KR102409193B1 - 스트링 상태감시, 이상 진동 및 누설 전류 감지 기능을 구비한 태양광 발전 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스트링 상태감시, 이상 진동 및 누설 전류 감지 기능을 구비한 태양광 발전 시스템에 관한 것으로, 그 목적은 태양광 발전모듈을 복수개로 엮은 스트링 마다 진동, 누설전류, 전류, 전압을 통합 측정하는 센서를 설치하여 개별 스트링별 모니터링하면서 이상상황이 발생하면 상태감시, 이상 진동, 누설전류 중 어떤 요인에 의해 발생하는지를 신속하게 검출하여 도식화된 데이터로 경고함으로써 안정적인 전력을 생산하도록 하는 태양광 발전 시스템을 제공하는데 있다. 이를 위해 태양광 발전모듈과 인버터를 포함하여 전력을 생산하는 태양광 발전 시스템에 있어서, 복수개의 태양광 발전모듈을 엮어 구성된 하나 이상의 스트링(1); 스트링별 각각 설치되어 진동, 누설전류, 전류, 전압을 동시 측정하는 복합센서모듈(2); 각 스트링에서 생산된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터(3); 스트링별 설치된 각 복합센서모듈에서 전송된 데이터를 무선 수신하여 스트링별 데이터를 취합하는 연산 및 통신모듈(4); 연산 및 통신모듈에서 전송된 데이터를 수신하여 스트링별 모니터링 및 상태감시에 의한 고장발생여부와 이상진동 및 누설전류의 동시 다중 감지에 의한 고장 발생여부를 진단하는 모니터링 및 진단장치(5);를 포함하는 스트링 상태감시, 이상 진동 및 누설 전류 감지 기능을 구비한 태양광 발전 시스템을 발명의 특징으로 한다.
Description
본 발명은 스트링 상태감시, 이상 진동 및 누설 전류 감지 기능을 구비한 태양광 발전 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 태양광 발전모듈로 구성된 스트링별 진동, 누설전류, 전류, 전압을 복합적으로 측정 가능한 복합센서모듈을 설치하여 태양광 발전시 발생하는 이상 상황을 스트링별 감지하여 안정적인 전력 생산이 이루어 지도록 하는 태양광 발전 시스템이다.
태양광 발전 시스템은 태양전지셀을 이용하여 태양광을 직접 전기에너지로 변환시키는 발전 방식이다.
이를 위해 태양광 발전시스템은 태양광 발전모듈과 인버터 그리고 발전과정을 모니터링하는 모니터링부로 구성되어 태양광 발전모듈에서 생산된 직류를 가정 내에서 사용할 수 있도록 교류로 변환하여 공급하도록 구성된다.
또한 태양광 발전 시스템은 일반적으로 발전 효율을 위해 복수개의 태양전지셀로 이루어진 태양광 발전모듈을 복수개로 엮어 스트링으로 구성하고, 다시 복수개의 스트링을 엮어 어레이로 구성함으로써 태양광 발전시스템 구축에 소비되는 비용과 노력을 줄이도록 구성된다.
한편, 상기와 같이 구성된 종래 태양광 발전시스템은 태양광 발전시 발생하는 누설 전류, 스트링별 이상 전압 및 전류 등을 모니터링부에서 감시하면서 이상이 발생된 태양광 발전모듈을 점검 또는 수리하여 안정적인 태양광 발전이 이루어지도록 하는데, 이를 위해 개별 태양광 발전모듈 마다 측정 센서를 설치하고, 이와 함께 태양광 발전모듈 외부에 설치한 일사량 판단 장치와 같은 센서를 이용하여 환경 데이터를 수신 받아 발전 상태를 모니터링하도록 구성된다.
하지만 상기와 같은 종래 태양광 발전시스템의 이상상태 모니터링 방법은 개별 태양광 발전모듈 마다 측정 센서를 설치하여 모니터링 함으로써 수많은 센서와 이를 연결하는 회로 구성이 복잡하고, 비용이 많이 소요된다는 문제점과, 수많은 센서로부터 수신된 정보량이 많아 이를 처리하는 모니터링 제어장치에 부하가 발생할 수 있다는 단점이 있다.
또한 이를 방지하기 위해 전체 어레이 당 하나의 측정 센서를 구비하면 실제 이상이 발생한 태양광 발전모듈을 특정할 수 없다는 문제점이 있다.
한편, 종래의 모니터링 방법은 주로 전류, 전압 이상에 따른 발전량의 변동을 파악하는 구성이어서, 안정적인 발전이 이루어지면 태양광 발전시스템의 시설에 대한 모니터링이 이루어지지 않는다는 문제점이 있다.
즉, 야외에 설치된 태양광 발전 시스템은 눈, 비, 바람, 또는 기타 기상 상황에 의해 진동이 발생하면 개별 태양광 발전모듈, 이를 복수개 엮은 스트링, 어레이를 고정 지지하는 구조물의 체결수단 등이 헐거워져 풀릴 경우 강한 비바람이 불거나 시간이 오래되면 부식 등이 손쉽게 일어나 내구성이 저하되거나 파손이 일어날 수 있는데 이를 사전에 알 수 없다는 구조적 문제점이 있다.
