KR101410508B1 - 태양광 발전 시스템의 직류 지락 검출 회로 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광 발전 시스템의 직류 지락 검출 회로에 관한 것으로서, 태양광 어레이와 태양광 인버터 사이에 설치되어 직류 지락을 검출하는 태양광 발전 시스템의 직류 지락 검출 회로에 있어서, 상기 태양광 어레이의 출력 라인과 접지 간에 적어도 하나 이상의 분압 저항을 설치하여 상기 분압 저항을 통해 분배된 직류 전압을 시스템에 적합한 직류 전압으로 승압하여 상기 태양광 인버터로 출력하는 승압형 컨버터부; 상기 분압 저항을 통해 분배된 직류 전압을 상기 태양광 인버터의 기동 대기 또는 기동중에 검출하여 절연 검출 전압으로 증폭 출력하는 전압 검출부; 상기 절연 검출 전압을 설정 전압과 비교하여 상기 절연 검출 전압이 설정 전압 이하일 경우에 상기 태양광 인버터의 동작을 정지시키는 인버터 기동정지 제어신호를 생성하여 상기 태양광 인버터로 출력하는 제어부; 및 상기 제어부의 인버터 기동정지 제어신호에 의해 직류 지락 경보를 발생하는 경보 발생부를 포함한다. 따라서, 본 발명은 인터버의 기동 대기 또는 기동중에 직류 지락을 검출할 수 있어 태양광 발전 시스템의 안전성을 향상시킬 수 있고, 하나의 멀티 레벨 인버터로 계통과 연계되는 시스템을 구현할 수 있어 인버터의 동작 스위칭을 높일 수 있어 인버터의 효율을 개선할 수 있다.
Description
본 발명은 태양광 발전 시스템의 직류 지락 검출 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양광 인버터가 기동하기 전에 태양전지 모듈의 직류 출력 지락을 검출할 수 있어 지락이 발생되지 않을 경우에만 태양광 인버터를 기동하여 시스템을 안정하게 운전할 수 있도록 하는 태양광 발전 시스템의 직류 지락 검출 회로에 관한 것이다.
태양광발전은 화석 에너지를 활용하지 않고 태양광 패널에 입사된 빛 에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 발전 방식이다. 태양광 발전 시스템은 초기 투자비용과 발전단가가 비싸다는 단점이 있지만, 반영구적인 수명과 무공해 천연 에너지원으로서 최근 화석연료 사용에 의한 지구온난화 등 환경오염의 해결책으로 그 사용이 점점 늘어나고 있다.
이러한 태양광 발전 시스템은 발전한 전력의 이용방법에 따라 발전 전력을 축전지에 저장하여 필요한 시간에 전력을 공급하는 독립형 발전시스템과 발전 전력을 부하에 공급하고 잉여전력을 계통에 공급하는 계통연계형 발전시스템으로 구분된다. 이중 계통연계형 발전시스템이 기존의 발전소를 대체하는 분산전원으로서 각광을 받고 있다.
계통연계형 발전시스템은 복수의 태양전지 모듈들이 직렬로 연결된 복수의 태양광발전 패널들을 포함하는 태양광발전 어레이부, 태양광발전 패널들로부터 출력되는 직류전력들을 병합하여 출력하는 출력부 및 출력부로부터 출력되는 직류전력을 교류전력으로 변환하여 부하 또는 사용계통에 공급하는 인버터를 포함한다.
이러한 상용 전력계통에는 태양전지와 상용 전력계통을 연결하는 직류선로의 지락(ground fault)을 검출하기 위한 검출회로장치가 제공된다. 지락 발생시 적절한 대응을 수행하지 못하면 상용 전력계통에 연결된 시스템이 정지될 수 있고, 전력변환을 위해 구성된 승압회로 및 인버터 등에 손상을 일으킬 수 있을 뿐만 아니라 송전계통설비들의 정상 동작 중단으로 태양광 발전 및 송전이 중단되어 경제적인 손실이고 물론 송전설비의 고장으로 인한 위험을 초래할 수 있다.
