KR102321181B1 - 태양광 발전 시스템의 지락 발생 감시 장치 및 그 방법 - Google Patents

태양광 발전 시스템의 지락 발생 감시 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 태양광 발전 시스템의 지락 발생 감시 장치는 태양광 스트링별로 지락 발생 정보를 생성하기 위해, 상기 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각의 출력단에 연결되어, 대응된 태양광 스트링의 출력전압 및 누설전류를 측정하되, 일 측이 상기 태양광 스트링의 (+)출력단에 연결된 제1 저항; 일 측이 상기 제1 저항의 타측에 연결되고, 타측이 상기 태양광 스트링의 (-)출력단에 연결된 제2 저항; 상기 제1 저항에 걸리는 제1 전압(VP)을 측정하는 제1 전압 검출기; 상기 제2 저항에 걸리는 제2 전압(VN)을 측정하는 제2 전압 검출기; 및 상기 제1 및 제2 저항의 접속점과 접지 사이의 전류(Ig)를 검출하는 전류검출기를 포함하는 전압 및 전류 측정부; 및 상기 출력전압 및 누설전류값에 의거하여, 대응된 태양광 스트링에 지락의 발생 여부 및 지락 발생 위치를 추정하는 제어부를 포함함으로써, 전압 및 전류 특성을 함께 고려하여 지락 위치를 신속히 파악함과 동시에 지락 판단의 정확성과 정밀도를 높일 수 있는 장점이 있다.

Description

태양광 발전 시스템의 지락 발생 감시 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MONITORING THE OCCURRENCE OF GROUND FAULT IN SOLAR POWER GENERATION SYSTEM}
본 발명은 태양광 발전 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 태양광 발전 시스템의 지락 발생 여부 및 지락 발생 위치를 감시하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 발전 시스템은 하나의 태양전지(Solar cell)로부터 얻은 전기의 양이 매우 작기 때문에 여러 개의 태양전지를 연결하여 태양광 모듈을 제작하여 사용하고 있으나 이 태양광 모듈 역시 발전량이 적다.
이에 전력 계통에 연결하여 발전 전력을 송전하고자 하는 경우 몇 개의 태양광 모듈을 한 그룹으로 연결하거나, 또는 이러한 그룹을 여러 개 병렬로 연결하여 태양광 어레이를 구성하고, 이를 통해 발전 및 송전에 필요한 전압 및 전력을 확보하도록 하고 있다. 즉, 다수의 태양광 모듈을 직렬로 연결하여 태양광 패널(어레이)을 구성하고, 복수의 태양광 패널을 하나의 그룹으로 묶어 구성하는 것이 보편적이다.
이러한 태양광 패널은 태양광을 DC 전력으로 변환하여 접속반을 통해 인버터로 전송하며, 인버터는 각 태양광 패널로부터 생성된 DC 전력을 계통에 연계할 수 있도록 AC 전력으로 변환해주는 역할을 한다.
이러한 종래의 태양광 접속반은 복수의 태양광 패널로부터 출력되는 DC 전원을 효과적으로 병합하고 AC로 변환하여 계통에 제공할 수 있으나, 누설전류가 발생할 경우 장비에 악영향을 줄 수 있음은 물론 화재가 발생할 염려가 있다.
따라서 이러한 문제를 해결하기 위해, 종래에는 태양광 발전 시스템의 누설전류를 감지하기 위한 방법들이 다양하게 개발되고 있다.
한국 등록특허 제 10-2112562 호에는 누설전류 및 누설구간 검출이 가능한 태양광 발전 시스템이 개시되어 있다. 즉, 상기 특허에는, 다수의 태양전지 어레이; 상기 태양전지 어레이로부터 생산된 DC 전력을 집합시키는 태양광 접속반; 상기 DC 전력을 AC 전력으로 변환하여 출력하는 인버터; 상기 태양광 접속반 내부에 구성되고 상기 각 태양전지 어레이에 연결되어 (+) 및 (-) 케이블에 흐르는 누설전류를 검출하는 제1 누설전류 검출부; 상기 태양광 접속반과 인버터 사이에 구성되어 상기 인버터의 입력단으로 입력되는 DC 전력을 전달하는 (+) 및 (-) 케이블에 흐르는 누설전류를 검출하는 제2 누설전류 검출부; 상기 제1 누설전류 검출부로부터 검출된 누설전류에 대한 정보를 외부로 전달하기 위해 상기 태양광 접속반의 내부에 구성되는 게이트웨이를 포함하여 구성된 누설전류 및 누설구간 검출이 가능한 태양광 발전 시스템이 개시되어 있다.
상기 특허에 의하면, 태양광 발전 중에 단전 없이 실시간으로 누설전류 및 누설구간의 위치를 검출함으로써 유지보수 시간 및 운영비를 효과적으로 절감하여 경제성을 확보할 수 있고, 태양광 발전 시스템의 누설전류로 인한 2차사고, 화재 및 인체 손상 등에 대한 실시간 감시로 사고 방지 효과를 증대하여 안정성을 강화시킬 수 있으며, 상위 시스템과 연동하여 태양광 모니터링 및 고장, 사고 예측 에너지 관리 시스템을 최적화시킬 수 있는 장점이 있다.
하지만, 상기와 같은 종래 기술의 경우, 시스템 기동전이나 기동 중에 모듈의 가운데서 지락이 발생하는 경우 두 분압저항에 걸리는 전압 값의 차이가 없어 지락이 발생했음에도 불구하고 지락이 검출되지 않게 되고, 이로 인해 태양광 인버터의 기동이 이루어지거나 지속되어 사고로 이어질 수 있는 문제가 있었다.