하지만 종래에는 태양광 발전모듈이 고장 나기 전까지는 이러한 진동을 사전에 알 수 없다는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 태양광 발전모듈을 복수개로 엮은 스트링 마다 진동, 누설전류, 전류, 전압을 통합 측정하는 센서를 설치하여 개별 스트링별 모니터링하면서 이상상황이 발생하면 스트링 상태, 이상 진동, 누설전류 중 어떤 요인에 의해 발생하는지를 신속하게 검출한 후 도식화하여 경고함으로써 안정적인 전력을 생산하도록 하는 태양광 발전 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 스트링별 설치된 센서에 의해 진동, 누설전류, 전류, 전압을 실시간 측정할 수 있도록 감지 구성을 단순화함으로써 유지보수에 드는 수리 또는 교체 시간과 비용을 절감하여 안정적인 전력을 생산하도록 하는 태양광 발전 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 스트링별 설치된 센서에서 전송된 데이터를 이용하여 모니터링시 진동과 누설전류 값을 동시에 사전에 정의된 기준값과 편차값을 기준으로 다중 판단하여 신속하게 검출하여 고장 유무를 특정함으로써 안정적인 전력을 생산하도록 하는 태양광 발전 시스템을 제공하는데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 태양광 발전모듈과 인버터를 포함하여 전력을 생산하는 태양광 발전 시스템에 있어서,
복수개의 태양광 발전모듈을 엮어 구성된 하나 이상의 스트링;
스트링별 각각 설치되어 진동, 누설전류, 전류, 전압을 동시 측정하는 복합센서모듈;
각 스트링에서 생산된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터;
스트링별 설치된 각 복합센서모듈에서 전송된 데이터를 무선 수신하여 스트링별 데이터를 취합하는 연산 및 통신모듈;
연산 및 통신모듈에서 전송된 데이터를 수신하여 스트링별 모니터링 및 상태감시에 의한 고장발생여부와 이상진동 및 누설전류의 동시 다중 감지에 의한 고장 발생여부를 진단하는 모니터링 및 진단장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트링 상태감시, 이상 진동 및 누설 전류 감지 기능을 구비한 태양광 발전 시스템을 제공함으로써 달성된다.
바람직한 실시예로, 상기 복합센서모듈은 스트링의 인입부와 인출부 간을 연결하여 1개가 설치된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 복합센서모듈은 스트링의 인출부에 설치되어 인출 전류를 측정하는 제 1 전류센서와; 스트링의 인입부에 설치되어 인입 전류를 측정하는 제 2 전류센서와; 제 1 전류 및 제 2 전류센서와 연결되어 인출 및 인입 전류 차이를 비교하는 누설전류센서와; 인입부과 인출부에 연결되어 전압을 측정하는 전압센서와; 복합센서모듈 본체에 설치되어 스트링의 진동을 측정하는 진동센서와; 제 1 전류센서, 누설전류센서, 전압센서, 진동센서와 회로연결되어 각 측정값을 연산 및 통신모듈로 전송하는 무선송신장치;로 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 진동센서는 3축 가속 센서(3-Axis senor)를 사용하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 모니터링 및 진단장치에 의한 스트링 상태감시는, 일사량 판단 센서로부터 수신받은 환경 데이터를 기반으로 태양광 발전의 일사량 및 온도를 입력 받아 최대 일사량으로부터 최대전력점에서의 기준전류를 산출하고, 이를 기준으로 랜덤 가우시안 분포에서 발생할 수 있는 오차를 계산하여 연산 및 통신모듈에서 수신된 스트링별 전압, 전류 및 이를 계산하여 얻어진 전력 데이터를 기반으로 오차가 큰 이상레벨인지를 판단하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 모니터링 및 진단장치는 지속적으로 오차가 큰 이상레벨이 검출될 경우 스트링 상태감시 중 이상이 발생한 스트링을 특정함으로써 태양광 발전시스템의 정상 또는 비정상을 경고하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 모니터링 및 진단장치에 의한 누설전류 발생 진단은, 사전에 기준값1, 기준값2를 정하여 모니터링 하다가 임의의 스트링에서 누설전류가 발생하면 그 값이 기준값1 보다 크거나 같은 값이 지속적으로 발생하면 모니터에 경고하고, 기준값1 보다 작으면 재차 스트링별 측정된 누설전류 평균을 가지고 확률분포를 작성하여 정규화된 스트링별 편차를 구한 후 기준값 2 보다 크거나 같은 값이 지속적으로 발생하면 모니터에 경고하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 기준값1은 누설전류는 최대 공급전류의 1/2,000을 초과하지 않는 기준값으로 설정하고 일부 보정 가능하게 설정하고, 기준값2는 작성된 누설전류 평균의 500%를 특정하고 일부 보정 가능하게 설정한 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 모니터링 및 진단장치에 의한 이상진동 