 부분 음영의 발생 시에도, 국부적인 최대전력점이 아닌 실제의 최대전력점에서 MPPT 제어를 실행시킴으로써, 태양광 발전 시스템의 안정된 최대 출력을 지속적으로 유지시킬 수 있다. According to the method of tracking the maximum power point of the solar power generation system, when the output power suddenly changes, only the determination of the positional relationship between the exponential function curve of the MPPT operating point and the current operating point according to the irradiation amount change causes partial shading By judging, it is possible to easily determine whether partial shading occurs at a low cost without implementing an additional circuit or system. In addition, even when partial shading occurs, MPPT control is executed at the actual maximum power point, not the local maximum power point, so that the stable maximum output of the solar power generation system can be continuously maintained.

도 1은 통상적인 태양전지 어레이의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 2는 통상적인 부분 음영 발생시 태양전지 어레이의 P-V 출력 특성을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 최대전력점 추적방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 일사량 변화에 따른 태양전지 어레이의 P-V(전력-전압) 출력 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5는 부분 음영의 판단 과정을 설명하기 위한 도면이다.1 is a schematic view showing a configuration of a conventional solar cell array.
FIG. 2 is a graph showing PV output characteristics of a solar cell array when a conventional partial shadow is generated.
3 is a flowchart illustrating a method of tracking a maximum power point of a solar power generation system according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing a PV (power-voltage) output characteristic of a solar cell array according to a change in irradiation dose.
5 is a diagram for explaining a process of determining partial shading.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, It will be possible. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprising" or "having ", and the like, are intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, parts, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, parts, or combinations thereof. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 어레이의 부분 음영 판단에 따른 태양광 발전 시스템의 최대전력점 추적방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a method of tracking a maximum power point of a solar photovoltaic generation system according to a partial shading judgment of a solar cell array according to an embodiment of the present invention will be described.

태양광 발전 시스템에서 출력 전력이 급변하는 경우는, 일사량이 급변하거나, 또는 부분 음영이 발생하는 경우이다. 일사량이 급변하는 경우에는, 일사량이 급변하더라도 국부적인 최대전력점(Local MPP)이 발생하지 않기 때문에, 추가적인 최대전력점 추적 제어를 행하지 않아도 최대 전력으로 발전이 가능하다. 그러나, 태양전지 어레이에 부분 음영이 발생하는 경우에는, 상술한 바와 같이 국부적인 최대전력점(Local MPP)에서 최대전력점 추적 제어가 실행될 수 있으므로, 태양광 발전 시스템의 출력이 급변하는 경우에 부분 음영의 발생 여부를 판단하는 것이 매우 중요하다. In the case where the output power changes abruptly in the solar power generation system, the amount of solar radiation is rapidly changed, or partial shading occurs. In the case where the solar irradiance changes abruptly, local maximum power point (Local MPP) does not occur even if the solar irradiance changes abruptly, so that power can be generated at maximum power without performing additional maximum power point tracking control. However, when partial solar shading occurs in the solar cell array, the maximum power point tracking control can be performed at a local maximum power point (Local MPP) as described above. Therefore, when the output of the solar power generation system changes rapidly, It is very important to judge whether or not shading occurs.

따라서, 본 발명은 태양광 발전 시스템이 정상 동작할 때에는 MPPT 동작점 위치가 일사량의 강도 변화에 따라 특정한 지수함수 곡선 상에 존재하는 점을 이용하여 부분 음영의 발생 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
Accordingly, the present invention is characterized in that, when the photovoltaic power generation system operates normally, it is determined whether or not partial shading occurs by using the point where the MPPT operating point position exists on a specific exponential function curve in accordance with the intensity change of the solar radiation amount.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 최대전력점 추적방법을 나타낸 흐름도이다. 3 is a flowchart illustrating a method of tracking a maximum power point of a solar power generation system according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 3을 참조하면, 태양광 발전 시스템에 대한 최대전력점 추적제어(MPPT : Maximum Power Point Tracking)가 시작되면, 태양전지 어레이(100)의 현재 전력 출력값(P_N) 및 직전 전력 출력값(P_N-1)을 검출한다(S100).Referring to FIGS. 1 and 3, when the maximum power point tracking (MPPT) is started for the PV system, the current power output value P _N and the previous power output value P _N of the solar cell array 100 (P _N-1 ) (S100).

