KR20130081697A

KR20130081697A - 아크 유형을 구별한 후 태양광발전 시스템을 안전하게 스위칭하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20130081697A
Application number: KR1020137004860A
Authority: KR
Inventors: 크리스티안 슈트로블; 마르쿠스 미크리스
Original assignee: 엘렌베르거 앤드 포엔스겐 게엠베하
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2011-08-06
Publication date: 2013-07-17
Also published as: US20130170084A1; TN2012000626A1; CN103155325B; ZA201208079B; BR112013004770A2; CN103155325A; EP2612410B1; CA2809895A1; JP5530566B2; ES2572741T3; AU2011297965C1; AU2011297965B2; US8929038B2; DE202011110757U1; SG187202A1; AU2011297965A1; IL223840A; DE102011008140A1; EP2612410A1; WO2012028247A1

Abstract

본 발명은 직류 전압 시스템(1), 특히 태양광발전 시스템을 안전하게 스위칭하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, DC 측에 아크가 발생하는 경우에, 생성된 직류와 발생된 직류 전압이 파워 관리에 대하여 설정된다. 아크가 센서에 의해 검출되면, 파워 관리(MPP)가 조정되고 아크의 파워 변화가 검출되는데, 여기서 아크의 파워 감소가 야기되는 경우, 파워 관리(MPP)의 조정 방향(ΔPUo, ΔPIk)에 따라 직렬 또는 병렬 아크가 검출된다. 직렬 아크이면, 직류 차단이 이루어지고, 병렬 아크이면 단락 전류가 발생된다.

Description

아크 유형을 구별한 후 태양광발전 시스템을 안전하게 스위칭하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR SAFELY SWITCHING A PHOTOVOLTAIC SYSTEM AFTER DIFFERENTIATING THE ARC TYPE}

본 발명은, 아크가 DC 측에 발생한 경우에 DC 전압 시스템을 안전하게 스위칭하기 위한 방법에 관한 것으로, 생성된 직류와 발생된 DC 전압이 파워 관리에 관하여 조정된다. 본 명세서에서, DC 전압 시스템은 특히 태양광발전 시스템을 의미하는 것으로 이해된다.

상기 유형의 DC 전압 시스템은, 예를 들면, DC 전압 1000V까지의 DC 전압들을 위한 저 전압 시스템으로 지칭될 수도 있다. 이와 같은 시스템은, 예를 들면, 배터리 시스템, 연료 전지를 구비한 시스템, 자동차, 특히 전기 차량 또는 하이브리드 차량의 전기 시스템, 및 통상적으로 다수의 DC 발생 장치들을 갖는 태양광발전 시스템이다.

통상적으로 DC 시스템으로서의 태양광발전 시스템은, 소위 스트링들(strings)로 직렬로 접속된 다수의 태양광발전 모듈들(패널들)을 구비한다. 복수의 스트링들은 또한 병렬로 접속될 수도 있으며, 이에 따라 복수의 태양광발전 모듈들 및 하나 이상의 스트링들로 태양광 발전기를 형성한다. 이 경우에, 원칙적으로 스트링 내의 모듈들(패널들)의 수가 생성되는 DC 전압을 결정하는 한편, 병렬로 접속된 스트링들의 수가 태양광 발전기의 직류를 결정한다.

태양광발전 시스템이, 태양 에너지로부터 공공의 전기 그리드로 변환된 전기 에너지를 공급하도록 사용될 경우, 통상적으로, 태양광발전 모듈들에서 발생된 직류를 송전 주파수에 적합한 AC 주파수의 교류로 변환하는 인버터가 이용된다. 오프 그리드(off-grid) DC 전압 또는 태양광발전 시스템의 경우에, 발생된 에너지는 축적되거나 또는 직접 부하에 공급하도록 사용될 수 있다.

