KR101769043B1 - 다수 회로의 모듈 스트링별 태양광 발전장치의 사물인터넷 기반 제어 시스템 - Google Patents

다수 회로의 모듈 스트링별 태양광 발전장치의 사물인터넷 기반 제어 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 다수 회로의 모듈 스트링별 태양광 발전장치의 사물인터넷 기반 제어 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구름, 눈, 비 등의 날씨변화, 피사체 음영, 모듈의 노화, 조류 배설물에 의한 오염, 낙엽, 황사 먼지, 모듈의 이상 등에 의한 부분음영 등 각 회로의 발전률을 저하시키는 문제가 발생되었을 시, 발전 가능한 모듈의 이용성을 최대화 하여, 각 스트링별 회로 모듈의 최대 전력점에 대한 전압을 동일하게 하여 발전률을 향상시키며, 각 제어점에 대하여 사물인터넷 기반의 모니터링 시스템을 제공하기 위한 다수 회로의 모듈 스트링별 태양광 발전장치의 사물인터넷 기반 제어 시스템에 관한 것이다.

Description

다수 회로의 모듈 스트링별 태양광 발전장치의 사물인터넷 기반 제어 시스템{IoT base DC Power Control System against Multiple Solar String Circuits}
본 발명은, 다수 회로의 모듈 스트링별 태양광 발전장치의 사물인터넷 기반 제어 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구름, 눈, 비 등의 날씨변화, 피사체 음영, 모듈의 노화, 조류 배설물에 의한 오염, 낙엽, 황사 먼지, 모듈의 이상 등에 의한 부분음영 등 각 회로의 발전률을 저하시키는 문제가 발생되었을 시, 발전 가능한 모듈의 이용성을 최대화 하여, 각 스트링별 회로 모듈의 최대 전력점에 대한 전압을 동일하게 하여 발전률을 향상시키며, 각 제어점에 대하여 사물인터넷 기반의 모니터링 시스템을 제공하기 위한 다수 회로의 모듈 스트링별 태양광 발전장치의 사물인터넷 기반 제어 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 태양광 발전 시스템은, 각 모듈을 직병럴로 구성하여, 직렬로 구성된 각 회로를 병렬로 합하여, 이를 인버터를 통하여 교류전력으로 변환하여 계통으로 송전하거나, 독립형으로 저장혹은 직접 사용하도록 구성된다.
이때 모듈의 각 직렬회로는, 모듈에서 발생하는 전력의 작은 범위의 차이에도 전압의 차이를 야기하여 각 회로의 최대 전력점이 달라진다.
이에 따라 달라진 각 직렬회로의 최대 전력점은 전력의 병렬화 과정에서 태양광 발전률이 저하되는 문제점이 발생된다.
이에 대한 문제를 해결하기 위한 선행문헌으로는 '특허문헌 1'이 있다.
상기 '특허문헌 1'은, 태양광 최대전력추적(MPPT : Maximum Power Point Tracking) 장치 및 방법에 관한 것으로서, 1 단의 전력 변환 단으로 구성되는 태양광 발전 시스템에 적용될 수 있는 새로운 리미트 사이클 태양광 최대전력추적 장치 및 방법에 관한 것이다.
상기 '특허문헌 1'은, 1 단의 전력 변환 단으로 구성되는 태양광 발전 시스템에서도 리미트 사이클 태양광 최대전력추적이 동작될 수 있도록 해 주며, 또한 전압 제어 루프 내의 전압 오차 신호를 이용함으로써 부하가 급변하게 되어 전류의 변동폭이 클 경우에도 최대전력추적 동작이 안정적으로 수행될 수 있게 해 주는 것이다.
이와 유사한 문헌으로는 '특허문헌 2'가 있다.
상기 '특허문헌 2'는, 태양광 모듈로 태양광을 입사 받아 전력을 추출하는 태양광 발전시스템에 있어서, 전력 추출부가 태양광 모듈의 최대전력점을 추종하여 최대전력을 추출할 수 있도록 제어하는 태양광 발전시스템의 최대전력 추정장치 및 방법에 관한 것이다.
이에 대하여, 상기 '특허문헌 2'는, 태양광 모듈에서 출력되는 전압이 변동되지 않을 경우에 전력 변동량에 따라 태양광 모듈의 최대전력점을 추종하는 속도를 가변시킴으로써 주위환경의 변화에 빠르게 반응하면서 최대전력점을 추종하여 태양광 에너지를 최대한 추출할 수 있고, 이로 인하여 시스템의 효율이 향상되며, 또한 태양광 모듈의 최대전력점 부근에서의 최소 변동량으로 제어할 수 있어 최대전력점 부근에서 진동이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 제공된다.
