KR20160107741A - Dither-Correlation Maximum Power Point Tracking Method and System for Converter-Based Energy Harvesters - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 에너지 하베스팅 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 태양전지 등으로부터 전력을 확보하는 에너지 하베스팅에서 고효율을 달성하기 위한 최고 전력 지점 추적(Maximum Power Point Tracking, MPPT)을 수행하여, 에너지 하베스팅 시스템에 적용시켜 높은 효율을 얻을 수 있는 최고 전력 지점 추적 방법 및 시스템에 대한 것이다.The present invention relates to an energy harvesting technique, and more particularly, to an energy harvesting technique for performing maximum power point tracking (MPPT) for achieving high efficiency in energy harvesting securing power from a solar cell, The present invention relates to a method and system for tracking a maximum power point,
또한, 본 발명은 이를 통해 각종 저전력 프로세서를 활용하는 무선센서노드의 원활한 동작을 도울 수 있도록 하는 최고 전력 지점 추적 방법 및 시스템에 대한 것이다.The present invention also relates to a method and system for tracking a maximum power point that can facilitate smooth operation of a wireless sensor node utilizing various low-power processors.
태양전지에서 나오는 전압 및 전류는 바로 사용할 수 없어 별도로 안정화(regulating)하는 과정이 필요하다. 이를 위해 DC전압을 받아 다시 원하는 DC전압으로 변환해주는 파워 컨버터(power converter)인 벅 컨버터(buck converter), 부스트 컨버터(boost converter), 벅-부스트 컨버터(buck-boost converter) 등을 보통 사용한다. The voltage and current from the solar cell can not be used immediately, so a separate regulating process is needed. To this end, a buck converter, a boost converter, and a buck-boost converter, which are power converters that receive a DC voltage and convert it back to a desired DC voltage, are usually used.
이때, 파워 컨버터(power converter)의 입력 임피던스를 바꾸면 태양전지로부터 얻을 수 있는 전력이 달라진다. 최대의 전력을 뽑아내기 위한 알고리즘을 최고 전력 지점 추적(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 알고리즘이라고 부른다. At this time, if the input impedance of the power converter is changed, the power that can be obtained from the solar cell changes. The algorithm for extracting the maximum power is called the Maximum Power Point Tracking (MPPT) algorithm.
대부분의 MPPT 알고리즘은 태양전지로부터 가장 높은 효율을 얻어낼 수 있는 전역적인(global) MPP가 아닌, 시작 지점으로부터 가장 가까운 지역적인(local) MPP만 찾는 알고리즘이다. Most MPPT algorithms are algorithms that find only the local MPP closest to the starting point, not the global MPP that can get the highest efficiency from the solar cell.
가장 많이 활용되는 Perturb & Observation (P&O) 알고리즘도 이에 해당한다. 이 경우, 태양전지가 부분적으로 그림자에 갇히게 될 때 생기는 지역적인 MPP에 갇혀 가장 좋은 효율을 얻지 못하게 된다.This is also the most commonly used Perturb & Observation (P & O) algorithm. In this case, the solar cell is trapped in the local MPP that is generated when the solar cell is partially trapped in shadows, and the best efficiency is not obtained.
전역적인(Global) MPPT 알고리즘들의 경우, 일반적인 알고리즘들은 알고리즘 자체가 복잡하거나 많은 정보들을 필요로 하여 쉽게 구현하기 어려운 경우가 많다.In the case of global MPPT algorithms, general algorithms are often complex or difficult to implement because they require a lot of information.
입력 전압, 입력 전류 등을 필요로 하는 알고리즘의 경우, 디자인 노력(design effort)이 높은 아날로그 회로들로 구성하거나 디지털로 구현을 하고자 하는 경우에는 전류 센서(current sensor), 전압 센서(voltage sensor), ADC(Analog-Digital Converter) 등이 필수적으로 사용되어 설계가 쉽지 않다. 또한 많은 계산을 필요로 하는데다 노이즈(noise)에 취약한 경우가 대부분이다. In the case of algorithms requiring input voltage, input current, etc., when designing with analog circuits having high design effort or digital implementation, current sensor, voltage sensor, ADC (Analog-Digital Converter) and so on are essential. Also, many calculations are required, but most of them are vulnerable to noise.
본 발명에서는 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하고자 제안된 것으로서, 간단한 디지털 알고리즘을 활용하여 큰 계산이 필요하지 않고 노이즈에도 취약하지 않은 컨버터 기반의 에너지 하베스터에 사용되는 디더 상관 최고 전력 지점 추적 방법 및 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention proposes a dither-correlated peak power point tracking method and system for use in a converter-based energy harvester that does not require large computation and is not susceptible to noise by using a simple digital algorithm. The purpose is to provide.
본 발명은 위 배경기술에 따른 간단한 디지털 알고리즘을 활용하여 큰 계산이 필요하지 않고 노이즈에도 취약하지 않은 컨버터 기반의 에너지 하베스터에 사용되는 디더 상관 최고 전력 지점 추적 방법을 제공한다.The present invention utilizes a simple digital algorithm according to the above background art to provide a dither-correlated peak power point tracking method used in a converter-based energy harvester that does not require large computation and is not susceptible to noise.
