KR102394090B1 - 태양광 발전용 인버터 보호 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광 발전용 인버터 보호 시스템에 관한 것으로서, 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 하나 이상의 태양광 모듈로 구성되는 스트링을 하나 이상 포함하여 발전전력을 생산하는 태양광 어레이; 상기 태양광 어레이에서 생산된 직류 전원을 병합하여 인버터로 공급하고, 화재, 지락, 단락, 과부하 또는 낙뢰를 감지를 위한 적어도 하나 이상의 센서를 포함하는 센서부의 센싱 정보에 기초하여 알람 신호를 제공하며, 상기 태양광 어레이의 발전 상태 정보, 접속함 상태 정보, 환경 정보, 알람 신호에 근거하여 전력회로 차단을 위한 제어 신호를 제공하며, 직류(DC), 통신, 전원 및 화재 감지 차단 기능을 수행하는 통신형 접속함; 상기 통신형 접속함과 태양광 어레이 사이에 설치된 1차측 차단기를 스티링별로 구비하고, 화재, 지락, 단락, 과부하 또는 낙뢰를 감지를 위한 적어도 하나 이상의 센서를 포함하는 센서부의 센싱 정보에 기초하여 알람 신호를 제공하며, 알람 신호 중 화재 감지시 상기 1차측 차단기를 차단하여 상기 통신형 접속함과 상기 태양광 어레이 사이의 전력선을 차단하는 모듈 입력 차단 접속함; 및 통신 게이트웨이를 통해 상기 모듈 입력 차단 접속함 및 통신형 접속함과 통신하고, 상기 모듈 입력 차단 접속함, 통신형 접속함, 인버터, 배전반에 이르는 동작 상태와 이상 유무를 감시하며, 화재 감지시 지정 장치 차단을 위한 제어 신호를 제공하고, 태양광 발전을 위한 운전 감시 및 관리 지원을 위한 통합 모니터링 정보, 스트링별 발전 상태 정보, 접속함 상태 정보, 알람 신호의 이력 정보를 제공하는 통합 관리 서버를 포함하는 것이다.
Description
본 발명은 인버터를 보호하기 위한 태양광 발전용 인버터 보호 시스템에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 일 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
일반적으로 태양광 발전은 태양 전지판에서 생산된 직류 전류를 인버터가 교류 전류로 변환하여 각 수용가에 공급하게 된다. 이러한 태양광 발전 시스템은 수광된 태양광에 상응하는 직류 전원을 공급하는 태양 전지 모듈군과 이를 직렬로 연결한 태양 전지 어레이, 태양 전지 어레이와 인버터 사이에서 많은 배선의 결선을 용이하게 해주고 각종 보호 기능을 수행하는 접속반, 태양 전지 어레이에서 발전된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터, 발전된 전력을 소비하는 부하로 구성된다.
태양광 발전 모듈 접속함(PV module junction box)은 전기적으로 연결되어 있는 회로를 내부에 밀폐시키거나 또는 보호할 수 있는 단자 수납함으로, 하나 또는 여러 개의 연결이 가능하도록 되어 있으며 태양광발전 모듈에 전기적인 연결이 이루어지는 부분을 정의한다. 발전기 접속함(generator junction box)과 어레이 접속함(array junction box)로 구성으로 나눌 수 있다. 발전기 접속함은 태양광발전 어레이가 연결되는 접속함을 뜻하며, 어레이 접속함은 어레이를 구성하고 있는 모든 태양광발전 모듈 스트링이 연결되는 단자가 들어있는 접속함이다. 태양광발전 모듈 스트링의 출력을 부하에 중계하는데 필요한 단자, 차단 다이오드, 퓨즈, 직류 개폐기 등을 수납하여 밀폐시킬 수 있는 구조를 가지고 있다.
태양광 발전 장치의 화재는 크게 4가지로 구분될 수 있는데, 첫째로 수분이나 먼지가 침투하여 전기 누전 발생, 두 번째로 유지 관리 미흡으로 인한 접속부 볼트가 풀림으로 인해 아크 발생 및 화재 발화, 세 번째로 방열 장치(FAN) 고장으로 인한 내부 온도 상승 및 주요 제품의 파손으로 인한 발화, 네 번째로 각종 케이블에서 유입된 외부 전기 노이즈를 통한 접속함 내부 발화로 구분될 수 있다.
이러한 화재 사고에 대응하여 다수의 태양광 어레이 모듈 각 채널별 개별 감시(전압/전류 측정 모니터링), 화재 감지 및 차단, 낙뢰 및 서지 보호, 인버터 및 접속반 상시 모니터링이 필요하다.
