KR20160119635A - 태양광 인버터 및 그의 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 무 변압기형(Residual current monitoring unit: RCMU) 태양광 인버터에서 고려되지 않은 PV 어레이의 누설 전류를 고려하여 다중 누설 전류를 감시하는 태양광 인버터 및 그의 제어 장치에 관한 것이다. 이를 위하여 본 명세서에 따른 태양광 인버터는 태양광 모듈로부터 전송되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 상기 변환된 교류 전력을 계통에 공급하는 인버터부; 상기 태양광 인버터에서 상기 계통으로 흐르는 누설 전류 값을 측정하는 ZCT 모듈; 상기 측정된 누설 전류 값에서 잡음을 제거하는 로우 패스 필터부; 상기 잡음이 제거된 누설 전류 값에 대한 PLL 동기화 기능을 수행하는 PLL부; 및 상기 PLL 동기화된 누설 전류에 대해서 계통 전압과 동일한 위상인지 여부를 확인하고, 상기 PLL 동기화된 누설 전류가 상기 계통 전압과 동일한 위상일 때 상기 PLL 동기화된 누설 전류를 저항 성분의 누설 전류로 분류하고, 상기 PLL 동기화된 누설 전류를 저장부에 저장하고, 상기 저장부에 저장된 저항 성분의 누설 전류 값들의 변화량이 미리 설정된 값보다 작을 때 날씨 변화에 따른 PV 어레이의 누설로 판단하여 상기 인버터부를 정상 동작하도록 제어하는 제어부;를 포함한다.

Description

태양광 인버터 및 그의 제어 장치{PHOTOVOLTAIC SINGLE PHASE PCS AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 명세서는 태양광 인버터 및 그의 제어 장치에 관한 것으로, 특히 무 변압기형(Residual current monitoring unit: RCMU) 태양광 인버터에서 고려되지 않은 PV 어레이의 누설 전류를 고려하여 다중 누설 전류를 감시하는 태양광 인버터 및 그의 제어 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 태양광 인버터(또는 계통 연계형 인버터)는 태양광 모듈로부터 공급받은 직류 에너지를 교류 에너지로 변환하여, 변환된 교류 에너지를 단상 계통(또는 부하)에 제공하는 장치이다.
이러한 태양광 모듈은 (+)극성과 (-)극성을 태양광 인버터에 연결하는데, 태양광 모듈의 양극성 케이블이 손상되거나 오결선, 불량품 사용 등의 문제가 발생하는 경우, 절연 파괴 및 누설 전류가 발생한다.
특히, 무 변압기형(Residual current monitoring unit: RCMU) 태양광 인버터는 PV 어레이의 날씨 변화에 의해 서서히 변하는 누설 전류와 계통 사고 등에 의한 급변 전류를 구분하지 못한다.
한국등록번호 제10-1223026호
본 명세서의 목적은 PV 어레이의 시간에 따른 누설 전류 특성을 고려하여 누설 전류를 감시하는 태양광 인버터 및 그의 제어 장치를 제공하는 데 있다.
본 명세서의 다른 목적은 PV 어레이의 날씨 변화에 의해 서서히 변하는 누설 전류와 계통 사고 등에 의한 급변 전류를 구분하는 태양광 인버터 및 그의 제어 장치를 제공하는 데 있다.
본 명세서의 실시예에 따른 태양광 인버터는 태양광 모듈로부터 전송되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 상기 변환된 교류 전력을 계통에 공급하는 인버터부; 상기 태양광 인버터에서 상기 계통으로 흐르는 누설 전류 값을 측정하는 ZCT 모듈; 상기 누설 전류 값에 대한 PLL 동기화 기능을 수행하는 PLL부; 및 상기 PLL 동기화된 누설 전류가 상기 계통 전압과 동일한 위상일 때 상기 PLL 동기화된 누설 전류를 저항 성분의 누설 전류로 분류하고, 상기 저항 성분의 누설 전류 값들의 변화량에 따라 상기 인버터부를 제어하는 제어부;를 포함한다.
본 명세서와 관련된 일 예로서 상기 제어부는, 상기 PLL 동기화된 누설 전류가 상기 계통 전압과 동일한 위상이 아닐 때, 상기 PLL 동기화된 누설 전류를 커패시터 성분의 누설 전류로 분류하고, 상기 PLL 동기화된 누설 전류를 저장부에 저장하도록 제어할 수 있다.
본 명세서와 관련된 일 예로서 상기 제어부는, 상기 저장부에 저장된 저항 성분의 누설 전류 값들의 변화량이 미리 설정된 값보다 크거나 같을 때, 계통 사고에 의한 누설로 판단하여 상기 인버터부의 동작을 중지하도록 제어할 수 있다.