발생 진단은, 사전에 기준값3과 기준값4를 정하여 모니터링 하다가 임의의 스트링에서 진동이 발생하면 그 값이 기준값3 보다 크거나 같은 값이 지속적으로 발생하면 모니터에 경고하고, 기준값3 보다 작으면 재차 스트링별 측정된 진동값을 기준값4와 비교하여 크거나 같은 값이 지속적으로 발생하면 모니터에 경고하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 기준값3은 바람에 의한 상시 진동의 최대치 값으로 선정하되 선정된 값은 일부 보정가능하고, 기준값4는 지진에 의한 이상진동 기준값(0.1G 이상)으로 선정하되 선정된 값은 일부 보정 가능한 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 모니터링 및 진단장치는 모니터 또는 외부 단말기에 복수개의 태양광 발전모듈로 이루어진 복수개의 스트링 배치를 도식화하고, 스트링별 연산 및 통신모듈에서 전송된 스트링 상태감시, 누설전류 및 이상진동에 대한 데이터의 정상여부가 판단되어 개별적으로 표시되어 경고되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템은 태양광 발전모듈을 복수개로 엮은 스트링 마다 복합센서모듈을 설치 후, 각 스트링 마다 설치된 각 복합센서모듈에서 전송되는 진동, 누설전류, 전류, 전압을 실시간 측정하면서 태양광 발전시 발생하는 이상 상황이 발생하는지 진동, 누설전류, 전류, 전압, 전력을 모니터링 하면서, 이상 상황 요인이 발생하면 스트링 상태감시, 이상 진동, 누설전류, 이상전류, 이상 전압 중 어떤 요인에 의해 이상 상황이 발생하는지를 스트링별 신속하게 검출하여 경고함으로써 안정적인 전력을 생산할 수 있다는 효과를 가진다.
또한 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템은 스트링별 설치된 복합센서모듈이 진동과 누설전류, 이상전압, 이상전류를 모두 검출할 수 있도록 태양광 발전 시스템을 단순하게 구성함으로써 유지보수에 드는 수리 또는 교체 시간과 비용을 절감하여 안정적인 전력을 생산할 수 있다는 효과를 가진다
또한 본 발명은 스트링별 설치된 복합센서모듈에서 전송된 데이터를 이용하여 모니터링시 측정된 진동과 전압, 전류 값이 사전에 정의되거나 측정된 스트링별 기준값과 편차값을 기준으로 통계적 기법을 활용한 고장판단 방법을 이용하여 다중으로 이상 상황을 분석함으로써 이상 진동과 누설전류, 이상전압, 이상전류에 의한 고장유무를 신뢰성 있게 분석하여 이상상황 레벨로 경고함으로써 안정적인 전력을 생산할 수 있다는 효과를 가진다
상기와 같이 본 발명은 이상 상황을 스트링 별도 신속하게 검출하여 이를 바탕으로 해당 부분의 이상상황 레벨에 따라 고장을 신속하게 해결하여 안정적인 태양광 발전을 지속할 수 있다는 다양한 효과를 가지는 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 전체 구성도이고,
도 2는 본 발명 한 실시예에 따른 복합센서모듈의 구성을 보인 예시도이고,
도 3은 본 발명 한 실시예에 따른 복합센서모듈의 설치 구성을 보인 예시도이고,
도 4a 및 도 4b는 본 발명 한 실시예에 따른 모니터링 및 진단장치의 데이터가 모니터에 도식화한 예시도고,
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 진동과 누설전류 등에 의한 이상 유무를 동시 다중 판단하는 알고리즘을 보인 순서도이다.
도 2는 본 발명 한 실시예에 따른 복합센서모듈의 구성을 보인 예시도이고,
도 3은 본 발명 한 실시예에 따른 복합센서모듈의 설치 구성을 보인 예시도이고,
도 4a 및 도 4b는 본 발명 한 실시예에 따른 모니터링 및 진단장치의 데이터가 모니터에 도식화한 예시도고,
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 진동과 누설전류 등에 의한 이상 유무를 동시 다중 판단하는 알고리즘을 보인 순서도이다.
이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 전체 구성도이고, 도 2는 본 발명 한 실시예에 따른 복합센서모듈의 구성을 보인 예시도이고, 도 3은 본 발명 한 실시예에 따른 복합센서모듈의 설치 구성을 보인 예시도이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명 한 실시예에 따른 모니터링 및 진단장치의 데이터가 모니터에 도식화한 예시도이다.
도시된 바와 같이 본 발명은 태양광 발전 시스템은 복수개의 태양광 발전모듈을 엮어 구성된 하나 이상의 스트링(1);
스트링별 각각 설치되어 진동, 누설전류, 전류, 전압을 동시 측정하는 복합센서모듈(2);
각 스트링에서 생산된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터(3);
스트링별 설치된 각 복합센서모듈에서 전송된 데이터를 무선 수신하여 스트링별 데이터를 취합하는 연산 및 통신모듈(4);
연산 및 통신모듈에서 전송된 데이터를 수신하여 스트링별 모니터링 및 상태감시에 의한 고장발생여부와 이상진동 및 누설전류의 동시 다중 감지에 의한 고장 발생여부를 진단하는 모니터링 및 진단장치(5);를 포함한다.