상기 '특허문헌 1' 내지 '특허문헌 2'는 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 즉, 최대전력추적 방식을 이용한 것으로,각 모듈에 최적화 장치를 부가하여 발전하지 못하는 모듈의 전압을 조절하거나, 최대전력점을 추종하기 위하여 각 회로에 전압 증폭기를 부착하여 최대전력을 추종하도록 구성하고 있는데,
이와 같은 최대전력추적(추종) 방식은, 불량모듈의 전력이 기준치 이하일 경우에는 조절이 불가하며, 각 회로가 무조건 최대전력을 추종하여 최대전력 추종의 주체인 인버터, 혹은 PCS의 최대전력 추종, 혹은 전력의 조절이 불가 하여 시스템이 원활하게 구동되기에 어려운 문제가 있다.
이에 따라, 상기 문제점을 해결하고, 각각의 직렬회로의 최대 전력점을 조절하여 각 회로의 최대 전력점을 동일하게 하여 병렬화 하는 제어 기술이 필요하고, 이를 위해 확장된 회로의 상태 등을 총괄하는 기능에 대한 기술이 요구되고 있는 실정이다.
한국등록특허공보 제10-0908156호(2009.07.09.) 한국등록특허공보 제10-0633996호(2006.10.04.)
본 발명은 상기 서술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서,
태양광 발전장치의 각 스트링(10)에 대하여 최대 전력점을 동일하게 하기 위하여, PID(Proportional Integral Derivative)제어 방식으로 기 발전된 전력을 피드백하여 발전 불량 모듈에 전압을 첨가하여 최대 전력점을 조절함으로써 태양광 발전량을 정상화 시켜 발전 전력을 최적화 하는데 목적이 있다.
상기 서술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명인 다수 회로의 모듈 스트링별 태양광 발전 장치의 사물인터넷 기반 제어 시스템은,
태양광 발전장치 제어 시스템에 있어서,
적어도 하나 이상으로 직렬 연결되어 구성되는 태양광모듈을 포함하여 구성되되, 적어도 하나 이상 구성되어, 각각 병렬 연결되어 구성되는 스트링(10);
상기 스트링(10)의 접점에 연결되도록 구성되되,
각 스트링(10)의 발전 전압을 측정하도록 구성되는 전압측정부(110)와,
각 스트링(10)의 발전 전류를 측정하도록 구성되는 전류측정부(120)와,
상기 전압측정부(110) 및 전류측정부(120)에서 측정된 각 스트링별 발전 전압 및 발전 전류를 이용하여, 평균 발전 전압값과 평균 발전 전류값을 계산하도록 구성되는 평균값계산부(130)와,
상기 평균값계산부(130)에서 계산된 평균 발전 전압값과 평균 발전 전류값 및 상기 전압측정부(110)에서 측정된 각 스트링별 발전 전압, 상기 전류측정부(120)에서 측정한 각 스트링별 발전 전류값을 이용하여 각 스트링(10)의 발전 전압 및 발전 전류에 대한 표준편차 또는 평균편차 중 어느 하나 이상을 계산하도록 구성되는 편차값계산부(140)와,
상기 편차값계산부(140)에서 계산된 표준편차 또는 평균편차 중 어느 하나 이상을 이용하여, 각 스트링(10)에 요구되는 정상 발전 전력 평균값을 계산하도록 구성되는 정상범위계산부(150)와,
상기 정상범위계산부(150)에서 계산된 정상 발전 전력 평균값과, 상기 전압측정부(110)에서 측정된 각 스트링(10)의 발전 전압 및 상기 전류측정부(120)에서 측정된 각 스트링(10)의 발전 전류를 대비하여, 발전 전력량이 상기 정상 발전 전력 평균값 이하로 전력을 발전시키는 스트링(10)을 감지하도록 구성되는 발전불량감지부(160)와,
상기 발전불량감지부(160)에서 감지된 발전 불량 스트링(10)에 대하여, 발전 불량 스트링(10)에서 발전되는 발전 전력값이 상기 정상범위계산부(150)에서 계산된 정상 발전 전력 평균값에 근접 또는 일치될 수 있도록, 발전 불량 스트링(10)에서 기 발전된 발전 전력의 전압을 발전 불량 스트링(10)에 피드백하여, 발전 불량 스트링(10)에서 발전되는 발전 전력이 상기 정상범위계산부(150)에서 계산된 정상 발전 전력 평균값에 근접 또는 일치할 수 있도록 제어하는 전압피드백부(170)를 포함하여 구성되는 제어모듈(100)을 포함하여 구성함으로써 해결하게 된다.
