KR102051402B1 - A Diagnosis Syetem of Photovoltaic Generation Based on IoT - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양광발전 진단시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 특정 태양광 발전장치의 산출된 발전량 예측치 대비 실제 발전량 비교를 통한 상태진단이 아닌, 인공지능을 이용하는 머신러닝(Machine learning) 등을 통해 과거 동일 기간의 발전량 추세분석을 통한 그룹화된 태양광 발전장치들 내에서 발전량 차이를 비교하여 특정 태양광 발전장치의 상태를 진단함으로써 상태진단의 정확성을 높이도록 하고, IoT 망을 이용하여 이상 진단을 위한 데이터의 수집이 이루어지도록 함으로써, 저렴한 비용으로 시스템의 설치 및 운영이 이루어지고 신속한 데이터의 송수신이 가능하도록 하는 IoT 기반 태양광발전 진단시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a photovoltaic diagnosis system, and more particularly, through machine learning (Machine learning) using artificial intelligence, rather than state diagnosis through comparison of actual power generation with the calculated power generation prediction value of a specific photovoltaic device. Compare the difference of generation in the grouped photovoltaic devices through the analysis of power generation trend in the past period to diagnose the status of specific photovoltaic devices to improve the accuracy of status diagnosis and to diagnose abnormality using IoT network. By allowing the collection of data to be made, the installation and operation of the system at a low cost, and relates to the IoT-based photovoltaic diagnostic system to enable the rapid transmission and reception of data.
신재생에너지의 한 분야인 태양광 발전은 많은 장점으로 인해 최근 그 수요가 급증하고 있으며, 발전 효율을 높이기 위한 기술도 많이 발전해오고 있다. 이러한 태양광 발전장치들은 운영 과정에서 음영, 고장, 노화 등 다양한 원인으로 태양광모듈에 정상 발전 출력이 이루어지지 않게 되면, 이를 신속하게 진단하고 대응하도록 하는 유지보수의 중요성이 더욱 증대되고 있다. Photovoltaic power generation, a field of renewable energy, has been rapidly increasing in demand due to many advantages, and technologies for increasing power generation efficiency have been developed. These photovoltaic devices are increasing the importance of maintenance to quickly diagnose and respond to the normal power output to the solar module due to various reasons, such as shading, failure, aging in the operation process.
그러나, 기존에 태양광발전의 고장 등을 진단하는 기술들은, 여러 가지 예측 기법들을 이용하여 해당 태양광발전 시설(내지 모듈)에서 다양한 환경 요인 등을 감안하여 발전할 수 있는 예상 발전량을 산출한 다음, 해당 예상 발전량 대비 실제 발전량이 일정 범위를 벗어나게 되면 이를 이상으로 판단하여 정밀 진단 내지 유지보수가 이루어지도록 하는 개념을 제시하고 있는데, 이러한 예상 발전량은 아직까지는 태양광발전에 미치는 다양한 요인들을 모두 정확하게 반영할 수 없는 한계 때문에 발전량 예측치에서 이미 정확성이 많이 떨어지게 되고 따라서, 이러한 오차 범위가 큰 예상 발전량을 기준으로 한 고장 진단 기술 역시 판단의 오진률이 높아지게 되는 한계를 갖고 있다. However, existing technologies for diagnosing photovoltaic failures, using various prediction techniques, calculate the expected generation amount that can be developed in consideration of various environmental factors in the photovoltaic facility (or module). However, if the actual power generation is out of a certain range compared to the estimated power generation, the concept is judged to be higher than that. Therefore, the expected power generation accurately reflects various factors affecting photovoltaic power generation. Due to the limitations that cannot be achieved, the accuracy of power generation is already greatly reduced. Therefore, the fault diagnosis technique based on the expected power generation with such a large error range also has a limit of increasing the error rate of judgment.
<특허문헌> 한국등록특허 제10-1728692호 "태양광 모듈의 고장 예측 모니터링 시스템 및 방법" <Patent Document> Korean Patent Registration No. 10-1728692 "Failure prediction monitoring system and method of solar modules"
상기 <특허문헌>에 개시되어 있는 종래 기술 역시, 태양광 모듈의 기존 변화추이와 일사량 정보 및 온도 등의 데이터를 토대로 해당 태양광 모듈의 실시간 예상 발전량을 산출한 다음, 예상 발전량과 실제 발전량 간의 부합 정도 즉, 차이를 토대로 태양광 모듈의 고장 여부를 판단하고 있는바, 진단의 오차가 크다는 기존 문제점을 동일하게 안고 있을 뿐이다. The prior art disclosed in the <Patent Document> also calculates the real-time estimated power generation of the photovoltaic module based on the existing change trend of the solar module and data such as solar radiation information and temperature, and then matches the estimated power generation with the actual power generation. That is, to determine the failure of the photovoltaic module based on the degree of difference, the existing problem that the error of diagnosis is large.
따라서, 태양광발전의 유지보수의 효율성을 위해 태양광발전 상태를 정확하게 진단하고 대응할 수 있는 장치 및 기술에 대한 니즈는 증대되고 있다. Accordingly, there is an increasing need for an apparatus and technology capable of accurately diagnosing and responding to photovoltaic conditions for the efficiency of photovoltaic maintenance.
또한, 기존의 태양광 발전 모니터링 시스템은 일반적인 IP 망을 이용하도록 하고 있는바, 시스템의 구축과 운영에 많은 비용이 소모되고, 많은 양의 데이터에 대한 신속한 송수신이 어렵다는 문제가 있었다. In addition, the conventional photovoltaic monitoring system is to use a general IP network, there is a problem that a lot of cost is required to build and operate the system, it is difficult to quickly transmit and receive a large amount of data.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, The present invention has been made to solve the above problems,
본 발명은 특정 태양광 발전장치의 산출된 발전량 예측치 대비 실제 발전량 비교를 통한 상태진단이 아닌, 인공지능을 이용하는 머신러닝(Machine learning) 등을 통해 과거 동일 기간의 발전량 추세분석을 통한 그룹화된 태양광 발전장치들 내에서 발전량 차이를 비교하여 특정 태양광 발전장치의 상태를 진단함으로써 상태진단의 정확성을 높이도록 하고, IoT 망을 이용하여 이상 진단을 위한 데이터의 수집이 이루어지도록 함으로써, 저렴한 비용으로 시스템의 설치 및 운영이 이루어지며 신속한 데이터의 송수신이 가능하도록 하는 효과가 있다. The present invention is a grouped photovoltaic through analysis of power generation trends of the same period in the past through machine learning using artificial intelligence, not state diagnosis by comparing actual power generation with the calculated power generation prediction value of a specific photovoltaic device. By comparing the difference in the amount of power generation within the power generation devices, it is possible to improve the status diagnosis accuracy by diagnosing the condition of a specific photovoltaic device and to collect data for abnormal diagnosis using the IoT network. Installation and operation of the is made and there is an effect to enable the rapid transmission and reception of data.
본 발명은 각 태양광 발전장치의 고장·유지보수 이력, 주변 기상 및 환경정보, 설비 특성을 고려하여 발전량 데이터를 가공, 정제, 보정한 후 그룹의 형성이 이루어지도록 함으로써 정밀한 그룹화를 통한 상태 진단 정확성의 향상이 가능하도록 하는 효과가 있다. The present invention is a state diagnosis accuracy through precise grouping by forming a group after processing, refinement, correction of power generation data in consideration of the failure and maintenance history of each photovoltaic device, surrounding weather and environmental information, equipment characteristics There is an effect to enable the improvement of.
본 발명은 이상진단과 실제 이상 여부를 비교하여 가공, 정제, 보정되는 정도의 기준을 변경하여 그룹화에 적용되도록 함으로써 시간이 지날수록 더욱 정확한 이상 진단 시스템의 구축이 가능하도록 하는 효과가 있다. The present invention has the effect of enabling more accurate construction of the abnormal diagnosis system over time by changing the criteria of the degree of processing, refinement, correction by comparing the abnormal diagnosis and the actual abnormality to be applied to the grouping.
본 발명은 태양광 발전장치의 고장뿐만 아니라 일정 기간 내 고장의 예측 및 열화의 진단이 가능하도록 하는 효과가 있다. The present invention has the effect of enabling not only the failure of the photovoltaic device but also the prediction and failure diagnosis of the failure within a certain period.
본 발명은 각 스트링에서 출력되는 전력을 평준화하여 발전효율을 높이고, 이러한 평준화 과정이 각 스트링과 연결된 전력저장부의 충방전을 통해 이루어지도록 하여 장치의 간단한 구성이 가능하도록 하며, 각 스트링의 이상까지 진단할 수 있도록 하는 효과가 있다. The present invention is to increase the power generation efficiency by leveling the power output from each string, such that the leveling process is made through the charging and discharging of the power storage unit connected to each string to enable a simple configuration of the device, to diagnose the abnormality of each string It has the effect of making it possible.
