KR102246043B1 - Tcs solar generation system and method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 TCS 태양광 발전 시스템 및 발전 방법에 관한 것으로써, 더욱 상하게는 TCS 인버터의 전류값 모니터링을 통해 낮은 전류값으로 출력이 낮은 태양전지 스트링을 개별 MPPT 제어하여 스트링별 정전압을 공급할 수 있는 TCS 태양광 발전 시스템 및 발전 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a TCS photovoltaic power generation system and a power generation method. More particularly, a TCS capable of supplying a constant voltage for each string by individually MPPT controlling a solar cell string having a low output with a low current value through monitoring the current value of a TCS inverter. It relates to a solar power generation system and power generation method.
일반적으로 태양광 발전은 태양광 모듈의 직·병렬 조합으로 이루어 지며 모듈당 100~400W전후의 전력과 개방전압은 42~52V로 약12~18개의 모듈의 직렬결합으로 1차측 출력 합성전압은 DC 520~700V로 인버터에 공급된다.In general, solar power generation consists of a combination of solar modules in series and parallel, and the power and open-circuit voltage of about 100 to 400 W per module is 42 to 52 V. Due to the series combination of about 12 to 18 modules, the primary output combined voltage is DC. It is supplied to the inverter at 520~700V.
전류를 스트링의 일사량에 따른 전압과 전류가 발생되며 전류합성은 1차측 스트링 별 약8~12A로 출력되여져서 100KW 태양광 발전소 인경우 출력전류총합은 160~240A가 된다.Voltage and current are generated according to the amount of irradiation of the string, and the current synthesis is output at about 8~12A for each primary string, so in the case of a 100KW solar power plant, the total output current is 160~240A.
최근 태양광 발전소는 접속함을 통하여 위와 같이 다수의 회로를 직렬·병렬로 발전전력을 모아서 운영 하는데 스트링별 발전전력의 차이로 인하여 접속함 내에서 순환전류가 발생하여 이로 인한 화재를 막기 위한 설비로써 스트링별 “역전류 방지용 다이오드”을 회로별로 부착 하였다.Recently, solar power plants collect and operate a number of circuits in series and parallel as above through a junction box, but it is a facility to prevent fire due to the occurrence of circulating current in the junction box due to the difference in power generation by string. “Reverse current prevention diode” for each string is attached for each circuit.
그러나 역전류 방지 다이오드는 태양광 접속함 내에서 “과열로 인한 방열 대책수립과 방열구조로 인한 외함 크기의 상승과 더불어 심한 경우 화재로 인한 소손으로 재산상”의 상당한 피해를 유발시키는 문제점이 있다.However, the reverse current prevention diode has a problem of causing considerable damage in the solar junction box, "property damage due to burnout due to fire in severe cases along with the increase in size of the enclosure due to the establishment of heat dissipation measures due to overheating and heat dissipation structure"
이에 따라, 역전류 방지 다이오드가 없는 타입의 태양광 접속반이 최근 글로벌 트랜드가 되어가고 있다.Accordingly, the type of solar panel without reverse current prevention diode has become a global trend in recent years.
상술한 문제점을 해결하고 트랜드에 따라 본 발명은 인버터를 입력전력량에 따라 순환인버터(Team Control System)로 운전시간 분담을 통하여 분산된 인버터 운전시간을 분담하여 입력 접속함의 병렬 집합전력을 적산하여 평균전력을 구하고 기준치를 초과한 경우 접속함의 개별 스트링의 MPPT 정전압 제어를 통하여 기준치 이내의 저전력+초과전력을 제어하는 TCS제어 알고리즘을 탑재한 통합 솔루션으로 운전함으로써 태양광 발전시스템의 불평형 순환전류 방지와 인버터의 교번운전으로 전력변환시스템의 종합적인 한계수명을 극대화 하기 위한 TCS 태양광 발전 시스템을 제공하는데 목적이 있다.In accordance with the above-described problem, and according to the trend, the present invention divides the operating time of the inverter to the circulating inverter (Team Control System) according to the amount of input power. In case of exceeding the standard value, it is operated with an integrated solution equipped with a TCS control algorithm that controls low power + excess power within the standard value through MPPT constant voltage control of individual strings of the junction box to prevent unbalanced circulating current of the solar power generation system and to prevent the inverter. The purpose is to provide a TCS solar power generation system to maximize the overall limit life of the power conversion system by alternating operation.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 TCS 태양광 발전 시스템은 복수의 태양전지 모듈로 구성된 태양전지 스트링; 복수의 상기 태양전지 스트링과 연결되는 접속함; 복수의 상기 접속함과 연결되어 전류를 입력받는 TCS 인버터; 및 복수의 상기 TCS 인버터로부터 전력을 공급받아 전력 수요지에 전송하는 전력계통;을 포함하되, 상기 TCS 인버터가 상기 접속함과 상기 태양전지 스트링을 모니터링 하면서 문제를 감지하고 MPPT 제어를 통해 전력효율을 향상시키고, 복수의 서브 인버터가 독립되게 블록단위로 구축되어 시간대별 발전용량에 따라 구동되거나 정지되어 순환인버터로서 기능하는 것을 특징으로 한다. The TCS solar power generation system according to the present invention for achieving the above object comprises: a solar cell string composed of a plurality of solar cell modules; A junction box connected to the plurality of solar cell strings; A TCS inverter connected to a plurality of the junction boxes to receive current; And a power system that receives power from the plurality of TCS inverters and transmits it to a power demand site; including, wherein the TCS inverter detects a problem while monitoring the junction box and the solar cell string, and improves power efficiency through MPPT control. It is characterized in that a plurality of sub-inverters are independently built in block units and are driven or stopped according to the generation capacity for each time period to function as a circulating inverter.