한국 등록특허 제 10-2112562 호
따라서 상기 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 태양광 발전 시스템의 동작 전 또는 동작 중에 태양광 모듈의 중간지점에서 발생하는 지락을 신속하고 정확하게 검출함으로써, 태양광 발전 시스템을 안전하게 운전할 수 있도록 하는 태양광 발전 시스템의 지락 발생 감시 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 태양광 발전 시스템의 전압 및 전류 특성을 함께 고려하여 지락 여부를 판별함으로써, 지락 위치를 신속히 파악함과 동시에 지락 판단의 정확성과 정밀도를 높일 수 있는 태양광 발전 시스템의 지락 발생 감시 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 태양광 발전 시스템내의 태양광 어레이 별로 지락 발생 이력 데이터를 저장/관리함으로써, 지락 발생 원인을 분석하고 그에 따라 대처할 수 있도록 하는 태양광 발전 시스템의 지락 발생 감시 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서 제공하는 태양광 발전 시스템의 누설전류감지장치는, 다수의 태양광 모듈로 구성된 적어도 하나의 태양광 스트링들을 포함하는 태양광 발전 시스템의 지락 발생 감시 장치에 있어서, 상기 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각의 출력단에 연결되어 대응된 태양광 스트링의 지락 발생 정보를 생성하는 적어도 하나의 스트링별 지락 발생 감지부를 포함하되, 상기 스트링별 지락 발생 감지부는 상기 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각의 출력단에 연결되어, 대응된 태양광 스트링의 출력전압 및 누설전류를 측정하는 전압 및 전류 측정부; 및 상기 출력전압 및 누설전류값에 의거하여, 대응된 태양광 스트링에 지락의 발생 여부 및 지락 발생 위치를 추정하는 제어부를 포함하고, 상기 전압 및 전류 측정부는 일 측이 상기 태양광 스트링의 (+)출력단에 연결된 제1 저항; 일 측이 상기 제1 저항의 타측에 연결되고, 타측이 상기 태양광 스트링의 (-)출력단에 연결된 제2 저항; 상기 제1 저항에 걸리는 제1 전압(VP)을 측정하는 제1 전압 검출기; 상기 제2 저항에 걸리는 제2 전압(VN)을 측정하는 제2 전압 검출기; 및 상기 제1 및 제2 저항의 접속점과 접지 사이의 전류(Ig)를 검출하는 전류검출기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제어부는 상기 제1 전압(VP), 상기 제2 전압(VN) 및 상기 전류(Ig) 전류값에 의거하여, 지락 발생 여부를 결정하되, 상기 제1 전압(VP), 상기 제2 전압(VN) 및 상기 전류(Ig) 전류값 각각이 미리 설정된 태양광 스트링 정상 동작 조건을 만족하지 않는 경우, 지락이 발생한 것으로 결정할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부는 상기 제1 전압(VP) 및 상기 제2 전압(VN)이 모두 0 보다 크고, 상기 전류(Ig) 전류값이 0 이하인 경우, 상기 태양광 스트링이 정상 동작하는 것으로 결정하고, 그렇지 않은 경우 대응된 태양광 스트링에 지락이 발생한 것으로 결정할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부는 상기 제1 전압(VP)과, 상기 제2 전압(VN)의 크기 비교 결과에 의거하여, 지락 발생 위치를 추정하되, 상기 제1 전압(VP)과 상기 제2 전압(VN)이 동일하면, 상기 지락 발생 위치를 상기 태양광 스트링의 (+)출력단과, (-)출력단의 중간지점으로 추정하고, 상기 제1 전압(VP)이 상기 제2 전압(VN) 보다 크면, 상기 지락 발생 위치를 상기 중간지점과 상기 (-)출력단 사이로 추정하고, 상기 제1 전압(VP)이 상기 제2 전압(VN) 보다 작으면, 상기 지락 발생 위치를 상기 중간지점과 상기 (+)출력단 사이로 추정할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부는 누설전류값에 따라 다르게 설정된 차단기 동작 레벨을 미리 저장하고, 상기 전압 및 전류 측정부에서 측정된 누설전류값 및 상기 저장된 차단기 동작 레벨 정보에 의거하여, 대응된 태양광 스트링 뒷단에 연결된 스트링 옵티마로 흐르는 전류의 차단 여부를 결정하는 차단기의 동작을 제어할 수 있다.
바람직하게, 상기 장치는 온/습도 감지 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 온/습도 감지 센서로부터 감지되는 온/습도에 의거하여, 상기 미리 저장된 차단기 동작 레벨을 재설정할 수 있다.
바람직하게, 상기 장치는 외부에 3단 경광등을 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 3단 경광등을 이용하여 상기 차단기 동작 레벨을 외부로 표출할 수 있다.
바람직하게, 상기 장치는 상기 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각의 지락 발생 여부 및 지락 발생 위치 정보를 전달받아 통합 관리하는 지락정보 통합 관리부를 더 포함하고, 상기 지락정보 통합 관리부는 상기 적어도 하나의 스트링별 지락 발생 감지부로부터 지락 발생 여부 및 지락 발생 위치 정보를 실시간으로 수신하는 수신부; 상기 수신부를 통해 수신된 정보에 의거하여, 상기 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각의 지락 발생 이력 정보를 저장하되, 상기 지락 발생 이력 정보와 대응된 환경정보를 함께 매칭시켜 저장하는 이력 정보 저장부; 및 상기 이력 정보 저장부에 저장된 정보에 의거하여, 지락 발생과 환경정보와의 상관관계를 분석하여 저장하고, 상기 상관관계에 의거하여 상기 수신부를 통해 수신된 실시간 지락 발생의 원인을 분석하는 분석부를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 분석부는 날씨 및 시간대별 누설전류를 분석하여, 날씨 및 시간대를 포함하는 환경정보와 누설전류와의 상관관계를 분석하고, 그 결과로 지락 발생과 환경정보와의 상관관계를 결정할 수 있다.
바람직하게, 상기 지락정보 통합 관리부는 상기 태양광 발전 시스템의 지락 발생 정보를 외부망에 연결된 서버 장치로 전달하는 외부망 인터페이스부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 수신부는 상기 적어도 하나의 스트링별 지락 발생 감지부 각각으로부터 대응된 태양광 스트링에서 출력되는 누설전류값을 전달받고, 상기 분석부는 상기 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각의 누설전류값을 비교 분석하여, 지락이 발생한 태양광 스트링을 검출하되, 상기 누설전류값들의 평균값을 산출한 후, 상기 평균값 보다 미리 설정된 임계치 이상 큰 누설전류값을 출력하는 태양광 스트링에 지락이 발생한 것으로 결정할 수 있다.
한편, 본 발명에서 제공하는 태양광 발전 시스템의 누설전류감지 방법은, 다수의 태양광 모듈로 구성된 적어도 하나의 태양광 스트링들을 포함하는 태양광 발전 시스템의 지락 발생 감시 방법에 있어서, 상기 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각의 출력전압 및 누설전류를 측정하는 측정단계; 및 상기 측정된 출력전압 및 누설전류값에 의거하여, 대응된 태양광 스트링에 지락의 발생 여부 및 지락 발생 위치를 추정하는 추정단계를 포함하되, 상기 측정단계는 일 측이 상기 태양광 스트링의 (+)출력단에 연결된 제1 저항에 걸리는 제1 전압(VP)을 측정하는 제1 전압 측정단계; 일 측이 상기 제1 저항의 타측에 연결되고, 타측이 상기 태양광 스트링의 (-)출력단에 연결된 제2 저항에 걸리는 제2 전압(VN)을 측정하는 제2 전압 측정 단계; 및 상기 제1 및 제2 저항의 접속점과 접지 사이의 전류(Ig)를 검출하는 누설전류 검출단계를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 추정단계는 상기 제1 전압(VP), 상기 제2 전압(VN) 및 상기 전류(Ig) 전류값에 의거하여, 지락 발생 여부를 결정하되, 상기 제1 전압(VP), 상기 제2 전압(VN) 및 상기 전류(Ig) 전류값 각각이 미리 설정된 태양광 스트링 정상 동작 조건을 만족하지 않는 경우, 지락이 발생할 수 있다.
바람직하게, 상기 추정단계는 상기 제1 전압(VP) 및 상기 제2 전압(VN)이 모두 0보다 크고, 상기 전류(Ig) 전류값이 0이하인 경우, 상기 태양광 스트링이 정상 동작하는 것으로 결정하고, 그렇지 않은 경우 대응된 태양광 스트링에 지락이 발생한 것으로 결정할 수 있다.
바람직하게, 상기 추정단계는 상기 제1 전압(VP)과, 상기 제2 전압(VN)의 크기 비교 결과에 의거하여, 지락 발생 위치를 추정하되, 상기 제1 전압(VP)과 상기 제2 전압(VN)이 동일하면, 상기 지락 발생 위치를 상기 태양광 어레이의 (+)출력단과, (-)출력단의 중간지점으로 추정하고, 상기 제1 전압(VP)이 상기 제2 전압(VN) 보다 크면, 상기 지락 발생 위치를 상기 중간지점과 상기 (-)출력단 사이로 추정하고, 상기 제1 전압(VP)이 상기 제2 전압(VN) 보다 작으면, 상기 지락 발생 위치를 상기 중간지점과 상기 (+)출력단 사이로 추정할 수 있다.
