KR102268033B1

KR102268033B1 - 안전기능이 강화된 pv-ess 통합솔루션시스템

Info

Publication number: KR102268033B1
Application number: KR1020190105308A
Authority: KR
Inventors: 송기택; 강영준
Original assignee: (주)대은
Priority date: 2019-08-27
Filing date: 2019-08-27
Publication date: 2021-06-22
Also published as: KR20210025361A

Abstract

본 발명은 PV-ESS 통합솔루션시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 ESS장치의 온도, 아크, 지진감시 정보에 따라 안전성을 미리 진단하여 사용자에게 알리도록 함으로써, 화재, 지진 등에 대한 대비가 신속하게 이루어질 수 있도록 하는 안전기능이 강화된 PV-ESS 통합솔루션시스템에 관한 것이다.

Description

안전기능이 강화된 PV-ESS 통합솔루션시스템{An Intergrated Solution System of PV-ESS with Reinforced Safety}

발전소에서 과잉 생산된 전력을 저장해 두었다가 일시적으로 전력이 부족할 때 송전해주는 ESS장치가 사용되고 있으며, 최근 들어서는 대규모 에너지저장장치를 소형으로 구성하여 빌딩, 공장, 가정 등의 일반 수용가에서 정전 대비용 또는 피크 전력 감축용으로 사용하는 경우가 늘고 있다.

최근에는 전력 수급 불균형 등으로 인해 신재생에너지에 대한 관심이 급격하게 증가하면서, 에너지저장장치를 통해 신재생에너지를 활용해 생산된 전기를 저장하고 필요한 시간대에 활용하도록 하는 기술에 대한 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.

그중에서도 최근에는 태양광 발전장치와 ESS장치를 결합하여 태양광에 의해 발전된 전력을 저장하고 이를 다양한 부하에 사용할 수 있도록 하는 시스템의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

다만, 종래의 ESS장치는 아래 특허문헌과 같은 배터리 랙에 에너지를 저장하는 배터리, 배터리를 관리하는 BMS, 전력을 변환하는 PCS 등을 수용하도록 하고, 이러한 배터리 랙을 일정 공간에 수용하여 운용토록 하고 있는데, 이때, 외부 온도가 높은 여름철에는 ESS 시스템의 배터리 등에서 발생하는 많은 열에 의해 ESS시스템의 온도가 과도하게 상승하게 되고, 이에 따라 화재 발생의 위험이 높다는 문제가 있으며, 실제로 화재 사고가 빈번하게 발생하고 있다.

그러나 많은 열이 발생하는 배터리 환경에서 화재를 미리 감지하여 예방할 수 있도록 하는 기술의 개발이 이루어지지 않고 있으며, 지진에 대한 피해도 우려되는 상황이다.

또한, ESS장치와 연결된 태양광 발전장치도 잦은 고장의 발생으로 효율적인 전력 생산이 이루어지지 못하고 있으며, 고장을 진단하기 위한 다양한 기술들이 개발되고 있으나 다양한 변수들에 의해 태양광 발전장치의 고장 내지 이상을 제대로 진단해내지 못하고 있다.

(특허문헌)

공개특허공보 제10-2016-0094216호(2016. 08. 09. 공개) "ESS 배터리 RACK"

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,

본 발명은 ESS장치의 온도, 아크, 지진감시 정보에 따라 안전성을 미리 진단하여 사용자에게 알리도록 함으로써, 화재, 지진 등에 대한 대비가 신속하게 이루어질 수 있도록 하는 안전기능이 강화된 PV-ESS 통합솔루션시스템을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 온도에 따른 ESS장치의 과열 정도, 아크 발생에 따른 화재 위험 정도를 정확하게 판단하여 알리도록 함으로써 감시의 정확성을 높일 수 있도록 하는 안전기능이 강화된 PV-ESS 통합솔루션시스템을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 지진이 감지되는 경우 ESS장치의 작동을 중지시키도록 하여 지진에 따른 피해를 최소화하도록 하고, ESS장치가 일정 정도 이상으로 흔들리는 경우에만 지진에 대한 모니터링을 실시하도록 함으로써 지진 감시에 따른 전력 소모를 최소화할 수 있도록 하는 안전기능이 강화된 PV-ESS 통합솔루션시스템을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 ESS장치의 온도, ESS장치의 온도와 외부온도의 차, 아크 발생 횟수에 따라 안전성 지수를 산출하여 이에 따른 화재위험경보를 발생시키도록 함으로써 화재 위험에 대한 더욱 정확한 경보가 가능하도록 하는 안전기능이 강화된 PV-ESS 통합솔루션시스템을 제공하는데 목적이 있다.

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 하는 안전기능이 강화된 PV-ESS 통합솔루션시스템을 제공하는데 목적이 있다.

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 안전기능이 강화된 PV-ESS 통합솔루션시스템을 제공하는데 목적이 있다.

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 안전기능이 강화된 PV-ESS 통합솔루션시스템을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 태양광 발전장치의 고장뿐만 아니라 일정 기간 내 고장의 예측 및 열화의 진단이 가능하도록 하는 안전기능이 강화된 PV-ESS 통합솔루션시스템을 제공하는데 목적이 있다.