본 명세서의 실시예에 따른 태양광 인버터는 상기 ZCT 모듈이 측정한 누설 전류 값에서 잡음을 제거하는 로우 패스 필터부를 더 포함할 수 있다.
본 명세서와 관련된 일 예로서 상기 제어부는, 상기 저항 성분의 누설 전류 값들의 변화량이 미리 설정된 값보다 작을 때 날씨 변화에 따른 PV 어레이의 누설로 판단하여 상기 인버터부를 정상 동작하도록 제어하게 구성될 수 있다
본 명세서의 실시예에 따른 태양광 인버터 및 그의 제어 장치는 PV 어레이의 시간에 따른 누설 전류 특성을 고려하여 누설 전류를 감시함으로써, 태양광 인버터(또는 인버터부)를 보호할 수 있다.
또한, 본 명세서의 실시예에 따른 태양광 인버터 및 그의 제어 장치는 PV 어레이의 날씨 변화에 의해 서서히 변하는 누설 전류와 계통 사고 등에 의한 급변 전류를 구분함으로써, 태양광 인버터(또는 인버터부)의 오동작을 방비할 수 있다.
도 1은 본 명세서의 실시예에 따른 발전 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 명세서의 실시예에 따른 태양광 인버터의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 명세서의 실시예에 따른 ZCT 모듈의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 명세서의 실시예에 따른 ZCT 모듈의 신호 증폭 장치를 나타낸 회로도이다.
도 5는 본 명세서의 실시예에 따른 날씨 변화에 따른 PV 어레이의 누설 전류의 특성을 나타낸 도이다.
도 6은 본 명세서의 실시예에 따른 태양광 인버터의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 따른 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 명세서의 실시예에 따른 발전 시스템(10)의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 발전 시스템(또는 태양광 시스템)(10)은 태양광 모듈(100) 및 태양광 인버터(200)를 포함한다. 도 1에 도시된 발전 시스템(10)의 구성 요소 모두가 필수 구성 요소인 것은 아니며, 도 1에 도시된 구성 요소보다 많은 구성 요소에 의해 발전 시스템(10)이 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성 요소에 의해서도 발전 시스템(10)이 구현될 수도 있다.
상기 태양광 모듈(100)은 복수로 형성되며, 복수의 태양광 모듈(100)이 직렬로(또는, 스트링(string) 형태로) 형성한다.
또한, 상기 태양광 모듈(100)은 태양광을 근거로 전기를 생산하여 상기 태양광 모듈(100)에 연결된 태양광 인버터(200)에 전달(또는 출력)한다.
또한, 상기 태양광 모듈(100)은 아몰퍼스 실리콘, 미결정 실리콘, 결정 실리콘 및, 단결정 실리콘 등의 반도체와, 화합물 반도체 등을 포함하는 태양 전지로 구성한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 태양광 인버터(200)는 인버터부(210), ZCT 모듈(220), 로우 패스 필터부(LPF)(230), PLL부(240), 제어부(250) 및 저장부(260)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 태양광 인버터(200)의 구성 요소 모두가 필수 구성 요소인 것은 아니며, 도 2에 도시된 구성 요소보다 많은 구성 요소에 의해 태양광 인버터(200)가 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성 요소에 의해서도 태양광 인버터(200)가 구현될 수도 있다.
상기 인버터부(210)는 상기 태양광 인버터(200)의 입력 단자(미도시)를 통해 상기 태양광 모듈(100)로부터 제공(또는 공급/전달)되는 직류 전력(또는 직류 전압/직류 전류)을 교류 전력(또는 교류 전압/교류 전류)으로 변환한다.
또한, 상기 인버터부(210)는 상기 변환된 교류 전력을 상기 계통(또는 부하)(300)에 제공(또는 공급)한다.
상기 ZCT 모듈(zero current transformer: 영상 변류기)(또는 누설 전류 감지 센서)(220)은 상기 태양광 인버터(200)에서 상기 계통(300)으로 흐르는 누설 전류 값을 측정한다.
또한, 상기 ZCT 모듈(220)은 도 3에 도시된 회로도 및 결선의 구성을 근거로 동작하여 누설 전류 값을 측정한다.
또한, 상기 ZCT 모듈(220)은 도 4에 도시된 회로도의 구성을 근거로 측정된 누설 전류 값을 미리 설정된 값만큼 증폭할 수 있다.
상기 로우 패스 필터부(Low Pass Filter: LPF)(230)는 상기 측정된 누설 전류 값에서 잡음을 제거하는 필터링 기능을 수행한다.