바람직하게, 상기 방법은 상기 추정 단계에서 지락이 발생한 것으로 판단된 태양광 스트링의 뒷단에 연결된 스트링 옵티마로 흐르는 전류를 차단하는 트립 단계를 더 포함하되, 상기 트립 단계는 누설 전류값에 따라 사전에 설정/저장된 트립 레벨, 및 상기 측정단계에서 측정된 태양광 스트링별 누설전류값에 의거하여 상기 스트링 옵티마로 흐르는 전류의 차단 여부를 결정할 수 있다.
바람직하게, 상기 방법은, 상기 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각이 설치된 주변의 온/습도를 감지하는 온/습도 감지 단계; 및 상기 감지된 온/습도에 의거하여, 상기 사전에 설정/저장된 트립 레벨을 재설정하는 트립 레벨 재설정단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 방법은 상기 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각의 지락 발생 여부 및 지락 발생 위치 정보를 전달받아 통합 관리하는 지락정보 통합 관리 단계를 더 포함하고, 상기 지락정보 통합 관리 단계는 상기 적어도 하나의 스트링별 지락 발생 감지부로부터 지락 발생 여부 및 지락 발생 위치 정보를 실시간으로 수신단계; 상기 수신된 정보에 의거하여, 상기 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각의 지락 발생 이력 정보를 저장하되, 상기 지락 발생 이력 정보와 대응된 환경정보를 함께 매칭시켜 저장하는 이력 정보 저장 단계; 상기 저장된 지락 발생 이력 정보에 의거하여, 지락 발생과 환경정보와의 상관관계를 분석하여 저장하는 제1 분석단계; 및 상기 상관관계에 의거하여 상기 수신 단계에서 수신된 실시간 지락 발생의 원인을 분석하는 제2 분석단계를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 분석단계는 날씨 및 시간대별 누설전류를 분석하여, 날씨 및 시간대를 포함하는 환경정보와 누설전류와의 상관관계를 분석하고, 그 결과로 지락 발생과 환경정보와의 상관관계를 결정할 수 있다.
바람직하게, 상기 지락정보 통합 관리 단계는 상기 태양광 발전 시스템의 지락 발생 정보를 외부망에 연결된 외부 서버 장치로 전송하는 전송단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 수신단계는 상기 적어도 하나의 스트링별 지락 발생 감지부 각각으로부터 대응된 태양광 스트링에서 출력되는 누설전류값을 전달받고, 상기 방법은 상기 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각의 누설전류값을 비교 분석하여, 지락이 발생한 태양광 스트링을 검출하는 제3 분석단계를 더 포함하되, 상기 제3 분석단계는 상기 누설전류값들의 평균값을 산출한 후, 상기 평균값 보다 미리 설정된 임계치 이상 큰 누설전류값을 출력하는 태양광 스트링에 지락이 발생할 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 태양광 발전 시스템에 있어서, 태양광 발전 시스템의 동작 전 또는 동작 중에 태양광 모듈의 중간지점에서 발생하는 지락을 신속하고 정확하게 검출함으로써, 태양광 발전 시스템을 안전하게 운전할 수 있도록 하는 장점이 있다. 또한, 본 발명은 태양광 발전 시스템의 전압 및 전류 특성을 함께 고려하여 지락 여부를 판별함으로써, 지락 위치를 신속히 파악함과 동시에 지락 판단의 정확성과 정밀도를 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 태양광 발전 시스템 내의 태양광 어레이 별로 지락 발생 이력 데이터를 저장/관리함으로써, 지락 발생 원인을 분석하고 그에 따라 대처할 수 있도록 하는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지락 발생 감시 장치가 적용된 태양광 발전 시스템의 예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지락 발생 감시 장치에 대한 개략적인 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 및 전류 측정부에 대한 개략적인 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지락 발생 감시 방법에 대한 처리 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지락 발생 위치 결정 과정에 대한 처리 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 지락 발생 위치를 결정하는 과정을 설명하기 위해 지락 발생 감시 장치의 주요 구성만을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지락 발생 감시 장치가 적용된 태양광 발전 시스템의 예를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지락 발생 감시 장치에 대한 개략적인 블록도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지락정보 통합 관리부에 대한 개락적인 블록도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지락 발생 감시 방법에 대한 처리 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명하되, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 한편 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 또한 상세한 설명을 생략하여도 본 기술 분야의 당업자가 쉽게 이해할 수 있는 부분의 설명은 생략하였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지락 발생 감시 장치가 적용된 태양광 발전 시스템의 예를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 지락 발생 감시 장치가 적용된 태양광 발전 시스템은 다수의 태양광 모듈들(110)로 구성된 적어도 하나의 태양광 스트링들(100), 태양광 접속반(200) 및 인버터(300)를 포함하여 구성된다.
태양광 스트링(100)은 태양광을 입사 받아 DC 전력을 생산하고, 태양광 접속반(200)은 태양광 스트링(100) 각각이 생산한 DC 전력을 직병렬로 연결해 필요한 전력을 집합시키고, 인버터(300)는 태양광 접속반(200)으로부터 DC 전력을 전달받아 AC 전력으로 변환하여 출력한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지락 발생 감시 장치는 태양광 접속반(200)에 내장되며, 적어도 하나의 태양광 스트링(100) 각각의 출력단에 연결되어, 대응된 태양광 스트링(100)의 지락 발생 정보를 생성하는 적어도 하나의 스트링별 지락 발생 감지부(210)들로 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지락 발생 감시 장치에 대한 개략적인 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 및 전류 측정부에 대한 개략적인 회로도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스트링별 지락 발생 감지부(210)는 전압 및 전류 측정부(400), ADC(211), 및 MCU(213)를 포함한다.
전압 및 전류 측정부(400)는 적어도 하나의 태양광 스트링(100)들 각각의 출력단에 연결되어, 대응된 태양광 스트링의 출력전압 및 누설전류를 측정한다. 이를 위해, 전압 및 전류 측정부(400)는, 도 3에 예시된 바와 같이, 일 측이 상기 태양광 스트링의 (+)출력단에 연결된 제1 저항(R1), 일 측이 상기 제1 저항(R1)의 타측에 연결되고, 타측이 상기 태양광 스트링의 (-)출력단에 연결된 제2 저항(R2), 상기 제1 저항(R1)에 걸리는 제1 전압(VP) 및 상기 제2 저항(R2)에 걸리는 제2 전압(VN)을 측정하는 전압 검출기(410), 및 상기 제1 및 제2 저항(R1 및 R2)의 접속점(P)과 접지 사이의 전류(Ig)를 검출하는 전류검출기(420)를 포함할 수 있다. 즉, 전압 및 전류 측정부(400)는 전압 검출기(410)의 전압 측정결과(VP, VN) 및 전류 검출기(420)의 누설전류(Ig) 측정값을 출력한다.
ADC(211)는 전압 및 전류 측정부(400)로부터 대응된 태양광 스트링(100)의 출력전압(VP, VN) 및 누설 전류값(Ig)을 전달받고, 상기 출력전압(VP, VN) 및 누설 전류값(Ig)을 디지털 신호로 변환하여 MCU(213)로 전달한다.
