KR102286563B1 - 태양광발전시스템의 3상 불평형 역전력 실시간 제어 시스템 - Google Patents

태양광발전시스템의 3상 불평형 역전력 실시간 제어 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광발전시스템의 3상 불평형 역전력 실시간 제어 시스템에 관한 것으로, 해결하고자 하는 과제는 더미 저항을 수용가 부하의 간접 부하로 이용하고, 역전력량에 따라 간접 부하를 가변 시킴으로써 3상 전력선에 대한 부하를 평형하게 맞출 수 있으며, 설치 비용이 적게 들고 구현이 간단하고 안전하며, 간접 부하에 의한 전력만을 소비함으로써 태양광 발전 손실을 최소화시키고 에너지 보상율을 높이는데 있다.
일례로, 계통과 수용가 부하 간의 3상 전력선에 설치되고, 소비전력지령에 따라 전력을 가변적으로 소비하는 더미 저항부; 및 계통에서 수용가 부하로 인가되는 계통인가전력량(PO)을 검출하고, 상기 태양광발전시스템의 인버터로부터 태양광발전전력량(PPV)과, 상기 더미 저항부로부터 소비전력량(PR)을 각각 수신하고, 검출 및 수신된 각 전력량(PO, PPV, PR)을 기반으로 상기 전력선의 역전력 발생 유무를 실시간 모니터링하고, 역전력 발생 시 전력량(PO, PPV, PR)을 기반으로 역전력량을 산출하고, 산출된 역전력량에 따른 상기 소비전력지령을 상기 더미 저항부로 전송하고, 태양광발전량 제한지령을 상기 인버터로 전송하는 역전력 관리부를 포함하는 3상 불평형 역전력 실시간 제어 시스템을 개시한다.

Description

태양광발전시스템의 3상 불평형 역전력 실시간 제어 시스템{SYSTEM FOR REAL TIME CONTROLLING 3-PHASE UNBALANCED REVERSE POWER OF SOLAR POWER GENERATION SYSTEM}
본 발명의 실시예는 태양광발전시스템의 3상 불평형 역전력 실시간 제어 시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 수용가 부하에 전력을 공급하는 하나 이상의 태양광발전시스템에서 계통에 대한 3상 불평형 역전력을 실시간으로 각각 제어하기 위한 시스템에 관한 것이다.
태양광발전시스템의 경우 발전 사업자가 아닌 사용자는 발전전력이 역조되어서는 안되며, 모든 수용가에서 소비되어야 하므로, 소비전력보다 발전전력이 높은 경우 발전전력을 낮추어 역조가 발생하지 않도록 제어해야 한다.
현재 태양광발전시스템은 역전력 관리부를 설치하여 검출된 역전력량을 태양광발전시스템으로 보내고, 이를 수신한 태양광발전시스템의 인버터는 전력을 줄여 역조 현상이 발생하지 않도록 한다. 또한, 인버터가 전력을 줄이지 못하여 역조 현상이 특정시간 지속되는 경우 역전력 검출기는 메인 차단기를 트립(Trip)시켜 역조를 방지하지만 수용가에 정전이 발생할 수 있다.
역조는 태양광 발전량이 일정하더라도 수용가 부하가 갑자기 줄어들면 순간적으로 발생하거나, 수용가 부하의 변동이 없는 경우에도 일사량의 급변으로 인해 태양광 발전량이 급격히 상승하는 경우 발생할 수 있다.
현재 태양광발전시스템의 역전력 계전기는, 역전력 상태(역전력 발생 유무)를 나타내는 플래그(Flag)와 역전력량을 인버터의 요청에 의해 송신하도록 설계되어 있다.
그러나 역전력 상태를 나타내는 플래그는 역조 발생 시 인버터에 다소 빠르게 수신되나, 그 역전력량은 상대적으로 매우 늦게 수신된다. 이에 따라, 인버터에서 현재 역조 전력량이 정확히 얼마인지 알 수 없으며, 몇 초 또는 수십 초 전 값을 수신 받아 응답 지연 발생될 수 있다. 이러한 경우, 역전력 계전기가 전송한 수초 전의 전력량 값을 기준으로 인버터가 태양광발전시스템의 전력을 제어하는 경우, 원활한 역전력 제어가 수행되지 않아 역조가 지속될 수 있으며, 역전력 계전기는 메인 차단기를 이용해 전력선을 차단시켜 수용가 전체에 정전이 발생하게 된다.
