KR102637544B1 - Apparatus and method for managing solar DC array in solar power system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광 발전 시스템의 태양광 DC(Direct Current) 어레이 관리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 태양광 발전 시스템에 장착된 환경 센서 및 태양광 모듈 표면 온도 센서로부터 일사량 데이터 및 태양광 모듈 표면 온도 데이터를 입력받아 태양광 DC 어레이의 양극 단자 전압을 추론하고, 모든 태양광 DC 스트링의 양극 단자 전압을 측정하고, 추론된 양극 단자 전압과 측정된 양극 단자 전압의 차이가 설정값 이상 되었을 때 어레이 절연 불량이라고 결정하고, 태양광 인버터로부터 태양광 DC 어레이를 차단하는, 태양광 발전 시스템의 태양광 DC(Direct Current) 어레이 관리 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a solar DC (Direct Current) array management device and method for a solar power generation system. In particular, solar radiation data and solar module surface temperature are obtained from environmental sensors and solar module surface temperature sensors mounted on the solar power generation system. Input data to deduce the positive terminal voltage of the solar DC array, measure the positive terminal voltage of all solar DC strings, and insulate the array when the difference between the inferred positive terminal voltage and the measured positive terminal voltage exceeds the set value. It relates to a solar DC (Direct Current) array management device and method for a solar power generation system, which determines that the solar DC array is defective and blocks the solar DC array from the solar inverter.
Description
본 발명은 태양광 발전 시스템의 태양광 DC(Direct Current) 어레이 관리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 태양광 발전 시스템에 장착된 환경 센서 및 태양광 모듈 표면 온도 센서로부터 일사량 데이터 및 태양광 모듈 표면 온도 데이터를 입력받아 태양광 DC 어레이의 양극 단자 전압을 추론하고, 모든 태양광 DC 스트링의 양극 단자 전압을 측정하고, 추론된 양극 단자 전압과 측정된 양극 단자 전압의 차이가 설정값 이상 되었을 때 어레이 절연 불량이라고 결정하고, 태양광 인버터로부터 태양광 DC 어레이를 차단하는, 태양광 발전 시스템의 태양광 DC(Direct Current) 어레이 관리 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a solar DC (Direct Current) array management device and method for a solar power generation system. In particular, solar radiation data and solar module surface temperature are obtained from environmental sensors and solar module surface temperature sensors mounted on the solar power generation system. Input data to deduce the positive terminal voltage of the solar DC array, measure the positive terminal voltage of all solar DC strings, and insulate the array when the difference between the inferred positive terminal voltage and the measured positive terminal voltage exceeds the set value. It relates to a solar DC (Direct Current) array management device and method for a solar power generation system, which determines that the solar DC array is defective and blocks the solar DC array from the solar inverter.
일반적으로, 태양광발전시스템은 지락사고 등과 같은 절연고장에 대해 설비의 안전과 인체의 안전 성능을 향상하기 위해 지락사고 발생 시 전력계통과 연계된 태양광 인버터의 운전을 정지하여야만 한다. 이를 위해 인버터의 운전 전과 운전 중에 지락 감지를 위한 설비가 설치되어 운전된다. 지락 사고 발생 시 이를 감지하고 시스템을 안전하게 정지하여야만 하며, 태양광발전용 인버터는 단락, 절연이상 상태를 모니터링하고 안전하게 계통으로부터 분리해야만 한다.In general, solar power generation systems must stop the operation of solar inverters connected to the power system when a ground fault occurs in order to improve the safety of the facility and the safety of the human body against insulation failures such as ground faults. For this purpose, equipment for ground fault detection is installed and operated before and during operation of the inverter. When a ground fault occurs, it must be detected and the system safely stopped, and the inverter for solar power generation must monitor short circuits and insulation abnormalities and be safely separated from the grid.
