KR20170044423A - 고장진단 및 전력변동성 계측을 위한 원격계측시스템 - Google Patents

고장진단 및 전력변동성 계측을 위한 원격계측시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고장진단 및 전력변동성 계측을 위한 원격계측시스템에 관한 것으로서, 태양전지모듈에서 발생하는 직류 전원을 입력받아 교류 전원으로 변환하여 전력계통으로 출력하는 인버터를 포함하는 전력변환부와; 상기 태양전지모듈에서 상기 전력변환부로 입력되는 직류 전류 및 전압을 검측하는 입력검측부와; 상기 태양전지모듈과 인접하도록 설치되어 일사량을 검측하는 일사량센서와; 상기 전력변환부에서 상기 전력계통으로 출력되는 교류 전류 및 전압을 검측하는 출력검측부와; 상기 입력검측부에서 검측된 직류 전류 및 전압 정보와 상기 일사량 센서에서 검측된 일사량정보를 이용하여 상기 태양전지모듈의 고장 여부를 진단하고, 상기 출력검측부에서 검측된 교류 전류 및 전압 정보를 이용하여 상기 전력변환부의 고장 여부를 진단하며, 각각의 진단결과를 출력하는 진단부와; 상기 입력검측부에서 검측된 직류 전류 및 전압 정보와, 상기 출력검측부에서 검측된 교류 전류 및 전압 정보 및 상기 진단부에서 출력되는 진단결과를 각각 저장하는 기록부와; 상기 기록부에 저장된 직류 전류 및 전압 정보를 이용하여 상기 태양전지모듈의 발전전력에 대한 시간별 전력변동성을 분석하는 전력변동분석부와; 상기 진단부에서 출력되는 진단결과를 수신하여 상기 태양전지모듈 및 상기 전력변환부의 고장 여부를 실시간 모니터링하며, 상기 태양전지모듈 또는 전력변환부가 고장상태로 진단되는 경우, 관리자단말기로 이벤트신호를 송출하도록 된 관제부;를 구비한다.
본 발명에 따른 고장진단 및 전력변동성 계측을 위한 원격계측시스템은 관리자가 개발된 시스템을 바탕으로 직접 진단 및 원인 분석이 가능하여 태양광발전시스템 및 설비의 유지보수에 소요되는 시간을 절감할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 전력변동성 계측을 위한 원격계측시스템은 이상 및 고장 진단시 알람 서비스, 블랙박스 기능을 통하여 유지관리 인력 및 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.

Description

고장진단 및 전력변동성 계측을 위한 원격계측시스템{Remote meter system for fault diagnosis and electric power fluctuation measurement}
본 발명은 고장진단 및 전력변동성 계측을 위한 원격계측시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전력변환장치에서 출력되는 교류 전류 및 전압을 팍스벡터(Park`s vector) 변환 알고리즘을 이용하여 전력변환장치의 고장원인을 분석 및 전력 블랙박스 기능을 통한 정확한 고장원인 분석을 수행할 수 있는 고장진단 및 전력변동성 계측을 위한 원격계측시스템에 관한 것이다.
최근 전세계적으로 기후변화 협약과 에너지 자원의 고갈 문제가 대두되면서 태양에너지에 대한 관심이 고조됨에 따라 태양에너지를 효과적으로 사용하기 위한 연구가 선진국을 중심으로 폭넓게 진행되고 있으며
특히, 국내에서는 신재생에너지를 이용하여 발전된 전력을 상용계통에 공급할 수 있도록 하는 전기사업법의 개정이 진행됨에 따라 태양에너지를 비롯한 신재생에너지의 활용에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
신재생에너지는 태양에너지, 바이오에너지, 풍력, 수력, 연료전지, 석탄을 액화 및 가스화한 에너지 및 중질잔사유를 가스화한 에너지로, 해양에너지, 폐기물에너지, 지열에너지, 수소에너지 및 그 밖에 석유, 석탄, 원자력 또는 천연가스가 아닌 에너지로 구분한다. 이들 중 태양에너지를 이용하기 위한 태양광발전시스템은 설계 및 제어기술이 높은 수준에 도달했으나, 발전 및 산업 현장에서 예기치 못한 운전과 환경 등으로 인하여 잦은 고장이 발생하고 있다.