상기 최고 전력 지점 추적 방법은,The method of
(a) 에너지 하베스팅 회로의 컨버터로부터 현재 측정 전력 입력값을 수신하는 단계;(a) receiving a current measured power input value from a converter of an energy harvesting circuit;
(b) 상기 현재 측정 입력값에 디더를 삽입하기 위한 디폴트값을 설정하는 단계;(b) setting a default value for inserting dither into the current measured input value;
(c) 상기 현재 측정 입력값에 상기 디더를 삽입하여 상기 컨버터를 제어하는 현재 컨트롤 변수값과 전력 측정값의 상관관계를 산출하는 단계;(c) calculating a correlation between a current control variable value and a power measurement value that controls the converter by inserting the dither into the current measured input value;
(d) 상기 상관 관계를 미리 설정되는 특정값과 비교하여 상기 디더를 삽입하기전의 상기 컨버터를 제어하는 평균 컨트롤 변수값을 변화시키는 단계;(d) comparing the correlation with a predetermined value to change an average control variable value for controlling the converter before inserting the dither;
(e) 변화된 평균 컨트롤 변수값이 상기 컨버터를 현재 제어하고 있는 현재 컨트롤 변수값의 현재 위치에 머물러 있는지를 확인하는 단계; 및(e) verifying whether the changed average control variable value remains at the current position of the current control variable value currently controlling the converter; And
(f) 확인 결과, 상기 현재 컨트롤 변수값의 현재 위치에 머물러 있다면 최고 전력 지점을 산출하기 위해 상기 디더의 단위를 줄여서 상기 단계 (c)를 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.and (c) performing the step (c) by decreasing the unit of the dither to calculate a maximum power point if the current control variable value remains at the current position of the current control variable value.
이때, 상기 (c) 단계는, (c-1) 상기 평균 컨트롤 변수값을 상기 컨버터에 입력하는 단계; (c-2) 상기 입력에 따라 출력되는 출력값을 저장되는 평균 컨트롤 변수값의 위치에서의 저장 평균 전력 입력값으로 저장하는 단계; (c-3) 상기 현재 컨트롤 변수값을 상기 저장되는 평균 컨트롤 변수값을 중심으로 변화시켜 상기 컨버터에서 현재 측정 전력 입력값을 산출하는 단계; 및 (c-4) 상기 현재 측정 전력 입력값을 상기 저장 평균 전력 입력값과 비교하여 상기 상관 관계를 획득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The step (c) includes the steps of: (c-1) inputting the average control variable value to the converter; (c-2) storing an output value according to the input as a stored average power input value at a position of an average control variable value to be stored; (c-3) calculating the current measured power input value in the converter by changing the current control variable value around the stored average control variable value; And (c-4) comparing the current measured power input value with the stored average power input value to obtain the correlation.
또한, 삽입되는 디더는 상관 관계를 계산하는 동안 총 입력한 디더의 합이 "0"이 되는 것을 특징으로 할 수 있다.Further, the inserted dither can be characterized in that the sum of the dither input as a total while the correlation is calculated becomes "0 ".
또한, 상기 삽입되는 디더는 삼각 형태의 디더를 삽입하는 방식 또는 계산을 통해 합이 "0"이 되는 무작위의 디더를 삽입하는 방식인 것을 특징으로 할 수 있다.Also, the inserted dither may be a method of inserting a random dither having a sum of "0 " through a method of inserting a triangular dither or a calculation.
또한, 상기 컨버터는 PWM(Pulse Width Modulation) 컨버터인 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the converter may be a PWM (Pulse Width Modulation) converter.
또한, 상기 컨버터는 DCM(Discontinous Conduction Mode) 벅-부스터 컨버터인 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the converter may be a DCM (Discontinuous Conduction Mode) buck-boost converter.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 태양전지로부터 발생한 전력을 변환하는 컨버터를 갖는 에너지 하베스팅 회로; 상기 컨버터로부터 현재 측정 전력 입력값을 수신하는 입력부; 상기 현재 측정 입력값에 디더를 삽입하기 위한 디폴트값을 설정하고, 상기 현재 측정 입력값에 상기 디더를 삽입하여 상기 컨버터를 제어하는 현재 컨트롤 변수값과 전력 측정값의 상관관계를 산출하는 상관 관계 계산부; 및 상기 상관 관계를 미리 설정되는 특정값과 비교하여 상기 디더를 삽입하기전의 상기 컨버터를 제어하는 평균 컨트롤 변수값을 변화시키고, 변화된 평균 컨트롤 변수값이 상기 컨버터를 현재 제어하고 있는 현재 컨트롤 변수값의 현재 위치에 머물러 있는지를 확인하고, 확인 결과, 상기 현재 컨트롤 변수값의 현재 위치에 머물러 있다면 최고 전력 지점을 산출하기 위해 상기 디더의 단위를 줄여서 상관 관계를 수행하도록 하는 트랙킹부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨버터 기반의 에너지 하베스터에 사용되는 디더 상관 최고 전력 지점 추적 시스템을 제공한다.On the other hand, another embodiment of the present invention is an energy harvesting circuit having a converter for converting power generated from a solar cell; An input for receiving a current measured power input value from the converter; Calculating a correlation between a current control variable value and a power measurement value for controlling the converter by inserting the dither into the current measurement input value and setting a default value for inserting dither into the current measurement input value, part; And comparing the correlation with a predetermined value to change an average control variable value for controlling the converter before inserting the dither, and when the changed average control variable value is smaller than the current control variable value currently controlling the converter And a tracking unit for checking whether or not the current control variable remains at the current position and performing a correlation by decreasing the unit of the dither to calculate a maximum power point, To-dither correlation peak power point tracking system used in converter-based energy harvesters.
