KR102625652B1 - 태양광 모듈에서의 아크사고 검출 및 차단 기능을 갖는태양광 정션박스 - Google Patents

태양광 모듈에서의 아크사고 검출 및 차단 기능을 갖는태양광 정션박스 Download PDF

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KR102625652B1 KR1020230103959A KR20230103959A KR102625652B1 KR 102625652 B1 KR102625652 B1 KR 102625652B1 KR 1020230103959 A KR1020230103959 A KR 1020230103959A KR 20230103959 A KR20230103959 A KR 20230103959A KR 102625652 B1 KR102625652 B1 KR 102625652B1
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서덕현
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Abstract

본 발명은 태양광 모듈에서의 아크사고 검출 및 차단 기능을 갖는 태양광 정션박스에 관한 것이다. 상기 태양광 정션박스는, 복수의 태양광 모듈 각각에 설치되는 태양광 정션박스로서, 일부 태양광 모듈에 음영이 졌을 때 야기되는 발전 저하에 따른 전체 출력 저하를 방지하기 위해 DC 전력을 바이패스시키는 바이패스 다이오드; 및 상기 바이패스 다이오드와 연결된 회로에 흐르는 전류를 측정하는 전류측정 센서를 구비하며, 상기 측정된 전류값을 기초로 아크를 검출하는 아크검출장치; 및 상기 아크검출장치로부터 아크 검출 신호를 받아, 아크가 검출된 태양광 모듈의 상기 회로를 차단하는 차단기를 포함하며, 상기 아크검출장치는, 상기 전류측정 센서에서 측정된 전류값을 디지털 신호로 변경하는 A/D 컨버터; 상기 전류값을 설정 주파수 범위 내로 필터링하는 필터; 상기 주파수 범위 내에서 퓨리에변환(FFT)을 수행하고, 이를 통해 전력스펙트럼밀도(PSD)를 계산하여 아크신호 여부를 판단하는 아크신호 판단부; 및 상기 아크신호 판단부가 아크신호를 검출한 경우, 상기 차단기를 동작시키기 위한 릴레이 동작 신호를 발생하는 릴레이신호 출력부를 포함하며, 상기 아크신호 판단부는, 인버터 및 배터리 중 적어도 하나에 의해 발생하는 노이즈에 대해, 상기 전력스펙트럼밀도(PSD)에서의 피크값을 제거하며, 상기 계산된 전력스펙트럼 밀도(PSD)의 평균값을 산출하며, 미리 정해진 아크사고 기준치와 상기 전력스펙트럼 밀도(PSD)의 평균값의 비교를 통해 아크사고 유무를 판단하고, 아크사고로 판단시 차단기 릴레이 동작신호를 출력하며, 상기 아크신호 판단부는, 상기 전류측정 센서에서 측정된 전류값을 수신하고 전류의 범위에 따라 태양광 발전의 용량을 역으로 환산하고 이를 통해 용량 단위별 임계치 값인 최종 아크사고 검출 임계치을 연산하는 임계치 설정부를 포함하며, 상기 임계치 설정부는 하기 수식을 이용하여 상기 최종 아크사고 검출 임계치를 산출하며,
Kth= y x Idc x kth
(Kth는 최종 아크사고 검출 임계치, Idc는 상기 전류측정 센서에서 측정된 전류값, kth는 사전 결정된 아크사고 기준치, 및 y는 상기 전류값에 따른 적용 상수)
상기 전류측정 센서는, 발전전류인 직류성분 전류가 측정 대상이며 아크검출용 주파수 대역 200Hz까지 측정 가능한 홀 센서로 형성된다.

