KR101668435B1 - 태양광 발전 시스템 모니터링 장치 - Google Patents

태양광 발전 시스템 모니터링 장치 Download PDF

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Abstract

태양광 발전 시스템 모니터링 장치를 제공한다. 상기 태양광 발전 시스템 모니터링 장치는 태양광 발전소 접속반으로부터 인버터로 인입되는 케이블별로 각각 설치되는 전류 센서부; 상기 전류 센서부에서 측정한 전류 데이터를 수집하여 전송하는 통신부; 및 상기 전류 데이터를 인버터별로 인입되는 접속반에 따라 데이터를 분류하고, 인버터별 접속반 전류 데이터를 상호 비교하여 태양전지 어레이, 접속반 및 인버터 중 적어도 어느 하나의 이상 여부를 판단하는 모니터링부를 포함한다.

Description

태양광 발전 시스템 모니터링 장치{MONITORING APPARATUS FOR SOLAR POWER GENERATION SYSTEM}
본 발명은 태양광 발전 시스템 모니터링 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양전지 어레이, 접속반 및 인버터로 이어지는 태양광 전력 공급 부분에 적용 가능한 태양광 발전 시스템 모니터링 장치에 관한 것이다.
대규모 태양광발전소의 운영과 유지관리를 위해서 다양한 모니터링 시스템이 현재 운영중에 있다. 태양광발전소 모니터링 시스템은 최근 산재되어 있는 태양전지 어레이와 접속반 등의 통합관제, 발전량 예측을 통한 안정적 전력계통 연계, 발전설비의 원격제어 등 효율적 운영을 통한 안정적인 수익창출이 중요시 되고 있다.
기존 태양광발전소의 모니터링 시스템은 기상청의 기상정보를 이용하여 발전량을 예측하는 부정확한 방식을 이용하고 있으며 산재해 있는 태양전지 어레이와 접속반 각각에 통신장치를 설치하고 접속반에서 전기실로 통신케이블을 연결하거나 무선네트워크를 사용하고 있다.
모니터링 장치는 인버터 회사에서 제공하는 모니터링 시스템을 활용함으로써 과학적인 모니터링과 유지관리 보다는 일반적인 발전량 집계와 인버터의 장애만을 식별할 수 있는 방식으로 구성되어 있다.
또는 접속반이나 태양전지 어레이의 구조물 단위로 통신장치를 설치하여 모니터링하는 방식을 활용하여 발전소 고유의 유지 관리보다 다발적인 통신장치의 장애로 인한 장애처리에 더 많은 시간이 소요되고 있는 실정이다.
이러한 실정은 장기적으로 운영해야 하는 발전소의 운영과는 달리 접속반과 전기실간의 통신케이블의 소손과 노후화로 인한 통신케이블 교체 등 부대비용의 증가와 통신비용의 증가로 이어진다는 추가적인 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기 설치되어 있는 인버터 인입 케이블에 전류 센서를 접속반별로 설치하여 인버터 전기실별로 전력 파라미터를 통합적으로 수집·관리함으로써 태양광 발전 시스템 전체의 이상 여부를 지속적으로 감시할 수 있는 태양광 발전 시스템 모니터링 장치를 제공하는데 있다.
또한, 인버터와 연결되는 접속반 각각에 대한 전력 공급 효율성을 모니터링 할 수 있는 태양광 발전 시스템 모니터링 장치를 제공하는데 있다.
또한, 이상 발생시 태양전지 어레이, 접속반, 인버터 중 어느 부분에서 이상이 발생하였는지를 판별할 수 있는 태양광 발전 시스템 모니터링 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 태양광 발전소 접속반으로부터 인버터로 인입되는 케이블별로 각각 설치되는 전류 센서부; 상기 전류 센서부에서 측정한 전류 데이터를 수집하여 전송하는 통신부; 및 상기 전류 데이터를 인버터별로 인입되는 접속반에 따라 데이터를 분류하고, 인버터별 접속반 전류 데이터를 상호 비교하여 태양전지 어레이, 접속반 및 인버터 중 적어도 어느 하나의 이상 여부를 판단하는 모니터링부를 포함하는 태양광 발전 시스템 모니터링 장치를 제공한다.
상기 모니터링부는 특정 인버터에 연결된 접속반의 전류 데이터가 타 접속반의 전류 데이터와 비교하여 기 설정된 비율 범위를 벗어나는 경우 해당 접속반에 연결된 태양전지 어레이에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
상기 모니터링부는 특정 인버터에 연결된 접속반의 전류 데이터가 기 설정된 비율 범위를 벗어나는 경우 해당 접속반에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
상기 모니터링부는 특정 인버터에 연결된 접속반의 전류 데이터가 모두 기 설정된 비율 범위를 벗어나는 경우 해당 인버터에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