이를 방지하기 위하여 인버터는, 역전력 계전기로부터 역전력 발생을 나타내는 플래그가 수신되면, 매우 낮은 역전력량이 발생했음에도 태양광 발전량을 거의 0W로 줄이고, 그 발전량을 서서히 증가시켜 역전력 계전기에 의해 메인 차단기가 트립(Trip) 되지 않도록 제어하게 되는데, 이러한 경우 태양광발전시스템의 큰 발전 손실이 발생할 수 있다는 문제가 있다.
또한, 종래의 역전력 계전기의 경우 3상의 전력선 중 1상만 역전력이 발생 하더라도 메인 차단기의 트립(Trip)이 발생하게 되는데, 이와 같이 1상의 역조 때문에 다른 상들의 전력마저 낮추어야 하는 실정이다.
태양광발전시스템은 일사량의 변화로 발전량이 일정하지 않기 때문에, 역조가 발생하지 않도록 해야 하고, 발전량을 소비되는 전력에 최대한 맞추어 역조를 제어함으로써 발전 효율을 향상시켜야 한다. 정밀한 역조 제어를 위해서는 시시 각각으로 변하는 부하를 정밀하게 계측해야 하나 비용 및 환경 조건 등에 의해 전압 전류 센서를 부하 측에만 설치하는 것이 용이하지 않다. 이에 따라, 각 부의 전력을 기반으로 정밀한 소비전력 계측이 필요하다.
공개특허공보 제10-2014-0060401호(공개일자: 2014년05월20일)
본 발명의 실시예는, 더미 저항을 수용가 부하의 간접 부하로 이용하고, 역전력량에 따라 간접 부하를 가변 시킴으로써 3상 전력선에 대한 부하를 평형하게 맞출 수 있으며, 설치 비용이 적게 들고 구현이 간단하고 안전하며, 간접 부하에 의한 전력만을 소비함으로써 태양광 발전 손실을 최소화시키고 에너지 보상율을 높일 수 있는 태양광발전시스템의 3상 불평형 역전력 실시간 제어 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 태양광발전시스템의 3상 불평형 역전력 실시간 제어 시스템은, 계통과 수용가 부하 간의 3상 전력선에 설치되고, 소비전력지령에 따라 전력을 가변적으로 소비하는 더미 저항부; 및 계통에서 수용가 부하로 인가되는 계통인가전력량(PO)을 검출하고, 상기 태양광발전시스템의 인버터로부터 태양광발전전력량(PPV)과, 상기 더미 저항부로부터 소비전력량(PR)을 각각 수신하고, 검출 및 수신된 각 전력량(PO, PPV, PR)을 기반으로 상기 전력선의 역전력 발생 유무를 실시간 모니터링하고, 역전력 발생 시 상기 전력량(PO, PPV, PR)을 기반으로 역전력량을 산출하고, 산출된 역전력량에 따른 상기 소비전력지령을 상기 더미 저항부로 전송하고, 태양광발전량 제한지령을 상기 인버터로 전송하는 역전력 관리부를 포함한다.
또한, 상기 더미 저항부는, R-N 전력선 간에 설치된 제1 단상 더미 저항, S-N 전력선 간에 설치된 제2 단상 더미 저항, 및 T-N 전력선 간에 설치된 제3 단상 더미 저항을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 단상 더미 저항, 상기 제2 단상 더미 저항, 및 상기 제3 단상 더미 저항 각각의 소비전력량(PR)은, 최대 상기 태양광발전시스템의 총 발전용량의 1/3이 되도록 설계된 것일 수 있다.