Description

태양광 모듈에서의 아크사고 검출 및 차단 기능을 갖는 태양광 정션박스{SOLAR JUCTION BOX WITH ARC ACCIDENT DETECTION AND BLOCKING FUNCTION IN SOLAR MODULES}
본 발명은 태양광 모듈에서의 아크사고 검출 및 차단 기능을 갖는 태양광 정션박스에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 정션박스는 태양 전기 모듈과 충전 제어 장치로 구성된 태양 전지 어레이를 연결하는 커넥터이다. 도 1은 정션박스가 각 태양광 모듈에 설치된 상태를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 정션박스는 태양 전지에서 생성된 전력을 외부 라인과 연결하는 태양광 모듈의 중요한 역할을 한다. 정션 박스에서 핵심 요소는 다이오드이며 바이패스 다이오드(Bypass Diode)라고 한다. 모듈 내의 셀 어레이가 직렬로 연결되어 있는데 이 중에 셀 하나 이상이 그림자나 이물질로 인하여 특정 셀이 전력을 발생하지 못하면 그 셀의 전류가 감소하여 직렬로 연결된 전체 셀의 전류 흐름을 막게 되고, 모듈 전체 전력손실을 가져오게 되면서 그 셀은 열을 발생하게 되어 다른 2차적 악영향을 주게 된다. 이를 피하기 위하여 전류 감소를 막고 나머지 정상적인 셀들의 전류를 원활히 흐르게 하기 위하여 일정 셀 수마다 셀 직렬 마디에 병렬로 바이패스 다이오드를 설치한다.
또한, 태양광 모듈에서 발생할 수 있는 아크에 의해서 모듈에서 화재가 발생하게 되며 이는 태양광 발전소 전체 화재로 이어질 수 있는 위험한 사고 중에 하나이다. 아크사고를 사전에 검출하여 태양광 충전부 회로를 차단하는 것은 태양광 발전소의 안전에 매우 중요한 요소이다.
따라서, 태양광 설치업체 또는 관리업체는 안전사고에 매우 민감하며 이에 대한 보호대책을 별도로 마련할 필요가 있다. 현재 태양광 발전시스템에서는 아크사고를 검출하고 차단하는 기능의 제품은 설치하고 있지 않으며, 태양광 아크 사고를 효과적으로 검출하는 제품도 없는 상태이다. 이로 인하여, 태양광 발전소에서 일어나는 화재를 사전에 막지 못하여 많은 물적 손실이 발생하고 있는 실정이다.
기존의 아크검출장치는 또는 연기, 온도, 가스, 불꽃 중 적어도 하나를 센싱하여 아크사고 발생 여부를 감지하고, 아크사고가 감지된 경우 동작신호를 발생시킨다. 기존의 아크검출장치는 분전반 또는 인버터 내부에 설치되어 아크차단기를 동작하는 릴레이 동작신호를 전송한다. 그러나, 이는 태양광 모듈 각각에 대하여 회로에서 발생하는 아크사고를 사전에 검출하고 이를 회로에서 차단하지 못한다는 한계가 있다.
또한, 아무리 스위칭 노이즈를 저감한다고 하더라도 태양광 발전의 용량이나 인버터의 용량, ESS의 연결 유무에 따라 기본적으로 발생하는 노이즈의 크기 및 형태가 다르게 되며, 이는 곧 전체 주파수스펙트럼밀도의 평균을 증가시키게 된다. 보통 태양광 발전용량이 큰 경우(수백 kW급), 평균 주파수스펙트럼밀도가 증가하게 되는데, 이미 정해진 임계치를 사용하는 경우 아크사고가 아님에도 불구하고 아크사고로 오검출 하는 경우가 발생하게 된다. 본 발명은 이 부분에 대한 오검출률을 최소화하는 방법을 제안하고자 한다.
관련된 종래 기술로서 공개특허공보 제10-2021-0067036호(이하, 특허문헌 1이라 함)이 있다.
특허문헌 1의 단락 [0033] 내지 [0037]에는 하기와 같이 기재되어 있다.
“즉 아크 발생을 판별함에 있어서 두 변수 즉 데이터 평균화 데이터와 사용자에 의해 설정되는 임계치는 서로 상대적으로 상관관계를 맺는다고 가정한 것으로서, 임계치가 모든 상황에서 절대적으로 변화할 수 없는 수치가 아니라는 것을 귀납적으로 가정한 것이다.
즉 예를 들면 평균화 데이터와 임계치(시간 인덱스에 따라 변화한다고 가정)의 평균값에 대해 fij 를 (평균화데이터i, 임계치평균값i)의 상대도수라 할 때 다음과 같은 관계가 만족되는 공분산 공식이 활용된다.
