KR102263463B1 - 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치 - Google Patents

아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102263463B1
KR102263463B1 KR1020200177004A KR20200177004A KR102263463B1 KR 102263463 B1 KR102263463 B1 KR 102263463B1 KR 1020200177004 A KR1020200177004 A KR 1020200177004A KR 20200177004 A KR20200177004 A KR 20200177004A KR 102263463 B1 KR102263463 B1 KR 102263463B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
arc
array
output power
solar
ratio
Prior art date
Application number
KR1020200177004A
Other languages
English (en)
Inventor
이종훈
Original Assignee
주식회사 주왕산업
주식회사 대한전공
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 주왕산업, 주식회사 대한전공 filed Critical 주식회사 주왕산업
Priority to KR1020200177004A priority Critical patent/KR102263463B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102263463B1 publication Critical patent/KR102263463B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/1209—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing using acoustic measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/10—Measuring sum, difference or ratio
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/16—Spectrum analysis; Fourier analysis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/14—Circuits therefor, e.g. for generating test voltages, sensing circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/041—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L31/00
    • H01L25/042—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L31/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 전기신호를 감지하는 방법을 사용하더라도 1종 오류와 2종 오류의 발생 빈도를 저하할 수 있는 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치에 관한 것으로, 서로 병렬로 연결되는 적어도 둘 이상의 PV어레이 및 모든 상기 PV 어레이별 전류값을 수신하여 비교하고, 전류값이 다른 PV 어레이보다 기준치 이상 벗어나는 PV어레이를 아크 발생 PV어레이로 판단하는 아크 검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치{Solar power generation device including arc detector}
본 발명은 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치에 관한 것이다.
근래 들어, 태양광 에너지의 수요가 많아짐에 따라 건물 일체형 태양광 발전 시스템(Building Integrated Photovoltaic System; BIPV)이나 건물의 옥상에 태양광 발전 장치를 설치하는 등 태양광의 사용이 늘어나고 있다.
이러한 태양광 발전장치는 수많은 배선과 개폐기, 차단기, 계전기 등의 부품이 밀집되어 있는데, 그 기능이 상시 동작하면서 열화와 노후화 그리고 화재 발생으로 까지 이어지는 사고가 빈번하게 발생하고 있다.
특히, 아크(arc) 방전은 주요 사고 원인이 되어 화재나 폭발 등으로 이어질 수 있다. 아크 화재의 경우, 지락이나 용량 초과, 타 물건과의 접촉 등에 의해 비정상적인 전류가 흐르게 되어 전력 제어 설비 내부의 부스바, 케이블, 전 선간의 접촉부, 단자 접촉부 등이 과열된다. 이로 인하여 다른 물체에 접촉하여 고장 부위에서 전선이 절단되어 차단되거나 부분적인 접촉으로 계속적인 반복적인 아크를 발생시키게 되며, 이러한 아크의 발생을 감지하기 위해 일반적으로 아크 검출 장치(AFD, the Arc Fault Detector)가 사용된다.
일반적인 아크 검출 장치는 1. 광센서를 이용하는 방법, 2. 온도 센서를 이용하는 방법, 3. 압력 변화를 감지하는 방법, 4. 음향 신호를 감지하는 방법, 5. 전기신호를 감지하는 방법 중 적어도 하나를 사용하여 아크 발생을 검출한다. 상술한 방법들 중 1~4의 방법은 밀폐된 태양광 발전장치의 접속함 내부에서 발생하는 아크 사고의 검출은 가능하나, 태양전지 모듈과 커넥터, 케이블 등 접속함 외부에서 발생하는 아크 사고의 검출은 불가능한 문제점이 있어, 5의 방법인 전기신호를 감지하여 아크를 감지하는 방법을 사용하고 있다.