본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.The present invention is implemented by the embodiment having the following configuration to achieve the above object.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 IoT 기반 태양광발전 진단시스템은 태양광을 이용하여 발전하는 태양광 발전장치; 상기 태양광 발전장치의 발전량 데이터를 IoT 망을 이용하여 전송받으며, 전송된 발전량 데이터를 토대로 태양광 발전장치의 상태를 진단하는 진단서버;를 포함하고, 상기 진단서버는 과거 동일기간의 발전량 추세가 유사한 태양광 발전장치들을 그룹화하고 해당 그룹 내에서의 발전량 차이를 비교하여 특정 태양광 발전장치의 상태를 진단하는 것을 특징으로 한다. According to an embodiment of the present invention, the IoT-based photovoltaic diagnosis system according to the present invention includes a solar power generation device that generates power using sunlight; And a diagnosis server configured to receive power generation data of the photovoltaic device using an IoT network, and to diagnose a state of the photovoltaic device based on the generated power generation data. Grouping similar photovoltaic devices and diagnosing the status of a particular photovoltaic device by comparing power generation differences within the group.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 IoT 기반 태양광발전 진단시스템에 있어서, 상기 진단서버는 태양광 발전장치들을 그룹화하는 그룹화부와, 그룹화된 태양광 발전장치들 내에서 오차 범위를 벗어난 발전량을 나타내는 특정 태양광 발전장치를 선별하는 이상진단부를 포함하고, 상기 그룹화부는 태양광 발전장치의 발전량 정보를 수집하는 발전데이터수집모듈과; 각 태양광 발전장치의 고장이력, 유지보수이력과 같은 정보를 통해 발전량 정보를 가공하는 발전데이터가공모듈과; 각 태양광 발전장치들이 위치하는 지역의 기상정보, 환경정보에 따라 가공된 발전량 정보를 정제하는 발전데이터정제모듈과; 각 태양광 발전장치의 설비 특성에 따라 정제된 발전데이터를 보정하는 발전데이터보정모듈과; 보정된 발전량 데이터에 군집화 알고리즘을 적용하여 태양광 발전장치들을 그룹화하는 그룹화모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다. According to another embodiment of the present invention, in the IoT-based photovoltaic diagnostic system according to the present invention, the diagnostic server is a grouping unit for grouping the photovoltaic devices, and the error range within the grouped photovoltaic devices An abnormality diagnosis unit for selecting a specific photovoltaic device indicative of the amount of generated power generation, wherein the grouping unit comprises: a power generation data collection module for collecting power generation information of the photovoltaic device; A power generation data processing module for processing power generation information through information such as failure history and maintenance history of each photovoltaic device; A power generation data purification module for purifying processed power generation information according to weather information and environmental information of regions where each photovoltaic device is located; A power generation data correction module for correcting purified power generation data according to facility characteristics of each solar power generation device; And a grouping module for grouping photovoltaic devices by applying a clustering algorithm to the corrected power generation data.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 IoT 기반 태양광발전 진단시스템에 있어서, 상기 발전데이터가공모듈은 각 태양광 발전장치의 고장, 유지보수의 정도에 관한 정보를 수신하는 고장보수정도수신모듈과; 고장, 유지보수가 이루어진 시간에 관한 정보를 수신하는 고장보수시간정보수신모듈과; 고장, 유지보수의 정도, 시간에 따라 고장보수지수를 산출하는 고장보수지수산출모듈과; 고장보수지수를 발전량 데이터에 곱하여 가공된 발전량 데이터를 산출하는 가공연산모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다. According to another embodiment of the present invention, in the IoT-based photovoltaic power generation diagnostic system according to the present invention, the power generation data processing module is a troubleshooting for receiving information on the failure, maintenance degree of each photovoltaic device A precision receiving module; A troubleshooting time information receiving module for receiving information regarding a time at which a failure and maintenance has been made; A failure maintenance index calculation module for calculating a failure maintenance index according to the failure, the degree of maintenance, and the time; And a processing operation module configured to calculate the processed power generation data by multiplying the power failure maintenance index by the power generation data.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 IoT 기반 태양광발전 진단시스템에 있어서, 상기 발전데이터정제모듈은 각 태양광 발전장치의 주변 기상, 환경에 관한 정보를 수신하는 환경정보수신모듈과; 수신된 기상, 환경정보에 따라 발전량에 미치는 영향을 수치화한 환경지수를 산출하는 환경지수산출모듈과; 환경지수를 가공된 발전량 데이터에 곱하여 정제된 발전량 데이터를 산출하는 정제연산모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다. According to another embodiment of the present invention, in the IoT-based photovoltaic power generation diagnostic system according to the present invention, the power generation data purification module is an environmental information receiving module for receiving information about the surrounding weather, environment of each photovoltaic device and; An environmental index calculation module for calculating an environmental index that quantifies the effect on power generation according to received weather and environmental information; And a refinement calculation module configured to calculate purified power generation data by multiplying the environmental index by the processed power generation data.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 IoT 기반 태양광발전 진단시스템에 있어서, 상기 발전데이터보정모듈은 각 태양광 발전장치의 설비 특성에 관한 정보를 수신하는 설비정보수신모듈과; 설비 특성에 따라 태양광 발전량에 미치는 영향을 수치화한 특정지수를 산출하는 특성지수산출모듈과; 특성지수를 정제된 발전량 데이터에 곱하여 보정된 발전량 데이터를 산출하는 보정연산모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다. According to another embodiment of the present invention, in the IoT-based photovoltaic power generation diagnostic system according to the present invention, the power generation data correction module includes a facility information receiving module for receiving information on the facility characteristics of each photovoltaic device; A characteristic index calculation module for calculating a specific index that quantifies the effect on the amount of photovoltaic power generation according to facility characteristics; And a correction calculation module configured to multiply the characteristic index by the purified power generation data to calculate the corrected power generation data.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 IoT 기반 태양광발전 진단시스템에 있어서, 상기 그룹화부는 상기 이상진단부의 진단 결과를 피드백하여 그룹을 최적화하는 그룹최적화모듈을 포함하고, 상기 그룹최적화모듈은 상기 이상진단부에서 이상으로 진단된 태양광 발전장치와 실제 이상이 발생한 태양광 발전장치의 정보를 비교하여 이상 진단의 정확성을 검증하는 진단검증모듈과; 이상 진단이 일치하지 않는 태양광 발전장치에 대해 이상 진단과 실제 이상 여부가 일치하도록 상기 발전데이터가공모듈, 발전데이터정제모듈, 발전데이터보정모듈에 의해 발전량 데이터가 수정된 정도를 조절하는 지수조절모듈과; 상기 지수조절모듈에 의해 조절된 정도에 따라 그룹을 변경하는 그룹자동변경모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, in the IoT-based photovoltaic diagnosis system according to the present invention, the grouping unit includes a group optimization module for optimizing the group by feeding back a diagnosis result of the fault diagnosis unit, the group optimization The module includes a diagnostic verification module for verifying the accuracy of the diagnosis by comparing the information of the photovoltaic device diagnosed with the abnormality in the abnormality diagnosis unit and the photovoltaic device that actually occurred; Index control module for adjusting the degree of power generation data modified by the power generation data processing module, power generation data purification module, power generation data correction module so that the diagnosis and the actual abnormality for the photovoltaic device that does not match the error diagnosis and; And a group automatic change module for changing the group according to the degree adjusted by the index control module.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 IoT 기반 태양광발전 진단시스템에 있어서, 상기 그룹최적화모듈은 상기 이상진단부에 의한 이상 진단이 일치하지 않는 태양광 발전장치에 대해 상기 발전데이터가공모듈, 발전데이터정제모듈, 발전데이터보정모듈에 의해 발전량 데이터가 수정된 정도를 비교하는 지수비교모듈을 포함하고, 상기 지수조절모듈은 상기 지수비교모듈에 의해 비교된 결과에 따라 상기 발전데이터가공모듈, 발전데이터정제모듈, 발전데이터보정모듈 중 발전량 데이터를 수정된 정도가 큰 모듈을 우선순위로 수정된 정도를 조절하도록 하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, in the IoT-based photovoltaic power generation diagnostic system according to the present invention, the group optimization module is the power generation data for the photovoltaic device that does not match the fault diagnosis by the fault diagnosis unit And an exponential comparison module for comparing the degree of power generation data modified by the processing module, the power generation data purification module, and the power generation data correction module, wherein the exponent adjustment module is configured to process the power generation data according to the result of comparison by the index comparison module. The module, the power generation data purification module, the generation data correction module, characterized in that the module to control the degree of modification to the priority of the module with a large degree of modification.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 IoT 기반 태양광발전 진단시스템에 있어서, 상기 그룹화부는 동일 환경지역을 동일한 그룹으로 분류하는 환경기준그룹화부를 포함하고, 상기 그룹화부는 상기 환경기준그룹화부에 의해 환경이 동일한 지역을 먼저 동일한 그룹으로 분류하도록 하고, 동일한 그룹에 대해 발전량 추세를 분석하여 다시 그룹을 세분화하도록 하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, in the IoT-based photovoltaic diagnosis system according to the present invention, the grouping unit includes an environmental reference grouping unit for classifying the same environmental area into the same group, the grouping unit is the environmental reference group The fire department may classify the same area into the same group first, and then analyze the power generation trend for the same group to further subdivide the group.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 IoT 기반 태양광발전 진단시스템에 있어서, 상기 이상진단부는 동일 그룹 내에서 일정 오차범위를 벗어난 발전량을 나타내는 특정 태양광 발전장치를 고장으로 진단하는 고장진단부와; 고장으로 진단되는 오차범위를 벗어나지는 않았으나 특정 범위 오차의 발전량이 일정 시간 지속되는 경우, 오차 정도와 지속시간을 이용하여 위험지수를 산출하고 위험지수에 따라 고장이 발생할 것으로 예측되는 시간을 산정하여 알리는 고장위험예측부와; 고장에 관한 신호가 출력되지는 않았으나 발전량 오차의 변화율을 분석하여 특정 태양광 발전장치의 열화를 감지하는 열화감지부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. According to another embodiment of the present invention, in the IoT-based photovoltaic diagnosis system according to the present invention, the fault diagnosis unit diagnoses a specific photovoltaic device indicating a power generation out of a certain error range within the same group as a failure Fault diagnosis unit; If the amount of generation of a certain range of errors does not deviate from the error range diagnosed as the fault, but the amount of generation of the specific range of errors continues for a certain time, the risk index is calculated using the error degree and duration, and the estimated time to predict the failure will be reported according to the risk index. Failure risk prediction unit; It is characterized in that it comprises a; deterioration detection unit for detecting a deterioration of a specific photovoltaic device by analyzing the rate of change of power generation error, although the signal related to the failure is not output.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 IoT 기반 태양광발전 진단시스템에 있어서, 상기 고장위험예측부는 일정 정도 이상의 오차범위를 갖는 태양광 발전장치 발전량의 오차를 감시하는 오차감시모듈과, 오차의 지속시간을 측정하는 지속시간계측모듈과, 오차의 정도 및 지속시간에 따라 위험지수를 산출하는 위험지수산출모듈과, 위험지수에 따른 고장예측시점을 산출하여 알리는 고장예측정보알림모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다. According to another embodiment of the present invention, in the IoT-based photovoltaic diagnostic system according to the present invention, the failure risk prediction unit and the error monitoring module for monitoring the error of the amount of power generation of the photovoltaic device having an error range of a certain degree or more; A time measurement module that measures the duration of the error, a risk index calculation module that calculates a risk index according to the degree and duration of the error, and a fault prediction information notification module that calculates and reports a failure prediction time according to the risk index. It is characterized by including.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 IoT 기반 태양광발전 진단시스템에 있어서, 상기 열화감지부는 일정 기간 동안 오차의 변화 정도에 따른 기울기를 산출하는 기울기산출모듈과, 기울기가 설정된 임계치를 벗어나는지 정도를 측정하는 임계확인모듈과, 임계치를 벗어나는 시간을 측정하는 시간정보측정모듈과, 기울기가 임계치를 벗어나는 정도 및 지속시간에 따라 열화 정도를 산출하여 열화 정도가 일정 범위를 벗어나는 경우 이를 알리는 열화경보모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다. According to another embodiment of the present invention, in the IoT-based photovoltaic diagnostic system according to the present invention, the degradation detection unit is a slope calculation module for calculating a slope according to the degree of change of the error for a predetermined period, the slope is set threshold Threshold checking module for measuring the degree of deviation, time information measuring module for measuring the time out of the threshold, and the degree of deterioration by calculating the degree of deterioration according to the degree and duration of the slope is out of the threshold, if the degree of deterioration Inform is characterized in that it comprises a degradation alarm module.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 IoT 기반 태양광발전 진단시스템에 있어서, 상기 태양광 발전장치는 태양광 발전장치 각각에 각 태양광 발전장치의 어레이 내 복수의 스트링에 각각 연결되어 발전장치의 이상발생시 특정 모듈에서의 음영 내지 고장으로 인한 스트링 간의 전력 편차를 최소화하는 스트링평준화부를 포함하고, 상기 스트링평준화부는 복수의 스트링별 출력 전류 또는 전압을 측정하는 전력측정부와, 복수의 스트링별 전력을 보상 또는 전력을 흡수하는 전력저장부와, 상기 전력측정부의 데이터를 토대로 전력저장부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 전력저장부의 충전량 상태를 판단하는 저장상태판정모듈과, 전력저장부의 충전량 상태에 따라 전력저장부의 충방전을 제어하는 저장제어모듈과, 각 스트링의 충방전 여부에 따라 전력저장부와 스트링의 연결을 조절하는 연결조절모듈을 포함하고, 상기 저장제어모듈은 상기 전력저장부의 충전량이 충분한 경우 출력이 저하된 스트링에 전력을 공급하는 방전제어모듈과, 전력저장부의 충전량이 부족한 경우 출력이 높은 스트링의 전력을 흡수하여 스트링간 전력 편차를 최소화하는 충전제어모듈을 포함하며, 상기 연결조절모듈은 상기 방전제어모듈에 의해 전력저장부의 방전이 이루어지는 경우 전력을 공급받을 스트링과 전력저장부를 연결하는 보상연결모듈과, 상기 충전제어모듈에 의해 전력저장부의 충전이 이루어지는 경우 전력을 공급할 스트링과 전력저장부를 연결하는 흡수연결모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, in the IoT-based photovoltaic diagnostic system according to the present invention, the photovoltaic device is connected to each of the plurality of strings in the array of each photovoltaic device to each of the photovoltaic devices And a string leveling unit for minimizing power variation between strings due to shading or failure in a specific module when an abnormality occurs in the power generation device, wherein the string leveling unit includes a power measuring unit for measuring output current or voltage for each of a plurality of strings, A power storage unit for compensating or absorbing power for each string, and a control unit controlling an operation of the power storage unit based on data of the power measuring unit, wherein the control unit determines a state of charge of the power storage unit; And a storage control module for controlling charging and discharging of the power storage unit according to the state of charge of the power storage unit. And a connection control module that controls the connection between the power storage unit and the string according to whether each string is charged or discharged, wherein the storage control module supplies power to the string of which the output is reduced when the amount of charge of the power storage unit is sufficient. A discharge control module and a charge control module for absorbing power of a string having a high output when the charge amount of the power storage unit is insufficient to minimize power deviation between strings, and the connection control module discharges the power storage unit by the discharge control module. Comprising a compensation connection module for connecting the power storage string and the power storage in this case, and the absorption control module for connecting the power storage and the string to supply power when the charging of the power storage by the charge control module It is done.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 IoT 기반 태양광발전 진단시스템에 있어서, 상기 스트링평준화부는 이상이 발생한 스트링을 검출하는 스트링진단부를 포함하고, 상기 스트링진단부는 상기 연결조절모듈에 의해 연결되는 스트링을 감지하는 연결스트링감지모듈과, 연결스트링감지모듈에 의해 감지되는 스트링의 충방전을 인지하는 충방전인지모듈과, 상기 충방전인지모듈에 의해 인지된 충방전의 정도를 계측하는 충방전계측모듈과, 상기 충방전계측모듈에 의해 계측되는 충방전 정도에 따라 각 스트링의 이상지수를 산출하는 이상지수산출모듈과, 일정기간 동안 이상지수산출모듈에 의해 산출되는 각 스트링의 이상지수를 누적하는 이상지수누적모듈과, 누적된 이상지수가 일정 값을 초과하는 경우 해당 스트링을 이상이 발생한 스트링으로 진단하는 이상스트링진단모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, in the IoT-based photovoltaic diagnostic system according to the present invention, the string leveling unit includes a string diagnostic unit for detecting a string having an abnormality, the string diagnostic unit to the connection control module A connection string detection module detecting a string connected by the connection, a charge / discharge recognition module that recognizes charge / discharge of the string detected by the connection string detection module, and measure the degree of charge / discharge perceived by the charge / discharge recognition module An abnormality index calculation module for calculating an abnormality index of each string according to a charge / discharge measuring module, a charge and discharge degree measured by the charging and discharging measurement module, and an abnormality index of each string calculated by the abnormality index calculating module for a predetermined period of time. Abnormality accumulation module that accumulates the error, and if the accumulated abnormality index exceeds a certain value, an error occurs in the corresponding string. Characterized in that it comprises an abnormal string diagnostic module for diagnosing the string.