(수식 1)
도 2를 참조하면 상기 밴드패스필터부(200)의 특정 대역의 주파수대역은 40-100kHz 임을 특징으로 한다.”
먼저, 공분산이라 함은 서로 다른 두 변수 간의 관계를 나타내는 양을 의미하는 것으로 두 변수의 측정 단위에 따라 크기가 달라진다. 따라서, 공분산의 크기 자체로 두 확률변수의 선형관계를 판단하는 것은 부적절하다. 특허문헌 1에서 제시한 상기 수식 1은 공분산 공식으로 두 변수 간의 선형관계에 대한 정보를 주는 것뿐이다.
이에 따라, 특허문헌 1의 상기 내용은 데이터 평균화 데이터(입력 신호의 주파수 스펙트럼밀도(입력 신호의 고속 푸리에 변환 결과치)의 평균값)과 임계치 간의 상관관계를 나타내는 정도의 표현이다. 예를 들어, 평균화 데이터가 증가하면 임계치도 높아지거나 동일하게 감소하여 두 변수 사이에 상호 관련이 어느 정도 있다는 것만 확인할 수 있다.
따라서, 특허문헌 1의 내용에서는 임계치가 절대적이지 않으며 평균화 데이터와 상관관계가 있어서 유동적으로 변할 수 있는 값 정도로만 해석될 수 있으며, 임계치를 결정하는 방법론은 제시되어 있지 않다.
따라서, 본 발명에서는 임계치를 태양광 시스템에서 실시간으로 측정하는 발전 전류를 사용하여 임계치를 결정하는 방법이 구체적으로 제시되어 있다는 점이 특허문헌 1과 차이가 있다.
또한, 특허문헌 1에서는 아크 사고 검출 주파수 대역을 도 2에 도시된 바와 같이 특정 대역 40~100kHz로 특정하고 있다. FFT를 통하여 최대 125kHz범위까지 분석을 한 이후 40~100kHz 범위의 데이터만을 이용하여 아크 사고를 검출하는 것이다.
이렇게 특정 주파수 대역(40~100kHz)의 성분만을 분석에 활용하다 보니 전류 센서(CT)는 모든 주파수 대역의 신호를 측정할 필요가 없다. 도 3이 여기에 적용되는 아크검출용 CT의 사진이며, 도 4가 해당 CT의 주파수 특성 그래프이다. 도 4에서와 같이, 해당 전류 CT의 유효주파수 범위는 최대 약 5MHz 범위까지 측정이 가능한 CT라고 볼 수 있다.
일반적으로 전류센서 CT의 동작원리상 직류(DC)를 측정할 수 없다. 흐르는 전류에 의해 발생된 자속에 의해 유도된 전압을 이용한 원리이기 때문에 주파수 성분이 없다면, 즉, 시간에 대한 변화율이 없다면 유도 전압이 0이 되어 측정이 불가능하다.
결국, 특허문헌 1에서는 아크검출에 사용된 특정 주파수 범위만을 사용하기 때문에 직류 전류까지 측정할 필요도 없으며, 일반적인 CT(도 3 참조)로는 직류전류를 측정할 수 없다.
본 발명에서는 아크사고 검출 임계치 산정을 위해 실시간으로 직류 신호를 측정하여 그 값을 적용하는 방식으로 특허문헌 1과는 적용 방식이 전혀 다르다.
공개특허공보 제10-2021-0067036호(2021.06.08. 공개)
본 발명의 목적은 기존의 태양광 정션박스가 갖는 바이패스 다이오드 기능에 더하여, 태양광 모듈에서 발생하는 아크사고를 검출하는 기능과 아크사고 검출시 각각의 정션박스 내 회로를 차단하는 기능을 내장한, 태양광 모듈에서의 아크사고 검출 및 차단 기능을 갖는 태양광 정션박스를 제공함에 있다.
