KR20120074103A - A photovoltaic apparatus and a controlling method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양광 발전 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 태양광 발전 장치와 계통을 함께 사용하여 전력을 공급하는 전력 공급 시스템에서, 계통 측이 유지보수 등의 이유로 단절되어도 태양광 발전 장치에 의해 생산된 전력을 계속해서 부하측에 제공함으로써 부하측에 전력 공급을 연속적으로 지속할 수 있는 태양광 발전 장치 및 그 제어 방법을 제공한다. The present invention relates to a photovoltaic device and a control method thereof. More specifically, the present invention, in the power supply system for supplying power by using the photovoltaic device and the grid together, the power produced by the photovoltaic device continues to the load side even if the grid side is disconnected for maintenance or the like. The present invention provides a photovoltaic device that can continuously supply power to a load side, and a control method thereof.
최근 친환경 에너지로서 태양광을 이용한 발전 시스템이 널리 보급되고 있다. 일반 가정에 전기를 공급하기 위해 태양광 시스템은 단독으로 설치되기 보다는 계통, 즉 기존 배전선을 통한 전력 공급원과 함께 전력을 공급하는 경우가 대부분이다. 도 1은 종래 기술에 따른 태양광 발전 시스템의 구성을 나타낸다.Recently, a power generation system using solar light is being widely used as environmentally friendly energy. In order to supply electricity to a general home, a solar system is often installed together with a grid, that is, a power supply through an existing distribution line, rather than being installed alone. 1 shows a configuration of a solar power generation system according to the prior art.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 태양광 발전 시스템에서, 솔라셀 어레이(10)에 의해 직류 전력이 생산되고, 생산된 직류 전력은 인버터 모듈(20)을 거쳐 부하(30) 또는 배전망에 해당하는 주상 변압기(41)를 통해 계통(40)에 공급된다. As shown in FIG. 1, in the conventional photovoltaic power generation system, DC power is produced by the
인버터 모듈(20)은 직류-직류 컨버터(21), DC 링크부(22) 및 직류-교류 인버터(23)로 구성되어, 부하(30) 또는 계통(40)에 교류 전력을 공급할 수 있다. The
평상시 즉 태양광 발전 시스템의 단독 운전 상황이 아닐 때에는, 솔라셀 어레이(10)에서 생산된 전력은 부하(30) 또는 계통(40)으로 공급되지만, 계통(40)에 유지보수 등의 이유로 계통 차단기(42)가 작동하여 계통(40)을 차단시키게 되면, 부하(30)에 태양광 발전에 의한 전력만 단독으로 공급하는 단독 운전 상황이 발생할 수 있다. 이 때, 종래에는 태양광 발전 장치를 계속 동작시키면 계통 측에 사고가 발생할 수 있기 때문에, 태양광 발전 장치 즉 인버터 모듈(20)의 동작을 정지시킬 수 밖에 없었다. 따라서, 부하(30)에는 전력 공급이 차단될 수 밖에 없었다. Normally, when the solar power generation system is not in a stand-alone operation, the power generated by the
이와 같이, 종래의 태양광 발전 시스템에서는 계통이 차단되면 태양광 발전에 의한 전원 공급도 중단되어야 하므로, 부하에 전력 공급을 중단해야 하는 문제점이 있다. As such, in the conventional photovoltaic power generation system, when the system is cut off, power supply by photovoltaic power generation must also be stopped, and thus there is a problem in that power supply to the load must be stopped.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 태양광 발전 시스템을 구비한 전력 공급 시스템에서, 계통 측의 연결이 단절되어 단독 운전 상황이 되더라도, 태양광 발전에 의해 충전된 전력으로 부하에 전력 중단없이 계속해서 전력을 공급할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다. The present invention is to solve the above problems, in the power supply system having a photovoltaic power generation system, even if the grid side connection is disconnected to stand alone operation, the power is interrupted to the load with the power charged by the photovoltaic power generation To provide a way to continue to supply power without.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 장치는, 직류 전력을 생산하는 솔라셀 어레이; 단독 운전 상황이 되면, 계통과의 연결을 차단하는 차단 스위치; 상기 직류전력을 교류전력으로 변환하여 계통 또는 부하에 공급하고, 단독 운전 상황을 검출하여 상기 차단 스위치를 동작시키는 인버터 모듈; 및 상기 인버터 모듈에 연결되어 상기 솔라셀 어레이에 의해 생산된 전력을 충전하고, 단독 운전 상황이 되면 상기 충전된 전력을 부하에 공급하는 충전지를 포함한다.Photovoltaic device according to an embodiment of the present invention, the solar cell array for producing direct current power; A disconnection switch for disconnecting from the system when a single operation situation occurs; An inverter module that converts the DC power into AC power and supplies the system or load, and detects a single operation state to operate the cutoff switch; And a rechargeable battery connected to the inverter module to charge power generated by the solar cell array and supply the charged power to a load when a single operation situation occurs.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 단독 운전 제어 방법은, 직류 전력을 생산하는 단계; 생산된 전력을 충전지에 충전하는 단계; 단독 운전 상황이 검출되면, 계통과의 연결을 차단하는 단계; 및 상기 충전된 전력을 부하에 공급하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, a single operation control method of a photovoltaic device may include: generating direct current power; Charging the generated power into a rechargeable battery; If a single driving situation is detected, disconnecting from the system; And supplying the charged power to a load.
