KR101448990B1 - 태양전지 발전 시스템의 인버터 고장 검출 방법 및 장치 - Google Patents

태양전지 발전 시스템의 인버터 고장 검출 방법 및 장치 Download PDF

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KR101448990B1
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한광현
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쏠라이앤에스(주)
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Abstract

본 발명은 태양전지 발전 시스템의 인버터 고장 검출 방법에 있어서, 태양전지 어레이로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 복수 개의 인버터로 이루어지는 인버터 그룹 중 특정 인버터를 예비 인버터로 교체하는 단계; 상기 교체 전후 상기 인버터 그룹의 출력 전력량을 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과, 상기 교체 전후의 출력 전력량의 차이가 기준값을 초과하면, 상기 특정 인버터 또는 상기 교체된 예비 인버터를 고장으로 판단하는 단계를 포함하는, 인버터 고장 검출 방법을 제공한다.

Description

태양전지 발전 시스템의 인버터 고장 검출 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PRVIDING INVERTER FAULT DETECTING IN SOLAR POWER GENERATION SYSTEM}
본 발명은 태양전지 발전 시스템의 인버터 고장 검출 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인버터의 교체와 그에 따른 출력 전력량의 변화를 이용하여 인버터의 고장을 검출하는 방법 및 장치에 대한 것이다.
최근, 기후변화 그리고 지구온난화 문제 등 에너지 위기를 심화시키는 요인들이 세계, 지역, 국내차원에서 새로이 등장하면서 에너지 안전보장 위기론이 대두되고 있다.
특히, 우리나라의 경우 에너지의 97%를 수입하는 에너지 다소비형 산업구조 및 대체에너지 부족 등의 요인으로 에너지 위기 및 수급불균형이 더욱 가속화 되고 있는 실정이다. 이러한 위기에도 불구하고 우리나라의 에너지 수요는 산업발전과 가정기기의 대형화로 지속적으로 증가하고 있으며, 1990년 이후 전력공급 예비율을 확보하기 위해 매년 발전설비 증설에 대한 부담을 안고 있다. 그 후, 2008년에는 '저탄소 녹색성장'을 국가비전으로 하여 에너지 정책의 기본방향을 제시하고 있다.
이러한 지구온난화 문제와 발전설비 증설에 대한 일부 부담을 덜 수 있는 태양전지 발전 시스템은 햇빛을 직류 전기로 바꾸어 전력을 생산하는 것으로 여러 개의 태양 전지들이 붙어있는 태양전지 어레이를 이용한다. 태양전지 발전 시스템은 분산형 발전시스템으로서 반영구적으로 활용할 수 있고, 태양전지를 사용해서 유지 보수가 간편하며 무공해의 태양 에너지원을 사용하는 점 등으로 미래의 대체 에너지원으로 각광 받고 있으며, 가정경제 살림에도 보탬이 될 수 있다.
그러나 태양전지 발전시스템은 기후나 환경변화에 민감하여 발전효율이 낮고, 초기 투자비의 부담과 설치 이후의 효율적인 시스템 관리와 운영이 중요한 문제로 대두되고 있다.
태양전지 발전 시스템 상에서 태양전지 어레이는 직류 전력을 출력하는데, 이를 효율적으로 송전 또는 이용을 하기 위해서는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 과정이 필요하다. 변환 과정에서는 복수개의 인버터가 쓰이게 되는데, 이전에는 인버터 각각에 대해 전력량을 측정하여 고장을 판단하였으므로, 전력량을 측정해야 할 대상 인버터의 수가 많았고, 태양전지 발전 시스템에 상에서 인버터와 연관된 다른 구성요소들의 고장과 인버터의 고장을 확실하게 분별하기 어려운 단점이 존재하였다.
본 발명은 인버터를 교체하고, 그에 따라 인버터 그룹으로부터 출력되는 전력량의 변화량을 측정함으로써, 개별 인버터에 대한 출력 전력량을 측정하지 않고 인버터의 고장을 검출하기 위한 것이다.
본 발명은 태양전지 발전 시스템의 출력 전력량이 저하되었을 때 그 원인이 인버터에 있는지를 판단하기 위한 것이다.
