KR20140123854A - 직렬 연결된 전력선 통신 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력선 통신 장치로, 전력선 선로에 직렬로 연결되어, 상기 전력선 선로를 따라 흐르는 통신 신호를 통과시키는 바이패스부와, 상기 바이패스부의 양단에 연결되어, 상기 전력선 선로에 통신 신호를 커플링시키는 커플링 회로부와, 상기 입출력 아날로그 신호를 상기 전력선 선로에 전송 가능하도록 변환하여 상기 커플링 회로부에 전달하는 아날로그 전단부와, 상기 전력선 선로를 통해 전달할 통신 신호를 상기 아날로그 전단부에 전달하는 제어부를 포함한다.

Description

직렬 연결된 전력선 통신 장치 및 방법{Apparatus and Method for Serial-Connected Power Line Communication}

본 발명은 두 개 이상의 태양광 모듈을 연결하여 전력을 생산하는 태양광 발전 시스템에서 두 개 이상의 태양광 모듈을 직렬로 연결한 스트링(string)의 각 모듈을 모니터링하기 위한 전력선 통신 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근 통신 방법에 있어, 기존에 이미 구축되어 있는 전력선을 이용하는 통신 방법이 개발되고 있다. 전력선 통신이란, UTP 케이블이나 전화선을 이용하지 않고 기존의 전력선을 이용하는 통신 기술로서, 가정이나 사무실의 소켓에 전원선을 연결하면 음성, 데이터, 인터넷 등을 고속으로 이용할 수 있는 차세대 초고속정보통신 가입자망 서비스로 텔레비젼, 전화, 컴퓨터 등의 가정의 모든 정보기기를 연결시켜 주는 시스템을 가능하게 하는 통신 기술이다.

전력선 통신 방법을 사용하게 되면 지금까지 유선 텔레비젼망, 전화선, 광통신망 등으로 복잡하던 데이터 전송 경로가 하나의 전력선으로 줄어들게 되므로, 복잡하던 배선에서 간단한 구조로 쉽게 통신 이용이 가능하게 된다. 또한, 기존의 전력선에 전원과 통신 데이터를 나누어주는 모뎀이나 시스템 등의 별도의 장치만이 필요하므로, 새로이 선로를 설치할 필요가 없어 선로 비용을 절감할 수 있다. 또한, 인터넷 서비스와 네트워크 구축뿐만 아니라 전력선 기반 지능형 가전 제품의 원격 제어와 계량기 등의 원격 검침, 각종 전기 기계의 원격 제어 등도 가능하게 된다. 이러한 전력선 통신 기술을 일반적인 교류(AC) 전원에서 사용할 때는 전력선에 버스 형태로 병렬 연결되는 구조가 된다. 이러한 구조는 댁내 전력선 통신을 사용한 네트워크 구성 등에 사용되고 있다. 각각의 콘센트에 전력선 모뎀을 연결하여 댁내 네트워크에 접속할 수 있도록 하는 방식인 널리 쓰이고 있다. 이때는 최소 2개의 전선이 각 전력선 모뎀을 연결하고 있어 전력선 통신 신호를 송수신할 수 있다. 이러한 병렬 연결의 경우에는 직렬(DC) 전원일 경우도 물리적인 연결 구조는 동일하다.

한편, 태양광 발전 시스템은 태양 전지 모듈에서 태양광을 이용해 발생된 전기(DC)를 인버터에서 직류(AC)로 변환하고, 교류 배전반에서 승압(330V~22.9kV)하여 한국전력배전계통(KEPCO)을 통해 전력 계통으로 전량 역송하고 있다. 한편, 최근에는 태양광 발전 시스템의 공급이 급증함에 따라, 원격에서 태양광 발전 시스템 전체의 운전 상태를 계측하고 모니터링하여 운영할 필요성이 매우 커졌다.

그런데, 태양광 발전 시스템에서는 하나의 스트링 안에 다수 개의 태양광 모듈이 연결되며, 각 태양광 모듈은 높은 전압을 얻기 위하여 직렬로 연결된다. 각 태양광 모듈 간은 하나의 전선만이 연결된다.