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 안전기능이 강화된 PV-ESS 통합솔루션시스템을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 PV-ESS 통합솔루션시스템은 태양광을 이용하여 발전하는 태양광 발전장치; 태양광 발전장치에 의해 생산된 전력을 저장하는 ESS장치; 상기 태양광 발전장치 및 ESS장치의 상태를 진단하고 관리하는 진단서버;를 포함하고, 상기 진단서버는 상기 ESS장치에서 측정되는 온도, 아크, 지진감시 정보에 따라 위험을 감지하여 알리는 ESS관리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 PV-ESS 통합솔루션시스템에 있어서, 상기 ESS관리부는 ESS장치의 온도에 따른 과열을 감시하여 경보를 발생시키는 과열감시부를 포함하고, 상기 과열감지부는 ESS장치의 온도정보를 수신하는 온도정보수신모듈과, 수신되는 ESS장치의 온도가 상승하는 시간이 일정시간 계속되는지 여부를 판단하는 온도상승시간판별모듈과, 온도의 상승이 일정시간 계속되지 않는 경우 온도상승 비율이 설정값을 초과하는지 여부를 판단하는 온도상승비율판별모듈과, 온도상승 비율이 설정값을 초과하는 상태가 유지되는 시간이 설정시간을 초과하는지 여부를 판단하는 온도상승유지시간판별모듈과, 상기 온도상승시간판별모듈에 의해 온도의 상승이 일정시간 이상 계속되거나 또는 상기 온도상승유지시간판별모듈에 의해 설정시간의 초과가 감지되는 경우 과열에 대한 경보를 발생시키는 과열경보모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 PV-ESS 통합솔루션시스템에 있어서, 상기 ESS관리부는 ESS장치에서 발생하는 아크에 관한 정보에 따라 화재 발생의 위험에 관한 경보를 발생시키는 아크감시부를 포함하고, 상기 아크감시부는 ESS장치로부터 발생하는 아크에 관한 정보를 수신하는 아크정보수신모듈과, 일정시간 동안 아크의 발생횟수가 설정된 횟수를 초과하는지 여부를 판단하는 아크발생횟수판별모듈과, 아크의 지속시간이 설정된 시간을 초과하는지 여부를 판단하는 아크발생시간판별모듈과, 아크발생횟수판별모듈 또는 아크발생시간판별모듈에 의해 아크 발생이 설정된 횟수 또는 시간을 초과하는 것으로 판단되는 경우 아크 위험 경보를 발생시키는 아크경보모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 PV-ESS 통합솔루션시스템에 있어서, 상기 ESS관리부는 ESS장치에서 감지되는 흔들림정보에 따라 지진 위험을 인지하여 경보하고, ESS장치의 작동을 조절하는 지진감시부를 포함하며, 상기 지진감시부는 ESS장치에 의해 측정되는 흔들림 정도에 관한 신호를 수신하여 ESS장치의 흔들림을 감지하는 흔들림감지모듈과, 흔들림감지모듈에 의해 ESS장치의 흔들림이 감지되는 경우 지진에 대한 모니터링을 개시하는 지진모니터링모듈과, 상기 지진모니터링모듈에 의해 흔들림의 강도와 지속시간을 검출하여 지진으로 판단되는 경우 ESS장치의 작동을 중지시키는 작동중지모듈과, ESS장치의 작동 중지와 함께 지진에 관한 경보를 발생시키는 지진경보발생모듈과, 지진모니터링모듈에 의해 지진의 중단이 감지되는 경우 ESS장치의 작동을 자동으로 재개시키는 자동재개모듈과, 지진의 중단이 감지되는 경우 지진의 모니터링을 중단시키는 대기전환모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 PV-ESS 통합솔루션시스템에 있어서, 상기 ESS관리부는 ESS장치의 온도, 아크 발생에 따라 화재 위험에 대한 안전성지수를 산출하여 이에 따른 화재위험경보가 출력되도록 하는 안전성지수산출부를 포함하고, 상기 안전성지수산출부는 ESS장치의 온도 범위에 따른 온도지수를 산출하는 온도지수산출모듈과, ESS장치와 외부 온도와의 차이에 따른 온도차이지수를 산출하는 온도차이지수산출모듈과, 아크의 발생 횟수에 따른 아크지수를 산출하는 아크지수산출모듈과, 온도지수, 온도차이지수, 아크지수를 합산하여 화재위험에 대한 안전성지수를 산출하는 안전성지수연산모듈과, 안전성지수가 설정값을 초과하는 경우 화재위험경보를 발생시키는 화재위험경보발생모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 PV-ESS 통합솔루션시스템에 있어서, 상기 진단서버는 태양광 발전장치의 발전량 데이터를 토대로 태양광 발전장치의 상태를 진단하는 태양광관리부를 포함하고, 상기 태양광관리부는 과거 동일기간의 발전량 추세가 유사한 태양광 발전장치들을 그룹화하는 그룹화부와, 그룹화된 태양광 태양광 발전장치들 내에서 오차 범위를 벗어난 발전량을 나타내는 특정 태양광 발전장치를 선별하는 이상진단부를 포함하며, 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.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 PV-ESS 통합솔루션시스템에 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.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 PV-ESS 통합솔루션시스템에 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.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 PV-ESS 통합솔루션시스템에 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 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 일정기간 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.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 PV-ESS 통합솔루션시스템에 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.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 PV-ESS 통합솔루션시스템에 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.

본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 ESS장치의 온도, 아크, 지진감시 정보에 따라 안전성을 미리 진단하여 사용자에게 알리도록 함으로써, 화재, 지진 등에 대한 대비가 신속하게 이루어질 수 있도록 하는 효과가 있다.

본 발명은 온도에 따른 ESS장치의 과열 정도, 아크 발생에 따른 화재 위험 정도를 정확하게 판단하여 알리도록 함으로써 감시의 정확성을 높일 수 있도록 하는 효과가 있다.

본 발명은 지진이 감지되는 경우 ESS장치의 작동을 중지시키도록 하여 지진에 따른 피해를 최소화하도록 하고, ESS장치가 일정 정도 이상으로 흔들리는 경우에만 지진에 대한 모니터링을 실시하도록 함으로써 지진 감시에 따른 전력 소모를 최소화할 수 있도록 하는 효과가 있다.

본 발명은 ESS장치의 온도, ESS장치의 온도와 외부온도의 차, 아크 발생 횟수에 따라 안전성 지수를 산출하여 이에 따른 화재위험경보를 발생시키도록 함으로써 화재 위험에 대한 더욱 정확한 경보가 가능하도록 하는 효과가 있다.

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 하는 효과가 있다.

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.

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.

본 발명은 태양광 발전장치의 고장뿐만 아니라 일정 기간 내 고장의 예측 및 열화의 진단이 가능하도록 하는 효과가 있다.