특히, 태양전지모듈은 불량, 파손, 노후화 등 제조과정이나 자연환경 등에 의해 고장이나 문제가 발생하며, 이를 감지하기 위해 셀별, 스트링별, 어레이별 고장 진단 제품이 적용되고 있다.
한편, 태양광발전시스템을 부하나 전력계통에 연계하기 위해 전력을 변환하여 공급하는 인버터의 경우에는, 태양광발전시스템의 이상운전을 자체적으로 확인하고, 발전 전력이나 적산 전력 등의 정보를 의무적으로 표시하기 위해 외부 인터페이스를 이용하는 원격 모니터링 기술을 적용하고 있다.
그러나, 태양광발전시스템의 이상 및 고장진단은 전력변환장치인 인버터 자체의 진단에 의해 확인 가능하기 때문에 인버터 내부의 센서나 데이터 오류 등으로 인하여 원격 데이터 검출의 신뢰도가 저하되는 문제가 있다.
또한, 태양광발전시스템에 사용되는 전력변환장치의 변환효율 및 고장진단 등의 데이터코드가 정확한 값인지 확인이 어렵고, 실제적인 전력변동성(전력변동률, 최대전력 발생 일시 및 누적)과 전력변환장치의 내구성 예측을 분별하기가 어려운 문제가 있다.
그리고, 소규모의 태양광발전소에는 관리자가 상주하지 않아 설비의 운전상태 및 고장상태를 확인할 수 없고, 예기치 못한 고장으로 인하여 전체 시스템에 영향을 미쳐 발전이 중단되는 문제가 있다.
KR 10-0505049 B1 KR 10-1198194 B1 KR 10-1030925 B1
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 태양광발전모듈의 발전효율, 전력변환장치의 전력변환효율 및 일사량 대비 태양광발전모듈의 출력 분석을 통해 태양광발전설비의 고장진단을 수행할 수 있는 고장진단 및 전력변동성 계측을 위한 원격계측시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 전력변환장치에서 출력되는 전압 및 전류를 팍스 벡터(Park`s vector) 변환 알고리즘을 이용하여 전력변환장치의 고장원인을 분석 및 전력 블랙박스 기능을 통한 정확한 고장원인 분석을 수행할 수 있는 고장진단 및 전력변동성 계측을 위한 원격계측시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고, 본 발명은 전력 블랙박스 기능을 활용하여 전력변동성 분석을 수행할 수 있는 고장진단 및 전력변동성 계측을 위한 원격계측시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고장진단 및 전력변동성 계측을 위한 원격계측시스템은 태양전지모듈에서 발생하는 직류 전원을 입력받아 교류 전원으로 변환하여 전력계통으로 출력하는 인버터를 포함하는 전력변환부와; 상기 태양전지모듈에서 상기 전력변환부로 입력되는 직류 전류 및 전압을 검측하는 입력검측부와; 상기 태양전지모듈과 인접하도록 설치되어 일사량을 검측하는 일사량센서와; 상기 전력변환부에서 상기 전력계통으로 출력되는 교류 전류 및 전압을 검측하는 출력검측부와; 상기 입력검측부에서 검측된 직류 전류 및 전압 정보와 상기 일사량 센서에서 검측된 일사량정보를 이용하여 상기 태양전지모듈의 고장 여부를 진단하고, 상기 출력검측부에서 검측된 교류 전류 및 전압 정보를 이용하여 상기 전력변환부의 고장 여부를 진단하며, 각각의 진단결과를 출력하는 진단부와; 상기 입력검측부에서 검측된 직류 전류 및 전압 정보와, 상기 출력검측부에서 검측된 교류 전류 및 전압 정보 및 상기 진단부에서 출력되는 진단결과를 각각 저장하는 기록부와; 상기 기록부에 저장된 직류 전류 및 전압 