바람직하게, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 TCS 태양광 발전 방법은 (a) 상기 TCS 인버터가 복수의 접속함들로부터 전류값을 수신하는 단계; (b) 상기 TCS 인버터가 전류값 수신 후, 전류값에 문제가 있는 접속함을 판별하는 단계; (c) 상기 TCS 인버터가 상기 (b)단계에서 문제가 있는 것으로 판별한 접속함과 연결된 복수의 태양전지 스트링 중 전류값에 문제가 되는 태양전지 스트링을 판별하는 단계; (d) 상기 TCS 인버터가 전류값이 낮아 문제가 있는 태양전지 스트링에 대해 MPPT 제어가 이루어지도록 제어하는 단계; 및 (e) 상기 TCS 인버터가 상기 접속함들에서 전달되는 직류전력을 교류전력으로 변환하여 전력계통으로 전달하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the TCS photovoltaic power generation method according to the present invention for achieving the above object comprises the steps of: (a) receiving, by the TCS inverter, current values from a plurality of junction boxes; (b) determining, by the TCS inverter, a connection box having a problem with the current value after receiving the current value; (c) determining, by the TCS inverter, a solar cell string having a problem with a current value among a plurality of solar cell strings connected to the junction box determined in step (b); (d) controlling, by the TCS inverter, MPPT control for a solar cell string having a problem due to a low current value; And (e) converting, by the TCS inverter, DC power transmitted from the junction boxes into AC power and transferring it to a power system.
본 발명에 따른 TCS 태양광 발전 시스템 및 방법은 TCS 인버터의 전류값 모니터링을 통해 낮은 전류값으로 출력이 낮은 태양전지 스트링을 개별 MPPT 제어하여 스트링별 정전압을 공급함으로써 불평형 순환전류를 제거할 수 있다.The TCS solar power generation system and method according to the present invention can remove unbalanced circulating current by individually MPPT controlling a solar cell string having a low output at a low current value through monitoring the current value of the TCS inverter and supplying a constant voltage for each string.
또한, 본 발명에 따른 TCS 태양광 발전 시스템 및 방법은 TCS 인버터가 용량에 따라 독립적으로 구동되는 복수의 서브 인버터로 구성되어 순환 인버팅 되도록 함으로써 수명을 연장시키고, 유지보수 비용과 운영비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the TCS photovoltaic power generation system and method according to the present invention is composed of a plurality of sub-inverters independently driven according to the capacity of the TCS inverter so that the circulating inverting is performed, thereby extending the lifespan and reducing maintenance costs and operating costs. It can have an effect.
도 1은 본 발명에 따른 TCS 태양광 발전 시스템 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 TCS 태양광 발전 시스템의 상세 블록도 이다.
도 3은 본 발명에 따른 TCS 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어에 의한 발전전력 증가와 발전시간 증가 그래프 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 TCS 태양광 발전 시스템의 TCS 인버터를 용량에 따라 구비될 수 있는 서브 인버터의 대수를 수로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 TCS 태양광 발전 시스템의 TCS 인버터의 순환구동원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 TCS 태양광 발전 시스템의 TCS 인버터의 선택 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 TCS 태양광 발전 시스템의 접속함 단위 MPPT 제어방법 플로추 차트이다.
도 8은 본 발명에 따른 TCS 태양광 발전 시스템의 스트링 단위별 MPPT 제어를 위한 구성도 이다.
도 9는 본 발명에 따른 TCS 태양광 발전 시스템의 스트링 단위 MPPT 제어방법 플로추 차트이다.
도 10은 본 발명에 따른 TCS 태양광 발전 방법의 플로우차트이다.
도 11은 본 발명에 따른 TCS 태양광 발전 방법의 문제있는 접속함을 판별하는 단계에 대한 플로우차트이다.
도 12는 본 발명에 따른 TCS 태양광 발전 방법의 문제가 있는 태양전지 스트링을 판별하는 단계에 대한 플로우차트이다.1 is a diagram of a TCS solar power generation system according to the present invention.
2 is a detailed block diagram of a TCS solar power generation system according to the present invention.
3 is a graph of an increase in generation power and an increase in generation time by MPPT control of a TCS solar power generation system according to the present invention.
4 shows the number of sub-inverters that may be provided according to the capacity of the TCS inverter of the TCS solar power generation system according to the present invention.
5 is a view for explaining the principle of circulating a TCS inverter of the TCS solar power generation system according to the present invention.
6 is a diagram for explaining an algorithm for selecting a TCS inverter of the TCS solar power generation system according to the present invention.
7 is a flow chart of a method for controlling MPPT per junction box of a TCS solar power generation system according to the present invention.
8 is a configuration diagram for controlling MPPT for each string unit of the TCS solar power generation system according to the present invention.
9 is a flowchart of a method for controlling MPPT per string of a TCS solar power generation system according to the present invention.
10 is a flowchart of a TCS solar power generation method according to the present invention.
