KR102400563B1 - 태양광 발전 시스템의 지락 감시 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 태양광 발전 시스템의 지락 감시 장치는 적어도 하나의 태양광 스트링들을 포함하는 태양광 발전 시스템의 지락 감시 장치에 있어서, 상기 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각의 출력단에 연결되어 대응된 태양광 스트링의 지락 발생 정보를 생성하는 적어도 하나의 스트링별 지락 감시부를 포함하되, 상기 스트링별 지락 감시부는 대응된 제1 태양광 스트링의 초기전압을 저장하는 초기전압 저장부; 상기 제1 태양광 스트링의 출력단에 연결되어, 상기 제1 태양광 스트링에서 출력되는 제1 DC전압을 감지하는 전압 감지부; 상기 초기전압에 대응한 제1 전류값 및 상기 제1 DC전압에 대응한 제2 전류값을 산출하고, 상기 제1 및 제2 전류값에 의거하여 상기 제1 태양광 스트링을 구성하는 태양광 모듈들 사이에 지락이 발생했는지 여부를 결정하는 비교부; 및 상기 제1 태양광 스트링에 지락이 발생한 경우, 지락 발생 위치를 추정하는 지락위치 추정부를 포함하고, 전압값 만으로 태양광 스트링의 중앙 지점에 발생하는 지락을 검출함으로써, 회로 사이즈가 커지는 문제없이 태양광 발전 시스템의 지락 발생 위치를 정확하게 검출할 수 있는 장점이 있다.

Description

태양광 발전 시스템의 지락 감시 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING GROUND FAULT LOCATION IN SOLAR POWER GENERATION SYSTEM}
본 발명은 태양광 발전 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 태양광 발전 시스템의 지락 발생 여부를 감시하고, 지락 발생 시 그 위치를 추정하는 태양광 발전 시스템의 지락 감시 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 스트링을 구성하는 태양광 모듈들 사이에서 발생하는 지락을 신속하고 정확하게 검출함으로써, 태양광 발전 시스템을 안전하게 운전할 수 있도록 하는 태양광 발전 시스템의 지락 감시 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 태양광 스트링의 초기전압 및 상기 태양광 스트링에서 출력되는 DC전압 각각에 대응한 전류값을 산출한 후, 그 차이값에 의거하여 상기 태양광 스트링을 구성하는 태양광 모듈들 사이의 지락 발생 여부를 감시하고, 지락 발생 시, 상기 DC전압의 분압저항 각각에 걸리는 전압값의 차이에 의거하여 지락 발생 위치를 추정함으로써, 전압값 만으로 상기 태양광 스트링의 중앙지점에 발생하는 지락을 검출할 수 있도록 하는 태양광 발전 시스템의 지락 감시 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 전압값 만으로 태양광 스트링의 중앙 지점에 발생하는 지락을 검출함으로써, 회로 사이즈가 커지는 문제없이 태양광 발전 시스템의 지락 발생 위치를 정확하게 검출할 수 있는 태양광 발전 시스템의 지락 감시 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 태양광 발전 시스템을 구성하는 태양광 스트링별로 출력전압에 대응한 전류값을 산출하고, 임의의 제1 태양광 스트링의 출력전압으로부터 산출된 제1 전류값과, 상기 제1 태양광 스트링에 인접한 다른 태양광 스트링의 출력전압에 의해 산출된 인접 전류값의 차이를 함께 고려하여 상기 제1 태양광 스트링을 구성하는 태양광 모듈들 사이의 지락 발생 여부를 결정함으로써, 상기 제1 태양광 스트링의 환경적인 요인에 의한 일시적인 출력 저하를 지락으로 오판하지 않도록 하는 태양광 발전 시스템의 지락 감시 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서 제공하는 태양광 발전 시스템의 지락 감시 장치는 적어도 하나의 태양광 스트링들을 포함하는 태양광 발전 시스템의 지락 감시 장치에 있어서, 상기 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각의 출력단에 