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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안전기능이 강화된 PV-ESS 통합솔루션시스템의 구성도
도 2는 도 1의 ESS장치의 구성을 나타내는 블럭도
도 3은 도 1의 진단서버의 구성을 나타내는 블럭도
도 4는 도 3의 ESS관리부의 구성을 나타내는 블럭도
도 5는 본 발명에서 태양광 발전장치들을 그룹화하여 진단을 수행하는 상태를 나타내는 참고도
도 6은 도 3의 그룹화부의 구성을 나타내는 블럭도
도 7은 도 3의 이상진단부의 구성을 나타내는 블럭도
도 8은 도 1의 태양광 발전장치에 스트링평준화부가 포함된 개념도
도 9는 도 8의 스트링평준화부의 세부 구성도
도 10은 도 9의 제어부의 구성을 나타내는 블럭도
도 11은 도 9의 스트링진단부의 구성을 나타내는 블럭도

이하에서는 본 발명에 따른 안전기능이 강화된 PV-ESS 통합솔루션시스템의 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.

본 발명의 일 실시예에 따른 안전기능이 강화된 PV-ESS 통합솔루션시스템을 도 1 내지 도 11을 참조하여 설명하면, 상기 PV-ESS 통합솔루션시스템은 태양광을 이용하여 발전하는 태양광 발전장치(3); 태양광 발전장치(3)에 의해 생산된 전력을 저장하는 ESS장치(1); 상기 태양광 발전장치(3) 및 ESS장치(1)의 상태를 진단하고 관리하는 진단서버(5);를 포함한다.

본 발명에 따른 PV-ESS 통합솔루션시스템은 ESS장치(1)의 잦은 화재 사고에 대비하기 위해 ESS장치(1)의 온도와 아크의 발생을 실시간으로 감시하여 화재위험을 미리 인지할 수 있도록 하고, 지진에 대한 감시도 이루어질 수 있도록 하여 이에 대한 신속한 대비가 이루어질 수 있도록 한다. 또한, 본 발명은 태양광 발전장치(3)의 고장과 이상을 진단하여 이에 대한 신속한 대처가 이루어질 수 있도록 하며, 특히 정확한 고장과 이상 진단을 위해 태양광 발전장치(3)들을 그룹화하여 고장 및 이상을 진단할 수 있도록 한다.

상기 ESS장치(1)는 태양광 발전장치(3)에 의해 생산된 전력을 저장하며, 필요에 따라 각 부하로 전력을 공급하는 구성으로, 다수의 배터리모듈을 포함하여 반복적인 충방전이 이루어진다. 또한, 상기 ESS장치(1)는 전력의 충방전을 위해 접속반, 분전반 등의 구성을 포함하고 다수의 배터리모듈은 배터리랙과 같은 설비에 수용되어 접속반, 분전반 등과 함께 밀폐된 공간에 설치된다. 따라서, 상기 ESS장치(1)는 많은 열이 발생하고 밀폐된 공간에 형성됨에 따라 화재 위험성이 매우 높으며, 화재가 발생할 경우 전력 차단뿐만 아니라 주변에 막대한 피해를 발생시키게 된다. 따라서, 상기 ESS장치(1)는 온도, 아크의 발생, 흔들림을 실시간으로 감지하여 진단서버(5)로 전송할 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 ESS장치(1)는 온도센싱부(11), 아크센싱부(13), 지진센싱부(15)를 포함할 수 있다.

상기 온도센싱부(11)는 ESS장치(1)의 온도를 측정하는 구성으로, 바람직하게는 배터리들이 수용되는 배터리랙의 온도를 측정하도록 할 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 온도센싱부(11)는 ESS장치(1) 주변의 온도를 추가적으로 측정하여 진단서버(5)로 전달되도록 할 수 있으며, 이를 통해 ESS장치(1)의 안전성지수가 산출될 수 있도록 한다. 이에 관한 상세한 설명은 후술한다. 따라서, 상기 온도센싱부(11)는 ESS장치(1)의 온도를 측정하는 제1온도센서(111)와 ESS장치(1) 주변의 온도를 측정하는 제2온도센서(113)를 포함할 수 있다. 이때 제1온도센서(111)에 의해 측정되는 온도는 후술할 ESS관리부(51)의 과열감시부(511)에 의해 ESS장치(1)의 과열을 감시하고, 안전성지수산출부(517)에 의해 안전성지수를 산출하는데에 사용되며, 제2온도센서(113)에 의해 측정되는 온도는 안전성지수산출부(517)에 의한 안전성지수 산출에 사용되도록 할 수 있다.

상기 아크센싱부(13)는 ESS장치(1)에서 발생하는 아크를 감지하여 진단서버(5)로 전송하는 구성으로, UV센서가 적용되도록 할 수 있다. 따라서, 상기 아크센싱부(13)는 아크의 발생에 따라 방전 펄스가 발생되고 이러한 펄스 신호를 분석하여 아크의 발생 횟수와 시간, 세기 등을 검출할 수 있도록 한다.

상기 지진센싱부(15)는 ESS장치(1)의 흔들림을 감지하여 지진을 감지할 수 있도록 하는 구성으로, 가속도센서가 적용될 수 있다. 상기 지진센싱부(15)는 ESS장치(1)의 흔들림을 감지하여 흔들림이 일정값을 초과하는 경우 흔들림에 관한 정보를 진단서버(5)로 전송하도록 하며, 지진에 대한 모니터링이 개시되도록 한다.

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 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. 또한, 상기 태양광 발전장치(3)에 의해 생산되는 전력은 상기 ESS장치(1)에 저장된다. 상기 태양광 발전장치(3)는 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 구성을 포함하는데, 이는 태양광 발전장치(3)를 이루는 관용 구성으로 별도의 설명은 생략하도록 한다

상기 진단서버(5)는 상기 태양광 발전장치(3) 및 ESS장치(1)의 상태를 진단하고 관리하는 구성으로, ESS장치(1)를 관리하는 ESS관리부(51)와 태양광 발전장치(3)를 관리하는 태양광관리부(53)를 포함할 수 있다.