그래서 다양한 방법의 지락 검출회로장치가 제안되어 왔는바, 종래 일반적으로 사용되어 온 지락검출기는 지락이 발생하였을 경우 설정된 값과 비교하여 경보를 발생하도록 되어 있으며, 이 지락검출기에는 직류전압강하법과 교류전압강하법이 있는데, 여기서 교류전압강하법의 대부분은 인가 교류전압을 20[Hz]를 이용하였으므로 교류 60[Hz]에 큰 영향을 미치고, 직류에 잡음의 원인이 되는 리플 주파수가 발생되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 감안한 선행기술자료로써, 특허등록번호 제10-1090263호를 보면 태양광발전 시스템의 직류 전선로 지락 검출회로장치 및 지락 검출방법에 관한 기술내용이 공개되어 있다.
종래의 태양광발전 시스템의 직류 전선로 지락 검출회로장치는 직류 전선로의 P(+)측과 N(-)측 사이에 직렬로 삽입되어 있는 분압저항 (R1)과 (R2)를 구비하며, 분압저항 (R1)과 (R2)의 공통접속점(G)을 접지시켜 형성한 분압저항회로부와, 분압저항 (R1)과 (R2) 각각의 양단에 걸리는 전압(VPG)(VGN)과 (R1),(R2) 전체에 걸리는 전압(VPN)의 3개의 전압을 입력받아 입력받은 고압의 전압을 저압레벨로 강압시키는 분압저항과, 분압저항에서 출력되는 저압 아날로그 신호로부터 고주파신호 잡음을 제거하는 저역통과필터를 포함하는 전압센싱부 및 전압센싱부의 저역통과필터로부터 아날로그 신호를 입력받아 A/D변환하여 디지탈 값으로 수치화시킬 수 있는 A/D 변환기, 실시간으로 수치화된 디지탈 값을 가지고 지락 여부를 판단하여 지락사고 발생시 태양광 발전기에 신호를 보내거나 알람을 발생시키는 MPU를 구비한 제어부를 포함하여 구성되어 있다.
종래의 태양광발전 시스템의 직류 전선로 지락 검출회로장치 및 지락 검출방법은 태양전지 모듈의 직렬 수와 분압저항회로부에 걸려있는 전압 값만으로 지락 발생 여부를 알 수 있어 회로 구성이 극히 간단해진다는 장점이 있다. 그러나, 종래의 태양광발전 시스템의 직류 전선로 지락 검출회로장치 및 지락 검출방법은 지락 사고 발생시 태양광 발전기에 신호를 보내거나 지락 발생 지점을 별도로 표시하여 알람할 뿐 인버터의 기동 전에 지락 상황을 미리 감지하거나 인버터가 기동 대기 또는 기동 중일 경우에 지락 발생을 감지하여 인버터 기동을 중지하는 등의 동작을 수행하지 않고 있어 인버터의 손상이나 시스템 안정 운전이 여전히 불안하다는 문제점이 있다.
10kW급 이상, 100kW급 이하의 중소용량 인버터는 중앙 집중 방식의 인버터가 주종을 이루고 있으며, 최근 시스템의 효율을 높이기 위하여 3개 이상의 태양전지 모듈의 입력을 가지는 멀티 스트링형 인버터가 출시되고 있다.
그러나, 중앙 집중 방식의 인버터의 경우에 넓은 면적의 태양전지 모듈에 의해 발전량이 낮은 곳으로 수렴하는 문제가 있으며, 멀티 스트링형 인버터의 경우에 발전량을 개선할 수 있지만 필요에 따라 중앙 집중 방식으로 변경될 수 있어 수요자 측면에서 중앙 집중 방식과 멀티 스트링형 방식이 모두 수용될 수 있는 태양광 발전 시스템이 요구되고 있다.