본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.The present invention can obtain the following effects by the configuration, combination, and use relationship described above with the present embodiment.
본 발명은 특정 태양광 발전장치의 산출된 발전량 예측치 대비 실제 발전량 비교를 통한 상태진단이 아닌, 인공지능을 이용하는 머신러닝(Machine learning) 등을 통해 과거 동일 기간의 발전량 추세분석을 통한 그룹화된 태양광 발전장치들 내에서 발전량 차이를 비교하여 특정 태양광 발전장치의 상태를 진단함으로써 상태진단의 정확성을 높이도록 하고, IoT 망을 이용하여 이상 진단을 위한 데이터의 수집이 이루어지도록 함으로써, 저렴한 비용으로 시스템의 설치 및 운영이 이루어지고 신속한 데이터의 송수신이 가능하도록 하는 IoT 기반 태양광발전 진단시스템을 제공하는데 목적이 있다. The present invention is a grouped photovoltaic through analysis of power generation trends of the same period in the past through machine learning using artificial intelligence, not state diagnosis by comparing actual power generation with the calculated power generation prediction value of a specific photovoltaic device. By comparing the difference in the amount of power generation within the power generation devices, it is possible to improve the status diagnosis accuracy by diagnosing the condition of a specific photovoltaic device and to collect data for abnormal diagnosis using the IoT network. Its purpose is to provide an IoT-based photovoltaic diagnostics system that enables the installation and operation of the system and enables the rapid transmission and reception of data.
본 발명은 각 태양광 발전장치의 고장·유지보수 이력, 주변 기상 및 환경정보, 설비 특성을 고려하여 발전량 데이터를 가공, 정제, 보정한 후 그룹의 형성이 이루어지도록 함으로써 정밀한 그룹화를 통한 상태 진단 정확성의 향상이 가능하도록 하는 IoT 기반 태양광발전 진단시스템을 제공하는데 목적이 있다. The present invention is a state diagnosis accuracy through precise grouping by forming a group after processing, refinement, correction of power generation data in consideration of the failure and maintenance history of each photovoltaic device, surrounding weather and environmental information, equipment characteristics The purpose of the present invention is to provide an IoT-based photovoltaic diagnostic system that enables improvement of the system.
본 발명은 이상진단과 실제 이상 여부를 비교하여 가공, 정제, 보정되는 정도의 기준을 변경하여 그룹화에 적용되도록 함으로써 시간이 지날수록 더욱 정확한 이상 진단 시스템의 구축이 가능하도록 하는 IoT 기반 태양광발전 진단시스템을 제공하는데 목적이 있다. The present invention compares the diagnosis of abnormality and the actual abnormality by changing the standard of the degree of processing, refinement, correction to be applied to the grouping, IoT-based photovoltaic diagnostics that enables the construction of a more accurate diagnosis system over time The purpose is to provide a system.
본 발명은 태양광 발전장치의 고장뿐만 아니라 일정 기간 내 고장의 예측 및 열화의 진단이 가능하도록 하는 IoT 기반 태양광발전 진단시스템을 제공하는데 목적이 있다. It is an object of the present invention to provide an IoT-based photovoltaic diagnosis system that enables not only failure of a photovoltaic device but also diagnosis and degradation of a failure within a predetermined period of time.
본 발명은 각 스트링에서 출력되는 전력을 평준화하여 발전효율을 높이고, 이러한 평준화 과정이 각 스트링과 연결된 전력저장부의 충방전을 통해 이루어지도록 하여 장치의 간단한 구성이 가능하도록 하며, 각 스트링의 이상까지 진단할 수 있도록 하는 IoT 기반 태양광발전 진단시스템을 제공하는데 목적이 있다. The present invention is to increase the power generation efficiency by leveling the power output from each string, such that the leveling process is made through the charging and discharging of the power storage unit connected to each string to enable a simple configuration of the device, to diagnose the abnormality of each string The purpose is to provide an IoT-based PV diagnostic system.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광발전 진단시스템의 개념도
도 2는 본 발명에서 태양광 발전장치들을 그룹화하여 진단을 수행하는 상태도
도 3은 도 1의 진단서버의 구성을 나타내는 블럭도
도 4는 도 3의 추세기준그룹화부의 구성을 나타내는 블럭도
도 5는 도 3의 환경기준그룹화부의 구성을 나타내는 블럭도
도 6은 도 3의 이상진단부의 구성을 나타내는 블럭도
도 7은 도 1의 태양광 발전장치에 스트링평준화부가 포함된 개념도
도 8은 도 7의 스트링평준화부의 세부 구성도
도 9는 도 8의 제어부의 구성을 나타내는 블럭도
도 10은 도 8의 스트링진단부의 구성을 나타내는 블럭도1 is a conceptual diagram of a photovoltaic diagnosis system according to an embodiment of the present invention
Figure 2 is a state diagram for performing a diagnosis by grouping photovoltaic devices in the present invention
3 is a block diagram showing the configuration of the diagnostic server of FIG.
4 is a block diagram showing the configuration of the trend reference grouping unit of FIG.
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the environmental standard grouping unit of FIG.
6 is a block diagram showing the configuration of the abnormality diagnosis unit of FIG.
7 is a conceptual view in which the string leveling unit is included in the photovoltaic device of FIG.
FIG. 8 is a detailed configuration diagram of the string leveling unit of FIG. 7.
9 is a block diagram illustrating a configuration of a controller of FIG. 8.
FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of a string diagnosis unit of FIG. 8. FIG.
이하에서는 본 발명에 따른 IoT 기반 태양광발전 진단시스템의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하고, 또한 명세서에 기재된 "...부", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. Hereinafter, preferred embodiments of the IoT-based photovoltaic diagnosis system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Throughout the specification, when a part is said to "include" any component, which means that it may further include other components, except to exclude other components unless specifically stated otherwise, also described in the specification The terms "... unit", "... module" and the like refer to a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software.
본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 기반 태양광발전 진단시스템을 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명하면, 상기 태양광발전 진단시스템은 태양광을 이용하여 발전하는 태양광 발전장치(3)와; 상기 태양광 발전장치(3)의 발전량 데이터를 IoT 망을 이용하여 전송받으며, 전송된 발전량 데이터를 토대로 태양광 발전장치의 상태를 진단하는 진단서버(1);를 포함한다. Referring to FIGS. 1 to 10, the IoT-based photovoltaic diagnostic system according to an embodiment of the present invention will be described. The photovoltaic diagnostic system includes a
특히, 본 발명에 따른 태양광발전 진단시스템은 과거 동일기간 동안의 발전량 추세가 유사한 태양광 발전장치들을 그룹화하고 해당 그룹 내에서 발전량의 차이를 비교하여 특정 태양광 발전장치(3)의 상태를 진단하도록 함으로써, 더욱 정확한 상태 진단이 가능하도록 한다. In particular, the photovoltaic diagnosis system according to the present invention diagnoses the state of a particular
여기서 태양광 발전장치(3)는 지상에 설치되는 태양광 발전소만을 의미하는 것이 아니라, 건물 옥상, 수상 내지 건물 외벽 등에 설치되는 건물일체형 태양광 발전장치(BIPV) 등 태양광에 의해 전력을 발생시키는 다양한 장치를 포함할 수 있는데, 각 태양광 발전장치(3)에서 발생되는 전력을 측정하여 태양광 발전장치(3)의 이상 진단이 이루어질 수 있도록 한다. Here, the