인버터 또는 일반적으로 컨버터는, 소위 파워 관리(최대 전력 점 트래커)와 함께, 소위 최대 전력 점 또는 적어도 최대 전력 점 근방에서 부하가 항상 동작하도록 한다. 태양광발전 시스템의 I/U 특성 곡선에 따른 DC 전압과 직류의 곱으로부터 결정되는 태양광발전 시스템의 파워는, 무 부하(IDC = 0) 동안 및 단락(UDC = 0)의 경우에는 0이며, 이는 태양광발전 시스템이 이들 극단적인 경우들에서 어떤 파워도 출력하지 않는 것을 의미한다. MPP에서, 태양 전지들 및 이에 따른 태양광발전 모듈들에 의해 출력되는 파워는 최대로 된다. 이 최대 전력 점(동작점)의 위치는 특히, 태양 복사, 온도 및 노화 현상과 같은 서로 다른 요인들에 좌우된다. (최대) 파워 관리를 위한 MPPT 회로는 태양광 발전기의 직류와 DC 전압을 최대 파워에 대응하는 동작점으로 설정한다.

이와 같은 DC 시스템 및 그에 따른 태양광발전 시스템에 있어서, 아크들은, 노화 또는 손상된 라인 연결 부재나 케이블들에 의해, 또한 손상된 모듈들에 의해, 서로 다른 개소에서 시스템 아키텍쳐에 따라 서로 다른 파워로 야기될 수 있다. 단락 회로 또는 전류 경로 차단에 의해 수반되는 아크를 식별하기 위해, WO 95/25374는 아크로부터 나오는 전자기 방사를 검출하고, 또한 단락 회로 또는 전류 경로 차단 기능을 갖는 회로 부를 안전하게 스위칭하여 시스템을 보호하기 위한 실례를 개시하고 있다.

본 발명의 목적은 아크가 발생하는 경우에, 특히 태양광발전 시스템과 같은 DC 시스템을 안전하게 스위칭하기 위해 특히 적합한 방법을 제공하는 것이다. 본 발명은 또한 그 방법을 수행하기 위해 적합한 장치를 제공하는 것이다.

상기 방법에 관련하여, 상기 목적은 본 발명에 따른 청구항 1의 특징에 의해 달성된다. 상기 청구항 1을 인용하는 종속항들은 바람직한 개선점들에 관한 것이다.

이때, 센서들을 이용하여 아크가 검출되는 경우에, 시스템 또는 부하의 파워 관리가 조정되고, 또한 아크의 파워 변화가 검출된다. 파워의 조정에 의해 아크의 파워 감소가 일어나면, 파워 관리의 조정 방향에 기초하여 직렬 또는 병렬 아크가 식별된다. 이 경우에, 직렬 아크의 경우에는 직류 차단이 개시되고, 병렬 아크의 경우에는 단락 전류가 발생되는데, 이는 단락이 의도적으로 강제되는 것을 의미한다.

바람직한 개선점에 있어서, 파워 관리가 조정량에 의해 무 부하 방향, 즉DC 전압을 증가시키는 방향으로 조정되고, 아크의 파워 변화가 검출된다. 이 조정 방향은, 충분히 의미 있는 센서 데이터에 기초하여 직렬 아크로서의 아크 유형의 적어도 대략적인 조건들이 이미 가능할 경우 선호된다. 그렇지 않으면, 센서 데이터에 의해 아크가 압도적 가능성으로 병렬 아크로 분류될 경우, 파워 관리 또는 전류/전압 또는 전력/전압 동작점은 단락 방향으로 조정된다. 파워 관리의 조정의 결과로서 파워 감소, 예를 들면, 아크의 소멸(quenching)이 결정되면, 직렬 또는 병렬 아크는 이전의 파워 관리 조정 방향에 따라 식별된다. 그렇지 않으면, 아크의 파워 변화 또는 파워 증가가 없다면, 파워 관리는 우선적으로 조정량만큼 리셋된 다음 각각의 반대 조정 방향으로 조정량만큼 시프트된다.