11 is a flowchart of a step of determining a problem access box in the TCS solar power generation method according to the present invention.
12 is a flowchart of a step of determining a problematic solar cell string in the TCS solar power generation method according to the present invention.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. The terms or words used in the present specification and claims are not limited to their usual or dictionary meanings and should not be interpreted, and the inventor may appropriately define the concept of terms in order to describe his own invention in the best way. Based on the principle that there is, it should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가 장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention, and do not represent all the technical spirit of the present invention, so that they can be replaced at the time of application. It should be understood that there may be various equivalents and variations.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 TCS 태양광 발전 시스템에 대해 상세하 설명한다.Hereinafter, a TCS solar power generation system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 TCS 태양광 발전 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a TCS solar power generation system according to the present invention.
도1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 TCS 태양광 발전 시스템은 태양광 어레이(100), 접속함(200), TCS(TEAM CONTROL SYSTEM) 인버터(300), 및 전력계통(400)을 포함한다.As shown in Figure 1, the TCS solar power generation system according to the present invention includes a
상기 태양전지 어레이(100)는 태양광을 전력으로 변환하여 접속함(200)에 제공한다. The
상술한 태양전지 어레이(100)의 구조를 좀더 상세히 살펴보면, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 태양전지 어레이(100)는 복수의 태양전지 스트링(110)으로 구성되고, 복수의 각 태양전지 스트링(110)은 복수의 태양전지 모듈(111)로 구성된다.Looking at the structure of the above-described
상기 태양전지 모듈(111)은 복수의 태양광 PV 모듈, 태양광 BIPV 모듈, 또는 태양광 Tracking 모듈들이 직렬 연결되어 상기 태양전지 스트링(110)을 구성하게 된다.The
이러한 태양전지 어레이(100)에 구성된 각각의 태양전지 스트링(110)은 스트링별 발전 용량이 환경에 따라 상이할 수 있다.Each of the
즉, 상기 태양전지 스트링(110)은 태양빛을 받는 시간, 방향, 날씨, 또는 나무와 같은 장애물에 의해 상이한 용량을 발전할 수 있다.That is, the
상기 접속함(200)은 내부에 복수의 스트링 옵티마(210)를 포함하여 상기 TCS 인버터(300)의 제어를 받아 상기 태양전지 스트링(110) 각각과 연결되어 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어를 한다.The
상기 접속함(200)의 스트링 옵티마(210)는 복수의 각 태양전지 스트링(110)이 각 스트링이 최대 전력을 생산하도록 해당 태양전지 스트링(110)의 MPPT 제어를 수행한다.The
상기 접속함(200)은 활선상태에서 유닛에 탈부탁 가능한 구조를 가지며, 광범위한 입력단의 발전전압 DC100~850V로 출력단 정정압 부스팅을 RPS기준 정격용량 6kW의 650VDC정전압을 출력한다.The
상기 접속함(200)은 상기 스트링 옵티마(210)를 통한 스트링별 부스팅 MPPT 제어로 정전압 출력-병렬운용 중 불평형 순환전류를 제거하여 태양광 화재를 예방한다.The
상기 TCS 인버터(300)는 아래에서 상세히 설명한 바와 같이 서브 인버터 5개로 구성되어 상기 접속함(200)에서 들어오는 전류값이 정상인지 판단한다.The
즉, 상기 TCS 인버터(300)는 복수의 상기 접속함(200)에서 입력되는 전류들의 평균값, 즉 평균 전류를 산출하고, 평균 전류값에 가장 가까운 전류값을 가진 임의의 접속함(200)의 전류값을 기준으로 ±α% 범위 내에서 설정시간(5분 또는 10분) 동안 유지되는 접속함(200)의 경우 정상범위에 있는 것으로 판단한다.That is, the
