KR102535198B1 - 태양광발전 ess시스템용 mppt 제어시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템에 관한 것으로서, 태양광발전(PV)을 이용하여 배터리를 충전하는 태양광발전 ESS(Energy Storage System; 에너지저장장치) 시스템에 있어서, 태양광발전모듈로부터 생산된 전기에너지(DC; 직류)를 공급받아 배터리 측 충전 가능한 DC(직류)로 변환하여 배터리에 충전하기 위한 DC/DC컨버터;를 포함하되, 상기 DC/DC컨버터는 제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈로 2개를 구비하여 병렬 연결 및 풀브릿지 회로로 구성하며, 제1 DC/DC컨버터모듈은 제1변압기를 포함하고, 제2 DC/DC 컨버터모듈은 제2변압기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 충전시 전압차가 크게 변동되는 태양광발전 ESS시스템에 있어 전력변환부 측 효율을 증대시킬 수 있고, 저전력으로 동작될 때와 전압차가 크거나 작을 때 발생되는 손실을 최소화할 수 있으며, 배터리 측 충전효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 태양광발전(PV)에서의 풀 파워(full power) 발전을 유도할 수 있는 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 충전시 전압차가 크게 변동되는 태양광발전 ESS시스템에 있어 전력변환부 측 효율을 증대시킬 수 있고, 저전력으로 동작될 때와 전압차가 크거나 작을 때 발생되는 손실을 최소화할 수 있으며, 배터리 측 충전효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 태양광발전(PV)에서의 풀 파워(full power) 발전을 유도할 수 있는 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 태양광발전을 이용하여 배터리를 충전하는 ESS(Energy Storage System; 에너지저장장치) 시스템에 관한 기술로서, 더욱 상세하게는 변압기의 턴비 매칭을 이용한 MPPT(Maximum Power Point Tracking; 최대 출력점 추적) 제어기술을 전력변환장치에 접목함으로써 전압변동이 높은 고전압 태양광발전 ESS시스템 측 배터리의 충전 효율을 높일 수 있도록 한 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템에 관한 것이다.
최근 지구상의 환경문제가 대두되면서 탄소중립정책의 수립 및 신재생에너지를 이용한 전기에너지의 사용을 권장하고 있다.
이에, 최근에는 전기에너지의 안정적인 공급 및 관리를 위해 에너지저장장치, 즉 ESS시스템을 접목하고 있으며, 이러한 ESS시스템은 배터리팩에 전기에너지를 저장했다가 필요에 따라 전력을 공급하는 것으로서, 에너지효율을 높이는데 활용되고 있다.
이와 같이, ESS(Energy Storage System; 에너지저장장치) 시스템은 각종 산업시설 등에 설치되어 필요 전력을 공급하기 위한 고정형 설비뿐만 아니라 이동형 등에도 활용되고 있다.
한편, 신재생에너지의 대표적인 예로서, 태양광에너지를 이용하여 발전하는 태양광발전(PV; Photovoltaic)을 들 수 있는데, 앞서 기술한 바와 같이 배터리팩에 전기에너지를 저장했다가 필요에 따라 전력을 공급하는 ESS시스템과 연결하여 태양광에너지를 이용하여 생산된 전기에너지를 배터리에 축적하여 저장하고 있다.
이와 같은 태양광발전 ESS 시스템은 이동형 또는 고정형 중 독립형 발전에 많이 사용되고 있으며, 태양광에너지를 이용하여 발전된 전기에너지를 ESS시스템의 배터리 측 충전 가능한 DC(직류)로 변환하여 배터리에 충전하기 위한 DC/DC 전력변환장치를 포함한다.
이때, 종래 DC/DC 전력변환장치는 입출력 전압차이를 고려하지 않고 태양광의 발전량을 계산하여 전력 변환을 수행하며, 태양광에서 발전된 전력을 최대한 사용할 수 있도록 제어한다.
하지만, 종래 태양광발전 ESS 시스템에 있어 DC/DC 전력변환장치에서는 입출력 전압차이에 의한 전력변환 손실이 큰 문제점이 있었다.