이 경우에, 본 발명은, 아크의 소멸이, 취해진 보호 조치에 의해 확실히 행해질 때, DC 전압 또는 태양광발전 시스템이 신뢰성 있는 방식으로 안전하게 스위칭된다는 지식에 기초한다. 알려진 바와 같이, 직렬 아크의 경우에는, 부하 또는 인버터가 DC 전압 발생기로부터 절연되어야 하고, 그에 따라 아크를 차단시키거나 소멸시키기 위해 스위치가 오프되어야 한다. 이는, 병렬 아크의 경우에 부하 또는 인버터가 절연 회로에 의해 DC 발생기로부터 분리될 경우, 아크만 부하로서 잔존하게 되고, 그 결과, 잔류하고 있는 전체 직류가 아크를 통해 흐르고, 그에 따라 아크가 소멸하기보다는 더욱 강하게 되기 때문이다.

그러므로, 병렬 아크의 경우에는, 인버터 또는 부하가 DC 측에서 단락되어야 한다. 알려진 바와 같이, 발생 가능한 아크들의 대부분은, 한편으로는 직렬 아크로서 다른 한편으로는 병렬 아크로서 분류될 수 있으므로, 검출된 아크는 우선적으로 직렬 또는 병렬 아크로서 식별되어야 하는데, 이는 센서들을 사용한 극도의 어려움에 봉착하거나 또는 센서들에 상당한 경비를 들여야 할 가능성이 있다.

이 지식에 기초하여, 본 발명은 이와 같은 시스템에서 야기되는 아크의 파워 거동(behavior)이 아크 유형(직렬 또는 병렬)과 관계 없이 센서들을 사용하여 간단한 방식으로 우선 검출될 수 있는 한편, 이후 파워 관리에 있어서의 제어된 조정에 의해 센서와 관계 없이 아크 유형을 식별하는 것이 가능하다는 고려 사항을 기반으로 하고 있다. 이는 동작점, 즉 파워 관리가 무 부하 방향으로 조정(디튠(detune))되고 결과적으로 아크 파워가 감소될 경우, 직렬 아크가 확실히 추정될 수 있기 때문이다. 유사한 방식으로, 파워 관리 또는 동작점이 표적화 방식(targeted manner)으로 조정되고 그에 의해 야기되고 센서들을 사용하여 검출되는 아크의 파워 감소가 있을 때, 병렬 아크가 확실히 추정될 수 있다.

직렬 또는 병렬 아크인지의 식별은, 예를 들면, DC 측의 전류 경로에 있는 절연 스위치를 위한, 또는 부하 또는 DC 측의 인버터 또는 컨버터에 대한 단락 스위치를 닫힌(closed) 위치로 제어하기 위한 제어 기준을 형성한다. 인버터들 또는 컨버터들을 적절하게 설계하면, 이들 단락 스위치 또는 절연 스위치 기능들은, 대응하는 전자 회로 수단들에 의해 인버터 또는 컨버터 기능에 통합될 수도 있다.

상기 장치와 관하여, 그 목적은 본 발명에 따른 청구항 6의 특징에 의해 달성된다. 상기 청구항 6을 인용하는 종속항들은 바람직한 개선점들에 관한 것이다.

이때, 상기 장치는 시스템의 파워 관리를 위한 또는 동작점을 조정하거나 설정하기 위한 컨트롤러를 포함한다. 컨트롤러에 연결된 적어도 하나의 아크 센서는 DC 측의 컨버터의 상류에 연결된다. DC 시스템의 유형에 따라, 컨버터는 인버터(DC/AC 컨버터), DC/DC 컨버터, 충전 레귤레이터 등으로 될 수 있다.