무엇보다도, 화재 발생시 태양광 발전 모듈에 연결된 접속함은 태양광 인버터로 공급되는 직류 전류를 메인 차단기에서 차단하지만, 태양광 모듈은 태양빛에 반응하기 때문에 접속함과 태양광 인버터 사이의 차단기를 차단하더라도 접속함 내부 전기 합선은 사라지지 않아 추가 손실이 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
태양광 인버터는 직류를 교류로 변환시키는 것뿐만 아니라 자동운전 정지 기능, 최대전력 추종 제어 기능, 단독운전 방지 기능, 계통연계 보호 기능, 자동전압 조정 기능, 직류 검출 기능 및 지락 전류 검출 기능과 같이 태양광 모듈의 성능을 최대한 끌어내기 위한 기능과 이상/고장 발생시 보호 기능을 갖추고 있다.
특히, 가정에 설치되고 있는 소용량 태양광 발전시스템 증가로 인하여 저압배전으로 연계되는 계통에서 태양광 인버터 출력단의 전압이 상승하는 문제가 발생하고 있다. 이는 저압배전계통의 전원품질 뿐만 아니라 이를 사용하고 있는 부하설비에 악영향을 줄 수 있다. 또한 태양광 인버터 정지에 따른 고객의 경제적 손실에도 영향을 줄 수 있다. 그러나, 태양광 발전 시스템에서 가장 많은 서비스 발생 빈도가 높은 부분이 인버터이고, 에너지 손실 비율도 가장 높기 때문에 인버터에서 고장이 많이 발생하고 있다.
따라서, 태양광 발전 시스템은 원격 및 로컬 통신을 통한 모니터링이 가능할 뿐만 아니라 계통 및 장비 보호를 위한 인버터 보호하고 ,모듈간 충돌 방지 및 보호 기능이 실현해야만 한다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 원격 및 로컬 통신을 통해 접속함의 모니터링이 가능하고, 계통 및 장비 보호를 위해 화재, 지락, 단락, 과전류, 낙뢰 등으로부터 인버터를 보호할 수 있는 태양광 발전용 인버터 보호 시스템 및 그 방법을 제공하는 것에 목적이 있다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전용 인버터 보호 시스템은, 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 하나 이상의 태양광 모듈로 구성되는 스트링을 하나 이상 포함하여 발전전력을 생산하는 태양광 어레이; 상기 태양광 어레이에서 생산된 직류 전원을 병합하여 인버터로 공급하고, 화재, 지락, 단락, 과부하 또는 낙뢰를 감지를 위한 적어도 하나 이상의 센서를 포함하는 센서부의 센싱 정보에 기초하여 알람 신호를 제공하며, 상기 태양광 어레이의 발전 상태 정보, 접속함 상태 정보, 환경 정보, 알람 신호에 근거하여 전력회로 차단을 위한 제어 신호를 제공하며, 직류(DC), 통신, 전원 및 화재 감지 차단 기능을 수행하는 통신형 접속함; 상기 통신형 접속함과 태양광 어레이 사이에 설치된 1차측 차단기를 스티링별로 구비하고, 화재, 지락, 단락, 과부하 또는 낙뢰를 감지를 위한 적어도 하나 이상의 센서를 포함하는 센서부의 센싱 정보에 기초하여 알람 신호를 제공하며, 알람 신호 중 화재 감지시 상기 1차측 차단기를 차단하여 상기 통신형 접속함과 상기 태양광 어레이 사이의 전력선을 차단하는 모듈 입력 차단 접속함; 및 통신 게이트웨이를 통해 상기 모듈 입력 차단 접속함 및 통신형 접속함과 통신하고, 상기 모듈 입력 차단 접속함, 통신형 접속함, 인버터, 배전반에 이르는 동작 상태와 이상 유무를 감시하며, 화재 감지시 지정 장치 차단을 위한 제어 신호를 제공하고, 태양광 발전을 위한 운전 감시 및 관리 지원을 위한 통합 모니터링 정보, 스트링별 발전 상태 정보, 접속함 상태 정보, 알람 신호의 이력 정보를 제공하는 통합 관리 서버를 포함하는 것이다.
상기 모듈 입력 차단 접속반은, 연기 센서, 온도 센서, 습도 센서, 불꽃감지 센서, 가스 감지 센서 및 전류 센서 중 적어도 하나 이상의 센서를 포함하는 제1 센서부; 상기 제1 센서부에서 측정된 센싱 정보에 기초하여 화재 이상 여부를 판단하고, 화재 감지시 화재 발생에 대한 알람 신호를 전송하는 제1 감시부; 및 상기 제1 감시부의 판단 결과에 기초하여 해당 스트링에 대한 상기 태양광 어레이와 통신형 접속함 사이의 전력선을 차단하기 위해 스트링별로 구비된 1차측 차단기를 더 포함하는 것이다.