상기 ESS관리부(51)는 ESS장치(1)의 온도, 아크발생, 흔들림에 관한 신호를 수신하여 이에 따른 위험을 감지할 수 있도록 하며, 특히 온도와 아크발생에 따라 안전성지수를 산출하여 화재위험에 대한 경보를 발생시킬 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 ESS관리부(51)는 과열감시부(511), 아크감시부(513), 지진감시부(515), 안전성지수산출부(517)를 포함할 수 있다.

상기 과열감시부(511)는 상기 온도센싱부(11), 특히 제1온도센서(111)에 의해 측정되는 온도에 따라 ESS장치(1)의 과열을 감시하는 구성으로, 온도가 상승하는 시간, 상승 정도에 따라 과열에 대한 경보를 발생시키도록 한다. 이를 위해, 상기 과열감시부(511)는 온도정보수신모듈(511a), 온도상승시간판별모듈(511b), 온도상승비율판별모듈(511c), 온도상승유지시간판별모듈(511d), 과열경보모듈(511e)을 포함할 수 있다.

상기 온도정보수신모듈(511a)은 상기 온도센싱부(11), 특히 제1온도센서(111)로부터 온도 정보를 수신하는 구성으로, 실시간으로 온도정보를 수신하도록 한다.

상기 온도상승시간판별모듈(511b)은 ESS장치(1)의 온도가 상승하는 시간을 산출하여 상승시간이 일정값을 초과하는지 여부를 판단하는 구성으로, 예를 들어 온도상승시간이 2초를 초과하는지 여부를 판단하도록 하여 2초를 초과하는 경우 과열경보를 발생시키도록 할 수 있다.

상기 온도상승비율판별모듈(511c)은 온도상승시간판별모듈(511b)에 의해 온도상승시간이 일정값을 초과하지 않는 경우 온도가 상승되는 정도를 판단하도록 한다. 상기 온도상승비율판별모듈(511c)은 온도가 일정시간 이상 계속적으로 상승되지 않더라도 그 상승하는 비율이 설정된 정도를 초과하는 경우에는 그 초과된 정도가 유지되는 시간에 따라 경보를 발생시킬 수 있도록 한다. 상기 온도상승비율판별모듈(511c)은 일 예로 직전 일정시간 동안의 평균온도와 현재 온도를 비교하여 그 정도가 2배를 초과하는 경우 상기 온도상승유지시간판별모듈(511d)에 의해 그 지속시간을 산출하여 경보발생 여부가 결정되도록 할 수 있다.

상기 온도상승유지시간판별모듈(511d)은 상기 온도상승비율판별모듈(511c)에서 온도의 상승비율이 설정된 값을 초과한 것으로 판별되는 경우, 그 초과한 상태의 유지시간이 설정된 시간을 초과하는지 여부를 판별하는 구성으로, 일 예로 초과한 상태가 4초 이상 계속되는 경우 경보를 발생시키도록 한다.

상기 과열경보모듈(511e)은 ESS장치(1)의 과열에 따른 경보를 발생시키는 구성으로, 상기 온도상승시간판별모듈(511b)에 의해 온도상승시간이 일정값을 초과하거나 상기 온도상승유지시간판별모듈(511d)에 의해 온도의 상승이 일정 비율을 초과한 정도가 설정된 시간 이상 계속되는 경우 경보를 발생시킬 수 있도록 한다.

상기 아크감시부(513)은 ESS장치(1)에의 아크 발생에 따른 위험을 감시하는 구성으로, 아크의 발생횟수, 시간에 따른 경보를 발생시키도록 한다. 이를 위해, 상기 아크감시부(513)는 아크정보수신모듈(513a), 아크발생횟수판별모듈(513b), 아크발생시간판별모듈(513c), 아크경보모듈(513d)을 포함할 수 있다.

상기 아크정보수신모듈(513a)은 상기 아크센싱부(13)에 의해 측정되는 아크 발생에 관한 정보를 수신하는 구성으로, 아크발생횟수와 아크지속시간에 따라 경보를 발생시킬 수 있도록 한다.

상기 아크발생횟수판별모듈(513b)은 일정 단위시간 동안 아크발생횟수를 산출하여 설정값을 초과하는지 여부를 판별하는 구성으로, 예를 들어 2초 동안 5회를 초과하여 아크가 발생하는지 여부를 판별하도록 할 수 있다.

상기 아크발생시간판별모듈(513c)은 아크의 지속시간을 산출하여 설정된 시간을 초과하는지 여부를 판별하는 구성으로, 예를 들어 4초를 초과하여 계속되는지 여부를 판별하도록 할 수 있다.

상기 아크경보모듈(513d)은 아크 발생에 따른 화재 위험의 경보를 발생시키는 구성으로, 아크발생횟수판별모듈(513b)에 의해 아크발생횟수가 설정값을 초과하거나 아크발생시간판별모듈(513c)에 의해 아크지속시간이 설정된 시간을 초과하는 경우 경보를 발생시키도록 할 수 있다.

상기 지진감시부(515)는 ESS장치(1)에 대한 지진의 발생을 감시하는 구성으로, 흔들림감지모듈(515a), 지진모니터링모듈(515b), 작동중지모듈(515c), 지진경보발생모듈(515d), 작동재개모듈(515e), 대기전환모듈(515f)을 포함할 수 있다.

상기 흔들림감지모듈(515a)은 상기 지진센싱부(15)에서 전송되는 흔들림 정보를 수신하는 구성으로, 상기 지진센싱부(15)는 흔들림이 일정값을 초과하는 경우에는 흔들림 정보를 전송하므로 상기 흔들림감지모듈(515a)은 흔들림 정보를 수신하여 상기 지진모니터링모듈(515b)에 의해 지진에 대한 모니터링이 개시되도록 한다.