종래의 지락 검출 시스템은 2선 지락이 동시에 발생될 경우, 지락 차단이 불가능한 상태가 되며, 어레이 중간부의 1선 지락 발생 시 지락감지를 못하게 된다. 물론 지락전류를 차단하기 위하여 태양광 DC 스트링의 음의 단자 측에 퓨즈가 설치된다. 일반적으로 500W급 이하 태양광 모듈의 경우 20A의 퓨즈가 설치되는데, 500W급 이상 태양광 모듈에는 25~30A의 퓨즈가 설치된다. 즉, 20~30A 이하의 지락전류가 흐르고 있는 상태에서는 지락전류를 완벽히 차단하지 못하는 상태가 된다. 만약 이때 인체의 접촉이 이루어질 경우, 인명피해가 발생 될 수도 있다. 태양광발전용 인버터의 동작 중 누설전류가 5mA 이내일 경우 KS 인증기준에 적합하다. DC 어레이에서의 지락전류가 10mA일 경우 인버터의 누설전류와 중첩이 되고 5mA 이내로 지락전류를 검출하여 시스템을 정지하기 어려울 수 있다. 또한, 이중 지락 발생 시 지락 저항의 차이가 있을 수 있으나, 태양광 어레이의 지락전류 폐회로가 구성 시에는 더욱더 사고 전류 차단이 어려울 수 있다.The conventional ground fault detection system becomes unable to cut off ground faults when two-wire ground faults occur simultaneously, and cannot detect ground faults when a single-line ground fault occurs in the middle of the array. Of course, a fuse is installed on the negative terminal of the solar DC string to block ground fault current. Generally, for solar modules below 500W, a 20A fuse is installed, but for solar modules above 500W, a fuse of 25~30A is installed. In other words, when a ground fault current of 20 to 30 A or less is flowing, the ground fault current cannot be completely blocked. If human contact occurs at this time, casualties may occur. If the leakage current during operation of the solar power inverter is less than 5mA, it meets the KS certification standards. If the ground fault current in the DC array is 10mA, it overlaps with the inverter's leakage current, and it may be difficult to detect the ground fault current within 5mA and stop the system. In addition, when a double ground fault occurs, there may be a difference in ground fault resistance, but when a ground fault current closed circuit of the solar array is formed, blocking the fault current may be even more difficult.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 태양광 DC 어레이에서 한 스트링에라도 절연불량 상태가 검출되면 태양광 인버터에서 태양광 DC 어레이를 차단할 수 있으며, 절연불량 상태 검출기능이 우수한, 태양광 발전 시스템의 태양광 DC 어레이 관리 장치 및 방법을 제공하는 데에 있다.Therefore, the present invention was made to solve the above problems, and the purpose of the present invention is to block the solar DC array in the solar inverter when a poor insulation condition is detected in even one string in the solar DC array, and to prevent the poor insulation condition. The object is to provide a solar DC array management device and method for a solar power generation system that has excellent detection function.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일실시형태에 의한 태양광 발전 시스템의 태양광 DC 어레이 관리 장치는 태양광 발전 시스템에 장착되어 일사량을 측정하도록 구성된 환경 센서; 태양광 DC 어레이를 구성하는 태양광 모듈 표면 온도를 감지하도록 구성된 태양광 모듈 표면 온도 센서; 상기 태양광 DC 어레이를 구성하는 복수 개의 DC 스트링 모두에 대해서 양극 단자에서 접지 간 전압인 양극 단자 전압을 측정하도록 구성된 스트링별 양극 단자 전압 측정부; 태양광 인버터로부터 태양광 DC 어레이 연결을 차단하도록 구성된 어레이 차단 스위치; 및 상기 환경 센서 및 태양광 모듈 표면 온도 센서에서 일사량 데이터 및 태양광 모듈 표면 온도 데이터를 입력받아 이를 기초로 상기 태양광 DC 어레이의 개방전압을 추론하고, 추론된 개방전압을 2로 나누어 상기 태양광 DC 어레이의 양극 단자 전압을 추론하고, 추론된 양극 단자 전압에서 상기 스트링별 양극 단자 전압 측정부에 의해 측정된 모든 DC 스트링의 양극 단자 전압을 감산하여 모든 스트링의 양극 단자 전압 차이를 산출하고, 설정값 이상되는 스트링의 양극 단자 전압 차이가 존재하는지 여부를 결정하고, 설정값 이상되는 스트링의 양극 단자 전압 차이가 존재하지 않으면 정상 상태로 결정하는 한편, 설정값 이상되는 스트링의 양극 단자 전압 차이가 존재하면 어레이 절연 불량으로 결정하고 상기 어레이 차단 스위치를 작동시켜 상기 태양광 인버터로부터 상기 태양광 DC 어레이 연결을 차단하도록 구성된 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a solar DC array management device for a solar power generation system according to an embodiment of the present invention includes an environmental sensor mounted on the solar power system and configured to measure solar radiation; A solar module surface temperature sensor configured to detect the surface temperature of a solar module constituting a solar DC array; A positive terminal voltage measuring unit for each string configured to measure positive terminal voltage, which is the voltage between the positive terminal and ground, for all of the plurality of DC strings constituting the solar DC array; an array disconnect switch configured to disconnect the solar DC array from the solar inverter; and receives solar radiation data and solar module surface temperature data from the environmental sensor and the solar module surface temperature sensor, infers the open-circuit voltage of the solar DC array based on this, and divides the inferred open-circuit voltage by 2 to determine the solar module surface temperature data. Infer the positive terminal voltage of the DC array, calculate the positive terminal voltage difference of all strings by subtracting the positive terminal voltage of all DC strings measured by the positive terminal voltage measurement unit for each string from the inferred positive terminal voltage, and set Determine whether there is a voltage difference between the positive terminals of the string that is more than the set value, and if there is no voltage difference between the positive terminals of the string that is more than the set value, determine the normal state. On the other hand, if there is a voltage difference between the positive terminals of the string that is more than the set value, it is determined. and a control unit configured to determine that the array insulation is defective and operate the array cut-off switch to disconnect the solar DC array from the solar inverter.