본 발명에 따르면, 태양광 발전 시스템을 구비한 전력 공급 시스템에서, 계통 측의 연결이 단절되어 단독 운전 상황이 되더라도, 부하에 전력 중단없이 계속해서 전력을 공급할 수 있다.According to the present invention, in a power supply system having a photovoltaic power generation system, even if the grid side connection is disconnected and becomes a single operation situation, the load can be continuously supplied without interrupting power.
도 1은 종래 기술에 따른 태양광 발전 시스템의 구성을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 구성을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 전력 생산 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 단독운전 상황에 대처하기 위한 태양광 발전 장치의 제어 방법을 나타내는 순서도이다. 1 shows a configuration of a solar power generation system according to the prior art.
2 shows a configuration of a photovoltaic system according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a power production method of a photovoltaic device according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a control method of a photovoltaic device for coping with a single driving situation according to an embodiment of the present invention.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세히 설명한다.Embodiments of the present invention will now be described in more detail with reference to the drawings.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 구성을 나타낸다.2 shows a configuration of a photovoltaic system according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 솔라셀 어레이(10)와 인버터 모듈(20)은 태양광 발전 장치를 구성하며, 태양광 발전 장치에서 생산된 전력은 부하(30) 또는 계통계통(40)에 공급될 수 있다. Referring to FIG. 2, the
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 장치는, 직류 전력을 생산하는 솔라셀 어레이(10), 계통(40)과의 연결이 단절되는 단독 운전 상황이 되면, 계통과의 연결을 차단하는 차단 스위치(26), 상기 직류전력을 교류전력으로 변환하여 계통(40) 또는 부하(30)에 공급하고, 단독 운전 상황을 검출하여 상기 차단 스위치를 동작시키는 인버터 모듈(20), 상기 인버터 모듈(20)에 연결되어 상기 솔라셀 어레이(10)에 의해 생산된 전력을 충전하고, 단독 운전 상황이 되면 상기 충전된 전력을 부하에 공급하는 충전지(24)를 포함한다.As shown in FIG. 2, when the solar cell apparatus according to the exemplary embodiment of the present invention is in a single operation situation in which a connection between the
인버터 모듈(20)은 상기 솔라셀 어레이(10)에 의해 생산된 전력에 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어를 수행하는 직류-직류 컨버터(21), 상기 직류 전력을 평활하는 평활 캐패시터로 구성된 DC 링크부(22), 및 상기 직류 전력을 교류 전력을 변환하는 직류-교류 인버터(23)를 포함한다. DC 링크부(22)는 평활 캐패시터를 포함할 수 있다. The
태양광 발전 시스템, 즉 솔라셀 어레이(10)와 인버터 모듈(20)은 통상적으로 일반 단독 주택에 설치되고, 단독 주택에서 소비하고 남은 전력은 다른 부하(30)에 공급하거나 계통(40)에 공급하게 된다. The photovoltaic system, that is, the
솔라셀 어레이(10)에서 생산된 전력은 인버터 모듈(20)을 거쳐 부하(30)에도 공급되고, 주상 변압기(41)를 거쳐 계통(40)에도 공급된다. 부하(30)는 솔라셀 어레이(10)로부터 생산되는 전력을 공급 받기도하고, 솔라셀 어레이(10)에서 생산되는 전력이 충분치 않을 때는 계통(40)으로부터 전력을 공급받기도 한다.The power produced by the
평상시, 즉 솔라셀 어레이(10)에서 충분한 전력이 생산되고, 계통(40)에도 아무런 문제가 없을 때는, 솔라셀 어레이(10)에서 생산된 전력은 부하(30) 및 계통(40)에 공급된다. 그러나, 계통(40)에 유지보수 등의 이유로 단독운전 상황이 발생하면, 계통 차단기(42)에 의해 계통(40) 측과의 연결이 끊어지게 된다. Normally, that is, when sufficient power is produced in the