태양전지 어레이(100)의 출력전력은 일정 단위시간에 측정된 태양전지 어레이(100)의 전압 값과 전류 값을 곱하여 산출된다. 여기서, 직전 전력 출력값(P_N-1)은 현재 출력으로부터 단위시간 이전의 출력 전력값을 의미한다. The output power of the solar cell array 100 is calculated by multiplying the voltage value and the current value of the solar cell array 100 measured in a predetermined unit time. Here, the immediately preceding power output value (P _N-1 ) means an output power value before unit time from the current output.

다음으로, 상기 현재 전력 출력값(P_N)과 상기 직전 전력 출력값(P_N-1)을 비교하여 출력 전력의 급변 여부를 판단한다(S200). 태양전지 어레이(100)에 대한 부분 음영의 발생 여부 판단은 출력 전력의 급변 여부에 따라 결정되므로, 부분 음영의 판단에 앞서 출력 전력의 급변 여부를 판단할 필요가 있다.Next, the current output power level and determines whether the sudden change of the output power (P _N) and comparing the immediately preceding output power _{(P N-1) (S200} ). Whether or not the partial shadow is generated in the solar cell array 100 is determined according to whether the output power suddenly changes or not. Therefore, it is necessary to determine whether the output power suddenly changes before the partial shadow is determined.

상기 출력 전력의 급변 여부는 상기 현재 전력 출력값(P_N)과 상기 직전 전력 출력값(P_N-1)의 비에 해당하는 출력 변화량(P_N/P_N-1)을 기설정된 제1 임계값(α)과 비교하여 판단할 수 있다. 예를 들어, 상기 출력 변화량(P_N/P_N-1)이 제1 임계값(α) 이상이면 출력 전력이 급변한 것으로 판단하고, 상기 출력 변화량(P_N/P_N-1)이 제1 임계값(α) 미만이면 출력 전력이 급변하지 않은 것으로 판단한다. 여기서, 상기 제1 임계값(α)은 출력 전력의 급변 여부를 판단하기 위하여 사용자에 의해 임의로 설정된 임계값으로, 반복적인 실험이나 경험에 의해 결정될 수 있다. Changing whether the output power is the current output power level (P _N) and the immediately preceding output power output change the first threshold value predetermined to _{(P N / P N-1} ) corresponding to the ratio of (P _N-1) ( alpha). < / RTI > For example, the output variation _{(P N / P N-1} ) the first is the threshold value (α) or more is determined that the output power is changing, and the output variation _{(P N / P N-1} ) is the first If it is less than the threshold value?, It is determined that the output power does not change rapidly. Here, the first threshold value? May be a threshold value arbitrarily set by a user to determine whether the output power suddenly changes or not, and may be determined by repeated experiments or experiences.

상기 출력 전력의 급변 여부에 대한 판단 결과, 상기 출력 전력이 급변하지 않았다고 판단되면, 부분 음영의 발생 여부를 판단할 필요 없이, 기존에 수행중이던 MPPT 제어를 계속해서 수행하도록 제어한다. If it is determined that the output power does not suddenly change as a result of the sudden change of the output power, control is performed so as to continuously perform the MPPT control that is being performed without determining whether partial shading occurs.

반면, 상기 출력 전력의 급변 여부에 대한 판단 결과, 상기 출력 전력이 급변하였다고 판단되면, 태양전지 어레이(100)에 대한 부분 음영의 발생 여부를 판단한다(S300).If it is determined that the output power is suddenly changed, it is determined whether partial shading occurs in the solar cell array 100 (S300).

본 발명에서는, 부분 음영의 발생 여부를 판단하기 위해, 일사량 변화에 따른 MPPT 동작점 위치 곡선에 대한 지수함수식을 모델링하고, 모델링된 지수함수식에 의한 지수함수 곡선과 현재의 동작점의 위치 관계를 분석하여 부분 음영의 발생 여부를 판단한다.In the present invention, to determine whether partial shading occurs, an exponential function expression for the MPPT operating point position curve according to the radiation dose variation is modeled, and the positional relationship between the exponential function curve by the modeled exponential function expression and the current operating point is analyzed And judges whether partial shading occurs or not.