반대로, 상기 TCS 인버터(300)는 접속함(200)이 평균 전류값에 가장 가까운 전류값을 가진 임의의 접속함(200)의 전류값을 기준으로 ±α% 범위 내에서 설정시간(5분 또는 10분) 동안 유지되지 못하는 접속함(200)의 경우 정상범위에 있지 않은 것으로 판단한다.Conversely, the
상기 접속함(200)으로 입력되는 전류가 설정범위 내인 경우 정상으로 판단하고, 설정된 범위를 벗어나 산출한 전류의 평균값과 현저하게 차이가 나는 경우 정상이 아닌 것으로 판단한다.If the current input to the
이때, 상기 TCS 인버터(300)는 상기 접속함(200)으로 입력되는 전류의 상태만으로 복수의 상기 접속함(200)으로 입력되는 전류의 평균값을 산출하고, 상기 접속함(200)으로 입력되는 전류가 설정범위 내인지 판단한다.At this time, the TCS inverter 300 calculates an average value of the currents input to the plurality of
여기서 상기 TCS 인버터(300)가 전류만으로 정상여부를 판단하는 것은 상기 접속함(200)이 병렬로 연결되어 있어 전압이 모두 같기 때문에 전압 평균값을 가지고 태양전지 스트링(110) 또는 상기 접속함(200)의 정상여부를 판단하는 것은 무의미하다. Here, determining whether the
상기 태양전지 스트링(110)에서 서로 다른 전류가 입력되는 경우 소위 내부에 순환전류가 흐르게 되는데 본 발명에서는 상기 태양전지 스트링(110) 출력단에 접속함(200)을 설치하고, 최상단에 복수의 상기 접속함(200)과 연결되는 TCS 인버터(300)를 설치하여 상기 순환전류를 제거해 준다.When different currents are input from the
상기 태양전지 스트링(110)에서 서로 다른 전류가 출력되는 것은 처음에는 동일한 환경조건에 의해 동일한 전류가 흐를 수 있지만, 시간이 흘러 주변에 나무가 자라 나뭇잎이 상기 태양전지 모듈(111)을 가리는 것과 같은 환경변화에 따른 것이다.Different currents are output from the
또 다른 예로는 상기 태양전지 스트링(110)에 먼지가 쌓이거나, 공장의 화학 부식에 의한 백화현상에 의해 복수의 해당 태양전지 스트링(110)이 생성하는 전류의 차가 발생할 수 있다.As another example, dust may accumulate in the
상술한 상기 TCS 인버터(300)는 입력단에 연결되는 복수의 접속함(200)을 감시하면서, 이미 언급한 바와 같이 전류의 평균값을 산출하고, 평균값이 소정범위 내에 있는 경우 정상으로 판단하고, 소정범위를 벗어나 있는 경우 비정상으로 판단한다.The above-described TCS inverter 300 monitors the plurality of
예를 들어, 상기 TCS 인버터(300)와 10개의 상기 접속함(200)이 연결되어 있을 때, 상기 TCS 인버터(300)는 1번부터 10번까지 10개의 접속함(200)에서 출력되는 전류의 평균을 산출하고 해당 평균이 180A(암페어)라고 하고, 7번 접속함(200)이 180A라고 한다면, 7번 접속함(200)을 기준점으로 잡아주는데, 상기 기준점을 항상 변동될 수 있다.For example, when the
상기 TCS 인버터(300)는 기준점에 따라 시간으로 정상여부를 분석한다.The
즉, 상기 TCS 인버터(300)는 상기 접속함(200)의 2번과 10번이 평균전류보다 높거나 낮은 상태로 설정시간이 변화(△t하는 동안(5분 또는 10분) 지속되는 경우 2번과 10번의 접속함(200)에 문제가 있음을 알린다.That is, when the
그리고, 상기 TCS 인버터(300)는 상기 접속함(200)에 연결된 상기 태양전지 어레이(100)를 구성하는 20개의 태양전지 스트링(110)의 이상여부를 상술한 바와 같이 태양전지 스트링(110) 각각의 이상여부를 판단한다.In addition, the
즉, 상기 TCS 인버터(300)는 상기 태양전지 어레이(100)를 구성하는 복수(EX>20개)의 상기 태양전지 스트링(110)에 대한 평균전류를 산출하고, 해당 평균전류 이상 또는 이하의 전류값을 설정시간 동안 지속하여 출력하는 경우 이상이 있는 것으로 판단한다.That is, the
상기 TCS 인버터(300)는 2번째 접속함(200)에 전류값이 평균전류에서 벗어나 이상이 있는 것으로 판단하고, 2번째 접속함(200)과 연결되는 복수의 태양전지 스트링(110) 중, 11번째 내지 15번째 태양전지 스트링(110)에 정전압 제어가 안되고 있는 것으로 판단하여 상기 스티링 옵티마 접속함(200)에 스트링별 MPPT제어를 명령할 수 있다.The
보다 구체적인 예를 들어 설명하면, 상기 태양전지 어레이(100)가 20개의 태양전지 스트링(110)으로 구성되고, 각 태양전지 스트링(110)당 9A(암페어)의 전류를 발생시킬 때, 상기 접속함(200)은 180A의 전류를 상기 TCS 인버터(300)로 전달한다.In a more specific example, when the
이후, 상기 TCS 인버터(300)는 10개의 접속함(200)으로부터 전달되는 전류들의 평균 전류값을 산출하고, 평균 전류값이 150A이고 7번째 접속함의 전류가 평균 전류값 150A일 때, 7번째 접속함(200)을 기준으로 ±20% 범위 내에서 설정시간(5분 또는 10분) 동안 유지되는지 나머지 접속함들을 분석한다.Thereafter, the
만약, 5번째 접속함의 전류값이 100A일 경우, 상기 TCS 인버터(300)는 기준범위에서 벗어나 상기 5번째 접속함에 문제가 있는 것으로 판단하고, 5번째 접속함과 연결된 상기 태양전지 어레이(100)를 구성하는 20개의 태양전지 스트링(110)을 점검한다.If the current value of the 5th junction box is 100A, the