상기 통신형 접속함은, 상기 태양광 어레이별로 구비되어 스트링간 전압차로 인해 발생되는 역전류를 방지하는 회로 보호부; 상기 태양광 어레이의 발전 상태 정보, 접속함 상태 정보, 환경 정보, 알람 신호에 근거하여 전력회로 차단을 위한 제어 신호를 제공하는 안전관리 제어모듈; 및 상기 회로 보호부의 후단에 연결되어, 상기 제어 신호에 따라 상기 인버터로 입력되는 직류 전원을 차단하는 메인 차단기를 포함하는 것이다.
이때, 상기 안전관리 제어 모듈은, 연기 센서, 온도 센서, 습도 센서, 불꽃감지 센서, 가스 감지 센서 및 전류 센서, 낙뢰 감지 센서, 지락 센서 중 적어도 하나 이상의 센서를 포함하는 제2 센서부; 상기 제2 센서부에서 측정된 센싱 정보에 기초하여 화재, 지락, 단락, 과부하 또는 낙뢰 중 어느 하나의 센싱 정보 발생시 알람 신호를 전송하는 제2 감시부; 상기 태양광 어레이로부터 출력되는 전류와 역전류를 검출하고, 입력전류 및 역전류의 검출값에 기초하여 역전류 또는 스트링 전원의 차단 유무를 판단하는 전류 감시부; 및 상기 제2 센서부, 제2 감시부, 전류 감시부와의 연동을 통해 획득된 상기 태양광 어레이의 발전 상태 정보, 접속함 상태 정보, 환경 정보 또는 알람 신호에 근거하여 전력회로 차단을 위한 제어 신호를 제공하는 제어부를 더 포함하는 것이다.
상기 안전관리 제어 모듈은, 상기 알람 신호 발생시, 상기 인버터와 통신형 접속함 사이의 이격 거리가 60m 이내의 단거리인 경우에 상기 모듈 입력 차단 접속함, 메인 차단기, 인버터의 배선용 차단기를 모두 오프 동작시키는 것이다.
상기 안전관리 제어 모듈은, 상기 알람 신호 발생시, 상기 인버터와 통신형 접속함 사이의 이격 거리가 단거리를 벗어나는 경우에, 상기 통합 관리 서버로 알람 신호를 전송하여 통합 관리 서버에서 원격으로 상기 모듈 입력 차단 접속함, 메인 차단기, 인버터의 배선용 차단기를 모두 오프 동작시키는 것이다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 본 발명은 원격 및 로컬 통신을 통해 접속함의 모니터링이 가능하고, 계통 및 장비 보호를 위해 화재, 지락, 단락, 과전류, 낙뢰 등으로부터 인버터를 보호할 수 있고, 그로 인해 태양광 모듈의 성능을 최대한 끌어내기 위한 기능과 이상/고장 발생시 보호 기능이 더욱 강화될 수 있으며, 인버터 정지에 따른 고객의 경제적 손실에도 영향을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전용 인버터 보호 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전용 인버터 보호 시스템의 데이터 흐름을 설명하는 도면이다.
도 3은 도 1의 일부 구성요소인 모듈 입력 차단 접속함의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 4는 도 1의 일부 구성요소인 통신형 접속함의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지락, 단락, 과부하, 낙뢰 발생시 태양광 발전용 인버터 보호 방법을 설명하는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 접속함 화재 발생시 태양광 발전용 인버터 보호 방법을 설명하는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 접속함 내 소화기 동작시 태양광 발전용 인버터 보호 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전용 인버터 보호 시스템의 데이터 흐름을 설명하는 도면이다.
도 3은 도 1의 일부 구성요소인 모듈 입력 차단 접속함의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 4는 도 1의 일부 구성요소인 통신형 접속함의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지락, 단락, 과부하, 낙뢰 발생시 태양광 발전용 인버터 보호 방법을 설명하는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 접속함 화재 발생시 태양광 발전용 인버터 보호 방법을 설명하는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 접속함 내 소화기 동작시 태양광 발전용 인버터 보호 방법을 설명하는 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 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.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 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 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 ‘단말’은 휴대성 및 이동성이 보장된 무선 통신 장치일 수 있으며, 예를 들어 스마트 폰, 태블릿 PC 또는 노트북 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치일 수 있다. 또한, ‘단말’은 네트워크를 통해 다른 단말 또는 서버 등에 접속할 수 있는 PC 등의 유선 통신 장치인 것도 가능하다. 또한, 네트워크는 단말들 및 서버들과 같은 각각의 노드 상호 간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 근거리 통신망(LAN: Local Area Network), 광역 통신망(WAN: Wide Area Network), 인터넷 (WWW: World Wide Web), 유무선 데이터 통신망, 전화망, 유무선 텔레비전 통신망 등을 포함한다.