본 발명은 태양광 인버터가 기동하기 전에 태양전지 모듈의 직류 출력 지락을 검출할 수 있어 지락이 발생되지 않을 경우에만 태양광 인버터를 기동하여 시스템을 안정하게 운전할 수 있도록 하고, 멀티 레벨 인버터를 구현하여 고전압 스위칭에 적합하면서 인버터 효율을 향상시킬 수 있는 태양광 발전 시스템의 직류 지락 검출 회로를 제공한다.
실시예들 중에서, 태양광 발전 시스템의 직류 지락 검출 회로는, 태양광 어레이와 태양광 인버터 사이에 설치되어 직류 지락을 검출하는 태양광 발전 시스템의 직류 지락 검출 회로에 있어서, 상기 태양광 어레이의 출력 라인과 접지 간에 적어도 하나 이상의 분압 저항을 설치하여 상기 분압 저항을 통해 분배된 직류 전압을 시스템에 적합한 직류 전압으로 승압하여 상기 태양광 인버터로 출력하는 승압형 컨버터부; 상기 분압 저항을 통해 분배된 직류 전압을 상기 태양광 인버터의 기동 대기 또는 기동중에 검출하여 절연 검출 전압으로 증폭 출력하는 전압 검출부; 상기 절연 검출 전압을 설정 전압과 비교하여 상기 절연 검출 전압이 설정 전압 이하일 경우에 상기 태양광 인버터의 동작을 정지시키는 인버터 기동정지 제어신호를 생성하여 상기 태양광 인버터로 출력하는 제어부; 및 상기 제어부의 인버터 기동정지 제어신호에 의해 직류 지락 경보를 발생하는 경보 발생부를 포함한다.
상기 전압 검출부는 상기 태양광 어레이로부터 입력 전압이 공급되는 시점에서 설정 시간을 경과한 후에 검출하는 것을 특징으로 한다.
상기 전압 검출부는, 상기 분압 저항을 통해 검출한 직류 전압을 증폭하여 절연 검출 전압으로 출력하는 차동 증폭기; 상기 절연 검출 전압과 상기 설정 전압이 입력되어 상기 직류 전압과 설정 전압을 비교하고, 상기 절연 검출 전압이 상기 설정 전압 이하로 떨어질 경우에 동작개시신호를 출력하는 비교기; 및 상기 동작개시신호에 의해 동작되어 상기 인버터 기동정지 제어신호가 생성되도록 지락발생신호를 상기 제어부로 전송하는 포토커플러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 태양광 어레이와 태양광 인버터 사이의 전압 입력 상태에 대한 전압 상태 신호를 전송하고, 상기 전압 상태 신호를 화면 출력하여 실시간 감시를 수행하는 모니터링 장치와 연동되는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 직류 지락 경보의 발생 내역을 저장하는 메모리를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 태양광 인버터는 시메트릭 부스트(Symmetric boodt)를 포함하고, 멀티 레벨 인터버 토폴로지(Multi-level inverter topology)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 태양광 어레이는 복수 개의 태양전지 모듈을 포함하고, 상기 태양광 인버터는 복수 개의 MNPC(Mixed voltage Neutral Point Clamped) 인터버를 포함하며, 상기 승압형 컨버터부는 각각의 태양전지 모듈과 연결되도록 상기 태양전지 모듈의 개수만큼 설치되고, 상기 승압형 컨버터부들의 출력이 상기 복수 개의 MNPC 인버터 중 어느 하나의 MNPC 인버터의 입력으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 태양광 발전 시스템의 직류 지락 검출 회로는 인터버의 기동 대기 또는 기동중에 직류 지락을 검출할 수 있어 태양광 발전 시스템의 안전성을 향상시킬 수 있고, 600V 이상의 고전압 시스템에 고가의 지락 검출 장비를 설치하지 않더라도 지락 검출을 할 수 있어 제조 단가를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 태양광 발전 시스템의 직류 지락 검출 회로는 하나의 멀티 레벨 인버터로 계통과 연계되는 시스템을 구현할 수 있어 인버터의 동작 스위칭을 높일 수 있어 인버터의 효율을 높이면서 인버터 자체의 크기도 콤팩트하게 설계할 수 있으며, 그에 따라 원가가 절감될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 직류 지락 검출 회로의 구성을 설명하는 회로도이다.