또한 모니터링 및 진단장치(5)로부터 모니터링 결과를 전달받는 관리자용 외부 단말기(6);를 더 포함하여 구성할 수 있다.
스트링(1)은 개별 태양광 발전모듈(11)에 의해 생산된 전류가 들어오는 인입부와 전류가 나가는 인출부 간을 전선(12)으로 서로 연결하여 복수개로 구성한 발전 단위로 본 발명의 기본 측정 단위로 사용된다. 본 발명의 한 실시예에 따른 스트링(1) 구성은 직렬 연결되어 구성된 상태이나 경우에 따라 병렬로 연결하거나 직렬과 병렬을 혼합하여 연결 구성할 수도 있다. 또한 각 태양광 발전모듈은 복수개의 태양전지 셀로 구성됨은 주지의 사실이다.
복합센서모듈(2)은 개별 태양광 발전모듈(11)을 전선으로 엮어 연결시킨 스트링(1)의 전선 인입부과 인출부 간을 연결하여 스트링(1)별 태양광 발전모듈(11)의 이상상황을 감시하도록 설치된다.
본 발명의 한 실시예에서는 1개가 설치된 모습을 도시하고 있는데, 이와 같이 1개로 구성하여 감지하면 모니터링 및 진단장치(5)에서 스트링 상태감시, 스트링별 이상진동, 스트링별 누설전류를 진단하는 구성이 간단하기 때문에 바람직하다.
이와 같이 스트링 마다 설치된 복합센서모듈(2)은 스트링에 탈부착이 가능하도록 제작되어, 태양광 발전 시스템을 구성하는 각 스트링(1)에서 발생하는 진동 값, 누설전류 값, 전류 값, 전압 값을 측정하는 수단으로, 스트링의 인출부에 설치되어 인출 전류를 측정하는 제 1 전류센서(21)와; 스트링의 인입부에 설치되어 인입 전류를 측정하는 제 2 전류센서(22)와; 제 1 전류 및 제 2 전류센서와 연결되어 인출 및 인입 전류 차이를 비교하는 누설전류센서(23)와; 인입부과 인출부에 연결되어 전압을 측정하는 전압센서(24)와; 복합센서모듈 본체(27)에 설치되어 스트링의 진동을 측정하는 진동센서(25)와; 제 1 전류센서, 누설전류센서, 전압센서, 진동센서와 회로연결되어 각 측정값(전류 값, 누설 전류 값, 전압 값, 진동값)을 연산 및 통신모듈(4)로 전송하는 무선송신장치(26);를 포함하여 구성된다.
상기 제 1 전류센서(21)와 제 2 전류센서(22)는 인출부와 인입부에 각각 설치하여 인출 전류와 인입전류를 측정하게 된다. 측정된 전류는 누설전류센서로 가게 되고 누설전류센서는 복합센서모듈(2)에 인입되는 인입전류와 인출전류 간의 차이에 따라 누설전류를 검출하는 사용된다.
이때 상기 제 1 전류센서(21)는 누설전류센서(23)와 연결되어 누설전류 측정을 위해 사용됨과 동시에, 제 1 전류센서(21)는 누설전류센서(23) 간을 연결하는 전선의 일지점에서 분지된 전선이 직접 무선송신장치(26)와 연결되어 인출부에서 측정된 전류값을 전송하도록 회로 구성된다.
상기 누설전류센서(23)는 비교기로서 상기 제 1 전류센서(21)와 제 2 전류센서(22)에서 측정된 인출전류와 인입전류 간의 차이에 따라 누설전류를 검출하게 된다. 구체적으로, 각 스트링에서 발생하는 전류는 스트링 안에서의 폐회로를 따라 흐르는데 폐회로에서 누설전류가 없다면 인입전류와 인출전류는 동일하고 누설전류는 발생하지 않게 된다. 그러나 임의의 스트링에서 누설전류가 발생하게 된다면 인입전류와 인출전류 사이의 차이가 발생하게 되고 이 차를 통하여 누설전류를 측정하게 된다. 측정된 누설전류값은 무선송신장치(Wireless Transmitter, 26)를 통해 연산 및 통신모듈(4)로 전송되고, 취합된 데이터는 연결된 모니터링 및 진단장치(5)에서 스트링별 이상 누설전류 발생 여부를 분석 및 진단하는 과정을 거치게 된다.
상기 전압센서(24)는 인입부와 인출부에 연결되어 전압을 측정하여 모니터링 및 진단장치(5)에서 상기 제 1 전류센서(21)에서 측정된 전류 값을 이용하여 전력 값을 계산하는데 사용된다. 계산된 전략 값의 변동은 분석에 의해 이상 전력인지를 판단하게 된다.