본 발명은 인버터 고장 판단의 기준값을 변경함으로써, 인버터 성능 저하의 감지 정도를 설정할 수 있게 하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예는, 태양전지 발전 시스템의 인버터 고장 검출 방법에 있어서, 태양전지 어레이로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 복수 개의 인버터로 이루어지는 인버터 그룹 중 특정 인버터를 예비 인버터로 교체하는 단계; 상기 교체 전후 상기 인버터 그룹의 출력 전력량을 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과, 상기 교체 전후의 출력 전력량의 차이가 기준값을 초과하면, 상기 특정 인버터 또는 상기 교체된 예비 인버터를 고장으로 판단하는 단계를 포함하는, 인버터 고장 검출 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예는, 태양전지 어레이로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 복수개의 인버터로 이루어지는 인버터 그룹 중 특정 인버터를 예비 인버터로 교체하는 인버터 교체부; 및 상기 교체 전후 상기 인버터 그룹의 출력 전력량의 차이가 기준값을 초과하면, 상기 특정 인버터 또는 상기 교체된 예비 인버터를 고장으로 판단하는 고장 판단부를 포함하는, 태양전지 발전 시스템의 인버터 고장 검출 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 개별 인버터에 대한 출력 전력량을 측정하지 않고 인버터 그룹의 출력 전력량만을 이용하여 인버터의 고장을 검출함으로써, 측정해야 할 전력량의 숫자를 줄일 수 있다.
본 발명에 따르면, 인버터의 교체를 통하여 인버터의 고장을 검출함으로써, 인버터의 고장과 태양전지 발전 시스템의 다른 구성요소의 고장을 분별하는데 편의성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 인버터 고장 판단의 기준값을 사용자가 변경함으로써, 인버터 성능 저하의 정도에 따른 고장 검출 여부를 선택할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 발전 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 인버터 고장 검출 장치의 구성을 대략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 시스템의 인버터 고장 검출 방법을 도시한 흐름도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 발전 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 전체 시스템은 복수 개의 태양전지 어레이(100), 복수 개의 인버터(200), 복수 개의 예비 인버터(300), 복수개의 전력량계(400), 인버터 고장 검출 장치(500)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 태양전지 어레이(100)는 복수 개의 태양전지 모듈로 이루어질 수 있으며, 각각의 태양전지 모듈은 복수 개의 태양전지 셀로 이루어질 수 있다. 각각의 태양전지 셀은 p형 반도체와 n형 반도체가 이루는 pn접합을 포함할 수 있고, 이에 조사되는 빛 에너지에 의해 이동하는 자유 전자로 인해 발생하는 광전효과를 이용하여, 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 태양전지 어레이(100)는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 이를 직류 전력의 형태로 인버터(200)에 전달 할 수 있다. 인버터(200)란 직류 형태의 전력을 입력받아, 교류 형태의 전력으로 변환하는 장치로, 전압의 크기 및 주파수를 조절하는 기능을 포함하고 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수개의 인버터(200)는 태양전지 어레이(100)와 각각 일대일, 다대일, 다대다 또는 다대일로 연결 될 수 있으며, 직접 도선을 통하여 연결되거나 전력 조절 장치 등의 다른 구성요소를 사이에 두고 이를 통하여 연결될 수도 있다. 전력 조절 장치는 외부 전원을 포함할 수 있으며, 일사량, 기온, 풍속 등의 외부 환경 조건에 의해 변동하는 직류 전력값을 안정화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 태양전지 발전 시스템은 계통 연계형 시스템일 수 있으며, 인버터(200)에 의하여 직류 전력에서 변환된 교류 전력은 전력 계통 또는 전력을 소모하는 부하에 바로 전달될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 태양전지 발전 시스템은 독립형 시스템일 수 있으며, 인버터(200)에 의하여 직류 전력에서 변환된 교류 전력은 축전기에 저장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 예비 인버터(300)는 구동중인 태양전지 발전 시스템 상에서 태양전지 어레이(100) 또는 전력량계(400) 등과 연결되어 있지 않은 인버터로, 구동중인 인버터(200)와 교체되기 위하여 준비되어 있는 인버터일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 예비 인버터(300)는 복수 개가 존재할 수 있으며, 구동중인 인버터(200)와 동일한 규격을 갖을 수 있다. 