또한, 상기 제1 단상 더미 저항, 상기 제2 단상 더미 저항, 및 상기 제3 단상 더미 저항은 트라이액(TRIAC)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 역전력 관리부는, 상기 계통인가전력량(PO)을 검출하고, 상기 태양광발전전력량(PPV)과 상기 소비전력량(PR)을 각각 수신하는 전력량 검출 및 수신부; 3상4선식 전력선(R, S, T, N)에 대한 상기 수용가 부하의 소비전력을 PL = PO + PPV - PR의 수식에 따라 예측하는 수용가 부하 소비전력 예측부; 상기 전력량(PO, PPV, PR)을 기반으로 (PPV + PR) - PL의 수식에 따라 에러값을 산출하고, 산출된 상기 에러값이 0 미만 경우 역전력이 발생하지 않은 것으로 판단하고, 상기 에러값이 0 이상인 경우 역전력이 발생한 것으로 판단하는 역전력 발생 유무 판단부; 상기 에러값에 따른 3상4선식 전력선(R, S, T, N) 각각에 대한 상기 소비전력지령의 값(PR, PS, RT)을 상기 더미 저항부에 전송하여 상기 더미 저항부를 통한 3상 전력선의 소비전력이 평형 해지도록 비례 적분 방식으로 제어하는 PI 제어부; 상기 소비전력지령의 값(PR, PS, RT)에서 상기 더미 저항부로부터 검출된 소비전력검출값(PR', PS', RT')를 [(PR - PR'), (PS - PS'), (RT - RT')]의 수식에 따라 감산하고, 감산 결과 중 모두 0 이하인 경우 상기 PI 제어부가 상기 더미 저항부를 제어하도록 결정하고, 감산 결과 중 적어도 하나가 0을 초과하는 경우 상기 인버터가 역전력을 제어하도록 결정하는 제어 수단 결정부; 및 상기 제어 수단 결정부를 통해 상기 인버터에 의해 역전력을 제어하는 것으로 결정된 경우, [(PPV) - ((PR - PR') + (PS - PS') + (RT - RT'))]의 수식에 따른 전력량으로 태양광발전량이 제한되도록 태양광발전량 제한지령을 상기 인버터로 전송하는 인버터 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 PL은, 상기 수용가 부하의 소비전력 예측치로서, R-N 전력선에 대한 소비전력(PLR), S-N 전력선에 대한 소비전력(PLS), 및 T-N 전력선에 대한 소비전력(PLT)을 포함하고, 상기 PR은, R-N 전력선에 설치된 상기 제1 단상 더미 저항의 소비전력량(PRR), S-N 전력선에 설치된 상기 제2 단상 더미 저항의 소비 전력량(PRS), 및 T-N 전력선에 설치된 상기 제3 단상 더미 저항의 소비전력량(PRT)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 더미 저항을 수용가 부하의 간접 부하로 이용하고, 역전력량에 따라 간접 부하를 가변 시킴으로써 3상 전력선에 대한 부하를 평형하게 맞출 수 있으며, 설치 비용이 적게 들고 구현이 간단하고 안전하며, 간접 부하에 의한 전력만을 소비함으로써 태양광 발전 손실을 최소화시키고 에너지 보상율을 높일 수 있는 태양광발전시스템의 3상 불평형 역전력 실시간 제어 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전시스템의 3상 불평형 역전력 실시간 제어 시스템의 전체 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3상4선식 전력선에 설치된 더미 저항부와 역전력 관리부의 더미 저항부 및 인버터의 제어 관계를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 역전력 관리부의 세부 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수용가 부하의 소비전력 예측 방식을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 역전력 관리부의 동작 방식을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 역전력 실시간 제어 시스템에서 역조 발생 시 수용가의 정전을 막기 위한 스위치 제어 방식을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 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 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전시스템의 3상 불평형 역전력 실시간 제어 시스템의 전체 구성을 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3상4선식 전력선에 설치된 더미 저항부와 역전력 관리부의 더미 저항부 및 인버터의 제어 관계를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 역전력 관리부의 세부 구성을 나타낸 블록도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수용가 부하의 소비전력 예측 방식을 설명하기 위해 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 역전력 관리부의 동작 방식을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전시스템(10)의 3상 불평형 역전력 실시간 제어 시스템(1000)은, 수용가 부하(20)에 전력을 공급하는 하나 이상의 태양광발전시스템(10)에서 계통에 대한 3상(R, S, T)의 불평형 역전력을 실시간으로 각각 제어하기 위한 시스템에 관한 것으로, 더미 저항부(100)와 역전력 관리부(200) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 더미 저항부(100)는, 계통과 수용가 부하(20) 간의 3상4선식식 전력선(R, S, T, N)에 설치되고, 역전력 관리부(200)의 소비전력지령에 따라 3상4선식식 전력선(R, S, T, N)의 각 상에서의 전력을 가변적으로 소비할 수 있다.
