KR102513991B1 - 태양광 전압 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광 전압 제어 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 AC EMC Filter의 출력단에 부하를 연결함으로써 AC EMC Filter의 출력단 전압을 감소시키기 위한 태양광 전압 제어 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 전압 제어 장치는 직류 태양광 모듈로부터 직류 전압을 전달받아 상기 직류 전압의 노이즈를 저감하는 직류 필터(110), 노이즈가 저감된 상기 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 출력하는 인버터 및 상기 교류 전압의 노이즈를 저감하고, 노이즈가 저감된 상기 교류 전압을 계통 전원으로 출력하는 교류 필터를 포함하고, 상기 교류 필터의 출력단에는 하나 이상의 부하가 연결된다.

Description

태양광 전압 제어 장치{Apparatus for controlling solar light voltage}
본 발명은 태양광 전압 제어 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 AC EMC Filter의 출력단에 부하를 연결함으로써 AC EMC Filter의 출력단 전압을 감소시키기 위한 태양광 전압 제어 장치에 관한 것이다.
최근 지구 온난화, 환경 오염 등의 문제로 인해 화석 연료를 대신할 수 있는 친환경 재생 에너지 기술 개발이 각광받고 있다. 그 중 태양광 발전 시스템은 공해가 없고 필요한 장소에 필요한 만큼만 발전할 수 있으며 유지보수가 용이하기 때문에 더욱 주목을 받고 있다.
이러한, 태양광 발전 시스템은 각종 감시센서를 이용하여 주변환경, 예컨대 일사량, 위상각, 풍력, 강우 등에 대한 감시 데이터를 수집한다. 이러한 감시 데이터들은 태양광 발전 시스템의 발전량, 부하량, 저장량 등 태양광 발전 시스템의 운영에 고려해야 할 중요한 사항이다.
또한, 태양광 발전 시스템은 발전기의 도움 없이 태양광 모듈를 이용하여 태양빛을 직접 전기 에너지로 변환하기 위하여 태양광 모듈, 태양광 전압 제어 장치(Power Control Unit; PCU)를 이용한다. 이 때 태양광 모듈은 태양 전지 또는 축전지일 수 있다.
한편, 태양광 전압 제어 장치는 태양광 모듈로부터 직류(DC) 전력 형태의 전기 에너지를 전달받아 교류(AC) 전력으로 변환시켜 소비자에게 전기를 공급하는 장치이다. 태양광 전압 제어 장치가 교류 전력으로 변환시켜 전기를 공급하면, 가정이나 기업 등의 수요자는 교류 전력을 사용하게 된다.
다만, 종래의 태양광 전압 제어 장치는 인버터 또는 계통 전원의 전압 값을 측정할 수 없어 인버터 또는 계통 전원의 이상 여부를 판단할 수 없는 문제점이 있다. 또한, 종래의 태양광 전압 제어 장치는 인버터 또는 계통 전원 간을 차단할 경우 출력단의 전압을 감소시킬 수 없어 인버터 또는 계통 전원을 보호할 수 없는 문제점이 있다. 또한, 종래의 태양광 전압 제어 장치는 출력단의 전압을 감소시킬 수 없어 감전의 위험성이 높은 문제점이 있다.
본 발명은 AC EMC Filter의 출력단에 부하를 연결하여 AC EMC Filter의 출력단 전압을 감소시킴으로써 인버터 또는 계통 전원을 보호하기 위한 태양광 전압 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 AC EMC Filter의 출력단에 부하를 연결하여 AC EMC Filter의 출력단 전압을 감소시킴으로써 감전의 위험성을 줄이기 위한 태양광 전압 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 부하의 크기 또는 캐패시터의 캐패시턴스를 조절함으로써 출력단의 시상수 값을 조절하기 위한 태양광 전압 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 인버터의 전압 값 또는 계통 전원의 전압 값에 기초하여 인버터 또는 계통 전원의 이상여부를 판단하기 위한 태양광 전압 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양광 전압 제어 장치는 직류 태양광 모듈로부터 직류 전압을 전달받아 상기 직류 전압의 노이즈를 저감하는 직류 필터, 노이즈가 저감된 상기 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 출력하는 인버터 및 상기 교류 전압의 노이즈를 저감하고, 노이즈가 저감된 상기 교류 전압을 계통 전원으로 출력하는 교류 필터를 포함하고, 상기 교류 필터의 출력단에는 하나 이상의 부하가 연결되는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 AC EMC Filter의 출력단에 부하를 연결하여 AC EMC Filter의 출력단 전압을 감소시킴으로써 인버터 또는 계통 전원을 보호할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 AC EMC Filter의 출력단에 부하를 연결하여 AC EMC Filter의 출력단 전압을 감소시킴으로써 감전의 위험성을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 부하의 크기 또는 캐패시터의 캐패시턴스를 조절함으로써 출력단의 시상수 값을 조절할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 인버터의 전압 값 또는 계통 전원의 전압 값에 기초하여 인버터 또는 계통 전원의 이상여부를 판단할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 전압 제어 장치와 직류 태양광 모듈, 전원 계통이 연결된 모습을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 교류 필터를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 출력단의 전압을 도시한 그래프.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 전압 제어 장치(100)와 직류 태양광 모듈(200), 전원 계통(300)이 연결된 모습을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 전압 제어 장치(100)는 직류 필터(110), 인버터(120) 및 교류 필터(130)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 1에 도시된 태양광 전압 제어 장치(100)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 1에 도시된 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 교류 필터(130)를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 출력단(134)의 전압을 도시한 그래프이다. 이하 도 1 내지 도 3을 참조하여 태양광 전압 제어 장치(100)를 설명하도록 한다.