예비 인버터(300)는 고장에 대한 별도의 테스트를 받은 상태일 수 있으며, 고장이 감지되어 수리 과정을 거친 인버터일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전력량계(400)는 구동중인 인버터(200)와 연결되어, 인버터(200)로부터 출력되는 전력량을 계측하여 그 계측값을 제공하는 장치일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전력량계(400)는 복수 개가 존재할 수 있으며, 각각의 전력량계(400)는 복수 개의 인버터(200)로 이루어진 인버터 그룹에 연결되어 이로부터 출력되는 전력량을 측정할 수 있다. 전력량계(400)가 복수 개의 인버터(200)로 이루어진 인버터 그룹과 연결된 경우, 전력량계(400)는 복수 개의 인버터에서 출력되는 교류 전력의 위상 불일치를 방지하기 위한 제어 장치를 통하여 인버터와 연결되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전력량계는 전자식일 수 있으며, RMS(Root Mean Square) 방식을 사용하여 전력량을 계측할 수 있다. 이 방식은 측정하고자 하는 출력의 전압 신호와 전류신호를 실제 파형의 형태로 샘플링할 수 있으며, 그 후 양 신호의 순시값을 곱하여 제곱한 값을 한 주기 또는 임의의 주기에 대하여 합산한 후, 이에 대한 제곱근을 계산하여 나온 최종 결과를 계측된 전력량으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 인버터 고장 검출 장치(500)는 구동중인 인버터(200)와 예비 인버터(300)에 대한 교체 신호를 발생시키고, 교체 전후의 출력 전력량을 비교하여 고장 인버터를 판단할 수 있다. 이에 대해서는 추후에 자세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 인버터 고장 검출 장치(500)의 구성을 대략적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 인버터 고장 검출 장치(500)는 인버터 교체부(510), 인버터 관리부(520), 고장 판단부(530), 데이터베이스(540), 제어부(550) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 인버터 교체부(510), 인버터 관리부(520), 고장 판단부(530), 데이터베이스(540), 제어부(550)는 외부 장치와 통신할 수 있는 프로그램 모듈 또는 하드웨어들일 수 있다. 이러한 프로그램 모듈 또는 하드웨어는 운영 시스템, 응용 프로그램 모듈 및 기타 프로그램 모듈의 형태로 인버터 고장 검출 장치(500) 또는 이와 통신 가능한 다른 장치에 포함될 수 있으며, 물리적으로는 여러 가지 공지의 기억 장치 상에 저장될 수 있다. 또한, 하나의 프로그램 모듈 또는 하드웨어가 상기의 여러 모듈의 역할을 통합하여 수행할 수도 있으며, 여러개의 프로그램 모듈 또는 하드웨어가 상기의 모듈중 하나의 역할을 분리하여 수행할 수도 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 인버터 교체부(510)는 태양전지 발전 시스템 상에서 구동중인 인버터(200)와 예비 인버터(300)가 상호 교체되도록 제어할 수 있다. 인버터의 교체 방식은 구동중인 인버터(200)가 태양전지 발전 시스템과 연결되고 있는 접점이 해제되고, 예비 인버터(300)가 그 접점에 연결되는 방식일 수 있다. 인버터 교체부(510)는 인버터의 교체가 성공적으로 완료되었는지에 대한 정보와 교체의 시작 및 완료 시각 등에 대한 정보를 데이터베이스(540)에 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 인버터 교체부(510)는 태양전지 어레이(100)로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 복수 개의 인버터(200)로 이루어지는 인버터 그룹 중 특정 인버터(200)가 예비 인버터(300)와 교체되도록 제어할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 인버터 그룹에 포함되는 복수 개의 인버터(200) 중 교체를 할 특정 인버터(200)를 선정하는 방법은, 복수 개의 인버터(200) 중 임의의 특정 인버터(200)를 선택하는 방법일 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 특정 인버터(200)를 선정하는 방법은, 데이터베이스(540)에 저장되어 있는 인버터의 교체 기록을 이용하여, 교체가 수행된 후 태양전지 발전 시스템 상에서의 연속 구동 시간이 가장 긴 인버터(200)를 먼저 선택하는 방법일 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 특정 인버터(200)를 선정하는 방법은, 데이터베이스(540)에 저장되어 있는 개별 인버터들의 고장 이력 정보를 이용하여, 고장이 가장 긴 시간 동안 발생되지 않았던 인버터(200)를 먼저 선택하는 방법일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 인버터 교체부(510)는 인버터 그룹 중 복수 개의 특정 인버터(200)와 복수 개의 예비 인버터(300)가 동시에 교체되도록 제어할 수 있다. 