KR20060010996A - 태양광발전 중앙감시시스템용 원격 터미널 유닛 - Google Patents

태양광발전 중앙감시시스템용 원격 터미널 유닛 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광 발전 시스템의 서로 다른 통신방법이 적용된 전력변환 장치의 프로토콜 사양을 동일방식으로 처리하며, 상위 서버에 전송하며 다양한 형태의 통신 방식을 지원하고 IP공유기능을 통해 단일 인터넷 회선으로 인터넷 사용과 태양광 발전시스템 데이터베이스 계측이 가능한 태양광발전 중앙감시시스템용 원격 터미널 유닛에 관한 것이다.
태양광발전, 원격 터미널 유닛(RTU), IP공유,

Description

태양광발전 중앙감시시스템용 원격 터미널 유닛{REMOTE TERMINAL UNIT FOR SOLAR PHOTOVOLTATIC POWER GENERATION CENTER MONITORING SYSTEM}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광발전 모니터링 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록 구성도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광발전 중앙감시시스템용 원격 터미널 유닛의 외관의 평면도, 정면도, 후면도 및 측면도를 나타낸 도면이다,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광발전 중앙감시시스템용 원격 터미널 유닛의 구성을 나타낸 블록 구성도 이다.
*도면의주요부분에대한부호의간단한설명*
110-1, ..., 110-n : 태양광발전 시스템 120-1, ..., 120-n : RTU
122-1, ..., 122-n : 컴퓨터 130 : 네트워크망
140 : 서버 150 : 중앙감시 모니터링 시스템
160 : 1 ∼ n 일반사용자 310 : IP 공유기
320 : 이더넷 통신부 330 : 데이터 수집부
340 : 프로세서
본 발명은 태양광발전 중앙감시시스템용 원격 터미널 유닛에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양광 발전 시스템의 서로 다른 통신방법이 적용된 전력변환 장치의 프로토콜 사양을 동일방식으로 처리하며, 상위 서버에 전송하며 다양한 형태의 통신 방식을 지원하고 IP공유기능을 통해 단일 인터넷 회선으로 인터넷 사용과 태양광 발전시스템 데이터베이스 계측이 가능한 태양광발전 중앙감시시스템용 원격 터미널 유닛에 관한 것이다.
최근에는 지구환경 문제의 심각화 및 이에 대한 관심도의 증대에 따라, 특히 CO2배출을 억제하기 위한 에너지 절약 방법에 대하여 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 전기 에너지에 대해서는 원자력 발전이나, 태양광 발전, 조력, 풍력 등의 필요성이 대두되고 있으나, 여전히 화석연료를 사용하는 화력 발전에 대부분의 발전전력을 의존하고 있다. 한편, 화석 연료의 사용량을 줄이게 되면, CO2 배출이 줄어들게 되어 환경 등에 유익하지만, 아직은 그 필요성에 비하여 자연을 이용한 발전설비에 대한 제어 및 효율성의 부족으로 현실화가 어렵다. 또한, 원자력 발전은 원자력발전을 하고 이후에 찌꺼기로 남는 원자력부산물 들을 처리하기가 곤란하며, 또한, 원자력으로 인한 방사선 등의 유출 위험성이 상존하기 때문에 매우 위험하다. 이와 같은 화석 연료를 이용한 화력발전 및 원자력발전의 위험성을 극복하기 위하여 무공해 자연을 이용한 조력발전, 풍력발전 및 태양광발전 등의 설비 등이 개발되어 있으나, 그 실효성, 항시성 및 환경 문제 등으로 인하여 그 비중이 매우 낮다. 그러나, 우리나라의 경우는 맑은 날이 많으며, 또한, 일조량이 충분하므로 이중 가장 실현 가능성이 있는 것은 태양광발전이라고 할 수 있다.
그러나, 종래에는 태양광발전이 그 규모가 작을 뿐만 아니라, 그 발전량이 원자력이나, 화력발전에 비하여 고정적인 공급이 힘들기 때문에 개별적으로 운영되어 이를 타 발전설비와 연동하여 효율적으로 이용하지 못하는 문제점이 있었다. 즉 이와 같은 태양광발전 설비를 중앙에서 제어하여 발전량을 예측하고 이를 타 발전설비와 연동하여 이용함으로써, 발전량을 예측할 수 있다면, 화석연료를 절약시킬 수 있을 것이며, 이에 따라 그에 대한 필요성이 대두되고 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하고 전술한 필요성을 충족시키기 위하여 제안된 것으로, 전국에 설치된 태양광발전 시스템의 운전상태를 네트워크망을 이용시에 수용가의 발전량 측정장비로부터 발전량 정보를 인터넷을 통하여 수집하기 위한 태양광발전 중앙감시시스템용 원격 터미널 유닛을 제공하는 데에 그 목적이 있는 것이다.