통신 신호를 전달하려면 한 라인의 전선을 통해 전파되도록 해야 하는데, 일반적인 태양광 모듈은 전류소스와 다이오드로 구성되는 다수의 셀로 이루어지고, 특정 셀의 비정상 동작으로 인한 단락을 방지하기 위한 별도의 다이오드를 포함하고 있다. 이러한 태양광 모듈의 구조는 전력선 통신 신호의 전파를 용이하지 않게 한다.

본 발명은 직렬 연결 구조를 갖는 태양광 발전 시스템에서 통신 신호를 보다 효율적으로 전달할 수 있는 전력선 통신 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명은 전력선 통신 장치로, 전력선 선로에 직렬로 연결되어, 상기 전력선 선로를 따라 흐르는 통신 신호를 통과시키는 바이패스부와, 상기 바이패스부의 양단에 연결되어, 상기 전력선 선로에 통신 신호를 커플링시키는 커플링 회로부와, 상기 입출력 아날로그 신호를 상기 전력선 선로에 전송 가능하도록 변환하여 상기 커플링 회로부에 전달하는 아날로그 전단부와, 상기 전력선 선로를 통해 전달할 통신 신호를 상기 아날로그 전단부에 전달하는 제어부를 포함한다.

본 발명의 구성에 따르면, 다수 개의 태양광 모듈이 직렬로 연결되어 있고 각 태양광 모듈의 전압/전류와 같은 상태를 모니터링하기 위하여 전력선 통신을 사용할 때에, 전력선이 직렬로 연결된 선로에서 각 태양광 모듈에 부착되는 전력선 통신 장치 간에 보다 효과적으로 전력선 통신을 수행할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템에서의 전력선 통신 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 모듈에 연결된 전력선 통신 장치의 내부 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 모듈에 연결된 전력선 통신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양광 모듈에 연결된 전력선 통신 장치의 내부 구성도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양광 모듈에 연결된 전력선 통신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다.

본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시 예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어들은 본 발명 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 사용자 또는 운용자의 의도, 관례 등에 따라 충분히 변형될 수 있는 사항이므로, 이 용어들의 정의는 본 발명의 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템에서의 전력선 통신 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 태양광 발전 시스템은 둘 이상의 태양광 모듈들(100)이 직렬로 연결된다. 즉, 태양광 모듈들(100) 각각의 양극(+)이 다른 태양광 모듈의 음극(-)과 연결된다.

그리고, 둘 이상의 전력선 통신 장치들(200)이 각각의 태양광 모듈들(100)의 양단에 연결되어 태양광 모듈(100)로부터 직류전원을 얻을 수 있다. 각각의 전력선 통신 장치들(200)은 직렬로 연결되어, 호스트 전력선 통신 장치(130)에서 최종적으로 높은 전압의 직류 전력을 얻는 구조이다.

그런데, 통신 신호를 전달하려면 한 라인의 전선을 통해 전파되도록 해야 하는데, 일반적인 태양광 모듈은 전류소스와 다이오드로 구성되는 다수의 셀로 이루어지고, 특정 셀의 비정상 동작으로 인한 단락을 방지하기 위한 별도의 다이오드를 포함하고 있다. 이러한 태양광 모듈의 구조는 전력선 통신 신호의 전파를 용이하지 않게 한다.

본 발명은 이러한 태양광 모듈의 구조에 따른 문제점을 극복하기 위해, 전력선 통신 장치 사이의 통신이 용이하기 위해서, 도 1에 도시된 바와 같이 하나의 전력선 통신 장치가 생성하는 통신 신호는 이웃하는 직렬 연결 태양광 모듈을 순차적으로 통과하면서 각 태양광 모듈에 연결된 각 전력선 통신 장치에 전달되어야 하며 최종적으로 호스트 전력선 통신 장치에 도달해야 한다. 이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 전력선 통신 장치는 통신 신호를 통과시키는 바이패스부를 포함하는 구성을 갖는다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력선 통신 장치의 상세 구성도이다. 여기서, 도 2a에는 이웃한 전력선 통신장치를 통하여 생성된 통신 신호가 바이패스되어 이웃한 다른 전력선 통신장치로 전달되는 것이 도시되고, 도 2b에는 전력선 통신 장치에서 생성된 통신 신호가 전력선 통신 선로에 커플링되어 이웃한 다른 전력선 통신 장치로 전달되는 것이 도시되어 있다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 전력선 통신 장치(200)는 제어부(210), 아날로그 전단부(Analog Front End : AFE)(220), 커플링 회로부(230) 및 바이패스부(240)를 포함한다.