복수의 인버터의 교체가 수행되는 단계는 동시에 수행될 수 있으며, 하나의 구동중인 인버터(200)를 예비 인버터(300)로 교체하는 단계의 반복을 통하여 수행될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 인버터 교체부(510)는 일정 주기마다 교체를 수행할 수 있으며, 교체를 수행하는 주기는 인버터 고장 검출 장치(500)의 사용자에 의해 설정될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 교체를 수행하는 주기는 인버터 고장 검출 장치(500)에 의해 자동으로 산출될 수 있으며, 인버터의 고장 발생 빈도, 외부 환경 변화의 급격한 변화에 따른 고장 확률의 증가 등에 따라 달라질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 인버터의 교체는 인버터 고장 검출 장치(500)의 사용자가 입력하는 교체 명령에 따라 이루어 질 수 있다. 사용자는 교체할 인버터(200)와 예비 인버터(300)를 직접 선택하여 교체 명령을 전송할 수 있고, 인버터 고장 검출 장치(500)가 자동으로 교체할 인버터(200)와 예비 인버터(300)를 선택하도록 교체 명령만을 전송할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고장 판단부(530)에 의해 구동중인 인버터(200)가 고장으로 판단되면, 인버터 교체부(510)는 다음 교체 주기를 기다리지 않고 교체가 수행되도록 제어 하고, 주기를 계산하는 타이머를 초기화 시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 인버터 관리부(520)는 예비 인버터와 고장 인버터를 관리할 수 있다. 예를 들어, 인버터 관리부(520)는 다음 번 교체에 사용될 예비 인버터(300)를 결정하고, 예비 인버터(300)의 위치를 조절하는 등의 교체에 필요한 준비를 수행할 수 있으며, 예비 인버터(300) 중 하나가 고장 판단부(530)에 의해 고장으로 판단되면, 해당 예비 인버터(300)가 추후 교체에 사용되지 않도록 분리하여 고장 인버터로 관리할 수 있다. 그 후, 고장 수리가 완료되었다는 정보를 수신하여 해당 인버터를 다시 예비 인버터(300) 중의 하나로 관리할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 고장 판단부(530)는 인버터 교체 전후의 출력 전력량을 비교하여 인버터의 고장을 판단할 수 있다. 고장 판단부(530)는 이를 위해 전력량계(400)가 측정하는 출력 전력량이 저장되어 있는 데이터베이스(540)를 이용할 수 있다. 고장 판단부(530)는 인버터 교체부(510)에 의해 교체가 수행되고 일정 시간이 지나면, 교체가 수행된 때부터 인버터 그룹이 출력한 전력량과, 교체가 수행되기 전 일정 시간 동안 인버터 그룹으로부터 출력된 전력량의 차이가 기준값을 초과하는지를 계산하여, 교체 전에 구동되고 있던 특정 인버터(200) 또는 교체 후에 구동되는 예비 인버터(300)의 고장을 판단할 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 교체가 수행되고 난 후의 출력 전력량이 상기 교체가 수행되기 전의 출력 전력량 보다 큰 경우에는, 기존에 구동되고 있던 특정 인버터(200)가 출력 감소의 원인이 되는 것으로 진단하여 이를 고장으로 판단할 수 있다. 반대로, 상기 교체가 수행되기 전의 출력 전력량이 상기 교체가 수행되고 난 후의 출력 전력량 보다 큰 경우에는, 교체되어 구동을 시작한 예비 인버터(300)를 고장으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기준값은 미리 설정되어 저장되어 있는 고정된 값일 수 있다. 예를들면, 기준값은 절기상 춘분에 태양이 남중했을 때의 평균적인 일사량 하에서 이상이 없는 인버터에 의하여 출력되는 전력량일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기준값은 인버터 고장 검출 장치(500)의 사용자에 의하여 설정될 수 있다. 기준값은 인버터 고장 검출 장치가 구동되고 있는 도중에 변경될 수 있다. 예를 들어, 사용자는 기존의 기준값이 높아서 고장 검출이 충분히 수행되지 않는다고 여기면, 기준값을 낮출 수 있다. 이와 반대로, 기준값이 낮아서 인버터의 미세한 성능 저하에 의하여도 고장 검출이 수행된다고 여기면, 기준값을 높일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기준값은 일사량, 기온 또는 풍속등과 같은 외부 환경 요소 중 적어도 하나 이상을 고려하여 자동으로 결정될 수 있다. 이를 수행하기 위해, 데이터베이스(540)는 외부 환경의 조건과 그에 따른 기준값을 테이블 형태로 하여 저장하고 있을 수 있다.
예를 들어, 일사량이 500~600 W/m2 의 범위 안에 있고, 기온이 20~30℃ 의 범위 안에 있으며, 풍속이 0m/s~3m/s 의 범위 안에 있다면, 기준값은 이 때 하나의 인버터(200)에서 출력되는 평균 전력량과 유사하게 설정되어 데이터베이스(540)상에서 해당하는 테이블 내부에 저장되어 있을 수 있고, 이를 사용하여 인버터 고장 검출의 기준으로 삼을 수 있다.