종래 전기신호를 감지하여 태양광 발전장치의 아크를 감지하는 방식의 경우, 직류전류의 고주파 노이즈를 분석하여 아크를 검출하는 방식인데, 전류의 특정 주파수 대역의 출력을 기준으로 검출하는 경우 오검출되는 경우가 다수 발생하는 실정이다. 오검출하는 경우를 구체적으로 설명하면, 다른 종류의 노이즈를 아크로 착각하여 검출하는 1종 오류와, 실제로 아크가 발생하였음에도 검출하지 못하는 2종 오류가 있다. 1종 오류는 전력의 급격한 감소/증가, AC측의 노이즈가 DC측으로 유입되는 경우, 시스템에 다른 DC/DC컨버터가 추가된 경우 스위칭 노이즈로 인해 발생할 수 있으며, 2종 오류는 태양전지셀 어레이의 케이블이 길어, L 또는 C값이 커져, 이러한 성분들의 필터링 효과로 인해, 아크를 검출하지 못해 발생할 수 있다. 종래 아크 검출 방식인 전류의 크기 변화와 주파수 분석 방법으로는 이러한 1종 오류는 검출하기 어려웠으며, 2종 오류의 검출은 주파수 도메인에서 아크 판단 기준값을 낮추면 검출이 가능하겠지만, 그 대신 1종 오류가 증가하는 문제점이 있었다.
한국 등록특허공보 제10-2036342호
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명에 의한 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치의 목적은 전기신호를 감지하는 방법을 사용하더라도 1종 오류와 2종 오류의 발생 빈도를 저하할 수 있는 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 태양광 발전장치의 아크 검출기는, 서로 병렬로 연결되는 적어도 둘 이상의 PV어레이, 모든 상기 PV 어레이별 전류값을 수신하여 비교하고, 전류값이 다른 PV 어레이보다 기준치 이상 벗어나는 PV어레이를 아크 발생 PV어레이로 판단하는 아크 검출부 및 외부에 설치되는 일사강도 센싱부를 포함하고, 상기 아크 검출부는, 상기 일사강도 센싱부에서 센싱된 일사강도와, 모든 상기 PV어레이의 전압과 모든 상기 PV어레이의 전류합을 통해 연산되는 출력전력의 비를 구하고, 일사강도 대비 출력전력이 기준치보다 낮으며, 주기적으로 상기 일사강도 센싱부에서 센싱된 일사강도와, 모든 상기 PV어레이의 전압과 모든 상기 PV어레이의 전류합을 통해 연산되는 출력전력의 비를 구하고, 비교시점의 직전에 구해진 소정 개수의 일사강도 대비 출력전력의 비와, 비교시점에서의 일사강도 대비 출력전력의 비를 비교하여, 비교시점에서의 일사강도 대비 출력전력의 비가 비교시점의 직전에 구해진 소정 개수의 일사강도 대비 출력전력의 비보다 기준치 이상으로 작으면, 아크가 발생했다고 판단하는 것을 특징으로 하는 아크 검출기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 아크 검출부는, 모든 상기 PV어레이별 전류값을 수신하여 비교하고, 전류값이 다른 PV어레이보다 기준치 이상 벗어나는 PV어레이를 선택하며, 선택된 PV어레이 전류값의 주파수를 분석하여, 상기 선택 PV어레이에서의 아크 발생여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 아크 검출부는, 소정 샘플링 주기로 상기 선택 PV어레이 전류값의 주파수를 샘플링하고, 측정 시점을 기준으로 이전 소정 개수의 샘플링 데이터를 이용해 푸리에 변환을 수행하며, 푸리에 변환 값이 소정 기준치 이상이면, 상기 선택 PV어레이에 아크가 발생했다고 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 외부에 설치되는 일사강도 센싱부;를 더 포함하고, 상기 아크 검출부는, 상기 일사강도 센싱부에서 센싱된 일사강도와, 모든 상기 PV어레이의 전압과 모든 상기 PV어레이의 전류합을 통해 연산되는 출력전력의 비를 구하고, 일사강도 대비 출력전력이 기준치보다 낮으면, 아크가 발생했다고 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 아크 검출부는, 주기적으로 상기 일사강도 센싱부에서 센싱된 일사강도와, 모든 상기 PV어레이의 전압과 모든 상기 PV어레이의 전류합을 통해 연산되는 출력전력의 비를 구하고, 비교시점의 직전에 구해진 소정 개수의 일사강도 대비 출력전력의 비와, 비교시점에서의 일사강도 대비 출력전력의 비를 비교하여, 비교시점에서의 일사강도 대비 출력전력의 비가 비교대상보다 기준치 이상으로 작으면, 아크가 발생했다고 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 아크 검출부는, 일사강도 대비 출력전력의 비와 아크 발생여부에 대한 데이터셋을 이용하여 상기 기준치를 학습하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 아크검출부는, 계절, 기후 및 날씨 중 적어도 하나 이상과, 일사강도 대비 출력전력의 비와 아크 발생여부에 대한 데이터셋을 이용하여 상기 기준치를 학습하는 것을 특징으로 한다.
