KR102653583B1 - Apparatus for diagnosing deterioration of solar inverter and compensating efficiency - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광 인버터 열화 진단 및 효율 보상 장치에 관한 것으로, 이는 태양광 인버터내 DC 링크 커패시터의 전압을 센싱한 후, 기 설정치 이상이면 DC 링크 커패시터를 방전시키면서 상기 DC 링크 커패시터의 정전 용량과 ESR을 산출하고, 기 설정치 보다 작으면 상기 DC 링크 커패시터를 충전시키면서 상기 DC 링크 커패시터의 정전 용량과 ESR을 산출하는 측정부; 보상용 DC 링크 커패시터를 구비한 효율 보상부; 및 DC 링크 커패시터의 정전 용량과 ESR에 따라 상기 태양광 인버터의 열화 정도를 산출한 후 디스플레이를 통보하거나 상태 진단 데이터로써 외부에 전송하고, 상기 DC 링크 커패시터의 정전 용량이 기 설정치 이하이면 상기 보상용 DC 링크 커패시터를 상기 DC 링크 커패시터에 병렬 연결시키는 제어부를 포함하며, 상기 측정부는 측정 저항; 상기 DC 링크 커패시터와 상기 측정 저항간 연결 여부를 결정하는 전자 릴레이; 상기 DC 링크 커패시터의 전압과 전류를 센싱하는 센서; 상기 DC 링크 커패시터를 충전시키기 위한 전압을 인가하는 전압 인가부; 및 상기 제어부에 의해 열화 진단이 요청되면, 상기 전자 릴레이를 통해 상기 DC 링크 커패시터와 상기 측정 저항간 연결시킨 후 상기 센서를 통해 상기 DC 링크 커패시터의 전압을 센싱하고, 센싱 전압이 기 설정치 이상이면 DC 링크 커패시터를 방전시키면서 상기 DC 링크 커패시터의 정전 용량과 ESR을 산출하고, 기 설정치 보다 작으면 상기 전압 인가부를 통해 상기 DC 링크 커패시터를 충전시키면서 상기 DC 링크 커패시터의 정전 용량과 ESR을 산출하는 측정 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a solar inverter deterioration diagnosis and efficiency compensation device, which senses the voltage of the DC link capacitor in the solar inverter and, if it is greater than a preset value, discharges the DC link capacitor and determines the capacitance and ESR of the DC link capacitor. a measuring unit that calculates and, if smaller than a preset value, calculates the capacitance and ESR of the DC link capacitor while charging the DC link capacitor; An efficiency compensation unit equipped with a DC link capacitor for compensation; And after calculating the degree of deterioration of the solar inverter according to the capacitance and ESR of the DC link capacitor, the display is notified or transmitted to the outside as status diagnosis data, and if the capacitance of the DC link capacitor is below a preset value, the compensation It includes a control unit that connects a DC link capacitor in parallel to the DC link capacitor, and the measurement unit includes a measurement resistance; an electronic relay that determines whether the DC link capacitor and the measurement resistance are connected; A sensor that senses the voltage and current of the DC link capacitor; a voltage application unit that applies a voltage to charge the DC link capacitor; And when a deterioration diagnosis is requested by the control unit, the DC link capacitor and the measurement resistance are connected through the electronic relay, and then the voltage of the DC link capacitor is sensed through the sensor, and if the sensing voltage is greater than a preset value, the DC A measurement processor that calculates the capacitance and ESR of the DC link capacitor while discharging the link capacitor, and calculates the capacitance and ESR of the DC link capacitor while charging the DC link capacitor through the voltage application unit if it is less than a preset value. It is characterized by including.
Description
본 발명은 현장에 설치 및 적용된 태양광 인버터에 구비된 DC 링크 커패시터의 열화 정도를 진단할 수 있도록 하는 태양광 인버터 열화 진단 및 효율 보상 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a solar inverter deterioration diagnosis and efficiency compensation device that allows diagnosing the degree of deterioration of a DC link capacitor provided in a solar inverter installed and applied in the field.
태양광발전 시스템의 구성요소인 태양광 인버터는 DC/DC 컨버터 및 DC/AC 인버터 구성으로 계통 연계형 구조로 이루어져 있다.The solar inverter, a component of the solar power generation system, has a grid-connected structure consisting of a DC/DC converter and a DC/AC inverter.
태양광 인버터는 입력측에 구비되는 DC 링크 커패시터(Link Capacitor)를 통해 자신에 입력되는 DC 전력에 포함된 리플(ripple)을 평활화시킴으로써, 내부 전력 제어 안정화를 도모하도록 한다. The solar inverter seeks to stabilize internal power control by smoothing ripples included in the DC power input to it through a DC link capacitor provided on the input side.
DC 링크 커패시터는 비교적 가격이 저렴하며, 대부분 알루미늄 전해 커패시터가 사용되는 데, 이러한 DC 링크 커패시터는 사용 시간이 경과됨에 따라 손쉽게 열화될 수 있고, 이로 인해 전해액 분출 및 폭발 등의 원인으로 사고가 일어날 수 있다. DC link capacitors are relatively inexpensive, and most aluminum electrolytic capacitors are used. These DC link capacitors can easily deteriorate over time, which can lead to accidents due to electrolyte ejection or explosion. there is.
이에 태양광 인버터 제조사 등에서는 태양광 인버터 내부에 구비된 DC 링크 커패시터가 열화되기 전에 교체하기를 권고하고 있다. Accordingly, solar inverter manufacturers recommend replacing the DC link capacitor inside the solar inverter before it deteriorates.
그러나 태양광 인버터 내부에 구비된 DC 링크 커패시터의 용량을 측정하는 것이 매우 어렵고 번거로운 문제가 있으며, 실무 현장에서는 이를 핑계로 DC 링크 커패시터의 상태 확인 및 교체를 거의 실시하지 않고 있는 실정이다. However, it is very difficult and cumbersome to measure the capacity of the DC link capacitor provided inside the solar inverter, and in practice, checking and replacing the status of the DC link capacitor is rarely carried out using this as an excuse.