상기 서술한 구성에 따른 본 발명인 다수 회로의 모듈 스트링별 태양광 발전장치의 사물인터넷 기반 제어 시스템은,
태양광 발전장치의 각 스트링(10)에 대하여 최대 전력점을 동일하게 하기 위하여, PID(Proportional Integral Derivative)제어 방식으로 기 발전된 전력을 피드백하여 발전 불량 모듈에 전압을 첨가하여 최대 전력점을 조절함으로써 태양광 발전량을 정상화 시켜 발전 전력을 최적화할 수 있는 효과가 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다수 회로의 모듈 스트링별 태양광 발전장치의 사물인터넷 기반 제어 시스템의 관계 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다수 회로의 모듈 스트링별 태양광 발전장치의 사물인터넷 기반 제어 시스템의 구성 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전압측정부와 전류측정부의 상세 구성 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전압피드백부의 상세 구성 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 모니터링통신부의 상세 구성 도면이다.
이하, 본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 실시 예들은 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있으며, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명에서, "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.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면을 참고하여 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다수 회로의 모듈 스트링별 태양광 발전장치의 사물인터넷 기반 제어 시스템의 관계 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다수 회로의 모듈 스트링별 태양광 발전장치의 사물인터넷 기반 제어 시스템의 구성 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전압측정부와 전류측정부의 상세 구성 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전압피드백부의 상세 구성 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 모니터링통신부의 상세 구성 도면이다.
도 1 내지 도 5를 참조하여 설명하면, 도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이 본 발명인 다수 회로의 모듈 스트링별 태양광 발전장치의 사물인터넷 기반 제어 시스템은,
적어도 하나 이상으로 직렬 연결되어 구성되는 태양광모듈을 포함하여 구성되되, 적어도 하나 이상 구성되어, 각각 병렬 연결되어 구성되는 스트링(10),
상기 스트링(10)의 접점에 연결되도록 구성되되,
각 스트링(10)의 발전 전압을 측정하도록 구성되는 전압측정부(110)와,
각 스트링(10)의 발전 전류를 측정하도록 구성되는 전류측정부(120)와,
상기 전압측정부(110) 및 전류측정부(120)에서 측정된 각 스트링별 발전 전압 및 발전 전류를 이용하여, 평균 발전 전압값과 평균 발전 전류값을 계산하도록 구성되는 평균값계산부(130)와,
상기 평균값계산부(130)에서 계산된 평균 발전 전압값과 평균 발전 전류값 및 상기 전압측정부(110)에서 측정된 각 스트링별 발전 전압, 상기 전류측정부(120)에서 측정한 각 스트링별 발전 전류값을 이용하여 각 스트링(10)의 발전 전압 및 발전 전류에 대한 표준편차 또는 평균편차 중 어느 하나 이상을 계산하도록 구성되는 편차값계산부(140)와,
상기 편차값계산부(140)에서 계산된 표준편차 또는 평균편차 중 어느 하나 이상을 이용하여, 각 스트링(10)에 요구되는 정상 발전 전력 평균값을 계산하도록 구성되는 정상범위계산부(150)와,
상기 정상범위계산부(150)에서 계산된 정상 발전 전력 평균값과, 상기 전압측정부(110)에서 측정된 각 스트링(10)의 발전 전압 및 상기 전류측정부(120)에서 측정된 각 스트링(10)의 발전 전류를 대비하여, 발전 전력량이 상기 정상 발전 전력 평균값 이하로 전력을 발전시키는 스트링(10)을 감지하도록 구성되는 발전불량감지부(160)와,
상기 발전불량감지부(160)에서 감지된 발전 불량 스트링(10)에 대하여, 발전 불량 스트링(10)에서 발전되는 발전 전력값이 상기 정상범위계산부(150)에서 계산된 정상 발전 전력 평균값에 근접 또는 일치될 수 있도록, 발전 불량 스트링(10)에서 기 발전된 발전 전력의 전압을 발전 불량 스트링(10)에 피드백하여, 발전 불량 스트링(10)에서 발전되는 발전 전력이 상기 정상범위계산부(150)에서 계산된 정상 발전 전력 평균값에 근접 또는 일치할 수 있도록 제어하는 전압피드백부(170)를 포함하여 구성되는 제어모듈(100)을 포함하여 구성하게 된다.
스트링(10)은, 적어도 하나 이상으로 직렬 연결되어 구성되는 태양광모듈을 포함하여 구성되되, 적어도 하나 이상 구성되어, 각각 병렬 연결되어 구성하게 된다.
스트링(10)은, 하나 이상의 태양광모듈이 직렬로 연결되어 구성되는 것으로써, 직렬 연결된 태양광모듈을 포함하여 구성된것을 하나의 스트링(10)으로 구별하여, 적어도 하나 이상의 스트링(10)을 구성되는 것을 특징으로 하며,
스트링(10)은 하나 이상으로, N개의 스트링(10)이 구성될 수 있으나, 바람직하게는 4개의 스트링(10)이 구성되는 것을 특징으로 한다.
