[논문 리뷰] A Revised Incremental Conductance MPPT Algorithm for Solar PV Generation Systems

Meng Yue, Xiaoyu Wang|arXiv (Cornell University)|2014. 05. 19.

Photovoltaic System Optimization Techniques참고 문헌 18인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 환경 조건이 급격히 변화하는 상황에서 최대 전력점(MPP)으로의 추적 속도를 높이고 진동을 최소화하기 위해 P-V 곡선의 기울기를 기반으로 전압 단계 크기를 적응적으로 조정하는 개선된 인크리멘탈 컨ductance(IncCond) MPPT 알고리즘을 제안한다. 가속 및 감속 인자들을 사용하여 진동을 줄이고 동적 환경 조건 하에서 성능을 향상시킨다. 시뮬레이션 결과는 기존 방법에 비해 더 빠른 수렴 속도와 MPP 주변의 감소된 진동을 확인한다.

ABSTRACT

A revised Incremental Conductance (IncCond) maximum power point tracking (MPPT) algorithm for PV generation systems is proposed in this paper. The commonly adopted traditional IncCond method uses a constant step size for voltage adjustment and is difficult to achieve both a good tracking performance and quick elimination of the oscillations, especially under the dramatic changes of the environment conditions. For the revised algorithm, the incremental voltage change step size is adaptively adjusted based on the slope of the power-voltage (P-V) curve. An accelerating factor and a decelerating factor are further applied to adjust the voltage step change considering whether the sign of the P-V curve slope remains the same or not in a subsequent tracking step. In addition, the upper bound of the maximum voltage step change is also updated considering the information of sign changes. The revised MPPT algorithm can quickly track the maximum power points (MPPs) and remove the oscillation of the actual operation points around the real MPPs. The effectiveness of the revised algorithm is demonstrated using a simulation.

연구 동기 및 목표

• 급격적으로 변화하는 환경 조건에서 전통적인 IncCond MPPT 알고리즘의 빠른 추적성과 최소한의 진동을 달성하는 데에 한계가 있음을 해결하기 위해.
• P-V 곡선의 곡률에 기반한 전압 단계 크기 조정을 통해 MPPT의 동적 반응성을 향상시키기 위해.
• 기울기 정보와 부호 변화 감지 기반의 지능적인 단계 크기 조정을 통해 MPP 주변의 정체 상태 진동을 감소시키기 위해.
• 실시간 태양광 PV 시스템에서 추적 정확도와 수렴 속도를 향상시키기 위해.
• 다양한 일조 및 온도 조건 하에서 시뮬레이션을 통해 개선된 알고리즘의 효과성을 검증하기 위해.

제안 방법

• 추적 성능 향상을 위해 P-V 곡선 기울기에 기반해 전압 단계 크기를 적응적으로 조정하는 알고리즘을 사용한다.
• 연속된 단계에서 P-V 곡선 기울기의 부호가 동일할 경우 가속 인자를 적용하여 수렴 속도를 높이기 위해 단계 크기를 증가시킨다.
• 기울기 부호가 변화할 경우 감속 인자를 적용하여 MPP 근처의 오버슈트와 진동을 최소화하기 위해 단계 크기를 감소시킨다.
• 부호 변화 감지에 기반해 전압 단계 변화의 상한선을 동적으로 업데이트하여 일시적인 조건에서의 큰 편차를 방지한다.
• 실시간으로 P-V 곡선 기울기와 그 변화를 모니터링하여 MPP에 대한 사전 지식 없이도 단계 크기 조정을 유도한다.
• 기울기에 기반한 의사결정 논리와 적응형 이득 제어를 통합하여 MPPT 운영에서 속도와 정확성의 균형을 맞춘다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 급격적으로 변화하는 일조 및 온도 조건 하에서 적응형 단계 크기 메커니즘이 IncCond MPPT 알고리즘의 수렴 속도 향상에 기여할 수 있는가?
• RQ2 가속 및 감속 인자의 사용이 MPP 주변의 진동 감소에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 전압 단계 크기 상한선의 동적 조정이 추적 안정성 향상에 어느 정도 기여하는가?
• RQ4 기존 IncCond 방법에 비해 개선된 알고리즘이 진동 감소와 함께 높은 정확도를 유지하는가?
• RQ5 제안된 방법은 일시적인 환경 조건에서 안정성을 훼손하지 않고 더 빠른 MPP 추적을 달성할 수 있는가?

주요 결과

• 동적 환경 변화 하에서 기존 IncCond 방법에 비해 개선된 알고리즘이 최대 전력점(MPP)으로 더 빠르게 수렴한다.
• P-V 곡선 기울기 및 부호 변화 기반의 적응형 단계 크기 제어 덕분에 MPP 주변의 진동이 크게 감소한다.
• 가속 및 감속 인자의 사용으로 큰 교란 상황에서 MPP로의 신속한 접근과 MPP 근처의 매끄러운 정착이 가능해진다.
• 전압 단계 변화의 동적 상한선은 급격한 변화 상황에서 오버슈트를 방지함으로써 시스템 안정성을 향상시킨다.
• 시뮬레이션 결과는 진동으로 인한 정체 상태 전력 손실 감소와 함께 향상된 추적 성능을 보여준다.
• 알고리즘은 속도와 정확성의 효과적인 균형을 이루며, 실시간 태양광 PV 발전 시스템에 적합하다.