KR102541394B1 - 고장예지 다면평가 테이블 기반 태양광 선로 절연 상태 위험 전조 및 스트링별 누설전류 감시 기능을 구비한 태양광 발전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고장예지 다면평가 테이블 기반 태양광 선로 절연 상태 위험 전조 및 스트링별 누설전류 감시 기능을 구비한 태양광 발전 장치에 관한 것으로, 이는 태양광 판넬의 다수의 스트링 출력 라인 각각에 연결되어, 누설 발생 여부를 감지 및 통보하는 다수의 누설 감지부; 상기 스트링 출력 라인 다수와 전력 라인간 연결 여부를 결정하는 전력 차단기; 상기 전력 라인에 연결되어, 상기 전력 라인의 절연 저하량을 측정 및 통보하는 절연 감지부; 상기 전력 라인에 연결되어, 상기 전력 라인의 아크 발생 여부를 감지 및 통보하는 아크 감지부; 및 상기 누설 감지부, 상기 절연 감지부, 상기 아크 감지부의 센싱 결과를 고장예지 다면평가 테이블을 통해 분석하여 위험 레벨을 예측한 후 상기 전력 차단기를 동작 제어하는 고장 분석부를 포함할 수 잇다.

Description

고장예지 다면평가 테이블 기반 태양광 선로 절연 상태 위험 전조 및 스트링별 누설전류 감시 기능을 구비한 태양광 발전 장치{Solar power generation device with a function to monitor the risk of solar line insulation status and leakage current per string based on the failure prediction multi-faceted evaluation table}

본 발명은 태양광 선로의 절연 상태 위험 전조를 고장예지 다면평가 테이블 기반으로 예측함과 동시에 누설전류 발생을 감시 및 통보할 수 있는 태양광 발전 장치에 관한 것이다.

통상적으로 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 전

압 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 상기 태양광 패널은 태양광을 DC전력으로 변환하여 접속반을 통해 인버터로 전송하며, 인버터는 각 태양광 패널로부터 생성된 DC전력을 계통에 연계할 수 있도록 AC전력으로 변환해주는 역할을 한다.

이와 같이 복수의 태양광 패널로부터 생성된 전력을 변환하여 전력 계통과 연계하는 기술에는 다양한 것이 있고, 그 일예로 특허문헌 1 및 2이 있다.

다만, 이러한 종래의 태양광 접속반은 복수의 태양광 패널로부터 출력되는 DC전원을 효과적으로 병합하고 AC로 변환하여 계통에 제공할 수 있으나, 태양광 선로의 절연 상태 위험 전조를 고장예지 다면평가 테이블 기반으로 예측함과 동시에 스트링별 누설전류 발생을 감시 및 통보하는 기능을 제공하지는 못하는 한계가 있다.

등록특허공보 제10-1171580호 등록특허공보 제10-0930132호

이에 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 태양광 선로의 절연 상태 위험 전조를 고장예지 다면평가 테이블 기반으로 예측함과 동시에 스트링별 누설전류 발생을 감시 및 통보하는 기능을 제공하는 태양광 발전 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면 태양광 판넬의 다수의 스트링 출력 라인 각각에 연결되어, 누설 발생 여부를 감지 및 통보하는 다수의 누설 감지부; 상기 스트링 출력 라인 다수와 전력 라인간 연결 여부를 결정하는 전력 차단기; 상기 전력 라인에 연결되어, 상기 전력 라인의 절연 저하량을 측정 및 통보하는 절연 감지부; 상기 전력 라인에 연결되어, 상기 전력 라인의 아크 발생 여부를 감지 및 통보하는 아크 감지부; 및 상기 누설 감지부, 상기 절연 감지부, 상기 아크 감지부의 센싱 결과를 고장예지 다면평가 테이블을 통해 분석하여 위험 레벨을 예측한 후 상기 전력 차단기를 동작 제어하는 고장 분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장예지 다면평가 테이블 기반 태양광 선로 절연 상태 위험 전조 및 스트링별 누설전류 감시 기능을 구비한 태양광 발전 장치를 제공한다.