도 2는 도 1의 전압 검출부의 구성을 설명하는 회로도이다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 직류 지락 검출 회로의 구성을 설명하는 회로도이다.
도 1을 참고하면, 태양광 어레이(10)와 태양광 인버터(100) 사이에 설치되어 직류 지락을 검출하는 태양광 발전 시스템의 직류 지락 검출 회로는, 승압형 컨버터부(110), 전압 검출부(120), 제어부(130) 및 경보 발생부(140)를 포함한다.
승압형 컨버터부(110)는 태양광 어레이(10)의 (+)(-) 출력 라인과 접지(Protecred Earth) 간에 적어도 하나 이상의 분압 저항을 설치하고, 분압 저항을 통해 분배된 직류 전압을 시스템에 적합한 직류 전압으로 승압하여 태양광 인버터(100)로 출력한다. 승압형 컨버터부(110)는 4개의 분압 저항 R1, R2, R3 및 R4를 포함한다.
전압 검출부(120)는 분압 저항을 통해 분배된 직류 전압을 검출하여 절연 검출 전압으로 증폭 출력하는 것으로서, 증폭기를 포함한다. 이때, 전압 검출부(120)는 태양광 어레이(10)로부터 입력 전압이 공급되는 시점에서 설정 시간, 약 1초 정도 경과한 후에 검출한다.
제어부(130)는 절연 검출 전압을 설정 전압과 비교하여 절연 검출 전압이 설정 전압 이하일 경우에 직류 지락 상황을 판단하고 태양광 인버터(100)의 동작을 정지시키는 인버터 기동정지 제어신호를 생성하여 태양광 인버터(100)로 출력하고, 절연 검출 전압이 설정 전압 이상일 경우에 지락이 발생되지 않을 경우에만 태양광 인버터)를 기동하여 시스템이 안정 운전되도록 한다.
이러한 제어부(130)는 아날로그의 전압값을 디지털 전압값으로 변환하는 아날로그/디지털 변환기와 직류 지락 경보의 발생 내역을 저장하는 메모리(도시되지 않음)를 더 포함한다.
경보 발생부(140)는 제어부(130)의 인버터 기동정지 제어신호에 의해 직류 지락 경보를 발생하는데, 디스플레이 수단 또는 알람 수단 등으로 이루어질 수 있다.
한편, 제어부(130)는 태양광 어레이(10)와 태양광 인버터(100) 사이의 전압 입력 상태에 대한 전압 상태 신호를 생성하여 모니터링 장치(200)로 전송하고, 모니터링 장치(200)는 전압 상태 신호를 분석하여 화면 출력함으로써 관리자 또는 모니터링 프로그램에 의해 실시간 감시가 수행되도록 한다.
이때, 제어부(130)는 유선 또는 무선 통신을 수행할 수 있는 통신 수단을 포함함으로써 모니터링 장치(200)와 상호 통신할 수 있다.
도 2는 도 1의 전압 검출부의 구성을 설명하는 회로도이다.
도 2를 참고하면, 전압 검출부(120)는 차동 증폭기(121), 비교기(122), 포토커플러(123), 커패시터 및 다수의 저항들을 포함한다.
차동 증폭기(121)는 분압 저항을 통해 검출한 직류 전압을 증폭한 절연 검출 전압을 비교기(122)의 제1 입력단(-)으로 출력한다.
비교기(122)는 제1 입력단(-)에 절연 검출 전압이 입력되고, 제2 입력단(+)에 설정 전압이 입력되며, 직류 전압과 설정 전압을 비교하여 절연 검출 전압이 설정 전압 이하로 떨어질 경우에 동작개시신호를 출력한다.
포토커플러(123)는 동작개시신호에 의해 동작되어 디지털값인 지락발생신호를 제어부(130)로 전송한다.
따라서, 제어부(130)는 지락발생신호를 통해 태양전지 모듈의 지락 상황을 판단하고 인버터 기동정지 제어신호를 생성하여 태양광 인버터(100)로 출력한다.