또한, 외부로부터 계절, 기후 및 날씨 중 적어도 하나 이상의 정보를 수신하여 수신된 정보를 상기 아크 검출부에 송신하는 모니터링부를 더 포함하고, 상기 아크 검출부는 상기 모니터링부로부터 수신한 정보와 일사강도 대비 출력전력의 비를 이용해 아크 발생여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 PV어레이의 수명에 따른 출력전력 이력에 대한 정보가 저장되는 저장부;를 더 포함하고, 상기 아크 검출부는 상기 저장부에 저장된 PV어레이의 수명에 따른 출력전력에 따라 상기 기준치를 달리 적용하여 아크 발생여부를 검출하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의한 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치에 의하면, 아크 검출부에서 PV어레이별 출력전류를 감지하여, PV어레이의 아크발생여부를 감지하므로, 따라서 출력전류의 변동폭이 모든 PV어레이의 출력전류가 합쳐졌을 때 보다 작아져 전력의 급격한 감소 또는 증가에 따른 고주파 노이즈 발생이 적어지고, AC측에서 유입되는 노이즈 또는 DC/DC컨버터의 추가로 인한 노이즈에 의한 영향을 덜 받아, 1종 오류의 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 아크 검출부에서 일사강도 대비 출력전력을 기준치와 비교하여 아크 발생여부를 판단하기 때문에, 일사강도의 급격한 변화로 인해 전류의 급격한 스텝변화로 발생하는 고주파 전류를 아크 발생으로 판단하지 않기 때문에, 1종 오류 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 주파수 도메인에서 아크 판단 기준값을 낮추지 않고도 아크 발생여부를 감지할 수 있으므로, 1종 오류의 발생 빈도를 증가시키지 않으면서도 2종 오류의 발생 또한 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치의 블록도.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 의한 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치의 블록도.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 의한 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치의 블록도.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
[제1실시예]
도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치의 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치는, 복수개의 PV어레이(110, 120), 아크 검출부(200), 퓨즈(10), 차단기(20), 외부표시장치(30) 및 PV인버터(40)를 포함할 수 있다.