연결되어 대응된 태양광 스트링의 지락 발생 정보를 생성하는 적어도 하나의 스트링별 지락 감시부를 포함하되, 상기 스트링별 지락 감시부는 대응된 제1 태양광 스트링의 초기전압을 저장하는 초기전압 저장부; 상기 제1 태양광 스트링의 출력단에 연결되어, 상기 제1 태양광 스트링에서 출력되는 제1 DC전압을 감지하는 전압 감지부; 상기 초기전압에 대응한 제1 전류값 및 상기 제1 DC전압에 대응한 제2 전류값을 산출하고, 상기 제1 및 제2 전류값에 의거하여 상기 제1 태양광 스트링을 구성하는 태양광 모듈들 사이에 지락이 발생했는지 여부를 결정하는 비교부; 및 상기 제1 태양광 스트링에 지락이 발생한 경우, 지락 발생 위치를 추정하는 지락위치 추정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에서 제공하는 지락 감시 방법은, 적어도 하나의 태양광 스트링들을 포함하는 태양광 발전 시스템의 지락 감시 장치를 이용하여 태양광 발전 시스템의 지락을 감시하는 방법에 있어서, 상기 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각의 초기전압을 저장하는 초기전압 저장단계; 상기 초기전압에 대응한 제1 전류값을 산출하는 제1 전류값 산출단계; 상기 적어도 하나의 태양광 스트링들 중 임의의 제1 태양광 스트링에서 출력되는 제1 DC전압을 감지하는 출력전압 감지단계; 상기 제1 전압에 대응한 제2 전류값을 산출하는 제2 전류값 산출단계; 상기 제1 전류값 및 제2 전류값에 의거하여 상기 제1 태양광 스트링을 구성하는 태양광 모듈들 사이에 지락이 발생했는지 여부를 결정하는 지락 발생 결정단계; 및 상기 제1 태양광 스트링에 지락이 발생한 경우, 지락 발생 위치를 추정하는 지락 위치 추정단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 본 발명에서 제공하는 태양광 발전 시스템의 지락 감시 장치 및 그 방법은 태양광 발전 시스템의 동작 전 또는 동작 중에, 태양광 스트링을 구성하는 태양광 모듈들 사이에서 발생하는 지락을 신속하고 정확하게 검출함으로써, 태양광 발전 시스템을 안전하게 운전할 수 있도록 하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 태양광 스트링의 초기전압 및 상기 태양광 스트링에서 출력되는 DC전압 각각에 대응한 전류값을 산출한 후, 그 차이값에 의거하여 상기 태양광 스트링을 구성하는 태양광 모듈들 사이에 지락의 발생 여부를 결정하고, 지락 발생 시, 상기 DC전압의 분압저항 각각에 걸리는 전압값의 차이에 의거하여 지락 발생 위치를 추정함으로써, 전압값 만으로 상기 태양광 스트링의 중앙지점에 발생하는 지락을 검출할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 전압값 만으로 태양광 스트링의 중앙 지점에 발생하는 지락을 검출함으로써, 회로 사이즈가 커지는 문제없이 태양광 발전 시스템의 지락 발생 위치를 정확하게 검출할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 태양광 발전 시스템을 구성하는 태양광 스트링별로 출력전압에 대응한 전류값을 산출하고, 임의의 제1 태양광 스트링의 출력전압으로부터 산출된 제1 전류값과, 상기 제1 태양광 스트링에 인접한 다른 태양광 스트링의 출력전압에 의해 산출된 인접 전류값의 차이를 함께 고려하여 상기 제1 태양광 스트링을 구성하는 태양광 모듈들 사이의 지락 발생 여부를 결정함으로써, 상기 제1 태양광 스트링의 환경적인 요인에 의한 일시적인 출력 저하를 지락으로 오판하지 않도록 하는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 지락 감시 장치가 적용된 태양광 발전 시스템의 예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 지락 감시부에 대한 개략적인 블록도이다.1
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전압 감지부에 대한 개략적인 회로도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 지락 감시 방법에 대한 처리 흐름도들이다.