상기 실시형태에 의한 태양광 발전 시스템의 태양광 DC 어레이 관리 장치에 있어서, 상기 제어부는 상기 태양광 DC 어레이의 개방전압()을 추론하기 위해 다음의 [수학식 5]을 사용할 수 있다.In the solar DC array management device of the solar power generation system according to the above embodiment, the control unit determines the open circuit voltage of the solar DC array ( ), the following [Equation 5] can be used to infer:
[수학식 5][Equation 5]
[여기서, 는 선형회귀방법으로 도출된 계수를 나타내며, 은 일사량(W/m2)을 나타내며, 는 개방전압의 온도계수를 나타내며, 은 태양광 모듈 표면 온도임][here, represents the coefficient derived by the linear regression method, represents solar radiation (W/m 2 ), represents the temperature coefficient of the open-circuit voltage, is the solar module surface temperature]
상기 실시형태에 의한 태양광 발전 시스템의 태양광 DC 어레이 관리 장치에 있어서, 상기 [수학식 5]는 태양전지 모듈의 I-V 곡선 데이터를 이용해 선형회귀 방법으로 도출될 수 있다.In the solar DC array management device of the solar power generation system according to the above embodiment, [Equation 5] can be derived by a linear regression method using the I-V curve data of the solar cell module.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 다른 실시형태에 의한 태양광 발전 시스템의 태양광 DC 어레이 관리 방법은 제어부가 환경 센서 및 태양광 모듈 표면 온도 센서에서 일사량 데이터 및 태양광 모듈 표면 온도 데이터를 입력받는 단계; 상기 제어부가 상기 일사량 데이터 및 태양광 모듈 표면 온도 데이터를 기초로 태양광 DC 어레이의 개방전압()을 추론하는 단계; 상기 제어부가 추론된 상기 개방전압을 2로 나누어 상기 태양광 DC 어레이의 양극 단자 전압을 추론하는 단계; 상기 제어부가 스트링별 양극 단자 전압 측정부에 의해 측정된 모든 DC 스트링의 양극 단자 전압 데이터를 입력받는 단계; 상기 제어부가 추론된 양극 단자 전압에서 측정된 모든 DC 스트링의 양극 단자 전압을 감산하여 모든 스트링의 양극 단자 전압 차이를 산출하는 단계; 상기 제어부가 산출된 상기 모든 스트링의 양극 단자 전압 차이 중 설정값 이상되는 것이 존재하는지 여부를 결정하는 단계; 상기 결정 단계에서 설정값 이상되는 스트링의 양극 단자 전압 차이가 존재하지 않으면 상기 제어부가 정상 상태로 결정하는 단계; 상기 결정 단계에서 설정값 이상되는 스트링의 양극 단자 전압 차이가 존재하면 상기 제어부가 어레이 절연 불량으로 결정하는 단계; 및 상기 어레이 절연 불량 결정 단계 후, 상기 제어부가 어레이 차단 스위치를 작동시켜 태양광 인버터로부터 태양광 DC 어레이 연결을 차단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the solar DC array management method of the solar power generation system according to another embodiment of the present invention has the control unit input solar radiation data and solar module surface temperature data from the environmental sensor and the solar module surface temperature sensor. Receiving stage; The control unit determines the open-circuit voltage of the solar DC array based on the solar radiation data and solar module surface temperature data ( ) inferring; The controller inferring the anode terminal voltage of the solar DC array by dividing the inferred open-circuit voltage by 2; The control unit receiving positive terminal voltage data of all DC strings measured by the positive terminal voltage measurement unit for each string; Calculating the positive terminal voltage difference of all strings by the control unit subtracting the measured positive terminal voltages of all DC strings from the inferred positive terminal voltages; determining, by the control unit, whether any of the calculated positive terminal voltage differences of all the strings is greater than a set value; If there is no voltage difference between the positive terminals of the string that is greater than the set value in the determining step, the control unit determines a normal state; If there is a voltage difference between the positive terminals of the string that is greater than a set value in the determining step, the control unit determines that the array insulation is defective; And after the step of determining whether the array insulation is defective, the control unit operates an array cutoff switch to cut off the solar DC array connection from the solar inverter.
본 발명의 실시형태에 의한 태양광 발전 시스템의 태양광 DC 어레이 관리 장치 및 방법에 의하면, 환경 센서 및 태양광 모듈 표면 온도 센서에서 일사량 데이터 및 태양광 모듈 표면 온도 데이터를 입력받아 이를 기초로 태양광 DC 어레이의 개방전압을 추론하고, 추론된 개방전압을 2로 나누어 상기 태양광 DC 어레이의 양극 단자 전압을 추론하고, 추론된 양극 단자 전압에서 스트링별 양극 단자 전압 측정부에 의해 측정된 모든 DC 스트링의 양극 단자 전압을 감산하여 모든 스트링의 양극 단자 전압 차이를 산출하고, 설정값 이상되는 스트링의 양극 단자 전압 차이가 존재하는지 여부를 결정하고, 설정값 이상되는 스트링의 양극 단자 전압 차이가 존재하지 않으면 정상 상태로 결정하는 한편, 설정값 이상되는 스트링의 양극 단자 전압 차이가 존재하면 어레이 절연 불량으로 결정하고 어레이 차단 스위치를 작동시켜 태양광 인버터로부터 상기 태양광 DC 어레이 연결을 차단하도록 구성됨으로써, 태양광 DC 어레이에서 한 스트링에라도 절연불량 상태가 검출되면 태양광 인버터에서 태양광 DC 어레이를 차단할 수 있으며, 절연불량 상태 검출기능이 우수하다는 뛰어난 효과가 있다.According to the solar DC array management device and method of the solar power generation system according to an embodiment of the present invention, solar radiation data and solar module surface temperature data are input from the environmental sensor and the solar module surface temperature sensor, and solar energy is generated based on this. Deduce the open-circuit voltage of the DC array, divide the inferred open-circuit voltage by 2 to deduce the anode terminal voltage of the solar DC array, and measure all DC strings measured by the anode terminal voltage measurement unit for each string from the inferred anode terminal voltage. Calculate the positive terminal voltage difference of all strings by subtracting the positive terminal voltage of While determining the normal state, if there is a voltage difference between the anode terminals of the string that is more than the set value, it is determined that the array insulation is defective and the array cut-off switch is activated to block the solar DC array connection from the solar inverter. If poor insulation is detected in even one string in the DC array, the solar inverter can block the solar DC array, and it has the outstanding effect of having an excellent insulation detection function.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 태양광 발전 시스템의 태양광 DC 어레이 관리 장치에 대한 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 태양광 발전 시스템의 태양광 DC 어레이 관리 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도 3은 태양광모듈의 1-다이오드 등가회로도이다.Figure 1 is a block diagram of a solar DC array management device of a solar power generation system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flowchart for explaining a solar DC array management method of a solar power generation system according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a 1-diode equivalent circuit diagram of a solar module.