제어부(210)는 도면에는 도시되어 있지 않지만, 데이터 처리와 연산 등을 수행하는 CPU와 전력선 통신을 위한 물리계층과 MAC 계층을 포함하는 트랜시버(transceiver)로 구성되어, 통신 신호를 수신 또는 전달하는 기능을 담당한다.

또한, 제어부(210)는 전력선 통신 이외에 다른 장치와 통신을 위하여 별도의 직렬 통신 또는 이더넷 통신 또는 WPAN 통신을 위한 인터페이스를 구비할 수 있으며, 외부의 센서 장치로부터 센싱 정보를 수집하기 위한 별도의 인터페이스를 구비할 수도 있다. 여기서, 센싱 정보를 수집할 수 있는 인터페이스는, 일 예로 온도센서와 같은 장치를 연결할 수 있는 인터페이스일 수 있다. 따라서, 제어부(210)는 전력선 통신을 통하여 수신한 데이터를 별도의 인터페이스를 통해 외부 장치로 전송하거나, 외부 장치에서 수신한 데이터를 전력선 통신을 통해 전달할 수 있다.

아날로그 전단부(Analog Front End : AFE)(220)는 제어부(210)의 입출력 아날로그 신호를 필터와 증폭기(미도시) 등을 통하여 전력선 선로(10, 20)에 적합하게 변환하여 전달하는 역할을 한다. 즉, 아날로그 전단부(Analog Front End : AFE)(220)는 전력선 통신을 위해 제어부(210)로부터 전달되는 아날로그 신호를 전력선 선로(10, 20)를 통해 전달되도록 하고, 전력선 선로(10, 20)로부터 전달되는 아날로그 신호를 제어부(210)에 전달한다.

커플링 회로부(230)는 아날로그 전단부(Analog Front End : AFE)(220)를 통해 전력선 선로(10, 20) 사이에 통신 신호의 커플링이 이루어지도록 한다. 커플링 회로부(230)는 도 2b에 도시된 바와 같이, 아날로그 전단부(Analog Front End: AFE)(220)의 출력 신호를 전력선 선로(10, 20)에 인가하고, 전력선 선로(10, 20)에서 전달되는 신호를 아날로그 전단부(220)에 전달하는 역할을 수행한다.

바이패스부(240)는 전력선 선로(10, 20)에 직렬로 연결되며, 도 2a에 도시된 바와 같이 전력선 선로(10, 20)를 따라 흐르는 통신 신호를 통과시킨다. 또한, 바이패스부(240)를 통과하는 통신신호는 제어부(210)의 제어에 의해 커플링 회로부(230)를 통하여 제어부(210)에 전달될 수 있다. 바이패스부(240)는 캐패시터(241)와 같은 교류 신호를 통과시키는 소자로 구성된다. 따라서, 직류 전류는 태양광 모듈(100)을 통과하여 흐르고, 캐패시터(241)는 직류 전류를 통과시키지 않으므로 교류 신호인 통신 신호만을 통과시킨다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 직렬 연결된 전력선 통신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 3을 참조하면, 제어부(210)는 310 단계에서 전력선 선로(10, 20)를 통해 데이터가 전달되고 있는지를 판단한다. 310 단계의 판단 결과 전력선 선로(10, 20)를 통해 데이터가 전달되고 있을 경우, 제어부(210)는 320 단계에서 전력선 선로(10, 20)를 통해 전송되는 통신 신호 데이터를 수신할지를 판단한다. 즉, 전력선 선로(10, 20)를 통해 전송되는 통신 신호 데이터를 바이패스만 시킬지 또는 바이패스시킴과 아울러 수신할지를 판단하는 것이다.