상술한 구성들 중, 아크 검출부(200)가 본 발명의 제1실시예에 의한 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치의 주요한 특징이 되는 부분이며, 나머지 구성들은 일반적인 태양광 발전장치에 포함되는 구성이다. 따라서 아크 검출부(200)를 제외한 구성들에 관하여 간략하게 설명한 후, 본 발명의 제1실시예에 의한 주요한 특징인 아크 검출부(200)에 대해서 상세히 설명한다,
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치는, 복수개의 PV어레이(110, 120)를 포함할 수 있다. 단일의 PV어레이(110)는 서로 직렬로 연결된 복수개의 태양광 패널 및 태양 전지로 구성될 수 있다. 복수개의 PV어레이(110, 120)는 서로 병렬로 연결되되, 부스바(bus bar, 미도시)를 통해 하나의 출력으로 연결될 수 있고, 퓨즈(10)는 각각의 PV어레이에 설치되어, 과전류가 흐를시 끊어져 추가적인 사고를 방지한다. 차단기(20)는 복수개의 PV어레이(110, 120)의 출력이 합쳐지는 부분에 설치되어, 필요시 전력을 차단하는 역할을 하며, PV인버터(40)는 복수개의 PV어레이(110, 120)에서의 출력전력을 교류(AC)로 변환한다. 외부표시장치(30)는 본 발명의 제1실시예에 의한 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치의 상태를 표시하는 것으로, 시각적 또는 청각적 출력 수단을 포함할 수 있다. 상술한 구성들 중, 퓨즈(10), 아크 검출부(200), 차단기(20), 외부표시장치(30) 및 PV인버터(40)는 PV접속함(1) 내부에 설치될 수 있으며, PV어레이는 PV접속함(1) 외부에 설치될 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 의한 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치에서, 아크 검출부(200)는 모든 PV어레이(110, 120) 각각에 대한 전류값을 센싱한다. 보다 상세히, 아크 검출부(200)는 모든 PV어레이(110, 120)의 출력이 하나로 합쳐지기 이전에 각각의 PV어레이(110, 120)별 전류값을 센싱하고, 모든 PV어레이(110, 120)들 각각의 전류값 중, 전류값이 다른 PV어레이가 있는지 여부를 판단한다. 즉, 특정 PV어레이에서 아크가 발생할 경우, 아크가 발생한 PV어레이의 출력전류는 다른 PV어레이의 출력전류와 다른 값을 보일 것이기 때문에, 아크 검출부(200)는 다른 PV어레이의 출력전류와 다른 출력전류가 나타나는 PV어레이에서 아크가 발생했다고 판단할 수 있으며, 판단 기준이 되는 값을 기준치라고 한다. 아크 검출부(200)는 출력전류를 비교할 때, 특정 PV어레이의 출력전류와, 나머지 PV어레이의 출력전류의 평균을 비교하는 방식을 사용할 수 있다.
단, 단순히 특정 PV어레이의 출력전류의 값이 다르다고 해서, 해당 PV어레이에서 아크가 발생한다고 판단하는 것은 오류가 있을 수 있다. 이를 방지하기 위해, 본 실시예에서 아크 검출부는, 1차적으로는 PV어레이별 출력전류를 비교하여 아크 발생이 의심되는 PV어레이를 선택하고, 2차적으로 해당 PV어레이의 출력전류의 주파수 분석을 통해 해당 PV어레이에 아크가 발생했는지 여부를 확인할 수 있다.
주파수를 분석하는 방식은 소정 주기로 PV어레이의 출력전류의 주파수를 샘플링하고, 측정시점을 기준으로 이전 소정 개수의 샘플링 데이터를 이용해 푸리에 변환을 수행하며, 푸리에 변환한 출력전류의 값이 소정 기준치 이상이면, 해당 PV어레이에 아크가 발생했다고 판단하는 방식이다. 상술한 주파수 분석 방법은 종래에도 사용하는 방식으로 자세한 설명은 생략한다.