본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예를 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적으로 해석되어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하는 것으로 해석되어서는 안 된다.In describing embodiments of the present invention, if it is determined that a detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. The terms described below are defined in consideration of the functions in the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification. The terms used in the detailed description are only for describing embodiments of the present invention and should in no way be construed as limiting. Unless explicitly stated otherwise, singular forms include plural meanings. In this description, expressions such as “comprising” or “comprising” are intended to indicate certain features, numbers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof, and one or more than those described. It should not be construed to exclude the existence or possibility of any other characteristic, number, step, operation, element, or part or combination thereof.
도면에서 도시된 각 시스템에서, 몇몇 경우에서의 요소는 각각 동일한 참조 번호 또는 상이한 참조 번호를 가져서 표현된 요소가 상이하거나 유사할 수가 있음을 시사할 수 있다. 그러나 요소는 상이한 구현을 가지고 본 명세서에서 보여지거나 기술된 시스템 중 몇몇 또는 전부와 작동할 수 있다. 도면에서 도시된 다양한 요소는 동일하거나 상이할 수 있다. 어느 것이 제1 요소로 지칭되는지 및 어느 것이 제2 요소로 불리는지는 임의적이다.In each system shown in the drawings, elements in some cases may each have the same reference number or different reference numbers, indicating that the elements represented may be different or similar. However, elements may have different implementations and operate with any or all of the systems shown or described herein. Various elements shown in the drawings may be the same or different. Which is called the first element and which is called the second element is arbitrary.
본 명세서에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 자료 또는 신호를 '전송', '전달' 또는 '제공'한다 함은 어느 한 구성요소가 다른 구성요소로 직접 자료 또는 신호를 전송하는 것은 물론, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 자료 또는 신호를 다른 구성요소로 전송하는 것을 포함한다.In this specification, when one component 'transmits', 'delivers', or 'provides' data or signals to another component, it means that one component transmits data or signals directly to another component. It involves transmitting data or signals to another component through at least one other component.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 태양광 발전 시스템의 태양광 DC 어레이 관리 장치에 대한 블록구성도이다.Figure 1 is a block diagram of a solar DC array management device of a solar power generation system according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 의한 태양광 발전 시스템의 태양광 DC 어레이 관리 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 환경 센서(100), 태양광 모듈 표면 온도 센서(110), 스트링별 양극 단자 전압 측정부(120), 어레이 차단 스위치(300), 및 제어부(200)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the solar DC array management device of the solar power generation system according to an embodiment of the present invention measures the
환경 센서(100)는 태양광 발전 시스템의 태양광 모듈이 설치된 장소에 설치되어 태양광 발전 시스템의 일사량을 측정하고, 유선 또는 무선으로 제어부(200)에 측정된 일사량 데이터를 제공하는 역할을 한다. 환경 센서(100)는 태양광 발전 시스템의 온도를 측정할 수도 있다.The
태양광 모듈 표면 온도 센서(110)는 태양광 DC 어레이를 구성하는 태양광 모듈 표면 온도를 감지하고, 유선 또는 무선으로 제어부(200)에 감지된 태양광 모듈 표면 온도 데이터를 제공하는 역할을 한다.The solar module surface temperature sensor 110 detects the surface temperature of solar modules constituting a solar DC array and provides the detected solar module surface temperature data to the