도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 부분 음영의 발생 여부를 판단하는 과정에 대해 보다 상세히 설명한다.Referring to FIGS. 4 and 5, a process of determining whether a partial shadow is generated according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

도 4는 일사량 변화에 따른 태양전지 어레이의 P-V(전력-전압) 출력 특성을 나타낸 그래프이며, 도 5는 부분 음영의 판단 과정을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 4 is a graph showing P-V (power-voltage) output characteristics of a solar cell array according to a change in irradiation dose, and FIG. 5 is a diagram for explaining a process of determining a partial shadow.

도 4를 참조하면, 일사량 변화에 따른 태양전지 어레이의 P-V 출력 특성을 살펴보면, 최대전력점 추적(MPPT)의 동작점(200)의 위치가 일사량의 강도 변화에 따라 특정한 지수함수 형태의 곡선(210) 상에 존재하는 것을 알 수 있다. 4, when the position of the operating point 200 of the maximum power point tracking (MPPT) changes according to the intensity change of the solar radiation amount, the curve 210 ). ≪ / RTI >

따라서, 부분 음영의 발생 여부를 판단하기 위한 기준 조건으로, 일사량 변화에 따른 MPPT 동작점(200)의 위치 곡선(210)에 대한 지수함수식을 모델링하는 과정이 필요하다.Therefore, it is necessary to model the exponential function expression for the position curve 210 of the MPPT operating point 200 according to the variation of the irradiation dose, as a reference condition for determining whether partial shading occurs.

상기 지수함수식의 모델링은 다음과 같은 과정을 통해 이루어질 수 있다.Modeling of the exponential function formula can be performed through the following process.

우선, 지수함수식의 일반적인 밑수-절편형을 하기 [수학식 1]과 같이 가정한다.First, it is assumed that the general base-intercept type of the exponential function expression is given by [Equation 1].

이후, MPPT 동작점 위치 곡선(210) 상의 두 점 (x₁,y₁) 및 (x₂,y₂)을 이용하여 밑수 a, 및 y절편 P_O를 유도한다. The base a and y intercept P _{o are} then derived using the two points (x ₁ , y ₁ ) and (x ₂ , y ₂ ) on the MPPT operating point locus curve 210.

이를 위해, 상기 두 점을 [수학식 1]에 대입하여 다음과 같은 [수학식 2] 및 [수학식 3]을 구한다.To this end, the two points are substituted into the equation (1) to obtain the following equations (2) and (3).

이후, [수학식 3]을 [수학식 2]로 나누어, 하기 [수학식 4]를 구한다.Subsequently, the following expression (4) is obtained by dividing the expression (3) by the expression (2).

이후, [수학식 4]의 양면에, 하기 [수학식 5]와 같이 동일 연산을 적용한다.Then, the same operation is applied to both sides of the equation (4) as shown in the following equation (5).

따라서, 지수함수식의 밑수 a는 하기 [수학식 6]과 같다.Therefore, the base of the exponential function a is expressed by the following equation (6).

한편, 지수함수식의 y절편인 P_O는 상기 두 점 중 어느 하나의 좌표와 상기 [수학식 6]을 통해 구한 밑수 a를 상기 [수학식 1]에 대입하여 구할 수 있다.On the other hand, P _{o, which} is a y-intercept of the exponential function, can be obtained by substituting any of the coordinates of the two points and the base number a obtained by the above-mentioned formula (6) into the above-mentioned formula (1).

한편, 지수함수식은 다음의 [수학식 7]과 같이 상대비-절편 형태의 지수함수로 모델링될 수도 있다.On the other hand, the exponential function expression may be modeled as an exponential function in the form of a contrast-slice form as shown in the following Equation (7).

[수학식 7]은 무리수 e가 자연밑수로 표현되는 자연지수함수 방정식이며, 여기서, r은 상대비(relative rate) 또는 연속비(continuous rate)를 나타낸다.Equation (7) is a natural exponential function equation in which the irrational number e is expressed as a natural base number, where r represents a relative rate or a continuous rate.

지수함수식의 모델링을 위해, 지수함수의 밑수-절편 형태에서 상대비-절편 형태로의 전환이 필요하다.For exponential modeling, it is necessary to convert the exponential function from the base-slice form to the phase-slice form.