상기 전류 센서부는 변류기 및 홀센서 중 적어도 하나로 구성될 수 있다.
상기 모니터링부는 인버터별로 인입되는 접속반에 따라 분류한 데이터를 표시하는 디스플레이 장치를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명인 태양광 발전 시스템 모니터링 장치는 기 설치되어 있는 인버터 인입 케이블에 전류 센서를 설치하여 인버터 전기실별로 전력 파라미터를 통합적으로 수집·관리함으로써 태양광 발전 시스템 전체의 이상 여부를 지속적으로 감시할 수 있으며, 인버터와 연결되는 접속반 각각에 대한 전력 공급 효율성을 모니터링 할 수 있는 태양광 발전 시스템 모니터링 장치를 제공하는데 있으며, 이상 발생시 태양전지 어레이, 접속반, 인버터 중 어느 부분에서 이상이 발생하였는지를 판별할 수 있다.
도1은 본 발명의 일실시예에(?) 따른 태양광 발전 시스템의 개략도,
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 시스템 모니터링 장치의 구성도 및
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 시스템 모니터링 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 개략도이다.
도1을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 시스템은 태양전지 어레이, 접속반, 인버터 및 태양광 발전 시스템 모니터링 장치를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 태양전지 어레이(100)는 복수개의 태양전지 모듈이 어레이로 구성되어 직류전류를 출력하여 접속반(200)에 제공할 수 있다. 태양전지 어레이(100)는 태양에너지를 전기에너지로 변환하여 출력하는 복수의 태양전지 모듈이 직렬방식으로 연결되어 있으며 하나의 접속반에 복수개의 태양전지 어레이가 연결될 수 있다.
접속반(200)에는 복수개의 태양전지 어레이(100)가 병렬로 연결될 수 있다. 접속반(200)은 태양전지 어레이(100)와 인버터(200)를 연결하여 태양전지 어레이(100)에서 발생되는 직류 전력을 직/병렬로 연결하여 집합시킬 수 있으며 내부에는 퓨즈 및 역전류 방지를 위한 다이오드가 설치될 수 있다. 하나의 인버터에는 복수개의 접속반이 연결될 수 있다.
인버터(300)는 접속반(200)에서 직류 형태로 제공되는 발전 전력을 교류로 변환시켜 부하단(미도시)에 공급할 수 있다. 인버터(300)는 전기실 내부에 설치되어 있으며 각각의 인버터(300)는 복수개의 접속반(200)과 케이블로 연결되어 직류 전력을 공급받을 수 있다.
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 시스템 모니터링 장치의 구성도이다.
도2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 시스템 모니터링 장치는 인버터(300)로 인입되는 케이블(301)에 설치되는 전류 센서부(310), 인버터함 또는 전기실함 내부에 장착되어 데이터 통신을 수행하는 통신부(320) 및 통신부(320)로부터 전류 데이터를 수신하여 태양광 발전 시스템을 모니터링 하는 모니터링부(400)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 전류 센서부(310)는 태양광 발전소 접속반으로부터 인버터(300)로 인입되는 케이블(301)별로 각각 설치될 수 있다. 전류 센서부(310)는 예를 들면 인버터(300)에 인입되는 케이블(301) 각각에 설치되는 고리 형태의 변류기 일 수 있다. 전류 센서부(310)는 인버터(300)로 인입되는 케이블(301)별로 전류를 측정하여 전류 데이터를 통신부(320)로 전달할 수 있다. 이와는 달리 홀 소자 또는 퓨즈 소자를 이용하여 인버터(300)에 인입되는 케이블(301) 각각에 설치되어 전류를 측정할 수 있다.
통신부(320)는 전류 센서부(310)에서 측정한 전류 데이터를 수집하여 전송할 수 있다. 통신부(320)는 인버터(300)를 수용하고 있는 함체 내부에 설치될 수 있으며 함체 내부로 인입되는 접속반(200)과 인버터(300)를 연결하는 케이블(301)에 설치된 전류 센서부(310)에서 계측한 전류 데이터를 수집하여 모니터링부(400)로 전송할 수 있다.
모니터링부(400)는 통신부(320)로부터 전송받은 전류 데이터를 인버터(300)별로 인입되는 접속반(200)에 따라 데이터를 분류하고, 인버터별 접속반 전류 데이터를 상호 비교하여 태양전지 어레이, 접속반 및 인버터 중 적어도 어느 하나의 이상 여부를 판별할 수 있다.