상기 진동센서(25)는 3축 가속 센서(3-Axis senor), 자이로 센서(Gyro) 등이 있으며 본 발명의 바람직한 실시예에서는 정지해 있는 태양광 발전 시스템의 특징을 고려하여 3축 가속 센서를 설치하여 사용한다. 이러한 진동센서가 설치되면 각 스트링이 설치된 구조물과의 체결구조가 풀려 스트링으로부터 진동이 발생하는 여부를 신속히 판단하여 구조물의 유지보수를 통해 스트링의 파손을 방지하여 안정적인 전력 생산이 이루어지게 된다, 측정된 진동 데이터는 무선송신장치(26)를 통해 연산 및 통신모듈(4)로 전송되고, 취합된 데이터는 연결된 모니터링 및 진단장치(5)에서 이상 진동 여부를 분석 및 진단하는 과정을 거치게 된다.
상기 무선송신장치(26)는 진동, 누설전류, 전류 및 전압 데이터가 측정이 되면 이 데이터를 무선통신을 통하여 연산 및 통신모듈(4)로 보내는 장치로, 각각 스트링에 부착된 복합센서모듈(2)에 구비된 각 무선송신장치에서 보내준 데이터는 연산 및 통신모듈(4)로 전송되고, 취합된 데이터는 연결된 모니터링 및 진단장치(5)에서 이상 진동 여부를 분석 및 진단하는 과정을 거치게 된다.
바람직한 실시예로 무선송신장치는 가장 저전력 특성이 우수한 ZigBee를 활용하며, 필요에 따라 Wi-Fi, Bluetooth 등을 적용 할 수 있다.
모니터링 및 진단장치(5)는 스트링별 설치된 복합센서모듈(2)에서 무선송신장치(26)를 통해 전송된 전송된 진동, 누설전류, 전류, 전압 데이터를 무선수신하여 스트링별 데이터를 취합하는 연산 및 통신모듈(4)을 통해 전송받아 스트링별 모니터링하면서 스트링 상태감시, 스트링별 이상진동, 스트링별 이상 누설전류가 발생했는지를 진단하게 된다.
상기 스트링 상태감시의 경우 전송된 전류, 전압 데이터를 바탕으로 전력 데이터도 구해 그 변동 여부도 함께 모니터링 및 분석하게 된다.
상기 스트링 상태감시시 이상상태는 출력저하가 발생하는 것으로, 전압, 전류 측정 값 이상, 전력 생산량 분석을 통해 판단 할 수 있다.
상기 연산 및 통신모듈(4)은 모니터링 및 진단장치(5)로 데이터를 전송할 때 한 실시예로 RS232C, RS485, RS422 중 어느 하나의 통신 방식으로 보내게 된다.
모니터링 및 진단장치(5)는 연산 및 통신모듈(4)에서 수신받은 데이터들을 취합하여 모니터(51)에 도식을 표시하도록 구성된다. 이를 위한 컴퓨팅 장치는 공지의 일반적인 구성이므로 모니터에 표시되는 정보 위주로 설명한다.
모니터링 및 진단장치(5)에 의한 모니터링 과정은 도 4a와 같이 복수개의 스트링 배치를 도식화하고, 스트링별 연산 및 통신모듈(4)에서 전송된 스트링 상태감시, 누설전류 및 이상진동에 대한 데이터의 정상여부가 판단되어 개별적으로 도식화되어 표시되어 경고되도록 구성된다.
이와 같은 모니터에 표시된 도식화된 정보 및 알람에 의해 관리자가 신속하고 쉽게 시각적으로 실시간 모니터링 할 수 있다.
또한 모니터링 및 진단장치(5)는 추가적으로 도 4b에 도시된 것처럼 상세 항목을 통해 도 4a에 도식화된 태양전지모듈과 관련된 정보를 포함하여 인버터 및 계통 상세정보도 도식화되어 경고되도록 구성될 수 있다.
외부 단말기(6)는 모니터링 및 진단장치(5)에 의해 모니터(51) 외에 모니터링 결과를 전달받는 수단으로 이를 통해 모니터링 및 진단장치(5)가 설치된 관제실 등이 아닌 외부에서 인터넷을 포함한 모니터링 네트워크에 접속된 관리자나 작업자의 외부 단말기(6)가 실시간 모니터링이 가능하게 된다.
이를 통해 관제실 또는 외부에 있는 관리자가 보다 이해하기 쉽게 시각적으로 도식된 데이터 값을 실시간으로 모니터링 할 수 있다.
이하 모니터링 및 진단장치(5)에 의한 스트링 상태감시, 스트링별 이상 누설전류, 스트링별 이상진동을 진단하는 과정을 상세히 설명한다.
(스트링 상태감시 진단방법)
모니터링 및 진단장치(5)는 스트링별 복합센서모듈(2)에서 전송되어 취합된 전압, 전류 값을 취합하고, 이를 바탕으로 전압과 전류값을 곱한 전력 값을 구하여 전압, 전류, 전력 데이터를 이용 알고리즘을 통하여 전압, 전류, 전력 데이터를 분석하여 이상레벨을 판단하여 태양광 스트링에 이상이 있는지 없는지 여부를 검출하게 된다.