이에 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 현장에 설치 및 적용된 태양광 인버터에 구비된 DC 링크 커패시터의 열화 정도를 보다 간단하고 정확하게 진단할 수 있도록 하는 태양광 인버터 열화 진단 및 효율 보상 장치를 제공하고자 한다.Accordingly, in order to solve the above problems, the present invention is a solar inverter deterioration diagnosis and efficiency compensation device that can more simply and accurately diagnose the degree of deterioration of the DC link capacitor provided in the solar inverter installed and applied in the field. We would like to provide.
또한 DC 링크 커패시터 열화에 따라 저하된 태양광 인버터의 효율을 원래의 기준치로 복구시킬 수 있도록 하는 태양광 인버터 열화 진단 및 효율 보상 장치를 제공하고자 한다.In addition, we aim to provide a solar inverter deterioration diagnosis and efficiency compensation device that can restore the solar inverter's efficiency, which has decreased due to DC link capacitor deterioration, to its original baseline value.
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.The purpose of the present invention is not limited to the purposes mentioned above, and other purposes not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art to which the present invention pertains from the description below.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면 태양광 인버터내 DC 링크 커패시터의 전압을 센싱한 후, 기 설정치 이상이면 DC 링크 커패시터를 방전시키면서 상기 DC 링크 커패시터의 정전 용량과 ESR을 산출하고, 기 설정치 보다 작으면 상기 DC 링크 커패시터를 충전시키면서 상기 DC 링크 커패시터의 정전 용량과 ESR을 산출하는 측정부; 보상용 DC 링크 커패시터를 구비한 효율 보상부; 및 DC 링크 커패시터의 정전 용량과 ESR에 따라 상기 태양광 인버터의 열화 정도를 산출한 후 디스플레이를 통보하거나 상태 진단 데이터로써 외부에 전송하고, 상기 DC 링크 커패시터의 정전 용량이 기 설정치 이하이면 상기 보상용 DC 링크 커패시터를 상기 DC 링크 커패시터에 병렬 연결시키는 제어부를 포함하며, 상기 측정부는 측정 저항; 상기 DC 링크 커패시터와 상기 측정 저항간 연결 여부를 결정하는 전자 릴레이; 상기 DC 링크 커패시터의 전압과 전류를 센싱하는 센서; 상기 DC 링크 커패시터를 충전시키기 위한 전압을 인가하는 전압 인가부; 및 상기 제어부에 의해 열화 진단이 요청되면, 상기 전자 릴레이를 통해 상기 DC 링크 커패시터와 상기 측정 저항간 연결시킨 후 상기 센서를 통해 상기 DC 링크 커패시터의 전압을 센싱하고, 센싱 전압이 기 설정치 이상이면 DC 링크 커패시터를 방전시키면서 상기 DC 링크 커패시터의 정전 용량과 ESR을 산출하고, 기 설정치 보다 작으면 상기 전압 인가부를 통해 상기 DC 링크 커패시터를 충전시키면서 상기 DC 링크 커패시터의 정전 용량과 ESR을 산출하는 측정 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다. As a means to solve the above problem, according to one embodiment of the present invention, after sensing the voltage of the DC link capacitor in the solar inverter, if it is greater than a preset value, the DC link capacitor is discharged and the capacitance and ESR of the DC link capacitor are measured. a measuring unit that calculates and, if smaller than a preset value, calculates the capacitance and ESR of the DC link capacitor while charging the DC link capacitor; An efficiency compensation unit equipped with a DC link capacitor for compensation; And after calculating the degree of deterioration of the solar inverter according to the capacitance and ESR of the DC link capacitor, the display is notified or transmitted to the outside as status diagnosis data, and if the capacitance of the DC link capacitor is below a preset value, the compensation It includes a control unit that connects a DC link capacitor in parallel to the DC link capacitor, and the measurement unit includes a measurement resistance; an electronic relay that determines whether the DC link capacitor and the measurement resistance are connected; A sensor that senses the voltage and current of the DC link capacitor; a voltage application unit that applies a voltage to charge the DC link capacitor; And when a deterioration diagnosis is requested by the control unit, the DC link capacitor and the measurement resistance are connected through the electronic relay, and then the voltage of the DC link capacitor is sensed through the sensor, and if the sensing voltage is greater than a preset value, the DC A measurement processor that calculates the capacitance and ESR of the DC link capacitor while discharging the link capacitor, and calculates the capacitance and ESR of the DC link capacitor while charging the DC link capacitor through the voltage application unit if it is less than a preset value. It is characterized by including.
상기 열화 정도는 잔존 수명과 정격 용량 대비 현재 용량 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다. The degree of deterioration is characterized in that it is at least one of the remaining life and the current capacity compared to the rated capacity.