센서들을 사용하여 아크가 검출되면, 컨트롤러가 파워 관리를 조정하도록 사용된다. 컨트롤러는 아크의 검출된 파워 변화를 사용하고 파워 관리의 조정 방향에 기초하여, 아크가 직렬 아크인지 또는 병렬 아크인지를 분류한다. 아크가 직렬 아크로 분류되면, 컨트롤러는 DC 측의 컨버터를 절연(분리)시키고, 아크가 병렬 아크로 분류되면, 컨트롤러는 DC 측의 컨버터를 단락시킨다.

시스템을 안전하게 스위칭하기 위해, 컨버터의 상류에 직렬로 접속된 절연 스위치 및 컨버터와 병렬로 접속된 단락 스위치가 적절하게 제공되는데, 이들 스위치들은 컨트롤러의 제어 출력에 연결된다. 직렬 아크의 경우, 컨트롤러는 절연 스위치를 개방(open) 위치로 제어하는 반면, 병렬 아크의 경우에, 컨트롤러는 단락 스위치를 닫힌 위치로 제어한다. 파워 관리 또는 동작점은 특히 인버터의 경우 임피던스의 변경에 의해 조절될 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 스트링들로 연결된 다수의 태양광발전 모듈들을 구비하고, DC 측에 센서를 구비하며, 파워 관리를 위해 DC 측에 컨트롤러를 갖는 인버터를 구비하는 태양광발전 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 파워 관리를 위한 컨트롤러의 I/U 및 P/U 특성 곡선을 도시한 도면으로, 이 특성 곡선은 특정 아크(arc-specific)에 기초하여 조정될 수 있다.

도 1은 바이패스 다이오드들이 제공될 수 있고 복수의 스트링들(Sn)을 형성하도록 연결되는 다수의 태양광발전 모듈들(2)을 갖는 태양광발전 시스템(1)을 개략적으로 도시한다. 스트링들(Sn)은 태양광발전 모듈들(2)에 의해 발생된 직류를 교류로 변환하고, 변환된 교류를 (공공의) 전기 그리드(4)로 공급하는 공통 인버터(3)에 연결된다. DC 측에는, 아크 센서(7)가 공급 라인(5)을 통해 태양광발전 모듈들(2)과 인버터(3) 사이에 접속되는데, 태양광발전 모듈들(2)은 태양광 발전기(6)를 형성하고 직렬 또는 병렬로 접속된다. 예시적인 실시예에 있어서 아크 센서(7)는, 출력 측 상에, 신호 라인(8)을 통해, 인버터(3)에 할당된 파워 관리(MPPT)를 위한 컨트롤러(9)에 연결된다. 컨트롤러(9)는 출력 측 상에 제1 제어 라인(10)을 통해, 공급 라인(5)으로 직렬로 접속된 절연 스위치(11)에 접속된다. 컨트롤러(9)는 제2 제어 라인(12)을 통해 DC 측의 인버터(3)와 병렬로 공급 라인(5)에 접속된 단락 스위치(13)에 연결된다.

태양광발전 시스템(1) 내부에 아크가 발생하면, 아크는 센서(7)에 의해 검출되고, 대응하는 센서 신호가 센서 라인(8)을 통해 컨트롤러(9)에 전송된다. 센서(7)는 WO2005/098458 A1에 기재된 바와 같이, 특히 가파른 에지의(steep-edged) 전류 변화들을 검출하기 위한 센서일 수 있다. 이와 같이 검출된 빠른 전류 변화들은 센서(7) 내부에서 또는 DE 10 2007 013 712 A1에 기재된 방법에 따라 컨트롤러(9)를 사용하여 평가될 수 있다.