이때, 태양광 발전장치(3)에서 생산되는 전력의 양은 인버터(34) 등에 설치되는 전압 또는 전류 센서 등에 의해 측정될 수 있는데, 측정된 발전량에 관한 정보는 IoT 망을 통해 진단서버(1)로 전달될 수 있도록 한다. 특히 사물인터넷(IoT)을 구성하는 사물들 중 네트워크를 통해 교환해야 하는 데이터의 양이 많지 않은 사물들을 소물(small thing)이라하며, 소물들로 구성된 네트워크를 소물 인터넷망이라 하는데, 본 발명에서는 SKT의 LoRa망, KT의 LTE-M 등의 소물 인터넷망을 이용하여 발전량 정보의 수집이 이루어지도록 할 수 있다. 따라서, 본 발명은 기존 IP망에 비해 저렴한 비용으로 신속한 데이터의 수집이 이루어지도록 할 수 있다. In this case, the amount of power produced by the
상기 진단서버(1)는 태양광 발전장치(3)에서 전송되는 발전량 데이터를 토대로 태양광 발전장치(3)의 상태를 진단하는 구성으로, 일정기간 동안 발전량 추세가 유세한 태양광 발전장치(3)들을 동일한 그룹으로 묶어 동일한 그룹 내에서 발전량의 오차가 발생하는 경우 이상으로 진단하도록 함으로써, 진단의 정확성을 높이도록 한다. 종래 태양광 발전장치의 이상을 진단하는 시스템에 있어서는 여러 가지 예측 기법들을 이용하여 태양광발전 시설 내에서 발전할 수 있는 예상 발전량을 산출한 다음, 해당 예상발전량 대비 실제 발전량이 일정 범위를 벗어나게 되면 이를 이상으로 판단하여 정밀 진단 내지 유지보수가 이루어지도록 하는 개념으로 접근하고 있는데, 이러한 예상 발전량은 아직까지 태양광발전에 미치는 다양한 요인들을 모두 정확하게 반영할 수 없는 한계 때문에 발전량 예측치에서 이미 정확성이 많이 떨어지는 문제가 있으며 따라서, 이러한 오차 범위가 큰 예상 발전량을 기준으로 한 고장 진단 기술 역시 판단의 오진율이 높아지게 되는 한계를 갖는다. 이에 따라, 본 발명에서는 상기 진단서버(1)를 통해 과거 동일 기간의 발전량 추세가 유세한 태양광 발전장치(3)들을 그룹화하는 그룹화부(11)와, 그룹화된 동일 그룹의 태양광 발전장치(3)들 내에서 오차 범위를 벗어난 발전량을 나타내는 특정 태양광 발전장치(3)를 선별하는 이상진단부(13)를 포함한다. The
상기 그룹화부(11)는 태양광 발전장치(3)들 중 과거 동일 기간의 발전량 추세가 유사한 태양광 발전장치(3)들을 그룹화(도 2 참조)하는 구성으로, 바람직하게는 인공지능을 소프트웨어적으로 구현하는 머신러닝(Machine learning) 등을 통해 과거 동일 기간의 발전량 데이터를 토대로 추세가 유사한 태양광 발전장치(3)들별로 군집화를 수행하게 된다. 상기 그룹화부(11)는 발전량의 추세만으로 그룹을 설정하도록 할 수 있으며, 경우에 따라서는 기상환경 등이 유사한 태양광 발전장치(3)들을 먼저 동일한 그룹으로 묶고 동일한 그룹 내에서 발전량 추세에 따라 다시 그룹을 세분화하도록 구성할 수도 있다. 따라서, 상기 그룹화부(11)는 발전량 추세에 따라 그룹을 설정하는 추세기준그룹화부(111)를 기본적으로 포함하며, 선택적으로 기상환경 등 유사한 환경을 가지는 태양광 발전장치(3)들을 먼저 동일한 그룹으로 묶도록 하는 환경기준그룹화부(113)를 추가로 포함하도록 할 수도 있다. The
상기 추세기준그룹화부(111)는 발전량 추세에 따라 태양광 발전장치(3)들을 그룹화하는 구성으로, 각 태양광 발전장치(3)로부터 발전량 정보를 수집하여 발전량 추세를 분석한다. 특히, 상기 추세기준그룹화부(111)는 각 태양광 발전장치(3)의 고장 이력 내지 보수 이력, 주변 기상정보 내지 환경정보, 설비 특성 등을 고려하여 각 태양광 발전장치(3)의 발전량 데이터를 가공, 정제, 보정하도록 하고 이렇게 수정된 발전량 데이터를 이용하여 더욱 정확하게 그룹을 분류할 수 있도록 한다. 또한, 상기 추세기준그룹화부(111)는 설정된 그룹별로 상기 이상진단부(13)에 의해 이상이 진단된 결과와 실제 발생한 이상에 대한 정보를 비교하여 그 정확성을 검증하도록 하고, 검증된 결과에 따라 그룹을 자동으로 갱신하여 최적화하도록 함으로써 시간이 지날수록 이상 진단의 정확성이 더욱 향상될 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 추세기준그룹화부(111)는 도 4에 도시된 바와 같이 발전데이터수집모듈(111a), 발전데이터가공모듈(111b), 발전데이터정제모듈(111c), 발전데이터보정모듈(111d), 그룹화모듈(111e), 그룹최적화모듈(111f)을 포함할 수 있다. The trend
상기 발전데이터수집모듈(111a)은 각 태양광 발전장치(3)로부터 일발전량, 일발전량편차 등과 같은 정보를 수집하는 구성으로, IoT 망, 바람직하게는 소물인터넷망을 이용하여 수집되도록 할 수 있으며, 태양광 발전장치(3)들에 대한 그룹화를 위해 기초 정보를 수집하게 된다. The power generation data collection module 111a is configured to collect information such as the amount of power generation and the amount of power generation deviation from each
상기 발전데이터가공모듈(111b)은 각 태양광 발전장치(3)의 고장이력, 유지보수이력과 같은 정보를 통해 상기 발전데이터수집모듈(111a)에서 수집된 정보를 가공하는 구성이다. 즉, 특정 태양광 발전장치(3)의 특정 기간의 발전량이 급격히 저하된 정보가 수집된 경우라도, 그 기간 동안 해당 태양광 발전장치(3)의 일부 또는 대부분이 정기점검 또는 고장 등의 이유로 유지보수 진행된 상태라면, 상기 발전데이터가공모듈(111b)에서 이를 반영하여 해당 태양광 발전장치(3)의 발전량 정보를 수정, 가공함으로써 해당 태양광 발전장치(3)에 대한 정확한 발전량 추세 정보를 획득할 수 있게 된다. 이를 위해 상기 발전데이터가공모듈(111b)은 고장보수정도수신모듈(111b-1), 고장보수시간정보수신모듈(111b-2), 고장보수지수산출모듈(111b-3), 가공연산모듈(111b-4)을 포함할 수 있다. The power generation data processing module 111b is configured to process information collected by the power generation data collection module 111a through information such as failure history and maintenance history of each
상기 고장보수정도수신모듈(111b-1)은 각 태양광 발전장치(3)에 대한 고장 또는 유지보수의 정도에 관한 정보를 수신하는 구성으로, 각 태양광 발전장치(3)의 전부에 대해 고장 또는 유지보수가 이루어졌는지, 어느 정도의 비율로 고장 또는 유지보수가 이루어져 작동이 중단되었는지에 관한 정보를 수신하도록 한다. 일 예로, 상기 태양광 발전장치(3)는 복수의 어레이(33) 등이 하나의 단위로 형성될 수 있으며, 그 중 일부에 대해서만 고장, 유지보수 작업이 이루어지는 경우 그 비율에 대한 정보를 수신하도록 할 수 있다. 상기 고장보수정도수신모듈(111b-1)은 고장 또는 유지보수가 이루어지는 경우 작업자의 별도 입력에 의한 정보를 수신하도록 할 수 있다. The faulty repair accuracy receiving module 111b-1 is configured to receive information on the fault or the degree of maintenance for each of the
상기 고장보수시간정보수신모듈(111b-2)은 고장 또는 유지보수가 이루어진 시간에 관한 정보를 수신하는 구성으로, 역시 작업자의 별도 입력에 의한 정보를 수신하도록 할 수 있다. The troubleshooting time information receiving module 111b-2 may be configured to receive information regarding a time when a failure or maintenance is performed, and may also receive information by a separate input of an operator.
상기 고장보수지수산출모듈(111b-3)은 고장보수정도수신모듈(111b-1) 및 고장보수시간정보수신모듈(111b-2)에 의해 수신되는 고장 또는 유지보수에 대한 정도와 시간정보를 이용하여 고장보수에 대한 지수(이하 '고장보수지수'라 함)를 산출하는 구성으로, 여기서 고장보수지수라 함은 각 태양광 발전장치(3)에 대해 고장 또는 유지보수로 인해 작동이 불능된 정도를 의미한다. The troubleshooting index calculation module 111b-3 uses the degree and time information on the failure or maintenance received by the troubleshooting level receiving module 111b-1 and the troubleshooting time information receiving module 111b-2. By calculating the index for failure repair (hereinafter referred to as 'failure maintenance index'), where the failure repair index is the degree of inoperability due to failure or maintenance for each photovoltaic device (3) Means.
상기 가공연산모듈(111b-4)은 고장보수지수산출모듈(111b-3)에 의해 산출된 고장보수지수를 이용하여 발전량 데이터를 가공하는 구성으로, 고장 또는 유지보수에 의해 작동되지 못했던 만큼 발전량 데이터를 증가시켜 수정할 수 있도록 한다. 일 예로, 특정 태양광 발전장치(3)의 전체 어레이 중 1/3에 대해 24시간 동안 고장 또는 유지보수로 전력 생산이 중단되었던 경우에는 고장보수지수를 1/3로 산출할 수 있으며, 수집된 해당 태양광 발전장치(3)의 일 발전량 데이터에 대해 3/2(1.5배)를 곱하여 가공된 발전량 데이터가 산출될 수 있도록 한다. The processing operation module 111b-4 processes power generation data using the failure repair index calculated by the failure maintenance index calculation module 111b-3, and generates power generation data as it is not operated by failure or maintenance. To increase the modification. For example, when power generation is stopped due to failure or maintenance for one-third of the entire array of the specific
상기 발전데이터정제모듈(111c)은 각 태양광 발전장치(3)들이 위치하는 지역기상정보, 환경정보와 같은 정보를 통해 발전량 추세에 대한 오류 정보를 최소화하는 구성이다. 즉, 특정 기간의 태양광 발전장치(3)들 중 발전량이 비슷한 경우라도 해당 태양광 발전장치(3) 각각이 위치한 환경 즉, 일사량 정보나 온도, 습도 등이 차이나는 상황인 경우라면 이러한 경우까지 동일한 발전량을 보이는 그룹으로 묶게 되면 그룹화 결과에 신뢰성이 저하되게 된다. 따라서, 상기 발전데이터정제모듈(111c)에서는 상기 발전데이터수집모듈(111a) 내지 발전데이터가공모듈(111b)에서 제공된 정보에 더해 각 태양광 발전장치(3)들이 위치하는 지역기상정보, 환경정보와 같은 정보를 반영함으로서 각 태양광 발전장치(3)들의 발전량 추세에 대한 오류 정보를 최소화하게 되고, 이를 통해 후술할 그룹화모듈(111e)에서 신뢰성 있는 그룹화가 진행될 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 발전데이터정제모듈(111c)은 환경정보수신모듈(111c-1), 환경지수산출모듈(111c-2), 정제연산모듈(111c-3)을 포함할 수 있다. The power generation