본 발명에 따르면, 지역적인 MPP가 아닌 최대의 효율을 가지는 전역적인 최고 전력 지점(Maximum Power Point)을 찾을 수 있다.According to the present invention, it is possible to find a global maximum power point having the maximum efficiency rather than a local MPP.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 전체적으로 노이즈에 강하다는 점을 들 수 있다.Another effect of the present invention is that it is totally resistant to noise.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 단순한 덧셈, 뺄셈, 그리고 비교 연산만 사용하며, 곱셈과 같은 복잡한 연산을 전혀 사용하지 않으므로 디지털 하드웨어로 구현하였을 때 간단하게 구현할 수 있어 다른 알고리즘 대비 저렴하게 구현할 수 있다는 점을 들 수 있다. Further, as another effect of the present invention, only simple addition, subtraction, and comparison operations are used and complex operations such as multiplication are not used at all. Therefore, it can be implemented simply by digital hardware and can be implemented at a lower cost than other algorithms Points can be mentioned.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터 기반의 에너지 하베스터에 사용되는 디더 상관(dither-correlation) 최고 전력 지점 추적(Maximum Power Point Tracking)을 수행하는 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 2는 도 1에 도시된 디더 삽입 상관 계산 단계(S120)를 상세하게 보여주는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터 기반의 에너지 하베스터에 사용되는 디더 상관 최고 전력 지점 추적 시스템의 개념도이다.
도 4는 도 3에 도시된 제어기(320)의 세부 구성도이다.
도 5는 일반적인 예로서 디더(dither)를 삽입하는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전역적 범위에 디더(dither)를 삽입하여 지역적인 최고점을 피하는 개념도이다.1 is a flowchart illustrating a process of performing a dither-correlation maximum power point tracking used in a converter-based energy harvester according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flow chart showing in detail the dither insertion correlation calculation step (S120) shown in FIG.
3 is a conceptual diagram of a dither-correlated peak power point tracking system used in a converter-based energy harvester in accordance with an embodiment of the present invention.
4 is a detailed configuration diagram of the
5 is a conceptual diagram for inserting a dither as a general example.
FIG. 6 is a conceptual diagram for avoiding local peaks by inserting a dither in a global range according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 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 is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.Like reference numerals are used for similar elements in describing each drawing.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.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.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.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. The term "and / or" includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Should not.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터 기반의 에너지 하베스터에 사용되는 디더 상관 최고 전력 지점 추적 방법 및 시스템을 상세하게 설명하기로 한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to like elements throughout.
도 1 내지 도 6을 설명하기에 앞서, 변수들을 정의하면 다음과 같다.Prior to describing FIGS. 1 to 6, the variables are defined as follows.
D = 현재 회로를 컨트롤하는 현재 컨트롤 변수값D = current control variable controlling the current circuit
DAVG = 디더(dither)를 넣기 전의 선택된 평균 컨트롤 변수값D AVG = selected average control variable value before dither
ΔD = 디더(dither)를 넣는 최소 크기ΔD = minimum size to insert dither
DMIN = 최소 컨트롤 변수값D MIN = minimum control variable value
CNTLOG = DAVG를 몇 번 움직였는지 기록된 움직임 기록값CNT LOG = D How many times the AVG was moved Recorded motion record value
LOG = DAVG를 움직인 방향의 움직임 방향합LOG = D Moving direction in the direction of moving AVG
PIN = 현재 측정 전력 입력값P IN = Current measured power input value
PAVG = 저장해 둔 DAVG위치에서의 저장 평균 전력 입력값P AVG = stored average power input value at stored D AVG position
Coef = 현재 DAVG에서 ΔD를 얼마만큼 더할지 / 뺄지 선택하는 선택값Coef = Selection value to choose how much to add / subtract ΔD from current D AVG
NDITHER = 디더(dither)를 넣어주는 디더 삽입 횟수N DITHER = Number of dither inserts to insert dither
NDSIZE = 디더의 크기/ΔDN DSIZE = Size of dither / ΔD
CNTINC = 상관 관계(Correlation)가 양수인지 확인한 양수 확인값CNT INC = Positive number confirm that Correlation is positive
CNTDEC = 상관 관계(Correlation)가 음수인지 확인한 음수 확인값
CNT DEC = Negative check value to see if Correlation is negative
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터 기반의 에너지 하베스터에 사용되는 디더 상관(dither-correlation) 최고 전력 지점 추적(Maximum Power Point Tracking)을 수행하는 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 1을 설명하기에 앞서, 입력은 현재의 전력, 출력은 회로에서 입력 임피던스를 컨트롤 가능한 변수 하나이다. 기본적으로 도 3에 도시된 바와 같이 전력 값을 디지털로 읽어낼 수 있으며, 회로의 컨트롤 가능한 변수도 디지털로 컨트롤할 수 있는 회로가 될 수 있다. 1 is a flowchart illustrating a process of performing a dither-correlation maximum power point tracking used in a converter-based energy harvester according to an exemplary embodiment of the present invention. Prior to describing FIG. 1, the input is the current power, and the output is a variable whose input impedance can be controlled in the circuit. Basically, the power value can be digitally read as shown in FIG. 3, and the controllable variable of the circuit can be a digital controllable circuit.
