실시간 전류 레퍼런스 모델 기반의 최대전력추종을 적용한 태양광 발전 시스템 = The Photovoltaic System with Maximum Power Tracking based on Real-time Current Reference Model

국문 초록 (Abstract)

본 논문은 온라인 전류 레퍼런스 모델 기반의 최대전력추종을 적용한 태양광 발전 DPP 시스템을 모의실험과 하드웨어를 통한 실험을 통해 그 효과를 검증한다.
태양광 발전 시스템 구조 중 4세대인 차동전력조절(DPP : Differential Power Processing) 구조는 PV 패널의 전력 생산 효율을 높이고 전력변환의 손실을 최소화시키는 장점이 존재한다. 하지만 PV 패널만큼의 추가적인 컨버터가 필요함에 따라 태양광 발전 시스템을 구성하는데에 있어 초기 자본 비용이 높다는 단점이 있다.
이에 따라 본 논문은 태양광 DPP 시스템을 구성하는데에 필요한 전압 센서를 제거함으로써 초기 자본 비용을 낮춤과 동시에 일반적인 P&O 알고리즘을 수행할 수 있는 “유효 듀티 계산 기법”을 제시하였다. 이는 누설 인덕턴스에서 일어나는 전력 손실 고려하고 이를 고려한 수식적인 전개를 통하여 PV 패널의 생산 전압을 효과적으로 계산할 수 있는 기법을 의미한다.
모의실험을 수행한 결과, 전력 손실로 발생하는 듀티비 중 유효 듀티비를 정확히 계산할 수 있다는 것을 검증하였으며 이를 사용해 입력전압을 효과적으로 계산할 수 있었다.
하드웨어를 사용한 실험을 수행한 결과, 고정된 일사량의 조건과 변화하는 일사량 조건에서 각 일사량에 해당하는 MPP 지점을 정상적으로 추적하였으며 일반적인 MPPT 제어와 거의 동일한 성능을 나타내었다.
즉, 유효 듀티 계산 기법을 태양광 DPP 시스템에 적용한다면 전압 센서없이 MPPT를 수행할 수 있으며 이에 대한 초기 자본 비용을 줄임과 동시에 정상적으로 MPPT를 수행할 수 있다.
이러한 유효 듀티 계산 기법은 전력변환장치의 소자를 줄이려는 목적을 갖는 솔루션에 적합한 대안이 될 수 있으며 추가적으로 고장난 전압 센서를 대신하여 전압을 계산함으로써 보수 전까지 발생하는 전력 손실을 효과적으로 줄일 수 있을 것이라고 판단된다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장. 서 론 1
• 1.1 연구배경 1
• 1.2 연구의 동향 2
• 1.2.1 태양광 발전 시스템의 구조적 동향 2
• 1.2.2 태양광 발전 시스템의 제어적 동향 4
• 1.3 연구의 필요성 및 목적 5
• 1.4 논문의 구성 6
• 제 2 장. 유효 듀티 계산 기법의 해석 7
• 2.1 이상적인 플라이백 컨버터 해석 7
• 2.2 이상적인 듀티비를 이용한 입력전압 계산의 한계 8
• 2.3 누설 인덕턴스를 고려한 플라이백 컨버터 해석 11
• 2.3.1 D-D_eff 구간에서의 해석 13
• 2.3.2 D_eff 구간에서의 해석 14
• 2.3.3 D 구간에서의 해석 16
• 2.3.4 1-D_eff 구간에서의 해석 16
• 2.3.5 T 구간에서의 해석 17
• 2.3.6 유효 듀티 계산 기법을 위한 수식 전개 17
• 2.4 유효 듀티 계산 기법 적용시의 오차 비교·분석 21
• 제 3 장. 태양광 DPP 시스템에서 유효 듀티 계산 기법을 적용한 모의실험 검증 24
• 3.1 고정된 일사량에서의 모의실험 비교·분석 25
• 3.2 변화하는 일사량에서 MPPT 모의실험 31
• 제 4 장. 하드웨어 제작 및 실험 결과 분석 38
• 4.1 하드웨어 제작 38
• 4.2 하드웨어를 이용한 실험을 위한 공통 조건 40
• 4.3 고정된 일사량에서의 MPPT 실험 41
• 4.4 변화하는 일사량에서 MPPT 실험 45
• 제 5 장. 결 론 52
• 참 고 문 헌 54
• ABSTRACT 57