또한, 5번째 접속함의 전류값이 130A로 기준범위에 있지만, 지속시간을 충족하지 못할 때, 상기 TCS 인버터(300)는 상기 5번째 접속함에 문제가 있는 것으로 판단하고, 5번째 접속함과 연결된 상기 태양전지 어레이(100)를 구성하는 20개의 태양전지 스트링(110)을 점검한다.In addition, when the current value of the 5th junction box is in the reference range as 130A, but does not meet the duration, the
다시, 상기 TCS 인버터(300)는 상술한 바와 같이 복수의 접속함(200) 중, 문제가 있는 접속함을 찾아내는 메커니즘을 통해, 20개의 태양전지 스트링(110) 중 이상이 있는 태양전지 스트링(110)을 찾아낸다.Again, the
이후, 상기 TCS 인버터(300)는 이상이 있는 태양전지 스트링(110)에 정전압 제어가 안되고 있는 것으로 판단하여 상기 접속함(200)에 스트링별 MPPT제어를 명령할 수 있다.Thereafter, the
결과적으로, 상기 접속함(200)별 MPPT 전력제어가 아닌 스트링별 MPPT 전력제어를 통해 도 3a에 도시된 바와 같이 시스템 전체의 발전전력을 증가시킬 수 있고, 도 3b에 도시된 바와 같이 발전시간을 증가시킬 수 있어 발전효율이 향상된다.As a result, it is possible to increase the power generation of the entire system as shown in FIG. 3A through the MPPT power control for each string, not the MPPT power control for each
상술한 TCS 인버터(300)는 도 4에 도시된 바와 같이 발전용량에 따라 50kW, 100kW, 500kW, 1000kW 급이 있을 수 있으며, 다시 50kW은 10kW급 인버터가 5개, 100kW은 20kW급 인버터가 5개, 500kW은 100kW급 인버터가 5개, 1000kW급은 200kW급 인버터 5개가 독립적으로 또는 분산형으로 구성된다.As shown in FIG. 4, the
상술한 바와 같이 TCS 인버터(300)가 독립된 복수개의 인버터로 구성되는 것은 용량에 따른 복수의 인버터를 블록화하여 순환 인버터로서 기능할 수 있도록 하기 위한 것이다.As described above, the reason why the
예를 들어, 상기 TCS 인버터(300)의 용량이 도 5에 도시된 바와 같이 200kW급 서브 인버터 5개로 구성된 1000kW 일때, 아침시간과 같이 태양의 광량이 적어 접속함(200)에서의 전력 발전량이 20%인 경우 첫 번째 200kW급 서브 인버터 하나만 구동되도록 하고, 오전 시간에는 발전량이 20~40%인 경우 두 번째와 세 번째 서브 인버터 두 개가 구동되도록 하고, 대신 첫 번째 서브 인버터의 구동을 정지시킨다.For example, when the capacity of the
다음으로, 상기 TCS 인버터(300)는 전력 발전량이 40~60%인 경우 구동 중이었던 두 번째와 세 번째 서브 인버터 두 개의 구동을 정지시키고, 대신 한번도 구동하지 않은 네 번째와 다섯 번째 서브 인버터 그리고 잠시 정지 중이었던 첫 번째 서브 인버터를 구동시킨다.Next, the
또 다음으로 상기 TCS 인버터(300)는 전력 발전량이 60~80%인 경우 구동 중이었던 첫 번째 서브 인버터의 구동을 정지시키고, 정지 중 이었던 두 번째와 세 번째 서브 인버터 두 개를 구동시킨다.In addition, the
마지막으로, 상기 TCS 인버터(300)는 전력 발전량이 80~100%인 경우 정지상태에 있던 첫 번째 서브 인버터를 구동시켜 모든 서브 인버터가 구동되도록 한다.Finally, the
좀더 구체적으로 살펴보면, 상기 TCS 인버터(300)가 발전량이 0<20%에서 2시간, 20~40%에서 2시간, 40~60%에서 2시간, 60~80%에서 2시간, 80~100%에서 두 시간 작동되어 모두 하루에 10간 구동된다고 할 때, 상술한 바와 같은 구동규칙에 따르면, 첫 번째 내지 다섯 번째 인버터는 각각 6시간 구동되는 것으로 독립된 구조가 아닌 경우 10시간 구동하는 것보다 4시간 덜 구동함으로써 수명이 연장된다.More specifically, the
상술한 바와 같이 TCS 인버터(300)의 수명연장은 유지보수 비용과 운영비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, extending the life of the
상기 접속함(200)은 도 6에 도시된 바와 같이 고전압 접속함(200H)과 저전압 접속함(200L)이 분리되어 있을 수 있는데, 상기 저전압 접속함(200L)은 500V까지 전압이 발전되지 않아 720V까시 승압시, 접속함 내의 스트링 옵티마(210)의 효율이 낮아지고 단가 상승요인이 발생하므로, 저전압용으로 인버터를 연결하여 인버터 출력단을 ON GRID에서 연결하도록할 수 있다.As shown in FIG. 6, the
특히, 상기 접속함(200)은 BIPV와 같은 태양광 모듈은 발전량이 작아 효율적인 제어를 위해 언급한 바와 같이 고전압 접속함(200H)과 저전압 접속함(200L)이 분리될 수 있는데, 상기 TCS 인버터(300)는 상술한 바와 같이 분리된 고전압 접속함(200H)과 저전압 접속함(200L)을 접속함 단위로 MPPT 제어할 수 있다.In particular, in the
한편, 상기 TCS 인버터(300)의 전단으로는 스위칭 속도가 빠른 IGBT 무순단 스위칭 유닛(310)이 형성되는데, 상기 IGBT 무순단 스위치 유닛(310)은 전력 발전량에 따라 상기 TCS 인버터(300) 내의 복수의 서브 인버터가 선택적으로 구동될 수 있도록 선택적으로 스위칭한다. On the other hand, at the front end of the
상기 TCS 인버터(300)에 의한 접속함 단위의 MPPT 제어방법에 대해 도 7를 참조하여 설명한다.A method of controlling MPPT for each junction box by the