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 실시 예에 따른 지락 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 감지부(210)들로 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 지락 감시부에 대한 개략적인 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전압 감지부에 대한 개략적인 회로도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 지락 감시부(210)는 초기전압 저장부(211), 전압 감지부(212), 인접 DC전압 감지부(213), 비교부(214), 및 지락위치 추정부(215)를 포함한다.
초기전압 저장부(211)는 대응된 태양광 스트링(예컨대, 지락 감지부(210)와 연결된 임의의 제1 태양광 스트링(100), 이하, 제1 태양광 스트링이라 칭함)의 초기전압을 저장한다. 이 때, 초기전압이란, 상기 제1 태양광 스트링에 지락이 발생하지 않았을 경우의 출력전압을 말하는 것으로서, 상기 제1 태양광 스트링의 설계시점에 결정된 출력전압일 수 있다.
전압 감지부(212)는 상기 제1 태양광 스트링의 출력단에 연결되어, 상기 제1 태양광 스트링에서 출력되는 전압(이하, 제1 DC전압이라 칭함)을 감지한다. 이를 위해, 전압 감지부(212)는 도 3에 예시된 바와 같이, 일측이 상기 제1 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)을 측정하는 제1 전압 검출기(10). 및 상기 제2 저항(R2)에 걸리는 제2 전압(VN)을 측정하는 제2 전압 검출기(20)를 포함할 수 있다.
전압 감지부(212)는 상기 제1 태양광 스트링의 (+)출력단과 (-)출력단 사이의 전압과, 상기 제1 및 제2 전압(VP, VN)을 출력한다.
인접 DC전압 감지부(213)는 상기 제1 태양광 스트링에 인접한 임의의 제2 태양광 스트링에서 출력되는 인접 DC전압을 감지한다. 이를 위해, 인접 DC전압 감지부(213)는 상기 제2 태양광 스트링의 출력단과 물리적으로 연결되거나, 통신 인터페이스를 통해 연결될 수 있다. 한편, 인접 DC전압 감지부(213)는 상기 제1 태양광 스트링에 인접한 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각에서 출력되는 적어도 하나의 인접 DC전압들을 감지할 수 있다.
비교부(214)는 상기 초기전압, 상기 제1 태양광 스트링에서 실시간으로 출력되는 출력전압(즉, 상기 제1 DC전압), 및 상기 제1 태양광 스트링에 인접한 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각에서 실시간으로 출력되는 출력전압들(즉, 인접 DC전압들) 각각에 대응한 전류값들(즉, 제1 내지 제3 전류값)을 산출하고, 상기 제1 내지 제3 전류값들에 의거하여 상기 제1 태양광 스트링을 구성하는 태양광 모듈들 사이에 지락이 발생했는지 여부를 결정한다. 이 때, 비교부(214)는 상기 제1 태양광 스트링에 인접한 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각에서 출력되는 출력전압에 의거하여 상기 제3 전류값을 산출하되, 상기 제1 태양광 스트링에 인접한 하나의 태양광 스트링에서 출력되는 하나의 출력전압, 또는 상기 제1 태양광 스트링에 인접한 다수의 태양광 스트링들 각각에서 출력되는 다수의 출력전압들 중 가장 낮은 하나의 출력전압, 또는 상기 제1 태양광 스트링에 인접한 다수의 태양광 스트링들 각각에서 출력되는 다수의 출력전압들의 평균전압에 대응한 전류값을 상기 제3 전류값으로 산출할 수 있다.