상기 측정부는 측정 저항; 상기 DC 링크 커패시터와 상기 측정 저항간 연결 여부를 결정하는 전자 릴레이; 상기 DC 링크 커패시터의 전압과 전류를 센싱하는 센서; 상기 DC 링크 커패시터를 충전시키기 위한 전압을 인가하는 전압 인가부; 및 상기 제어부에 의해 열화 진단이 요청되면, 상기 전자 릴레이를 통해 상기 DC 링크 커패시터와 상기 측정 저항간 연결시킨 후 상기 센서를 통해 상기 DC 링크 커패시터의 전압을 센싱하고, 센싱 전압이 기 설정치 이상이면 DC 링크 커패시터를 방전시키면서 상기 DC 링크 커패시터의 정전 용량과 ESR을 산출하고, 기 설정치 보다 작으면 상기 전압 인가부를 통해 상기 DC 링크 커패시터를 충전시키면서 상기 DC 링크 커패시터의 정전 용량과 ESR을 산출하는 측정 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다. The measuring unit measures resistance; an electronic relay that determines whether the DC link capacitor and the measurement resistance are connected; A sensor that senses the voltage and current of the DC link capacitor; a voltage application unit that applies a voltage to charge the DC link capacitor; And when a deterioration diagnosis is requested by the control unit, the DC link capacitor and the measurement resistance are connected through the electronic relay, and then the voltage of the DC link capacitor is sensed through the sensor, and if the sensing voltage is greater than a preset value, the DC A measurement processor that calculates the capacitance and ESR of the DC link capacitor while discharging the link capacitor, and calculates the capacitance and ESR of the DC link capacitor while charging the DC link capacitor through the voltage application unit if it is less than a preset value. It is characterized by including.
상기 측정 프로세서는 상기 DC 링크 커패시터의 순간 전류 ic(t)와 순간 전압을 vc(t)를 측정한 후, "
상기 측정 프로세서는 상기 DC 링크 커패시터의 순간 전류 ic(t)와 순간 전압을 vc(t)를 측정하고 측정 저항의 저항값 R를 확인한 후, "
상기 장치는 DC 링크 커패시터의 전압을 측정하는 전압 센서와 상기 DC 링크 커패시터와 상기 측정부간 연결 여부를 결정하는 전자 릴레이를 포함하는 회로 보호부를 더 포함하며, 상기 제어부는 기 설정된 열화 진단 스케쥴과 상기 전압 센서의 센싱 전압을 중복 체크하여 열화 진단 수행 여부를 결정하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The device further includes a circuit protection unit including a voltage sensor that measures the voltage of the DC link capacitor and an electronic relay that determines whether the DC link capacitor and the measurement unit are connected, and the control unit controls a preset deterioration diagnosis schedule and the voltage. It is characterized by further including a function for determining whether to perform deterioration diagnosis by redundantly checking the sensing voltage of the sensor.
상기 제어부는 상기 DC 링크 커패시터의 출력 전류에 기반하여 차수별 왜형률(THD : Total Harmonic Distortion)과 종합 왜형률 중 적어도 하나를 산출하는 동작, 상기 DC 링크 커패시터의 출력 전압과 출력 전류에 기반하여 MPPT (Maximum power point tracking) 효율을 산출하는 동작, 상기 DC 링크 커패시터의 입력 전압과 출력 전압을 비교하여 태양광 인버터 효율을 산출하는 동작 중 적어도 하나를 추가 수행하는 것을 특징으로 한다. The control unit calculates at least one of a total harmonic distortion (THD) and a comprehensive distortion rate based on the output current of the DC link capacitor, and calculates at least one of the total harmonic distortion rate (THD) based on the output current of the DC link capacitor. MPPT (MPPT) based on the output voltage and output current of the DC link capacitor. It is characterized by additionally performing at least one of the operation of calculating efficiency (Maximum power point tracking) and the operation of calculating solar inverter efficiency by comparing the input voltage and output voltage of the DC link capacitor.
또한 상기 장치는 상기 제어부를 통해 획득된 정보를 사용자와 외부 장치 중 적어도 하나에 안내하고, 사용자와 외부 장치 중 적어도 하나에 의해 입력되는 제어값을 상기 제어부에 전달하는 데이터 입출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the device further includes a data input/output unit that guides information obtained through the control unit to at least one of the user and an external device, and transmits a control value input by at least one of the user and the external device to the control unit. Do it as
상기 데이터 입출력부는 상기 제어부를 통해 획득된 정보를 저장하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. The data input/output unit may further include a function for storing information obtained through the control unit.
본 발명은 태양광 인버터가 현장에 설치 및 적용된 상태에서도, 태양광 인버터 내부에 구비된 DC 링크 커패시터의 열화 정도를 간단하고 정확하게 진단할 수 있도록 한다. The present invention makes it possible to simply and accurately diagnose the degree of deterioration of the DC link capacitor provided inside the solar inverter even when the solar inverter is installed and applied in the field.
또한 DC 링크 커패시터가 열화되는 경우, 보상용 DC 링크 커패시터를 제공하여 태양광 인버터의 저하된 효율을 즉각적으로 보상해줄 수 있도록 한다. Additionally, if the DC link capacitor deteriorates, a compensation DC link capacitor is provided to immediately compensate for the reduced efficiency of the solar inverter.
더하여, 태양광 인버터의 THD, MPPT 효율, 동작 효율 등과 같은 정보를 추가적으로 산출 및 안내함으로써, 장치 활용도의 극대화를 보장할 수도 있도록 한다. In addition, by additionally calculating and providing information such as the solar inverter's THD, MPPT efficiency, and operating efficiency, it is possible to ensure maximum device utilization.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 인버터 열화 진단 및 효율 보상 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 인버터 열화 진단 및 효율 보상 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 열화에 따른 영향을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 인버터 열화 상태 진단 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a diagram for explaining a solar inverter degradation diagnosis and efficiency compensation device according to an embodiment of the present invention.
2 and 3 are diagrams for explaining a measuring unit according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram for explaining a solar inverter degradation diagnosis and efficiency compensation device according to another embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram for explaining the effect of capacitor deterioration according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a diagram for explaining the operation method of the solar inverter deterioration state diagnosis device according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, preferred embodiments will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice the present invention. However, when describing preferred embodiments of the present invention in detail, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, the same symbols are used throughout the drawings for parts that perform similar functions and actions.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.In addition, throughout the specification, when a part is said to be 'connected' to another part, this does not only mean 'directly connected', but also 'indirectly connected' with another element in between. Includes. In addition, 'including' a certain component means that other components may be further included rather than excluding other components, unless specifically stated to the contrary.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 인버터 열화 진단 및 효율 보상 장치를 설명하기 위한 도면이다. 1 is a diagram for explaining a solar inverter degradation diagnosis and efficiency compensation device according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 본 발명의 장치는 측정부(110), 효율 보상부(120), 제어부(130) 및 데이터 입출력부(140) 등을 포함한다. Referring to FIG. 1, the device of the present invention includes a measurement unit 110, an efficiency compensation unit 120, a control unit 130, and a data input/output unit 140.