예를 들어, 인버터의 교체시에 일사량이 급속히 감소하였다면, 인버터 고장 검출 장치(500)가 데이터베이스(540)상에 저장되어 있는 기준값 테이블을 참조하여, 이에 따라 기준값을 높임으로써 고장 판단의 정확도를 높일 수 있을 것이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 인버터 고장 검출 장치(500)가 기준값을 자동을 설정하는 데에 필요로 하는 파라미터들을 사용자가 입력부를 통해 설정할 수 있다. 기준값 자동 설정에 필요한 파라미터들은 인버터의 사양 정보, 외부 환경 정보, 인버터의 평균 출력 전력량 정보 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 외부 환경에 대한 정보는 인버터 고장 검출 장치(500)가 외부와의 통신을 수행하여 수신할 수 있으며, 다른 실시예에 따르면, 인버터 고장 검출 장치(500)에 연결되어 있는 일사량계, 풍속계, 기온계 등을 통하여 직접 외부 환경 정보를 획득할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 데이터베이스(540)는 인버터 고장 검출 장치(500)가 고장 검출 기능을 수행하는데 있어서 요구되는 정보를 저장, 관리할 수 있다. 상기 정보는 개별 인버터들의 고장 이력 정보, 인버터 교체 수행이 시작되고 완료된 시각에 대한 정보, 전력량계와 연결되어 있는 인버터 그룹에 속한 인버터의 ID 정보, 전력량계에서 수신한 인버터 그룹들의 출력 전력량 정보 및 외부 환경 조건에 따른 기준값 테이블 등을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른, 데이터베이스(540)는, 제어부(550)의 제어를 받아 저장하고 있던 정보를 다른 구성요소에 전송 하거나, 저장되어야 할 정보를 각 구성요소로부터 수신하여 저장할 수 있다. 데이터베이스(540)에 저장되는 정보는 암호화 되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 제어부(550)는 인버터 고장 검출 장치(500) 내의 구성요소들의 동작을 제어하는 역할을 수행할 수 있다. 제어부(550)는 각각의 구성요소들이 보내주는 신호를 수신하여 해당 신호를 필요한 구성요소에게 전달 할 수 있고, 데이터베이스(540)와 각 구성요소들간 정보 교환을 제어할 수 있다. 제어부(550)는 일정 주기마다 교체가 수행되도록 제어하는 데에 필요한 타이머를 포함할 수 있으며, 교체 주기를 자동으로 또는 사용자의 입력에 따라 설정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부(550)는 태양전지 발전 시스템이 구동을 시작하고 종료하는 것을 감지하여, 이에 따라 인버터 고장 검출 장치(500)의 구동을 시작하거나 종료할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부(550)는 태양이 구름에 가려지거나, 지평선 너머로 넘어가는 등의 경우로 인해 일사량이 일정치보다 낮으면, 이를 감지하여 인버터 고장 검출 장치(500)의 동작을 중지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 인버터 고장 검출 장치(500)는 입력부(미도시), 디스플레이부(미도시), 알람부(미도시) 등을 포함하고 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 사용자는 입력부를 통하여 인버터 고장 검출 장치(500)의 제어를 수행할 수 있다. 입력부는 키보드, 마우스, 숫자 키패드 또는 터치 스크린 패널 등을 포함할 수 있으며, 사용자는 이를 이용하여 기준값을 직접 설정할 수도 있고, 인버터 교체 명령을 제어부(550)에 전송할 수도 있다. 또한, 사용자는 입력부를 통하여 인버터 고장 검출 장치(500)가 기준값을 자동으로 설정하는 데에 필요한 파라미터들을 설정할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 인버터 고장 검출 장치(500)의 사용자는 디스플레이부를 통하여 인버터 교체가 정상적으로 수행되었는지에 대한 정보, 고장 인버터 검출 정보, 개별 인버터의 고장 이력 정보, 출력 전력량에 대한 정보, 기준값을 결정하기 위한 파라미터에 대한 정보 및 일사량을 비롯한 외부 환경에 대한 정보 등을 제공받을 수 있다. 디스플레이부는 모니터, 프로젝터 또는 휴대용 단말기의 액정 화면 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 인버터 고장 검출 장치(500)는 인버터 고장이 검출되면 고장 검출에 대한 정보를 알람을 통하여 사용자에게 전송할 수 있다. 고장 검출에 대한 알람을 사용자에게 제공하는 방법은 디스플레이부 상에서 이루어질 수 있고, 경보가 소리의 형태로 제공되는 방법일 수도 있으며, 사용자의 휴대용 단말기 등에 메시지를 전송하는 형태로 실시될 수도 있다.
이하, 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른, 인버터의 고장을 검출하는 구체적인 방법에 대해 살펴보기로 한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 시스템의 인버터 고장 검출 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 태양전지 발전 시스템이 구동을 시작함에 따라, 이에 포함되는 복수 개의 인버터(200)도 구동을 시작할 수 있다(S311).