스트링(10)이 바람직하게 4개로 구성되는 것은, 스트링의 수량이 많을 경우,
제어모듈(100)에서 통합적으로 제어 및 관리하기에 과부하가 발생되는 문제가 있어, 4개의 회로까지만 제한하여 제어하고 통합하여야 효율이 향상되기때문에 4개의 스트링(10)으로 구성하는게 바람직하다.
제어모듈(100)은, 상기 스트링(10)의 접점에 연결되도록 구성되되,
각 스트링(10)의 발전 전압을 측정하도록 구성되는 전압측정부(110)와,
각 스트링(10)의 발전 전류를 측정하도록 구성되는 전류측정부(120)와,
상기 전압측정부(110) 및 전류측정부(120)에서 측정된 각 스트링별 발전 전압 및 발전 전류를 이용하여, 평균 발전 전압값과 평균 발전 전류값을 계산하도록 구성되는 평균값계산부(130)와,
상기 평균값계산부(130)에서 계산된 평균 발전 전압값과 평균 발전 전류값 및 상기 전압측정부(110)에서 측정된 각 스트링별 발전 전압, 상기 전류측정부(120)에서 측정한 각 스트링별 발전 전류값을 이용하여 각 스트링(10)의 발전 전압 및 발전 전류에 대한 표준편차 또는 평균편차 중 어느 하나 이상을 계산하도록 구성되는 편차값계산부(140)와,
상기 편차값계산부(140)에서 계산된 표준편차 또는 평균편차 중 어느 하나 이상을 이용하여, 각 스트링(10)에 요구되는 정상 발전 전력 평균값을 계산하도록 구성되는 정상범위계산부(150)와,
상기 정상범위계산부(150)에서 계산된 정상 발전 전력 평균값과, 상기 전압측정부(110)에서 측정된 각 스트링(10)의 발전 전압 및 상기 전류측정부(120)에서 측정된 각 스트링(10)의 발전 전류를 대비하여, 발전 전력량이 상기 정상 발전 전력 평균값 이하로 전력을 발전시키는 스트링(10)을 감지하도록 구성되는 발전불량감지부(160)와,
상기 발전불량감지부(160)에서 감지된 발전 불량 스트링(10)에 대하여, 발전 불량 스트링(10)에서 발전되는 발전 전력값이 상기 정상범위계산부(150)에서 계산된 정상 발전 전력 평균값에 근접 또는 일치될 수 있도록, 발전 불량 스트링(10)에서 기 발전된 발전 전력의 전압을 발전 불량 스트링(10)에 피드백하여, 발전 불량 스트링(10)에서 발전되는 발전 전력이 상기 정상범위계산부(150)에서 계산된 정상 발전 전력 평균값에 근접 또는 일치할 수 있도록 제어하는 전압피드백부(170)를 포함하여 구성하게 된다.
제어모듈(100)의 구성 중,
전압측정부(110)는, 각 스트링(10)의 발전 전압을 측정하도록 구성하게 된다.
전압측정부(110)는, 각 스트링(10)에서 발전된 전압 즉, 각 스트링(10) 내의 구성되는 태양광모듈 각각에서 발전된 발전 전압의 총량을 측정하도록 구성되는 것이다.
전압측정부(110)는, 각 스트링(10)의 발전 전압을 측정하도록 구성하되,
각 스트링(10) 내의 직렬연결로 구성되는 태양광모듈 각각의 전압을 측정하도록 구성되는 개별모듈전압측정수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
전류측정부(120)는, 각 스트링(10)의 발전 전류를 측정하도록 구성하게 된다.
전압측정부(110)는, 각 스트링(10)에서 발전된 전류 즉, 각 스트링(10) 내의 구성되는 태양광모듈 각각에서 발전된 발전 전류의 총량을 측정하도록 구성되는 것이다.
전류측정부(120)는, 각 스트링(10)의 발전 전류를 측정하도록 구성하되,
각 스트링(10) 내의 직렬연결로 구성되는 태양광모듈 각각의 전류를 측정하도록 구성되는 개별모듈전류측정수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
평균값계산부(130)는, 상기 전압측정부(110) 및 전류측정부(120)에서 측정된 각 스트링별 발전 전압 및 발전 전류를 이용하여, 평균 발전 전압값과 평균 발전 전류값을 계산하도록 구성하게 된다.