본 발명의 일 실시예에 따라, 인버터 모듈(20)은 단독운전 상황이 검출되면, 차단 스위치(26)를 동작시켜 계통(40) 측과의 연결을 차단하고 단독운전을 수행한다. According to an embodiment of the present invention, when the inverter operation state is detected, the
단독운전 상황은 계통(40)으로부터 정확하게 제어된 전압과 주파수를 얻을 수 없게 되는데 이러한 현상은 다음과 같은 이유들로 인하여 발생할 수 있다. In a standalone operation situation, it is not possible to obtain a precisely controlled voltage and frequency from the
- 계통(40)의 어떠한 이상 상황이 발생하여 이를 계통보호장비가 검출하여 계통 어느 지점에서 전력공급이 차단되었으나 PV 인버터 시스템이 이를 인식하지 못하고 계속 계통으로 전력공급을 하고 있는 상태-Any abnormality of the
- 천재지변에 의한 계통 연결이 끊어진 상태에서 장비 이상으로 인하여 계속적인 전력공급 상태-Continuous power supply due to equipment failure while system is disconnected due to natural disaster
- 계통(40)의 보수공사 등으로 인하여 계통(40)의 일부 구간의 연결을 차단한 상태에서 PV 시스템의 계속적인 전력공급 상태-The continuous power supply of the PV system with the connection of some sections of the
- 사람의 실수나 기타원인으로 인한 것
-Due to human error or other causes
또한, 단독운전 상황은 다음과 같은 영향을 미친다.In addition, the single operation situation has the following effects.
- 단독운전현상으로 인하여 인버터 모듈(20)은 정확한 전압과 주파수를 측정할 수 없으므로 제어가 불안정해지게 된다. 따라서 비정상적인 전압과 주파수는 부하시스템에 나쁜 영향을 미치게 된다. 뿐만 아니라 분산형 전원 시스템에서는 태양광 발전 시스템이 설치된 가구 외에 다른 전원시스템과도 계통이 연계되어 영향을 미칠 수 있다.-The
- 계통의 정상적인 수리공사에 영향을 준다.-It affects the normal repair work of the system.
- 계통의 공사인력 및 주위사람들의 안전에 위험을 초래한다.-It poses a danger to the safety of construction personnel of the system and those around them.
이 현상은 특히 전력 회사 측에서 제어할 수 없는 다수의 소형 분산 전원이 배전선에 접속되어 있는 경우에 문제가 된다. 즉, 비교적 대규모의 복합 발전 시스템 등에는 신호선과 전화 등에 의해 직접 또는 간접적인 정지 수단이 부착되어 문제가 작으나, 태양광발전 시스템 등 다수의 소규모 수용가에 설치된 소형분산전원에는 계통(40)을 관리하는 전력회사 측에서 정지시키는 수단을 강구하기가 어렵다.
This phenomenon is particularly problematic when a large number of small distributed power supplies that cannot be controlled by the utility company are connected to the power distribution line. In other words, a relatively large complex power generation system, such as a direct or indirect stop means is attached by a signal line and a telephone, the problem is small, but the small-scale distributed power supply installed in a large number of small customers such as a photovoltaic system to manage the
인버터 모듈(20)은 위와 같은 단독 운전 상황이 발생하였는지를 검출한다. 단독운전 상황의 검출하는 방법은 단독운전 검출기법은 수동검출법과 능동검출법이 있으며, 이들은 단독운전 상태로 된 것을 인버터 모듈(20) 내에 장착된 전자회로에서 검출하여 태양광발전 시스템을 정지시키는 방법이다. The
수동검출법은 평상시에는 아무런 동작을 하지 않다가 전력선에 변화가 있을 때만 계통 측의 전압, 위상, 주파수, 고조파 성분 중 적어도 하나를 검출하여 허용범위를 벗어나면 단독운전으로 판단하는 방식이다. Passive detection method does not operate normally and detects at least one of voltage, phase, frequency, and harmonic components on the grid side only when there is a change in power line, and judges it as a stand-alone operation when it is out of the allowable range.