상기 환경정보수신모듈(111c-1)은 각 태양광 발전장치(3)가 위치하는 지역의 기상, 환경정보를 수집하는 구성으로, 일사량, 온도, 습도 등의 정보가 수신될 수 있도록 한다. The environmental
상기 환경지수산출모듈(111c-2)은 환경정보수신모듈(111c-1)에 의해 수신된 환경정보에 따른 환경지수를 산출하는 구성으로, 일사량, 온도, 습도 등의 정보를 일정 구간으로 해당 구간에 따라 환경지수를 산출할 수 있도록 한다. 일 예로, 상기 환경지수산출모듈(111c-2)은 일사량이 높거나 온도가 높을수록 높은 환경지수를 갖도록 설정할 수 있으며, 과거 발전량 데이터를 바탕으로 각 환경정보와 발전량의 상관관계를 분석하여 환경지수가 결정되도록 할 수 있다. 또한, 본 발명은 이상 진단 결과의 검증에 의해 환경지수 등이 지속적으로 갱신되므로, 시스템의 사용에 따라 환경지수 등의 값은 지속적으로 갱신되어 그 정확성이 높아지게 된다. The environmental
상기 정제연산모듈(111c-3)은 환경지수산출모듈(111c-2)에 의해 산출된 환경지수를 적용하여 가공된 발전량 데이터를 정제하는 구성으로, 예를 들어 정제된 발전량 데이터가 동일한 환경조건이라는 가정하에서 비교될 수 있도록 각각의 환경지수의 역수를 가공된 발전량 데이터에 곱하여 정제된 발전량 데이터가 산출되도록 할 수 있다. The
상기 발전데이터보정모듈(111d)은 각 태양광 발전장치의 설비특성에 따라 정제된 발전량 데이터를 보정하는 구성으로, 태양광모듈(31)의 개수, 설치각도, 모듈의 종류 등에 따른 설비 특성을 반영하여 보정하도록 한다. 이를 위해, 상기 발전데이터보정모듈(111d)은 설비정보수신모듈(111d-1), 특성지수산출모듈(111d-2), 보정연산모듈(111d-3)을 포함할 수 있다. The power generation
상기 설비정보수신모듈(111d-1)은 각 태양광 발전장치(3)별 설비 정보를 수집하는 구성으로, 태양광모듈(31)의 개수, 설치각도 내지 방향, 모듈의 종류 등의 정보를 수집하도록 하며, 진단서버(1)에 등록된 정보를 불러오도록 할 수 있다. 구체적으로 각 태양광 발전장치(3)는 설치방향이 모두 동일하다고 할 수 없고, 모듈의 종류나 개수가 상이할 수 있으므로, 다른 조건이 동일하다 하더라도 발전량이 상이하게 된다. 따라서, 각 태양광 발전장치(3)의 설비정보를 이용하여 발전량 데이터를 보정할 수 있도록 한다. The facility
상기 특성지수산출모듈(111d-2)은 발전량에 영향을 미치는 태양광 발전장치(3)의 설비 특성에 따른 지수를 산출하는 구성으로, 예를 들어 모듈의 개수, 설치 방향에 따른 발전량의 비율 등을 설정하도록 한다. 예를 들어 모듈의 개수 기준을 100개로 할 경우에는 400개의 태양광모듈(31)이 설치된 태양광 발전장치(3)에 대해서는 발전량 데이터에 0.25를 곱하도록 하고, 남향을 기준으로 할 경우 북향이 남향에 비해 발전량이 50%에 불과한 경우에는 북향의 태양광 발전장치(3)에 대해서는 발전량 데이터를 2배 할 수 있도록 하며, 태양광모듈(31)이 400개고 북향인 태양광 발전장치(3)에 대해 0.25 X 2 = 0.5의 특성지수가 산출되도록 할 수 있다. The characteristic
상기 보정연산모듈(111d-3)은 특성지수산출모듈(111d-2)에 의해 산출된 특성지수에 따라 발전량 데이터를 보정하는 구성으로, 모듈의 개수, 설치 방향 등을 고려하여 산출된 특성지수를 발전량 데이터에 적용하도록 한다. 따라서, 상기와 같이 특성지수가 0.5로 산출되는 경우에는 발전량 데이터에 0.5를 곱하는 방식으로 보정 데이터를 산출하도록 할 수 있으며, 그 밖에 다양한 산식과 기준에 따라 발전량 데이터를 보정하도록 할 수 있다. The
상기 그룹화모듈(111e)은 상기 발전데이터보정모듈(111d)에서 산출된 데이터에 군집화 알고리즘(군집화 기준을 토대로 군집화하는 프로그램)을 적용하여 태양광 발전장치(3)들을 유사한 발전량 추세를 보이는 그룹별로 그룹화하는 구성이다. The
일 예로, 상기 그룹화모듈(111e)은 각 태양광 발전장치(3)들에 대해 일정기간 동안의 일 누적 발전량 데이터를 기준으로 일간 편차가 가장 유사한 태양광 발전장치(3)들별로 발전소 그룹화를 진행할 수 있다. 이는 각 태양광 발전장치(3)의 해당 환경정보나 유지보수 이력정보, 설비특성 등을 반영하여 가장 유사한 일 발전량 패턴을 보이는 태양광 발전장치(3)들별로 그룹화를 함으로써, 해당 그룹화된 태양광 발전장치(3)들 중 어느 하나가 다른 태양광 발전장치(3)들과 다르게 오차 범위를 벗어나는 일 발전량 패턴을 보이는 경우라면 상기 이상진단부(13)에서 이상 여부를 진단하게 될 것이다. For example, the
다른 예로, 상기 그룹화모듈(111e)은 각 태양광 발전장치(3)들에 대해 일정기간 동안의 평균발전율 추세(데이터)를 기준으로 평균발전율이 가장 유사한 태양광 발전장치(3)들별로 발전소 그룹화를 진행할 수 있다. 이는 일정기간 동안의 가장 유사한 발전량 패턴을 보이는 태양광 발전장치(3)들별로 그룹화함으로써, 해당 그룹화된 태양광 발전장치(3)들 중 어느 하나가 다른 태양광 발전장치(3)들과 다르게 평균 발전율 대비 오차 범위를 벗어나는 전일 발전량을 보이는 경우라면 이상진단부(13)에서 이상 여부를 진단하게 될 것이다. As another example, the
또 다른 예로, 상기 그룹화모듈(111e)은 일정기간 동안의 설치용량 대비 일 최대발전량 추세(데이터)를 기준으로 설치용량을 감안한 일 최대 발전량 편차가 가장 유사한 태양광 발전장치(3)들별로 발전소 그룹화를 진행할 수 있다. 이는 누적 데이터나 평균 데이터 대비 가장 짧은 기간의 데이터를 토대로 그룹화하고 또한 이를 토대로 그룹 내 타 태양광 발전장치(3)들 대비 일 최대 발전량 편차가 오차 범위를 벗어나는 경우를 이상진단부(13)에서 이상 여부로 진단함으로써 상대적으로 신속하게 진단이 가능한 특징을 갖게 된다. As another example, the
상기 그룹최적화모듈(111f)은 그룹화모듈(111e)에 의해 설정된 그룹을 사용에 따라 갱신하여 최적화하는 구성으로, 상기 이상진단부(13)에 의해 진단된 태양광 발전장치(3)의 이상 정보와 실제 발생한 이상 정보를 비교하여 정확성을 검증하고, 이에 따라 각 지수들을 수정하여 재그룹화가 이루어질 수 있도록 한다. 상기 그룹최적화모듈(111f)은 진단 결과가 실제와 일치하지 않는 경우 고장보수지수, 환경지수, 특성지수를 수정하여 진단 결과가 실제와 일치하도록 하며, 이때 각 지수의 수정은 발전량 데이터에 대한 반영 정도가 큰 지수부터 조절이 이루어지도록 할 수 있다. 이를 위해, 상기 그룹최적화모듈(111f)은 진단검증모듈(111f-1), 지수비교모듈(111f-2), 지수조절모듈(111f-3), 그룹자동변경모듈(111f-4)을 포함할 수 있다. The
상기 진단검증모듈(111f-1)은 이상 진단의 정확성 여부를 검증하는 구성으로, 이상진단부(13)에 의한 태양광 발전장치(3)의 이상 진단, 더욱 정확하게는 후술할 고장진단부(131)에 의한 태양광 발전장치(3)의 고장 여부와 실제 태양광 발전장치(3)의 고장 발생 여부를 비교하여 검증하도록 한다. 따라서, 상기 진단검증모듈(111f-1)은 진단된 고장 여부와 실제 고장 발생이 일치하지 않는 경우 결과가 일치할 수 있도록 각 지수들을 조절하고 재그룹화를 진행할 수 있도록 한다. The
상기 지수비교모듈(111f-2)은 진단 결과가 실제와 일치하지 않는 경우 각 지수들을 비교하는 구성으로, 고장보수지수, 환경지수, 특성지수를 비교하도록 하여 발전량 데이터를 가장 큰 비율로 변경시키는 지수부터 지수조절모듈(111f-3)에 의한 지수의 조절이 이루어질 수 있도록 한다. The
상기 지수조절모듈(111f-3)은 각 지수를 조절하여 이상진단부(13)에 의한 고장의 진단 결과와 실제 고장 결과를 일치시키도록 하는 구성으로, 지수비교모듈(111f-2)에 의해 비교된 결과에 따라 발전량 데이터에 가장 큰 영향을 미치는 지수부터 조절이 이루어지도록 한다. 다만, 상기 지수조절모듈(111f-3)은 각 지수에 대해 조절될 수 있는 범위를 미리 정할 수 있도록 하며, 해당 범위까지의 조절에도 고장 결과가 일치하지 않는 경우에는 그 다음 큰 영향을 미치는 지수를 조절하여 결과를 일치시킬 수 있도록 한다. 따라서, 상기 지수조절모듈(111f-3)은 각 지수에 대해 순차적으로 조절이 이루어질 수 있도록 하며, 결과가 일치할 때까지 설정된 범위를 변경하여 조절이 이루어지도록 할 수도 있다. The
상기 그룹자동변경모듈(111f-4)은 상기 지수조절모듈(111f-3)에 의해 조절된 지수에 따라 그룹을 자동으로 변경하여 재그룹화하는 하도록 한다. 따라서, 상기 그룹자동변경모듈(111f-4)은 시간이 지날수록 그룹화의 정확성이 자동으로 향상될 수 있도록 하여 이상 진단의 정확성을 높일 수 있게 된다. The group
상기 환경기준그룹화부(113)는 동일한 환경지역을 동일한 그룹으로 설정하는 구성으로, 앞서 설명한 바와 같이 상기 그룹화부(11)는 발전량 추세에 따라 태양광 발전장치(3)들을 그룹화하는 것을 원칙으로 하나, 기상, 환경의 차이 내지 변화가 심한 지역에서는 발전량 추세에 우선하여 기상, 환경조건 등이 동일한 지역을 먼저 동일한 그룹으로 그룹화하고, 동일한 그룹 내에서 상기 추세기준그룹화부(111)에 의한 그룹의 세분화를 진행하도록 할 수도 있다. 다만, 환경기준그룹화부(113)에 의해 먼저 그룹화를 진행하는 경우에는 상기 발전데이터정제모듈(111c)은 진행하지 않도록 할 수 있다. 상기 환경기준그룹화부(113)는 도 5에 도시된 바와 같이 환경정보수집모듈(113a), 환경지역설정모듈(113b)을 포함할 수 있다. The environmental
상기 환경정보수집모듈(113a)은 태양광 발전장치(3)가 설치된 지역의 환경정보를 수집하는 구성으로, 분획모듈(113a-1), 환경정보추출모듈(113a-2)을 포함할 수 있다. The environmental
상기 분획모듈(113a-1)은 태양광 발전장치(3)가 설치된 지역을 가로 및 세로로 등분하여 복수 개의 단위 격자를 형성하는 구성으로, 단위 격자마다 환경정보를 수집하여 태양광 발전장치(3)가 위치한 지점의 정확한 기상 정보를 수집할 수 있도록 한다. The
상기 환경정보추출모듈(113a-2)은 각 단위 격자에 대한 환경정보를 추출하는 구성으로, 태양광 발전에 영향을 미치는 일사량, 온도, 습도, 바람의 세기 등에 관한 정보를 추출하도록 한다. 상기 환경정보추출모듈(113a-2)은 각 단위 격자에 설치된 환경센서를 이용하거나 기상청의 자료를 이용하도록 할 수 있으며, 환경정보 역시 IoT 망, 바람직하게는 소물인터넷망을 이용해 수집될 수 있도록 한다. The environmental
상기 환경지역설정모듈(113b)은 수집된 환경정보에 의해 환경정보가 동일한 지역의 태양광 발전장치(3)들을 하나의 그룹으로 설정하도록 하는 구성으로, 동일환경지역이라 함은 동일한 태양광 발전장치가 사용되었을 때 동일한 양의 전기를 생산할 수 있도록 일조량, 온도, 바람의 세기 등의 환경요인이 동일한 것을 의미한다. 또한, 환경정보는 지속적으로 변화하므로 상기 환경지역설정모듈(113b)에 의해 설정되는 그룹으로 변화되는 환경에 따라 지속적으로 변화하게 된다. The environmental zone setting module 113b is configured to set the
상기 이상진단부(13)는 그룹화된 태양광 발전장치(3)들 내에서 오차 범위를 벗어난 발전량을 나타내는 특정 태양광 발전장치(3)를 선별하는 구성으로, 단순히 고장의 발생을 진단하는 것에 더하여 고장이 발생하지는 않았으나 일정 기간 내에 고장이 발생할 위험을 진단하여 예측할 수 있도록 하고, 또한 고장 위험까지는 아니더라도 태양광 발전장치(3)의 출력이 저하되고 있음을 감지하여 이를 알리도록 할 수 있다. 이를 위해, 상기 이상진단부(13)는 도 6에 도시된 바와 같이 고장진단부(131), 고장위험예측부(133), 열화감지부(135)를 포함할 수 있다. The
상기 고장진단부(131)는 태양광 발전장치(3)의 고장을 진단하는 구성으로, 상기 그룹화부(11)에 의해 동일한 그룹으로 지정된 태양광 발전장치(3)들 내에서 발전량 편차가 일정 오차범위를 벗어나는 태양광 발전장치(3)에 대해 고장으로 진단하도록 한다. 따라서, 상기 고장진단부(131)는 그룹화의 기준에 따라 전일 발전량과 금일 발전량을 비교하여 일 누적 발전량, 평균 발전율, 최대 발전량 중 어느 하나가 오차 범위를 벗어난 경우 해당 태양광 발전장치(3)를 고장으로 진단하도록 한다. The