스트링별 양극 단자 전압 측정부(120)는 태양광 DC 어레이(복수 개의 DC 스트링이 병렬 접속된 것)를 구성하는 복수 개의 DC 스트링(복수개의 태양전지 모듈이 직렬 접속된 것) 모두에 대해서 양극 단자 전압(양극 단자에서 접지 간 전압)을 측정하고, 측정된 모든 DC 스트링의 양극 단자 전압 데이터를 유선 또는 무선으로 제어부(200)에 제공하는 역할을 한다. The positive terminal
어레이 차단 스위치(300)는 태양광 인버터와 태양광 DC 어레이를 접속 및 차단하는 역할을 한다. 어레이 차단 스위치(300)는 제어부(200)에서 어레이 절연 불량으로 결정될 경우, 제어부(200)에 의해 작동이 제어되어 태양광 인버터로부터 태양광 DC 어레이의 연결을 차단할 수 있다.The
제어부(200)는 본 발명의 전체 구성요소를 제어하는 마이크로컴퓨터로서, 환경 센서(100) 및 태양광 모듈 표면 온도 센서(110)에서 일사량 데이터 및 태양광 모듈 표면 온도 데이터를 입력받고, 스트링별 양극 단자 전압 측정부(120)에서 측정된 모든 DC 스트링의 양극 단자 전압 데이터를 입력받고, 입력된 데이터를 기초로 DC 어레이의 정상 상태 또는 절연 불량 상태를 결정하고, 절연 불량시 어레이 차단 스위치(300)를 작동시켜 태양광 인버터로부터 태양광 DC 어레이 연결을 차단하는 역할을 한다. The
즉, 제어부(200)는 환경 센서(100) 및 태양광 모듈 표면 온도 센서(110)에서 일사량 데이터 및 태양광 모듈 표면 온도 데이터를 입력받고, 이 일사량 데이터 및 태양광 모듈 표면 온도 데이터를 다음의 [수학식 5]에 입력시켜 태양광 DC 어레이의 개방전압()을 추론하고, 추론된 개방전압()을 2로 나누어 태양광 DC 어레이의 양극 단자 전압을 추론하고, 추론된 태양광 DC 어레이의 양극 단자 전압에서 스트링별 양극 단자 전압 측정부(120)에 의해 측정된 모든 DC 스트링의 양극 단자 전압을 감산하여 모든 DC 스트링의 양극 단자 전압 차이를 산출하고, 산출된 모든 DC 스트링의 양극 단자 전압 차이 중 설정값 이상되는 것이 존재하는 지의 여부를 결정하고, 설정값 이상되는 DC 스트링의 양극 단자 전압 차이가 존재하지 않으면 정상 상태로 결정하는 한편, 설정값 이상되는 스트링의 양극 단자 전압 차이가 존재하면 어레이 절연 불량으로 결정하고 어레이 차단 스위치(300)를 작동시켜 태양광 인버터로부터 태양광 DC 어레이 연결을 차단할 수 있다.That is, the
[수학식 5][Equation 5]
[여기서, 는 선형회귀방법으로 도출된 계수를 나타내며, 은 일사량(W/m2)을 나타내며, 는 개방전압의 온도계수를 나타내며, 은 태양광 모듈 표면 온도임][here, represents the coefficient derived by the linear regression method, represents solar radiation (W/m 2 ), represents the temperature coefficient of the open-circuit voltage, is the solar module surface temperature]
위의 [수학식 5]의 도출과정에 대해 상세히 설명하기로 한다.The derivation process of [Equation 5] above will be explained in detail.
태양전지 등가모델로부터 태양전지 전류방정식을 도출할 수 있다. 태양전지 등가모델인 1-Diode 모델의 전류방정식은 STC 상태(일사량 : 1000 W/㎡, 25℃)에서 아래의 [수학식 1]과 같다. 도 3은 태양광모듈의 1-다이오드 등가회로도이다.The solar cell current equation can be derived from the solar cell equivalent model. The current equation of the 1-Diode model, which is an equivalent solar cell model, is as shown in [Equation 1] below in STC state (solar radiation: 1000 W/㎡, 25℃). Figure 3 is a 1-diode equivalent circuit diagram of a solar module.
[수학식 1][Equation 1]
[여기서, I는 출력전류, V는 출력 전압, 는 광전류, 는 다이오드 포화전류, q는 전자전하, k는 볼츠만 상수, T는 셀의 온도, 는 직렬저항, 는 션트저항, n은 다이오드 이상계수로서 일반적으로 1임][Here, I is the output current, V is the output voltage, is the photocurrent, is the diode saturation current, q is the electronic charge, k is the Boltzmann constant, T is the temperature of the cell, is the series resistance, is the shunt resistance, n is the diode ideality coefficient and is generally 1]
개방전압()은 전류가 0인 상태의 전압이다. 따라서 [수학식 1]을 다시 표현하면 아래의 [수학식 2]와 같다.Open voltage ( ) is the voltage when the current is 0. Therefore, if [Equation 1] is re-expressed, it becomes [Equation 2] below.
[수학식 2][Equation 2]
는 큰 저항값을 가지고 있어 이므로, [수학식 2]는 다음의 [수학식 3]으로 정의된다. has a large resistance value Therefore, [Equation 2] is defined as the following [Equation 3].
[수학식 3][Equation 3]
는 일사량에 따라서 변화되는 값이다. is a value that changes depending on the amount of solar radiation.
태양광 모듈의 온도특성은 아래의 [수학식 4]와 같다.The temperature characteristics of the solar module are as shown in [Equation 4] below.