상기 시스템의 태양전지 어레이(100)가 발생시키는 직류 전력은, 복수 개의 인버터(200)를 통하여 교류 전력으로 변환될 수 있다. 상기 시스템에 포함되는 전력량계(400)는 복수 개의 인버터(200)로 이루어지는 인버터 그룹이 출력하는 전력량을 측정(S313)하여, 이를 인버터 고장 검출 장치(500)의 데이터베이스(540)에 전송하여 저장할 수 있다.
인버터 고장 검출 장치(500)는 구동 중인 복수개의 인버터(200)로 이루어지는 인버터 그룹 중 특정 인버터(200)를 예비 인버터(300)로 교체할 수 있다(S315).
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이러한 교체는 인버터 고장 검출 장치(500)의 제어부(550)가 전송하는 주기적인 교체 명령을 수신한 인버터 교체부(510)의 신호에 의해 실시될 수 있으며, 사용자로부터 교체 명령을 수신하여, 교체가 실시될 수도 있다.
상기 교체가 완료되면, 전력량계(400)는 교체가 실시된 후에 상기 인버터 그룹이 출력하는 전력량을 측정(S317)하여, 이를 인버터 고장 검출 장치(500)의 데이터베이스(540)에 전송하여 저장할 수 있다.
인버터 교체가 완료되고 일정 시간이 지나면, 고장 판단부(530)는 교체 전후 인버터 그룹의 출력 전력량의 차이를 기준값와 비교(S319)할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기준값은 한 개의 인버터(200)가 태양전지 발전 시스템 내에서 평균적으로 출력하는 전력량의 값을 가질 수 있다. 이 경우, 구동되고 있는 특정 인버터(200)가, 전력을 전혀 출력하지 못할 정도로 고장이 발생한 예비 인버터(300)와 교체된 경우에만 고장이 감지될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기준값은 한 개의 인버터(200)가 태양전지 발전 시스템 내에서 평균적으로 출력하는 전력량 보다 작은 값을 가질 수 있다. 이 경우, 교체된 예비 인버터(300)의 전력 출력량에 따라 고장 감지 여부가 상이할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기준값은 고장 판단의 기준이 될 수 있으며, 인버터 고장 검출 장치(500)의 사용자에 의하여 변경될 수 있다. 예를 들어, 인버터의 성능 저하를 보다 엄격하게 감지하려는 목적이 있다면, 기준값을 낮추어서, 교체 전후 인버터 그룹의 출력 전력량 차이가 기준값을 초과하는 것이 보다 용이하도록 할 수 있다. 반대로, 인버터의 성능이 보다 큰 정도로 저하된 경우에만 이를 감지하려는 목적이 있다면, 기준값을 높이는 방향으로 인버터 고장 검출 장치(500)를 설정할 수 있다.
고장 판단부(530)는 인버터의 교체 전후 출력 전력량의 차이가 기준값을 초과하면, 교체되기 전 구동되고 있던 특정 인버터(200) 또는 이와 교체된 예비 인버터(300)를 고장으로 판단(S321)할 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 교체가 수행되고 난 후의 출력 전력량이 상기 교체가 수행되기 전의 출력 전력량 보다 큰 경우에는, 기존에 구동되고 있던 특정 인버터(200)가 출력 감소의 원인이 되는 것으로 진단하여 이를 고장으로 판단할 수 있다. 반대로, 상기 교체가 수행되기 전의 출력 전력량이 상기 교체가 수행되고 난 후의 출력 전력량 보다 큰 경우에는, 교체되어 구동을 시작한 예비 인버터(300)를 고장으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 인버터 고장 검출 장치(500)는 고장으로 판단된 인버터가 태양전지 발전 시스템상에서 구동되고 있는지 여부에 따라 동작이 상이할 수 있다(S323). 예를 들어, 기존에 구동되고 있던 특정 인버터(200)가 고장으로 판단된 경우에는, 해당 인버터(200)는 태양전지 발전 시스템상에서 구동되고 있지 않기 때문에, 이에 대하여 고장 부위 검출, 수리 등의 추후 필요한 조치를 취할 수 있다. 이 경우, 인버터 고장 검출 장치(500)는 다른 인버터의 고장을 감지하기 위해 인버터를 교체하는 단계(S315)로 돌아갈 수 있다.
