차동전력 PV-BUS 구조에서 새로운 MPPT 제어에 기반한 태양광 발전효율 및 확장성 극대화

국문 초록 (Abstract)

본 논문은 태양광 발전 설비의 발전효율 및 확장성을 극대화하기 위하여 차동전력 PV-BUS 구조 기반의 새로운 MPPT 제어 기법에 대하여 연구하고 적용 및 검증한다. 현재까지 설치되고 있는 태양광 발전 시스템의 경우 어 레이 단위당 하나의 인버터를 설치하거나 스트링 단위당 하나의 인버터를 설치하여 시스템을 구성한다. 이러한 구조의 시스템들은 그늘짐, 오물 등과 같이 외부요인에 의하여 PV 패널간의 전력 불균형이 발생할 수 있으며 전 력생산에 손실을 일으킨다. 이에 전력 불균형이 일어나더라도 시스템 생산 전력 손실을 최소화하기 위해 현재까지 연구된 다양한 시스템 구조를 비교 하고 분석하였다. 전력 불균형으로 일어나는 생산 전력 손실을 최소화하기 위하여 차동전력 조절 방식 중 PV-BUS 구조를 채택하였으며 확장성을 높이기 위하여 통신을 필요로 하지 않는 무통신 MPPT 제어 기법들을 제시한다. 이 중 부스트 컨 버터 측에는 IC-MPPT(Indirect Comparison MPPT) 기법을 제시하고 적용하 였으며 DPP 컨버터 측에는 RU-MPPT(Reference Update MPPT) 기법을 제시 하고 적용하였다. 모의실험을 수행한 결과 PV 패널의 다양한 일사량 변화 조건에서도 통 신 없이 IC-MPPT와 RU-MPPT가 정상적으로 동작함을 검증할 수 있었다. PV 패널에 그늘짐을 발생시켰을 경우 이상적인 회복 전력량 대비 평균 99.46[%]의 전력을 보상할 수 있음을 확인하였다. 실증실험을 수행한 결과 PV 패널의 다양한 일사량 변화 조건에서도 통신 없이 IC-MPPT와 RU-MPPT가 정상적으로 동작함을 검증할 수 있었다. 실증 실험에서는 PV-BUS 구조의 이상적인 회복 전력량 대비 평균 94.02[%]의 전 력을 보상할 수 있음을 확인하였다. 이러한 무통신 MPPT 제어 기법은 이미 설치된 태양광 발전 시스템에서 외부요인으로 인한 전력 손실이 예상치보다 많아진 경우에 적극적으로 사용 될 수 있으며 상대적으로 그늘짐 조건이 많은 BIPV(Building Integrated Photovoltaic)에 적용하여 전력 생산 효율을 높일 수 있을 것으로 사료된다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장. 서 론 1
• 1.1 연구의 배경 및 동향 1
• 1.2 연구의 목적 6
• 1.3 연구의 내용과 구성 7
• 제 2 장. PV-BUS 구조 기반 무통신 MPPT 제어 기법의 적용 연구 9
• 2.1 무통신 MPPT 제어 기법 설계를 위한 PV 패널의 모델링 10
• 2.2 부스트 컨버터의 IC-MPPT 기법 분석 및 적용 19
• 2.3 DPP 컨버터의 RU-MPPT 기법 분석 및 적용 45
• 제 3 장. PV-BUS 구조의 적합 설계를 위한 필요 요소 분석 66
• 3.1 부스트 컨버터의 MPPT 최소변화시간 분석 기법 66
• 3.2 DPP 컨버터의 DCM, CCM에서의 소신호 모델링 79
• 제 4 장. PV-BUS 구조 기반 무통신 MPPT 제어 기법 검증을 위한 모의실험 및 실증실험 102
• 4.1 모의실험과 실증실험을 위한 DPP 컨버터와 부스트 컨버터 및 3상 인버터의 조건 설계 102
• 4.2 PV-BUS 구조 기반 무통신 MPPT 제어 기법 검증을 위한 모의실험 및 실증실험 105
• 4.3 실증실험을 위한 DPP 컨버터와 부스트 컨버터 및 3상 인버터의 설계 127
• 4.4 무통신 MPPT 제어 기법들의 적용 실험 및 검증 131
• 제 5 장. 결 론 151
• Reference 155
• ABSTRACT 162