먼저, 상기 TCS 인버터(300)는 스트링 옵티마 별 ID를 인식하는 단계를 수행한다(S11).First, the
상기 TCS 인버터(300)는 접속함(200)가 측정한 스트링 옵티마(210) 별 입력전압을 수신하는 단계를 수행한다(S12).The
이후, 상기 TCS 인버터(300)는 수신한 스트링 옵티마(210) 별 입력전압이 저전압 접속함(200L)의 전압인지 고전압 접속함(200H)의 전압인지 판단하는 단계를 수행한다(S13).Thereafter, the
상기 TCS 인버터(300)는 저전압 접속함(200L)의 전압인경우 저전압 접속함(200L)의 MPPT 전압 제어신호를 전송하는 단계를 수행한다(S14).The
한편, 상기 TCS 인버터(300)는 고전압 접속함(200H)의 전압인 경우 해당 고전압 접속함(200H)의 MPPT 전압제어신호를 전송하는 단계를 수행한다(S14`).On the other hand, the
상기 저전압 접속함(200L)과 상기 고전압 접속함(200H)은 MPPT 전압제어신호를 수신하여 각 접속함에 포함된 스트링 옵티마(210) 별 MPPT 전압 제어단계를 수행한다(S15).The low
상기 TCS 인버터(300)는 상기 저전압 접속함(200L)과 상기 고전압 접속함(200H)에 포함된 복수의 상기 스티링 옵티마(210) 별 전류비교 후, 적은 전류 값의 스트링 옵티마(210)의 MPPT 전압을 보상하는 단계를 수행한다(S16).The
상기 TCS 인버터(300)는 보상된 전압 대비 전력 증가 효율대비로 최대 보상 전압을 선정하는 단계를 수행한다(S17).The
상기 TCS 인버터(300)는 상기 스트링 옵티마(210) 별 균등한 전압제어를 위한 MPPT 전압제어 신호를 전송하는 단계를 수행한다(S18).The
상술한 바와 같은 S11 내지 S18 단계를 통해 상기 TCS 인버터(300)는 스트링별 일출, 일몰, 구름장애, 또는 이물질 장애에 의한 불평형 순환전류를 원천제어 하는 단계를 수행한다(S19).Through the steps S11 to S18 as described above, the
한편, TCS 인버터(300)에 의한 스트링 단위별 MPPT 제어를 위한 구성은 도 8에 도시된 바와 같다.Meanwhile, a configuration for controlling the MPPT for each string unit by the
도 8에 도시된 바와 같이 고전압 접속함(200H)과 저전압 접속함(200L)의 구분없이 접속함(200)에서 기본적으로 500V 내지 1kV 전압까지 발전되어 TCS 인버터(300)와 접속함(200)DL 1 대 1로 연결되어 상기 TCS 인버터(300)에서 접속함 내의 스트링 단위로 MPPT 제어하는 구조이다.As shown in FIG. 8, the
상기 TCS 인버터(300)에 의한 스트링 단위의 MPPT 제어방법에 대해 도 9를 참조하여 설명한다.A method of controlling the MPPT in units of strings by the
먼저, 상기 TCS 인버터(300)는 스트링 옵티마 별 ID를 인식하는 단계를 수행한다(S21).First, the
상기 TCS 인버터(300)는 스트링 옵티마(210) 별 제어신호 전송명령 단계를 수행한다(S22).The
상기 접속함(200)은 상기 TCS 인버터(300)로부터 스트링 옵티마(210) 별 제어신호를 수신하여 각 접속함에 포함된 스트링 옵티마(210) 별 MPPT 전압 제어단계를 수행한다(S23).The
상기 접속함(200)이 스트링 옵티마(210)의 전류 측정 데이터를 상기 TCS 인버터(300)에 전송하는 단계를 수행한다(S24).The
상기 TCS 인버터(300)는 상기 접속함(200)에 포함된 복수의 상기 스티링 옵티마(210) 별 전류비교 후, 적은 전류 값의 스트링 옵티마(210)의 MPPT 전압을 보상하는 단계를 수행한다(S25).The
상기 TCS 인버터(300)는 보상된 전압 대비 전력 증가 효율대비로 최대 보상 전압을 선정하는 단계를 수행한다(S26).The
상기 TCS 인버터(300)는 상기 스트링 옵티마(210) 별 균등한 전압제어를 위한 MPPT 전압제어 신호를 전송하는 단계를 수행한다(S27).The
상술한 바와 같은 S21 내지 S27 단계를 통해 상기 TCS 인버터(300)는 스트링별 일출, 일몰, 구름장애, 또는 이물질 장애에 의한 불평형 순환전류를 원천제어 하는 단계를 수행한다(S29).Through the steps S21 to S27 as described above, the
상기 전력계통(400)은 복수의 상기 TCS 인버터(300)들로부터 전력을 전달받아 필요한 곳으로 전송한다.The
한편, 본 발명에 따른 TCS 태양광 발전 시스템은 통합 제어모듈(500)를 더 포함하여 상기 TCS 인버터(300)가 상기 전력계통(400)으로 전력을 전달할 수 있도록 제어하고 상기 TCS 인버터(300)가 복수의 상기 접속함(200) 중 문제되는 접속함(200)을 찾아내도록 제어할 수도 있다.On the other hand, the TCS solar power generation system according to the present invention further includes an integrated control module 500 to control the
상술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 TCS 태양광 발전 시스템 및 발전 방법에 대해 도 10을 참조하여 설명한다.A TCS solar power generation system and power generation method according to the present invention having the above-described configuration will be described with reference to FIG. 10.