한편, 교체되어 구동을 시작한 예비 인버터(300)가 고장으로 판단된 경우에는, 고장으로 판단된 해당 인버터와 다른 예비 인버터(300)가 교체될 수 있다(S325). 고장 판단부(530)는 상기 교체를 수행할 때에도 인버터 그룹의 출력 전력량을 비교하고, 출력 전력량의 상승분이 기준치를 초과하는 지를 감지하여 다른 예비 인버터(300)가 고장이 아닌지를 판단할 수 있다. 교체가 수행된 후 인버터 고장 검출 장치(500)는 다른 인버터 그룹의 출력 전력량을 측정하는 단계(S313)로 돌아갈 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 인버터의 교체 전후 인버터 그룹의 출력전력량 차이가 기준값을 초과하지 않으면, 기존에 구동되고 있던 특정 인버터(200)와, 이와 교체된 예비 인버터(300)에 고장이 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 인버터 고장 검출 장치(500)는 다른 인버터의 고장을 감지하기 위해 인버터를 교체하는 단계(S315)로 돌아갈 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동 중인 인버터(200)와, 이와 교체되는 예비 인버터(300)가 전부 고장일 경우가 존재할 수 있다. 이 경우, 인버터 교체 전후의 인버터 그룹이 출력하는 전력량의 차이는 기준값보다 작을 수 있으며, 그에 따라 인버터의 고장 감지가 이루어지지 않을 수 있다. 이와 같은 경우에는, 교체되어 구동되는 예비 인버터(300)가 추후에 다른 예비 인버터(300)와 교체될 때 고장이 감지될 수 있고, 구동 중이었다가 교체된 인버터(200)는 추후에 구동중인 다른 인버터(200)와 교체될 때 고장이 감지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 인버터 고장 검출 장치(500)는 구동되고 있는 복수 개의 인버터로 이루어진 인버터 그룹 중 복수 개의 특정 인버터(200)를 복수 개의 예비 인버터(300)로 교체되도록 할 수 있으며, 이하 복수 개의 인버터를 교체하는 경우의 인버터 고장 검출 방법에 대해 살펴본다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 인버터 고장 검출 장치(500)는 상기와 같은 복수개의 인버터 교체가 수행되면, 교체 전후의 인버터 그룹이 출력하는 전력량의 차이를 기준값과 비교하여, 고장 인버터의 개수를 판단할 수 있다.
예를 들어, 인버터 교체 전후의 출력 전력량의 차이가 기준 값의 N배라고 가정하면, 그에 따라 인버터 고장 검출 장치(500)는 고장 인버터가 N개 존재한다고 판단할 수 있다. 한편, 인버터 고장 검출 장치(500)의 사용자에 의해 설정된 기준값에 따라, 고장 인버터의 개수를 판단하는 방법은 상이할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 인버터 고장 검출 장치(500)가 고장 인버터의 개수를 N개라고 판단하고, 인버터 교체가 수행되기 전의 출력 전력량이 상기 교체가 수행되고 난 후의 출력 전력량보다 클 경우, 본 명세서에서 전술한 방법과 같이 인버터를 일대일로 교체하고 그에 따른 출력 전력량을 비교하는 단계를 N개의 고장 인버터가 모두 검출될 때까지 반복할 수 있다. 예를 들어, 5개의 인버터를 교체하였는데, 인버터 교체가 수행되기 전 인버터 그룹의 전력 출력량이 상기 교체 후의 전력 출력량보다 기준 값의 3배로 측정되었다고 하면, 인버터 고장 검출 장치(500)는 교체되어 구동 중인 예비 인버터(300) 3개가 고장이라는 판단을 내릴 수 있다. 그 후, 인버터 고장 검출 장치(500)는 교체된 5개의 인버터 중 하나를 예비 인버터(300)로 교체하고, 해당 교체 전후의 인버터 그룹의 전력 출력량의 차이를 기준값과 비교하여, 5개의 인버터 중 하나가 고장이었는지에 대한 판단을 내릴 수 있다. 이와 같이, 개별 인버터에 대한 고장 판단을 반복 하다가 고장 인버터를 3개 검출한 경우, 5개 인버터의 교체를 통해 감지한 고장 인버터를 모두 발견한 것이므로, 처음 단계에서 5개 인버터를 교체한 위치와는 다른 부분에 존재하는 인버터에 대한 고장 감지를 계속할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 인버터 각각에 대하여 출력 전력량을 측정하지 않고 인버터 그룹의 출력 전력량을 측정함으로써 인버터의 고장을 검출할 수 있으며, 출력 전력량이 감소하였을 때의 감소 원인이 인버터에 있지 않다면, 인버터의 교체로 인한 출력 전력량의 변화는 없을 것이므로, 감소 원인이 인버터에 없다는 판단을 내리기에 편리할 수 있다. 또한, 인버터 고장 감지의 기준값에 대한 설정에 따라 인버터의 경미한 고장도 판단할 수 있는 장점이 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 태양전지 어레이
200: 구동중인 인버터
300: 예비 인버터
400: 전력량계
500: 인버터 고장 검출 장치
510: 인버터 교체부
520: 인버터 관리부
530: 고장 판단부
540: 데이터베이스
550: 제어부

Claims (14)

  1. 태양전지 발전 시스템의 인버터 고장 검출 방법에 있어서,