또한, 평균값계산부(130)는, 각 스트링별 발전 전압 및 발전 전류를 이용하여, 평균 발전 전력값을 계산하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
편차값계산부(140)는, 상기 평균값계산부(130)에서 계산된 평균 발전 전압값과 평균 발전 전류값 및 상기 전압측정부(110)에서 측정된 각 스트링별 발전 전압, 상기 전류측정부(120)에서 측정한 각 스트링별 발전 전류값을 이용하여 각 스트링(10)의 발전 전압 및 발전 전류에 대한 표준편차 또는 평균편차 중 어느 하나 이상을 계산하도록 구성하게 된다.
편차값계산부(140)는, 상기 평균값계산부(130)에서 계산된 평균 발전 전압값과 평균 발전 전류값 뿐만 아니라, 평균값계산부(130)에서 계산된 평균 발전 전력값을 추가적으로 이용하는 것을 특징으로 하며,
이에 따라, 계산되는 표준편차 또는 평균편차값은, 각 스트링(10)의 발전 전압 및 발전 전류 뿐만 아니라, 발전 전력에 대한 표준편차 또는 평균편차값을 추가적으로 계산하는 것을 특징으로 한다.
정상범위계산부(150)는, 상기 편차값계산부(140)에서 계산된 표준편차 또는 평균편차 중 어느 하나 이상을 이용하여, 각 스트링(10)에 요구되는 정상 발전 전력 평균값을 계산하도록 구성하게 된다.
정상범위계산부(150)는, 상기 편차값계산부(140)에서 계산된 표준편차 또는 평균편차 중 어느 하나 이상을 이용하여, 각 스트링(10)에 대하여 발전된 전력값에 대한 오차범위를 산정하고, 산정된 오차범위에 대한 평균값을 계산하여 정상 발전 전력에 대한 평균값을 계산하도록 구성되는 것이다.
즉, 연결된 각 스트링(10)에서 발전된 발전 전력에 대하여 안정적인 최대 발전량을 계측하기 위한 구성인 것이다.
발전불량감지부(160)는, 상기 정상범위계산부(150)에서 계산된 정상 발전 전력 평균값과, 상기 전압측정부(110)에서 측정된 각 스트링(10)의 발전 전압 및 상기 전류측정부(120)에서 측정된 각 스트링(10)의 발전 전류를 대비하여, 발전 전력량이 상기 정상 발전 전력 평균값 이하로 전력을 발전시키는 스트링(10)을 감지하도록 구성하게 된다.
발전불량감지부(160)는, 태양광 발전장치의 안정적인 최대 발전량을 유지하는데 문제를 발생시키는 발전 불량 스트링(10)을 감지하기 위한 구성으로,
제어모듈(100)과 연결된 각 스트링(10)에서 발전되는 발전 전력에 대한 발전량이, 안정적으로 최대 발전량을 유지하기 위하여, 각 스트링(10)에서 발전된 발전 전력량에 대한 상기 정상범위계산부(150)에서 계산된 정상 발전 전력 평균값을 대비하고,
대비된 각 스트링(10)의 발전 전력이 정상 발전 전력 평균값보다 이하인 스트링(10)을 감지(검출)하기 위한 구성이다.
전압피드백부(170)는, 상기 발전불량감지부(160)에서 감지된 발전 불량 스트링(10)에 대하여, 발전 불량 스트링(10)에서 발전되는 발전 전력값이 상기 정상범위계산부(150)에서 계산된 정상 발전 전력 평균값에 근접 또는 일치될 수 있도록, 발전 불량 스트링(10)에서 기 발전된 발전 전력의 전압을 발전 불량 스트링(10)에 피드백하여,
발전 불량 스트링(10)에서 발전되는 발전 전력이 상기 정상범위계산부(150)에서 계산된 정상 발전 전력 평균값에 근접 또는 일치할 수 있도록 제어하도록 구성하게 된다.
전압피드백부(170)는, 상기 서술한것과 같이, 발전불량감지부(160)에서 감지(검출)된 발전 불량 스트링(10)에 대하여,
발전 불량 스트링(10)에서 발전된 발전 전력값과 상기 정상범위계산부(150)에서 계산된 정상 발전 전력 평균값과의 오차값을 계산하고,
계산된 오차값만큼의 전력값에 대한 전압값을 계산하여, 발전 불량 스트링(10)에거 기 발전된 발전 전력에서 오차값만큼의 전압값을 다시 발전 불량 스트링(10)으로 피드백하여 정상 발전 전력 평균값과 근접 또는 일치할 수 있도록 제어하도록 구성되는 것이다.
이에 따라, 상기 전압피드백부(170)에서 발전 불량 스트링(10)에 전압값을 피드백함으로써, 태양광 발전장치의 최대 발전량을 안정적으로 유지할 수 있게 되는 것이다.