[수학식 4][Equation 4]
[여기서, 는 현재 온도에서의 개방전압, 는 개방전압의 온도계수, 는 STC 상태의 개방전압, 은 태양광 모듈 표면 온도임][here, is the open-circuit voltage at the current temperature, is the temperature coefficient of the open-circuit voltage, is the open-circuit voltage in STC state, is the solar module surface temperature]
따라서 개방전압은 일사량과 온도에 따라서 변화되는 수치이며, 환경 센서와 태양전지 모듈 표면 온도 센서를 이용하면 개방전압을 유추할 수 있다. 유추되는 개방전압은 태양전지 모듈의 특성에 따라서 달라질 수 있다. 모듈 제조사로부터 일사광에 따른 I-V 커브 데이터를 얻을 수 있으며, 이를 상세히 표현하면 아래의 [표 1]과 같이 일사량에 따른 개방전압이 상이함을 확인할 수 있다.Therefore, the open-circuit voltage is a value that changes depending on the amount of solar radiation and temperature, and the open-circuit voltage can be inferred using the environmental sensor and the solar cell module surface temperature sensor. The inferred open-circuit voltage may vary depending on the characteristics of the solar cell module. I-V curve data according to solar radiation can be obtained from the module manufacturer, and if this is expressed in detail, it can be seen that the open-circuit voltage is different depending on the solar radiation amount, as shown in [Table 1] below.
[표 1][Table 1]
일사량에 따른 개방전압의 수학적 모델식을 만들기 위하여 모듈제조상에서 제공하는 I-V 곡선 데이터 이용해 선형회귀 방법으로 수학적 모델화 식인 다음의 [수학식 5]를 도출할 수 있다.In order to create a mathematical model of the open-circuit voltage according to solar radiation, the following [Equation 5], which is a mathematical modeling equation, can be derived using the linear regression method using the I-V curve data provided by the module manufacturer.
[수학식 5][Equation 5]
[여기서, 는 선형회귀방법으로 도출된 계수를 나타내며, 은 일사량(W/m2)을 나타내며, 는 개방전압의 온도계수를 나타내며, 은 태양광 모듈 표면 온도임][here, represents the coefficient derived by the linear regression method, represents solar radiation (W/m 2 ), represents the temperature coefficient of the open-circuit voltage, is the solar module surface temperature]
이하, 위와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 의한 태양광 발전 시스템의 태양광 DC 어레이 관리 장치를 이용한 태양광 DC 어레이 관리 방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, a solar DC array management method using a solar DC array management device of a solar power generation system according to an embodiment of the present invention configured as above will be described.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 태양광 발전 시스템의 태양광 DC 어레이 관리 방법을 설명하기 위한 플로우챠트로서, S는 스텝(step)을 의미한다. Figure 2 is a flowchart for explaining a solar DC array management method of a solar power generation system according to an embodiment of the present invention, where S stands for step.
먼저, 제어부(200)가 환경 센서(100) 및 태양광 모듈 표면 온도 센서(110)에서 일사량 데이터 및 태양광 모듈 표면 온도 데이터를 입력받는다(S10).First, the
다음, 제어부(200)가 스텝(S10)에서 입력된 일사량 데이터 및 태양광 모듈 표면 온도 데이터를 Voc 회귀모델인 다음의 [수학식 5]에 입력시켜 개방전압(Voc)을 추론한다(S20).Next, the
[수학식 5][Equation 5]
[여기서, 는 선형회귀방법으로 도출된 계수를 나타내며, 은 일사량(W/m2)을 나타내며, 는 개방전압의 온도계수를 나타내며, 은 태양광 모듈 표면 온도임][here, represents the coefficient derived by the linear regression method, represents solar radiation (W/m 2 ), represents the temperature coefficient of the open-circuit voltage, is the solar module surface temperature]
다음, 제어부(200)는 스텝(S20)에서 추론된 개방전압(Voc)을 2로 나누어 태양광 DC 어레이의 양극 단자 전압을 추론한다(S30).Next, the
다음, 제어부(200)는 스트링별 양극 단자 전압 측정부(120)에 의해 측정된 모든 DC 스트링의 양극 단자 전압 데이터를 입력받는다(S40).Next, the
다음, 제어부(200)가 스텝(S30)에서 추론된 양극 단자 전압에서 측정된 모든 DC 스트링의 양극 단자 전압을 감산하여 모든 스트링의 양극 단자 전압 차이를 산출한다(S50).Next, the
다음, 제어부(200)가 스텝(S50)에서 산출된 모든 스트링의 양극 단자 전압 차이 중 설정값 이상되는 것이 존재하는지 여부를 결정한다(S60).Next, the
상기 스텝(S60)에서 설정값 이상되는 스트링의 양극 단자 전압 차이가 존재하지 않으면(N), 제어부(200)가 태양광 DC 어레이의 상태를 정상 상태로 결정한다(S70).If there is no voltage difference between the anode terminals of the string that is greater than the set value in step (S60) (N), the
한편, 상기 스텝(S60)에서 설정값 이상되는 스트링의 양극 단자 전압 차이가 존재하면(Y), 제어부(200)가 태양광 DC 어레이 절연 불량으로 결정한다(S80).Meanwhile, if there is a voltage difference between the anode terminals of the string that is greater than the set value in step (S60) (Y), the