정보를 이용하여 상기 태양전지모듈의 발전전력에 대한 시간별 전력변동성을 분석하는 전력변동분석부와; 상기 진단부에서 출력되는 진단결과를 수신하여 상기 태양전지모듈 및 상기 전력변환부의 고장 여부를 실시간 모니터링하며, 상기 태양전지모듈 또는 전력변환부가 고장상태로 진단되는 경우, 관리자단말기로 이벤트신호를 송출하도록 된 관제부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 진단부는 상기 출력검출부에서 검측되는 3상의 전류에 대해 2상으로 변환하는 dq변환을 통해 d축 전류와 q축 전류로 각각 분리시키고 분리된 상기 d축 전류 성분과 q축 전류 성분에 대한 직교좌표상의 팍스벡터 궤적을 생성하는 팍스벡터 생성부와, 상기 전력변환부가 정상상태일 때 상기 팍스벡터 생성부에서 생성되는 기준 팍스벡터 궤적에 대하여 상기 팍스벡터 생성부에서 생성된 비교 팍스벡터 궤적을 비교하여 상기 전력변환부의 고장 여부를 판정하는 판정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 판정부는 상기 비교 팍스벡터 궤적의 형상과 직교좌표상의 점유영역 및 위치를 종합 분석하여 상기 인버터에 구비된 스위칭 소자들 중 고장이 발생한 스위칭 소자의 위치를 파악할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.
상기 진단부에서 출력되는 진단결과와, 고장이 발생한 스위칭 소자의 위치 또는 해당 스위칭 소자의 식별정보를 표시하는 상태표시부;를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 입력검측부에서 검측되는 직류 전류 및 전압 정보와 상기 출력검측부에서 검측되는 교류 전류 및 전압 정보를 이용하여 상기 전력변환부의 전력변환효율을 분석하기 위한 변환효율분석부;를 더 구비한다.
본 발명에 따른 고장진단 및 전력변동성 계측을 위한 원격계측시스템은 관리자가 개발된 시스템을 바탕으로 직접 진단 및 원인 분석이 가능하여 태양광발전시스템 및 설비의 유지보수에 소요되는 시간을 절감할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 전력변동성 계측을 위한 원격계측시스템은 이상 및 고장 진단시 알람 서비스, 블랙박스 기능을 통하여 유지관리 인력 및 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고장진단 및 전력변동성 계측을 위한 원격계측시스템의 구성을 나타낸 블럭도.
도 2는 본 발명에 따른 고장진단 및 전력변동성 계측을 위한 원격계측시스템의 구성요소인 전력변환부의 인터버에 대한 일실시 예를 나타낸 회로도.
도 3은 인터버가 정상상태일 때의 기준 팍스벡터 궤적을 나타낸 그래프.
도 4는 도 2에 도시된 인터버의 스위칭 소자들 중 1번 스위칭 소자가 단락된 상태일 때의 비교 팍스벡터 궤적을 나타낸 그래프.
도 5는 도 2에 도시된 인터버의 스위칭 소자들 중 2번 스위칭 소자가 단락된 상태일 때의 비교 팍스벡터 궤적을 나타낸 그래프.
도 6은 도 2에 도시된 인터버의 스위칭 소자들 중 3번 스위칭 소자가 단락된 상태일 때의 비교 팍스벡터 궤적을 나타낸 그래프.
도 7은 도 2에 도시된 인터버의 스위칭 소자들 중 4번 스위칭 소자가 단락된 상태일 때의 비교 팍스벡터 궤적을 나타낸 그래프.
도 8은 도 2에 도시된 인터버의 스위칭 소자들 중 5번 스위칭 소자가 단락된 상태일 때의 비교 팍스벡터 궤적을 나타낸 그래프.