직류 필터(110)는 직류 태양광 모듈(200)로부터 직류 전압을 전달받아 직류 전압의 노이즈를 저감할 수 있다. 직류 태양광 모듈(200)은 태양 빛을 직류 전력으로 변환하는 장치이고, 일 실시예로 직류 필터(110)는 DC EMC Filter일 수 있다. 직류 필터(110)는 노이즈를 저감하기 위하여 하나 이상의 코일과 캐패시터를 포함할 수 있는데, 캐패시터는 교류 전압을 공급받아 직류 전압으로 바꿀 수 있다.
인버터(120)는 노이즈가 저감된 직류 전압을 교류 전압으로 변환할 수 있다. 인버터(120)의 기본적인 동작원리는 스위치를 턴 온 또는 턴 오프 시킴으로써 직류 전압을 단속(斷續)하여 교류 전압을 얻는 것이다. 인버터(120)는 이와 같은 직류의 단속동작 및 동작의 메커니즘 차이에 따라 단상 인버터(120), 3상 인버터(120),　PWM 인버터(120) 등으로 구별되고, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터(120)는 상술한 인버터(120) 중 하나 일 수 있다.
교류 필터(130)는 교류 전압의 노이즈를 저감하고, 노이즈가 저감된 교류 전압을 계통 전원(300)으로 출력할 수 있다. 계통 전원(300)은 발전소 또는 변전소일 수 있고, 가정 내의 계량기, 전자기기 등으로 이루어진 집합체일 수도 있다.
일 실시예로 교류 필터(130)는 인버터(120)의 전압 값 또는 계통 전원(300)의 전압 값을 기초로 인버터(120) 또는 계통 전원(300)의 이상여부를 판단하는 판단부를 포함할 수 있다. 판단부는 인버터(120)의 전압 값 또는 계통 전원(300)의 전압 값이 제1 설정 값 이하이면 정전 상태로 판단하고, 제2 설정 값 이상이면 과전압 상태로 판단할 수 있다. 제1 설정 값과 제2 설정 값은 사용자에 의해 설정될 수 있으며, 판단부에서 자동으로 설정될 수도 있다.
한편, 교류 필터(130)는 판단 결과 인버터(120) 또는 계통 전원(300)에 이상이 발생하면 인버터(120)와 계통 전원(300) 사이를 차단하는 릴레이(131-1, 131-2)를 포함할 수 있다. 릴레이(131-1, 131-2)는 입력이 특정 값에 도달하였을 때 작동하여 다른 회로를 개폐하는 장치로서, 접점 릴레이, 서멀(thermal) 릴레이, 압력 릴레이, 광 릴레이 등이 있다. 도 2에 도시된 릴레이(131-1, 131-2)는 상술한 실시예 중 하나 일 수 있으며, 릴레이(131-1, 131-2)는 인버터(120) 또는 계통 전원(300)이 정전 상태 또는 과전압 상태이면 개방될 수 있다.
일 실시예로 릴레이(131-1, 131-2)가 개방되면 인버터(120)와 전원 계통(300)의 연결이 끊기게 되고 출력단(134) 전압은 0.5초 이내에 모두 감소하여야 한다. 릴레이(131-1, 131-2) 개방 후 출력단(134)의 전압이 감소하지 않으면 보호 규정을 만족하지 못하게 되고, 감전의 위험성이 높다. 다만, 도 2에 도시된 바와 같이 출력단(134)에는 캐패시터(132)가 있으므로 릴레이(131-1, 131-2)가 개방되더라도 캐패시터(132)의 전압이 인가된다. 따라서, 캐패시터(132)의 전압을 방전할 필요가 있으며 본 발명의 일 실시예에 따르면 교류 필터(130)의 출력단(134)에 하나 이상의 부하(133)를 연결함으로써 캐패시터(132)의 전압을 방전할 수 있다.
이 때 교류 필터(130)는 출력단(134)의 전압이 미리 설정된 시간 이내에 소정의 전압 값 이하가 되도록 부하(133)의 크기를 조절할 수 있다. 또한, 교류 필터(130)는 부하(133)의 크기를 조절함으로써 출력단(134)의 시상수를 감소시켜 출력단(134)의 시간 당 전압 강하 값을 증가시킬 수 있다. 시간 당 전압 강하 값은 출력단(134)의 전압이 감소하는 비율이고 도 3에서 그래프(310, 320, 330, 340)의 기울기를 의미한다.