MCU(213)는 상기 출력전압(VP, VN) 및 누설 전류값(Ig)에 의거하여, 대응된 태양광 스트링에 지락이 발생했는지 여부를 추정하고, 지락이 발생한 경우 그 지락 발생 위치를 추정한다. 이 때, MCU(213)는 태양광 스트링의 정상 동작을 결정하기 위해 미리 설정된 태양광 스트링 정상 동작 조건을 저장하고, 상기 출력전압(VP, VN) 및 누설 전류값(Ig)이 상기 태양광 스트링 정상 동작 조건을 만족하지 않는 경우, 지락이 발생한 것으로 결정할 수 있다. 예를 들어, MCU(213)는 상기 출력전압(VP, VN)이 모두 0보다 크고, 상기 누설 전류값(Ig)이 0 이하인 경우, 대응된 태양광 스트링이 정상 동작하는 것으로 결정하고, 그렇지 않은 경우 대응된 태양광 스트링에 지락이 발생한 것으로 결정할 수 있다.
또한, MCU(213)는 누설전류값에 따라 다르게 설정된 차단기 동작 레벨(일명, 차단기 트립 레벨)을 미리 저장하고, 전압 및 전류 측정부(400)에서 측정된 누설전류값, 및 상기 저장된 차단기 동작 레벨 정보에 의거하여, 대응된 태양광 스트링 뒷단에 연결된 스트링 옵티마로 흐르는 전류의 차단 여부를 결정하는 차단기(미도시)의 동작을 제어할 수 있다. 즉, MCU(213)는 태양광 스트링 각각의 누설전류값에 의거하여 대응된 태양광 스트링별 지락 여부를 결정하되, 해당 태양광 스트링에 지락이 발생한 것으로 결정되면 그 태양광 스트링 뒷단에 연결된 스트링 옵티마로 흐르는 전류를 차단할 수 있다. 이로 인해, 본 발명은 적어도 하나의 태양광 스트링별로, 개별 제어가 가능한 특징이 있다. 또한, 본 발명의 장치는 단독 100kW 급 작은 용량 접속함에도 적용이 가능하다.
이 때, MCU(213)는 상기 차단기 트립 레벨을 3단계(예컨대, 정상, 경고, 차단 등)로 설정하고, 태양광 스트링에 흐르는 누설전류값의 크기에 따라 상기 차단기 트립 레벨을 설정할 수 있다. 예를 들어, MCU(213)는 상기 차단기 트립 레벨을 누설전류가 0~1mA 미만인 경우 ‘정상’누설전류가 1~10mA 미만인 경우 ‘경고’및 누설전류가 10mA 이상인 경우 ‘트립’으로 설정하고, 상기 누설전류값에 따라 상기 차단기의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 스트링별 지락 발생 감지부(210)는 3단 경광등(미도시)을 더 포함하고, MCU(213)는 상기 3단 경광등을 이용하여 차단기 트립 레벨의 단계를 외부로 표출할 수 있다. 예를 들어, 스트링별 지락 발생 감지부(210)가 녹색/황색/적색의 3색 경광등이 적층된 3단 경광등을 포함하는 경우, MCU(213)는 상기 차단기 트립 레벨이 ‘정상’일 때 녹색 등을 출력하고, 누설전류가 감지되었을 때 황색 등을 출력하고, 인버터 정지 상태일 때 적색 등을 출력하도록 제어할 수 있다. 한편, 상기 차단기 트립 레벨이 ‘트립’일 때, MCU(213)는 적색 등과 함께 경고음(예컨대, 벨)을 출력할 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 3단계 안전 운전 시각화 램프를 이용하여 감전/누전/화재 발생 등의 사고를 효과적으로 예방할 수 있는 효과가 있다.
한편, MCU(213)가 통신망을 통해 외부의 서버와 연결된 경우, 상기 차단기 트립 레벨이 ‘차단’단계이면, MCU(213)는 그 상태를 상기 외부 서버를 통해 모바일 폰(예컨대, 관리자 휴대폰 등)으로 전송하도록 할 수도 있다.
또한, 태양광 스트링(100) 또는 스트링별 지락 발생 감지부(210) 각각은 온/습도 감지 센서(미도시)를 더 포함하고, MCU(213)는 상기 온/습도 감지 센서(미도시)로부터 감지되는 온/습도에 의거하여, 상기 미리 저장된 차단기 동작 레벨을 재설정할 수 있다. 이 때, 상기 온/습도 감지 센서(미도시)는 태양광 스트링(100) 또는 스트링별 지락 발생 감지부(210) 외부에 부착되어 주변의 온/습도를 감지할 수 있으며, MCU(213)는 온/습도 감지 센서(미도시)에서 감지된 정보에 의거하여, 태양광 스트링(100) 또는 스트링별 지락 발생 감지부(210)가 설치된 장소 및 환경 정보(예컨대, 건조한 곳, 습기가 많은 곳, 보통 지역 등)에 따라 차단기 트립 레벨을 조절할 수 있다. 예를 들어, MCU(213)는, 습도가 높은 지역의 미약한 누설전류를 무시하도록 상기 차단기 트립 레벨을 조절할 수 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 지락 발생 감시 장치를 이용한 지락 발생 감시 방법에 대한 처리 과정이 도 4 및 도 5에 예시되어 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지락 발생 감시 방법에 대한 처리 흐름도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지락 발생 위치 결정 과정에 대한 처리 흐름도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 지락 발생 위치를 결정하는 과정을 설명하기 위해 지락 발생 감시 장치의 주요 구성만을 도시한 도면이다. 도 6의 예에서, P1 내지 P5는 태양광 스트링(100)에서 지락이 발생할 수 있는 지점, 즉, 지락 발생 위치로 추정될 수 있는 후보 지점들을 나타낸다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 지락 발생 감시 방법은 다음과 같다.
먼저, 단계 S110 내지 단계 S130에서는, 전압 및 전류 측정부(400)가 대응된 태양광 스트링들 각각의 출력전압 및 누설전류를 측정한다. 즉, 단계 S110 내지 단계 S130에서는, 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각에 대응된 적어도 하나의 스트링별 지락 발생 감시 장치(210)에 포함된 전압 및 전류 측정부(400)가 대응된 태양광 스트링의 출력전압 및 누설전류를 측정한다.
이를 위해, 단계 S110에서는, 제1 전압 검출기(411)가 제1 저항(R1)에 걸리는 제1 전압(VP)을 측정하고, 단계 S120에서는, 제2 전압 검출기(412)가 상기 제2 저항(R2)에 걸리는 제2 전압(VN)을 측정하고, 단계 S130에서는, 전류 검출기(420)가 제1 및 제2 저항(R1 및 R2)의 접속점(P)과 접지 사이의 누설전류(Ig)를 검출한다.
단계 S140 및 단계 S150에서는, MCU(213)가 상기 제1 및 제2 전압(VP, VN)과, 상기 누설전류(Ig)에 의거하여, 대응된 태양광 스트링에 지락의 발생 여부 및 지락 발생 위치를 추정한다.
이를 위해, MCU(213)는 태양광 스트링의 정상 동작을 결정하기 위해 미리 설정된 태양광 스트링 정상 동작 조건을 저장하고, 단계 S140에서는, 상기 단계 S110 내지 단계 S130에서 측정된 제1 및 제2 전압(VP, VN)과, 누설전류(Ig)를 상기 태양광 스트링 정상 동작 조건과 비교하여 지락 발생 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 단계 S140에서, MCU(213)는 상기 제1 전압(VP) 및 제2 전압(VN)이 모두 0보다 크고, 상기 누설 전류값(Ig)이 0 이하인 경우를 태양광 스트링 정상 동작 조건으로 저장하고, 상기 단계 S110 내지 단계 S130에서 측정된 제1 및 제2 전압(VP, VN)과, 누설전류(Ig)를 상기 태양광 스트링 정상 동작 조건과 비교하여 대응된 태양광 스트링에 지락이 발생했는지 여부를 결정할 수 있다. 즉, 단계 S140에서, MCU(213)는 상기 제1 및 제2 전압(VP, VN)이 모두 0보다 크고, 누설전류(Ig)가 0 이하인 경우, 대응된 태양광 스트링이 정상 동작하는 것으로 결정하고, 그렇지 않은 경우 대응된 태양광 스트링에 지락이 발생한 것으로 결정할 수 있다.