전압피드백부(170)는, 발전 불량 스트링(10)에 대하여 기 발전된 전력의 전압을 다시 발전 불량 스트링(10)으로 첨가할 시, 기 발전 전력의 전압이 발전 불량 스트링(10)의 전압보다 높으므로, 첨가 전압(기 발전 전력의 전압)의 전압을 낮추도록 구성되는 전압강하수단(171)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
전압피드백부(170)는, 정상범위계산부(150)에서 계산된 정상 발전 전력 평균값을 기준으로 하여, 상기 발전불량감지부(160)에서 감지된 발전 불량 스트링(10)에서 발전된 발전 전력과의 오차값을 계산하도록 구성되는 오차계산수단(172)과,
해당 스트링(10)(발전 불량 스트링(10))의 발전 전력값과 정상 발전 전력 평균값의 오차값만큼의 전력을 복구하기 위한 전압값을 계산하여, 계산된 전압값을 이용하여 첨가전압신호를 생성하는 첨가전압계산수단(173)과,
상기 첨가전압계산수단(173)에서 계산된 전압값을 해당 스트링(10)(발전 불량 스트링(10))에 첨가하기 위하여, 해당 스트링(10)(발전 불량 스트링(10))에서 기 발전된 전력과 해당 스트링(10)(발전 불량 스트링(10))에서 발전되고 있는 전력과의 전압 차이값을 계산하는 전압차이계산수단(174)과,
상기 전압차이계산수단(174)에서 계산된 전압 차이값을 이용하여 첨가되는 전압의 전압 강하 범위를 계산하여 전압 강하폭을 측정하도록 구성되는 펄스폭측정수단(175)과,
펄스폭측정수단(175)에서 측정된 전압 강하폭만큼 첨가 전압(기 발전 전력의 전압)의 전압을 강하시키도록 구성되는 피더블유엠제어수단(176)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 서술한 본 발명의 실시예에 따른 제어모듈(100)은,
상기 발전불량감지부(160)에서 감지된 발전 불량 스트링(10)의 연결 위치와, 상기 평균값계산부(130)에서 계산된 평균 발전 전압값 및 평균 발전 전류값을 획득하도록 구성되는 획득수단(181)과,
상기 획득수단(181)에서 획득한 발전 불량 스트링(10)의 연결 위치, 평균 발전 전압값 및 평균 발전 전류값 중 어느 하나 이상을 관리자의 단말기(300)로 전송하도록 구성되는 통신수단(182)을 포함하여 구성되는 모니터링통신부(180)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
모니터링통신부(180)의 구성 중,
획득수단(181)은, 상기 발전불량감지부(160)에서 감지된 발전 불량 스트링(10)의 연결 위치와, 상기 평균값계산부(130)에서 계산된 평균 발전 전압값 및 평균 발전 전류값을 획득하도록 구성하게 된다.
획득수단(181)은, 상기 발전불량감지부(160)에서 감지된 발전불량 스트링(10)의 연결 위치 즉, 제어모듈(100)에 연결된 하나 이상의 스트링(10) 각각에 1, 2, 3 ... n으로 번호를 부여하여, 그 중, 발전불량감지부(160)에서 감지된 발전 불량 스트링(10)의 번호를 획득하도록 구성하게 되는 것이다.
예를 들어, 4개의 스트링(10)이 제어모듈(100)에 연결되었을 시, 각각 1, 2, 3, 4로 번호를 부여하고, 그 중, 3번째 스트링(10)이 발전 불량 스트링(10)으로 감지되었을 시, 발전 불량 스트링(10)의 위치를 3번으로 인지하여 3번 발전 불량 스트링(10)에 대한 위치 정보(3번)을 획득하게 되는 것이다.
통신수단(182)은, 상기 획득수단(181)에서 획득한 발전 불량 스트링(10)의 연결 위치, 평균 발전 전압값 및 평균 발전 전류값 중 어느 하나 이상을 관리자의 단말기(300)로 전송하도록 구성하게 된다.
통신수단(182)은 발전 불량 스트링(10)의 연결 위치, 평균 발전 전압값 및 평균 발전 전류값 중 어느 하나 이상을 관리자의 단말기(300)로 전송하기 위하여, Wifi, Bluetooth, RS485 통신방식 중 어느 하나 이상의 통신방식을 이용하여 관리자의 단말기(300)로 해당 정보를 전송하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
통신수단(182)에서 관리자의 단말기(300)로 정보를 전송하도록 구성하게 되는데, 관리자의 단말기(300)는 PC, 핸드폰 단말기, 노트북 등을 의미한다.
이와 같이, 본 발명의 제어모듈(100)은 모니터링통신부(180)를 포함하여 구성됨으로써, 태양광 발전장치에 구성되어 태양광 발전장치의 문제를 즉각적으로 감지하고, 감지된 문제를 관리자에게 실시간으로 제공함으로써 태양광 발전장치의 상태에 대한 정보를 실시간으로 모니터링할 수 있게 되는 것이다.