상기 PLL부(Phase Locked Loop: 위상 동기 루프)(240)는 상기 로우 패스 필터부(230)를 통해 잡음이 제거된 누설 전류 값에 대한 PLL 동기화 기능(또는 위상 동기 루프 기능)을 수행한다.
상기 제어부(250)는 상기 PLL부(240)를 통해 상기 PLL 동기화된 누설 전류에 대해서 계통 전압과 동일한 위상인지 여부를 확인(또는 판단)한다
상기 확인 결과(또는 판단 결과), 상기 PLL 동기화된 누설 전류가 상기 계통 전압과 동일한 위상인 경우, 상기 제어부(250)는 상기 PLL 동기화된 누설 전류를 상기 도 1에 도시된 저항 성분(또는 R 성분)의 누설 전류로 분류(또는 구분)하고, 상기 PLL 동기화된 누설 전류를 저장부(260)에 저장한다.
또한, 상기 확인 결과, 상기 PLL 동기화된 누설 전류가 상기 계통 전압과 동일한 위상이 아닌 경우, 상기 제어부(250)는 상기 PLL 동기화된 누설 전류를 상기 도 1에 도시된 커패시터 성분(또는 C 성분)의 누설 전류로 분류하고, 상기 PLL 동기화된 누설 전류를 저장부(260)에 저장한다.
또한, 상기 제어부(250)는 상기 저장부(260)에 저장된 저항 성분의 누설 전류 값들의 변화량을 감지(또는 확인)한다.
또한, 상기 제어부(250)는 상기 감지된 변화량이 미리 설정된 값보다 크거나 같은지 여부를 판단(또는 확인)한다.
상기 판단 결과, 상기 감지된 변화량이 미리 설정된 값보다 크거나 같을 때, 상기 제어부(250)는 계통 사고에 의한 누설로 판단하여, 상기 인버터부(210)의 동작을 중지(또는 정지)시킨다.
또한, 상기 판단 결과, 상기 감지된 변화량이 미리 설정된 값보다 작을 때, 상기 제어부(250)는 날씨 변화 등에 의한 PV 어레이의 누설로 판단하여, 상기 인버터부(210)의 동작을 제어하여 태양광 모듈(100)로부터 전달되는 전력(또는 전압/전류)을 직류에서 교류로 변환하고, 교류로 변환된 전력을 계통(또는 부하)(300)에 제공(또는 공급)한다.
즉, 상기 판단 결과, 상기 감지된 변화량이 미리 설정된 값보다 작을 때, 상기 제어부(250)는 도 5에 도시된 바와 같이 날씨 변화에 따른 PV 어레이의 누설(510)로 판단하여, 상기 인버터부(210)가 정상적으로 동작하도록 제어한다.
상기 저장부(260)는 상기 태양광 인버터(200)가 동작하는데 필요한 데이터와 프로그램 등을 저장한다.
또한, 상기 저장부(260)는 플래시 메모리 타입(Flash Memory Type), 하드 디스크 타입(Hard Disk Type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(Multimedia Card Micro Type), 카드 타입의 메모리(예를 들면, SD 또는 XD 메모리 등), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크, 램(Random Access Memory: RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory: ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory) 중 적어도 하나의 저장매체를 포함할 수 있다. 또한, 태양광 인버터(200)는 인터넷(internet)상에서 저장부(260)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage)를 운영하거나, 또는 상기 웹 스토리지와 관련되어 동작할 수도 있다.
또한, 상기 저장부(260)는 상기 제어부(250)의 제어에 의해 저항 성분(또는 R 성분)의 누설 전류로 분류된 상기 PLL 동기화된 누설 전류를 저장한다.
또한, 상기 저장부(260)는 상기 제어부(250)의 제어에 의해 커패시터 성분(또는 C 성분)의 누설 전류로 분류된 상기 PLL 동기화된 누설 전류를 저장한다.
상기 계통(또는 부하)(300)은 상기 태양광 인버터(200)로부터 공급되는 교류 전력(또는 교류 전압/교류 전류)을 근거로 동작(또는 구동)한다.
이와 같이, PV 어레이의 시간에 따른 누설 전류 특성을 고려하여 누설 전류를 감시할 수 있다.
또한, 이와 같이, PV 어레이의 날씨 변화에 의해 서서히 변하는 누설 전류와 계통 사고 등에 의한 급변 전류를 구분할 수 있다.
이하에서는, 본 명세서에 따른 태양광 인버터의 제어 방법을 도 1 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.
도 6은 본 명세서의 실시예에 따른 태양광 인버터의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
먼저, ZCT 모듈(220)은 태양광 인버터(200)에서 계통(300)으로 흐르는 누설 전류 값을 측정한다(S610).
이후, 로우 패스 필터부(230)는 상기 측정된 누설 전류 값에서 잡음을 제거하는 필터링 기능을 수행한다(S620).