아크를 검출하기 위해서는, 1 비트 비교기가 아크의 결과로서 임계값을 초과하는 사례들의 특정 펄스 밀도에 기초하여 (아날로그) 센서 신호의 평가를 이용할 수 있고, 이 경우에 특정 펄스 밀도, 즉 단위 시간 당 특정 수의 펄스들이 규정되고, 그로부터 시그널링을 이용하여 검출된 아크가 추정될 수 있다. 이미 전적으로 독창적인 개념은, (아날로그) 센서 신호가, 아크들의 결과로서 생성될 수 있는 디지털 펄스들의 밀도 평가에 따르도록 하는 것과, 복잡한 패턴 인식 수단과 멀티-디지트 비트 연산 대신 1 비트 비교기를 사용한 연산 시간 및 저장 공간의 관점에서 바람직한 방식으로 이들을 발생하는 것을 수반한다.

컨트롤러(9)는 아크를 분류하고, 아크 유형에 따라 공급 라인(5)을 절연하기 위한 제어 신호를 생성한다. 이 목적을 위해, 컨트롤러(9)는 제어 라인(10)을 통해 절연 스위치(11)를 개방하기 위해 대응하는 신호를 제공한다. 대안적으로, 컨트롤러(9)는, 제어 라인(12)을 통해 단락 스위치(13)에 공급되는 제어 신호를 발생하고 상기 단락 스위치를 닫힌 위치(13)로 제어한다. 따라서, 인버터(3)는 절연 스위치(11)를 개방함으로써 태양광 발전기로부터 절연되거나 또는 단락 스위치(13)를 닫음으로써 단락된다. 안전 스위칭의 유형은 아크가 직렬 아크로서 분류되었는지 또는 병렬 아크로서 분류되었는지에 따른다.

도 1에 표시되고 대문자들 A 내지 D로 표시된 아크들은 직렬 아크들인 반면, 대문자들 E 및 F로 표시된 아크들은 병렬 아크들이다. 직렬 아크들은 예를 들면, 스트링(Sn) 내측(A), 태양광발전 모듈(2)(B), 스트링 연결부(C) 또는 인버터(3)로의 집합 라인(D) 상에서 야기된다. 병렬 아크는 하나 이상의 모듈들(2)(E) 또는 인버터(3)(F)에 대해 생길 수 있다. 하지만, 또한 (도시하지 않은) 아크가 상당히 낮은 정도의 확률로 두 개의 스트링들(Sn) 사이에서 야기될 수 있다.

또한, 스트링들(Sn)에 또는 인버터(3)의 외측 및 내측의 집합 라인에 있어서 직렬로 결합된 아크 센서들은 일반적으로, 복잡한 고주파 센서들을 사용하여 직렬 아크와 병렬 아크를 구별할 수 없다. 고도로 민감한 저주파수 전류 센서들을 포함하더라도, 통상적으로 제공되는 인버터(3)의 커패시터로부터의 상당한 역 전류들이, 예를 들면 아크 점화 동안 아크(F)의 경우에서 관찰될 수 있으므로, 클라우드 커버(cloud cover)에 의해 야기되는 소스 전류 및 소스 전압의 변동으로 인해 아크를 확실하게 분류하는 것이 불가능하다. 아크(E)의 경우에서는, 직렬로 접속된 수많은 모듈들(2)을 갖는 스트링들(Sn)에서 단지 적은 전류 감소만 추가로 확인될 수 있다. 대안적인 개념들은, 더 정확히 말하면, 원칙적으로 각 모듈(2) 및 인버터(3)에 많은 수의 전압 센서들을 필요로 하는데, 이들 센서들은 중앙 장치에서 복잡한 방식으로 평가되어야 한다.

그에 반해, 직렬 아크(A 내지 D)가 식별되면, 상기 아크는 절연 스위치(11) 또는 제공 가능한 스트링 절연체를 개방함으로써 소멸된다. 그에 반해, 병렬 아크(E 및 F)가 식별되면, 인버터(3)의 입력에 있는 아크는 단락 스위치(13)을 닫음으로써 야기되는 제어된 단락에 의해 소멸될 수 있다.