또한, 비교부(214)는 상기 제2 전류값(즉, 상기 제1 태양광 스트링에서 실시간으로 출력되는 출력전압에 의해 산출된 전류값)이 상기 제1 전류값(즉, 상기 제1 태양광 스트링의 초기전압) 보다 미리 설정된 제1 임계치 이상 낮은 제1 조건, 및 상기 제2 전류값이 상기 제3 전류값(즉, 상기 제1 태양광 스트링에 인접한 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각에서 출력되는 출력전압에 의해 산출된 전류값) 보다 미리 설정된 제2 임계치 이상 낮은 제2 조건 중 적어도 하나의 조건을 만족하는 경우, 상기 제1 태양광 스트링을 구성하는 태양광 모듈들 사이에 지락이 발생한 것으로 결정한다.
예를 들어, 비교부(214)는 초기전압 저장부(211)로부터 상기 제1 태양광 스트링의 설계시에 설정된 초기전압(즉, 지락이 발생하지 않았을 경우에 출력될 것으로 설정된 전압)을 전달받고, 전압 감지부(212)로부터 상기 제1 태양광 스트링의 실시간 출력전압을 전달받아 그들 각각의 전류값(즉, 발전전류)을 산출한다. 그리고, 상기 제1 태양광 스트링의 실시간 출력전압에 대응한 전류값(이하, 제2 전류값)이 상기 초기전압에 대응한 전류값(이하, 제1 전류값) 보다 낮되, 미리 설정된 제1 임계치 이상 낮은 경우 상기 제1 태양광 스트링에 지락이 발생한 것으로 결정할 수 있다. 이 때, 상기 제1 임계치를 설정하여 활용하는 것은, 장치의 사용 연한에 따른 노화 등으로 인해 지락이 발생하지 않은 상황에서도, 발전전류가 낮아질 수 있는데, 이러한 상황을 지락으로 오판하지 않도록 하기 위함이다.
또한, 비교부(214)는 인접 DC전압 감지부(213)로부터 상기 제1 태양광 스트링에 인접한 임의의 제2 태양광 스트링에서 출력되는 인접 DC전압을 전달받아 상기 인접 DC전압에 대응한 전류값(이하, 제3 전류값)을 산출하고, 상기 제3 전류값을 상기 제2 전류값과 비교하여, 상기 제2 전류값이 상기 제3 전류값 보다 낮되, 미리 설정된 제2 임계치 이상 낮은 경우 상기 제1 태양광 스트링에 지락이 발생한 것으로 결정할 수 있다. 이 때, 비교부(214)는 상기 제2 전류값이 상기 제1 전류값 보다 낮은 조건, 및 상기 제2 전류값이 상기 제3 전류값 보다 낮은 조건을 모두 만족할 때에만 지락이 발생한 것으로 결정할 수도 있다. 이는, 지락이 아닌 환경적인 요인 등에 의해, 특정 지역에 위치한 모든 태양광 스트링의 출력전압이 일시적으로 낮아지는 경우 이를 지락으로 오판하지 않도록 하기 위함이다.
지락위치 추정부(215)는 상기 제1 태양광 스트링에 지락이 발생한 경우, 즉, 비교부(214)에서 상기 제1 태양광 스트링에 지락이 발생한 것으로 결정한 경우, 지락 발생 위치를 추정한다. 이 때, 지락위치 추정부(215)는 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 동일한 경우 상기 제1 태양광 스트링의 (+)출력단과, (-)출력단의 중앙지점을 지락 발생 위치로 추정한다. 또한, 지락위치 추정부(215)는, 상기 제1 전압(VP)이 상기 제2 전압(VN) 보다 큰 경우 상기 중앙지점과 상기 제1 태양광 스트링의 (-)출력단 사이를 지락 발생 위치로 추정하고, 상기 제1 전압(VP)이 상기 제2 전압(VN) 보다 작은 경우 상기 중앙지점과 상기 제1 태양광 스트링의 (+)출력단 사이를 지락 발생 위치로 추정한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 지락 감시 방법에 대한 처리 흐름도들로서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 지락 감시 장치를 이용한 지락 감시 방법을 예시하고 있다. 도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 지락 감시 방법은 다음과 같다. 이 때, 상기 지락 감시 방법은 태양광 발전 시스템을 구성하는 스트링 단위로 각각 이루어질 수 있는데, 도 4 및 도 5를 참조한 예에서는 임의의 제1 태양광 스트링에 한정하여 처리 과정을 설명할 것이다. 이는 스트링 별로 지락을 감시하기 위한 동일한 처리 과정이 이루어지기 때문이다.