먼저, 상기 TCS 인버터(300)는 복수의 접속함(200)들과 연결되어 해당 접속함(200)들로부터 전류값을 수신하는 단계를 수행한다(S100).First, the
상기 TCS 인버터(300)는 접속함(200)들로부터 전류값을 수신하면서 모니터링을 통해 전류값이 낮아 문제가 있는 접속함(200)을 판별하는 단계를 수행한다(S200).The
이때, 상기 문제가 되는 접속함의 판별은 전류값에 한정되지 않고 전류값을 변수를 갖는 전력이될 수도 있다.In this case, the determination of the junction box in question is not limited to the current value, but may be a power having a variable current value.
다음으로, 상기 TCS 인버터(300)는 문제가 있는 접속함(200)과 연결된 태양광 어레이(100)에 포함된 복수의 태양전지 스트링(110) 중 전류값이 낮아 문제가 되는 태양전지 스트링을 판별하는 단계를 수행한다(S300).Next, the
상기 S300단계에서 상기 TCS 인버터(300)는 전류값이 낮아 문제가 되는 태양전지 스트링(110)에 대해 MPPT 제어가 이루어지도록 제어하는 단계를 수행한다(S400).In step S300, the
상기 TCS 인버터(300)는 상기 접속함(200)들에서 전달되는 직류전력을 교류전력으로 변환하여 3상의 전력계통으로 전달하는 단계를 수행한다(S500).The
상기 S200단계에 대해 도7를 참조하여 더욱 상세하게 설명하면, 상기 TCS 인버터(300)는 복수의 접속함(200)으로부터 수신한 전류값들에 대한 평균전류를 산출하는 단계를 수행한다(S210).When the step S200 is described in more detail with reference to FIG. 7, the
상기 TCS 인버터(300)는 상기 평균전류에 가장 가까운 접속함의 전류값에 ±α%에 해당하는 기준전류로 설정하는 단계를 수행한다(S220).The
상기 TCS 인버터(300)는 접속함(200)들의 전류값이 기준전류에 해당하는지 판단하는 단계를 수행한다(S230).The
상기 S230단계에서 접속함(200)들의 전류값이 기준전류에 해당한 경우, 다시 상기 TCS 인버터(300)는 설정시간(△t) 동안 기준전류를 유지하는지 판단하는 단계를 수행한다(S240).When the current value of the
상기 S240 단계에서 상기 TCS 인버터(300)는 접속함(200)들의 전류값이 설정시간 동안 기준전류를 유지하는 경우 출력되는 전력을 전력계통으로 전달하는 상기 S500단계를 수행한다.In the step S240, the
한편, 상기 S230 단계에서 접속함(200)들의 전류값이 기준전류에 해당하지 않고, S240 단계에서 접속함(200)들의 전류값이 설정시간 동안 기준전류를 유지하지 않는 경우 상기 TCS 인버터(300)는 문제되는 접속함으로 판단하고 태양전지 스트링을 판별해 내는 상기 S300 단계를 수행한다.Meanwhile, when the current value of the
상기 문제가 되는 태양전지 스트링을 판별해 내는 메커니즘은 문제되는 접속함으로 판별해 내는 메커니즘과 유사한데, 도 12를 참조하여 더욱 상세하게 설명하면, 상기 TCS 인버터(300)는 문제되는 접속함(200)과 연결되는 복수의 태양전지 스트링(110)들로부터 수신한 전류값의 평균전류를 산출하는 단계를 수행한다(S310).The mechanism for discriminating the problematic solar cell string is similar to the mechanism for discriminating the problematic connection box. When described in more detail with reference to FIG. 12, the
상기 TCS 인버터(300)는 상기 평균전류에 가장 가까운 태양전지 스트링(110)의 전류값에 ±β에 해당하는 기준전류로 설정하는 단계를 수행한다(S320).The
상기 TCS 인버터(300)는 태양전지 스트링(110)들의 전류값이 상기 기준전류에 해당하는지 판단하는 단계를 수행한다(S330).The
상기 S330단계에서 상기 태양전지 스트링(200)들의 전류값이 기준전류에 해당한 경우, 다시 상기 TCS 인버터(300)는 상기 태양전지 스트링(110)들이 설정시간 동안 기준전류를 유지하는지 판단하는 단계를 수행한다(S340).When the current value of the solar cell strings 200 corresponds to the reference current in step S330, the
상기 S340 단계에서 상기 TCS 인버터(300)는 태양전지 스트링(110)들의 전류값이 설정시간 동안 기준전류를 유지하는 경우 출력되는 전력을 전력계통으로 전달하는 상기 S500단계를 수행한다.In the step S340, the
한편, 상기 S330 단계에서 태양전지 스트링(110)들의 전류값이 기준전류에 해당하지 않고, S340 단계에서 태양전지 스트링(110)들의 전류값이 설정시간 동안 기준전류를 유지하지 않는 경우 상기 TCS 인버터(300)는 문제되는 태양전지 스트링(110)으로 판단하고 MPPT 제어하는 상기 S400 단계를 수행 후, 전력을 전력계통으로 전달하는 상기 S500단계를 수행한다.Meanwhile, when the current value of the solar cell strings 110 does not correspond to the reference current in step S330, and the current value of the
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.In the above, the technical idea of the present invention has been described together with the accompanying drawings, but this is illustrative of a preferred embodiment of the present invention and does not limit the present invention. In addition, it is obvious that any person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains can make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.