상기 다수의 누설 감지부는 펄스 신호를 생성 및 출력하는 펄스 인가부; 상기 스트링 출력 라인 하나가 관통하는 원형의 마그네틱, 상기 마그네틱을 제1 방향으로 감싸는 제1 코일, 및 상기 마그네틱을 제2 방향으로 감싸는 제2 코일로 구성되며, 스트링 출력 라인에 발생되는 누설전류에 상기 펄스 신호의 신호 파형이 변형되어 출력되는 누설 감지 센서; 상기 제1 코일과 상기 제2 코일 중 어느 하나에 펄스 신호를 인가하는 펄스 인가부; 상기 제1 코일과 상기 제2 코일 중 부착되는 가변 저항을 통해 상기 누설 감지 센서의 임피던스를 능동 가변하는 임피던스 조정부; 및 상기 누설 감지 센서의 출력 신호에 기반하여 누설 발생 여부, 누설 방향, 누설량, 누설 발생 빈도를 산출 및 통보하는 신호 분석부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 절연 감지부는 상기 스트링 출력 라인 각각에 연결되어, 상기 스트링 출력 라인에 소정의 전력을 인가한 후, 상기 스트링 출력 라인에 인가된 전력을 센싱하여 전력 인가량과 비교하여 절연 저항값을 획득하는 다수의 IT 시스템; 및 기 설정된 규칙에 따라 상기 다수의 IT 시스템을 순차 구동시키는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 아크 감지부는 상기 스트링 출력 라인 중 어느 하나가 관통하는 로고스키 코일을 통해 아크 전류 발생 여부를 감지 및 통보하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 태양광 선로의 절연 상태, 누설 발생 상태, 아크 발생 상태를 즉각 감지 및 통보할 수 있도록 한다.

또한 경고 발생 레벨 이하의 절연 상태, 누설 발생 상태, 아크 발생 상태에 따른 위험 전조를 고장예지 다면평가 테이블 기반으로 보다 예측 및 통보할 수도 있도록 한다.

즉, 보다 세밀하고 신뢰성있는 태양광 발전 상태 모니터링 동작이 수행될 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고장예지 다면평가 테이블 기반 태양광 선로 절연 상태 위험 전조 및 스트링별 누설전류 감시 기능을 구비한 태양광 발전 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고장예지 다면평가 테이블을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 누설 감지부를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 감지부를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 감지부를 도시한 도면이다.

이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시예들 뿐만 아니라 특정 실시예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

따라서, 예를 들어, 본 명세서의 블럭도는 본 발명의 원리를 구체화하는 예시적인 회로의 개념적인 관점을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 이와 유사하게, 모든 흐름도, 상태 변환도, 의사 코드 등은 컴퓨터가 판독 가능한 매체에 실질적으로 나타낼 수 있고 컴퓨터 또는 프로세서가 명백히 도시되었는지 여부를 불문하고 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 수행되는 다양한 프로세스를 나타내는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고장예지 다면평가 테이블 기반 태양광 선로 절연 상태 위험 전조 및 스트링별 누설전류 감시 기능을 구비한 태양광 발전 장치를 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 장치는 태양광 판넬의 다수의 스트링 출력 라인 각각에 연결되어, 누설 발생 여부를 감지 및 통보하는 다수의 누설 감지부(100), 상기 스트링 출력 라인 다수와 전력 라인간 연결 여부를 결정하는 전력 차단기(200), 상기 전력 라인에 연결되어, 상기 전력 라인의 절연 저하량을 측정 및 통보하는 절연 감지부(300), 상기 전력 라인에 연결되어, 상기 전력 라인의 아크 발생 여부를 감지 및 통보하는 아크 감지부(400) 및 상기 누설 감지부, 상기 절연 감지부, 상기 아크 감지부의 센싱 결과를 고장예지 다면평가 테이블을 통해 분석하여 위험 레벨을 예측한 후 상기 전력 차단기를 동작 제어하는 고장 분석부(500) 등을 포함하여 구성된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고장예지 다면평가 테이블을 설명하기 위한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 누설량, 절연 저하량, 아크 신호, 누설 방향(+), 누설 방향(-)을 평가 항목으로 가지며, 평가 항목별 위험 레벨을 3 단계로 구분하여 정의한 고장예지 다면평가 테이블을 제안한다.

그리고 고장예지 다면평가 테이블에 기반하여 평가 항목별 신호값을 분석한 후 위험 레벨 1과 2에 속하는 평가 항목을 파악하도록 한다.

그리고 위험 레벨 1에 속하는 평가 항목이 n개(예를 들어, 2개) 이상 검출되는 경우에는 위험 상태 발생 가능성을 경고하기 위한 알람 신호를 발생 및 출력하고, 위험 레벨 2에 속하는 평가 항목이 m개(예를 들어, 2개) 이상 검출되는 경우에는 위험 상태 발생을 통보하기 위한 알람 신호를 발생 및 출력하도록 한다.