먼저, 단계 S110에서는, 초기전압 저장부(211)가 제1 태양광 스트링의 초기 전압을 저장한다. 이 때, 초기전압은 도 1 내지 도 3을 참조한 장치 설명에서 언급한 바와 같으므로 중복설명하지 않는다.
단계 S120에서는, 비교부(214)가 상기 초기전압 대비 발전전류(즉, 기준전류, 이하, 제1 전류값이라 칭함)를 산출한다. 즉, 단계 S120에서, 비교부(214)는 상기 초기전압에 대응한 전류값을 산출한다. 이 때, 상기 초기전압으로부터 전류값을 산출하는 방법은 공지의 기술을 이용할 수 있다.
단계 S130에서는, 비교부(214)가 상기 제1 태양광 스트링에서 출력되는 출력전압(즉, 제1 DC전압)에 대응한 전류값(즉, 실시간 발전전류, 이하, 제2 전류값이라 칭함)을 산출한다. 이를 위해, 단계 S130은, 전압 감지부(212)가 상기 제1 태양광 스트링에서 출력되는 전압(즉, 제1 DC전압)을 감지하는 과정, 및 비교부(214)가 상기 제1 DC전압에 대응한 상기 제2 전류값을 산출하는 과정을 포함할 수 있다.
또한, 단계 S130에서는, 비교부(214)가 상기 제1 태양광 스트링에 인접한 임의의 제2 태양광 스트링에서 출력되는 인접 DC전압을 감지하는 인접 DC전압 감지과정, 및 상기 인접 DC전압에 대응한 제3 전류값(즉, 인접 스트링 전류)을 산출하는 과정을 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 제3 전류값은 상기 제1 태양광 스트링에 인접한 적어도 하나의 태양광 스트링에서 출력된 전압으로부터 산출될 수 있으며, 그 산출 방법은 도 2 및 도 3을 참조한 비교부(214)의 설명시, 언급되었으므로 중복 설명을 생략한다.
단계 S140 및 단계 S150에서는, 비교부(214)가, 상기 제2 전류값(즉, 실시간 발전전류)을 상기 제1 전류값(즉, 기준전류), 및 제3 전류값(즉, 인접스트링전류)과 각각 비교하여 상기 제1 태양광 스트링에 지락이 발생했는지 여부를 결정한다.
도 4의 예에서는, 단계 S140의 비교 결과, 상기 제2 전류값(즉, 실시간 발전전류)이 상기 제1 전류값(즉, 기준전류) 보다 적은 경우, 환경적인 요인에 의한 것인지 여부를 판단하기 위해, 단계 S150에서, 상기 제2 전류값(즉, 실시간 발전전류)을 상기 제3 전류값(즉, 인접 스트링 전류)과 비교하여, 상기 제2 전류값(즉, 실시간 발전전류)이 상기 제3 전류값(즉, 인접 스트링 전류) 보다 적은 경우 최종적으로 지락 발생을 결정하는 예를 도시하고 있다. 즉, 도 4의 예에서는, 환경적인 요인 등으로 인한 일시적인 발전 저하를 지락으로 오판하지 않도록 하기 위해, 상기 제2 전류값(즉, 실시간 발전전류)을 상기 제1 전류값(즉, 기준전류) 및 상기 제3 전류값(즉, 인접 스트링 전류) 각각과 비교하고, 상기 제2 전류값(즉, 실시간 발전전류)이 상기 제1 전류값(즉, 기준전류) 및 상기 제3 전류값(즉, 인접 스트링 전류) 보다 적을 경우에 지락 발생을 결정한다.