다음, 제어부(200)가 어레이 차단 스위치(300)를 작동시켜 태양광 인버터로부터 태양광 DC 어레이 연결을 차단한다(S90).Next, the
본 발명의 실시예에 의한 태양광 발전 시스템의 태양광 DC 어레이 관리 장치 및 방법에 의하면, 환경 센서 및 태양광 모듈 표면 온도 센서에서 일사량 데이터 및 태양광 모듈 표면 온도 데이터를 입력받아 이를 기초로 태양광 DC 어레이의 개방전압을 추론하고, 추론된 개방전압을 2로 나누어 상기 태양광 DC 어레이의 양극 단자 전압을 추론하고, 추론된 양극 단자 전압에서 스트링별 양극 단자 전압 측정부에 의해 측정된 모든 DC 스트링의 양극 단자 전압을 감산하여 모든 스트링의 양극 단자 전압 차이를 산출하고, 설정값 이상되는 스트링의 양극 단자 전압 차이가 존재하는지 여부를 결정하고, 설정값 이상되는 스트링의 양극 단자 전압 차이가 존재하지 않으면 정상 상태로 결정하는 한편, 설정값 이상되는 스트링의 양극 단자 전압 차이가 존재하면 어레이 절연 불량으로 결정하고 어레이 차단 스위치를 작동시켜 태양광 인버터로부터 상기 태양광 DC 어레이 연결을 차단하도록 구성됨으로써, 태양광 DC 어레이에서 한 스트링에라도 절연불량 상태가 검출되면 태양광 인버터에서 태양광 DC 어레이를 차단할 수 있으며, 절연불량 상태 검출기능이 우수하다.According to an apparatus and method for managing a solar DC array of a solar power generation system according to an embodiment of the present invention, solar radiation data and solar module surface temperature data are input from an environmental sensor and a solar module surface temperature sensor, and solar energy is generated based on this data. Deduce the open-circuit voltage of the DC array, divide the inferred open-circuit voltage by 2 to deduce the anode terminal voltage of the solar DC array, and measure all DC strings measured by the anode terminal voltage measurement unit for each string from the inferred anode terminal voltage. Calculate the positive terminal voltage difference of all strings by subtracting the positive terminal voltage of While determining the normal state, if there is a voltage difference between the anode terminals of the string that is more than the set value, it is determined that the array insulation is defective and the array cut-off switch is activated to block the solar DC array connection from the solar inverter. If poor insulation is detected in even one string in the DC array, the solar inverter can block the solar DC array, and the poor insulation detection function is excellent.
도면과 명세서에는 최적의 실시예가 개시되었으며, 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 실시형태를 설명하기 위한 목적으로 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Optimal embodiments are disclosed in the drawings and specifications, and specific terms are used, but these are used only for the purpose of describing embodiments of the present invention, and are used to limit the meaning or limit the scope of the present invention described in the patent claims. It didn't happen. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached patent claims.
100: 환경 센서
110: 태양광 모듈 표면 온도 센서
120: 스트링별 양극 단자 전압 측정부
200: 제어부
300: 어레이 차단 스위치100: environmental sensor
110: Solar module surface temperature sensor
120: Positive terminal voltage measurement unit for each string
200: control unit
300: Array disconnect switch
Claims (5)
상기 태양광 발전 시스템에 장착되어 일사량을 측정하도록 구성된 환경 센서(100);
상기 태양광 DC 어레이를 구성하는 태양광 모듈 표면 온도를 감지하도록 구성된 태양광 모듈 표면 온도 센서(110);
상기 태양광 DC 어레이를 구성하는 복수 개의 DC 스트링 모두에 대해서 양극 단자에서 접지 간 전압인 양극 단자 전압을 측정하도록 구성된 스트링별 양극 단자 전압 측정부(120);
상기 태양광 DC 어레이에서 하나의 DC 스트링에라도 절연불량 상태가 검출되면 태양광 인버터로부터 태양광 DC 어레이의 연결을 차단하도록 구성된 어레이 차단 스위치(300); 및
상기 환경 센서 및 태양광 모듈 표면 온도 센서에서 일사량 데이터 및 태양광 모듈 표면 온도 데이터를 입력받아 다음의 [수학식 5]에 입력시켜 상기 태양광 DC 어레이의 개방전압을 추론하고, 추론된 개방전압을 2로 나누어 상기 태양광 DC 어레이의 양극 단자 전압을 추론하고, 추론된 양극 단자 전압에서 상기 스트링별 양극 단자 전압 측정부에 의해 측정된 모든 DC 스트링의 양극 단자 전압을 감산하여 모든 스트링의 양극 단자 전압 차이를 산출하고, 설정값 이상되는 스트링의 양극 단자 전압 차이가 존재하는지 여부를 결정하고, 설정값 이상되는 스트링의 양극 단자 전압 차이가 존재하지 않으면 정상 상태로 결정하는 한편, 설정값 이상되는 스트링의 양극 단자 전압 차이가 존재하면 어레이 절연 불량으로 결정하고 상기 어레이 차단 스위치를 작동시켜 상기 태양광 인버터로부터 상기 태양광 DC 어레이 연결을 차단하도록 구성된 제어부(200);를 포함하며,
[수학식 5]
[여기서, 는 선형회귀방법으로 도출된 계수를 나타내며, 은 일사량(W/m2)을 나타내며, 는 개방전압의 온도계수를 나타내며, 은 태양광 모듈 표면 온도임]
상기 [수학식 5]는 태양전지 모듈의 I-V 곡선 데이터를 이용해 선형회귀 방법으로 도출된 태양광 발전 시스템의 태양광 DC 어레이 관리 장치.