100 : 태양광 어레이
110 : 태양전지 스트링
111 : 태양전지 모듈
200 : 접속함
210 : 스트링 옵티마
300 : TCS 인버터
400 : 전력계통
500 : 통합 제어모듈100: solar array
110: solar cell string
111: solar cell module
200: access box
210: String Optima
300: TCS inverter
400: power system
500: integrated control module
Claims (12)
복수의 상기 태양전지 스트링과 연결되는 접속함;
복수의 상기 접속함과 연결되어 전류를 입력받는 TCS 인버터; 및 복수의 상기 TCS 인버터로부터 전력을 공급받아 전력 수요지에 전송하는 전력계통;을 포함하되,
상기 TCS 인버터는 입력 접속함의 병렬 연결된 출력단을 모니터링하면서, 전류값과 설정시간으로 상기 접속함의 정상여부를 판단하여 문제가 되는 접속함을 감지하되, 상기 전류값은 복수의 접속함에서 입력되는 전류들에 대한 평균전류에 가까운 임의의 접속함의 전류값에 ±α%에 해당하는 기준전류를 정의하여 해당 기준전류 범위 외의 전류가 입력되는 접속함에 하위단으로 연결된 복수의 태양전지 스트링의 점검을 명령하고, 또한 상기 복수개 중 임의의 접속함에서 상기 기준전류 범위 내의 전류가 입력되더라도 상기 기준전류 범위 내에서 설정시간(Δt) 동안 유지되지 못할 경우에 해당 접속함의 하위단으로 연결된 복수의 상기 태양전지 스트링의 점검을 명령하며,
상기 TCS 인버터는 상기 문제되는 해당 접속함의 하위단에 연결된 복수의 상기 태양전지 스트링에 대해 전류값과 설정시간으로 정상여부를 판단하여 문제가 되는 태양전지 스트링을 감지하되, 상기 전류값은 복수의 태양전지 스트링에서 입력되는 전류들에 대한 평균전류를 산출하고 해당 평균 전류에 가까운 임의의 태양전지 스트링의 전류값에 ±β%에 해당하는 기준전류를 정의하여 해당 기준전류 범위 외의 전류가 입력되는 태양전지 스트링에 대하여 MPPT 정전압제어를 명령하고, 또한 상기 태양전지 스트링에서 해당 기준 전류범위 내의 전류가 입력 되더라도 해당 기준전류 범위 내에서 설정시간(Δt) 동안 유지되지 못할 경우 태양전지 스트링에 대해 MPPT 정전압 제어를 명령하여,
상기 접속함 내에서 병렬 연결된 태양전지 스트링 사이의 불평형 순환전류 발생을 억제시키는 것을 특징으로 하는 TCS 태양광 발전 시스템.
A solar cell string composed of a plurality of solar cell modules;
A junction box connected to the plurality of solar cell strings;
A TCS inverter connected to a plurality of the junction boxes to receive current; And a power system that receives power from a plurality of the TCS inverters and transmits it to a power demand site;
The TCS inverter monitors the output terminals connected in parallel of the input junction box, and detects the junction box in question by determining whether the junction box is normal based on a current value and a set time, but the current value is currents input from a plurality of junction boxes. By defining a reference current corresponding to ±α% to the current value of an arbitrary junction box close to the average current for, ordering the inspection of a plurality of solar cell strings connected to the lower end of the junction box where a current outside the corresponding reference current range is input, In addition, even if a current within the reference current range is input from any of the plurality of junction boxes, if it cannot be maintained for a set time (Δt) within the reference current range, check the plurality of solar cell strings connected to the lower end of the junction box. Command,
The TCS inverter detects the solar cell string in question by determining whether the plurality of solar cell strings connected to the lower end of the corresponding junction box is normal based on a current value and a set time, and the current value is a plurality of solar cell strings. A solar cell in which a current outside the range of the reference current is input by calculating the average current for the currents input from the battery string and defining a reference current corresponding to ±β% to the current value of an arbitrary solar cell string close to the average current. MPPT constant voltage control is commanded for the string, and MPPT constant voltage control is performed for the solar cell string, even if the current within the reference current range is input from the solar cell string, if it cannot be maintained for a set time (Δt) within the reference current range. By order,
TCS photovoltaic power generation system, characterized in that to suppress the generation of unbalanced circulating current between the solar cell strings connected in parallel in the junction box.
상기 TCS 인버터는
복수의 서브 인버터가 독립되게 블록단위로 구축되어 시간대별 발전용량에 따라 구동되거나 정지되어 순환인버터로서 기능하는 것을 특징으로 하는 TCS 태양광 발전 시스템.The method of claim 1,
The TCS inverter is
A TCS solar power generation system, characterized in that a plurality of sub-inverters are independently built in block units and are driven or stopped according to the generation capacity for each time period to function as a circulating inverter.
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KR (1) | KR102246043B1 (en) |
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AMND | Amendment | ||
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