하지만, 본 발명은 도 4의 예로 한정되지는 않으며, 상기 제2 전류값(즉, 실시간 발전전류)이 상기 제1 전류값(즉, 기준전류) 또는 상기 제3 전류값(즉, 인접 스트링 전류) 중 어느 하나보다 적은 경우에도 지락 발생을 결정할 수 있다.
한편, 상기 단계 S140 및 단계 S150에서는, 미리 설정된 제1 또는 제2 임계치를 기준으로, 상기 제2 전류값(즉, 실시간 발전전류)과 상기 제1 전류값(즉, 기준전류) 또는 상기 제3 전류값(즉, 인접 스트링 전류)을 비교하는데, 이는 장치의 사용 연한에 따른 노화에 의해 출력이 저하되는 경우를 지락으로 오판하지 않도록 하기 위함이다.
단계 S160에서는, 지락위치 추정부(215)가 지락 발생 위치를 추정한다. 즉, 단계 S160에서, 지락위치 추정부(215)는 비교부(214)로부터 상기 제1 태양광 스트링에 지락이 발생하였음을 알리기 위한 신호를 수신한 경우, 그 지락의 발생 위치를 추정한다.
이를 위해, 먼저, 단계 S161 및 단계 S162에서는, 전압 감지부(212)가, 일측이 상기 제1 태양광 스트링의 (+)출력단에 연결된 제1 저항에 걸리는 제1 전압(VP), 및 일 측이 상기 제1 저항의 타측에 연결되고, 타측이 상기 태양광 스트링의 (-)출력단에 연결된 제2 저항에 걸리는 제2 전압(VN)을 감지하고, 단계 S163 내지 단계 S167에서는, 지락 위치 추정부(215)가 상기 제1 전압(VP) 및 제2 전압(VN)의 비교 결과에 의거하여 지락 발생 위치를 추정한다. 즉, 단계 S163 및 단계 S164에서는, 지락위치 추정부(215)가, 상기 제1 전압(VP) 및 제2 전압(VN)을 비교하고 그 결과 두 값이 동일한 경우 상기 제1 태양광 스트링의 (+)출력단과, (-)출력단의 중앙지점을 지락 발생 위치로 추정한다. 또한, 단계 S165 내지 단계 S167에서는, 상기 제1 전압(VP) 및 제2 전압(VN)의 비교 결과, 상기 제1 전압(VP)이 상기 제2 전압(VN) 보다 큰 경우, 지락위치 추정부(215)가 상기 중앙지점과 상기 제1 태양광 스트링의 (-)출력단 사이를 지락 발생 위치로 추정하고, 상기 제1 전압(VP)이 상기 제2 전압(VN) 보다 작은 경우, 지락위치 추정부(215)가 상기 중앙지점과 상기 제1 태양광 스트링의 (+)출력단 사이를 지락 발생 위치로 추정한다.