능동검출법은 태양광 발전 장치의 출력전압, 주파수 또는 위상을 아주 작게 변동시켜 단독운전 상태에서의 발전량과 부하량의 평형상태를 깨뜨려 적극적으로 대응하도록 동작시키는 방법으로, 인버터 모듈(20)의 출력전류에 변동을 주어 PCC(Point of Common Coupling:공통 접속점)에서 검출되는 전압의 위상, 주파수, 고조파 성분 중 적어도 하나를 이용하여 단독운전을 검출하는 방식이다.The active detection method is a method in which the output voltage, frequency, or phase of the photovoltaic device is changed very small to break the equilibrium of power generation and load in an independent operation state to actively respond to the output current of the
전술한 방식 외에도, 인버터 모듈(20)은 단독 운전 상황임을 검출할 수 있는 임의의 방법을 사용할 수 있다.
In addition to the above-described manner, the
본 발명의 일 실시예에 따라, 인버터 모듈(20)은 평상시에는 솔라셀 어레이(10)에서 생산되는 전력을 충전지(24)에 저장한다. 충전지(24)가 완충되면 충전지 스위치(25)를 차단하여 충전을 중단시킨다. 그러다가 단독 운전 상황이 검출되면, 차단 스위치(26)를 작동시켜 계통(40)과의 연결을 완전히 차단하고, 충전지(24)에 저장되어 있는 전력을 계속해서 부하(30)에 공급한다. 따라서, 단독운전상황이 발생하여도 부하(30)에는 계속해서 전력이 공급될 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 전력 생산 방법을 나타내는 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a power production method of a photovoltaic device according to an embodiment of the present invention.
단계(S11)에서 솔라셀 어레이(10)에 태양광으로 전력을 생산한다.In step S11, the
단계(S12)에서 생산된 전력을 충전지(24)에 저장한다.The power produced in step S12 is stored in the
단계(S13)에서 충전지(24)가 완충되었는지 판단하고, 충전지(24)가 완충되었으면, 단계(S14)에서 충전지 스위치(25)를 오픈하여 충전을 중단하여 과도 충전으로 인한 충전지의 손상을 방지한다.
In step S13, it is determined whether the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 단독운전 상황에 대처하기 위한 태양광 발전 장치의 제어 방법을 나타내는 순서도이다. 4 is a flowchart illustrating a control method of a photovoltaic device for coping with a single driving situation according to an embodiment of the present invention.
단계(S21)에서, 태양광으로 전력을 생산하고 도 3에 도시된 방법에 따라 생산된 전력을 충전지(24)에 저장한다. 충전지(24)를 저장하는 중에, 또는 완충된 후에, 단계(S22)에서 인버터 모듈(20)은 단독운전 상황인지를 판단한다. 단독운전상황임이 검출되면 단계(S23)에서 차단 스위치(26)를 동작시켜서 계통(40)과의 연결을 차단한다. In step S21, the power is produced by sunlight and the generated power is stored in the
단계(S24)에서 충전지에 저장된 전력을 부하(30)에 공급한다.In step S24, the power stored in the rechargeable battery is supplied to the
단계(S25)에서 단독 운전 상황이 종료되었는지 판단하고, 단독운전 상황이 종료되었으며 단계(S26)에서 차단 스위치(26)를 동작시켜 계통(40)을 다시 연결시킨다. 그 후에는 전술한 단계들이 반복된다.
In step S25, it is determined whether the single driving situation is finished, and the single driving situation is finished, and in step S26, the
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and changes without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas falling within the scope of the same shall be construed as falling within the scope of the present invention.
10 : 솔라셀 어레이 20 : 인버터 모듈
21 : 직류-직류 컨버터 22 : DC 링크부
23 : 직류-교류 인버터 24 : 충전지
25 : 충전지 스위치 26 : 차단 스위치
30 : 부하 40 : 계통
41 : 주상 변압기 42 : 계통 차단기10: solar cell array 20: inverter module
21 DC-
23 DC-AC inverter 24: rechargeable battery
25: rechargeable battery switch 26: cut off switch
30: load 40: system
41: pole transformer 42: grid breaker
Claims (10)
단독 운전 상황이 되면, 계통과의 연결을 차단하는 차단 스위치;
상기 직류전력을 교류전력으로 변환하여 계통 또는 부하에 공급하고, 단독 운전 상황을 검출하여 상기 차단 스위치를 동작시키는 인버터 모듈; 및
상기 인버터 모듈에 연결되어 상기 솔라셀 어레이에 의해 생산된 전력을 충전하고, 단독 운전 상황이 되면 상기 충전된 전력을 부하에 공급하는 충전지를 포함하는 태양광 발전 장치.A solar cell array for producing direct current power;
A disconnection switch for disconnecting from the system when a single operation situation occurs;
An inverter module that converts the DC power into AC power and supplies the system or load, and detects a single operation state to operate the cutoff switch; And
And a rechargeable battery connected to the inverter module to charge power generated by the solar cell array and supply the charged power to a load when a single operation situation occurs.