상기 지진모니터링모듈(515b)은 흔들림감지모듈(515a)에 의해 ESS장치(1)의 흔들림 정보가 수신되는 경우 ESS장치(1)에 대한 지진을 모니터링하는 구성으로, ESS장치(1)로부터 흔들림에 관한 정보를 실시간으로 수신하여 흔들림의 강도와 횟수, 시간 등을 산출할 수 있도록 한다.

상기 작동중지모듈(515c)은 지진모니터링모듈(515b)에 의한 모니터링 중 흔들림의 강도, 횟수, 시간 등이 설정된 값을 초과하는 경우 ESS장치(1)의 작동을 중지시키는 구성으로, 지진에 의한 피해를 최소화할 수 있도록 한다. 일 예로 상기 작동중지모듈(515c)은 흔들림이 일정강도 이상으로 일정시간 이상 계속되는 경우 또는 일정시간 내에 일정 횟수를 초과하는 경우 ESS장치(1)의 작동을 중지하도록 할 수 있다.

상기 지진경보발생모듈(515d)은 작동중지모듈(515c)에 의해 ESS장치(1)의 작동이 중지되는 경우 이를 사용자에게 알리도록 하는 구성으로, 지진에 대한 신속한 대처가 이루어질 수 있도록 한다.

상기 작동재개모듈(515e)은 ESS장치(1)의 작동 중지 후 흔들림의 강도, 횟수 등이 설정된 값 이하로 내려가는 경우 자동으로 ESS장치(1)의 작동을 개시하는 구성으로, 일시적인 지진에 의한 작동의 중지를 자동으로 신속하게 복구할 수 있도록 한다.

상기 대기전환모듈(515f)은 상기 흔들림감지모듈(515a)에 의해 ESS장치(1)로부터 흔들림에 관한 정보가 일정 시간 이상 수신되지 않는 경우 지진이 종료한 것으로 판단하여 ESS장치(1)의 지진센싱부(15)를 대기모드로 복귀시키는 구성으로, 일정값 이상의 흔들림이 다시 발생할 때까지 흔들림정보의 전송을 중단하도록 하여 소모되는 전력을 최소화할 수 있도록 한다.

상기 안전성지수산출부(517)는 ESS장치(1)의 온도, 아크 발생에 따라 화재의 위험에 대한 종합적인 안전성지수를 산출하여 화재위험경보를 발생시키도록 하는 구성으로, 제1온도센서(111)에 의해 측정되는 ESS장치(1)의 온도, 제2온도센서(113)에 의해 측정되는 ESS장치(1) 주변의 온도, 아크감시부(513)에 의해 측정되는 아크 발생의 횟수에 따라 안전성지수를 산출하도록 한다. 이를 위해, 상기 안전성지수산출부(517)는 온도지수산출모듈(517a), 온도차이지수산출모듈(517b), 아크지수산출모듈(517c), 안전성지수연산모듈(517d), 화재위험경보발생모듈(517e)을 포함할 수 있다.

상기 온도지수산출모듈(517a)은 제1온도센서(111)에 의해 측정되는 ESS장치(1)의 온도에 따라 온도지수를 산출하는 구성으로, 온도 범위에 따라 온도지수를 산출하도록 할 수 있다. 따라서, 상기 온도지수산출모듈(517a)은 일정 온도 범위를 설정하고, 해당 온도 범위 내에서는 선형적으로 온도지수를 산출하며, 일정 온도 범위의 상한값 이상이면 가장 낮은 온도지수를, 일정 온도 범위의 하한값 이하이면 가장 높은 온도지수를 산출하도록 할 수 있다. 일 예로, 상기 온도지수산출모듈(517a)은 50℃~80℃의 온도 범위를 설정하고, 50℃ 이하이면 온도지수가 100점, 80℃ 이상이면 5점, 50℃와 80℃ 사이에서는 선형적으로 점수가 낮아지도록 설정할 수 있다.

상기 온도차이지수산출모듈(517b)은 제1온도센서(111)에 의해 측정되는 온도와 제2온도센서(113)에 의해 측정되는 주변 온도의 차이에 따라 온도차이지수를 산출하는 구성으로, 온도지수산출모듈(517a)과 같은 온도차이의 범위에 따라 온도차이지수를 산출하도록 할 수 있다. 따라서, 상기 온도차이지수산출모듈(517b)도 일정 온도차이 범위에서 온도차이지수가 선형적으로 변하고, 일정 온도차이 범위의 상한값 이상이면 가장 낮은 온도차이지수를, 하한값 이하이면 가장 높은 온도차이지수를 부여하도록 할 수 있다. 일 예로, 상기 온도차이지수산출모듈(517b)은 5℃에서 30℃의 온도차이범위를 설정하고, 온도차이가 5℃ 이하이면 100점, 30℃ 이상이면 5점, 5℃와 30℃ 사이에서는 선형적으로 온도지수가 변하도록 할 수 있다.

상기 아크지수산출모듈(517c)은 아크발생횟수에 따른 아크지수를 산출하는 구성으로, 일정 단위시간 동안 아크의 발생 횟수에 따라 아크지수를 산출하도록 한다. 상기 아크지수산출모듈(517c)은 아크 발생 횟수의 범위를 설정하여, 해당 범위 내에서는 아크 발생 횟수에 따라 아크지수가 선형적으로 변하고, 해당 범위의 하한값 이하이면 가장 높은 아크지수를, 상한값 이상이면 가장 낮은 아크지수를 출력하도록 할 수 있다. 일 예로, 상기 아크지수산출모듈(517c)은 0회에서 50회의 범위를 설정하고, 아크발생횟수가 0회이면 가장 높은 100점, 50회 이상이면 5점, 0회와 50회 사이에서는 그 횟수에 따라 아크지수가 선형적으로 낮아지도록 설정할 수 있다.