좀 더 구체적으로 더미 저항부(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, R-N 전력선 간에 설치된 제1 단상 더미 저항(110), S-N 전력선 간에 설치된 제2 단상 더미 저항(120), 및 T-N 전력선 간에 설치된 제3 단상 더미 저항(130)을 포함할 수 있다. 이러한 제1 단상 더미 저항(110), 제2 단상 더미 저항(120), 및 제3 단상 더미 저항(130) 각각의 소비전력량(PR)은, 최대 태양광발전시스템(10)의 총 발전용량의 1/3이 되도록 설계되는 것이 바람직하다. 여기서, 소비전력량(PR)은, R-N 전력선에 설치된 제1 단상 더미 저항(110)의 제1 소비전력량(PRR), S-N 전력선에 설치된 제2 단상 더미 저항(120)의 제2 소비 전력량(PRS), 및 T-N 전력선에 설치된 제3 단상 더미 저항(130)의 제3 소비전력량(PRT)을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 태양광발전시스템(10)의 총 발전용량이 60kW이 되도록 설계된 경우, 제1 소비전력량(PRR), 제2 소비 전력량(PRS) 및 제3 소비전력량(PRT)은 각각 최대 20kW가 되도록 설계되는 것이 바람직하다. 이러한 용량 설계는, 수용가 부하(20)가 0인 경우에도 제1 내지 제3 단상 더미 저항(110, 120, 130)을 통해 역조를 제어할 수 있도록 하기 위함이다.
제1 내지 제3 단상 더미 저항(110, 120, 130)을 릴레이로 적용하는 경우 잦은 동작에 의해 고장이 발생할 가능성이 높기 때문에, 제1 내지 제3 단상 더미 저항(110, 120, 130)은 트라이액(TRIAC)을 각각 적용하고 점호각 제어를 통해 매우 빠르게 변하는 부하 변동에 대응할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
상기 역전력 관리부(200)는, 계통에서 수용가 부하(20)로 인가되는 계통인가전력량(PO)을 검출하고, 태양광발전시스템(10)의 인버터(11)로부터 태양광발전전력량(PPV)과, 더미 저항부(100)로부터 소비전력량(PR)을 각각 수신하고, 검출 및 수신된 각 전력량(PO, PPV, PR)을 기반으로 3상4선식식 전력선(R, S, T, N)의 역전력 발생 유무(Flag를 통해 알림)를 실시간 모니터링하고, 역전력 발생 시 전력량(PO, PPV, PR)을 기반으로 역전력량을 산출하고, 산출된 역전력량에 따른 소비전력지령을 더미 저항부(100)로 전송하고, 태양광발전량 제한지령을 인버터(11)로 전송할 수 있다. 이러한 역전력 관리부(200)는 기존의 태양광발전시스템의 역전력 계전기 내에 추가적으로 설치되거나, 별도로 설치될 수 있다.
이를 위해 역전력 관리부(200)는 도 3에 도시된 바와 같이, 전력량 검출 및 수신부(210), 수용가 부하 소비전력 예측부(220), 역전력 발생 유무 판단부(230), PI 제어부(240), 제어 수단 결정부(250) 및 인버터 제어부(260) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 전력량 검출 및 수신부(210)는, 계통에서 수용가 부하(20)로 인가되는 3상 전력선 각각에 대한 전압(V)과 전류(I)를 계측하여 3상 전력선에 대한 계통인가전력량(PO)을 검출하고, 태양광발전시스템(10)의 인버터(11)로부터 태양광발전전력량(PPV)과, 더미 저항부(100)로부터 소비전력량(PR)을 각각 수신할 수 있다.