또한, 종래의 상술한 문제점을 해결하기 위해 변압기 턴비가 높은 DC/DC 전력변환장치를 사용하기도 하나, 여전히 입출력 전압 차이에 따른 전력변환 손실이 발생되는 문제점을 갖고 있으며, 개선이 요구되는 실정에 있다.
부연하여, 종래 태양광발전 ESS시스템에 적용된 DC/DC 전력변환장치는 태양광발전에 따른 전력변환시 MPPT(Maximum Power Point Tracking; 최대 출력점 추적) 제어를 수행하고 있으나, MPPT 제어시 동작되는 낮은 전압과 배터리 SOC(State Of Charge; 충전상태)가 높을 때 전압의 턴비로 구성되어 있음에 의해 손실이 크게 발생되고 있다.
즉, 종래에는 입출력시 높은 전압 차이로 인하여 변압기 턴비의 손실이 크게 발생되며, 태양광 발전이 낮을 경우에는 DC/DC 전력변환장치의 설계용량보다 적게 사용되어 저전력 전력변환에 의한 손실도 크게 발생되는 문제점을 갖고 있다.
한편, 본 발명 관련한 종래 선행기술문헌을 살펴보면, 국내등록특허 제10-2161812호에 개시된 '유효 전력 제어를 이용한 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어를 위한 장치 및 방법', 국내공개특허 제10-2021-0147108호에 개시된 '직류 전력량계 및 태양광 발전의 MPPT 제어 방법' 등을 참조할 수 있다.
본 발명은 상술한 문제점 등을 개선 및 이를 감안하여 안출된 것으로서, 변압기의 턴비 매칭을 이용한 MPPT(Maximum Power Point Tracking; 최대 출력점 추적) 제어기술을 전력변환장치에 접목함으로써 전압변동이 높은 고전압 태양광발전 ESS시스템 측 배터리의 충전 효율을 높일 수 있도록 한 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 태양광발전(PV)에서 발전된 전력을 ESS시스템 측 배터리에 충전하는 전력변환장치의 전력변환에 따른 효율을 향상시킬 수 있도록 하며 전력손실을 줄일 수 있도록 한 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 변압기의 턴비가 다른 2개의 변압기를 갖는 2개의 풀브릿지 DC/DC컨버터로 전력변환장치를 구성함으로써 ESS시스템 측 배터리의 충전에 따른 전압과 태양광발전(PV) 측 태양광패널의 온도에 따른 전력량간의 입출력 전압 차이에 의한 운전 제어를 통해 전력변환효율을 증대시킴과 더불어 배터리 충전효율을 향상시킬 수 있도록 한 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 태양광발전(PV)에서의 풀 파워(full power) 발전을 유도할 수 있도록 하면서 배터리 측 충전효율을 향상시킬 수 있도록 한 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템을 제공할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템은, 태양광발전(PV)을 이용하여 배터리를 충전하는 태양광발전 ESS(Energy Storage System; 에너지저장장치) 시스템에 있어서, 태양광발전모듈로부터 생산된 전기에너지(DC; 직류)를 공급받아 배터리 측 충전 가능한 DC(직류)로 변환하여 배터리에 충전하기 위한 DC/DC컨버터;를 포함하되, 상기 DC/DC컨버터는, 제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈로 2개를 구비하여 병렬 연결 및 풀브릿지 회로로 구성하며, 제1 DC/DC컨버터모듈은 제1변압기를 포함하고, 제2 DC/DC 컨버터모듈은 제2변압기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 상기 제1 DC/DC컨버터모듈은, 태양광발전모듈과 제1변압기에 연결되는 제1MOSFET회로부와, 제1MOSFET회로부에 입력측이 연결되고 출력측이 배터리에 연결되는 제1변압기, 및 제1변압기의 출력측과 배터리에 연결되는 제1정류회로부를 포함하고; 상기 제2 DC/DC컨버터모듈은, 태양광발전모듈과 제2변압기에 연결되는 제2MOSFET회로부와, 제2MOSFET회로부에 입력측이 연결되고 출력측이 배터리에 연결되는 제2변압기, 및 제2변압기의 출력측과 배터리에 연결되는 제2정류회로부를 포함하며; 상기 제1 및 제2 MOSFET회로부 각각은 4개의 MOSFET에 매칭시켜 다이오드 및 콘덴서를 연결한 구성이고, 상기 제1 및 제2 정류회로부는 4개의 다이오드를 연결한 구성인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 상기 제1변압기와 제2변압기는 서로 다른 턴비를 갖는 구성인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 상기 제1 DC/DC컨버터모듈은 태양광 발전량을 MPPT 제어시 저하되는 최저전압을 기준으로 하고 출력은 배터리 SOC(충전상태) 기준 100%일 때의 전압을 턴비로 제1변압기 턴비를 갖도록 구성하고. 