상기 안전성지수연산모듈(517d)은 온도지수, 온도차이지수, 아크지수를 합산하여 화재위험에 대한 전체적인 안전성지수를 산출하는 구성으로, 특히 온도지수와 온도차이지수의 합산시에는 온도지수에 더욱 높은 가중치를 부여하도록 할 수 있다. 따라서, 상기 안전성지수연산모듈(517d)은 온도지수에 0.7을 곱하고 온도차이지수에 0.3을 곱하여 온도에 따른 안전성지수를 산출할 수 있으며, 이 값에 아크지수를 합산함으로써 전체적인 안전성지수를 산출할 수 있도록 한다.

상기 화재위험경보발생모듈(517e)은 상기 안전성지수연산모듈(517d)에 의해 산출된 안전성지수가 설정된 값 이하가 되면 화재위험에 관한 경보를 발생시키는 구성으로, 이에 따른 신속한 대처가 이루어질 수 있도록 한다.

상기 태양광관리부(53)는 태양광 발전장치(3)의 상태를 진단하며 관리하는 구성으로, 태양광 발전장치(3)의 발전량 데이터를 토대로 상태를 진단하도록 한다. 상기 태양광관리부(53)는 진단의 정확성을 높이기 위해 일정기간 동안 발전량 추세가 유세한 태양광 발전장치(3)들을 동일한 그룹으로 묶어 동일한 그룹 내에서 발전량의 오차가 발생하는 경우 이상으로 진단하도록 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(5)를 통해 과거 동일 기간의 발전량 추세가 유세한 태양광 발전장치(3)들을 그룹화하는 그룹화부(531)와, 그룹화된 동일 그룹의 태양광 발전장치(3)들 내에서 오차 범위를 벗어난 발전량을 나타내는 특정 태양광 발전장치(3)를 선별하는 이상진단부(533)를 포함한다.

상기 그룹화부(531)는 태양광 발전장치(3)들 중 과거 동일 기간의 발전량 추세가 유사한 태양광 발전장치(3)들을 그룹화(도 5 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(531)는 각 태양광 발전장치(3)로부터 발전량 정보를 수집하여 발전량 추세를 분석하며, 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 그룹화부(531)는 설정된 그룹별로 상기 이상진단부(533)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 그룹화부(531)는 도 6에 도시된 바와 같이 발전데이터수집모듈(531a), 발전데이터가공모듈(531b), 발전데이터정제모듈(531c), 발전데이터보정모듈(531d), 그룹화모듈(531e), 그룹최적화모듈(531f)을 포함할 수 있다.

상기 발전데이터수집모듈(531a)은 각 태양광 발전장치(3)로부터 일발전량, 일발전량편차 등과 같은 정보를 수집하는 구성으로, IoT 망 등의 인터넷망을 이용하여 수집되도록 할 수 있으며, 태양광 발전장치(3)들에 대한 그룹화를 위해 기초 정보를 수집하게 된다.

상기 발전데이터가공모듈(531b)은 각 태양광 발전장치(3)의 고장이력, 유지보수이력과 같은 정보를 통해 상기 발전데이터수집모듈(531a)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(531b)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(531b)은 고장보수정도수신모듈(531b-1), 고장보수시간정보수신모듈(531b-2), 고장보수지수산출모듈(531b-3), 가공연산모듈(531b-4)을 포함할 수 있다.

상기 고장보수정도수신모듈(531b-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(531b-1)은 고장 또는 유지보수가 이루어지는 경우 작업자의 별도 입력에 의한 정보를 수신하도록 할 수 있다.

상기 고장보수시간정보수신모듈(531b-2)은 고장 또는 유지보수가 이루어진 시간에 관한 정보를 수신하는 구성으로, 역시 작업자의 별도 입력에 의한 정보를 수신하도록 할 수 있다.

상기 고장보수지수산출모듈(531b-3)은 고장보수정도수신모듈(531b-1) 및 고장보수시간정보수신모듈(531b-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.

상기 가공연산모듈(531b-4)은 고장보수지수산출모듈(531b-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.

상기 발전데이터정제모듈(531c)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(531c)에서는 상기 발전데이터수집모듈(531a) 내지 발전데이터가공모듈(531b)에서 제공된 정보에 더해 각 태양광 발전장치(3)들이 위치하는 지역기상정보, 환경정보와 같은 정보를 반영함으로써 각 태양광 발전장치(3)들의 발전량 추세에 대한 오류 정보를 최소화하게 되고, 이를 통해 후술할 그룹화모듈(531e)에서 신뢰성 있는 그룹화가 진행될 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 발전데이터정제모듈(531c)은 환경정보수신모듈(531c-1), 환경지수산출모듈(531c-2), 정제연산모듈(531c-3)을 포함할 수 있다.

상기 환경정보수신모듈(531c-1)은 각 태양광 발전장치(3)가 위치하는 지역의 기상, 환경정보를 수집하는 구성으로, 일사량, 온도, 습도 등의 정보가 수신될 수 있도록 한다.

상기 환경지수산출모듈(531c-2)은 환경정보수신모듈(531c-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(531c-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.

상기 정제연산모듈(531c-3)은 환경지수산출모듈(531c-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.

상기 발전데이터보정모듈(531d)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(531d)은 설비정보수신모듈(531d-1), 특성지수산출모듈(531d-2), 보정연산모듈(531d-3)을 포함할 수 있다.

상기 설비정보수신모듈(531d-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(5)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.

상기 특성지수산출모듈(531d-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.

상기 보정연산모듈(531d-3)은 특성지수산출모듈(531d-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.

상기 그룹화모듈(531e)은 상기 발전데이터보정모듈(531d)에서 산출된 데이터에 군집화 알고리즘(군집화 기준을 토대로 군집화하는 프로그램)을 적용하여 태양광 발전장치(3)들을 유사한 발전량 추세를 보이는 그룹별로 그룹화하는 구성이다.

일 예로, 상기 그룹화모듈(531e)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(533)에서 이상 여부를 진단하게 될 것이다.

다른 예로, 상기 그룹화모듈(531e)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(533)에서 이상 여부를 진단하게 될 것이다.

또 다른 예로, 상기 그룹화모듈(531e)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(533)에서 이상 여부로 진단함으로써 상대적으로 신속하게 진단이 가능한 특징을 갖게 된다.