상기 인버터 모듈은,
상기 솔라셀 어레이에 의해 생산된 전력에 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어를 수행하는 직류-직류 컨버터;
상기 직류 전력을 평활하는 DC 링크부; 및
상기 직류 전력을 교류 전력을 변환하는 직류-교류 컨버터를 포함하는 태양광 발전 장치.The method of claim 1,
The inverter module,
A DC-DC converter performing MPPT (Maximum Power Point Tracking) control on the power produced by the solar cell array;
A DC link unit that smoothes the DC power; And
A solar cell apparatus comprising a DC-AC converter for converting the DC power into AC power.
상기 충전지에 연결되어, 상기 충전지가 완충되면 상기 충전지의 충전을 중지시키는 충전지 스위치를 더 포함하는 태양광 발전 장치.The method of claim 1,
And a rechargeable battery switch connected to the rechargeable battery to stop charging of the rechargeable battery when the rechargeable battery is fully charged.
상기 인버터 모듈은 계통 측의 전압의 위상, 주파수, 고조파 성분 중 적어도 하나의 변화에 의해 단독 운전 상황을 검출하는 태양광 발전 장치.The method of claim 1,
The inverter module detects a single operation situation by changing at least one of a phase, a frequency, and a harmonic component of a voltage on a grid side.
상기 인버터 모듈은 단독 운전 상황이 종료되면, 상기 차단 스위치를 연결하여 계통 또는 부하에 전력을 공급하는 태양광 발전 장치.The method of claim 1,
The inverter module is a photovoltaic device for supplying power to the grid or load by connecting the cutoff switch when the stand-alone operation is over.
생산된 전력을 충전지에 충전하는 단계;
단독 운전 상황이 검출되면, 계통과의 연결을 차단하는 단계; 및
상기 충전된 전력을 부하에 공급하는 단계를 포함하는 태양광 발전 장치의 단독 운전 제어 방법.Producing direct current power;
Charging the generated power into a rechargeable battery;
If a single driving situation is detected, disconnecting from the system; And
The single operation control method of the solar cell apparatus comprising the step of supplying the charged power to the load.
상기 생산된 전력을 충전지에 충전하는 단계는,
상기 충전지가 완충되었는지를 판단하는 단계; 및
상기 충전지가 완충되었으면 충전을 중단시키는 단계를 포함하는 태양광 발전 장치의 단독 운전 제어 방법.The method of claim 6,
Charging the produced power to the rechargeable battery,
Determining whether the rechargeable battery is fully charged; And
Stopping the charging when the rechargeable battery is fully charged;
상기 단독 운전 상황은 계통 측 전압의 위상, 주파수, 고조파 성분 중 적어도 하나의 변화에 의해 검출되는 태양광 발전 장치의 단독 운전 제어 방법.The method of claim 6,
And the single driving condition is detected by a change in at least one of a phase, a frequency, and a harmonic component of a grid-side voltage.
단독 운전 상황이 아닌 경우에는,
상기 솔라셀 어레이에 의해 생산된 전력에 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어를 수행하는 단계;
상기 직류 전력을 평활하는 단계; 및
상기 직류 전력을 교류 전력을 변환하여 부하 또는 계통 측에 공급하는 단계를 더 포함하는 태양광 발전 장치의 단독 운전 제어 방법.The method of claim 6,
If you are not driving alone,
Performing maximum power point tracking (MPPT) control on the power produced by the solar cell array;
Smoothing the DC power; And
And converting the DC power into AC power and supplying the DC power to the load or the grid side.
단독 운전 상황이 종료되면, 상기 차단 스위치를 연결하여 계통 또는 부하에 전력을 공급하는 단계를 더 포함하는 태양광 발전 장치의 단독 운전 제어 방법.
The method of claim 6,
When the single driving situation is terminated, connecting the cutoff switch to supply power to the grid or the load further operation control method for a photovoltaic device.
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KR1020100136062A KR20120074103A (en) | 2010-12-27 | 2010-12-27 | A photovoltaic apparatus and a controlling method thereof |
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