또한 모니터링부(400)는 인버터(300)별로 인입되는 접속반에 따라 분류한 데이터를 표시하는 디스플레이 장치를 더 포함하여 구성될 수 있다.
모니터링부(400)는 복수개의 인버터를 수용하고 있는 전기실 내부에 설치되거나 또는 전기실 외부의 관리실, 상황실 등에 구현될 수 있다. 즉, 모니터링부(400)는 복수개의 인버터 또는 전기실로부터 전류 데이터를 전송받고 이를 이용하여 태양광 발전 시스템 전체의 이상 여부 및 개별 이상 여부를 판별할 수 있으며, 해당 상황정보를 디스플레이 장치를 통하여 외부에 표시할 수 있다.
모니터링부(400)는 통신부로부터 전송받은 전류 데이터를 이용하여 태양전지 어레이, 접속반 및 인버터 중 어느 하나의 이상 여부를 판단할 수 있다.
모니터링부(400)는 특정 인버터에 연결된 접속반의 전류 데이터가 타 접속반의 전류 데이터와 비교하여 기 설정된 비율 범위를 벗어나는 경우 해당 접속반에 연결된 태양전지 어레이에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 즉, 모니터링부(400)는 특정 인버터로 인입되는 복수개의 케이블에서 측정한 전류 데이터를 접속반별로 구분하고, 특정 접속반의 전류 데이터가 타 접속반의 전류 데이터와 비교하여 기 설정된 비율 범위를 벗어나면 해당 접속반에 연결된 태양전지 어레이에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이상 여부를 판단하기 위한 비율 범위는 설정에 의하여 변경될 수 있으며, 동일 인버터에 공급되는 접속반의 전류 데이터가 소정의 오차 범위내에서 동일하게 나타나는 것을 감안하여 예를 들면 5 내지 15%의 비율로 설정될 수 있다. 그러나 이러한 비율 범위는 태양전지 어레이가 설치되는 장소의 주변환경과 기후변화의 빈도성 등을 종합적으로 고려하여 결정될 수 있다.
또한, 모니터링부(400)는 특정 인버터에 연결된 접속반의 전류 데이터가 기 설정된 비율 범위를 벗어나는 경우 해당 접속반에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 즉, 모니터링부(400)는 접속반의 전류 데이터가 절대 수치와 비교하여 크게 벗어나는 경우 타 접속반의 전류 데이터와 비교없이 해당 접속반에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 접속반에 이상이 발생하였을 경우에는 해당 접속반에 연결된 태양전지 어레이 전체의 전류 데이터가 정상적인 수치를 벗어난 것으로 나타나게 되기 때문에 상호간 비교없이 해당 접속반의 전류 데이터를 이용하여 이상 여부를 판단할 수 있다. 모니터링부(400)는 예를 들면 정상 동작시의 전류수치와 비교하여 90% 범위를 벗어나게 되면 해당 접속반에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있으며, 비율 범위는 설정에 의하여 변경될 수 있다.
또한, 모니터링부(400)는 특정 인버터에 연결된 접속반의 전류 데이터가 모두 기 설정된 비율 범위를 벗어나는 경우에는 해당 인버터에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 즉, 모니터링부(400)는 개별 인버터에 연결된 복수개의 접속반의 전류 데이터가 모두 정상 수치를 벗어난 경우에는 해당 인버터에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 모니터링부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도3을 참조하면 인버터 A 내지 D에는 각각 5개의 접속반이 연결되어 있으며 각각의 접속반별로 전류 데이터 및 전류 데이터를 이용하여 산출된 전력 데이터가 표시되어 있다.
모니터링부는 인버터 A에 연결된 접속반 1의 전류 데이터가 접속반 2 내지 5의 전류 데이터와 비교하여 기 설정된 비율 10%의 범위를 벗어나는 경우에 해당 접속반 1에 연결된 태양전지 어레이에 이상이 발생한 것으로 판단한다.
또한, 모니터링부는 인버터 B에 연결된 접속반 3의 전류 데이터가 0으로 나타나 기 설정된 비율 범위를 벗어나는 경우 해당 접속반에 이상이 발생한 것으로 판단한다.
또한, 모니터링부는 인버터 C에 연결된 접속반 모두의 전류 데이터가 기 설정된 비율 범위를 벗어나는 경우 해당 인버터에 이상이 발생한 것으로 판단한다.
본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 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.
100: 태양전지 어레이
200: 접속반
300: 인버터
310: 전류 센서부
320: 통신부
400: 모니터링부

