6
전력선행기술 초록집 2005 1. 최근 국제 유가의 급등 지구온난화를 해결하기 위한 온실가스 저감 문제 등으로 화석연료를 대체할 신재생에너 지에 관한 연구가 전 세계적으로 주목받고 있다 [1]-[2]. 에너지의 이상을 수입에 의존하는 우리나라는 에 , 97[%] 너지 산업구조를 원천적으로 개선하기 위해 총에너지의 5% 를 신재생에너지로 공급한다는 목표를 설정하였으며 이중 , 태양광 발전 시스템인 경우 태양광 주택 만호 건설사업 , 10 , 일반보급사업 지역보급사업 등 정부 및 지역자치단체 주도 , 하에 급속하게 보급이 확대되고 있다 그러나 태양광 발전 . 은 에너지 변환 효율이 낮으며 일사량 및 온도에 따라 출 , 력특성이 변화하기 때문에 에너지 손실의 최소화와 태양전 지에서 최대 전력을 얻을 있는 최대출력제어(MPPT: 가 필요하다 Maximum Power Point Tracking) [3]. 일반적으로 계통연계형 태양광 발전시스템은 태양 전지, 최대전력제어를 수행하는 컨버터 발전된 전력을 계 MPPT , 통에 공급하기 위한 인버터로 구성된다 이러한 기존의 시 . 스템은 단순히 태양광으로부터 발전된 전력을 인버터 또는 ( 컨버터 의 제어에 의하여 계통에 공급하는 방식으로 ) MPPT 일사량이 있는 주간에만 이용할 수 있어 높은 설치비에 비 하여 이용률 시간 일 이 매우 저조할 뿐만 아니라 주택 (5 6 / ) , 및 오피스 빌딩 등과 같은 비선형 및 역률 부하에 적용 시 태양광 발전에 의한 유효전력 지원으로 계통의 역률은 오히 려 악화되는 문제점을 가지고 있다 일반적으로 계통에 역 . 률이 발생하면 동일한 유효전력 수요에도 무효전력을 고려 하여 공급해야 하기 때문에 계통의 공급전력요구량이 증가 하게 된다 현재 설치된 시스템의 규모가 작기 때문에 계통 . 에 큰 문제가 되지 않지만 앞서 언급한 것처럼 보급이 크 , 게 확대되고 있는 실정을 감안하면 계통연계에 의한 문제가 발생할 수 있다 또한 컴퓨터 및 현대적인 전자기기 같은 . , 비선형 부하의 급증은 계통의 고조파 증가 및 역률 감소 같 은 계통의 전력품질은 물론 전기기기의 오동작 및 전력변환 기의 정격용량증가 같은 문제점이 발생하게 된다 이에 따 . 및 한전 배전계통 공급기준 등에서는 전 IEEE-standard 력품질 기준을 설정하고 엄격하게 규제하고 있다 이러 [4]. 한 배전계통의 전력품질을 향상시키는 방안으로 능동전력필 터및 등의 연 UPQC(Unified Power Quality Conditioner) 구가 활발하게 진행되고 있다 하지만 능동전력필터는 상대 . , 적으로 시스템 가격이 고가일 뿐 아니라 기존의 태양광 발 전시스템에 추가로 설치해야 하기 때문에 전체 시스템의 대 형화 및 가격이 상승하게 된다 따라서 이러한 문제점을 해 . 결하고 전체시스템의 효율성 향상 및 소형경량화를 이루기 위해서는 기존의 계통연계형 태양광 발전 시스템에 추가적 인 장치 없이 한전 배전계통 공급기준을 만족하는 전력품질 역률 이상 이내 개선 제어를 통한 ( 0.9 , THD: 5% ) , MPPT 최대 전력 발전 시스템 이용율 향상 등을 모두 만족 , (100%) 하는 시스템의 개발이 필요하다. 그러므로 연구에서는 태양광 발전시스템의 활용도를 , 전력품질개선 기능을 갖는 계통연계형 태양광 발전시스템 Grid-interactive PV Generation system with High Power Quality 李星龍 *** 全七煥 *** 高晟勳 ** 趙雅蘭 * 姜大業 * (Seong-Ryong Lee Chil-Hwan Jeon Sung-Hun Ko Ah-Ran Cho Dae-Up Kang) Abstract - In this paper, a grid-interactive photovoltaic (PV) system with high power quality is presented, which gives first priority to maximum power point tracking (MPPT). The proposed system requires only one current controlled voltage source inverter (CCVSI), which can control the current flow (MPPT operation) at low total harmonic distortion (THD) and unity power factor, as well as simultaneously provide reactive power support. The proposed system operation has been divided into two modes (sunny and night). In night mode, the system operates to compensate the reactive power demanded by nonlinear or variation in loads. in sunny mode, the system performs power quality control (PQC) to reduce harmonic current and improve power factor as well as MPPT to supply active power from the PV arrays simultaneously. It is shown that the proposed system improves the system utilization factor to 100%, which is generally low for PV system (20%). To verify the proposed system, a comprehensive evaluation with theoretical analysis, simulation and experimental results are presented. Key Words : 계통연계형 태양광 발전시스템, MPPT, Power quality control, CCVSI * 조원급 : 群山大 工大 電子情報工學部 碩士課程 ** 급 : 群山大 工大 電子情報工學部 博士課程 *** 책임급 : 群山大 工大 電子情報工學部 敎授 工博