즉, 누설량, 절연 저하량, 아크 신호, 누설 방향(+), 누설 방향(-)과 같은 복합적 요인에 기반하여 태양광 발전 장치의 현재 상태를 평가하고, 이에 상응하는 알람 신호를 제공함과 동시에 후속 조치를 즉각적으로 취할 수 있도록 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 누설 감지부를 도시한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 누설 감지부(100)는 펄스 신호를 생성 및 출력하는 펄스 인가부(110), 상기 스트링 출력 라인 하나가 관통하는 원형의 마그네틱(M), 마그네틱(M)을 제1 방향으로 감싸는 제1 코일(C1), 및 마그네틱(M)을 제2 방향으로 감싸는 제2 코일(C2)로 구성되며, 스트링 출력 라인 증 어느 하나에 발생되는 누설전류에 의해 펄스 신호의 신호 파형이 변형되어 출력되는 누설 감지 센서(120), 상기 제1 코일과 상기 제2 코일 중 부착되는 가변 저항을 통해 상기 누설 감지 센서의 임피던스를 능동 가변하는 임피던스 조정부(130) 및 상기 누설 감지 센서(120)의 출력 신호에 기반하여 누설 발생 여부, 누설 방향, 누설량, 누설 발생 빈도를 산출 및 통보하는 신호 분석부(140) 등을 포함한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 감지부를 도시한 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 절연 감지부(300)는 스트링 출력 라인 각각에 연결되어, 상기 스트링 출력 라인에 소정의 전력을 인가한 후, 상기 스트링 출력 라인에 인가된 전력을 센싱하여 전력 인가량과 비교하여 절연 저항값을 획득하는 다수의 IT 시스템(310), 및 기 설정된 규칙에 따라 상기 다수의 IT 시스템을 순차 구동시키는 스위칭부(320) 등을 포함한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 감지부를 도시한 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 아크 감지부(400)는 상기 스트링 출력 라인 중 어느 하나가 관통하는 로고스키 코일을 통해 아크 전류 발생 여부를 감지 및 통보하는 것을 특징으로 한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

Claims (5)

1. 태양광 판넬의 다수의 스트링 출력 라인에 각각 연결되어, 누설 발생 여부를 감지 및 통보하는 다수의 누설 감지부;
   상기 스트링 출력 라인 다수와 전력 라인간 연결 여부를 결정하는 전력 차단기;
   상기 전력 라인에 연결되어, 상기 전력 라인의 절연 저하량을 측정 및 통보하는 절연 감지부;
   상기 전력 라인에 연결되어, 상기 전력 라인의 아크 발생 여부를 감지 및 통보하는 아크 감지부; 및
   상기 누설 감지부, 상기 절연 감지부, 상기 아크 감지부의 센싱 결과를 고장예지 다면평가 테이블을 통해 분석하여 위험 레벨을 예측한 후 상기 전력 차단기를 동작 제어하는 고장 분석부를 포함하며,
   상기 다수의 누설 감지부는
   펄스 신호를 생성 및 출력하는 펄스 인가부;
   상기 스트링 출력 라인 하나가 관통하는 원형의 마그네틱, 상기 마그네틱을 제1 방향으로 감싸는 제1 코일, 및 상기 마그네틱을 제2 방향으로 감싸는 제2 코일로 구성되며, 스트링 출력 라인에 발생되는 누설전류에 상기 펄스 신호의 신호 파형이 변형되어 출력되는 누설 감지 센서;
   상기 제1 코일과 상기 제2 코일 중 어느 하나에 펄스 신호를 인가하는 펄스 인가부;
   상기 제1 코일과 상기 제2 코일 중 부착되는 가변 저항을 통해 상기 누설 감지 센서의 임피던스를 능동 가변하는 임피던스 조정부; 및
   상기 누설 감지 센서의 출력 신호에 기반하여 누설 발생 여부, 누설 방향, 누설량, 누설 발생 빈도를 산출 및 통보하는 신호 분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장예지 다면평가 테이블 기반 태양광 선로 절연 상태 위험 전조 및 스트링별 누설전류 감시 기능을 구비한 태양광 발전 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 고장예지 다면평가 테이블은
   누설량, 절연 저하량, 아크 신호, 누설 방향(+), 누설 방향(-)을 평가 항목으로 가지며, 평가 항목별 위험 레벨을 3 단계로 구분하여 정의하는 것을 특징으로 하는 고장예지 다면평가 테이블 기반 태양광 선로 절연 상태 위험 전조 및 스트링별 누설전류 감시 기능을 구비한 태양광 발전 장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 절연 감지부는
   상기 스트링 출력 라인 각각에 연결되어, 상기 스트링 출력 라인에 소정의 전력을 인가한 후, 상기 스트링 출력 라인에 인가된 전력을 센싱하여 전력 인가량과 비교하여 절연 저항값을 획득하는 다수의 IT 시스템; 및
   기 설정된 규칙에 따라 상기 다수의 IT 시스템을 순차 구동시키는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장예지 다면평가 테이블 기반 태양광 선로 절연 상태 위험 전조 및 스트링별 누설전류 감시 기능을 구비한 태양광 발전 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 아크 감지부는
   상기 스트링 출력 라인 중 어느 하나가 관통하는 로고스키 코일을 통해 아크 전류 발생 여부를 감지 및 통보하는 것을 특징으로 하는 고장예지 다면평가 테이블 기반 태양광 선로 절연 상태 위험 전조 및 스트링별 누설전류 감시 기능을 구비한 태양광 발전 장치.

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