참고로, 태양광발전 시스템의 주변에 가로등과 같은 조명시설이 있는 경우, 햇빛이 없는 야간에도 태양광 인버터내 DC 링크 커패시터에 소정의 전압이 계속적으로 충전될 수 있으며, 이로 인해 DC 링크 커패시터의 열화 상태를 오진단할 수 있게 된다. For reference, if there are lighting facilities such as street lights around the solar power generation system, a certain voltage may be continuously charged to the DC link capacitor in the solar inverter even at night when there is no sunlight, resulting in deterioration of the DC link capacitor. The condition can be misdiagnosed.
이에 본 발명에서는 주변 조명 시설로 인한 진단 오류 발생을 사전 방지하기 위해, 두 가지 방식으로 DC 링크 커패시터의 정전 용량과 ESR을 산출하도록 한다. Accordingly, in the present invention, in order to prevent diagnostic errors caused by ambient lighting facilities, the capacitance and ESR of the DC link capacitor are calculated in two ways.
측정부(110)는 열화 진단이 요청되면, 태양광 인버터내 DC 링크 커패시터의 전압을 우선 센싱하도록 한다. When a deterioration diagnosis is requested, the measuring unit 110 first senses the voltage of the DC link capacitor in the solar inverter.
그리고 DC 링크 커패시터의 전압이 기 설정치 이상이면, 주변 조명 시설로 인해 DC 링크 커패시터에 소정 전압이 충전되어 있는 상태라고 판단한 후, DC 링크 커패시터(21)를 방전시키면서 DC 링크 커패시터의 전압 및 전류 변화 패턴을 확인하여 DC 링크 커패시터(21)의 정전 용량과 ESR(equivalent series resistor)을 산출하도록 한다. If the voltage of the DC link capacitor is higher than the preset value, it is determined that the DC link capacitor is charged with a predetermined voltage due to the surrounding lighting, and then the DC link capacitor 21 is discharged and the voltage and current change pattern of the DC link capacitor is changed. Check to calculate the capacitance and ESR (equivalent series resistor) of the DC link capacitor 21.
반면, DC 링크 커패시터의 전압이 기 설정치 보다 작으면, 주변 조명 시설이 없는 상태라고 판단 한 후, DC 링크 커패시터(21)를 충전시키면서 DC 링크 커패시터의 전압 및 전류 변화 패턴을 확인하여 DC 링크 커패시터(21)의 정전 용량과 ESR을 산출한다. On the other hand, if the voltage of the DC link capacitor is less than the preset value, it is determined that there is no surrounding lighting facility, and then the DC link capacitor (21) is charged while checking the voltage and current change pattern of the DC link capacitor to determine the DC link capacitor (21). 21) Calculate the capacitance and ESR.
효율 보상부(120)는 보상용 DC 링크 커패시터(121)와, 보상용 DC 링크 커패시터(121)를 DC 링크 커패시터(21)에 병렬 연결시키는 전자 릴레이(122)를 구비한다. The efficiency compensation unit 120 includes a DC link capacitor 121 for compensation and an electronic relay 122 that connects the DC link capacitor 121 for compensation in parallel to the DC link capacitor 21.
제어부(130)는 태양광 발전이 일시 중단되어 열화 진단이 가능한 시간을 정의한 열화 진단 스케쥴을 구비하고, 열화 진단 스케쥴에 따라 열화 진단 동작의 수행 여부를 결정한다. The control unit 130 has a degradation diagnosis schedule that defines a time when solar power generation is temporarily suspended and degradation diagnosis is possible, and determines whether to perform a degradation diagnosis operation according to the degradation diagnosis schedule.
참고로, 태양광 발전 동작 중에 열화 진단 동작이 수행되면, 이에 의해 인버터 효율이 떨어지거나 오동작되는 문제가 발생할 수 있다. 이에 본 발명에서는 일자별 일몰 시간 등을 사전 확인한 후, 태양광 발전이 일시 중단되는 야간 시간대에만 열화 진단 동작이 수행될 수 있도록 열화 진단 스케쥴을 작성하도록 한다. For reference, if a degradation diagnosis operation is performed during solar power generation operation, this may cause inverter efficiency to decrease or malfunction to occur. Accordingly, in the present invention, after checking the sunset time for each day in advance, a degradation diagnosis schedule is created so that the degradation diagnosis operation can be performed only during the night time when solar power generation is temporarily suspended.
그리고 제어부(130)는 DC 링크 커패시터(21)의 정전 용량과 ESR을 기 설정된 정격 용량과 저항값과 비교 분석하여, 정전 용량이 기 설정된 정격 용량에 비해 기 설정치 이상으로 감소되어 있거나, ESR이 기 설정된 저항값에 비해 기 설정치 이상으로 증가되어 있으며 열화 발생을 확인 및 통보하도록 한다. Then, the control unit 130 analyzes and compares the capacitance and ESR of the DC link capacitor 21 with the preset rated capacity and resistance value, and determines whether the capacitance is reduced to a preset value or more compared to the preset rated capacity or the ESR is preset. Compared to the set resistance value, it has increased beyond the preset value and any deterioration should be confirmed and notified.
