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태양광발전의 운용효율 향상을 위한 DC/DC 전압 레귤레이터의 구현 및 특성분석
김찬혁(Chanhyeok Kim),최성식(Sungsik Choi),강민관(Minkwan Kang),정영문(Youngmun Jung),노대석(Daeseok Rho) 한국산학기술학회 2017 한국산학기술학회논문지 Vol.18 No.4
최근, 전 세계적으로 신·재생에너지에 대한 관심이 증가됨에 따라 친환경적이고 무한한 태양에너지를 이용하는 태양광 발전의 설치가 매년 급증하고 있다. 그러나, 태양광발전시스템은 일반적으로 태양광 전지에서 발생한 에너지로부터 전력변환장치(DC/AC)를 거쳐 계통연계 지점까지 약 25[%]의 전력손실을 발생시키고 있다. 이 전력손실 가운데, 일부 태양광 모듈에 음영이나 환경변화(일사량, 온도, 습도 등)로 인해 스트링의 출력 전압이 인버터의 동작전압보다 낮아지면 해당 스트링이 동작하지 않아 전체의 발전효율이 감소하거나, 최악의 경우 인버터가 탈락되어 계통의 출력 전력이 저하되는 등의 손실이 큰 부분을 차지하고 있다. 따라서, 본 논문에서는 상기의 문제점을 개선하기 위하여, 각각의 스트링별로 DC/DC 전압 레귤레이터를 도입하여 환경변화에 따른 전압 저하로 발생하는 스트링의 탈락을 방지하는 제어방식을 제시하였고, 기존 인버터의 MPPT(P&O) 제어와 정전압 제어기능을 전압 레귤레이터에서 수행하는 방식을 채택하였다. 또한, 제안한 알고리즘을 바탕으로 2㎾급의 전압 레귤레이터를 구현하여 기존의 운용방식과 비교, 분석한 결과, 환경변화에 따른 다양한 시나리오에서 제안한 운용방식의 운용효율이 크게 향상됨을 확인하였다. Recently, the installation of photovoltaic(PV) systems has been increasing due to the worldwide interest in eco-friendly and abundant solar energy. On the other hand, a PV system has approximately 25% power loss while the energy generated from solar cells is transformed to the power coupling point through a power conversion system (DC/AC). If the output voltage of a string in the PV system is lower than the operating range of the inverter when a part of module in the string has a shadow due to weather conditions, the string is not synchronized and the whole efficiency of output power in a PV system may be reduced significantly. Therefore, to overcome this problem, this paper proposes a novel control method to compensate for the lower voltage by introducing a DC/DC voltage regulator for each string in a PV system, which adopts a concept for MPPT (Maximum Power Point Tracking) control function using the P&O algorithm and adopts constant voltage control method used in an existing inverter. This paper also implements a 2kW DC/DC voltage regulator based on the proposed algorithm and performs a variety of scenario-based experiments. From the simulation result, it was confirmed that the operation efficiency in the proposed method is improved compared to the existing method.
PSCAD/EMTDC를 이용한 태양광발전(PV) 모델링에 관한 연구
전진택,노대석,김찬혁,왕용필,Jeon, Jintaek,Rho, Daeseok,Kim, Chanhyeok,Wang, Yongpeel 한국융합학회 2011 한국융합학회논문지 Vol.2 No.3
본 논문에서는 태양광발전의 3상 인버터의 동작특성을 해석하기 위하여, d-q좌표변환을 통하여 상태방정식을 유도하고, 출력제어를 위한 PI제어기를 갖은 전류제어 알고리즘과 인버터 설계에 대한 Sinusoidal PWM방식의 이론적 알고리즘 제시하였다. 이를 바탕으로 배전계통의 상용소프트웨어인 PSCAD/EMTDC를 이용하여 태양광발전의 모델링을 수행하였다. 그리고 시뮬레이션 결과와 이론적인 수치해석과의 비교, 분석을 통하여 본 연구에서 제시한 모델링의 유효성을 확인하였다. This paper deals with the analysis for the operation characteristic of PV 3 phase inverter, considering the state equation through d-q coordinates transformation, and proposes an algorithm of controlling current using PI(Proportional Integral) controller to control the output and the theory algorithm of sinusoidal PWM method to design inverter. And also this paper performs PV modelling using PSCAD/EMTDC S/W which is commonly used in analysis of distribution system and confirms effectiveness of the modelling proposed in this paper by analyzing and comparing the EMTDC/PSCAD simulation result with the theoretical method.