이를 위해, 밑수-절편 형태의 [수학식 1]과 상대비-절편 형태의 [수학식 7]이 동등하다고 가정하여 하기 [수학식 8]을 구한다.For this purpose, Equation (8) is obtained on the assumption that Equation (1) of the base-slice form and Equation (7) of the phase-slice form are equivalent.

[수학식 8]로부터 절편을 소거한 후, 상대비 r을 다음의 [수학식 9] 내지 [수학식 11]을 통해 구한다. After eliminating the section from the equation (8), the phase contrast r is obtained through the following equations (9) to (11).

이후, [수학식 11]에 [수학식 6]을 대입하면, 하기 [수학식 12]과 같이, 상대비 r을 구할 수 있다.Subsequently, when Equation (6) is substituted into Equation (11), the contrast r can be obtained as shown in Equation (12) below.

한편, 상대비-절편 형태의 지수함수식의 y절편 P_O는 상기 두 점 중 어느 하나의 좌표와 상기 [수학식 12]을 통해 구한 상대비 r을 상기 [수학식 7]에 대입하여 구할 수 있다.On the other hand, the y-intercept P _O of the exponential-function exponential function can be obtained by substituting the coordinates of any one of the two points and the contrast r obtained by the expression (12) into the above-mentioned expression (7) .

이와 같이, 일사량 변화에 따른 MPPT 동작점의 위치 곡선에 대한 지수함수식을 모델링한 후, 모델링된 지수함수식에 의한 지수함수 곡선(210)과 현재 동작점의 위치 관계를 분석함으로서, 부분 음영의 발생 여부를 판단할 수 있다.Thus, by modeling the exponential function expression for the position curve of the MPPT operating point according to the irradiation dose, analyzing the positional relationship between the exponential function curve 210 and the present operating point by the modeled exponential function expression, Can be determined.

도 5를 참조하면, 태양전지 어레이에 부분 음영이 발생할 경우, 실제의 최대전력점(Real MPP) 외에도 국부적인 최대전력점(Local MPP)이 발생하게 되며, 이때, 국부적인 최대전력점(Local MPP)을 현재의 동작점으로 오인함으로써, 최대 전력을 생산하지 못하게 된다. 즉, 부분 음영이 발생할 경우, MPPT 동작점의 위치가 일반적인 일사량 변화에 따른 동작점의 위치 변화와 다르게 나타나게 된다. Referring to FIG. 5, when a partial shadow occurs in the solar cell array, a local maximum power point (Local MPP) occurs in addition to an actual maximum power point (Real MPP), and a local maximum power point ) Is mistaken as the current operating point, the maximum power can not be produced. That is, when partial shading occurs, the position of the MPPT operating point is different from the position change of the operating point according to a change in the general irradiation amount.

따라서, 앞서 모델링된 지수함수식에 의한 지수함수 곡선(210)과 현재 동작점(510) 간의 거리차를 비교함으로써, 부분 음영의 발생 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 상기 지수함수 곡선(210)과 현재 동작점(510) 간의 거리차를 기설정된 제2 임계값(β)와 비교하여, 상기 거리차가 상기 제2 임계값(β) 이상이면 부분 음영이 발생된 것으로 판단하고, 상기 거리차가 상기 제2 임계값(β) 미만이면 부분 음영이 발생되지 않은 것으로 판단한다. 여기서, 상기 제2 임계값(β)은 부분 음영의 발생 여부를 판단하기 위하여 사용자에 의해 임의로 설정된 임계값으로, 반복적인 실험이나 경험에 의해 결정될 수 있다. 또한, 상기 지수함수 곡선(210)과 현재 동작점(510)간의 거리 비교는 최단 거리, x축 방향으로의 거리, 및 y축 방향으로의 거리 중 어느 하나를 선택적으로 비교할 수 있다.Therefore, it is possible to determine whether partial shading occurs by comparing the difference in distance between the exponential function curve 210 and the current operating point 510 by the exponential function model modeled previously. For example, if the distance difference between the exponential function curve 210 and the current operating point 510 is greater than the second threshold value beta, And if the distance difference is less than the second threshold value?, It is determined that the partial shadow is not generated. Here, the second threshold value (?) May be determined by a repeated experiment or experience with a threshold value arbitrarily set by a user to determine whether partial shading occurs or not. The comparison of the distance between the exponential function curve 210 and the current operating point 510 can selectively compare any of the shortest distance, the distance in the x-axis direction, and the distance in the y-axis direction.