무선 데이터 통신망의 일례에는 3G, 4G, 5G, 3GPP(3rd Generation Partnership Project), LTE(Long Term Evolution), WIMAX(World Interoperability for Microwave Access), 와이파이(Wi-Fi), 블루투스 통신, 적외선 통신, 초음파 통신, 가시광 통신(VLC: Visible Light Communication), 라이파이(LiFi) 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다.
이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아니다. 따라서 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 동일 범위의 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전용 인버터 보호 시스템의 구성을 설명하는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전용 인버터 보호 시스템의 데이터 흐름을 설명하는 도면이다. 도 3은 도 1의 일부 구성요소인 모듈 입력 차단 접속함의 구성을 설명하는 블록도이고, 도 4는 도 1의 일부 구성요소인 통신형 접속함의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 화재 방지 기능을 활용한 지능형 태양광 모니터링 시스템은 태양광 어레이(110), 모듈 입력 차단 접속함(120), 통신형 접속함(130), 인버터(140), 계통 차단기를 포함하는 배전반(150) 및 통합 관리 서버(200)를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
태양광 어레이(110)는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 하나 이상의 태양광 모듈로 구성되는 스트링을 하나 이상 포함하여 발전전력을 생산한다.
모듈 입력 차단 접속함(120)은 통신형 접속함(130)과 태양광 어레이(110) 사이에서 전력선을 차단하기는 1차측 차단기(121)를 스티링별로 구비하고 있다. 모듈 입력 차단 접속함(120)은 화재 감지를 위해 연기 센서, 온도 센서, 습도 센서, 불꽃감지 센서, 가스 감지 센서 및 전류 센서 중 적어도 하나 이상의 센서를 포함하는 제1 센서부(122), 제1 센서부(122)에서 측정된 센싱 정보에 기초하여 화재 이상 여부를 판단하고, 화재 감지시 화재 발생에 대한 알람 신호를 전송하는 제1 감시부(123) 및 태양광 어레이(110)와 연결되어 화재 감지시 제어 신호에 기초하여 1차적으로 직류 전원을 차단하도록 스트링별로 구비된 1차측 차단기(121)를 포함한다.
통신형 접속함(130)은 직류(DC), 통신, 전원, 화재 감지 차단을 위한 것으로서, 태양광 어레이(110)에서 생산된 직류 전원을 병합하여 인버터(140)로 공급한다. 이러한 통신형 접속함(130)은 회로 보호부(131), 메인 차단기(132), 안전관리 제어모듈(133)을 포함한다.
회로 보호부(131)는 태양광 어레이(110)별로 구비되어 스트링간 전압차로 인해 발생되는 역전류를 방지하는 역전류 센서(미도시)를 포함한다. 따라서, 모듈 입력 차단 접속함(120)은 역전류 센서에서 역전류 감지시, 역전류가 발생된 채널에 대한 1차측 차단기(121)를 차단시킬 수 있다.
안전관리 제어 모듈(133)은 제2 감시부(133b)의 판단 결과에 기초한 제어 신호에 따라 인버터(140)로 입력되는 직류 전원을 차단한다. 안전관리 제어 모듈(133)은 제2 센서부(133a), 제2 감시부(133b), 전류 감시부(133c) 및 제어부(133d)를 포함한다.
제2 센서부(133a)는 화재 감지 및 지락, 단락, 연기, 낙뢰 등을 감지하기 위한 센서들을 포함하고, 제2 감시부(133b)는 제2 센서부(133a)에서 측정된 센싱 정보에 기초하여 화재 이상 여부를 판단하고, 화재 감지시 최종 화재 발생에 대한 알람 신호를 전송한다.
전류 감시부(133c)는 태양광 어레이(110)로부터 출력되는 전류와 역전류를 검출하고, 입력전류 및 역전류의 검출값에 기초하여 역전류 또는 스트링 전원의 차단 유무를 판단한다.
