태양광 발전시스템의 출력성능 증대를 위한 변동제한 퍼지추론 MPPT가 적용된 DPP 시스템 : 변동제한 퍼지추론 = The DPP System with Variance-Constrained Fuzzy-Inference MPPT to Improve Output Performance of Photovoltaic Generation System

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, a DPP system using improved variance-constrained fuzzy-inference MPPT is proposed to improve the output performance of photovoltaic generation system. In order to increase the stability and power production efficiency of photovoltaic generation systems, we looked at the trends in solar power generation system power conversion structures and the characteristics of MPPT control methods that have been studied until recently, and compared the pros and cons of each to construct a solar power generation system. An appropriate power conversion structure and control technique were adopted.
In terms of the structure of the solar power generation system, the DPP system, which can control solar panels using only the power difference between solar panels, was adopted to minimize power conversion loss.
In terms of controlling the photovoltaic generation system, research was conducted by adopting a fuzzy method that can identify similarities between data and infer conclusions like a human. As a result, an improved variance-constrained fuzzy-inference method, the fuzzy MPPT method based on change limit, was presented. This refers to a method that can prevent the voltage change amount from changing rapidly by comparing the past and current input data of the power change amount within the range of power change amount and voltage change amount and limiting the range close to 0.
As a result of performing various simulation experiments with changes in solar radiation, the stability and maximum stability of voltage changes were found when applying the fuzzy MPPT method based on change limit presented in this paper compared to when applying the P&O method and when performing general fuzzy-based MPPT. It showed high system efficiency.
As a result of building a solar DPP system and conducting an experiment by applying the variance-constrained fuzzy-inference MPPT method, it was verified that stability could be improved and power loss could be reduced compared to applying the P&O method and general fuzzy-based MPPT.

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 태양광 발전시스템의 출력성능 증대를 위하여 제안하는 변동제한 퍼지추론 MPPT(Maximum Power Point Tracking : 최대전력점 추적)가 적용된 DPP(Differential Power Processing : 차동전력조절) 시스템을 제시한다. 태양광 발전시스템의 안정성 및 전력 생산 효율을 높이기 위하여 최근까지 연구되었던 태양광 발전시스템 전력변환구조의 발전과정과 MPPT 제어 기법의 특성을 살펴보았으며 각각의 장·단점을 비교해 태양광 발전시스템을 구성하는 데에 있어 적합한 전력변환구조와 MPPT 제어 기법을 채택하였다.
태양광 발전시스템의 구조 면에서는 태양광 패널 사이의 전력차 부분만을 이용해 태양광 패널을 제어할 수 있는 DPP 시스템을 채택하여 전력 변환 손실을 최소화 시켰다.
태양광 발전시스템의 제어 면에서는 데이터들 간의 유사성을 파악하여 사람과 같이 결론을 추론할 수 있는 퍼지 기법을 채택하여 연구를 진행하였다. 그 결과 제안하는 퍼지 기법인 변동제한 퍼지추론 MPPT 기법을 제시하였다. 이는 전력 변화량과 전압 변화량의 범위 중 전력 변화량의 과거 입력 데이터와 현재의 입력 데이터를 비교하여 0에 근접한 범위를 제한함으로써 전압 변화량이 급격하게 변화하지 않도록 예방할 수 있는 기법을 의미한다.
일사량이 변화하는 다양한 모의실험을 수행한 결과, P&O 기법을 적용하였을 때와 일반적인 퍼지 기반 MPPT를 수행하였을 때보다 본 논문에서 제안하는 변동제한 퍼지추론 MPPT 기법을 적용하였을 때 전압 변화의 안정성 증대와 가장 높은 시스템 효율을 보였다.
태양광 DPP 시스템을 구축하고 제안하는 변동제한 퍼지추론 MPPT 기법을 적용하여 실험을 진행한 결과, P&O 기법과 일반적인 퍼지 기반 MPPT를 적용하였을 때보다 안정성을 높일 수 있었으며 전력 손실을 줄일 수 있다는 것을 검증하였다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구의 배경 1
• 1.2 연구의 필요성 6
• 1.3 연구의 동향 및 내용 구성 9
• 제 2 장 태양광 발전시스템의 전력변환구조와 MPPT 제어기법 13
• 2.1 태양광 발전시스템 전력변환구조의 적용 과정 13
• 2.2 태양광 발전시스템의 최대전력 추종 기법의 적용 18
• 제 3 장 태양광 발전 DPP 시스템의 출력 성능 증대를 위한 변동제한 퍼지추론 MPPT의 적용 30
• 3.1 일반적인 퍼지 이론 30
• 3.2 MPPT를 위한 퍼지 기법의 설계 적용 39
• 3.3 일반적인 퍼지 기반 MPPT의 문제점 52
• 3.4 변동제한 퍼지추론 MPPT 기법의 적용 57
• 제 4 장 제안하는 변동제한 퍼지추론 MPPT 기법을 적용한 태양광 DPP 시스템의 효과 검증 63
• 4.1 모의 실험을 위한 환경 및 조건 63
• 4.2 초기 MPPT 상황에서의 효과 분석 64
• 4.3 초기 조건과 변화 시험 71
• 4.4 Large scale 다중 변화 시험 81
• 4.5 small scale 다중 변화 시험 89
• 4.6 변동제한 퍼지추론 기법의 모의실험 결과 분석 97
• 제 5 장 변동제한 퍼지추론 기법을 적용한 태양광 DPP시스템 적용에 따른 실험 검증 99
• 5.1 실험 시스템의 구성과 조건 99
• 5.2 실험을 통한 변동제한 퍼지추론 기법 적용의 실험 효과 검증 104
• 5.3 변동제한 퍼지추론 기법의 실험 효과 검증 결과분석 114
• 제 6 장 결 론 116
• Reference 118
• ABSTRACT 124