상기 수용가 부하 소비전력 예측부(220)는, 도 4에 도시된 바와 같이 3상4선식 전력선(R, S, T, N)에 대한 수용가 부하(20)의 소비전력을 PL = PO + PPV - PR의 수식에 따라 예측할 수 있다. 여기서, PPV는 태양광발전시스템(10)에서 발전되는 총 태양광발전전력량을 의미하고, PL은, 수용가 부하(20)의 소비전력 예측치로서, R-N 전력선에 대한 소비전력(PLR), S-N 전력선에 대한 소비전력(PLS), 및 T-N 전력선에 대한 소비전력(PLT)을 포함할 수 있다. 그리고, 상술한 바와 같이 PO는 계통인가전력량(PO)을, PPV는 태양광발전전력량(PPV)을, PR은 더미 저항부(100)의 소비전력량(PR)을 각각 의미한다. 여기서, PR 또한 상술한 바와 같이 제1 소비전력량(PRR), 제2 소비 전력량(PRS) 및 제3 소비전력량(PRT)을 포함할 수 있다.
상기 역전력 발생 유무 판단부(230)는, 전력량 검출 및 수신부(210)를 통해 검출 및 수신된 전력량(PO, PPV, PR)을 기반으로, 도 5에 도시된 바와 같이 (PPV + PR) - PL의 수식에 따라 에러값을 산출하고, 산출된 에러값과 0 간을 대소 비교하여 에러값((PPV + PR) - PL)이 0 미만 경우(error < 0) 역전력이 발생하지 않은 것으로 판단(ex. Flag=0)하고, 에러값((PPV + PR) - PL)이 0 이상인 경우(error ≥ 0) 역전력이 발생한 것으로 판단(ex. Flag=1)할 수 있다.
상기 PI 제어부(240)는, 도 5에 도시된 바와 같이 에러값((PPV + PR) - PL)에 따라 3상4선식 전력선(R, S, T, N) 각각에 대한 소비전력지령의 값(PR, PS, RT)을 더미 저항부(100)에 전송하여 더미 저항부(100)을 통해 3상 전력선의소비전력이 평형 해지도록 비례 적분 방식으로 제어할 수 있다.
상기 제어 수단 결정부(250)는, 도 5에 도시된 바와 같이 소비전력지령의 값(PR, PS, RT)에서 더미 저항부(100)로부터 검출된 소비전력검출값(PR', PS', RT')를 [(PR - PR'), (PS - PS'), (RT - RT')]의 수식에 따라 감산하고, 감산 결과 중 모두 0 이하인 경우(PR-PR'≤0 & PS-PS'≤0 & PT-PT'≤0), PI 제어부(240)가 더미 저항부(100)를 제어하도록 결정하고, 감산 결과 중 적어도 하나가 0을 초과하는 경우(PR-PR'>0 or PS-PS'>0 or PT-PT'>0) 인버터(11)가 역전력을 제어하도록 결정할 수 있다. 즉, 감산 결과 중 모두 0 이하인 경우(PR-PR'≤0 & PS-PS'≤0 & PT-PT'≤0)인 경우 더미 저항부(100)를 통해 3상 불평형 역조를 제어하고, 감산 결과 중 적어도 하나가 0을 초과하는 경우(PR-PR'>0 or PS-PS'>0 or PT-PT'>0)인 경우 즉 R, S, T상 중 어느 한 상이라도 총 태양광발전용량의 1/3(Limit)인 경우에는 더 이상 더미 저항부(100)를 이용해 역조 제한이 어렵기 때문에 인버터(11)를 통해 발전량을 제한할 수 있도록 제어권을 인버터(11)에 넘겨지도록 결정하는 것이다.