한편, 상기 단계 S140에서 지락이 발생한 것으로 결정된 경우, 단계 S150에서, MCU(213)는 상기 제1 전압(VP)과, 상기 제2 전압(VN)의 크기 비교 결과에 의거하여, 지락 발생 위치를 추정한다. 이 때, MCU(213)는 도 6에 예시된 P1 내지 P5 중 적어도 하나의 지점을 지락 발생 위치로 추정할 수 있다.
이를 위해, MCU(213)는, 단계 S151에서, 상기 제1 전압(VP)과 상기 제2 전압(VN)이 동일한 상태에서 누설전류(Ig)가 0보다 큰지 여부를 판단하고, 상기 조건을 만족하는 경우, 단계 S153에서, 대응된 태양광 스트링의 (-)출력단과 (+)출력단의 중간 지점에서 지락이 발생한 것으로 결정한다. 이 때, MCU(213)는 지락 발생 위치를 상기 태양광 어레이의 (+)출력단과 (-)출력단의 중간지점으로 추정할 수 있다. 즉, MCU(213)는 도 6의 예에서, P3을 지락 발생 위치로 추정할 수 있다.
한편, 상기 단계 S151의 판단 조건을 만족하지 않는 경우, MCU(213)는, 단계 S155에서, 상기 제1 전압(VP)이 상기 제2 전압(VN) 보다 더 큰 상태에서 누설전류(Ig)가 0보다 큰지 여부를 판단하고, 상기 조건을 만족하는 경우, 단계 S157에서, 대응된 태양광 스트링의 (-)출력단에서 가까운 지점에서 지락이 발생한 것으로 결정한다. 이 때, MCU(213)는 지락 발생 위치를 상기 중간지점과 상기 (-)출력단 사이로 추정할 수 있다. 즉, MCU(213)는 도 6의 예에서, P4 또는 P5를 지락 발생 위치로 추정할 수 있다.
만약에, 상기 단계 S155의 판단 조건을 만족하지 않는 경우, MCU(213)는, 단계 S159에서, 대응된 태양광 스트링의 (+)출력단에서 가까운 지점에서 지락이 발생한 것으로 결정한다. 이 때, MCU(213)는 지락 발생 위치를 상기 중간지점과 상기 (+)출력단 사이로 추정할 수 있다. 즉, MCU(213)는 도 6의 예에서, P1 또는 P2를 지락 발생 위치로 추정할 수 있다.
이 때, 상기 제1 전압(VP)이 상기 제2 전압(VN) 보다 더 큰 상태에서 누설전류(Ig)가 0보다 큰 경우, 대응된 태양광 스트링의 (-)출력단에서 가까운 지점에서 지락이 발생한 것으로 결정하고, 반대의 경우, 대응된 태양광 스트링의 (+)출력단에서 가까운 지점에서 지락이 발생한 것으로 결정하는 이유는, 도 6의 예에서, PV가 40V이고, (+)출력단과 (-)출력단 사이의 전압이 240V일 때, P2 지점에서 지락이 발생하면 상기 제1 전압(VP)이 80V이고, 상기 제2 전압(VN)이 160V가 되는 동작 특성이 있기 때문이다.
또한, MCU(213)는 지락 발생 위치 추정 결과를 나타내기 위해, 시스템 간에 미리 약속된 신호를 생성하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 지락 발생 위치가 (+)출력단과 (-)출력단의 중간지점으로 추정되는 경우 0을 출력하고, 상기 지락 발생 위치가 상기 중간지점과 상기 (-)출력단 사이로 추정되는 경우 1을 출력하고, 상기 지락 발생 위치가 상기 중간지점과 상기 (+)출력단 사이로 추정되는 경우 2를 출력하도록 제어할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 태양광 스트링의 중간 지점에서 지락이 발생한 경우, 지락의 발생을 감지함은 물론, 지락의 발생 위치를 추정함으로써, 신속한 대처가 가능한 특징이 있다.
한편, 상기와 같은 본 발명의 방법은 상기 단계(S150)에서, 지락이 발생한 것으로 판단된 태양광 스트링의 뒷단에 연결된 스트링 옵티마로 흐르는 전류를 차단하는 트립 단계(미도시)를 더 포함하되, 상기 트립 단계는 누설 전류값에 따라 사전에 설정/저장된 트립 레벨, 및 상기 측정단계에서 측정된 태양광 스트링별 누설전류값에 의거하여 상기 스트링 옵티마로 흐르는 전류의 차단 여부를 결정할 수 있다. 이를 위한, MCU(213)의 구체적인 제어 방법에 대하여는, 도 1 내지 도 3을 참조한, MCU(213) 설명에서 언급한 바와 같으므로 중복 설명을 생략한다. 이로 인해, 본 발명은 적어도 하나의 태양광 스트링별로, 개별 제어가 가능한 특징이 있다.
또한, 상기와 같은 본 발명의 방법은 상기 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각이 설치된 주변의 온/습도를 감지하는 온/습도 감지 단계(미도시); 및 상기 감지된 온/습도에 의거하여, 상기 사전에 설정/저장된 트립 레벨을 재설정하는 트립 레벨 재설정단계(미도시)를 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 온/습도 감지 단계는 태양광 스트링(100) 또는 스트링별 지락 발생 감지부(210) 주변의 온/습도를 감지할 수 있으며, MCU(213)는 상기 감지된 정보에 의거하여, 태양광 스트링(100) 또는 스트링별 지락 발생 감지부(210)가 설치된 장소 및 환경 정보(예컨대, 건조한 곳, 습기가 많은 곳, 보통 지역 등)에 따라 차단기 트립 레벨을 조절할 수 있다. 이로 인해, 본 발명은 습도가 높은 지역의 미약한 누설전류를 무시하도록 상기 차단기 트립 레벨을 조절할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지락 발생 감시 장치가 적용된 태양광 발전 시스템의 예를 도시한 도면이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 지락 발생 감시 장치가 적용된 태양광 발전 시스템은 다수의 태양광 모듈들(110)로 구성된 적어도 하나의 태양광 스트링들(100), 태양광 접속반(500) 및 인버터(300)를 포함하여 구성된다.
태양광 스트링(100)은 태양광을 입사 받아 DC 전력을 생산하고, 태양광 접속반(200)은 태양광 스트링(100) 각각이 생산한 DC 전력을 직병렬로 연결해 필요한 전력을 집합시키고, 인버터(300)는 태양광 접속반(500)으로부터 DC 전력을 전달받아 AC 전력으로 변환하여 출력한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 지락 발생 감시 장치는 태양광 접속반(500)에 포함되며, 적어도 하나의 태양광 스트링(100) 각각의 출력단에 연결되어, 대응된 태양광 스트링(100)의 지락 발생 정보를 생성하는 적어도 하나의 스트링별 지락 발생 감지부(510)들, 및 상기 적어도 하나의 스트링별 지락 발생 감지부(510)들로부터 적어도 하나의 태양광 스트링(100)들 각각의 지락 발생 여부 및 지락 발생 위치 정보를 전달받아 통합 관리하는 지락정보 통합 관리부(520)로 구성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지락 발생 감시 장치에 대한 개략적인 블록도이다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트링별 지락 발생 감지부(510)는 전압 및 전류 측정부(400), ADC(511), MCU(513), 및 통신부(515)를 포함한다.