상기 제2 DC/DC컨버터모듈은 태양광 발전시 최대전압과 출력은 SOC(충전상태) 80% 구간의 전압으로 제2변압기 턴비를 갖도록 구성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 상기 제1 DC/DC컨버터모듈은 제1변압기 턴비에 있어 태양광발전모듈에 연결되는 입력 측 : ESS 배터리에 연결되는 출력 측 = 1 : 8의 턴비를 갖고, 상기 제2 DC/DC컨버터모듈은 제2변압기 턴비에 있어 태양광발전모듈에 연결되는 입력 측 : ESS 배터리에 연결되는 출력 측 = 1 : 3의 턴비를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 상기 DC/DC컨버터 측 입출력 특성에 따라서 전압차이 만큼 상기 제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈 중 어느 하나를 독립적으로 단독 운전 또는 2개 모두를 병렬 운전하도록 동작 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 태양광발전모듈에서의 발전량이 적어서 MPPT 제어시 전압이 낮게 되고 배터리 측 충전량이 높을 경우, 상기 제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈 중 변압기 턴비가 높은 어느 하나를 단독 동작시켜 배터리에 충전을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 태양광발전모듈에서의 발전효율이 높게 발생되어 MPPT 제어시 전압 강하가 높지 않을 경우, 상기 제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈 중 변압기 턴비가 낮은 어느 하나를 단독 동작시켜 배터리에 충전을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 태양광발전모듈에서의 발전효율이 높고 발전량이 많아서 높은 전력으로 충전이 요구되는 경우, 상기 제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈 모두를 동작시켜 배터리에 충전을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 상기 제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈 모두를 동작시켜 배터리에 충전을 수행하되, 태양광발전모듈에서의 발전상태 또는 배터리에서의 충전상태에 따라 상기 제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈 각각에 있어 게이트 입력신호 제어로 각 변압기의 1차측 턴수 출력 대 2차측 턴수 출력을 가변 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 상기 제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈 측 각각에 있어 게이트 입력신호 제어로 각 변압기의 1차측 턴수 출력 대 2차측 턴수 출력을 가변 제어하되, 양측 출력비를 1 : 9 내지 9 : 1 범위로 가변 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 변압기의 턴비 매칭을 이용한 MPPT(Maximum Power Point Tracking; 최대 출력점 추적) 제어기술을 전력변환장치에 접목함으로써 전압변동이 높은 고전압 태양광발전 ESS시스템 측 배터리의 충전 효율을 높일 수 있는 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 태양광발전(PV)에서 발전된 전력을 ESS시스템 측 배터리에 충전하는 전력변환장치의 전력변환에 따른 효율을 향상시킬 수 있으며 전력손실을 줄일 수 있는 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 변압기의 턴비가 다른 2개의 변압기를 갖는 2개의 풀브릿지 DC/DC컨버터로 전력변환장치를 구성함으로써 ESS시스템 측 배터리의 충전에 따른 전압과 태양광발전(PV) 측 태양광패널의 온도에 따른 전력량간의 입출력 전압 차이에 의한 운전 제어를 통해 전력변환효율을 증대시킴과 더불어 배터리 충전효율을 향상시킬 수 있는 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 충전시 전압차가 크게 변동되는 태양광발전 ESS시스템에 있어 전력변환부 측 효율을 증대시킬 수 있으며, 저전력으로 동작될 때와 전압차가 크거나 작을 때 발생되는 손실을 최소화할 수 있는 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 태양광발전(PV)에서의 풀 파워(full power) 발전을 유도할 수 있고, 배터리 충전효율을 향상시킬 수 