본 발명의 제1실시예에 의한 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치는 아크 검출부(200)가 모든 PV어레이의 출력전류가 합쳐지기 이전에 각각의 PV어레이의 출력전류를 센싱하여 아크 발생여부를 판단한다. 따라서 출력전류의 변동폭이 모든 PV어레이의 출력전류가 합쳐졌을 때 보다 작아져 전력의 급격한 감소 또는 증가에 따른 고주파 노이즈 발생이 적어지고, AC측에서 유입되는 노이즈 또는 DC/DC컨버터의 추가로 인한 노이즈에 의한 영향을 덜 받아, 배경기술에서 설명했던 1종 오류의 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
[제2실시예 및 제3실시예]
도 2는 본 발명의 제2실시예에 의한 아크 발생기를 포함하는 태양광 발전장치의 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 의한 아크 발생기를 포함하는 태양광 발전장치는, 앞서 설명한 본 발명의 제1실시예에 의한 아크 발생기를 포함하는 태양광 발전장치와 비교했을 때, 일사강도 센싱부(300)를 더 포함하는 것을 제외하고는 제1실시예와 동일하다. 따라서 이하 일사강도 센싱부(300)와, 이와 연계된 아크 검출부(200)의 동작에 관해서만 상세히 설명하고, 설명하지 않는 부분은 제1실시예와 제2실시예가 서로 동일한 것으로 간주한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 일사강도 센싱부(300)는 PV접속함(1)의 외부에 설치되어, 측정시점에서의 일사강도를 측정한다. 일사강도 센싱부(300)에서 측정된 일사강도정보는 아크 검출부(200)로 전송되고, 아크 검출부(200)는 모든 PV어레이(110, 120)의 전압과 모든 PV어레이의 전류합을 통해 모든 PV어레이(110, 120)의 출력전력을 구하고, 일사강도 대비 출력전력의 비를 구한다. 아크 검출부(200)는 일사강도 대비 출력전력의 비가 기준치보다 낮으면, 현재 아크가 발생했다고 판단할 수 있으며, 외부표시장치(30)를 통해 관리자에게 이를 알리거나, 소정의 알람을 발생시킬 수 있다.
측정시점에서 아크 검출부(200)에서 연산하는 일사강도 대비 출력전력의 비와 기준치를 비교하기 위해서는, 기준치를 정확하게 연산하는 것이 중요하다. 따라서 본 실시예에서 일사강도 센싱부(300)는 지속적으로 일사강도를 측정하고, 주기적으로 일사강도 센싱부(300)에서 측정된 일사강도와, PV어레이의 출력전력의 비를 구하고, 측정시점(비교시점)의 직전에 구해진 소정 개수의 일사강도 대비 출력전력의 비와, 비교시점에서의 일사강도 대비 출력전력의 비를 비교하여, 비교시점에서의 일사강도 대비 출력전력의 비가 비교대상인 비교시점의 직전에 구해진 소정 개수의 일사강도 대비 출력전력의 비보다 기준치 이상으로 작으면, 아크가 발생했다고 판단할 수 있다.
이와는 다른 방식으로, 머신러닝을 통해 기준치를 학습하는 방법 또한 사용할 수 있다. 보다 구체적으로, 과거 일사강도 대비 출력전력의 비와, 이에 따른 아크 발생여부에 대한 데이터셋을 이용해 기준치를 기계학습하며, 일사강도 대비 출력전력의 비에 따른 아크발생여부의 판단을 보다 정확하게 할 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 의한 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치의 아크 검출부(200)는 모든 PV어레이별 전류값을 수신하여 비교하여 아크발생을 검출하는 제1방식과, 일사강도 센싱부(300)를 이용한 일사강도 대비 출력전력의 비를 이용하는 제2방식을 혼용하여 아크발생을 검출할 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 제1방식과 제2방식 둘 중 먼저 감지하는 하나의 방식을 통해 아크 발생을 감지할 수 있다.
상술한 일사강도 대비 출력전력의 비에 따른 아크발생여부를 판단할 때, 다른 요소를 고려하여 아크발생여부를 판단할 수 있다. 보다 구체적으로, 아크 검출부(200)는 일사강도 센싱부(300)를 통해 감지되는 일사강도와, 이를 이용한 일사강도 대비 출려전력의 비에 더해, 계절, 기후 및 날씨 중 선택되는 적어도 하나 이상의 요소를 이용해 아크 발생여부를 판단할 수 있다.