상기 서술한 모니터링통신부(180)는,
전압측정부(110)의 개별모듈전압측정수단에서 측정한 각 스트링(10) 내의 태양광모듈 각각의 전압정보와, 전류측정부(120)의 개별모듈전류측정수단에서 각 스트링(10) 내의 태양광모듈 각각의 전류정보를 이용하여, 각 태양광모듈 각각에서 발전된 각각의 발전 전력량을 계산하고, 발전 전력량이 가장 높은 태양광모듈과 이외의 태양광모듈의 발전 전력량을 대비하여, 발전 전력량이 가장 높은 태양광모듈과의 차이가 가장 큰 태양광모듈을 검출하여 태양광모듈의 위치정보를 획득하도록 구성되는 불량모듈검출수단(183)과,
전압측정부(110)에서 측정된 각 스트링(10)의 발전 전압과, 전류측정부(120)에서 측정된 각 스트링(10)의 발전 전류를 이용하여 총 발전 전력량을 계산하도록 구성되는 발전량계산수단(184)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라 상기 통신수단(182)은 상기 불량모듈검출수단(183)에서 검출한 태양광모듈의 위치정보와 상기 발전량계산수단(184)에서 계산된 총 발전 전력량을 관리자의 단말기(300)로 추가적으로 전송하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 구성으로 인하여, 발전량이 저하된 태양광모듈에 대한 위치와 발전 불량 스트링(10)에 대한 위치를 관리자에게 즉각적으로 전송함으로써, 관리자가 문제발생 시 즉각적으로 대응할 수 있는 효과가 제공되는 것이다.
또한, 상기 통신수단(182)은, 상기 불량모듈검출수단(183)에서 발전량이 저하된 태양광모듈을 검출하거나 상기 획득수단(181)에서 발전 불량 스트링(10)의 위치를 획득할 시 실시간으로 관리자의 단말기(300)로 전송하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 서술한 구성에 따른 본 발명인 다수 회로의 모듈 스트링별 태양광 발전장치의 사물인터넷 기반 제어 시스템은,
태양광 발전장치의 각 스트링(10)에 대하여 최대 전력점을 동일하게 하기 위하여, PID(Proportional Integral Derivative)제어 방식으로 기 발전된 전력을 피드백하여 발전 불량 모듈에 전압을 첨가하여 최대 전력점을 조절함으로써 태양광 발전량을 정상화 시켜 발전 전력을 최적화할 수 있는 효과가 제공된다.
이상에서 본 발명은 도면에 도시된 바를 바탕으로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 도면에 한정되는 것은 아니다.
10 : 스트링
100 : 제어모듈
300 : 관리자 단말기

Claims (2)

  1. 태양광 발전장치 제어 시스템에 있어서,
    적어도 하나 이상으로 직렬 연결되어 구성되는 태양광모듈을 포함하여 구성되되, 적어도 하나 이상 구성되어, 각각 병렬 연결되어 구성되는 스트링(10);
    상기 스트링(10)의 접점에 연결되도록 구성되되,
    각 스트링(10)의 발전 전압을 측정하도록 구성되고, 각 스트링(10) 내의 직렬연결로 구성되는 태양광모듈 각각의 전압을 측정하도록 구성되는 개별모듈전압측정수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전압측정부(110)와,
    각 스트링(10)의 발전 전류를 측정하도록 구성되는 전류측정부(120)와,
    상기 전압측정부(110) 및 전류측정부(120)에서 측정된 각 스트링별 발전 전압 및 발전 전류를 이용하여, 평균 발전 전압값과 평균 발전 전류값을 계산하도록 구성되는 평균값계산부(130)와,
    상기 평균값계산부(130)에서 계산된 평균 발전 전압값과 평균 발전 전류값 및 상기 전압측정부(110)에서 측정된 각 스트링별 발전 전압, 상기 전류측정부(120)에서 측정한 각 스트링별 발전 전류값을 이용하여 각 스트링(10)의 발전 전압 및 발전 전류에 대한 표준편차 또는 평균편차 중 어느 하나 이상을 계산하도록 구성되는 편차값계산부(140)와,
    상기 편차값계산부(140)에서 계산된 표준편차 또는 평균편차 중 어느 하나 이상을 이용하여, 각 스트링(10)에 요구되는 정상 발전 전력 평균값을 계산하도록 구성되는 정상범위계산부(150)와,