제어부(133d)는 제2 센서부(133a), 제2 감시부(133b), 전류 감시부(133c)와의 연동을 통해 획득된 태양광 어레이(110)의 발전 상태 정보, 접속함 상태 정보, 환경 정보에 근거하여 전력회로 차단을 위한 제어 신호를 제공하고, 통합 관리 서버(200)와 통신하여 원격으로 제어 신호를 수신하고, 발전 상태 정보와 접속함 상태 정보 등을 통합 관리 서버(200)로 전송한다.
통합 관리 서버(200)는 통신 게이트웨이(250)를 통해 모듈 입력 차단 접속함(120), 통신형 접속함(130)과 통신하고, 모듈 입력 차단 접속함(120), 통신형 접속함(130), 인버터(140), 배전반(150)까지의 동작 상태와 이상 유무를 감시하며, 화재 감지시 지정 장치 차단을 위한 제어 신호를 제공하고, 태양광 발전을 위한 운전 감시 및 관리 지원을 위한 통합 모니터링 정보, 스트링별 발전 상태 정보, 접속함 상태 정보, 알람 이력 정보를 제공한다.
통신 게이트웨이(250)는 IP HUB를 통해 사용자 단말(300) 및 통합 관리 서버(200)와 통신하고, 스마트 TV 현황판, CCTV 화면이 출력되는 관제 센터와도 통신을 수행할 수 있다. 한편, 사용자 단말(300)은 스마트 폰, 태블릿 PC 또는 노트북, 스마트 TV 등 통신 기능과 디스플레이 기능을 구현하는 단말로서, 사전에 등록된 관리자가 소지한 단말일 수 있다. 이러한 통신 게이트웨이(250)는 수평 일사량 센서, 경사 일사량 센서, 외기 온도 센서, 표면 온도 센서, 풍향/풍속 센서를 포함하는 기상 감지 센서로부터 감지된 환경 정보를 통신형 접속함(130) 또는 모듈 입력 차단 접속함(120)으로 제공할 수 있다.
이러한 통신형 접속함(130)은 기 설정된 기간 동안 전체 전압값, 스트링별 전류값과 전력값, 알람 신호의 이력 사항을 포함한 접속함 이력 데이터를 저장한 후 기 설정된 주기마다 접속함 이력 데이터를 통합 관리 서버(200)로 전송할 수 있다.
따라서, 통합 관리 서버(200)는 통신 게이트웨이(250)를 통해 접속함 이력 데이터를 수신하여 데이터베이스에 저장하고, 데이터베이스에 저장된 접속함 이력 데이터 중에서 기 설정된 기간 동안 환경 정보, 성능 보증값, 발전량의 최대 근사값을 갖는 과거의 발전량 값을 검출하여 현재 스트링별 발전량 값과 비교하여 스티링별 발전량 이상을 검출하여 표시할 수 있다.
또한, 통합 관리 서버(200)는 통신형 접속함(130)으로부터 전체 전압값, 스트링별 전류값과 전력값을 포함한 접속함 상태 정보를 수신하여 저장하고, 스트링별 전류값이 기 설정된 기간 동안 이상 발견시 점검 요망 알람 정보를 사용자 단말(300)에 통보할 수 있다.
통합 관리 서버(200)는 일반적인 의미의 서버용 컴퓨터 본체일 수 있고, 그 외에 서버 역할을 수행할 수 있는 다양한 형태의 장치로 구현될 수 있다. 구체적으로, 모니터링 서버(200)는 각각 통신 모듈(미도시), 메모리(미도시), 프로세서(미도시) 및 데이터베이스(미도시)를 포함하는 컴퓨팅 장치에 구현될 수 있는데, 일례로 휴대폰이나 TV, PDA, 태블릿 PC, PC, 노트북 PC 및 기타 사용자 단말 장치 등으로 구현될 수 있다. 통신 게이트웨이(250)는 서비스 데이터 단위(SDU)로 데이터를 수집하는 통신 데이터 수집 장치와 가상 통신 데이터 수집 장치를 포함할 수 있다.
또한, 통신 게이트웨이는 IP HUB를 통해 사용자 단말(300) 및 통합 관리 서버(200)와 통신하고, 스마트 TV 현황판, CCTV 화면이 출력되는 관제 센터와도 통신을 수행할 수 있다. 한편, 사용자 단말(300)은 스마트 폰, 태블릿 PC 또는 노트북, 스마트 TV 등 통신 기능과 디스플레이 기능을 구현하는 단말일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지락, 단락, 과부하, 낙뢰 발생시 태양광 발전용 인버터 보호 방법을 설명하는 순서도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 접속함 화재 발생시 태양광 발전용 인버터 보호 방법을 설명하는 순서도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 접속함 내 소화기 동작시 태양광 발전용 인버터 보호 방법을 설명하는 순서도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 태양광 발전용 인버터 보호 방법은, 필드 및 접속함(모듈 입력 차단 접속함 및 통신형 접속함)에 지락 발생시, 제1 센서부(122) 또는 제2 센서부(133a)의 지락 센서는 이상값을 검출하여 센싱 정보를 제공하고, 제1 감시부(123) 또는 제2 감시부(133b)는 지락 센서에서 검출된 센싱 정보를 이용하여 제1 알람 신호를 생성하여 안전관리 제어 모듈(133)의 제어부(133d)에 제공한다(S10).