상기 인버터 제어부(260)는, 제어 수단 결정부(250)를 통해 인버터(11)에 의해 역전력을 제어하는 것으로 결정된 경우, [(PPV)- ((PR - PR') + (PS - PS') + (RT - RT'))]의 수식에 따른 전력량으로 태양광발전량이 제한되도록 태양광발전량 제한지령을 인버터(11)로 전송함으로써 인버터(11)를 통해 역전력 제어가 수행되도록 하며, 또한 역전력 발생 유무 판단부(230)를 통한 플래그 신호(Flag=1)도 함께 전송하여 인버터(11)가 현재 역전력이 발생하였음을 알릴 수 있도록 한다. 이때, 태양광발전량 제한지령 정보에는 각 상 별로 얼마만큼의 발전량이 조절되어야 하는지에 대한 수치적 정보가 포함될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 역전력 실시간 제어 시스템에서 역조 발생 시 수용가의 정전을 막기 위한 스위치 제어 방식을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 역조 발생 시 기존과 같이 계통과 연결된 전력선에 설치되는 메인 차단기를 오프시키는 것이 아니라, 인버터와 전력선 간에 연결된 스위치들(MC1, ... , MCn)를 턴오프시킴으로써 수용가의 정전을 막을 수 있다. 기존에 역조 방지를 위해 메인 차단기를 트립시켰는데, 이러한 경우 메인 차단기에 연결된 수용가 부하가 모두 정전이 발생함으로 인해 관리자가 메인 차단기를 수동으로 복구해야만 했으나, 본 실시예에 따르면 스위치들(MC1, ... , MCn)를 이용하여 태양광발전시스템만 차단함으로써, 수용가 부하의 정전을 막을 수 있으며, 스위치들(MC1, ... , MCn)를 사용함으로써 역전력 실시간 제어 시스템(1000)의 전력 관리 기능도 자동으로 복구가 가능하다.
본 실시예에 따르면, 3상 불평형 역조 발생(어느 3상 중 1개 또는 2개의 상에 역조 발생) 시 인버터를 통해 태양광 발전량을 줄이는 기존 방식이 아니라, 각 상의 전력선에 더미 저항을 설치하고, 역조가 발생한 상의 더미 저항을 이용하여 부하를 늘려주는 방식으로 소비전력을 증가시켜줌으로써 3상 전력선에 대한 부하를 평형하게 맞출 수 있다.
또한, 더미 저항을 이용한 3상 평형을 이루는 과정에서 각 더미 저항을 통해 소비되는 전력은 태양광발전시스템을 통해 발전된 전력을 이용하는 것이므로, 전기 요금이 상승하지 않는다.
한편, 기존의 역전력 계전기는 본 실시예에 그대로 포함시킬 수 있으며, 그에 따른 메인 차단기를 이용한 트립 동작을 위한 구성도 그대로 적용 가능하다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 태양광발전시스템의 3상 불평형 역전력 실시간 제어 시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
1000: 3상 불평형 역전력 실시간 제어 시스템
100: 더미 저항부
110: 제1 단상 더미 저항
120: 제2 단상 더미 저항
130: 제3 단상 더미 저항
200: 역전력 관리부
210: 전력량 검출 및 수신부
220: 수용가 부하 소비전력 예측부
230: 역전력 발생 유무 판단부
240: PI 제어부
250: 제어 수단 결정부
260: 인버터 제어부
10: 태양광발전시스템
11: 인버터
20: 수용가 부하

Claims (6)

  1. 수용가 부하에 전력을 공급하는 하나 이상의 태양광발전시스템에서 계통에 대한 3상 불평형 역전력을 실시간으로 각각 제어하기 위한 시스템에 관한 것으로,
    계통과 수용가 부하 간의 3상 전력선에 설치되고, 소비전력지령에 따라 전력을 가변적으로 소비하는 더미 저항부; 및
    계통에서 수용가 부하로 인가되는 계통인가전력량(PO)을 검출하고, 상기 태양광발전시스템의 인버터로부터 태양광발전전력량(PPV)과, 상기 더미 저항부로부터 소비전력량(PR)을 각각 수신하고, 검출 및 수신된 각 전력량(PO, PPV, PR)을 기반으로 상기 전력선의 역전력 발생 유무를 실시간 검출하고, 역전력 발생 시 상기 전력량(PO, PPV, PR)을 기반으로 역전력량을 산출하고, 산출된 역전력량에 따른 상기 소비전력지령을 상기 더미 저항부로 전송하고, 태양광발전량 제한지령을 상기 인버터로 전송하는 역전력 관리부를 포함하고,