이를 구현하기 위하여 모니터링 및 진단장치(5)는 외부에 설치한 일사량 판단 센서(41)를 이용하여 환경 데이터를 수신 받는다.
수신 받은 데이터를 기반으로 최대전력 점에서의 기준 전류를 산출하고 이를 기준으로 랜덤 가우시안 분포에서 발생할 수 있는 오차를 계산하여 이상 유무를 판단한다.
환경 데이터를 통하여 산출된 기준전류를 근거로 계산된 기준데이터를 x0라고 하고 실제 출력을 기준으로 산출된 출력데이터를 x1이라고 하면 두 데이터의 오차는 e= x0-x1이 된다. 이렇게 계산된 편차는 기준데이터에서 떨어진 정도를 의미하며 오차가 클수록 이상 레벨일 확률이 높으므로 기준데이터에서 떨어진 정도를 통하여 이상 레벨을 판단 할 수 있다.
특히 이상레벨 판단은 상기 모니터링 및 진단장치(5)에서 지속적으로 오차가 큰 이상레벨이 검출될 경우 스트링 상태감시 중 이상이 발생한 스트링을 특정함으로써 태양광 발전시스템의 정상 또는 비정상을 모니터에 경고하도록 구성된다.
이렇게 구해진 이상 스트링 상태감시 이상은 모니터링 및 진단장치(5)에서 알람하여 모니터(51)에 도식화되어 표시되도록 한다. 이에 따라 관리자가 신속히 인지하게 된다. 또한 알람은 모니터링 및 진단장치(5)에 의해 모니터 뿐만 아니라 외부 단말기(6)로 전송될 수 있다.
(누설전류 및 이상진동 진단방법)
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 진동과 누설전류 등에 의한 이상 유무를 동시 다중 판단하는 알고리즘을 보인 순서도이다.
첨부된 도면을 보면 본 발명에 따른 모니터링 및 진단장치(5)는 누설전류와 진동 데이터를 항시 스트링별 실시간 모니터링하면서 동시 분석하여 판별하게 된다.
이와 같이 동시에 복합적으로 판단하는 것이 필요한 이유는 단순히 누설전류만 측정하게 되면 스트링의 진동 등으로 인해 지지 구조물 이상에 의한 태양광 발전 모듈이 정확한 위치에서 충분히 태양광을 수광하지 못해 발생하는 고장유무를 판단할 수 없기 때문이다.
마찬가지로 이상 진동만 판단하게 되면 스트링을 구성하는 태양광 발전 모듈의 누설전류에 의한 이상유무를 판단할 수 없기 때문이다.
따라서 본 발명처럼 진동과 누설전류 등을 동시에 복합적으로 모니터링하고 분석하는 과정을 통해서만 태양광 발전 시스템의 이상상황 원인을 신속히 판단할 수 있게 된다.
이하 누설전류 데이터와 진동 데이터를 활용한 통계적 기법을 활용한 고장판단 알고리즘을 각각 구체적으로 살펴본다.
(누설전류 진단방법)
모니터링 및 진단장치(5)는 각 스트링(1) 별 복합센서모듈(2)에서 전송되어 취합된 누설전류 데이터를 바탕으로 도 5와 같은 통계적 기법을 활용한 고장판단 알고리즘을 통하여 이상 누설전류에 대한 고장 유무를 판단할 수 있다.
이를 통해 모니터링 및 진단장치(5)에 사전에 기준값1, 기준값 2를 선정한다. 선정방법은 스트링별 기준 전류값을 산출하여 편차의 정도에 따라 기준값1, 기준값 2를 정하면 된다. 이때 기준값1은 누설전류는 최대 공급전류의 1/2,000을 초과하지 않는 기준값으로 설정하고 일부 보정 가능하게 설정하고, 기준값2는 작성된 누설전류 평균의 500%를 특정하고 일부 보정 가능하게 설정한다.
모니터링 및 진단장치(5)는 K번 스트링의 인입전류와 인출전류로 측정한 누설전류를 기설정된 측정 회수인 A회를 측정하여 설정된 기준값 1 보다 크거나 같은 누설전류의 측정이 지속적으로 검출될 경우 이상이 있는 것으로 판단한다.
이렇게 구해진 이상 누설전류가 있는 스트링은 모니터링 및 진단장치(5)에서 알람하여 모니터(51)에 도식화되어 표시되도록 한다. 이에 따라 관리자가 신속히 인지하게 된다. 또한 알람은 모니터링 및 진단장치(5)에 의해 모니터 뿐만 아니라 외부 단말기(6)로 전송될 수 있다.
만약 상기 단계에서 기준값 1 보다 크거나 같지 않을 경우는 기준값 2에 대해서는 먼저 스트링별 확률분포를 작성하여 정규화된 스트링별 편차를 구한다.
이렇게 구해진 편차가 기준값 2에 비하여 크거나 같은 경우가 지속적으로 검출될 경우 이상이 있는 것으로 판단한다.
