태양광 에너지 변환 시스템의 DSP 제어

Abstract

태양광발전 시스템은 용량에 따라 모듈을 직·병렬로 연결하여 원하는 출력을 발전할 수 있다. 하지만 태양광발전에 관련된 연구를 수행하는데 있어 태양전지의 설치를 위한 넓은 공간이 요구되며 아울러 태양광발전의 특성이 일사량과 온도변화에 따라서 크게 변화되므로 동일 조건으로의 재현 또는 재 실험이 불가능하다. 그러므로 태양광발전 시스템을 가상 구현 할 수 있는 장치가 있다면 이러한 문제점은 해결 할 수 있을 것이다. 또한 태양광발전 시스템은 큰 출력을 내기위해 작은 단위의 태양광 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 사용하고 있다. 본 연구는 태양전지 셀의 출력특성을 이용하여 최대출력 특성을 갖는 태양광발전 시스템을 구현한다. 장치는 태양전지 셀 판넬, 승압(Boost)컨버터, DC-DC 푸시풀 승압기, 전파 브리지 전류 추종형 단상인버터 그리고 AC 부하로 구성되어 있다. 컨버터는 Boost 컨버터이고 수학적으로 모델링 하여 해석하였다. 그리고 Boost 컨버터 출력전압을 증폭하기 위해서 DC-DC 푸시풀 승압기를 설계하고 해석하였다. 태양광 전지에 의해 발전되어진 DC전력은 Boost 컨버터의 PWM제어 기술에 의해 최대전력점(Maximum Power Point Tracking)으로 운전된다. 그리고 Boost 컨버터의 일정 DC 출력 전압은 DC-DC 푸시풀 승압기에 의해 일정 DC 320V로 증폭된다. 인버터는 부하전류 추종형이고 수학적으로 모델링하여 해석하였다. 인버터는 PWM 제어에 의해 단상 AC 정현파 전력으로 변환한다. 이 시스템의 Boost 컨버터, DC-DC 푸시풀 증폭기 및 단상 인버터는 DSP(Digital Signal Processor)에 의한 제어를 행하여 시스템의 가격을 저렴화 하였다. 여기서, 태양광전지의 발전전력이 부하보다 매우 클 때, 잉여 전력은 가역전력흐름을 통해 다른 전원에 공급할 수 있지만 이번 연구는 독립형 태양광 발전시스템이다. Boost 컨버터, 푸시풀 DC-DC 컨버터 및 인버터시스템은 우선 각각 독립적으로 설계하여 시뮬레이션을 통하여 각 회로 정수를 결정하였다. 그리고 태양에너지 변환기의 구성에 적합하다는 사실을 증명하였다. DC-DC 컨버터와 인버터를 결합한 시스템에 대하여 시뮬레이션과 실험을 행하여 결과는 본 연구에서 설계한 시스템의 효용성을 증명해준다.