이와 같이, 본 발명은 태앙광 스트링에서 출력되는 전압 및 초기 전압에 의해 태양광 스트링의 발전 저하 여부를 판단하여 지락 발생 여부를 결정하고, 해당 태양광 스트링의 출력전압에 대한 분압을 비교하여 지락의 위치를 결정함으로써, 회로 사이즈가 커지는 문제없이 태양광 발전 시스템의 지락 발생 위치를 정확하게 검출할 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: 스트링별 지락 감시부 211: 초기전압 저장부
212: 전압 감지부 213: 인접 DC전압 감지부
214: 비교부 215: 지락위치 추정부
300: 인버터

Claims (12)

  1. 적어도 하나의 태양광 스트링들을 포함하는 태양광 발전 시스템의 지락 감시 장치에 있어서,
    상기 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각의 출력단에 연결되어, 대응된 태양광 스트링에서 출력되는 전압값 만으로 지락 발생 여부를 감지하고, 그 결과에 의해 대응된 태양광 스트링의 지락 발생 정보를 생성하는 적어도 하나의 스트링별 지락 감시부를 포함하되,
    상기 스트링별 지락 감시부는
    대응된 제1 태양광 스트링에 지락이 발생하지 않았을 경우의 출력전압인 초기전압을 저장하는 초기전압 저장부;
    상기 제1 태양광 스트링의 출력단에 연결되어, 상기 제1 태양광 스트링에서 출력되는 제1 DC전압을 감지하는 전압 감지부;
    상기 초기전압에 대응한 제1 전류값 및 상기 제1 DC전압에 대응한 제2 전류값을 산출하고, 상기 제1 및 제2 전류값에 의거하여 상기 제1 태양광 스트링을 구성하는 태양광 모듈들 사이에 지락이 발생했는지 여부를 결정하되, 상기 제2 전류값이 상기 제1 전류값 보다 미리 설정된 제1 임계치 이상 낮은 경우 상기 제1 태양광 스트링을 구성하는 모듈들 사이에 지락이 발생한 것으로 결정하는 비교부; 및
    상기 제1 태양광 스트링에 지락이 발생한 경우, 지락 발생 위치를 추정하는 지락위치 추정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 지락 감시 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스트링별 지락 감시부는
    상기 제1 태양광 스트링에 인접한 임의의 제2 태양광 스트링에서 출력되는 인접 DC전압을 감지하는 인접 DC전압 감지부를 더 포함하고,
    상기 비교부는
    상기 인접 DC전압에 대응한 제3 전류값을 산출하고, 상기 제1 내지 제3 전류값에 의거하여 상기 제1 태양광 스트링을 구성하는 태양광 모듈들 사이에 지락이 발생했는지 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 지락 감시 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 인접 DC전압 감지부는
    상기 제1 태양광 스트링에 인접한 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각에서 출력되는 적어도 하나의 인접 DC전압들을 감지하고,
    상기 비교부는
    상기 적어도 하나의 인접 DC전압들 중 최소인 인접 DC전압에 대응한 전류값을 상기 제3 전류값으로 산출하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 지락 감시 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 인접 DC전압 감지부는
    상기 제1 태양광 스트링에 인접한 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각에서 출력되는 적어도 하나의 인접 DC전압들을 감지하고,
    상기 비교부는
    상기 적어도 하나의 인접 DC전압들의 평균 전압을 산출하고, 상기 평균 전압에 대응한 전류값을 상기 제3 전류값으로 산출하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 지락 감시 장치.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비교부는
    상기 제2 전류값이 상기 제1 전류값 보다 미리 설정된 제1 임계치 이상 낮은 제1 조건, 및 상기 제2 전류값이 상기 제3 전류값 보다 미리 설정된 제2 임계치 이상 낮은 제2 조건 중 적어도 하나의 조건을 만족하는 경우,
    상기 제1 태양광 스트링을 구성하는 태양광 모듈들 사이에 지락이 발생한 것으로 결정하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 지락 감시 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 전압 감지부는
    일측이 상기 제1 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; 및 상기 제2 저항에 걸리는 제2 전압(VN)을 측정하는 제2 전압 검출기를 포함하고,
    상기 지락위치 추정부는
    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 감시 장치.