상기 고장위험예측부(133)는 오차 범위가 고장으로 진단될 정도로 발생하지는 않았으나 일정 범위의 오차가 일정 시간 이상 지속되는 경우 일정 기간 내에 고장 발생 위험이 존재하는 것으로 예측하여 이를 알릴 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 고장위험예측부(133)는 오차 범위와 시간에 따라 위험지수를 산정하도록 하며, 위험지수에 따라 고장이 발생할 위험이 높은 기간을 설정하여 알리도록 할 수 있다. 상기 고장위험예측부(133)는 오차감시모듈(133a), 지속시간계측모듈(133b), 위험지수산출모듈(133c), 고장예측정보알림모듈(133d)을 포함한다. The failure
상기 오차감시모듈(133a)은 동일한 그룹 내에서 특정 태양광 발전장치(3)의 발전량 편차가 설정된 범위에 존재하는 경우 이를 지속적으로 감시하는 구성으로, 그 오차 정도와 시간에 따라 위험지수를 산출할 수 있도록 한다. 여기서 발전량의 편차는 고장 진단시와 동일하게 일 누적 발전량, 평균 발전율, 최대 발전량 중 어느 하나일 수 있으며, 설정된 범위는 고장으로 진단되는 오차범위보다는 낮은 값이나 일정 시간 이상 지속되면 고장이 발생할 위험이 높은 범위를 의미한다. The
상기 지속시간계측모듈(133b)은 오차감시모듈(133a)에 의해 설정된 범위에 해당하는 오차가 감지되는 경우 그 지속시간을 계측하는 구성으로, 그 지속시간에 따라 위험지수가 산출될 수 있도록 한다. The duration measurement module 133b is configured to measure the duration of time when an error corresponding to a range set by the
상기 위험지수산출모듈(133c)은 오차 정도 및 지속시간에 따라 위험지수를 산출하는 구성으로, 위험지수는 오차가 클수록, 지속시간이 길수록 높은 값을 나타내도록 할 수 있다. 따라서, 상기 위험지수산출모듈(133c)에 의해 산출되는 위험지수가 높을수록 빠른 시일 내에 고장이 발생할 위험이 높다는 것을 의미하게 된다. The risk
상기 고장예측정보알림모듈(133d)은 위험지수산출모듈(133c)에 의해 산출되는 위험지수에 따라 고장이 발생할 가능성이 높은 시점에 관한 정보를 제공하는 구성으로, 위험지수에 따라 고장이 발생할 가능성이 높은 시점을 미리 설정하여 두고 이에 따라 정보의 제공이 이루어질 수 있도록 한다. 위험지수에 따른 시점 정보는 실험적 또는 과거 데이터를 기반으로 설정될 수 있으며, 예를 들어 위험지수를 10개 구간으로 나누어 가장 높은 1구간일 경우에는 10일 내, 2구간일 경우에는 20일 내 등 위험지수의 각 구간에 따라 고장이 발생할 위험이 높은 시점을 예측하여 제공하도록 할 수 있다. The failure prediction
상기 열화감지부(135)는 고장 진단 또는 고장위험 예측에도 해당되지 않으나 발전량 오차의 변화율이 일정값을 초과하여 일정 시간 이상 지속되는 경우 태양광 발전장치(3)의 출력이 저하되고 있음을 감지하여 이를 경보할 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 열화감지부(135)는 기울기산출모듈(135a), 임계확인모듈(135b), 시간정보측정모듈(135c), 열화경보모듈(135d)을 포함할 수 있다. The degradation detection unit 135 does not correspond to failure diagnosis or failure risk prediction, but if the rate of change of power generation error exceeds a predetermined value and lasts for a predetermined time, it detects that the output of the
상기 기울기산출모듈(135a)은 태양광 발전장치(3) 발전량 오차의 변화율에 따라 기울기를 산출하는 구성으로, 고장진단부(131), 고장위험예측부(133)와 같이 동일한 그룹 내에서 특정 태양광 발전장치(3) 발전량 오차의 변화율을 산출하도록 한다. 역시 상기 기울기산출모듈(135a)도 그룹화 기준에 따라 발전량 오차의 변화율을 산출하도록 하며, 그 기울기가 임계값을 초과하는 경우 그 지속시간을 측정하여 열화에 대한 경보가 이루어질 수 있도록 한다. The slope calculation module 135a is configured to calculate a slope according to the rate of change of the amount of power generation error of the
상기 임계확인모듈(135b)은 기울기산출모듈(135a)에 의해 산출된 기울기가 설정된 임계값을 초과하는지 여부를 확인하는 구성으로, 임계값이 초과되는 경우 그 지속시간이 계측될 수 있도록 한다. The threshold check module 135b is configured to check whether the slope calculated by the slope calculation module 135a exceeds a set threshold value, so that the duration can be measured when the threshold value is exceeded.
상기 시간정보측정모듈(135c)은 임계확인모듈(135b)에서 오차의 변화율이 임계값을 초과하는 것으로 확인되는 경우 초과되는 기울기의 지속시간을 측정할 수 있도록 한다. The time information measuring module 135c may measure the duration of the excessive slope when the rate of change of the error in the threshold checking module 135b exceeds the threshold.
상기 열화경보모듈(135d)은 임계값을 초과하는 기울기가 일정 시간 이상 지속되는 경우 해당 태양광 발전장치(3)의 열화가 진행되고 있는 것으로 판단하여 이를 작업자 등에게 알릴 수 있도록 하고, 이에 대한 관리가 이루어질 수 있도록 한다. 따라서, 본 발명은 고장이 발생하기 전에도 미리 고장을 예측하거나 열화를 감지할 수 있도록 하여 태양광 발전장치(3)의 운영 및 유지를 편하게 하고 그 비용이 절약되도록 할 수 있다. The degradation alarm module 135d determines that the deterioration of the
상기 태양광 발전장치(3)는 태양광(빛 에너지)를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 장치로, 최소 단위의 태양광모듈(31)들이 모여 스트링(32)과 어레이(33)를 이루게 되는데, 일반적으로 태양광 패널이라고 부르기도 하는 어레이(33)들이 군집되어 태양광 발전장치(3)를 형성하게 된다. 본 발명에서 의미하는 태양광 발전장치(3)는 앞서 설명한 바와 같이 지상에 설치되는 태양광 발전소만을 의미하는 것이 아니라, 건물 옥상, 수상 내지 건물 외벽 등에 설치되는 건물일체형 태양광 발전장치(BIPV) 등을 포함한 다양한 형태의 태양광 발전장치(3)를 포함한다. The
특히, 상기 태양광 발전장치(3)는 태양광 발전장치(3) 각각에 각 태양광 발전장치(3)의 어레이(33) 내 복수의 스트링(32)에 각각 연결되어 발전장치의 이상 발생시 특정 태양광모듈(31)에서의 음영 내지 고장으로 인한 스트링(32) 간의 전력 편차를 최소화하는 스트링평준화부(36);를 추가로 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명은 상기 이상진단부(13)에 의해 태양광 발전장치(3)의 이상 진단이 이루어질 수 있도록 하면서, 이상 진단에 대한 조치가 이루어질 때까지 각 스트링(32) 간의 전력을 평준화하여 효율적인 전력의 발생 및 공급이 이루어지도록 함으로써, 태양광 발전장치(3)의 이상에 의한 피해를 최소화할 수 있도록 한다. (참고로, 태양광모듈(31)이 직렬로 연결되어 직렬회로를 구성하는 스트링(32), 상기 스트링(32)이 복수 개 병렬로 연결되어 이루는 어레이(33), 태양광을 이용하여 발전된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 수용가에 공급하는 인버터(34) 및 상기 어레이(33)와 인버터(34) 사이에서 결선을 용이하게 하고 각종 보호 기능을 수행하는 접속반(35) 등의 구성은 태양광 발전장치(3)를 이루는 관용 구성으로 별도의 설명은 생략하도록 한다)In particular, the
상기 스트링평준화부(36)는 상기 복수의 스트링(32)에 각각 연결되어 특정 모듈(31)에서의 음영 내지 고장으로 인한 스트링(32) 간의 전력 편차를 최소화하는 구성으로, 효율적인 전력의 출력이 가능하도록 한다. 특히, 상기 스트링평준화부(36)는 각 스트링(32)과 연결되는 전력저장부(363)를 마련하여, 각 스트링(32)과의 충방전을 통해 전력 편차를 최소화하도록 함으로써 간단한 구성만으로 스트링간 전력의 평준화가 용이하게 이루어지도록 할 수 있다. 또한, 상기 스트링평준화부(36)는 각 스트링(32)에 대한 충방전 동작에 관한 정보를 누적저장하여 잦은 출력저하가 발생하는 스트링(32)을 감지할 수 있도록 한다. 이를 위해 상기 스트링평준화부(36)는 도 8에 도시된 바와 같이 복수의 스트링(32)별 출력 전류 또는 전압을 측정하는 전력측정부(361)와, 복수의 스트링(32)별 전력을 보상 또는 전력을 흡수하는 전력저장부(363)와, 상기 전력측정부(361)의 데이터를 토대로 상기 전력저장부(363)를 제어하는 제어부(365), 이상이 발생한 스트링(32)을 감지하는 스트링진단부(367)를 포함할 수 있다. The
상기 전력측정부(361)는 복수의 스트링(32)별 출력 전류 또는 전압을 측정하는 구성으로, 이를 위해 복수의 스트링(32) 각각에 별도로 설치된 센서(361a)들을 통해 각각의 스트링(32)별 출력 전류 및/또는 전압을 측정하여 스트링(32)별 출력 전력에 대한 정보를 상기 제어부(365)에 전송하게 된다. 도 8에 도시된 예에서와 같이, 상기 센서(361a)들은 복수의 스트링(32) 각각에 대해 각 스트링(32)에서 출력되는 전류 및/또는 전압을 측정할 수 있도록 각 스트링(32) 단에 설치되는 전류 및/또는 전압 센서로 형성될 수 있으며, 상기 전력측정부(361)는 상기 센서(361a)들에서 전송되는 정보를 토대로 각 스트링(32)별 출력 전력에 대한 정보를 상기 제어부(365)에 전송하게 된다. 상기 전력측정부(361)에서 측정되어 전송되는 정보를 통해, 각 스트링(32)에서 정상 상태의 전력이 생산되어 출력되는지 아니면 특정 스트링(32)에서 특정 태양광모듈(31)의 고장 내지 음영 등에 의한 영향으로 발전량이 저하되어 저하된 전력이 출력되는지 등 각 스트링(32)별 출력 전력량을 확인할 수 있게 된다. The
상기 전력저장부(363)는 복수의 스트링(32)별 전력을 보상 또는 전력을 흡수하는 구성으로, 이를 위해 전력 충방전이 가능한 에너지저장장치(ESS)를 복수의 스트링(32) 각각과 연결시켜 특정 스트링(32)별로 전력을 보상하거나 또는 전력을 흡수할 수 있게 함으로써 어레이(33)를 이루는 병렬 연결된 스트링(32) 간 전력 편차를 최소화하거나 또는 없앨 수 있도록 한다. The