한편, 태양광 인버터는 시메트릭 부스트(Symmetric boodt)를 포함하고, 하나의 코어로 두개의 권선을 사용하는 결합 리액터(Coupled reactor)를 포함할 수 있다. 또한, 태양광 인버터(100)는 고전압 스위칭에 적합한 멀티 레벨 인터버 토폴로지(Multi-level inverter topology)로 구현될 수 있어 시스템 효율을 개선할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 직류 지락 검출 회로는 3개의 태양전지 모듈을 포함할 경우에 승압형 컨버터부(110)는 각각의 태양전지 모듈과 연결되도록 3개로 이루어지고, 태양광 인버터는 3상(U, V, W )의 MNPC(Mixed voltage Neutral Point Clamped) 인터버로 구현될 수 있다.
이때, 3개의 승압형 컨버터부(110)는 각각의 출력이 3개의 MNPC 인버터 중 어느 하나의 MNPC 인버터의 입력으로 연결되어, 태양광 발전 시스템은 상불균형 등의 문제를 방지할 수 있다.
이러한 태양광 발전 시스템의 직류 지락 검출 회로는 태양광 인버터(100)가 3개의 입력 또는 1개의 입력을 공용으로 설계 가능하도록 함으로써 차단기만 교체하면 사용자의 설계 사양에 맞추어 태양광 발전 시스템을 디자인할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 2는 도 1의 전압 검출부의 구성을 설명하는 회로도이다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 직류 지락 검출 회로의 구성을 설명하는 회로도이다.
도 1을 참고하면, 태양광 어레이(10)와 태양광 인버터(100) 사이에 설치되어 직류 지락을 검출하는 태양광 발전 시스템의 직류 지락 검출 회로는, 승압형 컨버터부(110), 전압 검출부(120), 제어부(130) 및 경보 발생부(140)를 포함한다.
승압형 컨버터부(110)는 태양광 어레이(10)의 (+)(-) 출력 라인과 접지(Protecred Earth) 간에 적어도 하나 이상의 분압 저항을 설치하고, 분압 저항을 통해 분배된 직류 전압을 시스템에 적합한 직류 전압으로 승압하여 태양광 인버터(100)로 출력한다. 승압형 컨버터부(110)는 4개의 분압 저항 R1, R2, R3 및 R4를 포함한다.
전압 검출부(120)는 분압 저항을 통해 분배된 직류 전압을 검출하여 절연 검출 전압으로 증폭 출력하는 것으로서, 증폭기를 포함한다. 이때, 전압 검출부(120)는 태양광 어레이(10)로부터 입력 전압이 공급되는 시점에서 설정 시간, 약 1초 정도 경과한 후에 검출한다.
제어부(130)는 절연 검출 전압을 설정 전압과 비교하여 절연 검출 전압이 설정 전압 이하일 경우에 직류 지락 상황을 판단하고 태양광 인버터(100)의 동작을 정지시키는 인버터 기동정지 제어신호를 생성하여 태양광 인버터(100)로 출력하고, 절연 검출 전압이 설정 전압 이상일 경우에 지락이 발생되지 않을 경우에만 태양광 인버터)를 기동하여 시스템이 안정 운전되도록 한다.
이러한 제어부(130)는 아날로그의 전압값을 디지털 전압값으로 변환하는 아날로그/디지털 변환기와 직류 지락 경보의 발생 내역을 저장하는 메모리(도시되지 않음)를 더 포함한다.
경보 발생부(140)는 제어부(130)의 인버터 기동정지 제어신호에 의해 직류 지락 경보를 발생하는데, 디스플레이 수단 또는 알람 수단 등으로 이루어질 수 있다.
한편, 제어부(130)는 태양광 어레이(10)와 태양광 인버터(100) 사이의 전압 입력 상태에 대한 전압 상태 신호를 생성하여 모니터링 장치(200)로 전송하고, 모니터링 장치(200)는 전압 상태 신호를 분석하여 화면 출력함으로써 관리자 또는 모니터링 프로그램에 의해 실시간 감시가 수행되도록 한다.