도 1을 참조하면, 먼저 디폴트값을 설정한다(단계 S110). 부연하면, 디폴트값으로서 평균 컨트롤 변수값(DAVG), 변화할 디더(dither)의 단위(ΔD), 평균 컨트롤 변수값의 움직임 방향합(LOG=0), 상관 관계가 양수인지 확인한 양수 확인값(CNTLOG=0) 등을 먼저 정해준다. Referring to FIG. 1, a default value is first set (step S110). In addition, as a default value, the average control variable value (D AVG ), the unit of the dither to be changed (ΔD), the sum of the motion directions of the average control variable (LOG = 0) (CNT LOG = 0).
이후, 컨버터(도 3의 312)로부터 현재 측정된 현재 측정 전력 입력값(PIN)에 디더(ΔD)를 삽입하고 이를 이용하여 상관 관계(Corr)(즉 컨버터를 제어하는 컨트롤 변수값과 전력 측정값의 상관관계)를 계산한다(단계 S120). 단계 S120의 세부 과정은 도 2에 도시되어 있으며, 도 2에 대해서는 후술하기로 한다.Thereafter, a dither ΔD is inserted into the current measured power input value P IN currently measured from the converter 312 (FIG. 3), and the correlation ΔD is used to calculate a correlation Corr (ie, Value) (step S120). The detailed procedure of step S120 is shown in FIG. 2, and FIG. 2 will be described later.
도 1을 계속 참조하면, 단계 S120을 통해 MPP(Maximum Power Point) 지점이 현재 회로(즉 컨버터)를 제어(control)하는 현재 컨트롤 변수값(D)의 현재 위치보다 큰 쪽에 있는지 작은 쪽에 있는지 확인한다(단계 S130). 즉, 상관 관계(Corr)의 값이 "0"보다 큰지를 확인하여 "0"보다 크면 MPP(Maximum Power Point) 지점이 현재 컨트롤 변수값(D)의 현재 위치보다 큰 쪽에 있음을 의미한다. 이와 달리, "0"보다 작으면 MPP(Maximum Power Point) 지점이 현재 컨트롤 변수값(D)의 현재 위치보다 작은 쪽에 있음을 의미한다.Continuing with FIG. 1, it is determined whether the MPP (Maximum Power Point) point is larger or smaller than the present position of the current control variable value D that controls the current circuit (i.e., the converter) (Step S130). That is, it is checked whether the value of the correlation Corr is larger than "0". If it is larger than "0", it means that the MPP point is larger than the current position of the current control variable value D. On the other hand, if the value is smaller than "0", it means that the MPP (Maximum Power Point) point is smaller than the current position of the current control variable value (D).
따라서, 단계 S130의 확인 결과에 따라 디더(dither)를 넣기 전의 선택된 평균 컨트롤 변수값(DAVG)을 해당 방향으로 변화시킨다(단계 S140,S150). 부연하면, 상관 관계(Corr)의 값이 "0"보다 크면, 평균 컨트롤 변수값(DAVG)을 다음식을 이용하여 산출한다.Accordingly, the selected average control variable value D AVG before the dither is inserted is changed in the corresponding direction (steps S140 and S150) according to the result of the check in step S130. Further, if the value of the correlation (Corr) is larger than "0", the average control variable value (D AVG ) is calculated using the following equation.
여기서, NSTEP은 Davg를 얼마만큼 이동시킬지를 델타D 로 표현한 정수값 이고, ΔD는 디더(dither)를 넣는 최소 크기이고, CNTLOG는 DAVG를 몇 번 움직였는지 기록된 움직임 기록값이고, LOG는 DAVG를 움직인 방향의 움직임 방향합을 나타낸다.Here, N STEP is an integer representing the amount of movement of Davg by delta D. DELTA D is the minimum size to insert dither, CNT LOG is a recorded motion record value indicating how many times D AVG has been moved, and LOG Represents the sum of the directions of movement of the D AVG .