이때, 정격 용량은 태양광 인버터 제조사에 의해 제공되는 정보이거나, 용량 측정 동작이 최초 수행될 때에 획득된 DC 링크 커패시터(21)의 용량(즉, 최초 측정 용량)일 수 있을 것이나, 이에 한정될 필요는 없다. At this time, the rated capacity may be information provided by the solar inverter manufacturer, or may be the capacity of the DC link capacitor 21 (i.e., the initial measured capacity) obtained when the capacity measurement operation is first performed, but it needs to be limited to this. There is no
더하여 제어부(120)는 DC 링크 커패시터(21)의 측정 용량과 정격 용량간의 편차가 기 설정된 임계치 이상으로 증가하면, 효율 보상부(120)의 전자 릴레이(122)를 통해 보상용 DC 링크 커패시터(121)를 DC 링크 커패시터(21)에 병렬 연결시킨다. In addition, when the deviation between the measured capacity and the rated capacity of the DC link capacitor 21 increases beyond a preset threshold, the control unit 120 controls the compensation DC link capacitor 121 through the electronic relay 122 of the efficiency compensation unit 120. ) is connected in parallel to the DC link capacitor (21).
즉, 보상용 DC 링크 커패시터(121)에 의해 태양광 인버터의 내부 커패시터 용량이 다시 증가시킴으로써, 태양광 인버터의 효율이 원래의 정상치로 복구될 수 있도록 한다. That is, the internal capacitor capacity of the solar inverter is increased again by the compensation DC link capacitor 121, so that the efficiency of the solar inverter can be restored to its original normal value.
또한 본 발명의 제어부(120)는 1) DC 링크 커패시터(21)의 전류에 기반하여 차수별 왜형률(THD : Total Harmonic Distortion)과 종합 왜형률 중 적어도 하나를 산출하는 동작, 2) DC 링크 커패시터(21)의 전압과 전류에 기반하여 MPPT (Maximum power point tracking) 효율을 산출하는 동작, 3) DC 링크 커패시터(21)의 입력 전압(예를 들어, 펄스 신호의 전압)과 출력 전압을 비교하여 태양광 인버터 효율을 산출하는 동작 등을 추가 수행하여, 보다 많은 정보를 획득 및 제공할 수도 있도록 한다. In addition, the control unit 120 of the present invention performs 1) an operation of calculating at least one of a total harmonic distortion (THD) and a comprehensive distortion rate based on the current of the DC link capacitor 21, 2) a DC link capacitor ( 21) An operation to calculate MPPT (Maximum power point tracking) efficiency based on the voltage and current, 3) Comparing the input voltage (e.g., the voltage of the pulse signal) and the output voltage of the DC link capacitor 21 Additional operations such as calculating optical inverter efficiency can be performed to obtain and provide more information.
데이터 입출력부(140)는 사용자 인터페이싱 장치와 통신 모듈 중 적어도 하나를 구비하고, 이를 통해 제어부(120)를 통해 획득된 정보를 사용자와 외부 장치 중 적어도 하나에 안내하고, 사용자와 외부 장치 중 적어도 하나에 의해 입력되는 제어값을 제어부(120)에 전달하도록 한다. The data input/output unit 140 has at least one of a user interfacing device and a communication module, and guides information obtained through the control unit 120 to at least one of the user and the external device, and guides the information obtained through the control unit 120 to at least one of the user and the external device. The control value input by is transmitted to the control unit 120.
더하여, 로그 저장 장치(미도시)를 추가 구비하여, 제어부(120)를 통해 획득되는 정보 모두를 시간순으로 순차 저장한 후, 차후 이를 검색 및 열람할 수도 있도록 한다. In addition, a log storage device (not shown) is additionally provided to sequentially store all information obtained through the control unit 120 in chronological order and then search and view it at a later time.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정부를 설명하기 위한 도면이다. 2 and 3 are diagrams for explaining a measuring unit according to an embodiment of the present invention.
먼저, 도 2를 참고하면, 본 발명의 측정부(110)는 측정 저항(111), 및 전자 릴레이(112), 전압 센서(113), 전류 센서(114), 전압 인가부(115), 및 측정 프로세서(116) 등을 포함한다. First, referring to Figure 2, the measuring unit 110 of the present invention includes a measuring resistance 111, an electronic relay 112, a voltage sensor 113, a current sensor 114, a voltage applying unit 115, and It includes a measurement processor 116, etc.
측정 저항(111)은 기 설정된 저항값을 가지는 저항이다. The measurement resistance 111 is a resistance having a preset resistance value.
이때, 측정 저항(110)은 내부저항(R1)을 정확히 측정하기 위해, DC 링크 커패시터(21)의 내부저항(R1)에 적어도 500배 이상의 저항 값을 가지는 것이 바람직하다. At this time, in order to accurately measure the internal resistance (R1), the measurement resistance 110 preferably has a resistance value at least 500 times that of the internal resistance (R1) of the DC link capacitor 21.
전자 릴레이(112)는 링크 커패시터(21)와 측정 저항(111)간 연결 여부를 결정하며, 열화 진단이 수행될 때에만 DC 링크 커패시터(21)에 측정 저항(111)이 연결되도록 한다. The electronic relay 112 determines whether to connect the link capacitor 21 and the measurement resistor 111, and ensures that the measurement resistor 111 is connected to the DC link capacitor 21 only when deterioration diagnosis is performed.
더하여, 전자 릴레이(112)는 입력 전압에 따라 도통 전류가 증가되는 구조로 구현되어, 순간 전류에 의한 스파크 발생을 사전 차단하도록 한다. In addition, the electronic relay 112 is implemented in a structure in which the conduction current increases depending on the input voltage to prevent spark generation due to instantaneous current in advance.
전압 센서(113)는 DC 링크 커패시터(21)의 양단에 인가되는 전압을 센싱한다. The voltage sensor 113 senses the voltage applied to both ends of the DC link capacitor 21.
전류 센서(114)는 DC 링크 커패시터(21)를 거쳐 흐르는 전류를 센싱한다. The current sensor 114 senses the current flowing through the DC link capacitor 21.