이때, 제어부(130)는 유선 또는 무선 통신을 수행할 수 있는 통신 수단을 포함함으로써 모니터링 장치(200)와 상호 통신할 수 있다.
도 2는 도 1의 전압 검출부의 구성을 설명하는 회로도이다.
도 2를 참고하면, 전압 검출부(120)는 차동 증폭기(121), 비교기(122), 포토커플러(123), 커패시터 및 다수의 저항들을 포함한다.
차동 증폭기(121)는 분압 저항을 통해 검출한 직류 전압을 증폭한 절연 검출 전압을 비교기(122)의 제1 입력단(-)으로 출력한다.
비교기(122)는 제1 입력단(-)에 절연 검출 전압이 입력되고, 제2 입력단(+)에 설정 전압이 입력되며, 직류 전압과 설정 전압을 비교하여 절연 검출 전압이 설정 전압 이하로 떨어질 경우에 동작개시신호를 출력한다.
포토커플러(123)는 동작개시신호에 의해 동작되어 디지털값인 지락발생신호를 제어부(130)로 전송한다.
따라서, 제어부(130)는 지락발생신호를 통해 태양전지 모듈의 지락 상황을 판단하고 인버터 기동정지 제어신호를 생성하여 태양광 인버터(100)로 출력한다.
한편, 태양광 인버터는 시메트릭 부스트(Symmetric boodt)를 포함하고, 하나의 코어로 두개의 권선을 사용하는 결합 리액터(Coupled reactor)를 포함할 수 있다. 또한, 태양광 인버터(100)는 고전압 스위칭에 적합한 멀티 레벨 인터버 토폴로지(Multi-level inverter topology)로 구현될 수 있어 시스템 효율을 개선할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 직류 지락 검출 회로는 3개의 태양전지 모듈을 포함할 경우에 승압형 컨버터부(110)는 각각의 태양전지 모듈과 연결되도록 3개로 이루어지고, 태양광 인버터는 3상(U, V, W )의 MNPC(Mixed voltage Neutral Point Clamped) 인터버로 구현될 수 있다.
이때, 3개의 승압형 컨버터부(110)는 각각의 출력이 3개의 MNPC 인버터 중 어느 하나의 MNPC 인버터의 입력으로 연결되어, 태양광 발전 시스템은 상불균형 등의 문제를 방지할 수 있다.
이러한 태양광 발전 시스템의 직류 지락 검출 회로는 태양광 인버터(100)가 3개의 입력 또는 1개의 입력을 공용으로 설계 가능하도록 함으로써 차단기만 교체하면 사용자의 설계 사양에 맞추어 태양광 발전 시스템을 디자인할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 태양광 어레이 100 : 태양광 인버터
110 : 승압형 컨버터부 120 : 전압 검출부
121 : 차동 증폭기 122 : 비교기
123 : 포토커플러 130 : 제어부
140 : 경보 발생부 200 : 모니터링 장치
110 : 승압형 컨버터부 120 : 전압 검출부
121 : 차동 증폭기 122 : 비교기
123 : 포토커플러 130 : 제어부
140 : 경보 발생부 200 : 모니터링 장치
Claims (7)
- 태양광 어레이와 태양광 인버터 사이에 설치되어 직류 지락을 검출하는 태양광 발전 시스템의 직류 지락 검출 회로에 있어서,
상기 태양광 어레이의 출력 라인과 접지 간에 적어도 하나 이상의 분압 저항을 설치하여 상기 분압 저항을 통해 분배된 직류 전압을 시스템에 적합한 직류 전압으로 승압하여 상기 태양광 인버터로 출력하는 승압형 컨버터부;
상기 분압 저항을 통해 분배된 직류 전압을 상기 태양광 인버터의 기동 대기 또는 기동중에 검출하여 절연 검출 전압으로 증폭 출력하는 전압 검출부;
상기 절연 검출 전압을 설정 전압과 비교하여 상기 절연 검출 전압이 설정 전압 이하일 경우에 상기 태양광 인버터의 동작을 정지시키는 인버터 기동정지 제어신호를 생성하여 상기 태양광 인버터로 출력하는 제어부; 및
상기 제어부의 인버터 기동정지 제어신호에 의해 직류 지락 경보를 발생하는 경보 발생부를 포함하는 태양광 발전 시스템의 직류 지락 검출 회로.