이와 달리, 상관 관계(Corr)의 값이 "0"보다 작으면, 평균 컨트롤 변수값(DAVG)을 다음식을 이용하여 산출한다.On the other hand, if the value of the correlation Corr is smaller than "0", the average control variable value D AVG is calculated using the following equation.
이후 바뀐 DAVG값으로 다시 단계 S120을 통해 상관 관계(Corr)의 값을 확인한다.Then, the value of the correlation (Corr) is confirmed again through step S120 with the changed D AVG value.
부연하면, 일정 시간이 흐른 후, MPP(Maximum Power Point) 지점이 현재 회로(즉 컨버터)를 제어(control)하는 현재 컨트롤 변수값(D)의 현재 위치에 있지 않으면 단계 S120부터 다시 수행한다(단계 S160). 즉, CNTLOG<NLOG이고 LOG =/= 0이면 단계 S120 내지 단계 S160이 반복 수행된다.Further, after a certain period of time, if the MPP (Maximum Power Point) is not at the current position of the current control variable value D that controls the current circuit (i.e., the converter) S160). That is, if CNT LOG < N LOG and LOG = / = 0, steps S120 through S160 are repeated.
이와 달리, 단계 S160에서 MPP(Maximum Power Point) 지점이 현재 회로(즉 컨버터)를 제어(control)하는 현재 컨트롤 변수값(D)의 현재 위치에 계속 머물러 있다면, 현재 위치 근처에 전역적인 MPP가 있다는 의미이다. 따라서, 디더의 크기를 줄여서 단계 S120 내지 단계 S160을 반복 수행한다. 즉, CNTLOG>NLOG이고 LOG == 0이면 dither의 단위(ΔD)를 줄여서 다시 탐색을 진행하게 된다(단계 S180). 이렇게 변경되는 디더를 수학식으로 나타내면 다음과 같다.Alternatively, if the MPP point remains in the current position of the current control variable D controlling the current circuit (i.e., the converter) in step S160, then there is a global MPP near the current position It means. Therefore, the size of the dither is reduced and steps S120 to S160 are repeated. That is, if CNT LOG > N LOG and LOG == 0, the unit (? D) of the dither is reduced and the search is performed again (step S180). The dither changed in this way can be expressed by the following equation.
여기서, min()은 비교하여 더 작은 값을 선택하는 비교 선택 함수이고, △D/2는 △D의 1/2값을 의미하고, △DMIN은 △D의 최소값을 의미한다.Herein, min () is a comparative selection function for selecting a smaller value by comparison,? D / 2 means a half value of? D, and? D MIN means a minimum value of? D.
이를 통해 조금 더 세밀한 위치에서 탐색을 진행하게 된다. 결과적으로 DAVG는 알고리즘을 통해 MPP를 얻을 수 있는 지점으로 움직임하게 되고, ΔD는 최종적으로 변수를 움직일 수 있는 최소값으로 줄어들게 된다. 이때 최소값으로 계속 흔들리면서 상관 관계(correlation) 값을 확인하면서 변화를 따라가게 되고, 이를 통해 약간씩 변화하는 MPP지점의 트랙킹(tracking)이 가능하게 된다.This enables us to search in a more detailed position. As a result, D AVG moves through the algorithm to the point where MPP can be obtained, and ΔD is finally reduced to the minimum value at which the variable can be moved. At this time, while continuing to swing at the minimum value, the correlation value is checked and the change is followed. Thus, tracking of the slightly changed MPP point becomes possible.
도 2는 도 1에 도시된 디더 삽입 상관 계산 단계(S120)를 상세하게 보여주는 흐름도이다. 도 2를 참조하면, 먼저 앞에서 설정된 평균 컨트롤 변수값(DAVG)을 컨버터에 입력하여 나오는 출력값인 현재 측정 전력 입력값(PIN)을 저장해둔 평균 컨트롤 변수값(DAVG) 위치에서의 저장 평균 전력 입력값(PAVG)로 저장해 둔다(단계 S210).FIG. 2 is a flow chart showing in detail the dither insertion correlation calculation step (S120) shown in FIG. 2, a first front set an average control variable value (D AVG) for coming out of the input to the converter output is the current measured power input value average control variable value have saved the (P IN) (D AVG) stored in the location average And stores it as the power input value P AVG (step S210).
이후 현재 컨트롤 변수값(D)을 평균 컨트롤 변수값(DAVG)을 중심으로 변화시키고, 컨버터에서 현재 측정 전력 입력값을 샘플링한다(단계 S220,S230). 현재 컨트롤 변수값(D)은 다음식으로 정의된다.Thereafter, the current control variable value D is changed around the average control variable value D AVG , and the current measured power input value is sampled by the converter (steps S220 and S230). The current control variable value (D) is defined as follows.
여기서, Coef = ±(1,...,NDSIZE)이다.Where Coef = ± (1, ..., N DSIZE ).