이 때, 통신부(515)는 지락정보 통합 관리부(520)와의 통신 인터페이스를 제공하는 장치로서, MCU(513)로부터 전달된 태양광 스트링(100) 정보(즉, 지락 발생 정보 등)를 지락정보 통합 관리부(520)로 전달하기 위한 통신 인터페이스를 제공한다.
한편, 전압 및 전류 측정부(400), ADC(511), 및 MCU(513) 각각은, 도 2에 예시된 전압 및 전류 측정부(400), ADC(211), 및 MCU(213) 각각과 그 동작 및 구성이 유사하므로, 중복 설명을 생략한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지락정보 통합 관리부에 대한 개락적인 블록도이다. 도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 지락정보 통합 관리부(520)는 수신부(521), 이력정보 저장부(522), 환경정보 감지부(523), 분석부(524), 및 외부망 인터페이스부(525)를 포함한다.
수신부(521)는 적어도 하나의 스트링별 지락 발생 감지부(510)로부터 지락 발생 여부 및 지락 발생 위치 정보를 실시간으로 수신한다. 즉, 수신부(521)는 스트링별 지락 발생 감지부(510)의 통신부(515)를 통해 전달되는 스트링별 지락 발생정보를 실시간으로 수신한다.
이 때, 통신부(515)와 수신부(521)의 통신 방식은 유선 또는 무선(RS485, WiFi, Zigbee, Bluetooth 등)으로 통신을 하고, 이 통신을 기반으로 통신부(515)와 수신부(521)는 데이터 또는 제어 명령을 주고받을 수 있다.
이력 정보 저장부(522)는 수신부(521)를 통해 수신된 정보에 의거하여, 적어도 하나의 태양광 스트링(100)들 각각의 지락 발생 이력 정보를 저장하되, 상기 지락 발생 이력 정보와 대응된 환경정보를 함께 매칭시켜 저장한다. 예를 들어, 이력 정보 저장부(522)는 지락이 발생한 위치 별로 지락 발생 시간, 온/습도 등의 기후 조건을 포함하는 환경정보를 함께 저장할 수 있다.
환경정보 감지부(523)는 태양광 발전 시스템의 주변 환경정보를 감지한다. 예를 들어, 환경정보 감지부(523)는 태양광 발전 시스템 주변의 시간대별 환경정보를 감지할 수 있다. 이는, 분석부(524)가 수신부(521)를 통해 임의의 지락 발생 정보를 수신한 경우, 상기 지락 발생 정보와 그 지락이 발생한 시점의 환경정보를 매칭시켜 저장하도록 하기 위함이다.
분석부(524)는 이력 정보 저장부(522)에 저장된 정보에 의거하여, 지락 발생과 환경정보와의 상관관계를 분석하여 저장하고, 상기 상관관계에 의거하여 수신부(521)를 통해 수신된 실시간 지락 발생의 원인을 분석할 수 있다. 예를 들어, 분석부(524)는 이력 정보 저장부(522)에 저장된 정보에 의거하여, 날씨(예컨대, 이슬, 눈, 비 등) 및 시간대별(예컨대, 오전, 오후 등) 누설전류를 분석하여, 날씨 및 시간대를 포함하는 환경정보와 누설전류와의 상관관계를 분석하고, 그 결과로 지락 발생과 환경정보와의 상관관계를 결정할 수 있다.
이를 위해, 분석부(524)는 인공지능(AI)을 이용하여 상기 지락 발생 이력정보를 분석함으로써, 지락 발생과 환경정보와의 상관관계를 정확하고 빠르게 분석하도록 할 수 있다.
또한, 분석부(524)는 실시간 지락 발생 정보를 상기 상관관계에 적용하여 지락발생의 원인을 분석하되, 상기 상관관계를 통한 단계별 이상 상태(예컨대, 정상, 주의 요망, 경고 알람 등)를 예측할 수 있다.
외부망 인터페이스부(525)는 상기 태양광 발전 시스템의 지락 발생 정보를 외부망에 연결된 서버 장치(예컨대, 클라우딩 서버(Clouding Server) 등)로 전달한다. 이는 원격지에서 태양광 발전 시스템의 동작 상태를 모니터링 할 수 있도록 하기 위함이다. 또한, 상기 서버 장치에 연결된 스마트폰으로 상기 지락 발생 정보를 포함한 동작 상태 정보를 전송함으로써, 시스템 관리자의 위치와 관계없이 시스템 관리자가 대응된 태양광 발전 시스템의 지락 발생 정보를 모니터링할 수 있도록 하기 위함이다. 이 때, 외부망 인터페이스부(525)는 이더넷 통신 또는 무선 통신을 지원할 수 있다.
또한, 수신부(521)는 적어도 하나의 스트링별 지락 발생 감지부(510) 각각으로부터 대응된 태양광 스트링에서 출력되는 누설전류값을 전달받고, 분석부(524)는 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각의 누설전류값을 비교 분석하여, 지락이 발생한 태양광 스트링을 검출할 수 있다. 이를 위해, 분석부(524)는 상기 누설전류값들의 평균값을 산출한 후, 상기 평균값 보다 미리 설정된 임계치 이상 큰 누설전류값을 출력하는 태양광 스트링에 지락이 발생한 것으로 결정할 수 있다.
이러한 본 발명의 다른 실시예에 따른 지락 발생 감시 장치를 이용한 지락 발생 감시 방법에 대한 처리 과정이 도 10에 예시되어 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지락 발생 감시 방법에 대한 처리 흐름도로서, 도 7 내지 도 10을 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 지락 발생 감시 방법은 다음과 같다.
먼저, 단계 S210에서는, 스트링별 지락 발생 감지부(510)들이 태양광 스트링별로 지락발생정보를 생성한다. 이 때, 스트링별 지락 발생 감지부(510)가 태양광 스트링별 지락발생정보를 생성하는 구체적인 처리 과정은 도 1 내지 도 6을 참조한 설명에서 언급된 바와 같으므로 중복 설명을 생략한다.
이후에는, 지락정보 통합 관리부(520)가, 상기 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각의 지락 발생 여부 및 지락 발생 위치 정보를 전달받아 통합 관리하는 일련의 과정을 수행한다.
먼저, 단계 S220에서는, 지락정보 통합 관리부(520)가 적어도 하나의 스트링별 지락 발생 감지부(510)들 각각이 생성한 지락 발생정보를 취합한다. 이를 위해, 스트링별 지락 발생 감지부(510)는 자체적으로 생성한 지락 발생정보를 통신부(515)를 통해 송신하고, 지락정보 통합 관리부(520)는 수신부(521)를 통해 상기 스트링별 실시간 지락 발생정보를 취합할 수 있다. 이 때, 통신부(515)와 수신부(521)간에는 유선 또는 무선(RS485, WiFi, Zigbee, Bluetooth 등)으로 통신을 하고, 이 통신을 기반으로 데이터 또는 제어 명령을 전달할 수 있다.