320 단계의 판단 결과 전력선 선로(10, 20)를 통해 전송되는 통신 신호 데이터를 수신해야 할 경우, 330 단계에서 제어부(210)는 커플링 회로부(230)를 통해 전력선 선로(10, 20)를 통해 전송되는 통신 신호 데이터를 수신한다. 그리고, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 수신된 통신 신호 데이터를 다른 통신 장치에 전송할 수도 있다.

한편, 310 단계의 판단 결과 전력선 선로(10, 20)를 통해 데이터가 전달중이지 않을 경우, 제어부(210)는 340 단계에서 전달할 데이터가 있는지를 판단한다.

340 단계의 판단 결과 전력선 선로를 통해 전달할 데이터가 있을 경우, 제어부(210)는 350 단계에서 커플링 회로부(230)가 전력선 선로(10, 20)를 통해 데이터를 전달하도록 제어한다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전력선 통신 장치의 상세 구성도이다. 여기서, 도 4a에는 이웃한 전력선 통신장치를 통하여 생성된 통신 신호가 바이패스되어 이웃한 다른 전력선 통신장치로 전달되는 것이 도시되고, 도 4b에는 전력선 통신 장치에서 생성된 통신 신호가 전력선 통신 선로에 커플링되어 이웃한 다른 전력선 통신 장치로 전달되는 것이 도시되어 있다.

도 2a 및 도 2b와 비교해볼 때, 도 4a 및 도 4b에 도시된 전력선 통신 장치(200)의 바이패스부(440)는 커패시터(441)와 같은 교류 신호를 통과시키는 소자뿐만 아니라, 캐패시터에 직렬로 릴레이를 추가하였다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 릴레이가 닫힌 상태에서는 커패시터를 통하여 통신 신호가 통과되도록 하고, 도 4b에 도시된 바와 같이, 릴레이가 열린 상태에서는 커패시터를 통해서 통신 신호가 전달되지 못한다.

이러한 바이패스부(440)의 릴레이 개폐는 제어부(410)에 의해 제어된다. 이는 제어부(410)가 전력선 통신 신호를 송신하고자 할 때, 커플링 회로부(430)를 통하여 인가되는 통신 신호가 바이패스부(440)의 커패시터 양단에서 일부 흡수되거나 소실될 수 있으므로, 제어부(410)가 전력선 통신 신호를 인가할 때는 릴레이가 열리도록 함으로써 커패시터에 의한 통신 신호의 소실을 방지할 수 있는 장점이 있다. 또한, 공유 매체(shared media)를 사용하여 통신할 경우에는 CSMA-CD 또는 CSMA-CA 방식을 사용하므로 공유 매체 상에 이미 통신 신호가 있을 때는 각 장치가 신호를 인가하지 않고 대기한다. 따라서, 전력선 통신 장치(400)가 통신 신호를 인가할 때는 매체에 신호가 없는 상태이므로, 릴레이를 열어서 커패시터를 통해 통신 신호가 통과하지 않게 하여도 통신에 문제가 발생하지 않는다. 제어부(410)가 CSMA-CD/CA와 연계하여 신호를 인가할 때에만, 릴레이를 열도록 함으로써 통신을 방해하지 않는다.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 직렬 연결된 전력선 통신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 5를 참조하면, 제어부(410)는 510 단계에서 전력선 선로(10, 20)를 통해 데이터가 전달되고 있는지를 판단한다. 이때, 바이패스부(440)의 릴레이는 온되어 있는 상태이다. 510 단계의 판단 결과 전력선 선로(10, 20)를 통해 데이터가 전달되고 있을 경우, 제어부(410)는 520 단계에서 전력선 선로(10, 20)를 통해 전송되는 통신 신호 데이터를 수신할지를 판단한다. 즉, 전력선 선로(10, 20)를 통해 전송되는 통신 신호 데이터를 바이패스만 시킬지 또는 바이패스시킴과 아울러 수신할지를 판단하는 것이다.