있는 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 입출력 전압 차이가 크게 발생되어 전압차이에 의한 전력변환 손실이 큰 DC전력을 갖는 분야 중 태양광뿐만 아니라 풍력, 배터리 to 배터리 등의 입력전압이 변동되면서 배터리를 충전하는 충전기분야에서 적용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 발명의 실시예에 따른 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템에 있어 높은 변압기 턴비에서의 단독 운전모드를 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 3은 발명의 실시예에 따른 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템에 있어 낮은 변압기 턴비에서의 단독 운전모드를 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 4는 발명의 실시예에 따른 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템에 있어 2개의 DC/DC컨버터모듈을 모두 사용하는 병렬 운전모드를 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 2는 발명의 실시예에 따른 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템에 있어 높은 변압기 턴비에서의 단독 운전모드를 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 3은 발명의 실시예에 따른 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템에 있어 낮은 변압기 턴비에서의 단독 운전모드를 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 4는 발명의 실시예에 따른 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템에 있어 2개의 DC/DC컨버터모듈을 모두 사용하는 병렬 운전모드를 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
본 발명에 대해 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같으며, 이와 같은 상세한 설명을 통해서 본 발명의 목적과 구성 및 그에 따른 특징들을 보다 잘 이해할 수 있게 될 것이다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템을 설명하기 위해 나타낸 도면들이다.
본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템은 도 1에 나타낸 바와 같이, 태양광발전(PV)을 이용하여 배터리를 충전하는 태양광발전 ESS(Energy Storage System; 에너지저장장치) 시스템에 있어서, 태양광발전모듈(10)로부터 생산된 전기에너지(DC; 직류)를 공급받아 ESS 배터리(20) 측 충전 가능한 DC(직류)로 변환하여 배터리(20)에 충전하기 위한 DC/DC컨버터(100)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
상기 DC/DC컨버터(100)는 제1 DC/DC컨버터모듈(110)과 제2 DC/DC 컨버터모듈(120)로 2개를 구비하여 이들을 병렬 연결하는 풀브릿지 회로로 구성한다.
상기 제1 DC/DC컨버터모듈(110)과 제2 DC/DC 컨버터모듈(120)은 각각 서로 다른 턴비를 갖는 제1 및 제2 변압기(112)(122)를 포함하는 구성을 갖는다.
상기 태양광발전모듈(10)은 상기 DC/DC컨버터(100)의 입력 측에 연결되고, 상기 ESS 배터리(20)는 상기 DC/DC컨버터(100)의 출력 측에 연결되며, 태양광발전모듈(10)로부터 생산된 전기에너지(DC; 직류)를 직류 변환하여 ESS 배터리(20)로 충전하는 작업을 수행한다.
상기 제1 DC/DC컨버터모듈(110)과 제2 DC/DC 컨버터모듈(120)은 각각 변압기(112)(122)를 포함하는 동일한 회로 구성을 갖되, 상기 제1 및 제2 변압기(112)(122) 측 입력과 출력에 대한 턴비를 서로 다르게 한 구성을 갖게 할 수 있다.
상기 제1 및 제2 변압기(112)(122) 각각은 입력측이 4개의 MOSFET에 매칭시켜 다이오드 및 콘덴서를 연결 구성한 제1 및 제2 MOSFET회로부(111)(121)에 매칭 연결되고, 출력측이 4개의 다이오드를 연결 구성한 제1 및 제2 정류회로부(113)(123)에 매칭 연결되게 구성할 수 있다.
이때, 상기 제1 및 제2 MOSFET회로부(111)(121)는 태양광발전모듈(10)에 연결되고, 상기 제1 및 제2 정류회로부(113)(123)는 ESS 배터리(20)에 연결된다.