센서(7)를 사용하여 검출된 아크를 분류하기 위해, 컨트롤러(9)는 표적화 방식으로 인버터(3) 또는 태양광 발전기(6)의 파워 관리에 영향을 미치도록 사용된다. 이 점에 있어서, 도 2는 (상부의) I/U 특성 곡선 I(U)에서 태양광 발전기(6)의 전형적인 전류/전압 프로파일을 나타낸다. (하부의) P/U 특성 곡선 P(U)는 발생된 DC 전압(U)에 기초하여 관계식 P = I x U에 따른 태양광 발전기(6)의 파워 프로파일을 나타낸다.

태양광 발전기(6)에 의해 출력되는 파워(P)는, 발생기 전압(U)이 최대이고 발생기 전류(I)가 0(제로)인 무 부하(Uo) 동안 및 발생기 전압(U)이 0(제로)이고 단락 전류(Ik)가 흐르는 단락의 경우(Ik) 동안에 있어서 각각 0(P = 0)인 것을 볼 수 있다. 태양광 발전기(6)에 의한 파워(Pmax) 출력은, MPP(maximum power point)인 것을 나타내는 특정 점에서 최대로 된다. 또한 MPPT(maximum power point tracking)로도 지칭되는 파워 관리를 위한 컨트롤러(9)가, 적절한 컨트롤 또는 레귤레이션에 의해 가능한 한 정확하게 파워 관리 및 그에 따른 동작점을 조정하며, 그 결과 접속된 부하, 이 경우에는 인버터(3)가 항시 이 동작점(MPP) 및 최대 전력(Pmax)에서 동작한다.

센서들을 이용하여 검출된 아크는, 무 부하 방향(U0) 또는 단락 방향(Ik)으로의 특정 조정량(ΔPUo, ΔPIk)만큼 파워 관리 및 그에 따른 동작점(MPP 또는 Pmax)을 조정 또는 디튜닝함으로써 컨트롤러(9)에 의해 직렬 또는 병렬 아크로서 분류된다. 이 조정은, 예를 들면 임피던스가 증가되거나 감소되는 방향으로 인버터(3)의 임피던스를 변경함으로써 달성될 수 있다.

파워 관리(MPP)가, 우선적으로 무 부하 방향(Uo)으로 조정되던지 단락 방향(Ik)으로 조정되던지에 관계없이, 이는 센서(7)로부터의 데이터를 사용하여 이미 결정될 수 있는 직렬 또는 병렬 아크에 대한 가능성 정도에 따라, 충분히 민감한 센서 시스템에 의해 달성될 수 있다. 이 경우에, 예를 들면 상대적으로 높은 확률 정도로 미리 결정된 직렬 아크의 경우에는 파워 관리가 표적화 방식으로 무 부하 방향(Uo)으로 조정된다. 그 결과, 아크의 파워 감소가 기대된다. 이와 같은 아크의 파워 감소가 일어나면, 직렬 아크가 확실히 식별된다. 이와 달리, 아크의 파워 변화 또는 파워 증가도 감지되지 않으면, 파워 관리는 조정량(ΔPU0)만큼 리셋된다. 파워 관리(MPP)는 그 후 단락 방향(Ik)으로 조정량(ΔPIk)만큼 조정된다. 다음 아크의 파워 감소가 검출되면, 병렬 아크가 확실히 식별되고, 컨트롤러(9)에 의해 단락 스위치(13)가 닫힘으로써 시스템(1)의 대응하는 안전 스위칭이 개시된다.