상기 부분 음영의 발생 여부에 대한 판단 결과, 부분 음영이 발생되지 않았다고 판단되면, 기존에 수행중이던 MPPT 제어를 계속해서 수행하도록 제어한다. As a result of the determination as to whether or not the partial shadow is generated, if it is determined that the partial shadow is not generated, control is performed so that the MPPT control that is being performed is continuously performed.

반면, 상기 부분 음영의 발생 여부에 대한 판단 결과, 부분 음영이 발생되었다고 판단되면, 기존에 수행중이던 MPPT 제어를 중지시킨다(S400). 즉, MPPT 제어가 국부적인 최대전력점(Local MPP) 근처에서 수행되는 것을 방지하기 위하여, 기존에 수행중이던 MPPT 제어를 중지시킨다. On the other hand, if it is determined that the partial shadow is generated, it is determined that the partial shadow is generated (S400). That is, to prevent the MPPT control from being performed near the local maximum power point (Local MPP), the MPPT control that was being executed is stopped.

다음으로, 기존에 수행중이던 MPPT 제어를 중지시킨 후, 모든 전압 범위에서의 전력값을 산출하고, 그 중에서 실질적인 최대전력점(Real MPP)에 해당하는 전압의 위치에서 MPPT 제어를 재실행시킨다(S500).Next, after stopping the MPPT control which has been performed previously, the power value is calculated in all the voltage ranges, and the MPPT control is re-executed at the position of the voltage corresponding to the real maximum power point (S500) .

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 최대전력점 추적방법에 따르면, 출력 전력이 급변할 경우, 일사량 변화에 따른 MPPT 동작점의 지수함수 곡선과 현재 동작점의 위치 관계에 대한 판단만으로 부분 음영의 발생 여부를 판단함으로써, 추가적인 회로나 시스템의 구현 없이 저렴한 비용으로 부분 음영의 발생 여부를 손쉽게 판별할 수 있다. 또한, 부분 음영의 발생 시에도, 국부적인 최대전력점이 아닌 실제의 최대전력점에서 MPPT 제어를 실행시킴으로써, 태양광 발전 시스템의 안정된 최대 출력을 지속적으로 유지시킬 수 있다. As described above, according to the maximum power point tracking method of the photovoltaic generation system according to the present invention, when the output power is rapidly changed, the determination of the positional relationship between the exponential function curve of the MPPT operating point and the current operating point It is possible to easily determine whether partial shading occurs at a low cost without implementing an additional circuit or system. In addition, even when partial shading occurs, MPPT control is executed at the actual maximum power point, not the local maximum power point, so that the stable maximum output of the solar power generation system can be continuously maintained.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical and exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

100 : 태양전지 어레이 110 : 태양전지 모듈
210 : 지수함수 곡선 510 : 현재 동작점100: solar cell array 110: solar cell module
210: exponential curve 510: current operating point

Claims (8)

태양전지 어레이의 현재 전력 출력값 및 직전 전력 출력값을 검출하는 단계;
상기 현재 전력 출력값과 상기 직전 전력 출력값을 비교하여 출력 전력의 급변 여부를 판단하는 단계;
일사량 변화에 따른 MPPT 동작점 위치 곡선에 대한 지수함수식을 모델링하는 단계; 및
상기 출력 전력이 급변하였다고 판단되면, 상기 지수함수식에 의한 지수함수 곡선과 현재 동작점의 위치 관계를 분석하여 부분 음영의 발생여부를 판단하는 단계를 포함하는 태양광 발전 시스템의 최대전력점 추적방법.Detecting a current power output value and a previous power output value of the solar cell array;
Comparing the current power output value and the immediately preceding power output value to determine whether the output power suddenly changes;
Modeling an exponential function expression for the MPPT operating point location curve according to the solar radiation variation; And
And determining whether partial shading occurs by analyzing the positional relationship between the exponential function curve and the current operating point by the exponential function formula when it is determined that the output power is rapidly changed. 제1항에 있어서,
상기 지수함수식은 하기 수학식 1인 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 최대전력점 추적방법.
[수학식 1]