이때, 필드의 지락 감지 방법은 통신형 접속함(130) 내부의 지락 센서에서 +측 단자와 -측 단자의 전류값을 측정 및 비교하여, 비교값이 동일하지 않을 경우에 이상값을 출력하게 된다. 또한, 인터버터의 지락 측정 방법은 통신형 접속함(130) 내부의 메인 차단기(132) 2차측에 누설 관련 센서를 부착하여 측정할 수 있다.
접속함에 단락 또는 과부하 발생시, 모듈입력 차단 접속함(120) 내의 1차측 차단기(121), 통신형 접속함(130) 내 메인 차단기(132), 인버터(140)의 배선용 차단기(미도시)의 내부 알람 접점이 발생하여 제2 알람 신호가 안전관리 제어 모듈(133)에 제공된다(S20).
낙뢰 발생시, 접속함 내부의 서지보호기(SPD, Surge Protector Device)에서 알람이 발생하여 제3 알람 신호가 안전 관리 제어 모듈(133)에 제공된다(S30). 통신형 접속함(130)은 낙뢰 감지용 센서를 포함하고 있어 낙뢰 발생시 낙뢰 감지용 센서에서 낙뢰를 감지하게 되고, 제3 알람 신호 발생시 모듈입력 차단 접속함(120) 내의 1차측 차단기(121), 통신형 접속함(130) 내 메인 차단기(132), 인버터(140)의 배선용 차단기를 차단하게 된다.
안전관리 제어 모듈(133)은 제1 알람 신호, 제2 알람 신호 또는 제3 알람 신호가 수신되면, 인버터(140)가 단거리이면 접속함의 차단기(121, 132)와 인버터의 배선용 차단기를 오프 동작시킨다(S40, S50). 인버터의 위치가 단거리인 경우에, 인버터(140)는 배선용 차단기(예를 들어, MCCB 4P)를 포함하고, 접속함 일체형일 수 있다.
안전 관리 제어 모듈(133)은 인버터(140)의 위치가 단거리가 아닌 경우에(S40), 통합 관리 서버(200)로 알람 신호를 전송하고(S60), 통합 관리 서버(200)는 알람 신호를 수신 및 모니터링하여(S71), 알람 신호의 원인을 분석하여 접속함의 차단기(121, 132)와 인버터의 배선용 차단기를 오프 동작시킨다(S72). 또한, 통합 관리 서버(200)는 사전에 등록된 관리자의 사용자 단말(300)로 알람 신호에 대한 알람 메시지를 전송한다(S73).
도 6에 도시된 바와 같이, 모듈 입력 차단 접속함(120) 및 통신형 접속함(130)은 연기센서, 가스 센서, 습도 센서, 불꽃감지 센서, 온도 센서 및 전류 센서 등의 각종 화재 감지용 센서들로부터 측정된 센싱 정보를 이용하여 화재 발생을 실시간 감지한다. 모듈 입력 차단 접속함(120)과 통신형 접속함(130)은 화재 감지시 1차측 차단기(121) 또는 메인 차단기(132)를 차단한 후 통합 서버(200)로 화재 발생에 대한 제4 알람신호를 전송하며, 통합 관리 서버(200)에서 원격으로 강제 차단되는 기능을 갖는다.
이때, 접속함 내부에서 화재가 발생하면, 화재 감지를 위한 연기 센서, 온도 센서와 같은 센서들이 동작하여 화재 감지용 센싱 정보를 출력한다(S111, S112). 접속함 내의 제1 감시부(123) 또는 제2 감시부(133b)는 오동작 방지를 위해 1회 화재 감지시 제4 알람신호를 발생하는 컨버터를 리셋시키고, 일정 시간 이내에 1회 화재 감지시 실제 화재가 발생하였음을 판단하고(S113), 제4 알람 신호를 안전관리 제어 모듈(133)에 전송한다(S114). 안전관리 제어 모듈(133)은 도 5에서 설명한 바와 같이 S40 단계 내지 S73 단계를 수행한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 소화기의 압력 센서가 동작하면(S121), 화재 감지용 센서들이 동작하였는지를 확인하고(S122), 해당 화재 감지용 센서들이 소화기의 압력 센서의 동작 시점에 동작하여 센싱 정보를 출력한 경우에 제5 알람 신호를 안전관리 제어 모듈(133)에 전송한다(S123, S124).