부연하면, 삽입되는 디더(dither)는 상관 관계(correlation)를 계산하는 동안 총 입력한 디더(dither)의 합이 0이 되도록 넣는다. 이를 위해서는 삼각형태의 dither를 삽입하는 방식, 혹은 계산을 통해 합이 0이 되는 무작위의 dither를 삽입하는 방식 등을 선택할 수 있다. 여기서, 삼각 형태의 디더를 삽입하는 방식은 예를 들어 -3 ~ 3의 입력을 넣을 때, 무작위로 -3 1 2 -3 이런식이 아닌 -3 -2 -1 0 1 2 3 2 1 0 -1 -2 -3의 방식을 말한다.In other words, the inserted dither is inserted such that the sum of the input dither is zero while calculating the correlation. This can be done by inserting a triangular dither, or by inserting a random dither with a sum of 0 through computation. Here, the method of inserting the triangular dither is, for example, when inputting the input of -3 to 3, it is not -3 1 -1 -3 randomly. -3 -2 -1 0 1 2 3 2 1 0 -1 -2 means -3 method.
따라서, 현재 측정 전력 입력값(PIN)과 처음에 저장해 둔 저장 평균 전력 입력값(PAVG)의 비교를 통해 상관 관계(Correlation)의 값을 얻게 된다.Therefore, the value of the correlation is obtained by comparing the current measured power input value P IN with the stored stored average power input value P AVG .
부연하면, 단계 S240, S250에서의 비교를 통해 correlation을 얻을 수 있다.In other words, correlation can be obtained through comparison at steps S240 and S250.
단계 S240에서 디더(Dither)가 양수일 때 현재 측정 전력 입력값(PIN)이 저장 평균 전력 입력값(PAVG)보다 크게 나오거나, (5) dither가 음수일 때 현재 측정 전력 입력값(PIN)이 저장 평균 전력 입력값(PAVG)보다 낮게 나오는 경우 상관 관계(correlation) 값이 양수임을 의미한다. 이 경우, 단계 S270에서 양수 확인값(CNTINC)을 증가시킨다. If the current measured power input value P IN is greater than the stored average power input value P AVG when dither is positive in step S240 or (5) the dither is negative, the current measured power input value P IN ) Is lower than the stored average power input value (P AVG ), it means that the correlation value is positive. In this case, the positive number confirmation value (CNT INC ) is increased in step S270.
반대의 두 경우에 대해서는 상관 관계(correlation)값이 음수임을 의미하며, 단계 S260에서 음수 확인값(CNTDEC)을 증가시킨다. For the two opposite cases, the correlation value is negative, and the negative acknowledgment (CNT DEC ) is increased in step S260.
단계 S280에서, 충분한 시간동안 dither 입력을 넣어 정보를 확인한다. 충분한 시간이 되지 않으면 단계 S220 내지 단계 S280이 반복 수행된다.In step S280, the information is confirmed by inserting a dither input for a sufficient time. If it is not enough time, steps S220 to S280 are repeatedly performed.
이와 달리, 충분한 시간이 경과된 이후면, 단계 S290에서 저장된 양수 확인값(CNTINC)과 음수 확인값(CNTDEC)을 비교하여 상관 관계(correlation)의 값을 구하여 평균 컨트롤 변수값(DAVG)이 증가해야 하는지 감소해야 하는지를 알려주게 된다.Alternatively, sufficient surface after the time has elapsed, the stored positive check value (CNT INC) and a negative confirmation value average control variable value (CNT DEC) for comparison to obtain the value of the correlation (correlation) in step S290 (D AVG) Will either increase or decrease.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터 기반의 에너지 하베스터에 사용되는 디더 상관 최고 전력 지점 추적 시스템의 개념도이다. 도 3을 참조하면, 최고 전력 지점 추적 시스템(300)은 에너지 하베스터 회로(210)와 이 에너지 하베스터 회로(210)를 제어하여 최고 전력 지점 추적하는 제어기(320) 등으로 구성된다. 3 is a conceptual diagram of a dither-correlated peak power point tracking system used in a converter-based energy harvester in accordance with an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the highest power
에너지 하베스터 회로(210)는 태양전지(311), 태양전지(311)를 발행한 전력을 변환하는 컨버터(312), 변환된 전력을 저장하는 배터리(313) 등을 포함하여 구성된다.The energy harvester circuit 210 includes a
컨버터(312)는 PWM(Pulse Width Modulation) 컨버터가 될 수 있다. 특히, 컨버터(312)는 DCM(Discontinous Conduction Mode) 벅-부스터 컨버터일 수 있다. The