    상기 정상범위계산부(150)에서 계산된 정상 발전 전력 평균값과, 상기 전압측정부(110)에서 측정된 각 스트링(10)의 발전 전압 및 상기 전류측정부(120)에서 측정된 각 스트링(10)의 발전 전류를 대비하여, 발전 전력량이 상기 정상 발전 전력 평균값 이하로 전력을 발전시키는 스트링(10)을 감지하도록 구성되는 발전불량감지부(160)와,
    상기 발전불량감지부(160)에서 감지된 발전 불량 스트링(10)에 대하여, 발전 불량 스트링(10)에서 발전되는 발전 전력값이 상기 정상범위계산부(150)에서 계산된 정상 발전 전력 평균값에 근접 또는 일치될 수 있도록, 발전 불량 스트링(10)에서 기 발전된 발전 전력의 전압을 발전 불량 스트링(10)에 피드백하여, 발전 불량 스트링(10)에서 발전되는 발전 전력이 상기 정상범위계산부(150)에서 계산된 정상 발전 전력 평균값에 근접 또는 일치할 수 있도록 제어하는 전압피드백부(170)를 포함하여 구성되는 제어모듈(100)을 포함하여 구성되며,
    상기 전압피드백부(170)은,
    발전 불량 스트링(10)에 대하여 기 발전된 전력의 전압을 다시 발전 불량 스트링(10)으로 첨가할 시, 기 발전 전력의 전압이 발전 불량 스트링(10)의 전압보다 높으므로, 첨가 전압(기 발전 전력의 전압)의 전압을 낮추도록 구성되는 전압강하수단(171);과,
    정상범위계산부(150)에서 계산된 정상 발전 전력 평균값을 기준으로 하여, 상기 발전불량감지부(160)에서 감지된 발전 불량 스트링(10)에서 발전된 발전 전력과의 오차값을 계산하도록 구성되는 오차계산수단(172);과,
    해당 스트링(10)(발전 불량 스트링(10))의 발전 전력값과 정상 발전 전력 평균값의 오차값만큼의 전력을 복구하기 위한 전압값을 계산하여, 계산된 전압값을 이용하여 첨가전압신호를 생성하는 첨가전압계산수단(173);과,
    상기 첨가전압계산수단(173)에서 계산된 전압값을 해당 스트링(10)(발전 불량 스트링(10))에 첨가하기 위하여, 해당 스트링(10)(발전 불량 스트링(10))에서 기 발전된 전력과 해당 스트링(10)(발전 불량 스트링(10))에서 발전되고 있는 전력과의 전압 차이값을 계산하는 전압차이계산수단(174);과,
    상기 전압차이계산수단(174)에서 계산된 전압 차이값을 이용하여 첨가되는 전압의 전압 강하 범위를 계산하여 전압 강하폭을 측정하도록 구성되는 펄스폭측정수단(175);과,
    펄스폭측정수단(175)에서 측정된 전압 강하폭만큼 첨가 전압(기 발전 전력의 전압)의 전압을 강하시키도록 구성되는 피더블유엠제어수단(176);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다수 회로의 모듈 스트링별 태양광 발전장치의 사물인터넷 기반 제어 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어모듈(100)은,
    상기 발전불량감지부(160)에서 감지된 발전 불량 스트링(10)의 연결 위치와, 상기 평균값계산부(130)에서 계산된 평균 발전 전압값 및 평균 발전 전류값을 획득하도록 구성되는 획득수단(181)과,
    상기 획득수단(181)에서 획득한 발전 불량 스트링(10)의 연결 위치, 평균 발전 전압값 및 평균 발전 전류값 중 어느 하나 이상을 관리자의 단말기(300)로 전송하도록 구성되는 통신수단(182)과,
    전압측정부(110)의 개별모듈전압측정수단에서 측정한 각 스트링(10) 내의 태양광모듈 각각의 전압정보와, 전류측정부(120)의 개별모듈전류측정수단에서 각 스트링(10) 내의 태양광모듈 각각의 전류정보를 이용하여, 각 태양광모듈 각각에서 발전된 각각의 발전 전력량을 계산하고, 발전 전력량이 가장 높은 태양광모듈과 이외의 태양광모듈의 발전 전력량을 대비하여, 발전 전력량이 가장 높은 태양광모듈과의 차이가 가장 큰 태양광모듈을 검출하여 태양광모듈의 위치정보를 획득하도록 구성되는 불량모듈검출수단(183)과,
    전압측정부(110)에서 측정된 각 스트링(10)의 발전 전압과, 전류측정부(120)에서 측정된 각 스트링(10)의 발전 전류를 이용하여 총 발전 전력량을 계산하도록 구성되는 발전량계산수단(184)을 포함하여 구성되는 모니터링통신부(180)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다수 회로의 모듈 스트링별 태양광 발전장치의 사물인터넷 기반 제어 시스템.
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