상기 제어부(365)는 상기 전력측정부(361)의 데이터를 토대로 상기 전력저장부(363)를 제어하는 구성으로, 단순히 음영 내지 특정 모듈의 고장 등으로 발전량이 저하된 스트링만을 대상으로 해당 스트링에 전력보상장치를 통해 보상 전력을 공급하는 종래 기술의 경우에는, 발전전력이 저하된 스트링에 전력을 보상하기 위해 별도의 전력저장장치(ESS)에 전력을 미리 저장하고 있어야 하기 때문에 태양광 발전량이 큰 시설에서는 전력보상장치용 전력저장장치(ESS) 역시 대용량으로 구비(일 예로, 10kW 발전량으로 1시간 보상하는 경우에는 10kWh 배터리 용량이 충전되어 있어야 하고, 만약 발전량 저하량과 저하시간이 상대적으로 길어지는 경우에 대비하기 위해서는 태양광 발전 용량 대비 큰 배터리 용량의 전력저장장치(ESS)가 전력보상용으로 구비)되어야만 하여 비용 및 경제적으로 효율이 크게 저감됨은 물론, 별도의 전력저장장치(ESS) 충전을 위한 계통 연결 내지 구성(보상태양광 패널 등)을 구비해야 하는 문제가 있었던바, 본 발명에서는 단순히 출력 전력이 저감된 스트링(32)에 대한 전력 보상만으로 문제를 해결하는 것이 아니라, 어레이(33) 전체적으로 보았을 때 각 스트링(32) 간의 전력 편차를 최소화 내지 없애는 방식으로의 해결책을 제시하는 것이다. 이를 위해 상기 제어부(365)는 상기 전력저장부(363)의 충전량 상태를 판단하는 저장상태판정모듈(365a)과, 상기 저장상태판정모듈(365a)에서 판단한 전력저장부(363)의 충전량 상태에 따라 전력저장부의 방전 또는 충전 여부를 결정하는 저장제어모듈(365b)과, 상기 저장제어모듈(365b)에서 결정하는 방전 또는 충전 여부에 따라 전력을 보상 또는 전력을 흡수할 스트링(32)을 결정하여 전력저장부(363)와 연결시키는 연결조절모듈(365c)을 포함할 수 있다. 즉, 각 스트링(32) 간의 전력 편차를 최소화하기 위해 각 스트링(32) 단과 연결되는 전력저장부(363)의 충전량 상태에 따라, 충전량이 충분한 경우에는 출력 전력이 저하된 스트링(32)에 전력저장부(363)로부터 보상 전력을 공급(즉, 전력저장부(363)의 방전)하여 해당 스트링(32)의 전력을 높여 전체적인 스트링(32) 간 전력 편차를 없애고, 반대로 충전량이 부족한 경우에는 출력 전력이 높은 스트링(32)들로부터 전력저장부(363)로 전력을 흡수(즉, 전력저장부(363)의 충전)하여 해당 스트링(32)의 전력을 낮춰 전체적인 스트링(32) 간 전력 편차를 없애는 방식을 적용시킴으로써, 상기 전력저장부(363)가 계속 보상전력을 공급해야 하는 구조가 아니므로 전력저장부(363)가 대용량으로 구비되어야 할 필요가 없고 또한, 전력저장부(363)의 충방전이 해당 어레이(33) 내에서 이루어지게 되므로 전력저장부(363) 충전만을 위한 별도의 계통 내지 구성을 구비해야 할 필요도 없게 된다. The
상기 저장상태판정모듈(365a)은 상기 전력저장부(363)의 충전량 상태를 판단하는 구성으로, 상기 저장상태판정모듈(365a)을 통해 전력저장부(363) 충전량이 보상전력으로 공급하기에 충분한 상태인지에 대한 정보를 제공하면 후술할 저장제어모듈(365b)에서 전력저장부(363)의 방전 또는 충전 여부를 결정하게 된다. The storage
상기 저장제어모듈(365b)은 상기 저장상태판정모듈(365a)에서 판단한 전력저장부(363)의 충전량 상태에 따라 전력저장부(363)의 방전 또는 충전 여부를 결정하는 구성으로, 이를 위해 상기 저장제어모듈(365b)은 전력저장부(363)의 충전량이 충분한 경우 전력저장부의 방전을 통해 출력 전력이 저하된 스트링(32)에 전력을 보상할 수 있게 하는 방전제어모듈(365b-1)과, 전력저장부(363)의 충전량이 부족한 경우 전력저장부의 충전을 통해 출력 전력이 높은 스트링(32)의 전력을 흡수하여 스트링(32) 간의 전력 편차를 최소화할 수 있게 하는 충전제어모듈(365b-2)을 포함할 수 있다. The
상기 방전제어모듈(365b-1)은 상기 저장상태판정모듈(365a)에서 판단한 전력저장부(363)의 충전량이 충분한 경우에 이를 토대로 전력저장부의 방전을 통해 출력 전력이 저하된 스트링(32)에 전력을 보상할 수 있게 제어하는 구성으로, 상기 방전제어모듈(365b-1)에서 전력저장부의 방전을 통해 출력 전력이 저하된 스트링(32)에 전력을 보상하여 전체적인 스트링(32) 간 전력편차를 최소화할 수 있도록 제어가 결정되면, 후술할 연결조절모듈(365c)에서는 전력을 보상할 스트링(32)을 결정하여 전력저장부(363)와 연결시킴으로써 상기 방전제어모듈(365b-1)에 의한 제어가 원활하게 이루어질 수 있도록 한다. The
상기 충전제어모듈(365b-2)은 상기 저장상태판정모듈(365a)에서 판단한 전력저장부(363)의 충전량이 부족한 경우에 이를 토대로 전력저장부의 충전을 통해 출력 전력이 높은 스트링(32)의 전력을 흡수할 수 있게 제어하는 구성으로, 상기 충전제어모듈(365b-2)에서 전력저장부의 충전을 통해 출력 전력이 높은 스트링(32)으로부터 전력을 흡수하여 전체적인 스트링(32) 간 전력편차를 최소화할 수 있도록 제어가 결정되면, 후술할 연결조절모듈(365c)에서는 전력을 흡수할 스트링(32)을 결정하여 전력저장부(363)와 연결시킴으로써 상기 충전제어모듈(365b-2)에 의한 제어가 원활하게 이루어질 수 있도록 한다. When the
상기 연결조절모듈(365c)은 상기 저장제어모듈(365b)에서 결정하는 방전 또는 충전 여부에 따라 전력을 보상 또는 전력을 흡수할 스트링(32)을 결정하여 전력저장부(363)와 연결시키는 구성으로, 각 스트링(32)에서 출력되는 전력이 동일해지도록 각 스트링(32)에 대한 방전 또는 충전량을 결정하여 연결이 이루어질 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 연결조절모듈(365c)은 상기 연결조절모듈(365c)은 상기 방전제어모듈(365b-1)이 전력저장부(363)를 방전시키는 경우에 복수의 스트링(32) 중 출력 전력이 저하된 스트링(32)을 특정하여 전력저장부(363)와 연결시키는 보상연결모듈(365c-1)과, 상기 충전제어모듈(365b-2)이 전력저장부(363)를 충전시키는 경우에 복수의 스트링(32) 중 출력 전력이 높은 스트링(32)을 전력저장부(363)와 연결시키는 흡수연결모듈(365c-2)을 포함할 수 있다. The
상기 보상연결모듈(365c-1)은 상기 방전제어모듈(365b-1)이 전력저장부(363)를 방전시키는 경우에 복수의 스트링(32) 중 출력 전력이 저하된 스트링(32)을 특정하여 전력저장부(363)와 연결시키는 구성으로, 일 예로, 도 8을 참조하면, 스트링(32) 1에서 특정 태양광모듈(31)에 음영 내지 고장으로 인해 출력 전력이 저하되고, 나머지 스트링(32) 2~4에서는 정상 출력 전력이 나오는 상황에서, 상기 저장상태판정모듈(365a)에서 판단한 전력저장부(363)의 충전량이 충분한 경우에, 이를 토대로 상기 방전제어모듈(365b-1)에서 전력저장부의 방전을 통해 출력 전력이 저하된 스트링(32) 1에 전력을 보상할 수 있게 제어가 결정되면, 상기 보상연결모듈(365c-1)은 출력 전력이 저하된 스트링(32) 1을 특정하여 전력저장부(363)와 연결시켜 전력저장부(363)로부터 보상 전력이 스트링(32) 1로 제공되어 전체적인 스트링(32) 간 전력 편차를 최소화하게 된다. The
상기 흡수연결모듈(365c-2)은 상기 충전제어모듈(365b-2)이 전력저장부(363)를 충전시키는 경우에 복수의 스트링(32) 중 출력 전력이 높은 스트링(32)을 전력저장부(363)와 연결시키는 구성으로, 일 예로, 도 8을 참조하면, 스트링(32) 1에서 특정 태양광모듈(31)에 음영 내지 고장으로 인해 출력 전력이 저하되고, 나머지 스트링(32) 2~4에서는 정상 출력 전력이 나오는 상황에서, 상기 저장상태판정모듈(365a)에서 판단한 전력저장부(363)의 충전량이 부족한 경우에, 이를 토대로 상기 충전제어모듈(365b-2)에서 전력저장부의 충전을 통해 출력 전력이 높은 스트링(32) 2~4로부터 전력을 흡수할 수 있게 제어가 결정되면, 상기 흡수연결모듈(365c-2)은 출력 전력이 높은 스트링(32) 2~4를 특정하여 전력저장부(363)와 연결시켜 전력저장부(363)가 스트링(32) 2~4로부터 전력을 흡수하여 충전을 함으로써 전체적인 스트링(32) 간 전력 편차를 최소화하게 된다. The
이와 같이, 본 발명에 따른 스트링평준화부(36)는 종래와 달리, 각 스트링(32) 간의 전력 편차를 최소화하기 위해 각 스트링(32) 단과 연결되는 전력저장부(363)의 충전량 상태에 따라, 충전량이 충분한 경우에는 출력 전력이 저하된 스트링(32)에 전력저장부(363)로부터 보상 전력을 공급하여 해당 스트링(32)의 전력을 높여 전체적인 스트링(32) 간 전력 편차를 없애고, 반대로 충전량이 부족한 경우에는 출력 전력이 높은 스트링(32)들로부터 전력저장부(363)로 전력을 흡수하여 해당 스트링(32)의 전력을 낮춰 전체적인 스트링(32) 간 전력 편차를 없애는 방식을 적용시킴으로써, 상기 전력저장부(363)가 계속 보상전력을 공급해야 하는 구조가 아니므로 전력저장부(363)가 대용량으로 구비되어야 할 필요가 없고 또한, 전력저장부(363)의 충·방전이 해당 어레이(33) 내에서 이루어지게 되므로 전력저장부(363) 충전만을 위한 별도의 계통 내지 구성을 구비해야 할 필요도 없고, 전력 변환을 거치지 않고 충·방전이 이루어짐으로써 효율을 높이게 된다. As described above, the
상기 스트링진단부(367)는 스트링평준화부(36)를 통해 각 스트링(32)에 대한 충방전 동작에 관한 정보를 누적 저장하여 잦은 출력저하가 발생하는 스트링(32)의 이상을 진단할 수 있도록 하는 구성으로, 도 10에 도시된 바와 같이 연결스트링감지모듈(367a), 충방전인지모듈(367b), 충방전계측모듈(367c), 이상지수산출모듈(367d), 이상지수누적모듈(367e), 이상스트링진단모듈(367f)을 포함할 수 있다. The
상기 연결스트링감지모듈(367a)은 상기 연결조절모듈(365c)에 의해 전력저장부(363)와 연결되는 스트링(32)을 감지하는 구성으로, 연결되는 스트링에 대한 충방전 여부와 충방전량 등의 측정될 수 있도록 한다. The connection
상기 충방전인지모듈(367b)은 연결스트링감지모듈(367a)에 의해 감지된 스트링에 대해 충방전 여부를 감지하는 구성으로, 저장제어모듈(365b)의 작동에 관한 정보를 수신하도록 한다. The charging / discharging recognition module 367b is configured to detect charging / discharging of the string sensed by the connection
상기 충방전계측모듈(367c)은 감지된 스트링에 대해 충방전되는 전력량을 측정하는 구성으로, 전력저장부(363)로부터 각 스트링(32)으로 공급되거나 각 스트링(32)에서 전력저장부(363)로 공급되는 전력의 양을 측정하도록 한다. The charge /
상기 이상지수산출모듈(367d)은 각 스트링(32)에서 전력저장부(363)로 충방전되는 전력의 양을 측정하여 각 스트링(32)의 이상지수를 산출하는 구성으로, 이상지수라 함은 각 스트링(32)의 출력이 저하되는 정도를 나타낸다. 따라서, 상기 이상지수산출모듈(367d)은 전력저장부(363)로부터 특정 스트링(32)에 대해 전력의 공급, 즉 방전이 이루어지는 경우에는 해당 스트링(32)에 이상이 발생한 것을 의미하므로, 공급되는 전력의 양에 따라 특정 스트링(32)에 대한 이상지수를 산출하도록 할 수 있다. 한편, 특정 스트링(32)으로부터 전력저장부(363)에 대한 충전이 이루어지는 경우에는 해당 스트링(32)이 아닌 나머지 스트링(32)에 이상이 발생한 것을 의미하므로, 특정 스트링(32)을 통한 충전량에 따라 나머지 스트링(32)의 이상지수를 산출할 수 있도록 한다. The abnormality
상기 이상지수누적모듈(367e)은 이상지수산출모듈(367d)에 의해 산출되는 이상지수를 누적하여 저장하는 구성으로, 각 스트링(32)에 대한 충방전이 이루어질 때마다 산출되는 이상지수를 합산하도록 한다. The abnormality
상기 이상스트링진단모듈(367f)은 각 스트링(32)에 대해 누적되는 이상지수가 설정된 값을 초과하는 경우 해당 스트링(32)에 대한 이상으로 진단하는 구성으로, 이에 관한 정보를 작업자 등에게 알려 스트링에 대한 조치가 이루어질 수 있도록 한다. The abnormal
이상에서, 출원인은 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.In the above, the Applicant has described various embodiments of the present invention, but these embodiments are merely one embodiment for implementing the technical idea of the present invention, and any changes or modifications may be made to the present invention as long as the technical idea of the present invention is implemented. It should be interpreted as falling within the scope of.
