PV 주택용 온그리드 태양광 시스템

모델 열기

이 예제에서는 전력망에 연결된 PV(태양광 발전) 주거용 시스템의 동작을 보여줍니다.

PV 스트링

PV 스트링 섹션은 PV 배열 블록 6개를 직렬로 연결한 가정용 설치를 구현하며, 일조 강도가 1000W/m2일 때 2400W의 전력을 생산할 수 있습니다. PV 블록의 고급 탭에서 로버스트 이산 모델 방법을 선택하고, 고정된 작동 온도는 25°C로 설정합니다.

2단 컨버터

PV 스트링에서 생성된 전력은 2단 컨버터(부스트 DC-DC 컨버터 및 단상 DC-AC 풀 브리지 컨버터)를 사용하여 가정과 전력망에 공급됩니다. 두 컨버터 모두 스위칭 주파수가 20kHz인 PWM 제어를 사용합니다. 두 컨버터는 Switching Function(스위칭 함수) 방법을 PWM 펄스 평균화로 지정하여 사용하며, 이를 통해 5마이크로초의 시뮬레이션 샘플 시간을 사용하고 생성되는 고조파의 정확도를 높입니다.

제어 시스템

  • MPPT 제어기: 최대 전력점 추적(MPPT, Maximum Power Point Tracking) 제어기는 스캔 기능이 포함된 섭동 및 관측(Perturb and Observe) 기법을 기반으로 합니다. MPPT 시스템은 최대 전력을 추출하기 위해 PV 스트링 전반에 필요한 전압을 생성할 목적으로 부스트 컨버터의 듀티 사이클을 자동으로 변경합니다. 부분 음영 조건에서는 다양한 국소 최대 전력점(LMPP) 중에서 전역 최대 전력점(GMPP)을 찾기 위해 듀티 사이클이 시작됩니다.

  • 인버터 제어기: 인버터 제어는 역률을 1로 유지하면서 DC 링크 전압을 400V로 유지합니다. 제어기는 전압 레귤레이터 외부 루프와 빠른 내부 루프 전류 레귤레이터를 사용하여 풀 브리지 컨버터를 제어하는 PWM 생성기에 적절한 기준 전압(Vref)을 생성합니다.

부하 및 유틸리티 그리드

그리드는 일반적인 주상 변압기와 14.4kVrms의 이상적인 AC 전원을 사용하여 모델링됩니다. 변압기 240V 2차 권선은 센터탭되어 있고 중앙 중성선은 접지됩니다. 인버터, 가정 부하 2500W, 이웃 부하가 240V의 2차 권선에 연결되어 있습니다.

시뮬레이션

시뮬레이션을 실행하고 다양한 스코프에서 결과 신호를 관측합니다.

(1) 모든 PV 모듈에서 일조 강도가 1000W/m²일 때 0.25초에 정상 상태에 도달합니다. 태양광 시스템은 2400W를 생성하고 DC 링크는 400V에서 유지되며 PV 스트링에서 추출된 단상 전력으로 인해 120Hz의 작은 리플을 만듭니다. 유틸리티 계량기는 시스템이 주택의 총 부하를 공급하기 위해 전력망에서 전력을 거의 가져오지 않음을 보여줍니다. (2) 0.3초에 일부 PV 모듈에서 일조 강도를 줄여 부분 음영 조건이 생성됩니다. 0.35초에 정상 상태에 도달하면 MPPT 제어기는 부스트 듀티 사이클을 0.44로 설정하여 225V의 PV 스트링 전압을 생성합니다. 이 전압으로 PV 스트링에서 920W가 추출됩니다. PV 곡선 특성에서 볼 수 있듯이, 시스템은 국소 최대 전력점에서 작동하고 있으나 전역 최대 전력점에서는 작동하지 않습니다. (3) 0.4초에 MPPT 제어기가 0.25초의 듀티 사이클 스캔을 수행하여 GMPP를 찾습니다. (4) 0.7초에 MPPT 제어기가 부스트 듀티 사이클을 0.58로 설정하여 168V의 PV 스트링 전압을 생성합니다. 이 전압으로 PV 스트링에서 GMPP 값인 1364W가 추출됩니다. 유틸리티 계량기는 현재 시스템이 주택의 총 부하를 공급하기 위해 전력망에서 약 1100W(가정 부하 2500W - PV 공급 1364W)를 가져왔음을 보여줍니다.

참고 문헌

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Photovoltaic_system

2. https://www.lg.com/us/business/download/resources/BT00002151/LG400N2W-A5.pdf