단계 S230에서는, 이력정보 저장부(522)가, 상기 수신된 정보에 의거하여, 상기 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각의 지락 발생 이력 정보를 저장하되, 상기 지락 발생 이력 정보와 대응된 환경정보를 함께 매칭시켜 저장한다. 예를 들어, 단계 S230에서, 이력 정보 저장부(522)는 지락이 발생한 위치 별로 지락 발생 시간, 온/습도 등의 기후 조건을 포함하는 환경정보를 함께 저장할 수 있다.
단계 S240에서는, 분석부(524)가, 상기 저장된 지락 발생 이력 정보에 의거하여, 지락 발생과 환경정보와의 상관관계를 분석하여 저장한다. 예를 들어, 분석부(524)는 이력 정보 저장부(522)에 저장된 정보에 의거하여, 날씨 및 시간대별 누설전류를 분석하여, 날씨 및 시간대를 포함하는 환경정보와 누설전류와의 상관관계를 분석하고, 그 결과로 지락 발생과 환경정보와의 상관관계를 결정할 수 있다. 이를 위해, 단계 S240에서, 분석부(524)는 날씨 및 시간대별 누설전류를 분석하여, 날씨 및 시간대를 포함하는 환경정보와 누설전류와의 상관관계를 분석하고, 그 결과로 지락 발생과 환경정보와의 상관관계를 결정할 수 있다.
단계 S250에서는, 분석부(524)가, 상기 상관관계에 의거하여 단계 S220에서 수신된 실시간 지락 발생의 원인을 분석한다.
또한, 상기 태양광 발전 시스템의 지락 발생 정보를 외부망에 연결된 외부 서버 장치로 전송하는 전송단계(미도시)를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 방법은 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각의 누설전류값을 비교 분석하여, 지락이 발생한 태양광 스트링을 검출하는 누설전류 분석단계(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 누설전류값의 비교 분석에 의해 지락이 발생한 태양광 스트링을 검출하기 위해서는, 단계 S220에서, 적어도 하나의 스트링별 지락 발생 감지부(510) 각각으로부터 대응된 태양광 스트링에서 출력되는 누설전류값을 수신하고, 상기 수신한 누설전류값을 이용할 수 있다. 즉, 상기 누설전류 분석단계에서는, 상기 누설전류값들의 평균값을 산출한 후, 상기 평균값 보다 미리 설정된 임계치 이상 큰 누설전류값을 출력하는 태양광 스트링에 지락이 발생한 것으로 결정할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 태양광 발전 시스템의 접속반 단위로 누설전류 또는 지락 발생 정보를 통합 관리함으로써, 태양광 발전 시스템의 누설전류 또는 지락 발생을 효과적으로 관리할 수 있으며, 이로 인해 태양광 발전 시스템을 안정적으로 운영할 수 있는 특징이 있다.
또한, 본 발명은 태양광 발전 시스템 단위의 누설전류 또는 지락 발생 정보를 클라우딩 서버(Clouding Server)에서 관리함으로써, 그 정보를 SD Card 또는 USB Memory에 백업받아 관리할 수 있고, 이로 인해, 사고 발생 시 그 정보를 이용하여 사고의 원인을 분석할 수 있는 특징이 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명이 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
100: 태양광 스트링 200: 태양광 접속반
210, 510: 스트링별 지락 발생 감지부 300: 인버터
400: 전압 및 전류 측정부 410: 전압 검출기
420: 전류 검출기 520: 지락정보 통합 관리부
521: 수신부 522: 이력정보 저장부
523: 환경정보 감지부 524: 분석부
525: 외부망 인터페이스부

Claims (21)

  1. 다수의 태양광 모듈로 구성된 적어도 하나의 태양광 스트링들을 포함하는 태양광 발전 시스템의 지락 발생 감시 장치에 있어서,
    상기 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각의 출력단에 연결되어 대응된 태양광 스트링의 지락 발생 정보를 생성하는 적어도 하나의 스트링별 지락 발생 감지부; 및
    상기 적어도 하나의 태양광 스트링들, 또는 상기 지락 발생 감시 장치 외부에 부착되어 주변의 온/습도를 감지하는 온/습도 감지 센서를 포함하되,
    상기 스트링별 지락 발생 감지부는
    대응된 태양광 스트링의 출력전압 및 누설전류를 측정하는 전압 및 전류 측정부; 및
    상기 출력전압 및 누설전류값에 의거하여, 대응된 태양광 스트링에 지락의 발생 여부 및 지락 발생 위치를 추정하는 제어부를 포함하고,
    상기 전압 및 전류 측정부는
    일 측이 상기 태양광 스트링의 (+)출력단에 연결된 제1 저항; 일 측이 상기 제1 저항의 타측에 연결되고, 타측이 상기 태양광 스트링의 (-)출력단에 연결된 제2 저항; 상기 제1 저항에 걸리는 제1 전압(VP)을 측정하는 제1 전압 검출기; 상기 제2 저항에 걸리는 제2 전압(VN)을 측정하는 제2 전압 검출기; 및 상기 제1 및 제2 저항의 접속점과 접지 사이의 전류(Ig)를 검출하는 전류검출기를 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 누설전류값에 따라 다르게 설정된 3단계의 차단기 동작 레벨을 미리 저장하고, 상기 누설전류값 및 상기 차단기 동작 레벨 정보에 의거하여, 대응된 태양광 스트링 뒷단에 연결된 스트링 옵티마로 흐르는 전류의 차단 여부를 결정하는 차단기의 동작을 제어하되, 상기 온/습도 감지 센서로부터 감지되는 온/습도에 의거하여, 상기 미리 저장된 차단기 동작 레벨을 재설정하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 지락 발생 감시 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 제1 전압(VP), 상기 제2 전압(VN) 및 상기 전류(Ig) 전류값에 의거하여, 지락 발생 여부를 결정하되, 상기 제1 전압(VP), 상기 제2 전압(VN) 및 상기 전류(Ig) 전류값 각각이 미리 설정된 태양광 스트링 정상 동작 조건을 만족하지 않는 경우, 지락이 발생한 것으로 결정하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 지락 발생 감시 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 제1 전압(VP) 및 상기 제2 전압(VN)이 모두 0보다 크고, 상기 전류(Ig) 전류값이 0이하인 경우, 상기 태양광 스트링이 정상 동작하는 것으로 결정하고,
    그렇지 않은 경우 대응된 태양광 스트링에 지락이 발생한 것으로 결정하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 지락 발생 감시 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 제1 전압(VP)과, 상기 제2 전압(VN)의 크기 비교 결과에 의거하여, 지락 발생 위치를 추정하되,
    상기 제1 전압(VP)과 상기 제2 전압(VN)이 동일하면, 상기 지락 발생 위치를 상기 태양광 스트링의 (+)출력단과, (-)출력단의 중간지점으로 추정하고,
    상기 제1 전압(VP)이 상기 제2 전압(VN) 보다 크면, 상기 지락 발생 위치를 상기 중간지점과 상기 (-)출력단 사이로 추정하고,
    상기 제1 전압(VP)이 상기 제2 전압(VN) 보다 작으면, 상기 지락 발생 위치를 상기 중간지점과 상기 (+)출력단 사이로 추정하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 지락 발생 감시 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 장치는
    외부에 3단 경광등을 더 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 3단 경광등을 이용하여, 상기 차단기 동작 레벨을 외부로 표출하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 지락 발생 감시 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스트링별 지락 발생 감지부들 각각으로부터 대응된 태양광 스트링의 지락 발생 여부 및 지락 발생 위치 정보를 전달받아 통합 관리하는 지락정보 통합 관리부를 더 포함하고,
    상기 지락정보 통합 관리부는
    상기 적어도 하나의 스트링별 지락 발생 감지부로부터 지락 발생 여부 및 지락 발생 위치 정보를 실시간으로 수신하는 수신부;
    상기 수신부를 통해 수신된 정보에 의거하여, 상기 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각의 지락 발생 이력 정보를 저장하되, 상기 지락 발생 이력 정보와 대응된 환경정보를 함께 매칭시켜 저장하는 이력 정보 저장부; 및
    상기 이력 정보 저장부에 저장된 정보에 의거하여, 지락 발생과 환경정보와의 상관관계를 분석하여 저장하고, 상기 상관관계에 의거하여 상기 수신부를 통해 수신된 실시간 지락 발생의 원인을 분석하는 분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 지락 발생 감시 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 분석부는
    날씨 및 시간대별 누설전류를 분석하여, 날씨 및 시간대를 포함하는 환경정보와 누설전류와의 상관관계를 분석하고, 그 결과로 지락 발생과 환경정보와의 상관관계를 결정하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 지락 발생 감시 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 지락정보 통합 관리부는
    상기 태양광 발전 시스템의 지락 발생 정보를 외부망에 연결된 서버 장치로 전달하는 외부망 인터페이스부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 지락 발생 감시 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 수신부는
    상기 적어도 하나의 스트링별 지락 발생 감지부 각각으로부터 대응된 태양광 스트링에서 출력되는 누설전류값을 전달받고,
    상기 분석부는
    상기 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각의 누설전류값을 비교 분석하여, 지락이 발생한 태양광 스트링을 검출하되, 상기 누설전류값들의 평균값을 산출한 후, 상기 평균값 보다 미리 설정된 임계치 이상 큰 누설전류값을 출력하는 태양광 스트링에 지락이 발생한 것으로 결정하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 지락 발생 감시 장치.