전기 회로에서 입력 신호가 변하면 출력 신호 또한 변하게 되고 일정시간이 지나게 되면 출력 신호가 일정한 값을 갖게 된다. 일정한 값을 가지는 상태를 정상 상태라 하며, 시상수는 정상 상태의 63.2%에 이를 때까지의 시간이다. 시상수는 RC회로에서 캐패시턴스와 저항의 크기에 비례하게 되며, 시상수가 커질수록 시간 당 전압 강하 값이 커지게 된다.
도 3을 참조하면, 그래프(310)는 부하(133)가 연결되지 않았을 때의 전압 감소를 나타내는 그래프이고, 그래프(320, 330, 340)는 부하(133)가 연결되었을 때의 전압 감소를 나타내는 그래프이다. 그래프(320)에서 그래프(340)로 갈수록 연결되는 부하(133)의 저항 값이 작게 되므로 시상수 또한 작아진다. 따라서, 그래프(320)에서 그래프(340)로 갈수록 전압이 더 큰 폭으로 감소한다. 상술한 내용을 정리하면 하기의 <수학식 1>과 같다.
<수학식 1>
Figure 112016036463946-pat00001
여기서, R은 부하(133)의 저항 값, C는 캐패시터(132)의 캐패시턴스, τ는 시상수, V는 출력단(134)의 전압이다.
한편, 교류 필터(130)는 교류 전압의 노이즈를 저감하는 하나 이상의 캐패시터를 포함할 수 있고, 하나 이상의 캐패시터의 캐패시턴스는 미리 설정된 값 이하일 수 있다. 캐패시턴스가 미리 설정된 값 이하이면 상술한 바와 같이 시상수가 감소하게 되고, 시상수가 감소하면 출력단(134)의 시간 당 전압 강하 값을 증가시킬 수 있다.
또한, 캐패시터는 교류 전압을 평활화할 수도 있다. 평활화는 데이터에 노이즈나 불연속 구간 등이 있을 때, 노이즈나 불연속 구간을 약하게 하거나 제거하여 매끄럽게 하는 조작 방법이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 전압 제어 장치(100)는 전압 전달 효율을 증가 시킬 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 AC EMC Filter의 출력단에 부하를 연결하여 AC EMC Filter의 출력단 전압을 감소시킴으로써 인버터 또는 계통 전원을 보호할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 의하면 AC EMC Filter의 출력단에 부하를 연결하여 AC EMC Filter의 출력단 전압을 감소시킴으로써 감전의 위험성을 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 의하면 부하의 크기 또는 캐패시터의 캐패시턴스를 조절함으로써 출력단의 시상수 값을 조절할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 의하면 인버터의 전압 값 또는 계통 전원의 전압 값에 기초하여 인버터 또는 계통 전원의 이상여부를 판단할 수 있는 효과가 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (6)

  1. 직류 태양광 모듈로부터 직류 전압을 전달받아 상기 직류 전압의 노이즈를 저감하는 직류 필터;
    노이즈가 저감된 상기 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 출력하는 인버터; 및
    상기 교류 전압의 노이즈를 저감하고, 노이즈가 저감된 상기 교류 전압을 출력단을 통해 계통 전원으로 출력하는 교류 필터를 포함하고,
    상기 교류 필터는,
    상기 인버터의 전압값 또는 상기 계통 전원의 전압값을 기초로 상기 인버터 또는 상기 계통 전원의 정상 여부를 판단하는 판단부를 포함하고,
    상기 출력단은
    상기 인버터와 상기 계통 전원 사이에 상기 계통 전원과 병렬로 연결되는 커패시터;
    상기 인버터와 상기 커패시터 사이의 연결을 차단하도록 구성된 릴레이; 및
    상기 커패시터와 병렬로 연결하도록 구성된 하나 이상의 부하를 포함하고,
    상기 교류 필터는 상기 인버터와 상기 커패시터가 상기 릴레이에 의해 단선될 때 상기 하나 이상의 부하의 저항을 조절하여 상기 커패시터의 전압을 방전시키는
    태양광 전압 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 교류 필터는
    상기 출력단의 전압이 미리 설정된 시간 이내에 소정의 전압 값 이하가 되도록 상기 부하의 저항을 조절하는 태양관 전압 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 교류 필터는
    상기 부하의 저항을 조절함으로써 상기 출력단의 시상수를 감소시켜 상기 출력단의 시간 당 전압 강하 값을 증가시키는 태양광 전압 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 교류 필터는
    상기 인버터의 전압 값 또는 상기 계통 전원의 전압 값을 기초로 상기 인버터 또는 상기 계통 전원의 이상여부를 판단하는 판단부; 및
    상기 판단 결과 상기 인버터 또는 상기 계통 전원에 이상이 발생하면 상기 인버터와 상기 계통 전원 사이를 차단하는 릴레이를
    포함하는 태양광 전압 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 교류 필터는
    상기 교류 전압의 노이즈를 저감하는 하나 이상의 캐패시터를 포함하는 태양광 전압 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하나 이상의 캐패시터의 캐패시턴스는 미리 설정된 값 이하인 태양광 전압 제어 장치.
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