Claims (6)

  1. 태양광 발전소 접속반으로부터 인버터로 인입되는 케이블별로 각각 설치되는 전류 센서부;
    상기 전류 센서부에서 측정한 전류 데이터를 수집하여 전송하는 통신부; 및
    상기 전류 데이터를 인버터별로 인입되는 접속반에 따라 데이터를 분류하고, 인버터별 접속반 전류 데이터를 상호 비교하여 태양전지 어레이, 접속반 및 인버터 의 이상 여부를 판단하는 모니터링부를 포함하며,
    상기 모니터링부는 ,
    특정 인버터에 연결된 접속반의 전류 데이터가 타 접속반의 전류 데이터와 비교하여 5 내지 15% 비율 범위를 벗어나는 경우 해당 접속반에 연결된 특정 태양전지 어레이에 이상이 발생한 것으로 판단하고,
    특정 인버터에 연결된 접속반의 전류 데이터 하나를 정상 동작 상태에서의 전류수치와 비교하여 90% 비율 범위를 벗어나는 경우 해당 접속반에 이상이 발생한 것으로 판단하고,
    특정 인버터에 연결된 접속반의 전류 데이터 각각을 정상 동작 상태에서의 전류수치와 비교하여 모든 전류 데이터가 정상 동작 상태의 전류수치의 90% 비율 범위를 벗어나는 경우 해당 인버터에 이상이 발생한 것으로 판단하는 태양광 발전 시스템 모니터링 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전류 센서부는 변류기 및 홀센서 중 적어도 하나로 구성되는 태양광 발전 시스템 모니터링 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 모니터링부는 인버터별로 인입되는 접속반에 따라 분류한 데이터를 표시하는 디스플레이 장치를 더 포함하는 태양광 발전 시스템 모니터링 장치.
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