여기에서, 상기 제1 및 제2 MOSFET회로부(111)(121)에서는 게이트 입력신호 제어(PWM 제어)를 통해 제1 및 제2 변압기(112)(122) 측 각각의 1차측과 2차측 출력비(턴수 출력)를 가변 제어하는 기능을 수행할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 DC/DC컨버터모듈(110)은 태양광 발전량을 MPPT 제어시 저하되는 최저전압을 기준으로 하고 출력은 배터리 SOC(충전상태) 기준 100%일 때의 전압을 턴비로 제1변압기(112) 턴비를 갖도록 구성할 수 있다.
상기 제2 DC/DC컨버터모듈(120)은 태양광 발전시 최대전압과 출력은 SOC(충전상태) 80% 구간의 전압으로 제2변압기 턴비를 갖도록 구성할 수 있다.
일 예로서, 상기 제1 DC/DC컨버터모듈(110)은 제1변압기(112) 턴비에 있어 태양광발전모듈(10)에 연결되는 입력 측 : ESS 배터리(20)에 연결되는 출력 측 = 1 : 8의 턴비로 고정하는 구성을 갖게 할 수 있다.
상기 제2 DC/DC컨버터모듈(120)은 제2변압기(122) 턴비에 있어 태양광발전모듈(10)에 연결되는 입력 측 : ESS 배터리(20)에 연결되는 출력 측 = 1 : 3의 턴비로 고정하는 구성을 갖게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서는 상술한 구성을 갖는 DC/DC컨버터(100) 측 입출력 특성에 따라서 전압차이 만큼 상기 제1 DC/DC컨버터모듈(110)과 제2 DC/DC 컨버터모듈(120) 중 어느 하나를 독립적으로 단독 운전 또는 2개 모두를 병렬 운전하도록 동작 제어할 수 있다.
또한, 상기 태양광발전모듈(10)에서의 발전상태 또는 배터리(20)에서의 충전상태에 따라 상기 제1 DC/DC컨버터모듈(110)과 제2 DC/DC 컨버터모듈(120) 각각에 있어 게이트 입력신호 제어로 제1 및 제2 변압기(112)(122) 각각의 1차측 턴수 출력 대 2차측 턴수 출력을 가변 제어하는 동작을 갖게 할 수 있다.
이와 같은 상술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템은 아래와 같이 4가지 모드(Mode)로 구분하여 동작되게 처리할 수 있으며, 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2에서 보여주는 바와 같이, 태양광발전모듈(10)에서의 발전량이 적어서 MPPT 제어시 전압이 낮게 되고 배터리(20) 측 충전량이 높을 경우, 상기 제1 DC/DC컨버터모듈(110)과 제2 DC/DC 컨버터모듈(120) 중 변압기 턴비가 높은 어느 하나를 단독 동작시켜 배터리(20)에 충전을 수행할 수 있다.
도시한 바에 의하면, 제2변압기에 비해 제1변압기(112)의 턴비가 높은 제1 DC/DC컨버터모듈(110)을 단독 동작할 수 있다.
도 3에서 보여주는 바와 같이, 태양광발전모듈(10)에서의 발전효율이 높게 발생되어 MPPT 제어시 전압 강하가 높지 않을 경우, 상기 제1 DC/DC컨버터모듈(110)과 제2 DC/DC 컨버터모듈(120) 중 변압기 턴비가 낮은 어느 하나를 단독 동작시켜 배터리(20)에 충전을 수행할 수 있다.
도시한 바에 의하면, 제1변압기(112)에 비해 제2변압기(122)의 턴비가 낮은 제2 DC/DC컨버터모듈(120)을 단독 동작할 수 있다.
도 4에서 보여주는 바와 같이, 태양광발전모듈(10)에서의 발전효율이 높고 발전량이 많아서 높은 전력으로 충전이 요구되는 경우, 상기 제1 DC/DC컨버터모듈(110)과 제2 DC/DC 컨버터모듈(120) 모두를 동작시켜 병렬모드로 운전함에 의해 배터리에(20) 충전을 수행할 수 있다.