본 발명은 태양광 모듈에서의 아크사고 검출 및 차단 기능을 갖는 태양광 정션박스에 관한 것이다. 상기 태양광 정션박스는, 복수의 태양광 모듈 각각에 설치되는 태양광 정션박스로서, 일부 태양광 모듈에 음영이 졌을 때 야기되는 발전 저하에 따른 전체 출력 저하를 방지하기 위해 DC 전력을 바이패스시키는 바이패스 다이오드; 및 상기 바이패스 다이오드와 연결된 회로에 흐르는 전류를 측정하는 전류측정 센서를 구비하며, 상기 측정된 전류값을 기초로 아크를 검출하는 아크검출장치; 및 상기 아크검출장치로부터 아크 검출 신호를 받아, 아크가 검출된 태양광 모듈의 상기 회로를 차단하는 차단기를 포함하며, 상기 아크검출장치는, 상기 전류측정 센서에서 측정된 전류값을 디지털 신호로 변경하는 A/D 컨버터; 상기 전류값을 설정 주파수 범위 내로 필터링하는 필터; 상기 주파수 범위 내에서 퓨리에변환(FFT)을 수행하고, 이를 통해 전력스펙트럼밀도(PSD)를 계산하여 아크신호 여부를 판단하는 아크신호 판단부; 및 상기 아크신호 판단부가 아크신호를 검출한 경우, 상기 차단기를 동작시키기 위한 릴레이 동작 신호를 발생하는 릴레이신호 출력부를 포함하며, 상기 아크신호 판단부는, 인버터 및 배터리 중 적어도 하나에 의해 발생하는 노이즈에 대해, 상기 전력스펙트럼밀도(PSD)에서의 피크값을 제거하며, 상기 계산된 전력스펙트럼 밀도(PSD)의 평균값을 산출하며, 미리 정해진 아크사고 기준치와 상기 전력스펙트럼 밀도(PSD)의 평균값의 비교를 통해 아크사고 유무를 판단하고, 아크사고로 판단시 차단기 릴레이 동작신호를 출력하며, 상기 아크신호 판단부는, 상기 전류측정 센서에서 측정된 전류값을 수신하고 전류의 범위에 따라 태양광 발전의 용량을 역으로 환산하고 이를 통해 용량 단위별 임계치 값인 최종 아크사고 검출 임계치을 연산하는 임계치 설정부를 포함하며, 상기 임계치 설정부는 하기 수식을 이용하여 상기 최종 아크사고 검출 임계치를 산출하며,
Kth= y x Idc x kth
(Kth는 최종 아크사고 검출 임계치, Idc는 상기 전류측정 센서에서 측정된 전류값, kth는 사전 결정된 아크사고 기준치, 및 y는 상기 전류값에 따른 적용 상수)
상기 전류측정 센서는, 발전전류인 직류성분 전류가 측정 대상이며 아크검출용 주파수 대역 200Hz까지 측정 가능한 홀 센서로 형성된다.
본 발명에 따르면, 기존의 태양광 정션박스가 갖는 바이패스 다이오드 기능에 더하여, 태양광 모듈에서 발생하는 아크사고를 검출하는 기능과 아크사고 검출시 각각의 정션박스 내 회로를 차단하는 기능을 내장하여, 아크사고로 인하여 발생할 수 있는 화재를 효과적으로 검출하고 예방할 수 있다.
또한, 태양광 발전을 하는 동안 여러 이유로 인하여 태양광 모듈에서 발생 가능한 아크사고에 대하여, 각 태양광 모듈에 연결된 태양광 정션박스 내에서 전류신호를 센싱하여 아크 사고 여부를 감지하여 차단하는 아크사고 검출 및 차단기능이 추가된다. 이에 따라, 아크사고에 의한 태양광 모듈의 화재를 사전에 감지하여 차단할 수 있으며, 정션박스의 바이패스 다이오드 기능을 통해 사전에 아크사고가 감지되면 회로를 차단하여 우회하도록 하여 태양광 발전 효율을 향상시킨다.
또한, 기존의 태양광 정션박스의 구조를 교체하거나 수정하지 않고, 기존 태양광 정션박스의 구조를 그대로 이용하면서 아크사고를 방지할 수 있다.
또한, 실제 부하 전류와 상관계수를 적용하여 용량별 임계치를 실시간으로 변경할 수 있으며, 아크사고 검출 임계치 산정을 위해 홀센서를 사용하여 실시간으로 직류 신호를 측정하고 그 값을 적용 가능하다.
도 1은 정션박스가 각 태양광 모듈에 설치된 상태를 도시한 도면이다.