이를 위해, 도 3에 도시된 본 발명의 제3실시예에 의한 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치의 블록도에서 나타나듯, 본 실시예는 모니터링부(400)를 더 포함할 수 있으며, 아크 검출부(200)는 모니터링부(400)로부터 계절, 기후 및 날씨 중 적어도 하나 이상의 요소를 수신하여 일사강도 대비 출력전력의 비, 수신한 계절, 기후 및 날씨를 고려한 기준치에 따라, 아크 발생여부를 결정할 수 있다. 상기한 기준치 또한 계절, 기후 및 날씨 중 적어도 하나 이상과, 일사강도 대비 출력전력의 비와 아크 발생여부에 대한 데이터셋을 이용하여 기계학습될 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 의한 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치는, PV어레이별 출력전류의 상태를 센싱하고, 일사강도 대비 출력전력과 기준치와의 비교를 통해, 일사강도의 급격한 변화로 인한 전류의 계단식 변화로 인한 고주파 노이즈가 발생했을 때, 이를 아크발생으로 인식하지 않아 1종 오류의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 주파수 도메인에서 아크 판단 기준값을 낮추지 않고도 아크 발생여부를 감지할 수 있으므로, 1종 오류의 발생 빈도를 증가시키지 않으면서도 2종 오류의 발생 또한 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에서 사용되는 PV어레이, 즉 태양광 패널은 사용기간에 따라 열화되어 출력전력이 점차 감소할 수 있다. 본 발명의 아크 검출부(200)는 일사강도 대비 출력전력의 비에 따라 아크발생여부를 판단할 때, PV어레이의 수명을 고려하여 기준치를 변경시킬 수 있으며, 이를 위해 본 발명의 다양한 실시예에 의한 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치는 과거 PV어레이의 동작에 따른 출력전력 이력에 대한 정보가 저장되는 저장부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치는 카메라를 더 포함할 수 있다. 카메라는 PV어레이(110, 120)를 비추도록 설치되어 현재 PV어레이(110, 120) 자체에서 아크가 발생하는지 여부를 감지함과 동시에, 카메라를 이용하여 PV어레이(110, 120) 자체의 상태를 파악하여, 현재 PV어레이(110, 120)에 일사량이 어느 정도인지를 파악할 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에서 카메라는 상술한 일사강도 센싱부(300)의 역할을 대신할 수 있다. 상술한 바와 같은 동작을 위하여, 카메라는 가시광선 카메라 또는 적외선 카메라일 수 있으며, 두 가지 종류의 카메라가 모두 사용되는 실시예 또한 있을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치는, 고주파 안테나를 상술한 PV어레이(110, 120)들 사이에 구비하고, 아크 발생시 발생하는 전자파 또는 소리를 감지할 수 있다. 고주파 안테나는 아크 발생시 발생하는 전자파 정보는 아크 검출부(200)로 전송되고, 아크 검출부(200)는 고주파 안테나로부터 수신한 전자파 정보를 이용하여 아크 발생여부를 판단할 수 있다.
본 발명에 의 다양한 실시예에 의한 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치는, 제어부를 더 포함할 수 있다. 제어부는 PI제어방식으로 본 발명에 의한 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치에 포함되는 각종 장치들을 제어할 수 있다. 본 발명에서 제어부는 PI제어방식으로 출력값이 소정 오차범위이 이내일 때에는, 게인(Gain)값을 변화하면서 본 발명에 의한 태양광 발전장치를 제어하는데, 출력값이 소정 오차범위를 벗어날 경우, 아크 검출부(200)는 제어부의 상태센싱을 통해, 아크가 발생했거나 다른 이상상황이 발생했다고 판단하여 사용자에게 알림을 출력할 수 있다. 제어부의 PI제어방식을 통한 아크 검출판단 방식은 상술한 일사강도 대비 출력전력을 통해 아크 검출판단 방식과 연계되어 사용될 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