1: 진단서버
11: 그룹화부 111: 추세기준그룹화부 111a: 발전데이터수집모듈
111b: 발전데이터가공모듈 111c: 발전데이터정제모듈
111d: 발전데이터보정모듈 111e: 그룹화모듈 111f: 그룹최적화모듈
123: 환경기준그룹화부 113a: 환경정보수집모듈
133b: 환경지역설정모듈
13: 이상진단부
131: 고장진단부 133: 고장위험예측부 135: 열화감지부
3: 태양광 발전장치
31: 태양광모듈 32: 스트링 33: 어레이
34: 인버터 35: 접속반 36: 스트링평준화부
361: 전력측정부 361a: 센서
363: 전력저장부 365: 제어부 365a: 저장상태판정모듈
365b: 저장제어모듈 365b-1: 방전제어모듈 365b-2: 충전제어모듈
365c: 연결조절모듈 365c-1: 보상연결모듈 365c-2: 흡수연결모듈
367: 스트링진단부 367a: 연결스트링감지모듈 367b: 충방전인지모듈
367c: 충방전계측모듈 367d: 이상지수산출모듈
367e: 이상지수누적모듈 367f: 이상스트링진단모듈
1: diagnostic server
11: grouping unit 111: trend-based grouping unit 111a: generation data collection module
111b: power generation
111d: power generation
123: environmental
133b: environmental area setting module
13: abnormal diagnosis
131: failure diagnosis unit 133: failure risk prediction unit 135: deterioration detection unit
3: solar power unit
31: solar module 32: string 33: array
34: inverter 35: connection board 36: string leveling unit
361:
363: power storage unit 365:
365b:
365c:
367:
367c: Charge /
367e: Abnormal
Claims (13)
상기 태양광 발전장치의 발전량 데이터를 IoT 망을 이용하여 전송받으며, 전송된 발전량 데이터를 토대로 태양광 발전장치의 상태를 진단하는 진단서버;를 포함하고,
상기 진단서버는,
과거 동일기간의 발전량 추세가 유사한 태양광 발전장치들을 그룹화하고 해당 그룹 내에서의 발전량 차이를 비교하여 특정 태양광 발전장치의 상태를 진단하는 것을 특징으로 하며,
상기 진단서버는,
태양광 발전장치들을 그룹화하는 그룹화부와, 그룹화된 태양광 발전장치들 내에서 오차 범위를 벗어난 발전량을 나타내는 특정 태양광 발전장치를 선별하는 이상진단부를 포함하고,
상기 그룹화부는,
태양광 발전장치의 발전량 정보를 수집하는 발전데이터수집모듈과; 각 태양광 발전장치의 고장이력, 유지보수이력과 같은 정보를 통해 발전량 정보를 가공하는 발전데이터가공모듈과; 각 태양광 발전장치들이 위치하는 지역의 기상정보, 환경정보에 따라 가공된 발전량 정보를 정제하는 발전데이터정제모듈과; 각 태양광 발전장치의 설비 특성에 따라 정제된 발전데이터를 보정하는 발전데이터보정모듈과; 보정된 발전량 데이터에 군집화 알고리즘을 적용하여 태양광 발전장치들을 그룹화하는 그룹화모듈을 포함하며,
상기 이상진단부는,
동일 그룹 내에서 일정 오차범위를 벗어난 발전량을 나타내는 특정 태양광 발전장치를 고장으로 진단하는 고장진단부와;
고장으로 진단되는 오차범위를 벗어나지는 않았으나 특정 범위 오차의 발전량이 일정 시간 지속되는 경우, 오차 정도와 지속시간을 이용하여 위험지수를 산출하고 위험지수에 따라 고장이 발생할 것으로 예측되는 시간을 산정하여 알리는 고장위험예측부와;
고장에 관한 신호가 출력되지는 않았으나 발전량 오차의 변화율을 분석하여 특정 태양광 발전장치의 열화를 감지하는 열화감지부;를 포함하고,
상기 고장위험예측부는,
일정 정도 이상의 오차범위를 갖는 태양광 발전장치 발전량의 오차를 감시하는 오차감시모듈과, 오차의 지속시간을 측정하는 지속시간계측모듈과, 오차의 정도 및 지속시간에 따라 위험지수를 산출하는 위험지수산출모듈과, 위험지수에 따른 고장예측시점을 산출하여 알리는 고장예측정보알림모듈을 포함하며,
상기 열화감지부는,
일정 기간 동안 오차의 변화 정도에 따른 기울기를 산출하는 기울기산출모듈과, 기울기가 설정된 임계치를 벗어나는지 정도를 측정하는 임계확인모듈과, 임계치를 벗어나는 시간을 측정하는 시간정보측정모듈과, 기울기가 임계치를 벗어나는 정도 및 지속시간에 따라 열화 정도를 산출하여 열화 정도가 일정 범위를 벗어나는 경우 이를 알리는 열화경보모듈을 포함하고,
상기 태양광 발전장치는 태양광 발전장치 각각에 각 태양광 발전장치의 어레이 내 복수의 스트링에 각각 연결되어 발전장치의 이상발생시 스트링 간의 전력 편차를 최소화하는 스트링평준화부를 포함하며,
상기 스트링평준화부는,
복수의 스트링별 출력 전류 또는 전압을 측정하는 전력측정부와, 복수의 스트링별 전력을 보상 또는 전력을 흡수하는 전력저장부와, 상기 전력측정부의 데이터를 토대로 전력저장부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 전력저장부의 충전량 상태를 판단하는 저장상태판정모듈과, 전력저장부의 충전량 상태에 따라 전력저장부의 충방전을 제어하는 저장제어모듈과, 각 스트링의 충방전 여부에 따라 전력저장부와 스트링의 연결을 조절하는 연결조절모듈을 포함하며,
상기 저장제어모듈은,
상기 전력저장부의 충전량이 충분한 경우 출력이 저하된 스트링에 전력을 공급하는 방전제어모듈과, 전력저장부의 충전량이 부족한 경우 출력이 높은 스트링의 전력을 흡수하여 스트링간 전력 편차를 최소화하는 충전제어모듈을 포함하고,
상기 연결조절모듈은,
상기 방전제어모듈에 의해 전력저장부의 방전이 이루어지는 경우 전력을 공급받을 스트링과 전력저장부를 연결하는 보상연결모듈과, 상기 충전제어모듈에 의해 전력저장부의 충전이 이루어지는 경우 전력을 공급할 스트링과 전력저장부를 연결하는 흡수연결모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 IoT 기반 태양광발전 진단시스템.
Photovoltaic apparatus for generating power using solar light;
And a diagnostic server configured to receive power generation data of the photovoltaic device using an IoT network and diagnose a state of the photovoltaic device based on the transmitted power generation data.
The diagnostic server,
It is characterized by diagnosing the status of a specific photovoltaic device by grouping photovoltaic devices with similar power generation trends in the past and comparing the difference in power generation within the group.
The diagnostic server,
A grouping unit for grouping photovoltaic devices, and an abnormality diagnosis section for selecting a specific photovoltaic device representing a generation amount out of an error range within the grouped photovoltaic devices,
The grouping unit,
A power generation data collection module collecting power generation information of the photovoltaic device; A power generation data processing module for processing power generation information through information such as failure history and maintenance history of each photovoltaic device; A power generation data purification module for purifying processed power generation information according to weather information and environmental information of regions where each photovoltaic device is located; A power generation data correction module for correcting purified power generation data according to facility characteristics of each solar power generation device; And a grouping module for grouping photovoltaic devices by applying a clustering algorithm to the corrected power generation data.
The abnormal diagnosis portion,
A fault diagnosis unit for diagnosing a specific photovoltaic device as a fault indicating a generation amount outside a certain error range within the same group;
If the amount of generation of a certain range of errors does not deviate from the error range diagnosed as the fault, but the amount of generation of the specific range of errors continues for a certain time, the risk index is calculated using the error degree and duration, and the estimated time to predict the failure will be reported according to the risk index. Failure risk prediction unit;
It includes a deterioration detection unit for detecting a deterioration of a specific photovoltaic device by analyzing the rate of change of power generation error, although the signal about the failure is not output;
The failure risk prediction unit,
An error monitoring module that monitors errors in the amount of generation of photovoltaic devices having a certain error range or more, a duration measurement module that measures the duration of the error, and a risk index that calculates a risk index according to the degree and duration of the error. A calculation module and a failure prediction information notification module for calculating and informing a failure prediction time point according to a risk index,
The deterioration detection unit,
Gradient calculation module for calculating the slope according to the degree of change of the error over a certain period, a threshold check module for measuring the degree of inclination is out of the set threshold, time information measuring module for measuring the time out of the threshold, the slope is the threshold It includes a deterioration alarm module that calculates the degree of deterioration according to the degree and duration of deviation from the deterioration to notify if the degree of deterioration is out of a certain range,
The photovoltaic device includes a string leveling unit connected to each of the plurality of strings in each of the arrays of photovoltaic devices to minimize power deviation between strings when an abnormality occurs in the photovoltaic device.
The string leveling unit,
And a power measuring unit for measuring output currents or voltages of a plurality of strings, a power storage unit for compensating or absorbing power of a plurality of strings, and a controller for controlling the operation of the power storage unit based on data of the power measuring unit. and,
The control unit,
A storage state determination module for determining a state of charge of the power storage unit, a storage control module for controlling charging and discharging of the power storage unit according to the state of charge of the power storage unit, and connection of the power storage unit and the string according to whether each string is charged or discharged It includes a connection control module for adjusting the,
The storage control module,
A discharge control module for supplying power to the string of which the output is degraded when the amount of charge of the power storage unit is sufficient, and a charge control module for minimizing power deviation between strings by absorbing the power of the string with high output when the amount of charge of the power storage unit is insufficient. Including,
The connection control module,
Compensation connection module for connecting the string to receive power when the electric power storage unit is discharged by the discharge control module and the power storage unit, and the string and power storage unit to supply power when the power storage unit is charged by the charge control module IoT-based photovoltaic diagnostic system comprising an absorption connection module for connecting.
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