도 2는 특허문헌 1의 아크사고 검출과 관련된 특정 주파수 대역을 도시한 도면이다.
도 3은 종래에 사용되는 아크검출용 전류 센서(CT)를 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 해당 CT의 주파수 특성 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 태양광 모듈에서의 아크사고 검출 및 차단 기능을 갖는 태양광 정션박스의 각 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 태양광 정션박스의 아크검출장치의 각 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 태양광 모듈에 발생하는 아크사고 신호와 정상신호에 대한 전력스펙트럼밀도의 예로서, 정상신호와 아크신호의 평균치와 임계치가 표시된 그래프이다.
도 8은 본 발명에 사용되는 직류성분 전류가 측정 대상인 홀 센서를 도시한 도면이다.
도 9는 도 7에서 발생한 피크 노이즈를 저감시킨 결과를 보여주는 그래프이다.
도 10은 도 9의 결과를 도출할 수 있는 피크 저감 알고리즘을 포함한 아크사고 발생 검출 및 릴레이 동작신호를 구동하기 위한 전체 플로우 차트를 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 5는 본 발명에 따른 태양광 모듈에서의 아크사고 검출 및 차단 기능을 갖는 태양광 정션박스의 각 구성을 도시한 도면이다. 도 6은 도 5의 태양광 정션박스의 아크검출장치의 각 구성을 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 태양광 모듈에서의 아크사고 검출 및 차단 기능을 갖는 태양광 정션박스는 복수의 태양광 모듈 각각에 설치되며, 바이패스 다이오드(100), 아크검출장치(200), 전류센싱부(300), 및 차단기(400)를 포함한다.
바이패스 다이오드(100)는, 복수의 태양광 모듈 중 일부 태양광 모듈에 음영이 졌을 때 야기되는 발전 저하에 따른 전체 출력 저하를 방지하기 위해 DC 전력을 바이패스시킨다.
아크검출장치(200)는, 바이패스 다이오드(100)에 연결된 회로에 흐르는 전류를 측정하는 전류측정 센서(210)를 구비하며, 상기 측정된 전류값을 기초로 아크를 검출한다. 이를 위해, 아크검출장치(200)는 아크신호 연산기능을 갖는다. 아크검출장치(200)에는 전류센싱부(300)와 차단기(400)가 연결되며, 전류센싱부(300)에서 아크전류가 센싱되면 아크검출장치(200)에서는 차단기(400)를 동작하는 차단기 릴레이 동작신호를 전송한다. 차단기(400)는, 아크검출장치(200)로부터 아크 검출 신호를 받아, 아크가 검출된 태양광 모듈의 회로를 차단할 수 있다.
아크검출장치(200)는, 전류측정 센서(210), A/D 컨버터(220), 필터(230), 아크신호 판단부(240), 및 릴레이신호 출력부(250)를 포함한다.
전류측정 센서(210)는, 태양광 모듈 또는 발전회로에서 발생하는 아크사고를 검출하기 위해, 회로에 흐르는 전류를 측정하는 전류 신호 이득 회로 등을 포함한다. A/D 컨버터(220)는, 전류측정 센서(210)에서 측정된 아크사고 전류 신호를 연산을 위해 디지털 신호로 변경해주는 역할을 한다. 필터(230)는, 아크사고 전류의 모든 주파수 범위를 분석하는 것이 아니라, 적정 주파수 범위 10kHz ~ 100kHz 내로 필터링한다.
아크신호 판단부(240)는, 아크신호 유무를 확인하기 위해서 주파수영역에서 퓨리에변환(FFT)을 수행하고, 이를 통하여 전력스펙트럼밀도(PSD)를 계산한다. 또한, 아크신호 판단부(240)는, 인버터, 배터리 등과 같은 외부 구성요소에 의해 기인하는 노이즈로 인한 PSD를 감소시키기 위한 신호연산 기능을 포함한다.