    상기 더미 저항부는,
    R-N 전력선 간에 설치된 제1 단상 더미 저항, S-N 전력선 간에 설치된 제2 단상 더미 저항, 및 T-N 전력선 간에 설치된 제3 단상 더미 저항을 포함하고,
    상기 역전력 관리부는,
    상기 계통인가전력량(PO)을 검출하고, 상기 태양광발전전력량(PPV)과 상기 소비전력량(PR)을 각각 수신하는 전력량 검출 및 수신부;
    3상4선식 전력선(R, S, T, N)에 대한 상기 수용가 부하의 소비전력을 PL = PO + PPV - PR의 수식에 따라 예측하는 수용가 부하 소비전력 예측부;
    상기 전력량(PO, PPV, PR)을 기반으로 (PPV + PR) - PL의 수식에 따라 에러값을 산출하고, 산출된 상기 에러값이 0 미만 경우 역전력이 발생하지 않은 것으로 판단하고, 상기 에러값이 0 이상인 경우 역전력이 발생한 것으로 판단하는 역전력 발생 유무 판단부;
    상기 에러값에 따른 3상4선식 전력선(R, S, T, N) 각각에 대한 상기 소비전력지령의 값(PR, PS, RT)을 상기 더미 저항부에 전송하여 상기 더미 저항부를 통한 3상 전력선의 소비전력이 평형 해지도록 비례 적분 방식으로 제어하는 PI 제어부;
    상기 소비전력지령의 값(PR, PS, RT)에서 상기 더미 저항부로부터 검출된 소비전력검출값(PR', PS', RT')를 [(PR - PR'), (PS - PS'), (RT - RT')]의 수식에 따라 각각 감산하고, 감산 결과 중 모두 0 이하인 경우 상기 PI 제어부가 상기 더미 저항부를 제어하도록 결정하고, 감산 결과 중 적어도 하나가 0을 초과하는 경우 상기 인버터가 역전력을 제어하도록 결정하는 제어 수단 결정부; 및
    상기 제어 수단 결정부를 통해 상기 인버터에 의해 역전력을 제어하는 것으로 결정된 경우, [(PPV) - ((PR - PR') + (PS - PS') + (RT - RT'))]의 수식에 따른 전력량으로 태양광발전량이 제한되도록 태양광발전량 제한지령을 상기 인버터로 전송하는 인버터 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템의 3상 불평형 역전력 실시간 제어 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 단상 더미 저항, 상기 제2 단상 더미 저항, 및 상기 제3 단상 더미 저항 각각의 소비전력량(PR)은, 최대 상기 태양광발전시스템의 총 발전용량의 1/3이 되도록 설계된 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템의 3상 불평형 역전력 실시간 제어 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 단상 더미 저항, 상기 제2 단상 더미 저항, 및 상기 제3 단상 더미 저항은 트라이액(TRIAC)을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템의 3상 불평형 역전력 실시간 제어 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 PL은,
    상기 수용가 부하의 소비전력 예측치로서, R-N 전력선에 대한 소비전력(PLR), S-N 전력선에 대한 소비전력(PLS), 및 T-N 전력선에 대한 소비전력(PLT)을 포함하고,
    상기 PR은,
    R-N 전력선에 설치된 상기 제1 단상 더미 저항의 소비전력량(PRR), S-N 전력선에 설치된 상기 제2 단상 더미 저항의 소비 전력량(PRS), 및 T-N 전력선에 설치된 상기 제3 단상 더미 저항의 소비전력량(PRT)을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템의 3상 불평형 역전력 실시간 제어 시스템.
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