전압 인가부(115)는 소정의 전압을 펄스 신호 형태로 DC 링크 커패시터(21)에 강제 인가하여, DC 링크 커패시터(21)를 충전 시킨다. The voltage application unit 115 forcibly applies a predetermined voltage to the DC link capacitor 21 in the form of a pulse signal to charge the DC link capacitor 21.
측정 프로세서(116)는 제어부(120)에 의해 열화 진단이 요청되면, 전자 릴레이(112)를 통해 상기 DC 링크 커패시터와 상기 측정 저항간 연결시킨 후 전압 센서(113)를 통해 DC 링크 커패시터(21)의 전압을 우선 센싱하도록 한다. When a deterioration diagnosis is requested by the control unit 120, the measurement processor 116 connects the DC link capacitor and the measurement resistance through the electronic relay 112 and then connects the DC link capacitor 21 through the voltage sensor 113. Sensing the voltage first.
그리고 DC 링크 커패시터(21)의 전압이 기 설정치 이상이면, 도 3의 (a)와 같이 DC 링크 커패시터(21)에 충전되어 있던 전압을 측정 저항(111)을 통해 방전시키면서 DC 링크 커패시터의 전압 및 전류 변화 패턴을 확인하여 DC 링크 커패시터(21)의 정전 용량과 ESR(equivalent series resistor)을 산출한다. And, if the voltage of the DC link capacitor 21 is higher than the preset value, the voltage charged in the DC link capacitor 21 is discharged through the measurement resistor 111, as shown in (a) of FIG. 3, and the voltage of the DC link capacitor and By checking the current change pattern, the capacitance and ESR (equivalent series resistor) of the DC link capacitor (21) are calculated.
반면, DC 링크 커패시터(21)의 전압이 기 설정치 보다 작으면, 도 3의 (b)와 같이 전압 인가부(115)를 통해 DC 링크 커패시터(21)에 소정의 전압을 충전시키면서 DC 링크 커패시터의 전압 및 전류 변화 패턴을 확인하여 DC 링크 커패시터(21)의 정전 용량과 ESR을 산출한다. On the other hand, if the voltage of the DC link capacitor 21 is less than the preset value, the DC link capacitor 21 is charged with a predetermined voltage through the voltage application unit 115 as shown in (b) of FIG. 3. Check the voltage and current change patterns to calculate the capacitance and ESR of the DC link capacitor (21).
예를 들어, DC 링크 커패시터(21)의 정전 용량은 DC 링크 커패시터의 순간 전류 ic(t)와 순간 전압 vc(t)을 측정한 후, "
그리고 DC 링크 커패시터(21)의 ESR는 DC 링크 커패시터의 순간 전류 ic(t)와 순간 전압을 vc(t)를 측정하고 측정 저항의 저항값 R2를 확인한 후, "
더하여, DC 링크 커패시터(21)의 정전 용량 및 ESR은 단 한번 측정되는 것이 아니라, 소정의 시간 간격을 두고 여러 차례 측정될 수 있으며, 이들 값을 평균하여 최종 값을 산출 및 통보할 수도 있도록 한다. In addition, the capacitance and ESR of the DC link capacitor 21 are not measured just once, but can be measured multiple times at predetermined time intervals, and these values are averaged to calculate and report the final value.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 인버터 열화 진단 및 효율 보상 장치를 설명하기 위한 도면이다. Figure 4 is a diagram for explaining a solar inverter degradation diagnosis and efficiency compensation device according to another embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 장치(100)는 측정부(110), 효율 보상부(120), 제어부(130) 및 데이터 입출력부(140) 이외에 DC 링크 커패시터(21)와 측정부(110) 사이에 삽입된 전압 센서(151)와 한쌍의 전자 릴레이(152)로 구성되는 회로 보호부(150)를 더 포함한다. As shown in Figure 4, the device 100 of the present invention includes a DC link capacitor 21 and a measurement unit in addition to the measurement unit 110, the efficiency compensation unit 120, the control unit 130, and the data input/output unit 140. It further includes a circuit protection unit 150 consisting of a voltage sensor 151 inserted between 110 and a pair of electronic relays 152.
참고로, 태양광 발전이 일시 중단된 상태에도 다양한 외부 요인에 의해 태양광 인버터를 통해 고전압이 흐를 수 있는데, 이러한 경우 열화 진단 동작이 수행되면 스파크 발생과 같은 위험 상황이 발생할 수 있다. For reference, even when solar power generation is temporarily suspended, high voltage may flow through the solar inverter due to various external factors. In this case, if a deterioration diagnosis operation is performed, a dangerous situation such as spark generation may occur.
이에 본 발명은 회로 보호부(150)를 추가 구비하고, 이를 통해 열화 진단 스케쥴과 DC 링크 커패시터(21)의 고전압을 중복 체크함으로써, 위험 상황 발생 요소가 없는 안전한 상태에서만 열화 진단 동작이 수행될 수 있도록 한다. Accordingly, the present invention is additionally provided with a circuit protection unit 150, and through this, the deterioration diagnosis schedule and the high voltage of the DC link capacitor 21 are checked redundantly, so that the deterioration diagnosis operation can be performed only in a safe state without any risk factors. Let it happen.
이에 본 발명의 제어부(140)는 열화 진단 스케쥴에 기반하여 열화 진단 동작을 수행할 수 있는 시간인지 1차 확인한 후, 열화 진단 동작을 수행할 수 있는 시간이면, DC 링크 커패시터(21)의 전압을 확인하여 스파크 발생 위험이 있는 고전압 상태인지 2차 확인하도록 한다. Accordingly, the control unit 140 of the present invention first checks whether it is a time when the degradation diagnosis operation can be performed based on the degradation diagnosis schedule, and then, if it is a time when the degradation diagnosis operation can be performed, increases the voltage of the DC link capacitor 21. Make a second check to see if it is in a high voltage state that could cause sparks.