만약 상기 단계에서 기준값 2 보다 크거나 같지 않을 경우는 다른 스트링을 측정하기 위해 처음으로 되돌아 간다.
(이상진동 진단방법)
모니터링 및 진단장치(5)는 각 스트링(1) 별 복합센서모듈(2)에서 전송되어 취합된 진동 센서가 측정한 진동 데이터를 바탕으로 도 5와 같은 통계적 기법을 활용한 고장판단 알고리즘을 통하여 이상 진동에 대한 고장 유무를 판단할 수 있다.
이를 통해 모니터링 및 진단장치(5)에 사전에 계산된 기준값3, 기준값 4를 입력한다. 기준값3은 바람에 의한 상시 진동의 최대치 값으로 선정하되 선정된 값은 일부 보정가능하고, 기준값4는 지진에 의한 이상진동 기준값(0.1G 이상)으로 선정하되 선정된 값은 일부 보정 가능하다.
이후 모니터링 및 진단장치(5)는 K번 스트링의 진동을 측정한 진동데이터를 기설정된 측정 회수인 A회를 측정하여 설정된 기준값 3보다 크거나 같은 진동이 지속적으로 검출될 경우 이상이 있는 것으로 판단한다.
이렇게 구해진 이상 진동이 있는 스트링은 모니터링 및 진단장치(5)에서 알람하여 모니터(51)에 도식화되어 표시되도록 한다. 이에 따라 관리자가 신속히 인지하게 된다. 또한 알람은 모니터링 및 진단장치(5)에 의해 모니터 뿐만 아니라 외부 단말기(6)로 전송될 수 있다.
만약 상기 단계에서 기준값 3 보다 크거나 같지 않을 경우는 설정된 기준값 4에 비교하여 그 값이 기준값 4에 비하여 크거나 같은 경우가 지속적으로 검출될 경우 이상이 있는 것으로 판단한다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
(1) : 스트링 (2) : 복합센서모듈
(3) : 인버터 (4) : 연산 및 통신모듈
(5) : 모니터링 및 진단장치 (6) : 외부 단말기
(11) : 태양광 발전모듈 (12) : 전선
(21) : 제 1 전류센서 (22) : 제 2 전류센서
(23) : 누설전류센서 (24) : 전압센서
(25) : 진동센서 (26) : 무선송신장치
(27) : 본체 (41) : 일사량 판단 센서
(51) : 모니터
(3) : 인버터 (4) : 연산 및 통신모듈
(5) : 모니터링 및 진단장치 (6) : 외부 단말기
(11) : 태양광 발전모듈 (12) : 전선
(21) : 제 1 전류센서 (22) : 제 2 전류센서
(23) : 누설전류센서 (24) : 전압센서
(25) : 진동센서 (26) : 무선송신장치
(27) : 본체 (41) : 일사량 판단 센서
(51) : 모니터
Claims (11)
- 태양광 발전모듈과 인버터를 포함하여 전력을 생산하는 태양광 발전 시스템에 있어서,
복수개의 태양광 발전모듈을 엮어 구성된 하나 이상의 스트링(1);
스트링별 각각 설치되어 진동, 누설전류, 전류, 전압을 동시 측정하는 복합센서모듈(2);
각 스트링에서 생산된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터(3);
스트링별 설치된 각 복합센서모듈에서 전송된 데이터를 무선 수신하여 스트링별 데이터를 취합하는 연산 및 통신모듈(4);
연산 및 통신모듈에서 전송된 데이터를 수신하여 스트링별 모니터링 및 상태감시에 의한 고장발생여부와 이상진동 및 누설전류를 복합적으로 동시 분석하여 판별하는 동시 다중 감지에 의한 고장 발생여부를 진단하는 모니터링 및 진단장치(5);를 포함하되,
상기 복합센서모듈(2)은 바람에 의한 스트링의 진동으로 스트링을 고정 지지하는 구조물의 체결수단 등이 헐거워져 풀린 고장유무를 누설전류와 동시 분석하여 판별하도록 진동센서(25)를 포함하고;
상기 진동센서(25)는 3축 가속 센서(3-Axis senor)를 사용하는 것이고;
상기 모니터링 및 진단장치(5)에 의한 이상진동 발생 진단은, 사전에 기준값3과 기준값4를 정하여 모니터링 하다가 임의의 스트링에서 진동이 발생하면 그 값이 기준값3 보다 크거나 같은 값이 지속적으로 발생하면 모니터에 경고하고, 기준값3 보다 작으면 재차 스트링별 측정된 진동값을 기준값4와 비교하여 크거나 같은 값이 지속적으로 발생하면 모니터에 경고하도록 구성되고,
상기 기준값3은 바람에 의한 상시 진동의 최대치 값으로 선정하되 선정된 값은 일부 보정 가능하고, 기준값4는 지진에 의한 이상진동 기준값(0.1G 이상)으로 선정하되 선정된 값은 일부 보정 가능한 것을 특징으로 하는 스트링 상태감시, 이상 진동 및 누설 전류 감지 기능을 구비한 태양광 발전 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 복합센서모듈(2)은 스트링(1)의 인입부와 인출부 간을 연결하여 1개가 설치된 것을 특징으로 하는 스트링 상태감시, 이상 진동 및 누설 전류 감지 기능을 구비한 태양광 발전 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 복합센서모듈(2)은 스트링의 인출부에 설치되어 인출 전류를 측정하는 제 1 전류센서(21)와; 스트링의 인입부에 설치되어 인입 전류를 측정하는 제 2 전류센서(22)와; 제 1 전류 및 제 2 전류센서와 연결되어 인출 및 인입 전류 차이를 비교하는 누설전류센서(23)와; 인입부과 인출부에 연결되어 전압을 측정하는 전압센서(24)와; 복합센서모듈 본체(27)에 설치되어 스트링의 진동을 측정하는 진동센서(25)와; 제 1 전류센서, 누설전류센서, 전압센서, 진동센서와 회로연결되어 각 측정값을 연산 및 통신모듈(4)로 전송하는 무선송신장치(26);로 구성된 것을 특징으로 하는 스트링 상태감시, 이상 진동 및 누설 전류 감지 기능을 구비한 태양광 발전 시스템.