도 4는 도 3에 도시된 제어기(320)의 세부 구성도이다. 도 4를 참조하면, 상기 컨버터로부터 현재 측정 전력 입력값을 수신하는 입력부(410), 상기 현재 측정 입력값에 디더를 삽입하기 위한 디폴트값을 설정하고, 상기 현재 측정 입력값에 상기 디더를 삽입하여 상관 관계를 산출하는 상관 관계 계산부(420), 및 상기 상관 관계를 미리 설정되는 특정값과 비교하여 상기 디더를 삽입하기전의 상기 컨버터를 제어하는 평균 컨트롤 변수값을 변화시키고, 변화된 평균 컨트롤 변수값이 상기 컨버터를 현재 제어하고 있는 현재 컨트롤 변수값의 현재 위치에 머물러 있는지를 확인하고, 확인 결과, 상기 현재 컨트롤 변수값의 현재 위치에 머물러 있다면 최고 전력 지점을 산출하기 위해 상기 디더의 단위를 줄여서 상관 관계를 수행하도록 하는 트랙킹부(430) 등을 포함하여 구성된다. 4 is a detailed configuration diagram of the
도 5는 일반적인 예로서 디더(dither)를 삽입하는 개념도이다. 도 5를 참조하면, 여러 셀로 이루어진 태양전지와 같은 에너지 하베스터 회로(310)의 경우 컨트롤 변수를 바꿀 때 하나의 극점을 갖지 않고 여러 개의 극점을 가지는 경우가 존재한다. 이와 같은 경우, 일반적인 Perturb & Observation과 같은 알고리즘을 사용하게 되면 도 5에 도시된 바와 같이 전역적인 최고점이 아닌 지역적인 최고점에 갇히게 되는 그래프 형태(510)를 띠게 된다. 5 is a conceptual diagram for inserting a dither as a general example. Referring to FIG. 5, in the case of an
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전역적 범위에 디더(dither)를 삽입하여 지역적인 최고점을 피하는 개념도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 방식을 사용하면 넓은 범위에 dither를 넣어 이러한 지역 최고점을 피할 수 있다. 좌측 그래프(610)와 같이 dither를 집어넣어 correlation을 보는 것은 우측 그래프(620)와 같은 기울기를 보는 것과 같아지고, 따라서 이를 통해 전역 극점으로 갈 수 있는 것이다.FIG. 6 is a conceptual diagram for avoiding local peaks by inserting a dither in a global range according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, by using the method of the present invention, it is possible to avoid this local peak by adding dither to a wide range. Looking at the correlation by inserting a dither like the
따라서, 본 발명에 따르면, 첫 번째는 지역적인 MPP가 아닌 최대의 효율을 가지는 전역적인 MPP를 찾을 수 있게 된다.Therefore, according to the present invention, it is possible to find a global MPP having the maximum efficiency, not the local MPP.
두 번째는 전체적으로 노이즈에 강해지게 된다. 본 발명의 알고리즘은 여러 번의 측정을 통해 correlation을 측정하여 움직임을 하며, 이를 통해 한 번의 측정으로 결정을 내리가 되는 타 알고리즘과 달리 전력 측정에서 오는 오류나 내부적으로 발생할 수 있는 디지털 값 변화에 둔감해 진다. The second becomes stronger against the noise as a whole. The algorithm of the present invention measures a correlation by measuring a plurality of times and moves, and unlike other algorithms that make a decision by a single measurement, it becomes insensitive to errors coming from power measurement or digital value changes that may occur internally .
세 번째는 본 알고리즘은 단순한 덧셈, 뺄셈, 그리고 비교 연산만 사용하며, 곱셈과 같은 복잡한 연산을 전혀 사용하지 않는다. 따라서 만약 디지털 하드웨어로 구현하였을 때 간단하게 구현할 수 있어 다른 알고리즘 대비 저렴하게 구현할 수 있게 된다. Third, this algorithm uses only simple addition, subtraction, and comparison operations, and does not use complex operations such as multiplication. Therefore, if it is implemented as digital hardware, it can be implemented easily and can be implemented at a lower cost than other algorithms.
300: 최고 전력 지점 추적 시스템
311: 태양전지
312: 컨버터
313: 배터리
320: 제어기
410: 입력부 420: 상관 관계 계산부
430: 트랙킹부300: Highest Power Point Tracking System
311: Solar cell
312: Converter
313: Battery
320:
410: input unit 420: correlation calculation unit
430:
Claims (7)
(b) 상기 현재 측정 입력값에 디더를 삽입하기 위한 디폴트값을 설정하는 단계;
(c) 상기 현재 측정 입력값에 상기 디더를 삽입하여 상기 컨버터를 제어하는 현재 컨트롤 변수값과 전력 측정값의 상관관계를 산출하는 단계;
(d) 상기 상관 관계를 미리 설정되는 특정값과 비교하여 상기 디더를 삽입하기전의 상기 컨버터를 제어하는 평균 컨트롤 변수값을 변화시키는 단계;
(e) 변화된 평균 컨트롤 변수값이 상기 컨버터를 현재 제어하고 있는 현재 컨트롤 변수값의 현재 위치에 머물러 있는지를 확인하는 단계; 및
(f) 확인 결과, 상기 현재 컨트롤 변수값의 현재 위치에 머물러 있다면 최고 전력 지점을 산출하기 위해 상기 디더의 단위를 줄여서 상기 단계 (c)를 수행하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨버터 기반의 에너지 하베스터에 사용되는 디더 상관 최고 전력 지점 추적 방법.