또한, 본 발명은 수용가에서 사용하고 있는 태양광 발전을 측정하는 측정장비와는 시리얼 통신으로 연결하여 측정 데이터를 수시로 수집하고, 시리얼 통신으로 수신한 측정 데이터를 인터넷망을 통해 상위 시스템에 TCP/IP 프로토콜을 통하여 기존의 인터넷 통신을 하면서 인터넷 회선을 IP 공유기능을 제공하여 발전량 정보를 동시에 전송할 수 있는 태양광발전 중앙감시시스템용 원격 터미널 유닛을 제공하는 데에 그 목적이 있는 것이다.
또한, 본 발명은 상위 서버의 고장 또는 통신장애로 인하여 데이터 전송이 불가능할 경우 태양광발전 중앙감시시스템용 원격 터미널 유닛 내부에 저장하였다가 통신이 가능하게 되면, 상위서버로 태양광 발전 측정 데이터를 자동으로 전송토록 하는 태양광발전 중앙감시시스템용 원격 터미널 유닛을 제공하는 데에 그 목적이 있는 것이다.
본 발명은 다수의 태양광발전 시스템, 태양광 발전 시스템과 네트워크 망 사이에 연결된 다수의 RTU, 다수의 RTU와 연결된 다수의 컴퓨터, 네크워크망, 서버, 중앙감시 모니터링 시스템 및 관련기관으로 구성된 태양광발전 중앙감시시스템용 원격 터미널 유닛에 있어서, 네트워크망의 회선과 연결되어 네트워크망을 통해 고유의 ip를 할당받고 연결된 다수의 컴퓨터 및 RTU 자신에게 가상 ip를 나눠주는 IP 공유기와, IP 공유기와 연결되어 IP 공유기에서 수신되는 시리얼 데이터를 이더넷으로 연결하여 주며, 태양광발전 시스템 내에 구성된 측정장비에서 수신되는 측정 데이터를 수신하는 이더넷 통신부와, 이더넷 통신부와 연결되어 이더넷 통신부를 통해 수신된 측정 데이터를 저장하는 데이터 수집부와, 데이터 수집부에 저장된 측정 데이터를 패킷화하고, 측정 데이터 전송시에 네트워크망, 중앙감시 시스템, 서버 및 불특정 다수의 일반 사용자로 측정데이터가 전송되었는 지의 여부를 확인하고 전송되지 않은 경우에는 주기적으로 체크하여 정상적으로 동작하는 경우 데이터 수집부에 저장된 기 측정 데이터를 전송하도록 제어하는 프로세서로 구성된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광발전 모니터링 장치의 개략적인 구 성을 나타낸 블록 구성도 이다.
도 1을 참조하여 보면, 태양광발전 모니터링 시스템은 다음과 같이 구성된다. 먼저 도 1은 크게 태양광발전 시스템의 아날로그 데이터와 접점 데이터를 수집하여 먼저, 다수의 태양광발전 시스템(110-1, ..., 110-n), 태양광 발전 시스템(110-1, ..., 110-n)과 네트워크망(130) 사이에 연결된 다수의 RTU(120-1, ..., 120-n), 다수의 RTU(120-1, ..., 120-n)와 연결된 다수의 컴퓨터(122-1, ..., 122-n), 네크워크망(130), IDC(140), 중앙감시 모니터링 시스템(150) 및 관련기관(160)으로 구성된다.
이중 태양광발전 시스템(110-1, ..., 110-n)은 태양전지(112-1, ..., 112-n), 접속함(114-1, ..., 114-n) 및 인버터(116-1, ..., 116-n)로 구성된다.
태양전지(112-1, ..., 112-n)는 태양으로부터 입사되는 빛에너지를 전기에너지로 변환하여 수집하는 역할을 수행한다.
접속함(114-1, ..., 114-n)은 태양광발전 시스템(110-1, ..., 110-n)의 어레이를 접속한다.
인버터(116-1, ..., 116-n)는 접속함(114-1, ..., 114-n)으로부터 태양광발전 시스템(110-1, ..., 110-n)의 아날로그 데이터와 접점 데이터를 수집하여 수신하고, 이를 네트워크망(130)을 통해 중앙감시모니터링 시스템(150) 및 서버(140)로 전송하며, 태양전지(112-1, ..., 112-n)에 의해 직류로 변환된 전기에너지를 교류에너지로 변환시킨다.
RTU(Remote Terminal Unit)(120-1, ..., 120-n)는 태양광발전 시스템을 구현 하기 위해 개발한 장비로서 인버터(116-1, ..., 116-n)로부터 시리얼 통신을 통하여 태양광발전 시스템의 아날로그 데이터와 접점 데이터를 실시간으로 수집하여 상위의 데이터베이스 서버(142)로 전송한다.
RTU(120-1, ..., 120-n)는 네크워크망(130)을 통하여 상위의 데이터베이스 서버(142)와 TCP/IP 프로토콜에 의해 데이터를 전송한다. 또한, RTU(120-1, ..., 120-n)는 IP 공유기능을 내장시키도록 하여 기존의 네트워크망(130)을 통해 태양광발전 시스템(110-1, ..., 110-n)을 모니터링할 수 있다. 또한, RTU(120-1, ..., 120-n)의 크기가 작아서 설치 공간을 많이 차지하지 않으며 컴퓨터(122-1, ..., 122-n) 및 인버터(116-1, ..., 116-n)와의 연결이 쉽고 간단하다.
서버(140)는 DB 서버(142)와 웹서버(144)가 구성되어 있다.
데이터베이스 서버(142)는 데이터베이스 관리 툴을 이용하여 전국에 설치되어 있는 RTU(120-1, ..., 120-n)로부터 실시간 데이터 수집하여 사용자의 설정 주기에 따른 이력데이터를 데이터베이스에 저장시키며, 시스템 운영을 위해 필요한 사이트 정보, 데이터 항목 정보, 운영자 정보 데이터베이스 구축되어 중앙감시 모니터링 시스템과 웹 서버에 실시간 데이터 및 이력 데이터 및 저장 프로시저에 의한 통계 데이터 생성하고 이를 제공한다.
웹서버(144)는 DB 서버(142)의 데이터베이스에 접속하여 인터넷 상에서 사용자가 조회하고자 하는 데이터를 서비스한다. 또한, RUT(120-1, ..., 120-n)에 연결된 컴퓨터(122-1, ..., 122-n)를 가 네트워크망(130)을 통하여 태양광발전의 전국 발전현황 조회, 전국 발전현황 조회에 따른 지역별 발전현황 조회, 각 사이트별 발 전현황 조회, 사이트별 운영자 정보 통제, 태양광발전 시스템 계통도 조회, 태양광발전현황 상세정보 조회, 발전현황 그래프 조회, 사이트 설치정보 조회 기능 및 시스템 상태감시 등을 조회하여 볼 수 있도록 하였다. 또한, 전술한 조회에 따른 대응하는 보고서를 일보, 월보 및 연보에 따라 출력할 수 있도록 구성한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광발전 중앙감시시스템용 원격 터미널 유닛의 외관의 평면도, 정면도, 후면도 및 측면도를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하여 보면, 인버터와 시리얼 통신을 통하여 태양광 발전시스템의 데이터를 실시간으로 수집하는데, 이와 같은 시리얼 통신은 시리얼 포트(240)를 통해 연결된다.
그리고 정면도의 WAN(210), LAN A(220) 및 LAN B(230)는 접속구를 나타내며, TP 케이블을 규격에 맞게 연결하여 사용한다.
일반적으로 RTU(120-1)는 RS-422 통신을 이용하여 태양광 발전 시스템(110-1) 내부의 인버터(116-1)와 통신을 수행한다. RS-422는 RS-232C보다 장거리, 고속용 규격이다. 전송 거리는 최대 1.2km, 전송 속도는 최대10Mbps까지 가능하다. 단, 거리와 속도를 동시에 최대로 할 수는 없다,
장거리, 고속의 전송을 하기 위해 RS422에서는 신호선을 종단하여 반사를 억제하고, 노이즈에 강한 높은 평형 전송을 채택하고 있다. 이때 사용되는 케이블은 누화를 줄이기 위해서 일반적으로 꼬임선을 사용한다. RS-422는 균형 회로를 지원하므로 신호를 위해 각각 2개의 분리된 선, 다시 말해서 송신과 수신 선을 필요로 하기 때문에 회로는 2배로 늘어나게 된다. 그러나 수신기는 입력으로 들어오는 2개 의 신호차이로서 데이터를 인지하므로 잡음이 발생하더라도 2개의 잡음 자체의 편차가 데이터들의 편차와 다르기 때문에 데이터로 인지하지 않게 된다. 그러므로 잡음에 의해 기준 전위가 변동되는 RS-232C보다 전송률을 높일 수 있다. 이 때 포트는 도시된 시리얼 A(240-1)와 시리얼 B(240-2) 포트를 사용하여 연결한다.
또한, 네트워크망과는 WAN(210), LAN A(220) 및 LAN B(230) 포트를 통해 연결한다. 네트워크망(130)은 주지하는 바와 같이 다양한 종류의 네트워크망이 있으며, 이중 가장 일반적이며 광범위하게 분포하여 있는 것이 인터넷이다. 그러나, 전용망을 사용하여 연결할 수도 있다. 또한, 이와 같은 네트워크망(130)에는 xDSL, 케이블모뎀, T1, 2, 3라인, E1, 2, 3라인 등의 선로를 통해서 접속할 수 있다.
RTU(120-1)는 인버터(116-1)로부터 데이터를 수집하기 위하여 시리얼 통신방식으로 인버터와 연결되어 데이터를 수집한다. 인버터(116-1)와의 통신 프로토콜은 각 인버터(116-1) 고유의 통신 프로토콜을 내장하며 DB 서버와의 통신은 TCP/IP 방식으로 데이터 통신을 수행하며 고유의 통신 프로토콜을 사용한다.
인버터 통신 프로토콜은 장비의 종류에 따라 달라질 수 있다. 다음은 인버터 프로토콜의 한가지 예이다.
통신 사양은 비동기(Asyncronus) 모드이다. 일정 길이의 데이터를 전송할 때, 에러 발생을 줄이기 위해 프로토콜을 형성하여 통신을 수행한다.
판독의 경우에는 외부로부터 인버터로 전송되는 통신 프로토콜의 사양은 다음의 표 1과 같다.
ENQ 국번 CMD 번지 갯수 체크섬(CK_SUM) EOT
1byte 2 byte 1 byte 4 byte 2 byte 4 byte 1 byte
판독의 경우 인버터로부터 외부로 전송되는 통신 프로토콜의 사양은 다음의 표 2와 같다.
ACK 국번 CMD 번지 DATA(n) 체크섬(CK_SUM) EOT
1byte 2 byte 1 byte 4 byte 4*n byte 4 byte 1 byte
RTU(120-1)는 인버터(116-1)와 직렬 통신시에 마스터로서 응답을 요구하며 인버터(116-1)는 슬레이브로서 응답하도록 구성하였다. 프로토콜의 형성에 사용한 모든 코드는 ASCII코드를 사용 하였고 각각의 의미는 표와 같다. ENQ와 ACK는 시작 바이트이고, 국번은 각 인버터(116-1) 고유의 번호이다. CMD는 판독 혹은 기록을 나타낸다. 번지는 인버터(116-1)의 메모리 시작 번지를 나타내며, 갯수는 시작 번지부터 워드(WORD) 단위로 판독(READ)하거나 기록(WRITE)한 인버터(116-1)의 메모리 갯수를 나타낸다. 데이터는 판독한 내용이나 기록할 내용을 나타낸다. CK_SUM은 시작 바이트와 마지막 바이트를 제외한 모는 코드를 더한 값으로 구성되며 EOT(End Of Transmission)는 마지막 바이트이다.
다음의 표 3은 프로토콜 코드에 대한 설명이다.
명칭 설 명
ENQ Enquiry(05), 상대방의 응답요구
ACK Acknowledge(06), 수신된 정보 메시지에 대한 긍정 응답
국번 해당 인버터 국번(#n), 00h-1fh를 ASCII코드로 변환
CMD Read/Write Command, Read(R/52), Write(W/57)
번지 Read/Write의 시작 번지, 0000h-ffffh를 ASCII코드로 변환
갯수 Read 번지 갯수, 00h-ffh를 ASCII코드로 변환
DATA Read한 내용이나 Write할 내용, word를 기본 단위로 ASCII코드로 변환
CK_SUM NQ,ACK,EOT를 제외한 코드를 모두 더한 16bit 값을 ASCII코드로 변환
E0T End of Transmission(04), 전송의 종료
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광발전 중앙감시시스템용 원격 터미널 유닛의 구성을 나타낸 블록 구성도 이다.
IP 공유기(310), 프로세서(340), 이더넷 통신부(320) 및 데이터 수집부(330)로 구성된다.
IP 공유기(310)는 네트워크망(130)의 회선과 연결되어 네트워크망(130)을 통해 고유의 ip를 할당받고 연결된 다수의 컴퓨터(122-1, ..., 122-n) 및 RTU(122-1, ..., 122-n) 자신에게 가상 ip를 나눠주는 역할을 한다. 따라서, 컴퓨터(122-1, ..., 122-n)를 통해 네트워크망(130)과 연결시켜 주는 동시에 태양광발전 시스템(110-1, ..., 110-n)에서 수신된 측정 데이터를 네트워크망(130)을 통해 상위의 IDC(140) 내의 데이터베이스 서버(142) 및 중앙 감시 모니터링 시스템(150)에 측정데이터를 전송할 수 있다.
이더넷 통신부(320)는 IP 공유기(310)와 연결되어 IP 공유기(310)에서 수신되는 시리얼 데이터를 이더넷으로 연결하여 주는 기능을 갖는다. 또한, 이더넷 통신부(320)는 태양광발전 시스템(110-1) 내에 구성된 측정장비에서 수신되는 발전량 정보를 포함하는 측정 데이터를 수신한다.
데이터 수집부(330)는 이더넷 통신부(320)와 연결되어 이더넷 통신부(320)를 통해 수신된 측정 데이터를 저장한다.
프로세서(340)는 데이터 수집부(330)에 저장된 측정 데이터를 패킷화하고, 측정 데이터 전송시에 상위의 네트워크망(130), 중앙감시 시스템(150), IDC(140) 및 관련기관(160)으로 측정데이터가 전송되었는 지의 여부를 확인하고 전송되지 않 은 경우에는 상위의 네트워크망(130), 중앙감시 시스템(150), 서버(140) 및 관련기관(160)을 주기적으로 체크하여 정상적으로 동작하는 경우에는 데이터 수집부(330)에 저장된 해당 측정 데이터를 전송하도록 제어한다.
본 발명은 인터넷을 사용하고 있는 태양광 발전 시스템 수용가의 발전량 정보를 인터넷망을 이용하여 상위의 데이터베이스 서버, 중앙감시 모니터링 시스템 및 관련기관에 데이터를 전송함으로써, 태양광발전 시스템에서 발전하는 발전량을 총체적으로 집계하여 관리할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 RTU와 연결하는 장비들이 시리얼 통신 타입을 지원하는 경우면, 통신 프로토콜의 수정하여 이기종 네트워크 연결을 연결하고, 측정장비를 통해 데이터를 수집할 수 있으므로 범용성이 향상되는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 다수의 태양광발전 시스템(110-1, ..., 110-n), 태양광 발전 시스템과 네트워크 망 사이에 연결된 다수의 RTU(120-1, ..., 120-n), 다수의 RTU(120-1, ..., 120-n)와 연결된 다수의 컴퓨터(122-1, ..., 122-n), 네크워크망(130), IDC(140), 중앙감시 모니터링 시스템(150) 및 관련기관(160)으로 구성된 태양광발전 중앙감시시스템용 원격 터미널 유닛에 있어서,
    상기 네트워크망(130)의 회선과 연결되어 상기 네트워크망(130)을 통해 고유의 ip를 할당받고 연결된 상기 다수의 컴퓨터(122-1, ..., 122-n) 및 상기 RTU(122-1, ..., 122-n) 자신에게 가상 ip를 나눠주는 IP 공유기(310)와;
    상기 IP 공유기(310)와 연결되어 상기 IP 공유기(310)에서 수신되는 시리얼 데이터를 이더넷으로 연결하여 주며, 상기 태양광발전 시스템(110-1) 내에 구성된 측정장비에서 수신되는 측정 데이터를 수신하는 이더넷 통신부(320)와;
    상기 이더넷 통신부(320)와 연결되어 상기 이더넷 통신부(320)를 통해 수신된 측정 데이터를 저장하는 데이터 수집부(330)와; 상기 데이터 수집부(330)에 저장된 측정 데이터를 패킷화하고, 측정 데이터 전송시에 상기 네트워크망(130), 상기 중앙감시 시스템(150), 상기 IDC(140) 및 상기 관련기관(160)으로 측정데이터가 전송되었는 지의 여부를 확인하고 전송되지 않은 경우에는 주기적으로 체크하여 정상적으로 동작하는 경우 상기 데이터 수집부(330)에 저장된 상기 측정 데이터를 전송하도록 제어하는 프로세서(340)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광발전 중앙 감시시스템용 원격 터미널 유닛.
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