도시한 바에 의하면, 병렬 연결된 구성이고 제1변압기와 제2변압기 측 각각의 턴비를 일정하게 고정시킨 제1 DC/DC컨버터모듈(110)과 제2 DC/DC컨버터모듈(120)을 모두 동작할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 2개의 병렬 연결된 구조를 갖는 상기 제1 DC/DC컨버터모듈(110)과 제2 DC/DC 컨버터모듈(120)을 도 4의 예시에서와 같이 복합적으로 동작시켜 배터리(20)에 충전을 수행하되, 태양광발전모듈(10)에서의 발전상태 또는 배터리(20)에서의 충전상태에 따라 상기 제1 DC/DC컨버터모듈(110)과 제2 DC/DC 컨버터모듈(120) 각각에 있어 게이트 입력신호 제어로 제1변압기와 제2변압기 각각의 1차측 턴수 출력 대 2차측 턴수 출력을 가변 제어하는 형태로 운전할 수 있다.
즉, 하이브리드 모드로 운전을 제어할 수 있다.
이때, 상기 제1 DC/DC컨버터모듈(110)과 제2 DC/DC 컨버터모듈(120) 각각에 있어 제1 및 제2 MOSFET회로부(111)(121)에서의 게이트 입력신호 제어로 제1 및 제2 변압기(112)(122) 각각의 1차측 턴수 출력 대 2차측 턴수 출력을 가변 제어하되, 양측 출력비를 1 : 9 내지 9 : 1 범위로 가변 제어할 수 있다.
이를 통해, 태양광발전(PV)에서의 풀 파워(full power) 발전을 유도할 수 있을 뿐만 아니라 배터리 측 충전효율을 향상시킬 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템을 통해서는 변압기의 턴비 매칭을 이용한 MPPT(Maximum Power Point Tracking; 최대 출력점 추적) 제어기술을 전력변환장치에 접목함으로써 전압변동이 높은 고전압 태양광발전 ESS시스템 측 배터리의 충전 효율을 높일 수 있으며, 특히 충전시 전압차가 크게 변동되는 태양광발전 ESS시스템에 있어 전력변환장치 측 효율을 증대시킬 수 있고, 저전력으로 동작될 때와 전압차가 크거나 작을 때 발생되는 손실을 최소화할 수 있으며, 태양광발전(PV)에서의 풀 파워(full power) 발전을 유도할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 이러한 실시예에 극히 한정되지 않는다 할 것이며, 본 발명의 기술적 사상과 청구범위 내에서 이 기술분야의 당업자에 의하여 이루어지는 다양한 수정과 변형 또는 단계의 치환 등은 본 발명의 기술적 권리범위 내에 해당한다 할 것이다.
10: 태양광발전모듈 20: ESS 배터리
100: DC/DC컨버터 110: 제1 DC/DC컨버터모듈
111: 제1MOSFET회로부 112: 제1변압기
113: 제1정류회로부 120: 제2 DC/DC컨버터모듈
121: 제2MOSFET회로부 122: 제2변압기
123: 제2정류회로부
100: DC/DC컨버터 110: 제1 DC/DC컨버터모듈
111: 제1MOSFET회로부 112: 제1변압기
113: 제1정류회로부 120: 제2 DC/DC컨버터모듈
121: 제2MOSFET회로부 122: 제2변압기
123: 제2정류회로부
Claims (11)
- 태양광발전(PV)을 이용하여 배터리를 충전하는 태양광발전 ESS(Energy Storage System; 에너지저장장치) 시스템에 있어서,
태양광발전모듈로부터 생산된 전기에너지(DC; 직류)를 공급받아 배터리 측 충전 가능한 DC(직류)로 변환하여 배터리에 충전하기 위한 DC/DC컨버터; 를 포함하되,
상기 DC/DC컨버터는,
제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈로 2개를 구비하여 병렬 연결 및 풀브릿지 회로로 구성하며, 제1 DC/DC컨버터모듈은 제1변압기를 포함하고, 제2 DC/DC 컨버터모듈은 제2변압기를 포함하고,
상기 제1 DC/DC컨버터모듈은 태양광 발전량을 MPPT 제어시 저하되는 최저전압을 기준으로 하고 출력은 배터리 SOC(충전상태) 기준 100%일 때의 전압을 턴비로 제1변압기 턴비를 갖도록 구성하고,
상기 제2 DC/DC컨버터모듈은 태양광 발전시 최대전압과 출력은 SOC(충전상태) 80% 구간의 전압으로 제2변압기 턴비를 갖도록 구성하는 것을 특징으로 하는 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 제1 DC/DC컨버터모듈은,
태양광발전모듈과 제1변압기에 연결되는 제1MOSFET회로부와, 제1MOSFET회로부에 입력측이 연결되고 출력측이 배터리에 연결되는 제1변압기, 및 제1변압기의 출력측과 배터리에 연결되는 제1정류회로부를 포함하고;