그러나, 화재 감지용 센서들이 소화기의 압력 센서의 동작 시점에 동작하지 않은 경우에 소화기의 압력 센서에 이상이 있다고 판단하여 압력 센서를 점검한다(S123, S125). 안전관리 제어 모듈(133)은 도 5에서 설명한 바와 같이 S40 단계 내지 S73 단계를 수행한다.
일반적으로, 접속함 내부에 설치된 소화기는 화재가 발생하면 소화기에 연결된 튜브에 불꽃 또는 온도 상승으로 인해 구멍이 발생하고, 이렇게 발생된 구멍으로 인해 소화액이 분출되어 화재가 진압되게 된다. 이때, 소화기에 설치된 압력 센서는 튜브에 발생된 구멍으로 인한 소화기의 압력 변화를 감지하는 것이다. 따라서, 화재 감지용 센서가 오작동할 경우에 소화기의 압력 센서를 점검하여 화재 감지용 센서에 대한 오작동 여부를 판단할 수 있다.
모듈 입력 차단 접속함(120)에서는 화재가 감지되었지만, 통신형 접속함(130)에서는 화재가 감지되지 않은 경우에, 모듈 입력 차단 접속함(120)은 화재가 감지된 스트링에 연결된 채널의 1차측 차단기(121)만 차단시키고, 해당 스트링에 대한 1차 화재 발생 알람을 사용자 단말(300)에 제공한다. 또한, 화재가 감지된 스트링에 연결된 채널의 1차측 차단기(121)를 차단시킨 이후에, 모듈 입력 차단 접속함(120)과 통신형 접속함(130)의 각 데이터값(센싱 정보, 전압/전류 값 등)을 비교하여 비정상 상황이 발견되지 않으면 태양광 어레이(110)를 통해 발전 전력을 생산을 시작하도록 한다.
태양광 모듈은 태양 빛에 반응하기 때문에 통신형 접속함(130)과 인버터(140) 사이의 배전용 차단기(132)를 차단하더라도 접속함 내부 전기 합선은 사라지지 않아 추가 손실이 발생할 수 있기 때문에, 모듈 입력 차단 접속함(120)의 모든 1차측 차단기(121)와 메인 차단기(132)를 차단(OFF)하여 화재를 이중으로 감지하고, 화재 발생시 이중으로 차단할 수 있다.
한편 도 5 내지 도 7의 각 단계는 본 발명의 구현예에 따라서 추가적인 단계들로 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계간의 순서가 변경될 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 이러한 기록 매체는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하며, 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함하며, 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110 : 태양광 어레이
120 : 모듈 입력 차단 접속반
121 : 채널별 1차측 차단기
122 : 제1 센서부
123 : 제1 감시부
130 : 통신형 접속함
131 : 회로 보호부
132 : 메인 차단기
133 : 안전관리 제어모듈
133a : 제2 센서부
133b : 제2 감시부
133c : 전류 감시부
133d : 제어부
140 : 인버터
150 : 배전반
200 : 통합 관리 서버
250 : 통신 게이트웨이
300 : 사용자 단말
120 : 모듈 입력 차단 접속반
121 : 채널별 1차측 차단기
122 : 제1 센서부
123 : 제1 감시부
130 : 통신형 접속함
131 : 회로 보호부
132 : 메인 차단기
133 : 안전관리 제어모듈
133a : 제2 센서부
133b : 제2 감시부
133c : 전류 감시부
133d : 제어부
140 : 인버터
150 : 배전반
200 : 통합 관리 서버
250 : 통신 게이트웨이
300 : 사용자 단말
Claims (6)
- 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 하나 이상의 태양광 모듈로 구성되는 스트링을 하나 이상 포함하여 발전전력을 생산하는 태양광 어레이;
상기 태양광 어레이에서 생산된 직류 전원을 병합하여 인버터로 공급하고, 화재, 지락, 단락, 과부하 및 낙뢰 감지를 위한 센서부의 센싱 정보에 기초하여 알람 신호를 제공하며, 상기 태양광 어레이의 발전 상태 정보, 접속함 상태 정보, 환경 정보, 알람 신호에 근거하여 전력회로 차단을 위한 제어 신호를 제공하는 통신형 접속함;