- 제1항에 있어서,
상기 전압 검출부는 상기 태양광 어레이로부터 입력 전압이 공급되는 시점에서 설정 시간을 경과한 후에 검출하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 직류 지락 검출 회로.
- 제1항에 있어서,
상기 전압 검출부는
상기 분압 저항을 통해 검출한 직류 전압을 증폭하여 절연 검출 전압으로 출력하는 차동 증폭기;
상기 절연 검출 전압과 상기 설정 전압이 입력되어 상기 직류 전압과 설정 전압을 비교하고, 상기 절연 검출 전압이 상기 설정 전압 이하로 떨어질 경우에 동작개시신호를 출력하는 비교기; 및
상기 동작개시신호에 의해 동작되어 상기 인버터 기동정지 제어신호가 생성되도록 지락발생신호를 상기 제어부로 전송하는 포토커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 직류 지락 검출 회로.
- 제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 태양광 어레이와 태양광 인버터 사이의 전압 입력 상태에 대한 전압 상태 신호를 전송하고, 상기 전압 상태 신호를 화면 출력하여 실시간 감시를 수행하는 모니터링 장치와 연동되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 직류 지락 검출 회로.
- 제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 직류 지락 경보의 발생 내역을 저장하는 메모리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 직류 지락 검출 회로.
- 제1항에 있어서,
상기 태양광 인버터는 시메트릭 부스트(Symmetric boodt)를 포함하고, 멀티 레벨 인터버 토폴로지(Multi-level inverter topology)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 직류 지락 검출 회로.
- 제1항에 있어서,
상기 태양광 어레이는 복수 개의 태양전지 모듈을 포함하고, 상기 태양광 인버터는 복수 개의 MNPC(Mixed voltage Neutral Point Clamped) 인터버를 포함하며,
상기 승압형 컨버터부는 각각의 태양전지 모듈과 연결되도록 상기 태양전지 모듈의 개수만큼 설치되고, 상기 승압형 컨버터부들의 출력이 상기 복수 개의 MNPC 인버터 중 어느 하나의 MNPC 인버터의 입력으로 연결되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 직류 지락 검출 회로.
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Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104218873A (zh) * | 2014-09-12 | 2014-12-17 | 江苏兆伏爱索新能源有限公司 | 一种光伏逆变器的多路mppt输入类型自动判别方法 |
| CN104297624A (zh) * | 2014-11-06 | 2015-01-21 | 国家电网公司 | 一种直流接地故障检测及处理方法 |
| KR20160118693A (ko) | 2015-04-03 | 2016-10-12 | 헥스파워시스템(주) | 전압 측정을 이용한 태양광 모듈의 지락 검출 방법 및 장치 |
| CN106330087A (zh) * | 2015-07-03 | 2017-01-11 | 硕天科技股份有限公司 | 具有备用逆变器的太阳能发电系统 |
| CN108306335A (zh) * | 2018-03-02 | 2018-07-20 | 阳光电源股份有限公司 | 光伏发电系统、逆变器及其并网运行控制方法和装置 |
| CN108880466A (zh) * | 2018-07-16 | 2018-11-23 | 浙江电腾云光伏科技有限公司 | 一种光伏电站后评估方法 |
| CN111064433A (zh) * | 2018-10-17 | 2020-04-24 | 太阳能安吉科技有限公司 | 光伏系统故障和警报 |
| KR102272533B1 (ko) * | 2020-09-24 | 2021-07-02 | 주식회사 주왕산업 | 확인파를 활용한 태양광 발전설비의 지락전류 감시시스템 |
| CN113381693A (zh) * | 2021-07-20 | 2021-09-10 | 阳光电源股份有限公司 | 一种逆变器和光伏系统的交流故障识别方法 |