아크신호 판단부(240)는, 인버터 및 배터리 중 적어도 하나에 의해 발생되는 노이즈에 대해, 전력스펙트럼밀도(PSD)에서의 피크값을 제거할 수 있다. 도 7은 태양광 모듈에 발생하는 아크사고 신호와 정상신호에 대한 전력스펙트럼밀도의 예로서, 정상신호와 아크신호의 평균치와 임계치가 표시된 그래프이다. 도 7을 참조하면, 일반적으로 아크사고 신호의 경우 정상신호보다 평균 전력스펙트럼밀도가 더 높게 발생하는 것을 알 수 있다. 이 현상을 기초로 아크사고와 정상상태를 구분하게 된다. 하지만, 아크사고 신호와 정상신호에서 동일한 주파수에서 높은 노이즈 신호가 발생되는 것을 확인할 수 있다. 이는 태양광 패널을 포함한 전체 태양광 발전 시스템의 구성요소(예: 인버터, 배터리 등)에 의해 발생하는 노이즈로 매우 높은 전력스펙트럼밀도를 보이는 것을 알 수 있다. 해당 노이즈는 평균 전력스펙트럼밀도를 계산할 때 평균값을 증가시키는 역할을 하게 되어 아크사고와 정상사고를 구분하는 데 신뢰성을 감소시킨다. 따라서, 이와 같은 외부 구성요소에 의한 노이즈를 저감시키는 기능이 아크신호 판단부(240)에 포함된다.
아크신호 판단부(240)는, 전류측정 센서(210)에서 측정된 전류값을 수신하고 전류의 범위에 따라 태양광 발전의 용량을 역으로 환산하고 이를 통해 용량 단위별 임계치 값인 최종 아크사고 검출 임계치를 연산하는 임계치 설정부를 포함한다.
상기 임계치 설정부는 하기 수식을 이용하여 상기 최종 아크사고 검출 임계치를 산출한다.
Kth= y x Idc x kth (수식 2)
(Kth는 최종 아크사고 검출 임계치, Idc는 상기 전류측정 센서에서 측정된 전류값, kth는 사전 결정된 아크사고 기준치, 및 y는 상기 전류값에 따른 적용 상수)
이렇게 아크사고 검출의 기본 기준치는 태양광 발전 설비의 용량에 따라 유동적으로 변하게 되어 아크사고 검출의 신뢰성을 향상시키는 결과를 얻을 수 있다. 즉, 실제 부하 전류와 상관계수를 적용하여 용량별 임계치를 실시간으로 변동할 수 있다.
분 발명에 따른 태양광 발전시스템은 용량이 정해진다고 해서 반드시 해당 용량을 발전하는 것이 아닌 구름이나 나뭇잎 등에 의해서 패널 일부가 음영(그림자)이 발생하게 되면 해당 모듈 또는 셀은 발전을 하지 않도록 설계되어 있다(정션박스의 바이패스 기능). 이런 상황에서 태양광 발전 시스템에서 발전되는 전류는 실시간으로 유동적임을 감안한다면, 본 발명에서 제안하는 상기 방법이 아크 검출 임계치 산정에 가장 효과적인 방법이 된다.
도 8은 본 발명에 사용되는 직류성분 전류가 측정 대상인 홀 센서를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 전류측정 센서(210)는, 발전전류인 직류성분 전류가 측정 대상이며 아크검출용 주파수 대역 200Hz까지 측정 가능한 홀 센서로 형성된다. 본 발명에서는 아크사고 검출 임계치 산정을 위해서 실시간으로 직류 신호를 측정하여 그 값을 적용하기 때문에 도 8과 같은 홀 센서를 이용하여 전류를 측정하게 된다. 홀 센서는 측정원리상 직류, 교류 모두 측정가능하다.
한편, 릴레이신호 출력부(250)는, 아크신호 판단부(240)가 아크신호를 검출한 경우, 차단기(400)를 동작시키기 위한 릴레이 동작신호를 발생시킨다.
도 9는 도 7에서 발생한 피크 노이즈를 저감시킨 결과를 보여주는 그래프이다. 도 9를 참조하면, 피크 노이즈 저감알고리즘을 통하여 기존 피크 저감처리 전 신호(빨간선)와 피크 저감처리 후 신호(파란선)의 차이를 구분할 수 있으며, 일정 크기 이상의 피크값을 감소시키는 기능을 한다.
도 10은 도 9의 결과를 도출할 수 있는 피크 저감 알고리즘을 포함한 아크사고 발생 검출 및 릴레이 동작신호를 구동하기 위한 전체 플로우 차트를 나타낸 순서도이다.