상기 통신형 접속함과 태양광 어레이 사이에 설치된 1차측 차단기를 스티링별로 구비하고, 화재, 지락, 단락, 과부하 또는 낙뢰 감지를 위한 센서부의 센싱 정보에 기초하여 알람 신호를 제공하며, 알람 신호 중 화재 감지시 상기 1차측 차단기를 차단하여 상기 통신형 접속함과 상기 태양광 어레이 사이의 전력선을 차단하는 모듈 입력 차단 접속함; 및
통신 게이트웨이를 통해 상기 모듈 입력 차단 접속함 및 통신형 접속함과 통신하고, 상기 모듈 입력 차단 접속함, 통신형 접속함, 인버터, 배전반에 이르는 동작 상태와 이상 유무를 감시하며, 화재 감지시 지정 장치 차단을 위한 제어 신호를 제공하고, 태양광 발전을 위한 운전 감시 및 관리 지원을 위한 통합 모니터링 정보, 스트링별 발전 상태 정보, 접속함 상태 정보, 알람 신호의 이력 정보를 제공하는 통합 관리 서버를 포함하고,
상기 모듈 입력 차단 접속함은, 연기, 온도, 습도, 불꽃감지, 가스 감지 및 전류를 감지하는 센서 중 적어도 하나 이상의 센서를 포함하는 제1 센서부와, 상기 제1 센서부의 센싱 정보에 기초하여 화재 발생 여부 판단 및 화재 발생시 알람 신호를 전송하는 제1 감시부 및 상기 제1 감시부의 판단 결과에 기초하여 해당 스트링에 대한 상기 태양광 어레이와 통신형 접속함 사이의 전력선을 차단하기 위해 스트링별로 구비된 1차측 차단기를 더 포함하고,
상기 통신형 접속함은, 상기 스트링별로 구비되어 스트링간 전압차로 인해 발생되는 역전류를 방지하는 회로 보호부와. 상기 태양광 어레이의 발전 상태 정보, 접속함 상태 정보, 환경 정보, 알람 신호에 근거하여 전력회로 차단을 위한 제어 신호를 제공하는 안전관리 제어모듈 및 상기 회로 보호부의 후단에 연결되어, 상기 제어 신호에 따라 상기 인버터로 입력되는 직류 전원을 차단하는 메인 차단기를 포함하고,
상기 안전관리 제어 모듈은, 연기 센서, 온도 센서, 습도 센서, 불꽃감지 센서, 가스 감지 센서 및 전류 센서, 낙뢰 감지 센서, 지락 센서 중 적어도 하나 이상의 센서를 포함하는 제2 센서부와, 상기 제2 센서부에서 측정된 센싱 정보에 기초하여 화재, 지락, 단락, 과부하 또는 낙뢰 중 어느 하나의 센싱 정보 발생시 알람 신호를 전송하는 제2 감시부와, 상기 태양광 어레이로부터 출력되는 전류와 역전류를 검출하고, 입력전류 및 역전류의 검출값에 기초하여 역전류 또는 스트링 전원의 차단 유무를 판단하는 전류 감시부 및 상기 제2 센서부, 제2 감시부, 전류 감시부와의 연동을 통해 획득된 상기 태양광 어레이의 발전 상태 정보, 접속함 상태 정보, 환경 정보 또는 알람 신호에 근거하여 전력회로 차단을 위한 제어 신호를 제공하는 제어부를 더 포함하되,
안전관리 제어 모듈은 알람신호가 발생되면, 인버터가 통신형 접속함과 단거리이면 안전관리 제어 모듈이 직접 채널별 1차측 차단기와 통신형 접속반의 메인차단기 및 인버터의 배선용 차단기를 오프시키고
인버터의 위치가 통신형 접속함과 단거리가 아니면 통합 관리 서버로 알람 신호를 전송하여, 통합 관리 서버에서 원격으로 채널별 1차측 차단기와 통신형 접속반의 메인차단기 및 인버터의 배선용 차단기를 오프 동작시키고,
제1 감시부 또는 제2 감시부는 화재감지 센서들의 오동작 방지를 위해 최초 화재 감지시는 알람신호를 리셋시키고, 일정 시간 이내에 다시 화재가 감지되면 실제 화재가 발생하였음을 판단하여 알람 신호를 안전관리 제어 모듈에 전송시키는 것을 특징으로 하는 태양광 발전용 인버터 보호 시스템.
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| KR1020210115607A KR102394090B1 (ko) | 2021-08-31 | 2021-08-31 | 태양광 발전용 인버터 보호 시스템 |
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- 2021-08-31 KR KR1020210115607A patent/KR102394090B1/ko active IP Right Grant
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