  12. 다수의 태양광 모듈로 구성된 적어도 하나의 태양광 스트링들을 포함하는 태양광 발전 시스템의 지락 발생 감시 방법에 있어서,
    상기 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각의 출력전압 및 누설전류를 측정하는 측정단계; 및
    상기 측정된 출력전압 및 누설전류값에 의거하여, 대응된 태양광 스트링에 지락의 발생 여부 및 지락 발생 위치를 추정하는 추정단계;
    상기 추정 단계에서 지락이 발생한 것으로 판단된 태양광 스트링의 뒷 단에 연결된 스트링 옵티마로 흐르는 전류를 차단하되, 상기 측정단계에서 측정된 누설 전류값에 따라 다르게 미리 설정/저장된 3단계의 트립 레벨, 및 상기 누설전류값에 의거하여 상기 스트링 옵티마로 흐르는 전류의 차단 여부를 결정하는 트립 단계;
    상기 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각이 설치된 주변의 온/습도를 감지하는 온/습도 감지 단계; 및
    상기 감지된 온/습도에 의거하여, 상기 사전에 설정/저장된 트립 레벨을 재설정하는 트립 레벨 재설정 단계를 포함하되,
    상기 측정단계는
    일 측이 상기 태양광 스트링의 (+)출력단에 연결된 제1 저항에 걸리는 제1 전압(VP)을 측정하는 제1 전압 측정단계;
    일 측이 상기 제1 저항의 타측에 연결되고, 타측이 상기 태양광 스트링의 (-)출력단에 연결된 제2 저항에 걸리는 제2 전압(VN)을 측정하는 제2 전압 측정 단계; 및
    상기 제1 및 제2 저항의 접속점과 접지 사이의 전류(Ig)를 검출하는 누설전류 검출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 지락 발생 감시 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 추정단계는
    상기 제1 전압(VP), 상기 제2 전압(VN) 및 상기 전류(Ig) 전류값에 의거하여, 지락 발생 여부를 결정하되, 상기 제1 전압(VP), 상기 제2 전압(VN) 및 상기 전류(Ig) 전류값 각각이 미리 설정된 태양광 스트링 정상 동작 조건을 만족하지 않는 경우, 지락이 발생한 것으로 결정하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 지락 발생 감시 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 추정단계는
    상기 제1 전압(VP) 및 상기 제2 전압(VN)이 모두 0보다 크고, 상기 전류(Ig) 전류값이 0이하인 경우, 상기 태양광 스트링이 정상 동작하는 것으로 결정하고,
    그렇지 않은 경우 대응된 태양광 스트링에 지락이 발생한 것으로 결정하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 지락 발생 감시 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 추정단계는
    상기 제1 전압(VP)과, 상기 제2 전압(VN)의 크기 비교 결과에 의거하여, 지락 발생 위치를 추정하되,
    상기 제1 전압(VP)과 상기 제2 전압(VN)이 동일하면, 상기 지락 발생 위치를 상기 태양광 스트링의 (+)출력단과, (-)출력단의 중간지점으로 추정하고,
    상기 제1 전압(VP)이 상기 제2 전압(VN) 보다 크면, 상기 지락 발생 위치를 상기 중간지점과 상기 (-)출력단 사이로 추정하고,
    상기 제1 전압(VP)이 상기 제2 전압(VN) 보다 작으면, 상기 지락 발생 위치를 상기 중간지점과 상기 (+)출력단 사이로 추정하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 지락 발생 감시 방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제12항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각의 지락 발생 여부 및 지락 발생 위치 정보를 전달받아 통합 관리하는 지락정보 통합 관리 단계를 더 포함하고,
    상기 지락정보 통합 관리 단계는
    상기 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각의 지락 발생 여부 및 지락 발생 위치 정보를 실시간으로 수신단계;
    상기 수신된 정보에 의거하여, 상기 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각의 지락 발생 이력 정보를 저장하되, 상기 지락 발생 이력 정보와 대응된 환경정보를 함께 매칭시켜 저장하는 이력 정보 저장 단계;
    상기 저장된 지락 발생 이력 정보에 의거하여, 지락 발생과 환경정보와의 상관관계를 분석하여 저장하는 제1 분석단계; 및
    상기 상관관계에 의거하여 상기 수신 단계에서 수신된 실시간 지락 발생의 원인을 분석하는 제2 분석단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 지락 발생 감시 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제1 분석단계는
    날씨 및 시간대별 누설전류를 분석하여, 날씨 및 시간대를 포함하는 환경정보와 누설전류와의 상관관계를 분석하고, 그 결과로 지락 발생과 환경정보와의 상관관계를 결정하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 지락 발생 감시 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 지락정보 통합 관리 단계는
    상기 태양광 발전 시스템의 지락 발생 정보를 외부망에 연결된 외부 서버 장치로 전송하는 전송단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 지락 발생 감시 방법.
  21. 제18항에 있어서, 상기 수신단계는
    상기 적어도 하나의 스트링별 지락 발생 감지부 각각으로부터 대응된 태양광 스트링에서 출력되는 누설전류값을 전달받고,
    상기 방법은
    상기 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각의 누설전류값을 비교 분석하여, 지락이 발생한 태양광 스트링을 검출하는 제3 분석단계를 더 포함하되,
    상기 제3 분석단계는
    상기 누설전류값들의 평균값을 산출한 후, 상기 평균값 보다 미리 설정된 임계치 이상 큰 누설전류값을 출력하는 태양광 스트링에 지락이 발생한 것으로 결정하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 지락 발생 감시 방법.
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