모듈 전류 신호를 감지하는 단계(s10), 필터를 통한 유효 주파수 범위 산정 단계(s20), 퓨리에변환(FFT)을 통한 전력스펙트럼밀도(PSD) 산출 단계(s30), 외부 구성요소에 의한 노이즈를 저감하는 단계(s40), 평균 PSD 산출 단계(s50), 아크사고 기준치와 평균 PSD 산출값의 비교를 통한 아크사고 구분 단계(s60), 및 아크사고인 경우 차단기 릴레이 동작신호를 출력하는 단계(s70)로 구성된다.
이 분야의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명의 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims (1)

  1. 복수의 태양광 모듈 각각에 설치되는 태양광 정션박스로서,
    일부 태양광 모듈에 음영이 졌을 때 야기되는 발전 저하에 따른 전체 출력 저하를 방지하기 위해 DC 전력을 바이패스시키는 바이패스 다이오드; 및
    상기 바이패스 다이오드와 연결된 회로에 흐르는 전류를 측정하는 전류측정 센서를 구비하며, 상기 측정된 전류값을 기초로 아크를 검출하는 아크검출장치; 및
    상기 아크검출장치로부터 아크 검출 신호를 받아, 아크가 검출된 태양광 모듈의 상기 회로를 차단하는 차단기를 포함하며,
    상기 아크검출장치는,
    상기 전류측정 센서에서 측정된 전류값을 디지털 신호로 변경하는 A/D 컨버터;
    상기 전류값을 설정 주파수 범위 내로 필터링하는 필터;
    상기 주파수 범위 내에서 퓨리에변환(FFT)을 수행하고, 이를 통해 전력스펙트럼밀도(PSD)를 계산하여 아크신호 여부를 판단하는 아크신호 판단부; 및
    상기 아크신호 판단부가 아크신호를 검출한 경우, 상기 차단기를 동작시키기 위한 릴레이 동작 신호를 발생하는 릴레이신호 출력부를 포함하며,
    상기 아크신호 판단부는,
    인버터 및 배터리 중 적어도 하나에 의해 발생하는 노이즈에 대해, 상기 전력스펙트럼밀도(PSD)에서의 피크값을 제거하며,
    상기 계산된 전력스펙트럼 밀도(PSD)의 평균값을 산출하며, 미리 정해진 아크사고 기준치와 상기 전력스펙트럼 밀도(PSD)의 평균값의 비교를 통해 아크사고 유무를 판단하고, 아크사고로 판단시 차단기 릴레이 동작신호를 출력하며,
    상기 아크신호 판단부는, 상기 전류측정 센서에서 측정된 전류값을 수신하고 전류의 범위에 따라 태양광 발전의 용량을 역으로 환산하고 이를 통해 용량 단위별 임계치 값인 최종 아크사고 검출 임계치을 연산하는 임계치 설정부를 포함하며,
    상기 임계치 설정부는 하기 수식을 이용하여 상기 최종 아크사고 검출 임계치를 산출함으로써, 아크사고 검출의 기본 기준치가 태양광 발전 설비의 용량에 따라 유동적으로 변하게 되어 아크사고 검출의 신뢰성을 향상시킬 수 있고 실제 부하 전류와 상관계수를 적용하여 용량별 임계치를 실시간으로 변동하는 것이 가능하며,
    Kth= y x Idc x kth
    (Kth는 최종 아크사고 검출 임계치, Idc는 상기 전류측정 센서에서 측정된 전류값, kth는 사전 결정된 아크사고 기준치, 및 y는 상기 전류값에 따른 적용 상수)
    상기 전류측정 센서는, 발전전류인 직류성분 전류가 측정 대상이며 아크검출용 주파수 대역 200Hz까지 측정 가능한 홀 센서로 형성된 것을 특징으로 하는, 태양광 모듈에서의 아크사고 검출 및 차단 기능을 갖는 태양광 정션박스.
KR1020230103959A 2022-11-30 2023-08-09 태양광 모듈에서의 아크사고 검출 및 차단 기능을 갖는태양광 정션박스 KR102625652B1 (ko)

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