상기 그룹최적화모듈(531f)은 그룹화모듈(531e)에 의해 설정된 그룹을 사용에 따라 갱신하여 최적화하는 구성으로, 상기 이상진단부(533)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(531f)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(531f)은 진단검증모듈(531f-1), 지수비교모듈(531f-2), 지수조절모듈(531f-3), 그룹자동변경모듈(531f-4)을 포함할 수 있다.

상기 진단검증모듈(531f-1)은 이상 진단의 정확성 여부를 검증하는 구성으로, 이상진단부(533)에 의한 태양광 발전장치(3)의 이상 진단, 더욱 정확하게는 후술할 고장진단부(533a)에 의한 태양광 발전장치(3)의 고장 여부와 실제 태양광 발전장치(3)의 고장 발생 여부를 비교하여 검증하도록 한다. 따라서, 상기 진단검증모듈(531f-1)은 진단된 고장 여부와 실제 고장 발생이 일치하지 않는 경우 결과가 일치할 수 있도록 각 지수들을 조절하고 재그룹화를 진행할 수 있도록 한다.

상기 지수비교모듈(531f-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(531f-3)에 의한 지수의 조절이 이루어질 수 있도록 한다.

상기 지수조절모듈(531f-3)은 각 지수를 조절하여 이상진단부(533)에 의한 고장의 진단 결과와 실제 고장 결과를 일치시키도록 하는 구성으로, 지수비교모듈(531f-2)에 의해 비교된 결과에 따라 발전량 데이터에 가장 큰 영향을 미치는 지수부터 조절이 이루어지도록 한다. 다만, 상기 지수조절모듈(531f-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(531f-3)은 각 지수에 대해 순차적으로 조절이 이루어질 수 있도록 하며, 결과가 일치할 때까지 설정된 범위를 변경하여 조절이 이루어지도록 할 수도 있다.

상기 그룹자동변경모듈(531f-4)은 상기 지수조절모듈(531f-3)에 의해 조절된 지수에 따라 그룹을 자동으로 변경하여 재그룹화하는 하도록 한다. 따라서, 상기 그룹자동변경모듈(531f-4)은 시간이 지날수록 그룹화의 정확성이 자동으로 향상될 수 있도록 하여 이상 진단의 정확성을 높일 수 있게 된다.

상기 이상진단부(533)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(533)는 도 7에 도시된 바와 같이 고장진단부(533a), 고장위험예측부(533b), 열화감지부(533c)를 포함할 수 있다.

상기 고장진단부(533a)는 태양광 발전장치(3)의 고장을 진단하는 구성으로, 상기 그룹화부(531)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(533a)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.

상기 고장위험예측부(533b)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(533b)는 오차 범위와 시간에 따라 위험지수를 산정하도록 하며, 위험지수에 따라 고장이 발생할 위험이 높은 기간을 설정하여 알리도록 할 수 있다. 상기 고장위험예측부(533b)는 오차감시모듈(533b-1), 지속시간계측모듈(533b-2), 위험지수산출모듈(533b-3), 고장예측정보알림모듈(533b-4)을 포함한다.

상기 오차감시모듈(533b-1)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.

상기 지속시간계측모듈(533b-2)은 오차감시모듈(533b-1)에 의해 설정된 범위에 해당하는 오차가 감지되는 경우 그 지속시간을 계측하는 구성으로, 그 지속시간에 따라 위험지수가 산출될 수 있도록 한다.

상기 위험지수산출모듈(533b-3)은 오차 정도 및 지속시간에 따라 위험지수를 산출하는 구성으로, 위험지수는 오차가 클수록, 지속시간이 길수록 높은 값을 나타내도록 할 수 있다. 따라서, 상기 위험지수산출모듈(533b-3)에 의해 산출되는 위험지수가 높을수록 빠른 시일 내에 고장이 발생할 위험이 높다는 것을 의미하게 된다.

상기 고장예측정보알림모듈(533b-4)은 위험지수산출모듈(533b-3)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.

상기 열화감지부(533c)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(533c)는 기울기산출모듈(533c-1), 임계확인모듈(533c-2), 시간정보측정모듈(533c-3), 열화경보모듈(533c-4)을 포함할 수 있다.

상기 기울기산출모듈(533c-1)은 태양광 발전장치(3) 발전량 오차의 변화율에 따라 기울기를 산출하는 구성으로, 고장진단부(533a), 고장위험예측부(533b)와 같이 동일한 그룹 내에서 특정 태양광 발전장치(3) 발전량 오차의 변화율을 산출하도록 한다. 역시 상기 기울기산출모듈(533c-1)도 그룹화 기준에 따라 발전량 오차의 변화율을 산출하도록 하며, 그 기울기가 임계값을 초과하는 경우 그 지속시간을 측정하여 열화에 대한 경보가 이루어질 수 있도록 한다.

상기 임계확인모듈(533c-2)은 기울기산출모듈(533c-1)에 의해 산출된 기울기가 설정된 임계값을 초과하는지 여부를 확인하는 구성으로, 임계값이 초과되는 경우 그 지속시간이 계측될 수 있도록 한다.

상기 시간정보측정모듈(533c-3)은 임계확인모듈(533c-2)에서 오차의 변화율이 임계값을 초과하는 것으로 확인되는 경우 초과되는 기울기의 지속시간을 측정할 수 있도록 한다.

상기 열화경보모듈(533c-4)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.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 태양광 발전장치(3)는 이상이 있는 것으로 진단된 태양광 발전장치(3)에 대해 청소 내지 교체 등의 유지보수 실시 전에도 최적의 태양광 발전이 이루어질 수 있도록 하는 스트링평준화부(36)를 추가로 포함할 수 있다. 이때, 본 발명에서 제공하고자 하는 스트링평준화부(36)는 기존처럼 태양광 발전 패널(어레이)을 이루는 직렬회로(스트링) 간 발생하는 발전 전력의 차이를 낮은 전력을 보상해주는 방식으로만 한정하지 않고, 각 스트링 간 전력 편차를 최소화 내지 없애는 방식으로 스트링 간 발전 전력을 평준화시킴으로써 태양광 발전 효율을 증가시키는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 상기 이상진단부(533)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.