상기 제2 DC/DC컨버터모듈은,
태양광발전모듈과 제2변압기에 연결되는 제2MOSFET회로부와, 제2MOSFET회로부에 입력측이 연결되고 출력측이 배터리에 연결되는 제2변압기, 및 제2변압기의 출력측과 배터리에 연결되는 제2정류회로부를 포함하며;
상기 제1 및 제2 MOSFET회로부 각각은 4개의 MOSFET에 매칭시켜 다이오드 및 콘덴서를 연결한 구성이고,
상기 제1 및 제2 정류회로부는 4개의 다이오드를 연결한 구성인 것을 특징으로 하는 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 제1변압기와 제2변압기는 서로 다른 턴비를 갖는 구성인 것을 특징으로 하는 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 제1 DC/DC컨버터모듈은,
제1변압기 턴비에 있어 태양광발전모듈에 연결되는 입력 측 : ESS 배터리에 연결되는 출력 측 = 1 : 8의 턴비를 갖고,
상기 제2 DC/DC컨버터모듈은,
제2변압기 턴비에 있어 태양광발전모듈에 연결되는 입력 측 : ESS 배터리에 연결되는 출력 측 = 1 : 3의 턴비를 갖는 것을 특징으로 하는 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 DC/DC컨버터 측 입출력 특성에 따라서 전압차이 만큼 상기 제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈 중 어느 하나를 독립적으로 단독 운전 또는 2개 모두를 병렬 운전하도록 동작 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템.
- 제 1항에 있어서,
MPPT 제어에 의해 배터리 충전을 수행하되,
상기 제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈 중 변압기 턴비가 높은 어느 하나를 단독 동작시켜 배터리 충전을 수행하는 방법, 상기 제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈 중 변압기 턴비가 낮은 어느 하나를 단독 동작시켜 배터리에 충전을 수행하는 방법, 태양광발전모듈에서의 발전상태 및 배터리에서의 충전상태에 따라, 상기 제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈 모두를 동작시켜 배터리 충전을 수행하는 방법 중에서 선택하여 충전을 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템.
- 삭제
- 삭제
- 태양광발전(PV)을 이용하여 배터리를 충전하는 태양광발전 ESS(Energy Storage System; 에너지저장장치) 시스템에 있어서,
태양광발전모듈로부터 생산된 전기에너지(DC; 직류)를 공급받아 배터리 측 충전 가능한 DC(직류)로 변환하여 배터리에 충전하기 위한 DC/DC컨버터; 를 포함하되,
상기 DC/DC컨버터는,
제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈로 2개를 구비하여 병렬 연결 및 풀브릿지 회로로 구성하며,
제1 DC/DC컨버터모듈은 제1변압기를 포함하고, 제2 DC/DC 컨버터모듈은 제2변압기를 포함하고,
상기 제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈을 복합적으로 동작시켜 배터리에 충전을 수행하되,
태양광발전모듈에서의 발전상태 또는 배터리에서의 충전상태에 따라 상기 제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈 각각에 있어 게이트 입력신호 제어로 각 변압기의 1차측 턴수 출력 대 2차측 턴수 출력을 가변 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템.
- 제 10항에 있어서,
상기 제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈 측 각각에 있어 게이트 입력신호 제어로 각 변압기의 1차측 턴수 출력 대 2차측 턴수 출력을 가변 제어하되, 양측 출력비를 1 : 9 내지 9 : 1 범위로 가변 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템.
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