(수학식 1에서, a는 MPPT 동작점 위치 곡선의 두 점 (x₁,y₁) 및 (x₂,y₂)에 대한 관계식

을 통해 구한 밑수, P_o는 상기 두 점 중 어느 하나의 좌표를 상기 수학식 1에 대입하여 구한 y절편이다.)The method according to claim 1,
Wherein the exponential function formula is expressed by the following equation (1).
[Equation 1]

(Where, a represents a relationship between two points (x ₁ , y ₁ ) and (x ₂ , y ₂ ) of the MPPT operating point position curve

A radix, P _o is calculated by the intercept y obtained by substituting the formula (1) wherein any one of the coordinates of the two points.) 제1항에 있어서,
상기 출력 전력의 급변 여부를 판단하는 단계에서는,
상기 현재 전력 출력값과 상기 직전 전력 출력값의 비에 해당하는 출력 변화량을 기설정된 제1 임계값과 비교하여 출력 전력의 급변 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 최대전력점 추적방법.The method according to claim 1,
In the step of determining whether the output power has suddenly changed,
And comparing the output change amount corresponding to the ratio of the current power output value and the immediately preceding power output value with a predetermined first threshold value to determine whether the output power is abruptly changed or not. 제1항에 있어서,
상기 출력 전력이 급변하지 않았다고 판단되면, 기존에 수행중이던 MPPT 제어를 계속해서 수행하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 최대전력점 추적방법.The method according to claim 1,
And if the output power is not suddenly changed, MPPT control that is being performed is continuously performed. 제1항에 있어서,
상기 부분 음영을 판단하는 단계에서는,
상기 지수함수 곡선과 상기 현재 동작점 간의 거리차를 기설정된 제2 임계값과 비교하여, 상기 거리차가 상기 제2 임계값 이상이면 부분 음영으로 판단하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 최대전력점 추적방법.The method according to claim 1,
In the step of determining the partial shade,
And compares a distance difference between the exponential function curve and the current operating point with a predetermined second threshold value and determines the partial power as a partial shade if the distance difference is greater than or equal to the second threshold value. Tracking method. 제5항에 있어서,
상기 부분 음영을 판단하는 단계에서 부분 음영이 발생되었다고 판단되면, 기존에 수행중이던 MPPT 제어를 중지시키고, 모든 전압 범위에서의 전력값을 산출하여 최대전력점에 해당하는 전압의 위치에서 MPPT 제어를 재실행시키는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 최대전력점 추적방법.6. The method of claim 5,
If it is determined that the partial shadow is generated in the step of determining the partial shadow, the MPPT control which is being executed is stopped, the power value in the entire voltage range is calculated, and the MPPT control is re-executed at the position of the voltage corresponding to the maximum power point Wherein the maximum power point tracking method of the photovoltaic power generation system is performed. 제5항에 있어서,
상기 부분음영을 판단하는 단계에서,
상기 거리차가 상기 제2 임계값 미만이면 부분음영이 발생되지 않은 것으로 판단하여, 기존에 수행중이던 MPPT 제어를 계속해서 수행하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 최대전력점 추적방법.6. The method of claim 5,
In the step of determining the partial shade,
And if the distance difference is less than the second threshold value, it is determined that partial shading has not occurred, and the MPPT control that is being performed is continuously performed. 제1항에 있어서,
상기 지수함수식은 하기 수학식 2인 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 최대전력점 추적방법.
[수학식 2]

(수학식 2에서, r은 MPPT 동작점 위치 곡선의 두 점 (x₁,y₁) 및 (x₂,y₂)에 대한 관계식

을 통해 구한 값, P_o는 상기 두 점 중 어느 하나의 좌표를 상기 수학식 2에 대입하여 구한 y절편이다.)

The method according to claim 1,
Wherein the exponential function formula is the following equation (2).
&Quot; (2) "

(Where, r is a relational expression for the two points (x ₁ , y ₁ ) and (x ₂ , y ₂ ) of the MPPT operating point position curve

And P _o is a y-intercept obtained by substituting any one of the two points into the equation (2).

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