| WO2022231341A1 (ko) * | 2021-04-28 | 2022-11-03 | 엘지이노텍 주식회사 | 스위칭 소자 동작 검출 장치 및 태양광 발전 전력변환 장치 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19980083497A (ko) * | 1997-05-15 | 1998-12-05 | 이종훈 | 직류전선로 지락검출기 |
| KR20090129775A (ko) * | 2008-06-13 | 2009-12-17 | 주식회사 효성 | 직류전선로 지락 검출장치 |
| KR101090263B1 (ko) | 2010-03-08 | 2011-12-07 | 헥스파워시스템(주) | 태양광발전 시스템의 직류 전선로 지락 검출회로장치 및 지락 검출방법 |
| KR20120136245A (ko) * | 2011-06-08 | 2012-12-18 | 엘에스산전 주식회사 | 태양광 전력 변환 장치 |
-
2014
- 2014-04-15 KR KR1020140045041A patent/KR101410508B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19980083497A (ko) * | 1997-05-15 | 1998-12-05 | 이종훈 | 직류전선로 지락검출기 |
| KR20090129775A (ko) * | 2008-06-13 | 2009-12-17 | 주식회사 효성 | 직류전선로 지락 검출장치 |
| KR101090263B1 (ko) | 2010-03-08 | 2011-12-07 | 헥스파워시스템(주) | 태양광발전 시스템의 직류 전선로 지락 검출회로장치 및 지락 검출방법 |
| KR20120136245A (ko) * | 2011-06-08 | 2012-12-18 | 엘에스산전 주식회사 | 태양광 전력 변환 장치 |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104218873A (zh) * | 2014-09-12 | 2014-12-17 | 江苏兆伏爱索新能源有限公司 | 一种光伏逆变器的多路mppt输入类型自动判别方法 |
| CN104218873B (zh) * | 2014-09-12 | 2017-09-15 | 艾思玛新能源技术（江苏）有限公司 | 一种光伏逆变器的多路mppt输入类型自动判别方法 |
| CN104297624A (zh) * | 2014-11-06 | 2015-01-21 | 国家电网公司 | 一种直流接地故障检测及处理方法 |
| KR20160118693A (ko) | 2015-04-03 | 2016-10-12 | 헥스파워시스템(주) | 전압 측정을 이용한 태양광 모듈의 지락 검출 방법 및 장치 |
| CN106330087A (zh) * | 2015-07-03 | 2017-01-11 | 硕天科技股份有限公司 | 具有备用逆变器的太阳能发电系统 |
| CN106330087B (zh) * | 2015-07-03 | 2018-06-05 | 硕天科技股份有限公司 | 具有备用逆变器的太阳能发电系统 |
| CN108306335A (zh) * | 2018-03-02 | 2018-07-20 | 阳光电源股份有限公司 | 光伏发电系统、逆变器及其并网运行控制方法和装置 |
| CN108880466A (zh) * | 2018-07-16 | 2018-11-23 | 浙江电腾云光伏科技有限公司 | 一种光伏电站后评估方法 |
| CN111064433A (zh) * | 2018-10-17 | 2020-04-24 | 太阳能安吉科技有限公司 | 光伏系统故障和警报 |
| KR102272533B1 (ko) * | 2020-09-24 | 2021-07-02 | 주식회사 주왕산업 | 확인파를 활용한 태양광 발전설비의 지락전류 감시시스템 |
| WO2022231341A1 (ko) * | 2021-04-28 | 2022-11-03 | 엘지이노텍 주식회사 | 스위칭 소자 동작 검출 장치 및 태양광 발전 전력변환 장치 |
| CN113381693A (zh) * | 2021-07-20 | 2021-09-10 | 阳光电源股份有限公司 | 一种逆变器和光伏系统的交流故障识别方法 |
| CN113381693B (zh) * | 2021-07-20 | 2024-04-12 | 阳光电源股份有限公司 | 一种逆变器和光伏系统的交流故障识别方法 |
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