    태양전지 어레이로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 복수 개의 인버터로 이루어지는 인버터 그룹 중 특정 인버터를 예비 인버터로 교체하는 단계;
    상기 교체 전후 상기 인버터 그룹의 출력 전력량을 비교하는 단계; 및
    상기 비교 결과, 상기 교체 전후의 출력 전력량의 차이가 기준값을 초과하면, 상기 특정 인버터 또는 상기 교체된 예비 인버터를 고장으로 판단하는 단계를 포함하는, 인버터 고장 검출 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인버터의 고장을 판단하는 단계는,
    상기 교체가 수행되고 난 후의 출력 전력량이 상기 교체가 수행되기 전의 출력 전력량 보다 클 경우에는 상기 특정 인버터를 고장으로 판단하고, 상기 교체가 수행되기 전의 출력 전력량이 상기 교체가 수행되고 난 후의 출력 전력량 보다 큰 경우에는 상기 교체된 예비 인버터를 고장으로 판단하는 단계를 더 포함하는, 인버터 고장 검출 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 교체는, 상기 인버터 그룹 중 복수 개의 특정 인버터와 복수개의 예비 인버터를 교체하는, 인버터 고장 검출 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 인버터의 고장을 판단하는 단계는,
    상기 교체 전후의 출력 전력량의 차이와 상기 기준값을 비교하여, 고장 인버터의 숫자를 판단하는 단계를 더 포함하는, 인버터 고장 검출 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 인버터의 고장을 판단하는 단계는,
    상기 교체가 수행되기 전의 출력 전력량이 상기 교체가 수행되고 난 후의 출력 전력량보다 클 경우에 상기 교체된 복수개의 예비 인버터 중 일부를 고장으로 판단하고, 판단된 숫자의 고장 인버터를 검출할 때까지 교체를 수행하는 단계를 더 포함하는, 인버터 고장 검출 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기준값은, 사용자의 입력에 의해 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는, 인버터 고장 검출 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 인버터의 고장을 판단하는 단계는,
    일사량, 기온 또는 풍속 등의 요소 중 적어도 하나 이상을 고려하여 상기 기준값을 결정하는 단계를 더 포함하는, 인버터 고장 검출 방법.
  8. 태양전지 어레이로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 복수개의 인버터로 이루어지는 인버터 그룹 중 특정 인버터를 예비 인버터로 교체하는 인버터 교체부; 및
    상기 교체 전후 상기 인버터 그룹의 출력 전력량의 차이가 기준값을 초과하면, 상기 특정 인버터 또는 상기 교체된 예비 인버터를 고장으로 판단하는 고장 판단부를 포함하는, 태양전지 발전 시스템의 인버터 고장 검출 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 고장 판단부는,
    상기 교체가 수행되고 난 후의 상기 인버터 그룹의 출력 전력량이 상기 교체가 수행되기 전의 출력 전력량 보다 큰 경우에는 상기 특정 인버터를 고장으로 판단하고, 상기 교체가 수행되기 전의 출력 전력량이 상기 교체가 수행되고 난 후의 출력 전력량 보다 큰 경우에는 상기 교체된 예비 인버터를 고장으로 판단하는, 태양전지 발전 시스템의 인버터 고장 검출 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 인버터 교체부는,
    상기 인버터 그룹 중 복수 개의 특정 인버터와 복수개의 예비 인버터를 교체하는, 태양전지 발전 시스템의 인버터 고장 검출 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 고장 판단부는,
    상기 교체 전후, 상기 인버터 그룹의 출력 전력량의 차이와 상기 기준값을 비교하여, 고장 인버터의 숫자를 판단하는, 태양전지 발전 시스템의 인버터 고장 검출 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 고장 판단부는,
    상기 교체가 수행되기 전의 상기 인버터 그룹의 출력 전력량이 상기 교체가 수행되고 난 후의 출력 전력량보다 클 경우에 상기 교체된 복수개의 예비 인버터 중 일부를 고장으로 판단하고, 판단된 숫자의 고장 인버터를 검출할 때까지 교체를 수행하는, 태양전지 발전 시스템의 인버터 고장 검출 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 기준값은, 사용자의 입력에 의해 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는, 태양전지 발전 시스템의 인버터 고장 검출 장치.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 고장 판단부는, 일사량, 기온 또는 풍속 등의 요소 중 적어도 하나 이상을 고려하여 상기 기준값을 결정하는 것을 특징으로 하는, 태양전지 발전 시스템의 인버터 고장 검출 장치.
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