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 9에 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.

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 9에 도시된 예와 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.

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.

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 전력저장장치가 전력보상용으로 구비)되어야만 하여 비용 및 경제적으로 효율이 크게 저감됨은 물론, 별도의 전력저장장치 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 9를 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.

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 9를 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.

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.

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 11에 도시된 바와 같이 연결스트링감지모듈(367a), 충방전인지모듈(367b), 충방전계측모듈(367c), 이상지수산출모듈(367d), 이상지수누적모듈(367e), 이상스트링진단모듈(367f)을 포함할 수 있다.

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.

상기 충방전인지모듈(367b)은 연결스트링감지모듈(367a)에 의해 감지된 스트링에 대해 충방전 여부를 감지하는 구성으로, 저장제어모듈(365b)의 작동에 관한 정보를 수신하도록 한다.

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.

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.

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.

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.

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.

1: ESS장치
11: 온도센싱부 111: 제1온도센서 113: 제2온도센서
13: 아크센싱부 15: 지진센싱부
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
5: 진단서버
51: ESS관리부
511: 과열감시부 511a: 온도정보수신모듈
511b: 온도상승시간판별모듈 511c: 온도상승비율판별모듈
511d: 온도상승유지시간판별모듈 511e: 과열경보모듈
513: 아크감시부 513a: 아크정보수신모듈 513b: 아크발생횟수판별모듈
513c: 아크발생시간판별모듈 513d: 아크경보모듈
515: 지진감시부 515a: 흔들림감지모듈 515b: 지진모니터링모듈
515c: 작동중지모듈 515d: 지진경보발생모듈
515e: 작동재개모듈 515f: 대기전환모듈
517: 안전성지수산출부 517a: 온도지수산출모듈
517b: 온도차이지수산출모듈 517c: 아크지수산출모듈
517d: 안전성지수연산모듈 517e: 화재위험경보발생모듈
53: 태양광관리부
531: 그룹화부 531a: 발전데이터수집모듈
531b: 발전데이터가공모듈 531c: 발전데이터정제모듈
531d: 발전데이터보정모듈 531e: 그룹화모듈 531f: 그룹최적화모듈
533: 이상진단부
533a: 고장진단부 533b: 고장위험예측부 533c: 열화감지부

Claims

태양광을 이용하여 발전하는 태양광 발전장치; 태양광 발전장치에 의해 생산된 전력을 저장하는 ESS장치; 상기 태양광 발전장치 및 ESS장치의 상태를 진단하고 관리하는 진단서버;를 포함하고,
상기 진단서버는 상기 ESS장치에서 측정되는 온도, 아크, 지진감시 정보에 따라 위험을 감지하여 알리는 ESS관리부와, 태양광 발전장치의 발전량 데이터를 토대로 태양광 발전장치의 상태를 진단하는 태양광관리부를 포함하며,
상기 ESS관리부는,
ESS장치의 온도에 따른 과열을 감시하여 경보를 발생시키는 과열감시부와, ESS장치에서 발생하는 아크에 관한 정보에 따라 화재 발생의 위험에 관한 경보를 발생시키는 아크감시부와, ESS장치에서 감지되는 흔들림정보에 따라 지진 위험을 인지하여 경보하고 ESS장치의 작동을 조절하는 지진감시부와, ESS장치의 온도, 아크 발생에 따라 화재 위험에 대한 안전성지수를 산출하여 이에 따른 화재위험경보가 출력되도록 하는 안전성지수산출부를 포함하고,
상기 과열감시부는,
ESS장치의 온도정보를 수신하는 온도정보수신모듈과, 수신되는 ESS장치의 온도가 상승하는 시간이 일정시간 계속되는지 여부를 판단하는 온도상승시간판별모듈과, 온도의 상승이 일정시간 계속되지 않는 경우 온도상승 비율이 설정값을 초과하는지 여부를 판단하는 온도상승비율판별모듈과, 온도상승 비율이 설정값을 초과하는 상태가 유지되는 시간이 설정시간을 초과하는지 여부를 판단하는 온도상승유지시간판별모듈과, 상기 온도상승시간판별모듈에 의해 온도의 상승이 일정시간 이상 계속되거나 또는 상기 온도상승유지시간판별모듈에 의해 설정시간의 초과가 감지되는 경우 과열에 대한 경보를 발생시키는 과열경보모듈을 포함하며,
상기 안전성지수산출부는,
ESS장치의 온도 범위에 따른 온도지수를 산출하는 온도지수산출모듈과, ESS장치와 외부 온도와의 차이에 따른 온도차이지수를 산출하는 온도차이지수산출모듈과, 아크의 발생 횟수에 따른 아크지수를 산출하는 아크지수산출모듈과, 온도지수, 온도차이지수, 아크지수를 합산하여 화재위험에 대한 안전성지수를 산출하는 안전성지수연산모듈과, 안전성지수가 설정값을 초과하는 경우 화재위험경보를 발생시키는 화재위험경보발생모듈을 포함하고,
상기 태양광관리부는, 과거 동일기간의 발전량 추세가 유사한 태양광 발전장치들을 그룹화하는 그룹화부와, 그룹화된 태양광 태양광 발전장치들 내에서 오차 범위를 벗어난 발전량을 나타내는 특정 태양광 발전장치를 선별하는 이상진단부를 포함하며,
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 포함하고,
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 포함하며,
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 포함하고,
상기 열화감지부는,
일정기간 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 포함하며,
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 하는 PV-ESS 통합솔루션시스템.
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제 1 항에 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 하는 PV-ESS 통합솔루션시스템.
제 7 항에 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 하는 PV-ESS 통합솔루션시스템.
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제 1 항에 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 하는 PV-ESS 통합솔루션시스템.