전력품질개선기능을갖는계통연계형태양광발전시스템kemco.or.kr/up_load/blog/전력품질개선기능을... ·  · 2008-01-162005전력선행기술초록집 높이고설치효과를극대화하기위하여전력품질개선기능을

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  • 2005

    1.

    [1]-[2].

    , 97[%]

    5%

    ,

    , 10 ,

    ,

    .

    ,

    (MPPT:

    Maximum Power Point Tracking) [3].

    ,

    MPPT ,

    .

    (

    ) MPPT

    (5 6 / ) ,

    .

    .

    ,

    . ,

    .

    IEEE-standard

    [4].

    UPQC(Unified Power Quality Conditioner)

    . ,

    .

    ( 0.9 , THD: 5% ) , MPPT

    , (100%)

    .

    ,

    Grid-interactive PV Generation system with High Power Quality

    *** *** ** * *(Seong-Ryong LeeChil-Hwan JeonSung-Hun KoAh-Ran ChoDae-Up Kang)

    Abstract - In this paper, a grid-interactive photovoltaic (PV) system with high power quality is presented, which

    gives first priority to maximum power point tracking (MPPT). The proposed system requires only one current

    controlled voltage source inverter (CCVSI), which can control the current flow (MPPT operation) at low total

    harmonic distortion (THD) and unity power factor, as well as simultaneously provide reactive power support. The

    proposed system operation has been divided into two modes (sunny and night). In night mode, the system

    operates to compensate the reactive power demanded by nonlinear or variation in loads. in sunny mode, the

    system performs power quality control (PQC) to reduce harmonic current and improve power factor as well as

    MPPT to supply active power from the PV arrays simultaneously. It is shown that the proposed system improves

    the system utilization factor to 100%, which is generally low for PV system (20%). To verify the proposed

    system, a comprehensive evaluation with theoretical analysis, simulation and experimental results are presented.

    Key Words : , MPPT, Power quality control, CCVSI

    * : ** : *** :

  • 2005

    .

    (PV array) ( )

    (CCVSI: Current

    Controlled Voltage Source Inverter) ,

    .

    (PQC: Power Quality Control)

    ,

    MPPT PQC .

    CCVSI

    .

    (24/ )

    .

    ,

    .

    2.

    MPPT

    dc/dc

    dc/ac two-stage

    [5]-[6]. DC

    ,

    [7].

    1 dc/ac

    single-stage .

    1 Single-stage

    Fig. 1 Schematic diagram of a single-stage grid-

    interactive PV generation system

    Load

    loadi

    CiQ1

    Q4

    Q2

    Q3

    PVV

    PV array

    PVIgi

    gV

    C1Lc

    1 single-stage

    .

    ( )

    .

    ( )

    CCVSI

    . CCVSI

    [8]. CCVSI

    .

    .

    2.1

    2 3

    .

    MPPT PQC

    ,

    PQC .

    2

    Fig. 2 The equivalent circuit diagram of the proposed

    system

    LoadGrid CCVSI

    0= gGrid VV 0= cCCVSI VV

    Ig Ic

    Iload

    1 CCVSI

    2

    . CCVSI

    .

    .gI PVI

    cqI

    cI

    loadpI gV

    loadI

    gI

    cIloadI

    gV

    (a) (b)

    3 Single-stage

    Fig. 3 Schematic diagram of a single-stage grid-

    interactive PV generation system

    2 (Vg ),

    (Vc ) (Vload )

    , (Iload ) (Ic )

    .