  7. 적어도 하나의 태양광 스트링들을 포함하는 태양광 발전 시스템의 지락 감시 장치를 이용하여 태양광 발전 시스템의 지락을 감시하는 방법에 있어서,
    지락이 발생하지 않았을 때, 상기 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각에서 출력되는 출력전압인, 태양광 스트링들 각각의 초기전압을 저장하는 초기전압 저장단계;
    상기 초기전압에 대응한 제1 전류값을 산출하는 제1 전류값 산출단계;
    상기 적어도 하나의 태양광 스트링들 중 임의의 제1 태양광 스트링에서 출력되는 제1 DC전압을 감지하는 출력전압 감지단계;
    상기 제1 전압에 대응한 제2 전류값을 산출하는 제2 전류값 산출단계;
    상기 제1 전류값 및 제2 전류값에 의거하여 상기 제1 태양광 스트링을 구성하는 태양광 모듈들 사이에 지락이 발생했는지 여부를 결정하되, 상기 제2 전류값이 상기 제1 전류값 보다 미리 설정된 제1 임계치 이상 낮은 경우 상기 제1 태양광 스트링을 구성하는 모듈들 사이에 지락이 발생한 것으로 결정하는 지락 발생 결정단계; 및
    상기 제1 태양광 스트링에 지락이 발생한 경우, 지락 발생 위치를 추정하는 지락 위치 추정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 지락 감시 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 태양광 스트링에 인접한 임의의 제2 태양광 스트링에서 출력되는 인접 DC전압을 감지하는 인접 DC전압 감지단계; 및
    상기 인접 DC전압에 대응한 제3 전류값을 산출하는 제3 전류값 산출단계를 더 포함하고,
    상기 지락 발생 결정단계는,
    상기 제1 내지 제3 전류값에 의거하여 상기 제1 태양광 스트링을 구성하는 태양광 모듈 사이에 지락이 발생했는지 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 지락 감시 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 인접 DC전압 감지단계는
    상기 제1 태양광 스트링에 인접한 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각에서 출력되는 적어도 하나의 인접 DC전압들을 감지하고,
    상기 지락 발생 결정단계는
    상기 적어도 하나의 인접 DC전압들 중 최소인 인접 DC전압에 대응한 전류값을 상기 제3 전류값으로 산출하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 지락 감시 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 인접 DC전압 감지단계는
    상기 제1 태양광 스트링에 인접한 적어도 하나의 태양광 스트링들 각각에서 출력되는 적어도 하나의 인접 DC전압들을 감지하고,
    상기 지락 발생 결정단계는
    상기 적어도 하나의 인접 DC전압들의 평균 전압을 산출하고, 상기 평균 전압에 대응한 전류값을 상기 제3 전류값으로 산출하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 지락 감시 방법.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지락 발생 결정단계는
    상기 제2 전류값이 상기 제1 전류값 보다 미리 설정된 제1 임계치 이상 낮은 제1 조건, 및 상기 제2 전류값이 상기 제3 전류값 보다 미리 설정된 제2 임계치 이상 낮은 제2 조건 중 적어도 하나의 조건을 만족하는 경우,
    상기 제1 태양광 스트링을 구성하는 태양광 모듈들 사이에 지락이 발생한 것으로 결정하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 지락 감시 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 출력전압 감지단계는
    일측이 상기 제1 태양광 스트링의 (+)출력단에 연결된 제1 저항에 걸리는 제1 전압(VP)을 감지하는 제1 전압 감지단계;
    일 측이 상기 제1 저항의 타측에 연결되고, 타측이 상기 태양광 스트링의 (-)출력단에 연결된 제2 저항에 걸리는 제2 전압(VN)을 감지하는 제2 전압 감지 단계를 포함하고,
    상기 지락위치 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 중앙지점으로 추정하고,
    상기 제1 전압(VP)이 상기 제2 전압(VN) 보다 크면, 상기 지락 발생 위치를 상기 중앙지점과 상기 (-)출력단 사이로 추정하고,
    상기 제1 전압(VP)이 상기 제2 전압(VN) 보다 작으면, 상기 지락 발생 위치를 상기 중앙지점과 상기 (+)출력단 사이로 추정하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 지락 감시 방법.
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