그러나, 병렬 아크가 센서(7)의 센서 신호로부터 비교적 높은 확률 정도로 분류될 수 있는 경우, 컨트롤러는 우선적으로 파워 관리(MPP)를 단락 방향(Ik)으로 조정량(ΔPIk)만큼 조정되도록 한다. 이 경우에, 예를 들면 비교적 높은 확률 정도로 미리 결정된 병렬 아크의 경우에, 파워 관리는 표적화 방식으로 단락 방향(Ik)으로 조정된다. 결과적으로, 아크의 파워 감소가 다시 기대된다. 이와 같은 아크의 파워 감소가 일어나면, 병렬 아크가 확실히 식별된다. 이와 달리, 아크의 파워 변화 또는 파워 증가도 감지되지 않는다면, 파워 관리는 조정량(ΔPIk)만큼 리셋된다. 파워 관리(MPP)는 그 후 무 부하 방향(Uo)으로 조정량(ΔPUo)만큼 조정된다. 그 후 아크의 파워 감소가 검출되면, 직렬 아크는 확실히 식별되고, 컨트롤러(9)에 의해 절연 스위치(11)를 개방시킴으로써 시스템(1)의 대응하는 안전 스위칭이 개시된다.

또한, 각각의 경우에서 인버터(3)의 전류 동작점으로부터 시작하는 인버터(3)의 임피던스의 대응하는 증가 또는 감소는, 또한 무 부하 또는 단락 방향으로의 파워 관리의 조정에 유사하다.

예를 들면, 바이브레이션들로 인해 비교적 긴 시간 동안 연소하는 아크들 대신, 비교적 짧은 시간 동안 연소하는 일련의 아크들이 발생할 경우, 파워 분석 또는 소멸 체크가 그 일련의 아크들로 확장될 수 있다. 이 점에 있어서, 낮은 파워의 아크들만 대응하는 파워 조정들 또는 임피던스 변화들에 의해 일어났는지 아니면 아크들의 재점화가 방지되었는지를 결정하기 위해 체크가 행해진다.

복수의 아크 센서들이 단지 스트링들(Sn)에서 또는 상대적으로 대형 시스템(1)의 스트링들(Sn)과 집합 라인에 사용되고, 또한 발생하는 아크가 스트링(Sn)에 확실하게 할당될 수 있다면, 직렬 아크가 식별될 때, 제공 가능한 스트링 절연체가 절연 스위치(11) 대신 개방될 수도 있다. 그러나, 스트링을 명확하게 결정할 수 없거나 아크가 본선 또는 공급 라인(5)에서 검출되면, 본 발명에 따른 방법이 수행되며, 이는 파워 관리가 무 부하 방향(Uo) 및/또는 단락 방향(Ik)으로 조정되는 것을 의미한다.

상기 시스템(1)은 일반적으로 상대적으로 높은 DC 전압들(대략 1000V)을 위한 DC 발생기를 구비한 DC 전압 시스템일 수 있는데, 이 DC 발생기는 예를 들면, 다수의 개별 DC 발생 장치들로 이루어진다. 임피던스 조정/제어부와 파워 관리를 구비한 컨버터(DC-DC 컨버터, AC-DC 컨버터, 충전 레귤레이터 등)는 일반적으로 인버터(3)를 형성한다.

1: DC/태양광발전 시스템
2: 모듈
3: 인버터/컨버터
4: 공공 그리드
5: 공급 라인
6: DC/태양광 발전기
7: 아크 센서
8: 신호 라인
9: 컨트롤러
10: 제어 라인
11: 절연 스위치
12: 제어 라인
13: 단락 스위치
A 내지 D: 직렬 아크
E, F: 병렬 아크
Sn: 스트링