도 9는 도 2에 도시된 인터버의 스위칭 소자들 중 6번 스위칭 소자가 단락된 상태일 때의 비교 팍스벡터 궤적을 나타낸 그래프.
도 10은 도 2에 도시된 인터버의 스위칭 소자들 중 1번 스위칭 소자가 개방된 상태일 때의 비교 팍스벡터 궤적을 나타낸 그래프.
도 11은 도 2에 도시된 인터버의 스위칭 소자들 중 2번 스위칭 소자가 개방된 상태일 때의 비교 팍스벡터 궤적을 나타낸 그래프.
도 12는 도 2에 도시된 인터버의 스위칭 소자들 중 3번 스위칭 소자가 개방된 상태일 때의 비교 팍스벡터 궤적을 나타낸 그래프.
도 13은 도 2에 도시된 인터버의 스위칭 소자들 중 4번 스위칭 소자가 개방된 상태일 때의 비교 팍스벡터 궤적을 나타낸 그래프.
도 14는 도 2에 도시된 인터버의 스위칭 소자들 중 5번 스위칭 소자가 개방된 상태일 때의 비교 팍스벡터 궤적을 나타낸 그래프.
도 15는 도 2에 도시된 인터버의 스위칭 소자들 중 5번 스위칭 소자가 개방된 상태일 때의 비교 팍스벡터 궤적을 나타낸 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고장진단 및 전력변동성 계측을 위한 원격계측시스템에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 15에는 본 발명에 따른 고장진단 및 전력변동성 계측을 위한 원격계측시스템이 도시되어 있다. 도 1 내지 도 15를 참조하면, 본 발명에 따른 고장진단 및 전력변동성 계측을 위한 원격계측시스템은 전력변환부(10)와; 입력검측부(20)와; 출력검측부(30)와; 일사량센서(40)와; 진단부(50)와; 기록부(60)와; 전력변동분석부(70)와; 관제부(80); 및 상태표시부(100);를 구비한다.
상기 전력변환부(10)는 태양전지모듈(PV)에서 발생하는 직류 전원을 입력받아 3상 교류 전원으로 변환하여 전력계통으로 출력하는 인버터를 포함하여 구성되어 있다. 상기 전력변환부(10)의 입력측과 출력측 각각에는 후술하는 입력검측부(20)와 출력검측부(30)가 연결되어 있다. 상기 전력변환부(10)의 인버터는 직류를 교류로 변환시키는 기능뿐만 아니라, 태양전지모듈에서 발생하는 발전전력이 출력 가능한 조건이 되면 자동으로 운전을 시작하고 출력 가능한 조건이 만족되지 않는 경우에는 운전이 정지되는 기능을 가진다.
상기 입력검측부(20)는 상기 전력변환부(10)의 입력측에 접속되어 상기 태양전지모듈에서 상기 전력변환부(10)로 입력되는 직류 전류 및 전압을 검측하도록 되어 있으며, 검측된 직류 성분의 전류 정보 및 전압 정보는 각각 후술하는 진단부(50)로 전달되도록 되어 있다.
상기 일사량센서(40)는 상기 태양전지모듈과 인접하도록 설치되어 일사량을 검측하여 후술하는 진단부(50)로 전달된다. 상기 일사량센서(40)에서 검측되는 일사량은 상기 진단부(50)에서 검측 일사량과 태양전지모듈에서 발생하는 전력을 대비하여 태양전지모듈의 발전 성능 및 고장 여부를 분석하는데 이용된다.
상기 출력검측부(30)는 상기 전력변환부(10)의 출력측에 연결되어 상기 전력계통으로 출력되는 교류 전류 및 전압을 검측하도록 되어 있으며, 검측된 교류 성분의 전류 정보 및 전압 정보는 각각 후술하는 진단부(50)로 전달되도록 되어 있다. 이때, 상기 출력검측부(30)에서 검측되는 전류 및 전압은 상전류 및 상전압이다.