그리고 이들 확인 절차를 통해 열화 진단을 안전하게 수행할 수 있는 상태임이 확인되면, 한쌍의 전자 릴레이(152)를 통해 태양광 인버터내 DC 링크 커패시터(21)와 측정부(110)간을 전기적으로 연결함으로써, 열화 진단을 위한 측정 동작이 시작될 수 있도록 한다. And when it is confirmed that the deterioration diagnosis can be safely performed through these confirmation procedures, the DC link capacitor 21 in the solar inverter and the measuring unit 110 are electrically connected through a pair of electronic relays 152. , so that measurement operations for deterioration diagnosis can be initiated.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 열화에 따른 영향을 설명하기 위한 도면이다. Figure 5 is a diagram for explaining the effect of capacitor deterioration according to an embodiment of the present invention.
도 5에 도시된 바와 같이, 태양광 인버터에 구비된 DC 링크 커패시터가 열화되어 DC 링크 커패시터의 용량이 감소하면, 태양광 인버터의 효율, THD, MPPT 등도 이에 비례하여 변화됨을 알 수 있다. As shown in FIG. 5, when the DC link capacitor provided in the solar inverter deteriorates and the capacity of the DC link capacitor decreases, the efficiency, THD, and MPPT of the solar inverter also change proportionally.
이에 본 발명에서는 DC 링크 커패시터의 측정 용량에 기반하여 열화 정도를 진단 및 안내함으로써, 작업자가 커패시터 교체 필요성 및 시기 등을 파악하고 이에 따라 후속조치를 취할 수 있도록 한다.Accordingly, the present invention diagnoses and guides the degree of deterioration based on the measured capacity of the DC link capacitor, allowing workers to identify the need and timing of capacitor replacement and take follow-up measures accordingly.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 인버터 열화 상태 진단 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다. Figure 6 is a diagram for explaining the operation method of the solar inverter deterioration state diagnosis device according to an embodiment of the present invention.
먼저, 태양광 발전 시스템이 구동되면, 제어부(120)는 열화 진단 스케쥴에 기반하여 열화 진단 동작을 수행할 수 있는 시간인지 1차 확인한다(S1). First, when the solar power generation system is driven, the control unit 120 first checks whether it is time to perform a degradation diagnosis operation based on the degradation diagnosis schedule (S1).
열화 진단 동작을 수행할 수 있는 시간이면, DC 링크 커패시터(21)의 전압을 확인하여 위험 발생 가능 상황인지 2차 확인한다(S2). If it is time to perform the deterioration diagnosis operation, the voltage of the DC link capacitor 21 is checked to determine whether a dangerous situation is possible (S2).
단계 S1 및 단계 S2를 통해 열화 진단을 안전하게 수행할 수 있는 상태임이 확인되면(S3), 회로 보호부(150)의 전자 릴레이(152)를 통해 태양광 인버터내 DC 링크 커패시터(21)와 측정부(110)간을 전기적으로 연결한다(S4). When it is confirmed that the deterioration diagnosis can be safely performed through steps S1 and S2 (S3), the DC link capacitor 21 in the solar inverter and the measuring unit are connected through the electronic relay 152 of the circuit protection unit 150. (110) is electrically connected (S4).
그리고 측정부(110)를 통해 DC 링크 커패시터(21)의 정전 용량과 ESR을 측정한 후(S5), 이를 기반으로 열화 정도를 진단 및 통보한다(S6). Then, the capacitance and ESR of the DC link capacitor 21 are measured through the measurement unit 110 (S5), and the degree of deterioration is diagnosed and reported based on this (S6).
그리고 측정 용량과 정격 용량간의 편차가 기 설정치 이상이 되어 효율 보상이 필요한 상태가 되면(S7), 효율 보상부(180)의 전자 릴레이(122)를 통해 보상용 DC 링크 커패시터(121)를 DC 링크 커패시터(21)에 병렬 연결시킴으로써, 태양광 인버터의 효율이 원래의 정상치로 복구되도록 한다(S7). And when the deviation between the measured capacity and the rated capacity exceeds the preset value and efficiency compensation is required (S7), the compensation DC link capacitor 121 is connected to the DC link through the electronic relay 122 of the efficiency compensation unit 180. By connecting in parallel to the capacitor 21, the efficiency of the solar inverter is restored to its original normal value (S7).
더하여, 상기의 설명에서는 효율 보상 동작의 수행 여부를 자동 판단하는 경우에 한해 설명하였지만, 필요한 경우 사용자에게 측정 용량과 정격 용량간의 편차를 안내한 후, 사용자가 이에 상응하는 효율 보상을 요청하는 경우에 한해 상기의 효율 보상 동작을 수행할 수도 있도록 한다. 즉, 효율 보상 동작의 수행 여부를 사용자 개입하에 수동 판단할 수도 있도록 한다. In addition, in the above explanation, only the case of automatically determining whether or not to perform the efficiency compensation operation was explained. However, if necessary, after informing the user of the deviation between the measured capacity and the rated capacity, if the user requests corresponding efficiency compensation. It is also possible to perform the above efficiency compensation operation. In other words, it is possible to manually determine whether or not the efficiency compensation operation is performed through user intervention.
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.In the above, preferred embodiments of the present invention have been shown and described, but the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and may be used in the technical field to which the invention pertains without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Of course, various modifications can be made by those skilled in the art, and these modifications should not be understood individually from the technical idea or perspective of the present invention.