As a solar DC (Direct Current) array management device for a solar power generation system,
An environmental sensor 100 mounted on the solar power system and configured to measure solar radiation;
A solar module surface temperature sensor 110 configured to detect the surface temperature of a solar module constituting the solar DC array;
An anode terminal voltage measuring unit 120 for each string configured to measure anode terminal voltage, which is the voltage between the anode terminal and ground, for all of the plurality of DC strings constituting the solar DC array;
an array cut-off switch 300 configured to disconnect the solar DC array from the solar inverter when a poor insulation condition is detected in even one DC string in the solar DC array; and
Solar radiation data and solar module surface temperature data are input from the environmental sensor and solar module surface temperature sensor, and input into the following [Equation 5] to infer the open-circuit voltage of the solar DC array, and the inferred open-circuit voltage is Divide by 2 to deduce the positive terminal voltage of the solar DC array, and subtract the positive terminal voltage of all DC strings measured by the positive terminal voltage measurement unit for each string from the deduced positive terminal voltage to obtain the positive terminal voltage of all strings. Calculate the difference, determine whether there is a voltage difference between the positive terminals of the string that is above the set value, and determine the normal state if there is no voltage difference between the positive terminals of the string that is more than the set value. A control unit 200 configured to determine that the array insulation is defective when a positive terminal voltage difference exists and operate the array cut-off switch to cut off the solar DC array connection from the solar inverter,
[Equation 5]
[here, represents the coefficient derived by the linear regression method, represents solar radiation (W/m 2 ), represents the temperature coefficient of the open-circuit voltage, is the solar module surface temperature]
The above [Equation 5] is a solar DC array management device for a solar power generation system derived by a linear regression method using the IV curve data of the solar cell module.
제어부(200)가 환경 센서(100) 및 태양광 모듈 표면 온도 센서(110)에서 일사량 데이터 및 태양광 모듈 표면 온도 데이터를 입력받는 단계;
상기 제어부가 상기 일사량 데이터 및 태양광 모듈 표면 온도 데이터를 다음의 [수학식 5]에 입력시켜 태양광 DC 어레이의 개방전압()을 추론하는 단계;
상기 제어부가 추론된 상기 개방 전압을 2로 나누어 상기 태양광 DC 어레이의 양극 단자 전압을 추론하는 단계;
상기 제어부가 스트링별 양극 단자 전압 측정부(120)에 의해 측정된 모든 DC 스트링의 양극 단자 전압 데이터를 입력받는 단계;
상기 제어부가 추론된 양극 단자 전압에서 측정된 모든 DC 스트링의 양극 단자 전압을 감산하여 모든 스트링의 양극 단자 전압 차이를 산출하는 단계;
상기 제어부가 산출된 상기 모든 스트링의 양극 단자 전압 차이 중 설정값 이상되는 것이 존재하는지 여부를 결정하는 단계;
상기 결정 단계에서 설정값 이상되는 스트링의 양극 단자 전압 차이가 존재하지 않으면 상기 제어부가 정상 상태로 결정하는 단계;
상기 결정 단계에서 설정값 이상되는 스트링의 양극 단자 전압 차이가 존재 하면 상기 제어부가 어레이 절연 불량으로 결정하는 단계; 및
상기 어레이 절연 불량 결정 단계 후, 상기 제어부가 어레이 차단 스위치를 작동시켜 태양광 인버터로부터 태양광 DC 어레이 연결을 차단하는 단계;를 포함하는 태양광 DC 어레이 관리 방법.
[수학식 5]
[여기서, 는 선형회귀방법으로 도출된 계수를 나타내며, 은 일사량(W/m2)을 나타내며, 는 개방전압의 온도계수를 나타내며, 은 태양광 모듈 표면 온도임]
A solar DC array management method using the solar DC array management device of the solar power generation system according to claim 1, comprising:
The control unit 200 receiving solar radiation data and solar module surface temperature data from the environmental sensor 100 and the solar module surface temperature sensor 110;
The control unit inputs the solar radiation data and solar module surface temperature data into the following [Equation 5] to determine the open circuit voltage of the solar DC array ( ) inferring;
The controller inferring the anode terminal voltage of the solar DC array by dividing the inferred open-circuit voltage by 2;
The control unit receiving positive terminal voltage data of all DC strings measured by the positive terminal voltage measurement unit 120 for each string;
Calculating the positive terminal voltage difference of all strings by the control unit subtracting the measured positive terminal voltages of all DC strings from the inferred positive terminal voltages;
determining, by the control unit, whether any of the calculated positive terminal voltage differences of all the strings is greater than a set value;
If there is no voltage difference between the positive terminals of the string that is greater than the set value in the determining step, the control unit determines a normal state;
If there is a voltage difference between the positive terminals of the string that is greater than a set value in the determining step, the control unit determines that the array insulation is defective; and
After the step of determining that the array insulation is defective, the control unit operates an array cut-off switch to block the solar DC array connection from the solar inverter.
[Equation 5]
[here, represents the coefficient derived by the linear regression method, represents solar radiation (W/m 2 ), represents the temperature coefficient of the open-circuit voltage, is the solar module surface temperature]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
AMND | Amendment | ||
X091 | Application refused [patent] | ||
AMND | Amendment | ||
X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
GRNT | Written decision to grant |