Claims

DC 측에 아크가 발생하는 경우, 생성된 직류와 발생된 DC 전압이 파워 관리에 관하여 조정되는 DC 전압 시스템(1), 특히 태양광발전 시스템을 안전하게 스위칭하기 위한 방법으로서,
센서들을 사용하여 아크가 검출된 경우, 상기 파워 관리(MPP)가 조정되고 상기 아크의 파워 변화가 검출되고, 상기 파워 관리(MPP)의 조정 방향(ΔPUo, ΔPIk)에 기초하여 상기 아크의 파워가 감소하는 경우에 직렬 또는 병렬 아크가 식별되고,
직렬 아크의 경우에는 직류 차단이 이루어지고, 병렬 아크의 경우에는 단락 전류가 발생되는 것을 특징으로 하는, DC 전압 시스템(1)을 안전하게 스위칭하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 파워 관리(MPP)가 조정량(ΔPUo)만큼 무 부하 방향(U0)으로 조정되고 상기 아크의 파워 변화가 검출되고, 상기 아크의 파워가 감소하는 경우에 직렬 아크가 식별되고, 상기 아크의 파워 변화 또는 파워 증가가 없는 경우에 상기 파워 관리(MPP)가 상기 조정량(ΔPUo)만큼 리셋되는 것을 특징으로 하는, DC 전압 시스템(1)을 안전하게 스위칭하기 위한 방법.
제2항에 있어서,
상기 아크의 파워 변화 또는 파워 증가가 없는 경우에, 상기 아크가 병렬 아크로서 분류되는 것을 특징으로 하는, DC 전압 시스템(1)을 안전하게 스위칭하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 파워 관리(MPP)는 조정량(ΔPIk)만큼 단락 방향(Ik)으로 조정되고 상기 아크의 파워 변화가 검출되고, 상기 아크의 파워가 감소하는 경우에 병렬 아크가 식별되고, 상기 아크의 파워 변화 또는 파워 증가가 없는 경우에 상기 파워 관리(MPP)는 상기 조정량(ΔPIk)만큼 리셋되는 것을 특징으로 하는, DC 전압 시스템(1)을 안전하게 스위칭하기 위한 방법.
제4항에 있어서,
상기 아크의 파워 변화 또는 파워 증가가 없는 경우, 상기 아크는 직렬 아크로서 분류되는 것을 특징으로 하는, DC 전압 시스템(1)을 안전하게 스위칭하기 위한 방법.
컨버터(3)를 구비하고 파워 관리(MPP)를 위한 컨트롤러(MPPT)를 구비한 DC 전압 시스템(1)을 안전하게 스위칭하기 위한 장치로서,
- DC 측의 컨버터(3)의 상류에 연결된 컨트롤러(9)에 연결된 아크 센서(7)를 갖고,
- 센서들을 이용하여 아크가 검출된 경우, 상기 파워 관리(MPP)는 상기 컨트롤러(9)를 사용하여 조정되고,
- 상기 컨트롤러(9)는 상기 아크의 검출된 파워 변화를 이용하고 상기 파워 관리(MPP)의 조정 방향(ΔPUo, ΔPIk)에 기초하여 상기 아크를 분류하고,
- 상기 컨트롤러(9)는, 상기 아크가 직렬 아크로서 분류되면 상기 DC 측의 상기 컨버터(3)를 절연시키고, 상기 아크가 병렬 아크로서 분류되면, 상기 DC 측의 컨버터(3)를 단락시키는 것을 특징으로 하는, DC 전압 시스템(1)을 안전하게 스위칭하기 위한 장치.
제6항에 있어서,
상기 컨트롤러(9)는 출력 측 상에, 상기 컨버터(3)의 상류에 직렬로 접속된 절연 스위치(11) 및 상기 컨버터(3)와 병렬로 접속된 단락 스위치(13)에 연결되고,
상기 컨트롤러(9)는, 직렬 아크의 경우에는 상기 절연 스위치(11)를 개방 위치로 제어하고, 병렬 아크의 경우에는 상기 단락 스위치(13)를 닫힘 위치로 제어하는 것을 특징으로 하는, DC 전압 시스템(1)을 안전하게 스위칭하기 위한 장치.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 컨버터(3)의 임피던스가 상기 파워 관리(MPPT)를 조정하기 위해 변경되는 것을 특징으로 하는, DC 전압 시스템(1)을 안전하게 스위칭하기 위한 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 컨버터(3)는 인버터, DC-DC 컨버터 또는 충전 레귤레이터인 것을 특징으로 하는, DC 전압 시스템(1)을 안전하게 스위칭하기 위한 장치.
제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 장치를 구비한 태양광발전 시스템(1).