    (1)

    3 (b) (Pload )

  • 2005

    . (I*g )

    .

    (2)

    3 (a)

    MPPT

    .

    (I*g ) .

    (3)

    , Ppv (Vmpp)

    .

    (MPP)

    .

    ,

    dP/dV=0 . MPPT

    P&O (Perturbation and Observation)

    IncCond (Incremental Conductance)

    [9]-[10]. P&O

    . IncCond

    P&O

    MPP

    .

    (dP/dV)

    MPPT

    [7].

    one-diode (4)

    .

    (4)

    , Ipv Vpv , Iph

    , Isat , Rs Rsh

    , q , A p-n , K

    (Boltzmann`s constant), T

    .

    (5) (6)

    .

    (5)

    ( )

    .

    (5)

    , dP/dV ( I) ( V)

    I+( I+ V)V . dP/dV0

    dP/dV 0 .

    IncCond

    .

    MPPT

    (I*g ) (I*c )

    .

    (6)

    (2) (8)

    PQC

    , (7)

    (Ipvmax ) (3) (8) MPPT

    PQC .

    2.2

    4

    Fig. 4 Control block diagram of proposed system

    +

    loadi

    A CD C

    P LLS inw t*

    gV

    V pv

    Ipv

    Icq*

    Icp*

    P Q C

    M P P T

    P R TIc-re f*

    V g

    Iload

    ci pvi

    P W M

    p vV

    G rid

    L oad

    PVV SIX c

    +

    Ic

    4

    MPPT ,

    PQC ,

    PRT(Polarized RampTime)

    .

    . ,

    ,

    (2)

    (8) sinwt*

  • 2005

    (I*cq ) . PRT

    (Ic)

    PWM . ,

    ,

    MPPT

    (Vref) .

    dP/dV=I +( I+ V)V dP/dV0

    dP/dV 0 .

    dc sinwt*

    (I*cp )

    . PQC

    (I*cq )

    (I*c-ref ) .

    PRT

    PWM .

    3.

    1

    [KVA] ,

    1 . LS

    GMG 01800 14 . GMG 01800

    80[W], 17.6 [V], 21.6[V],

    4.55[A], 5[A] .

    1

    Table 1 Conditions and parameters of the experiment

    Parameters Values Parameters Values

    Vac 220Vrms Vdc 230[70V]

    60Hz 5kHz

    5mH DC 1000uF

    1: 2 1KVA

    5

    . 5

    (a) PQC , (b) PQC

    (CH1),

    (CH2), (CH3), (CH4) . 5

    PQC

    .

    1:7

    . 6 5 FFT

    TDS3054B MATH FFT

    , THD Voltech PM3000

    .

    (a)

    (b) PQC

    5

    Fig. 5 Experimental results of proposed system at

    night

    mode

    (a)

    (b) PQC

    6 FFT

    Fig. 6 FFT waveforms of the grid current at nonlinear

    load

  • 2005

    6 (a) 5 (a) FFT

    THD 25.4[%], 0.94 .

    6 (b) 5 (b) FFT THD

    3.8[%], 0.99 .

    0.99

    THD 5[%] . 7

    9

    (CH1), (CH2),

    (CH3), (CH4) . 7

    (a) MPPT (

    ) (b) MPPT PQC (

    ) .

    (a)

    (b)

    7

    Fig. 7 Experimental results at inductive load condition

    7 (a) MPPT

    (0.86 0.51 )

    . 9 (b)

    MPPT PQC MPPT

    (0.99) . 8 5

    ( ) (a)

    470(W/m2 ), (b) 930(W/m2 )

    .

    8 (a) 470(W/m2 )

    . 8 (b) 890(W/m2 )

    .

    10

    .

    MPPT

    0.99 , THD 5[%] IEEE

    .

    (a) : 470(W/m2 )

    (b) : 890(W/m2 )

    8

    Fig. 8 Experimental results of proposed system at

    sunny

    mode

    9

    ,

    . 8 (a) 470

    (W/m2 )

    .

    9 MPPT

    Fig. 9 Experimental result of proposed system at

    decreasing insolation

  • 2005

    9

    .

    4.

    MPPT

    ,

    . ,

    MPPT

    PQC

    .

    .

    1.

    0.99 , THD

    3.8[%]

    IEEE std-1159 .

    2. MPPT

    .

    3. MPPT

    PQC

    , ,

    .

    ,

    . ,

    .

    97[%]

    .

    2006

    ,

    .

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