110, 120 : PV 어레이
200 : 아크 검출부
300 : 일사강도 센싱부
400 : 모니터링부
1 : PV접속함
10 : 퓨즈
20 : 차단기
30 : 외부표시장치
40 : PV인버터

Claims (9)

  1. 서로 병렬로 연결되는 적어도 둘 이상의 PV어레이;
    모든 상기 PV 어레이별 전류값을 수신하여 비교하고, 전류값이 다른 PV 어레이보다 기준치 이상 벗어나는 PV어레이를 아크 발생 PV어레이로 판단하는 아크 검출부; 및
    외부에 설치되는 일사강도 센싱부;
    를 포함하고,
    상기 아크 검출부는,
    상기 일사강도 센싱부에서 센싱된 일사강도와, 모든 상기 PV어레이의 전압과 모든 상기 PV어레이의 전류합을 통해 연산되는 출력전력의 비를 구하고, 일사강도 대비 출력전력이 기준치보다 낮으며,
    주기적으로 상기 일사강도 센싱부에서 센싱된 일사강도와, 모든 상기 PV어레이의 전압과 모든 상기 PV어레이의 전류합을 통해 연산되는 출력전력의 비를 구하고,
    비교시점의 직전에 구해진 소정 개수의 일사강도 대비 출력전력의 비와, 비교시점에서의 일사강도 대비 출력전력의 비를 비교하여,
    비교시점에서의 일사강도 대비 출력전력의 비가 비교시점의 직전에 구해진 소정 개수의 일사강도 대비 출력전력의 비보다 기준치 이상으로 작으면, 아크가 발생했다고 판단하는 것을 특징으로 하는 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 아크 검출부는,
    모든 상기 PV어레이별 전류값을 수신하여 비교하고, 전류값이 다른 PV어레이보다 기준치 이상 벗어나는 PV어레이를 선택하며, 선택된 PV어레이 전류값의 주파수를 분석하여, 상기 선택 PV어레이에서의 아크 발생여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 아크 검출부는,
    소정 샘플링 주기로 상기 선택 PV어레이 전류값의 주파수를 샘플링하고, 측정 시점을 기준으로 이전 소정 개수의 샘플링 데이터를 이용해 푸리에 변환을 수행하며, 푸리에 변환 값이 소정 기준치 이상이면, 상기 선택 PV어레이에 아크가 발생했다고 판단하는 것을 특징으로 하는 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 아크 검출부는, 일사강도 대비 출력전력의 비와 아크 발생여부에 대한 데이터셋을 이용하여 상기 기준치를 학습하는 것을 특징으로 하는 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 아크검출부는, 계절, 기후 및 날씨 중 적어도 하나 이상과, 일사강도 대비 출력전력의 비와 아크 발생여부에 대한 데이터셋을 이용하여 상기 기준치를 학습하는 것을 특징으로 하는 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치.
  8. 제7항에 있어서,
    외부로부터 계절, 기후 및 날씨 중 적어도 하나 이상의 정보를 수신하여 수신된 정보를 상기 아크 검출부에 송신하는 모니터링부;
    를 더 포함하고,
    상기 아크 검출부는 상기 모니터링부로부터 수신한 정보와 일사강도 대비 출력전력의 비를 이용해 아크 발생여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 PV어레이의 수명에 따른 출력전력 이력에 대한 정보가 저장되는 저장부;를 더 포함하고,
    상기 아크 검출부는 상기 저장부에 저장된 PV어레이의 수명에 따른 출력전력에 따라 상기 기준치를 달리 적용하여 아크 발생여부를 검출하는 것을 특징으로 하는 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치.