상기 진단부(50)는 상기 입력검측부(20)에서 검측된 직류 전류 및 전압 정보와 상기 일사량 센서에서 검측된 일사량정보를 이용하여 상기 태양전지모듈의 발전 성능 및 발전 효율 및 고장 여부를 진단하고, 상기 출력검측부(30)에서 검측된 교류 전류 및 전압 정보를 이용하여 상기 전력변환부(10)의 고장 여부를 진단하며, 각각에 대한 진단결과를 출력하도록 되어 있다. 또한, 상기 진단부(50)는 태양전지모듈의 상태, 전력변환부(10)의 효율을 진단한다.
상기 진단부(50)는 팍스벡터 생성부와, 판정부 및 제어부를 포함한다.
상기 팍스벡터 생성부는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 출력검출부에서 검측되는 3상의 전류에 대해 2상으로 변환하는 dq변환을 통해 d축 전류와 q축 전류로 각각 분리시키고 분리된 상기 d축 전류 성분과 q축 전류 성분에 대한 직교좌표상의 팍스벡터 궤적을 생성한다. 이때, d축의 전류와 q축의 전류는 각각 아래의 수학식 1 및 2와 같다.
Figure pat00001
Figure pat00002
상기의 수학식 1 및 2에서 ia, ib, ic는 각각 상기 상기 출력검출부에서 검측되는 3상의 전류값이다.
그리고, 상기 판정부는 상기 전력변환부(10)가 정상상태일 때 상기 팍스벡터 생성부에서 생성되는 기준 팍스벡터 궤적(도 3의 비틀림이나 왜곡이 없는 원형의 궤적)에 대하여 상기 팍스벡터 생성부에서 생성된 비교 팍스벡터 궤적을 비교하여 상기 전력변환부(10)의 고장 여부를 판정하도록 되어 있다.
상기 판정부는 상기 비교 팍스벡터 궤적의 형상과 직교좌표상의 점유영역 및 위치를 종합 분석하여 상기 인버터에 구비된 스위칭 소자들 중 고장이 발생한 스위칭 소자의 위치를 파악할 수 있도록 되어 있다.
상기 판정부에 의해 스위칭 소자들의 고장 발생 여부를 판정하는 과정은 도 2에 도시된 바와 같은 6개의 스위칭 소자(SW1~SW6)를 가지는 계통연계형 인버터를 적용한 예에 대하여 설명한다.
먼저, 도 3에는 전력변환부(10)가 정상상태일 때 상기 전력변환부(10)로부터 출력되는 3상 전류를 dq변환을 이용하여 변환한 후, d축과 q축으로 구성된 직교좌표계상에서의 팍스벡터 궤적이 나타나 있다. 이때의 팍스벡터 궤적을 기준 팍스벡터 궤적이라 한다.
그리고, 도 4 내지 9에는 다양한 형태를 갖는 비교 팍스벡터 궤적이 나타나 있다. 먼저 도 4에 나타난 비교 팍스벡터 궤적을 살펴보면, 기준 팍스벡터 궤적에 비해 좌우 측의 폭이 내측으로 찌그러진 형태를 취하면서 직교좌표상의 제1사분면과 제4사분면에 각각 상부와 하부가 일부분씩 걸쳐져 있는 형태를 취한다. 이 경우, 상기 판정부는 인버터의 1번 스위칭 소자(SW1)가 단락된 상태인 것으로 고장 여부를 판정한다.
다음으로, 도 5에 나타난 비교 팍스벡터 궤적을 살펴보면 1번 스위칭 소자(SW1)가 단락된 상태와 유사하게 기준 팍스벡터 궤적에 비해 좌우 측의 폭이 내측으로 찌그러진 형태를 취하면서 직교좌표상의 제2사분면과 제3사분면에 각각 상부와 하부가 일부분씩 걸쳐져 있는 형태를 취한다. 이 경우, 상기 판정부는 2번 스위칭 소자(SW2)가 단락된 상태인 것으로 고장 여부를 판정한다.