이후, PLL부(240)는 상기 잡음이 제거된 누설 전류 값에 대한 PLL 동기화 기능(또는 위상 동기 루프 기능)을 수행한다(S630).
이후, 제어부(250)는 상기 PLL 동기화된 누설 전류에 대해서 계통 전압과 동일한 위상인지 여부를 확인(또는 판단)한다(S640).
상기 확인 결과(또는 판단 결과), 상기 PLL 동기화된 누설 전류가 상기 계통 전압과 동일한 위상인 경우, 상기 제어부(250)는 상기 PLL 동기화된 누설 전류를 저항 성분(또는 R 성분)의 누설 전류로 분류(또는 구분)하고, 상기 PLL 동기화된 누설 전류를 저장부(260)에 저장한다(S650).
또한, 상기 확인 결과, 상기 PLL 동기화된 누설 전류가 상기 계통 전압과 동일한 위상이 아닌 경우, 상기 제어부(250)는 상기 PLL 동기화된 누설 전류를 커패시터 성분(또는 C 성분)의 누설 전류로 분류하고, 상기 PLL 동기화된 누설 전류를 저장부(260)에 저장한다(S660).
이후, 상기 제어부(250)는 상기 저장부(260)에 저장된 저항 성분의 누설 전류 값들의 변화량을 감지(또는 확인)한다(S670).
이후, 상기 제어부(250)는 상기 감지된 변화량이 미리 설정된 값보다 크거나 같은지 여부를 판단(또는 확인)한다(S680).
상기 판단 결과, 상기 감지된 변화량이 미리 설정된 값보다 크거나 같을 때, 상기 제어부(250)는 계통 사고에 의한 누설로 판단하여, 상기 인버터부(210)의 동작을 중지(또는 정지)시킨다(S690).
또한, 상기 판단 결과, 상기 감지된 변화량이 미리 설정된 값보다 작을 때, 상기 제어부(250)는 날씨 변화 등에 의한 PV 어레이의 누설로 판단하여, 상기 인버터부(210)의 동작을 제어하여 태양광 모듈(100)로부터 전달되는 전력(또는 전압/전류)을 직류에서 교류로 변환하고, 교류로 변환된 전력을 계통(또는 부하)(300)에 제공(또는 공급)한다(S700).
본 명세서의 실시예는 앞서 설명한 바와 같이, PV 어레이의 시간에 따른 누설 전류 특성을 고려하여 누설 전류를 감시하여, 태양광 인버터(또는 인버터부)를 보호할 수 있다.
또한, 본 명세서의 실시예는 앞서 설명한 바와 같이, PV 어레이의 날씨 변화에 의해 서서히 변하는 누설 전류와 계통 사고 등에 의한 급변 전류를 구분하여, 태양광 인버터(또는 인버터부)의 오동작을 방비할 수 있다.
전술한 내용은 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.
10: 발전 시스템 100: 태양광 모듈
200: 태양광 인버터 300: 계통
210: 인버터부 220: ZCT 모듈
230: 로우 패스 필터부(LPF) 240: PLL부
250: 제어부 260: 저장부

Claims (5)

  1. 태양광 모듈로부터 전송되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 상기 변환된 교류 전력을 계통에 공급하는 인버터부;
    상기 인버터부에서 상기 계통으로 흐르는 누설 전류 값을 측정하는 ZCT 모듈;
    상기 누설 전류 값에 대한 PLL 동기화 기능을 수행하는 PLL부; 및
    상기 PLL 동기화된 누설 전류가 상기 계통 전압과 동일한 위상일 때 상기 PLL 동기화된 누설 전류를 저항 성분의 누설 전류로 분류하고, 상기 저항 성분의 누설 전류 값들의 변화량에 따라 상기 인버터부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 인버터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 PLL 동기화된 누설 전류가 상기 계통 전압과 동일한 위상이 아닐 때, 상기 PLL 동기화된 누설 전류를 커패시터 성분의 누설 전류로 분류하고, 상기 PLL 동기화된 누설 전류를 저장부에 저장하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 인버터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    저장부에 저장된 저항 성분의 누설 전류 값들의 변화량이 미리 설정된 값보다 크거나 같을 때, 계통 사고에 의한 누설로 판단하여 상기 인버터부의 동작을 중지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 인버터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 ZCT 모듈이 측정한 누설 전류 값에서 잡음을 제거하는 로우 패스 필터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 인버터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 저항 성분의 누설 전류 값들의 변화량이 미리 설정된 값보다 작을 때 날씨 변화에 따른 PV 어레이의 누설로 판단하여 상기 인버터부를 정상 동작하도록 제어하게 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 인버터.
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