520 단계의 판단 결과 전력선 선로(10, 20)를 통해 전송되는 통신 신호 데이터를 수신해야 할 경우, 530 단계에서 제어부(410)는 커플링 회로부(430)를 통해 전력선 선로(10, 20)를 통해 전송되는 통신 신호 데이터를 수신한다. 그리고, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 수신된 통신 신호 데이터를 다른 통신 장치에 전송할 수도 있다.

한편, 510 단계의 판단 결과 전력선 선로(10, 20)를 통해 데이터가 전달중이지 않을 경우, 제어부(410)는 540 단계에서 전달할 데이터가 있는지를 판단한다.

540 단계의 판단 결과 전력선 선로를 통해 전달할 데이터가 있을 경우, 제어부(410)는 550 단계에서 릴레이를 오프시킨 후, 커플링 회로부(430)가 전력선 선로(10, 20)를 통해 데이터를 전달하도록 제어한다.

Claims (9)

1. 전력선 선로에 직렬로 연결되어, 상기 전력선 선로를 따라 흐르는 통신 신호를 통과시키는 바이패스부와,
   상기 바이패스부의 양단에 연결되어, 상기 전력선 선로에 통신 신호를 커플링시키는 커플링 회로부와,
   상기 입출력 아날로그 신호를 상기 전력선 선로에 전송 가능하도록 변환하여 상기 커플링 회로부에 전달하는 아날로그 전단부와,
   상기 전력선 선로를 통해 전달할 통신 신호를 상기 아날로그 전단부에 전달하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 전력선 통신 장치.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 바이패스부는
   커패시터로 구성됨을 특징으로 하는 전력선 통신 장치.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 바이패스부는
   커패시터와 직렬로 연결된 릴레이로 구성됨을 특징으로 하는 전력선 통신 장치.
   
4. 제 3항에 있어서, 상기 제어부는
   전력선 선로를 통해 전송되는 통신 신호를 수신할 경우에는 상기 릴레이를 온시키고, 통신 신호를 전력선 선로에 인가할 경우에는 상기 릴레이를 오프시킴을 특징으로 하는 전력선 통신 장치.
   
5. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는
   외부 장치와 하는 직렬 통신, 이더넷 통신 및 WPAN 통신 중 적어도 하나 이상을 수행하는 인터페이스를 구비하며, 상기 전력선 선로로부터 수신한 통신 신호를 상기 인터페이스를 통해 상기 외부 장치로 전송하거나, 상기 외부 장치에서 수신한 데이터를 전력선 선로에 통신 신호로 인가함을 특징으로 하는 전력선 통신 장치.
   
6. 직렬 연결된 전력선 통신장치 간의 전력선 통신 방법에 있어서,
   전력선 선로를 통해 데이터가 전달되고 있는지 판단하는 단계와,
   전력선 선로를 통해 데이터가 전달되고 있을 경우, 전력선 선로를 통해 전송되는 통신 신호 데이터를 수신하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 전력선 통신 방법.
7. 제 6항에 있어서,
   전력선 선로를 통해 데이터가 전달되고 있지 않을 경우, 전력선 선로에 전송할 데이터가 있는지를 판단하는 단계와,
   상기 전력선 선로에 전송할 데이터가 있을 경우, 전력선 선로에 데이터를 전달하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 전력선 통신 방법.
   
8. 제 7항에 있어서,
   상기 판단 결과 전력선 선로에 전송할 데이터가 있을 경우, 상기 전력선 선로의 통신 신호를 바이패스시키는 커패시터에 직렬로 연결된 릴레이를 오프시키고, 상기 전력선 선로의 양단에 상기 전송할 데이터를 전달함을 특징으로 하는 전력선 통신 방법.
   
9. 제 7항에 있어서,
   상기 판단 결과 전력선 선로에 전송할 데이터가 없을 경우, 상기 전력선 선로의 통신 신호를 바이패스시키는 커패시터에 직렬로 연결된 릴레이를 온시킴을 특징으로 하는 전력선 통신 방법.

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