(a) receiving a current measured power input value from a converter of an energy harvesting circuit;
(b) setting a default value for inserting dither into the current measured input value;
(c) calculating a correlation between a current control variable value and a power measurement value that controls the converter by inserting the dither into the current measured input value;
(d) comparing the correlation with a predetermined value to change an average control variable value for controlling the converter before inserting the dither;
(e) verifying whether the changed average control variable value remains at the current position of the current control variable value currently controlling the converter; And
(f) performing the step (c) by decreasing the unit of the dither to calculate a maximum power point if the current control variable value remains at the current position of the current control variable value;
Wherein the energy harvester is a dither correlator.
상기 (c) 단계는,
(c-1) 상기 평균 컨트롤 변수값을 상기 컨버터에 입력하는 단계;
(c-2) 상기 입력에 따라 출력되는 출력값을 저장되는 평균 컨트롤 변수값의 위치에서의 저장 평균 전력 입력값으로 저장하는 단계;
(c-3) 상기 현재 컨트롤 변수값을 상기 저장되는 평균 컨트롤 변수값을 중심으로 변화시켜 상기 컨버터에서 현재 측정 전력 입력값을 산출하는 단계; 및
(c-4) 상기 현재 측정 전력 입력값을 상기 저장 평균 전력 입력값과 비교하여 상기 상관 관계를 획득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨버터 기반의 에너지 하베스터에 사용되는 디더 상관 최고 전력 지점 추적 방법.
The method according to claim 1,
The step (c)
(c-1) inputting the average control variable value to the converter;
(c-2) storing an output value according to the input as a stored average power input value at a position of an average control variable value to be stored;
(c-3) calculating the current measured power input value in the converter by changing the current control variable value around the stored average control variable value; And
and (c-4) comparing the current measured power input value to the stored average power input value to obtain the correlation. The dither correlation peak power point tracking used in the converter-based energy harvester Way.
삽입되는 디더는 상관 관계를 계산하는 동안 총 입력한 디더의 합이 "0"이 되는 것을 특징으로 하는 컨버터 기반의 에너지 하베스터에 사용되는 디더 상관 최고 전력 지점 추적 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the dither to be inserted is such that the sum of the dither sum input is "0" during the correlation calculation.
상기 삽입되는 디더는 삼각 형태의 디더를 삽입하는 방식 또는 계산을 통해 합이 "0"이 되는 무작위의 디더를 삽입하는 방식인 것을 특징으로 하는 컨버터 기반의 에너지 하베스터에 사용되는 디더 상관 최고 전력 지점 추적 방법.
The method of claim 3,
Wherein the inserted dither is a method of inserting a random dither having a sum of "0 " through a method of inserting a triangular dither, or calculating a dither correlation peak power point used in a converter-based energy harvester Way.
상기 컨버터는 PWM(Pulse Width Modulation) 컨버터인 것을 특징으로 하는 컨버터 기반의 에너지 하베스터에 사용되는 디더 상관 최고 전력 지점 추적 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the converter is a PWM (Pulse Width Modulation) converter. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
상기 컨버터는 DCM(Discontinous Conduction Mode) 벅-부스터 컨버터인 것을 특징으로 하는 컨버터 기반의 에너지 하베스터에 사용되는 디더 상관 최고 전력 지점 추적 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the converter is a Discontinuous Conduction Mode (DCM) buck-boost converter.
상기 컨버터로부터 현재 측정 전력 입력값을 수신하는 입력부;
상기 현재 측정 입력값에 디더를 삽입하기 위한 디폴트값을 설정하고, 상기 현재 측정 입력값에 상기 디더를 삽입하여 상기 컨버터를 제어하는 현재 컨트롤 변수값과 전력 측정값의 상관관계를 산출하는 상관 관계 계산부; 및
상기 상관 관계를 미리 설정되는 특정값과 비교하여 상기 디더를 삽입하기전의 상기 컨버터를 제어하는 평균 컨트롤 변수값을 변화시키고, 변화된 평균 컨트롤 변수값이 상기 컨버터를 현재 제어하고 있는 현재 컨트롤 변수값의 현재 위치에 머물러 있는지를 확인하고, 확인 결과, 상기 현재 컨트롤 변수값의 현재 위치에 머물러 있다면 최고 전력 지점을 산출하기 위해 상기 디더의 단위를 줄여서 상관 관계를 수행하도록 하는 트랙킹부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨버터 기반의 에너지 하베스터에 사용되는 디더 상관 최고 전력 지점 추적 시스템.An energy harvesting circuit having a converter for converting power generated from the solar cell;
An input for receiving a current measured power input value from the converter;
Calculating a correlation between a current control variable value and a power measurement value for controlling the converter by inserting the dither into the current measurement input value and setting a default value for inserting dither into the current measurement input value, part; And
Comparing the correlation with a predetermined value to change an average control variable value for controlling the converter before inserting the dither and changing the average control variable value to the current value of the current control variable value currently being controlled by the converter A tracking unit configured to reduce a unit of the dither so as to calculate a maximum power point, if the current position of the current control variable remains at the current position;
Wherein the dither correlation peak power point tracking system is used in a converter based energy harvester.
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2015
- 2015-03-05 KR KR1020150030946A patent/KR101711906B1/en active IP Right Grant
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101711906B1 (en) | 2017-03-13 |
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