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 모니터링 및 진단장치(5)에 의한 스트링 상태감시는, 일사량 판단 센서로부터 수신받은 환경 데이터를 기반으로 태양광 발전의 일사량 및 온도를 입력 받아 최대 일사량으로부터 최대전력점에서의 기준전류를 산출하고, 이를 기준으로 랜덤 가우시안 분포에서 발생할 수 있는 오차를 계산하여 연산 및 통신모듈(4)에서 수신된 스트링별 전압, 전류 및 이를 계산하여 얻어진 전력 데이터를 기반으로 오차가 큰 이상레벨인지를 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 스트링 상태감시, 이상 진동 및 누설 전류 감지 기능을 구비한 태양광 발전 시스템.
- 청구항 5에 있어서,
상기 모니터링 및 진단장치(5)는 지속적으로 오차가 큰 이상레벨이 검출될 경우 스트링 상태감시 중 이상이 발생한 스트링을 특정함으로써 태양광 발전시스템의 정상 또는 비정상을 판단하여 경고하도록 구성된 것을 특징으로 하는 스트링 상태감시, 이상 진동 및 누설 전류 감지 기능을 구비한 태양광 발전 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 모니터링 및 진단장치(5)에 의한 누설전류 발생 진단은, 사전에 기준값1, 기준값2를 정하여 모니터링 하다가 임의의 스트링에서 누설전류가 발생하면 그 값이 기준값1 보다 크거나 같은 값이 지속적으로 발생하면 모니터에 경고하고, 기준값1 보다 작으면 재차 스트링별 측정된 누설전류 평균을 가지고 확률분포를 작성하여 정규화된 스트링별 편차를 구한 후 기준값 2 보다 크거나 같은 값이 지속적으로 발생하면 모니터에 경고하도록 구성된 것을 특징으로 하는 스트링 상태감시, 이상 진동 및 누설 전류 감지 기능을 구비한 태양광 발전 시스템.
- 청구항 7에 있어서,
상기 기준값1은 누설전류는 최대 공급전류의 1/2,000을 초과하지 않는 기준값으로 설정하고 일부 보정 가능하게 설정하고, 기준값2는 작성된 누설전류 평균의 500%를 특정하고 일부 보정 가능하게 설정한 것을 특징으로 하는 스트링 상태감시, 이상 진동 및 누설 전류 감지 기능을 구비한 태양광 발전 시스템.
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 모니터링 및 진단장치(5)는 모니터(51) 또는 외부 단말기(6)에 복수개의 태양광 발전모듈로 이루어진 복수개의 스트링 배치를 도식화하고, 스트링별 연산 및 통신모듈(4)에서 전송된 스트링 상태감시, 누설전류 및 이상진동에 대한 데이터의 정상여부가 판단되어 개별적으로 표시되어 경고되도록 구성된 것을 특징으로 하는 스트링 상태감시, 이상 진동 및 누설 전류 감지 기능을 구비한 태양광 발전 시스템.
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| KR1020220002513A KR102409193B1 (ko) | 2022-01-07 | 2022-01-07 | 스트링 상태감시, 이상 진동 및 누설 전류 감지 기능을 구비한 태양광 발전 시스템 |
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| KR1020220002513A KR102409193B1 (ko) | 2022-01-07 | 2022-01-07 | 스트링 상태감시, 이상 진동 및 누설 전류 감지 기능을 구비한 태양광 발전 시스템 |
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| KR102409193B1 true KR102409193B1 (ko) | 2022-06-15 |
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| KR1020220002513A KR102409193B1 (ko) | 2022-01-07 | 2022-01-07 | 스트링 상태감시, 이상 진동 및 누설 전류 감지 기능을 구비한 태양광 발전 시스템 |
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