Claims (7)
보상용 DC 링크 커패시터를 구비한 효율 보상부; 및
DC 링크 커패시터의 정전 용량과 ESR에 따라 상기 태양광 인버터의 열화 정도를 산출한 후 디스플레이를 통보하거나 상태 진단 데이터로써 외부에 전송하되, 효율 저하 발생으로 인해 상기 DC 링크 커패시터의 정전 용량이 기 설정치 이하가 되면 상기 보상용 DC 링크 커패시터를 상기 DC 링크 커패시터에 선택적으로 병렬 연결시키는 제어부를 포함하며,
상기 측정부는
측정 저항;
상기 DC 링크 커패시터와 상기 측정 저항간 연결 여부를 결정하는 전자 릴레이;
상기 DC 링크 커패시터의 전압과 전류를 센싱하는 센서;
상기 DC 링크 커패시터를 충전시키기 위한 전압을 인가하는 전압 인가부; 및
상기 제어부에 의해 열화 진단이 요청되면, 상기 전자 릴레이를 통해 상기 DC 링크 커패시터와 상기 측정 저항간 연결시킨 후 상기 센서를 통해 상기 DC 링크 커패시터의 전압을 센싱하고, 센싱 전압이 기 설정치 이상이면 DC 링크 커패시터를 방전시키면서 상기 DC 링크 커패시터의 정전 용량과 ESR을 산출하고, 기 설정치 보다 작으면 상기 전압 인가부를 통해 상기 DC 링크 커패시터를 충전시키면서 상기 DC 링크 커패시터의 정전 용량과 ESR을 산출하는 측정 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 인버터 열화 진단 및 효율 보상 장치.Sensing the voltage of the DC link capacitor in the solar inverter, and calculating the capacitance and ESR of the DC link capacitor while discharging the DC link capacitor if the voltage of the DC link capacitor is higher than the preset value due to the surrounding lighting facility, otherwise, If not, a measuring unit that calculates the capacitance and ESR of the DC link capacitor while charging the DC link capacitor;
An efficiency compensation unit equipped with a DC link capacitor for compensation; and
The degree of deterioration of the solar inverter is calculated according to the capacitance and ESR of the DC link capacitor and then notified on the display or transmitted to the outside as status diagnosis data. However, due to a decrease in efficiency, the capacitance of the DC link capacitor is below the preset value. When , it includes a control unit that selectively connects the compensation DC link capacitor to the DC link capacitor in parallel,
The measuring part
measuring resistance;
an electronic relay that determines whether the DC link capacitor and the measurement resistance are connected;
A sensor that senses the voltage and current of the DC link capacitor;
a voltage application unit that applies a voltage to charge the DC link capacitor; and
When a deterioration diagnosis is requested by the control unit, the DC link capacitor and the measurement resistance are connected through the electronic relay, and then the voltage of the DC link capacitor is sensed through the sensor. If the sensing voltage is greater than a preset value, the DC link It includes a measurement processor that calculates the capacitance and ESR of the DC link capacitor while discharging the capacitor, and calculates the capacitance and ESR of the DC link capacitor while charging the DC link capacitor through the voltage application unit if it is less than a preset value. A solar inverter deterioration diagnosis and efficiency compensation device characterized by:
잔존 수명과 정격 용량 대비 현재 용량 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 태양광 인버터 열화 진단 및 효율 보상 장치.The method of claim 1, wherein the degree of deterioration is
A solar inverter deterioration diagnosis and efficiency compensation device characterized by at least one of remaining life and current capacity compared to rated capacity.
상기 DC 링크 커패시터의 순간 전류 ic(t)와 순간 전압을 vc(t)를 측정한 후, "
After measuring the instantaneous current i c (t) and the instantaneous voltage v c (t) of the DC link capacitor, "
상기 DC 링크 커패시터의 순간 전류 ic(t)와 순간 전압을 vc(t)를 측정하고 측정 저항의 저항값인 R를 확인한 후, "
After measuring the instantaneous current i c (t) and instantaneous voltage v c (t) of the DC link capacitor and checking the resistance value R of the measured resistance, "
DC 링크 커패시터의 전압을 측정하는 전압 센서와 상기 DC 링크 커패시터와 상기 측정부간 연결 여부를 결정하는 전자 릴레이를 포함하는 회로 보호부를 더 포함하며,
상기 제어부는
기 설정된 열화 진단 스케쥴과 상기 전압 센서의 센싱 전압을 중복 체크하여 열화 진단 수행 여부를 결정하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 인버터 열화 진단 및 효율 보상 장치.According to paragraph 1,
It further includes a circuit protection unit including a voltage sensor that measures the voltage of the DC link capacitor and an electronic relay that determines whether the DC link capacitor is connected to the measurement unit,
The control unit
A solar inverter degradation diagnosis and efficiency compensation device further comprising a function for determining whether to perform deterioration diagnosis by checking a preset deterioration diagnosis schedule and the sensing voltage of the voltage sensor.
상기 제어부를 통해 획득된 정보를 사용자와 외부 장치 중 적어도 하나에 안내하고, 사용자와 외부 장치 중 적어도 하나에 의해 입력되는 제어값을 상기 제어부에 전달하는 데이터 입출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 인버터 열화 진단 및 효율 보상 장치.According to paragraph 1,
Solar power, characterized in that it further comprises a data input/output unit that guides information obtained through the control unit to at least one of a user and an external device, and transmits a control value input by at least one of the user and an external device to the control unit. Inverter degradation diagnosis and efficiency compensation device.
상기 제어부를 통해 획득된 정보를 저장하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 인버터 열화 진단 및 효율 보상 장치.The method of claim 6, wherein the data input/output unit
A solar inverter deterioration diagnosis and efficiency compensation device further comprising a function for storing information obtained through the control unit.
Priority Applications (1)
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| KR1020230099734A KR102653583B1 (en) | 2023-07-31 | 2023-07-31 | Apparatus for diagnosing deterioration of solar inverter and compensating efficiency |
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2023
- 2023-07-31 KR KR1020230099734A patent/KR102653583B1/en active
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