KR1020200177004A 2020-12-17 2020-12-17 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치 KR102263463B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200177004A KR102263463B1 (ko) 2020-12-17 2020-12-17 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200177004A KR102263463B1 (ko) 2020-12-17 2020-12-17 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102263463B1 true KR102263463B1 (ko) 2021-06-11

Family

ID=76376362

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200177004A KR102263463B1 (ko) 2020-12-17 2020-12-17 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102263463B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023219207A1 (ko) * 2022-05-09 2023-11-16 비케이엠 주식회사 태양광발전설비의 아크검출 방법 및 시스템
KR102630479B1 (ko) * 2023-10-17 2024-01-29 주식회사 일렉콤 태양광 발전용 접속함

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080011979A (ko) * 2006-08-02 2008-02-11 대덕대학산학협력단 대규모 태양광 발전시설의 태양전지모듈 온라인 감시 진단방법 및 그 시스템
KR20090067274A (ko) * 2007-12-21 2009-06-25 한국항공우주연구원 전력값 제어 모듈 및 이를 갖는 태양 전지판 장치, 태양전지판의 전력값 제어 방법
KR20130052137A (ko) * 2011-11-11 2013-05-22 박동균 태양전지판의 고장진단 원격감시 시스템
KR101888932B1 (ko) * 2018-04-24 2018-08-16 주식회사 에너솔라 태양광 발전 시스템의 아크 검출 장치 및 방법
KR102036342B1 (ko) 2018-08-14 2019-11-26 주식회사 대경산전 전력 제어 설비의 초음파 및 자외선 기반 아크 검출 장치 및 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080011979A (ko) * 2006-08-02 2008-02-11 대덕대학산학협력단 대규모 태양광 발전시설의 태양전지모듈 온라인 감시 진단방법 및 그 시스템
KR20090067274A (ko) * 2007-12-21 2009-06-25 한국항공우주연구원 전력값 제어 모듈 및 이를 갖는 태양 전지판 장치, 태양전지판의 전력값 제어 방법
KR20130052137A (ko) * 2011-11-11 2013-05-22 박동균 태양전지판의 고장진단 원격감시 시스템
KR101888932B1 (ko) * 2018-04-24 2018-08-16 주식회사 에너솔라 태양광 발전 시스템의 아크 검출 장치 및 방법
KR102036342B1 (ko) 2018-08-14 2019-11-26 주식회사 대경산전 전력 제어 설비의 초음파 및 자외선 기반 아크 검출 장치 및 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023219207A1 (ko) * 2022-05-09 2023-11-16 비케이엠 주식회사 태양광발전설비의 아크검출 방법 및 시스템
KR102630479B1 (ko) * 2023-10-17 2024-01-29 주식회사 일렉콤 태양광 발전용 접속함

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6132919B2 (ja) 直流発電システムおよび直流発電システムの保護方法
US9853443B2 (en) ARC fault detection and extinguishing
US8659858B2 (en) Ground-fault detecting device, current collecting box using the ground-fault detecting device, and photovoltaic power generating device using the current collecting box
JP4780416B2 (ja) 太陽電池アレイ故障診断方法
CN109188167B (zh) 接地故障检测装置及方法
EP2626712B1 (en) Failure detecting apparatus
KR102263463B1 (ko) 아크 검출기를 포함하는 태양광 발전장치
US20150188487A1 (en) Failure detection device, failure detection system, and failure detection method
JP3474711B2 (ja) 連系形太陽光発電装置
KR101743908B1 (ko) 태양광 발전장치의 pv 고장 및 불량모듈 바이패스 시스템
US20120050924A1 (en) Current collecting box for photovoltaic power generation
CN105827198B (zh) 用于光伏系统的智能接线盒
US20170317500A1 (en) System and method of sensing and isolating a ground fault in a dc-to-ac power conversion system
EP2725372B1 (en) System and method of determination of connectivity resistance of power generating component
JP2015211606A (ja) 直流発電システムおよび直流発電システムの保護方法
KR101879742B1 (ko) 아크 종류와 위치 검출 및 열화 방지 기능을 구비한 태양광 발전 시스템
EP2546886A1 (en) Photovoltaic power generation system
CN109188166B (zh) 接地故障检测装置及方法
US20190044323A1 (en) Devices and methods for de-energizing a photovoltaic system
US20230280387A1 (en) Anomaly detection device, anomaly detection method, and recording medium
CN112731087A (zh) 用于光伏领域的故障电弧检测系统及检测方法
CN112924750A (zh) 故障电弧检测方法及系统
KR101225547B1 (ko) 태양광 모듈의 절연저항 및 누설전류 계측 시스템
KR101270534B1 (ko) 태양광 전지 어레이의 모니터링 방법 및 장치
WO2016199445A1 (ja) 太陽光発電システムの検査方法および検査装置

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant