KR20080101940A - 솔라 인버터들을 위한 통신 구조 - Google Patents

솔라 인버터들을 위한 통신 구조 Download PDF

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지멘스 악티엔게젤샤프트 외스터라이히
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Abstract

본 발명은 전송 매체를 포함하는 적어도 두 개의 솔라 인버터들(KM,KS1...KSn 및 KM1,KM2,KS11...KS1n,KS21...KS2m)을 위한 통신 구조에 관한 것이고, 상기 통신 구조에 의해 적어도 두 개의 솔라 인버터들 각각(KM,KS1...KSn 및 KM1,KM2,KS11...KS1n,KS21...KS2m)은 LAN 인터페이스를 통하여 통신 네트워크(KM)에 각각 접속되는 솔라 인버터들의 제 1 그룹(KM 또는 KM1,KM2), 및 직렬 인터페이스들을 통하여 제 1 그룹에 접속되는 솔라 인버터들의 추가 그룹(KS1...KSn 또는 KS11...KS1n,KS21...KS2m)을 가진 통신 네트워크(KN)에 접속된다. 그러므로 두 개의 다른 네트워크 타입들은 제공되고, 제 1 타입은 짧은 거리들에 걸쳐 급속 데이터 전송을 가는 표준 LAN 기술들에 적당하고, 제 2 타입은 긴 거리들에 걸쳐 간섭 둔감 데이터 전송에 적당하다.

Description

솔라 인버터들을 위한 통신 구조{COMMUNICATIONS STRUCTURE FOR SOLAR INVERTERS}
본 발명은 적어도 두 개의 솔라 인버터들 각각이 통신 네트워크에 접속되는 전송 매체로 구성된 적어도 두 개의 솔라 인버터들을 위한 통신 구조에 관한 것이다. 본 발명은 추가로 통신 구조를 동작시키기 위한 방법에 관한 것이다.
솔라 인버터들은 솔라 패널들에 의해 전달되는 직류 전류를 공용 전력 네트워크 또는 독립형 전력 네트워크에 공급하기 위한 교류 전류로 전환하기 위하여 사용된다. 상기 경우들에서 솔라 인버터들은 일반적으로 동작 상태가 검출되고 기록될 뿐 아니라, 다양한 구성 옵션들을 특징으로 하는 측정 회로를 특징으로 한다. 데이터 측정(예를들어, 입력 전압 곡선, 전환된 에너지 등등) 및 세팅들 변화(예를들어 예비 시간들)에 대한 요구는 입력/판독 장치에 솔라 인버터의 직접적인 접속을 통하여 또는 통신 네트워크로의 접속에 의해 이루어진다. 솔라 인버터의 직접적인 접속인 경우에서 입력/판독 장치는 통신 네트워크의 노드를 형성하고 데이터는 물리적 구조를 통하여 전송된다. 월드 와이드 웹은 통상적으로 통신 네트워크로서 사용되지만, 인터넷 또는 익스트라넷은 또한 사용될 수 있다.
종래 기술에 따라 광기전성 시스템은 장치의 모든 솔라 인버터들이 접속되는 중앙 통신 설비 또는 각각의 솔라 인버터가 통신 네트워크에 직접적인 접속을 허용하는 독립된 통신 유니트를 가진다.
따라서 DE 198 59 732 A1은 예를들어 다수의 솔라 모듈들 및 중앙 센터를 가진 광기전성 시스템을 기술하고, 각각의 솔라 모듈은 하나의 인버터가 할당되고 각각의 인버터는 ac 전력 라인을 통하여 제어 센터에 접속된다. 솔라 모듈들에 의해 생성된 데이터 또는 또한 에너지 모두는 시분할 멀티플렉싱 방법을 사용하여 전송된다. 상기 경우들에서 개별 인버터들은 제어 센터를 통하여 공용 전력 네트워크에만 접속될 수 있다; 그러므로 전체적으로 상기 장치는 제어 센터가 올바르게 동작할때만 기능한다. 이 경우 데이터 전송은 각각의 인버터들과 함께 솔라 모듈들의 동작 상태의 진단만을 위하여 사용된다. 제어 명령들(예를들어, 스위치 온/스위치 오프)은 제어 센터에서 세팅들을 변화시킴으로써 전체적으로 장치를 위해서만 가능하고, 개별 솔라 인버터들을 제어할 수 있도록 제공되지 않는다.
US 2004/0027004 A1은 분산된 전력 생성 유니트들을 위한 일반적인 통신 구조를 개시한다. 이 경우 각각의 전력 생성 유니트 또는 다수의 전력 생성 유니트들 그룹 각각은 마이크로제어기를 가지며, 모든 마이크로제어기들은 통신 네트워크에 접속된다. 통신 네트워크에 접속을 위하여 각각의 마이크로제어기는 통신 유니트(예를들어, 모뎀)를 가지며, 상기 통신 유니트를 통하여 통신 프로세스들이 처리된다. 상기 통신 구조는 각각의 마이크로제어기가 적어도 하나의 전화 라인 또는 네트워크 케이블을 통하여 통신 네트워크에 접속되는 것을 요구한다. 이들 라인들은 대부분 매우 얇고 많은 스트랜드들(strands)을 가지며, 이것은 케이블의 손상을 방지하기 위하여 상기 라인들을 깔 때 큰 주의가 요구되는 것을 의미한다. 이런 형태의 자연적으로 설치될 솔라 모듈들을 위한 인버터들의 케이블링은 지방 및 빌딩들에 산재되고 종종 자유롭게 액세스할 수 없고, 그러므로 특정 비용이 수반된다. 이더넷 접속으로 인해 라인들의 길이는 대응 리피터들(repeater) 없이 제한된다.
그러므로 본 발명의 근본 목적은 종래 기술과 비교하여 개선된 솔라 인버터들을 위한 통신 구조를 제공하는 것이다.
본 발명에 따라 이 목적은 시작부에서 언급된 형태의 통신 구조에 의해 달성되고, 솔라 인버터들의 제 1 부분은 각각의 경우 LAN 인터페이스를 통하여 통신 네트워크에 접속되고 솔라 인버터들의 추가 부분은 직렬 인터페이스들을 통하여 제 1 부분에 접속된다.
이런 해결책의 장점은 광기전성 장치 내에서, 효율적인 접속이 예를들어 LAN 인터페이스들을 통하여 월드 와이드 웹 같은 통신 네트워크에 대해 이루어질 수 있다는 사실에 있다. 위 및 아래에서 추가 부분은 전화 라인 또는 네트워크 케이블보다 강건하고 보다 큰 거리들에 걸쳐 설치될 수 있는 간단한 전달 매체(예를들어, 두 개의 와이어 라인)를 가진 직렬 인터페이스들을 통하여 제 1 부분에 접속된다. 또한 두 개의 다른 네트워크 타입들이 있고, 제 1 타입은 짧은 거리들에 걸쳐 빠른 데이터 전송을 가진 표준 LAN 기술에 적당하고 제 2 타입은 먼 거리들에 걸쳐 간섭 둔감 데이터 전송에 적당하다.
본 발명의 바람직한 변형은 통신 네트워크에 접속되는 솔라 인버터들이 각각의 경우 통신 마스터들로서 구현되고 추가 솔라 인버터들이 통신 슬레이브들로서 구현되는 것이 제안된다. 그 다음 제 1 네트워크 타입은 통신 마스터 및 통신 네트워크 사이의 통신에 최적화되고 제 2 네트워크 타입은 통신 마스터 및 통신 슬레이브들 사이의 통신에 최적화된다. 이런 방식으로 액세스는 통신 네트워크의 노드들로서 구현되는 통신 장치들을 통하여 모든 솔라 인버터들에 대해 가능하다. 따라서 한편으로 각각의 솔라 인버터의 측정값 또는 상태 데이터는 검색되고 다른 한편 제어 데이터의 전달에 의해 각각의 솔라 인버터상에서 세팅들의 변화가 이루어진다. 상기 경우들에서 솔라 인버터들의 제 1 부분에 대해 직접적인 액세스가 존재하고, 추가 솔라 인버터들 액세스는 통신 마스터로서 구현된 솔라 인버터를 통하여 마스터-슬레이브 원리에 따른다. 상기 경우들에서 통신 마스터들만이 웹 서버들로서 구현되거나, 통신 슬레이브들은 웹 서버들로서 구현되고 통신 마스터들은 라우터 기능을 나타낸다.
LAN 인터페이스가 이더넷 인터페이스로서 구현되고 직렬 인터페이스가 EIA-485 인터페이스로서 구현되는 것은 더욱 바람직하다. 양쪽 인터페이스들은 매우 넓게 사용되고 신뢰성 있고, 이더넷 인터페이스는 특히 개방된 공중에서 보다 긴 접속들을 통한 강건한 접속을 위하여 통신 네트워크 및 EIA-485 인터페이스와의 효과적인 통신에 적당하다.
또한 적어도 하나의 예비 통신 마스터가 각각의 통신 마스터를 위하여 제공되는 것은 바람직하고, 상기 예비 유니트는 정상 동작시 통신 슬레이브로서 동작하고 에러가 발생하는 경우 통신 마스터의 기능을 나타낸다. 그 다음 예비 통신 마스터는 통신 마스터의 결함시 활성화되는 직접적인 LAN 접속을 가지므로 데이터가 상기 장치내의 각각의 솔라 인버터와 계속 교환될 수 있다.
본 발명의 다른 버젼은 통신 네트워크 및 통신 마스터 사이에 라우터가 접속되는 것이다. 그 다음 서로 공간적으로 근접하여 배열된 다수의 광기전성 장치들은 공유된 라우터를 통하여 통신 네트워크로 장치 당 적어도 하나의 통신 마스터와 링크될 수 있다. 이것은 장치들 사이의 통신 링크들을 간략화하고 개별 솔라 인버터들의 효율적인 어드레싱을 발생시킨다.
추가 장점들은 만약 제 1 부분의 솔라 인버터들 및 또한 추가 부분의 솔라 인버터들 모두가 구성적으로 동일하면 발생된다. 한편으로는 이것은 솔라 인버터들의 제조를 단순화하고 보다 융통성 있는 광기전성 장치들의 구조화를 이룬다. 예를들어 모든 솔라 인버터들은 직렬 인터페이스를 통하여 함께 접속될 수 있고 통신 네트워크 접속부에 공간적으로 가장 가까운 각각의 솔라 인버터는 통신 마스터로서 정의된다. 예비 표준 마스터들의 감응도는 또한 이런 방식으로 쉽게 변형될 수 있다.
본 발명의 통신 구조는 모든 데이터가 통신 네트워크로부터 LAN 인터페이스들을 통하여 이들 마스터들에 의해 수집된 통신 마스터들로서 구현된 솔라 인버터들로 전송되고 이런 데이터가 어드레스 할당에 따라 통신 슬레이브들로서 구현된 솔라 인버터들에 전송에 의해 동작된다. 게다가 통신 슬레이브로서 구현된 솔라 인버터의 데이터는 통신 마스터로서 구현된 솔라 인버터에 의해 검색되고 LAN 인터페이스를 통하여 통신 네트워크의 노드로 전송된다. 따라서 통신 마스터는 모든 솔라 인버터들에 대한 웹 서버로서 기능하고, 이것은 저장 기능들이 예를들어 통신 마스터를 중심으로 실행될 수 있다는 것을 의미한다. 상기 경우들에서 각각의 통신 마스터 및 각각의 통신 슬레이브는 임의의 시간에, 예를들어 e-메일로서 자체적으로 통신 네트워크에 정보를 전송할 수 있다.
본 발명의 통신 구조를 동작시키기 위한 다른 방법은 모든 데이터가 통신 네트워크로부터 통신 마스터들로서 구현된 솔라 인버터들을 통하여 어드레스 할당에 따라 통신 슬레이브들로서 구현된 솔라 인버터들에 전송되게 하고, 통신 슬레이브들로서 구현된 솔라 인버트들로부터 전송된 상기 데이터가 통신 마스터들로서 구현된 할당된 솔라 인버터들을 통하여 통신 네트워크의 노드로 전송되게 한다. 상기 경우들에서 각각의 솔라 인버터는 웹 서버로서 활성화되고 그 자신의 데이터 자체를 관리한다. 통신 마스터는 이 경우 라우터로서 사용하고, 할당된 솔라 인버터 어드세스들에 따라 데이터를 분배한다.
양쪽 방법들에서, 정상 동작시 하나의 통신 마스터에 할당된 통신 슬레이브들의 모든 데이터가 각각의 경우 이런 통신 마스터를 통하여 처리되고, 이런 통신 마스터에 결함이 발생하는 경우, 모든 데이터는 예비 통신 마스터를 통하여 처리되는 것은 바람직하다.
본 발명은 동봉된 도면들을 참조하는 예들을 사용하여 하기에 설명된다. 도면들은 다음 개략적인 도면들을 도시한다.
도 1은 광기전성 장치의 통신 구조를 도시한다.
도 2는 두 개의 스트링들(string) 및 라우터를 가진 광기전성 장치의 통신 구조를 도시한다.
도 1은 광기전성 장치에 대한 통신 구조의 본 발명의 변형을 도시하고, 개별 솔라 인버터들(KM,KSA...KSn)은 접속된 솔라 패널들 및 전력 네트워크에 대한 전력 접속들 없이 간략화되게 도시되었다. 개별 솔라 인버터들(KM,KS1...KSn)은 예를들어 5KW 까지의 출력을 가진 솔라 패널들에 할당되어, 효율적인 장치는 공간적으로 근접하여 다수의 솔라 인버터들을 포함한다. 솔라 슬레이브들(KS1 내지 KSn)로서 구현된 솔라 인버터들은 이 경우 직렬 네트워크들에 적당한 전달 매체(b)를 통하여 버스와 호환성을 가진 직렬 인터페이스(예를들어, EIA-485 인터페이스)를 통하여 서로 접속된다. 직렬 네트워크들에 적당한 전달 매체(b)는 예를들어 두 개의 와이어 구리 케이블일 수 있고, EIA-485 인터페이스는 반방향 모드로 동작한다.
상기 경우들에서 예를들어 하나의 장치에 배열된 100개의 통신 슬레이브들(KS1 내지 KSn)이 있을 수 있고, 개별 솔라 인버터들 사이의 거리는 1km 정도일 수 있다. 직렬 네트워크들에 적당한 전달 매체(b)의 한쪽 단부는 통신 마스터(KM)로서 구현된 솔라 인버터의 직렬 인터페이스에 접속된다.
통신 마스터(KM)로서 구현된 솔라 인버터는 LNA 네트워크들에 적당한 전달 매체를 가진 부가적인 LAN 인터페이스를 통하여 통신 네트워크(KN)에 접속된다. LAN 네트워크들에 적당한 이런 전달 매체는 예를들어 네트워크 케이블이고, 통신 마스터(KM)는 이더넷 인터페이스를 통하여 통신 네트워크(KN)에 접속된다. 그러나 통신 마스터(KM)는 모뎀을 통하여 통신 네트워크(KN)에 접속되고, LNA 네트워크들에 적당한 전달 매체는 전화 케이블이다.
통신 슬레이브(KS1)로서 구현된 솔라 인버터는 LAN 네트워크들에 적당한 전달 매체를 가진 LAN 인터페이스를 통하여 통신 네트워크(KN)로 스위칭된다. 그 다음 통신 슬레이브(KS1)는 예비 통신 마스터로서 사용하고, 만약 추후 결함이 발생하면 통신 마스터(KM)의 기능을 가진다. 이중 안전 장치의 능력들을 증가시키기 위하여, 추가 통신 슬레이브들은 또한 예비 통신 마스터들로서 LAN 인터페이스를 통하여 LAN 네트워크들에 적당한 전달 매체를 가진 통신 네트워크(KN)에 접속될 수 있다.
도 2는 두 개의 스트링들을 가진 광기전성 장치를 도시하고, 각각의 스트링은 통신 슬레이브들(KS11...KS1n 또는 KS21...KS2m)로서 할당된 솔라 인버터들을 가진 통신 마스터(KM1,KM2)로서 구현된 하나의 솔라 인버터로 구현된다. 동일한 장치는 또한 각각의 경우 하나 또는 그 이상의 스트링들을 가진 공간적으로 근접하여 둘 또는 그 이상의 광기전성 장치들이 제공된다. 통신 마스터로서 구현된 각각의 솔라 인버터(KM1,KM2)는 상기 경우들에서 라우터(R)에 접속된다. 광기전성 장치들의 접속된 스트링들의 수는 이 경우 라우터(R)의 구성 타입에 따른다.
제 1 라인에서 통신 마스터(KM1)는 예비 통신 마스터(KS11)로서 구현된 솔라 인버터와 같이, LAN 네트워크들에 적당한 전달 매체를 가진 LAN 인터페이스를 통하여 라우터(R)에 링크된다. 제 1 스트링의 모든 솔라 인버터들(KM1,KS11...KS1n)은 또한 직렬 네트워크들에 적당한 전달 매체(b)와 직렬 인터페이스를 통하여 접속된다. 제 2 스트링은 동일한 방식으로 배열되고, 통신 슬레이브들로서 구현된 솔라 인버터들(KS21 내지 KS2m)의 수는 제 1 스트링과 다를 수 있다.
라우터(R)는 LAN 네트워크들에 적당한 전달 매체를 가진 추가 LAN 인터페이스를 통하여 통신 네트워크(KN)에 접속된다. 모든 데이터는 통신 네트워크(KN) 및 라우터(R) 사이의 라인을 통하여 전송되고 라우터(R)에 의해 올바른 마스터(KM1,KM2)에 할당되거나, 에러가 발생하는 경우, 예비 통신 마스터(KS11,KS21)에 할당된다. 일반적으로 상기 할당은 각각의 데이터 블록이 식별되는 각각의 솔라 인버터의 유일한 어드레스를 통하여 상기 경우들에서 이루어진다.
통신 네트워크(KN)(예를들어, 인터넷)로부터 솔라 인버터들로 액세스는 두 개의 다른 형태들을 가질 수 있다:
a) 통신 마스터들(KM 또는 KM1, KM2)만이 통신 네트워크(KN)로부터 직접 액세스할 수 있다. 액세스된 통신 마스터(KM 또는 KM1,KM2)는 접속 라인으로서 직렬 네트워크들에 적당한 전달 매체를 가진 직렬 인터페이스를 통하여 통신 슬레이브들(KS1...KSn 또는 KS11...KS1n, KS21...KS2m)의 데이터를 수집한다. 통신 슬레이브들(KS1...KSn 또는 KS11...KS1n, KS21...KS2m)은 이런 방식으로 통신 네트워크(KN)에 간접적으로 접속된다. 이 경우 통신 마스터들(KM 또는 KM1, KM2)의 웹 서버들만이 활성화된다.
b) 통신 마스터(KM 또는 KM1, KM2)는 접속 라인으로서 직렬 네트워크들에 적당한 전달 매체(b)와 직렬 인터페이스를 통하여, 각각의 솔라 인버터가 통신 네트 워크(KN)를 통하여 직접적으로 액세스할 수 있는 방식으로 통신 슬레이브들(KS1...KS1n 또는 KS11...KS1n, KS21...KS2m)에 대한 네트워크 접속을 형성한다. 이 경우 통신 마스터들(KM 또는 KM1, KM2)의 웹 서버들 및 또한 각각의 통신 슬레이브들(KS1...KSn 또는 KS11...KS1n, KS21...KS2m) 모두는 활성화된다.
동일한 구성을 가진 각각의 솔라 인버터를 사용하는 것은 유용하다. 따라서 각각의 솔라 인버터는 활성화되거나 비활성화될 수 있는 웹 서버를 포함한다. 그 다음 하나의 장치는 미래 통신 요구조건들에 무관하게 사용될 수 있고 각각의 솔라 인버터는 통신 마스터(KM1 또는 KM2) 또는 통신 슬레이브(KS1...KSn 또는 KS11...KS1n, KS21...KS2m)의 기능을 가진다. 예비 통신 마스터(KS11 또는 KS21)의 경우, 이것은 기능들 사이의 변화가 또한 간단한 방식으로 가능하다는 것을 의미한다.

Claims (9)

  1. 적어도 두 개의 솔라 인버터들(KM, KS1...KSn 또는 KM1, KM2, KS11...KS1n, KS21...KS2m) 각각이 통신 네트워크(KN)에 접속되는, 전달 매체로 구성된 적어도 두 개의 솔라 인버터들(KM, KS1...KSn 또는 KM1, KM2, KS11...KS1n, KS21...KS2m)에 대한 통신 구조로서,
    솔라 인버터들(KM 또는 KM1,KM2)의 제 1 부분은 각각의 경우 LAN 인터페이스를 통하여 통신 네트워크(KM)에 접속되고 솔라 인버터들(KS1...KSn 또는 KS11...KS1n, KS21...KS2m)의 추가 부분은 직렬 인터페이스들을 통하여 제 1 부분에 접속되는,
    통신 구조.
  2. 제 1 항에 있어서, 각각의 경우 통신 네트워크(KN)에 접속되는 상기 솔라 인버터들은 통신 마스터들(KM 또는 KM1, KM2)로서 구현되고 추가 솔라 인버터들은 통신 슬레이브들(KS1...KSn 또는 KS11...KS1n, KS21...KS2m)로서 구현되는,
    통신 구조.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 LAN 인터페이스는 이더넷 인터페이스로서 구현되고 직렬 인터페이스는 EIA-485 인터페이스로서 구현되는,
    통신 구조.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 통신 마스터(KM 또는 KM1, KM2)에 대해, 적어도 하나의 예비 통신 마스터(KS1 또는 KS11, KS21)는 제공되어, 정상 동작시 통신 슬레이브로서 동작하고 에러가 발생하는 경우 통신 마스터의 기능을 가지는,
    통신 구조.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 라우터는 통신 네트워크(KN) 및 통신 마스터(KM 또는 KM1, KM2) 사이에서 스위칭되는,
    통신 구조.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 부분의 솔라 인버터들(KM 또는 KM1, KM2) 및 추가 부분의 솔라 인버터들(KS1...KSn 또는 KS11...KS1n, KS21...KS2m)은 구조적으로 동일한,
    통신 구조.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 통신 구조를 동작시키기 위한 방법으로서,
    통신 네트워크(KN)로부터 LNA 인터페이스들을 통하여 통신 마스터들(KM 또는 KM1, KM2)로서 구현된 솔라 인버터들에 전달되는 모든 데이터는 이들 유니트들에 의해 수집되고 이 데이터는 어드레스 할당에 따라 통신 슬레이브들(KS1...KSn 또는 KS11...KS1n, KS21...KS2m)로서 구현된 솔라 인버터들에 전송되고 통신 슬레이브들(KS1...KSn 또는 KS11...KS1n, KS21...KS2m)로서 구현된 솔라 인버터들의 데이터는 통신 마스터들(KM 또는 KM1, KM2)로서 구현된 솔라 인버터들에 의해 검색되고 LAN 인터페이스를 통하여 통신 네트워크(KN)의 노드에 전송되는,
    통신 구조 동작 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 통신 구조를 동작시키기 위한 방법으로서,
    모든 데이터는 어드레스 할당에 따라 통신 네트워크(KN)로부터 통신 마스터들(KM 또는 KM1, KM2)로서 구현된 솔라 인버터들을 통하여 통신 슬레이브들(KS1...KSn 또는 KS11...KS1n, KS21...KS2m)로서 구현된 솔라 인버터들로 전송되고 통신 슬레이브들(KS1...KSn 또는 KS11...KS1n, KS21...KS2m)로서 구현된 솔라 인버터들로부터 전송된 데이터는 통신 마스터들(KM 또는 KM1, KM2)로서 구현된 할당된 솔라 인버터들을 통하여 통신 네트워크(KN)의 노드에 전송되는,
    통신 구조 동작 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 정상 동작시 각각의 경우 통신 마스터(KM 또는 KM1,KM2)에 할당된 통신 슬레이브들(KS1...KSn 또는 KS11...KS1n, KS21...KS2m)의 모든 데이터는 이들 통신 마스터들(KM 또는 KM1, KM2)을 통하여 처 리되고, 이 통신 마스터(KM 또는 KM1, KM2)가 결함을 가지는 경우, 모든 데이터는 예비 통신 마스터(KS1 또는 KS11, KS21)를 통하여 처리되는,
    통신 구조 동작 방법.
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