이와 다르게, 도 6에 나타난 비교 팍스벡터 궤적의 경우, 기준 팍스벡터 궤적에 비해 좌우 측의 폭이 내측으로 찌그러지고, 상부가 우측으로 기울어져 있으며, 궤적의 대부분이 제2사분면에 위치해 있고 일부만이 제1사분면에 위치하는 형태를 취한다. 이 경우, 상기 판정부는 3번 스위칭 소자가 단락된 상태인 것으로 고장 여부를 판정한다.
또한, 도 7에 나타난 비교 팍스벡터 궤적의 경우, 도 6에 나타난 비교 팍스벡터 궤적과 원점에 대하여 대칭되는 형태를 취하는데 이때, 상기 판정부는 4번 스위칭 소자가 단락된 상태인 것으로 고장 여부를 판정한다.
그리고, 도 8에 도시된 비교 팍스벡터 궤적의 경우, 도 6에 나타난 비교 팍스벡터 궤적과 d축에 대하여 대칭되는 형태 또는 도 7에 나타난 비교 팍스벡터 궤적과 q축에 대하여 대칭되는 형태를 취하며, 이때 상기 판정부는 5번 스위칭 소자가 단락된 상태인 것으로 고장 여부를 판정한다.
한편, 도 9에 도시된 비교 팍스벡터 궤적의 경우, 도 6에 나타난 비교 팍스벡터 궤적과 q축에 대하여 대칭되는 형태 또는 도 7에 나타난 비교 팍스벡터 궤적과 d축에 대하여 대칭되는 형태를 취하며, 이때 상기 판정부는 6번 스위칭 소자가 단락된 상태인 것으로 고장 여부를 판정한다.
또한, 도면에 도시되어 있지 않지만, 상기 판정부는 도 4 내지 도 9에 도시된 바와 같이 비교 팍스벡터의 궤적 형태 및 위치에 따라 단일 스위칭 소자의 고장 여부를 판정할 수 있을 뿐만 아니라, 2개 이상의 스위칭 소자의 고장 여부를 판정할 수도 있으며, 상술한 바와 같은 스위칭 소자의 단락 상태 판정뿐만 아니라, 스위칭 소자의 개방 상태 판정도 가능하다.
일 예로, 도 10에는 1번 스위칭 소자가 개방된 상태일 때의 비교 팍스벡터 궤적이 나타나 있다. 도 10에 나타난 비교 팍스벡터 궤적은 기준 팍스벡터 궤적과 대비하여 제1사분면과 제4사분면에 해당하는 영역이 제거 및 제2사분면과 제3사분면을 점유하는 형태를 취하고 있다. 상기 판정부는 팍스벡터 생성부에서 생성된 비교 팍스벡터의 궤적이 도 10에 도시된 바와 같이 기준 팍스벡터 궤적과 대비하여 제2사분면과 제3사분면만을 점유하는 형태를 취하는 경우, 1번 스위칭 소자가 개방된 상태로 판정하도록 되어 있다.
이와 다르게, 도 11에는 도 10에 도시된 비교 팍스벡터 궤적이 원점에 대하여 대칭되는 형태를 취하는 비교 팍스벡터 궤적이 나타나 있는데, 이 경우 판정부는 인버터의 2번 스위칭 소자가 개방된 상태로 판정하도록 되어 있다. 또 다른 예로, 상기 판정부는 도 12 내지 도 15에 도시된 바와 같은 비교 팍스벡터 궤적이 생성되는 경우, 3번 스위칭 소자, 4번 스위칭 소자, 5번 스위칭소자, 6번 스위칭 소자가 각각 개방된 상태로 판정하도록 되어 있다.
상기 판정부는 상술한 바와 같이 기준 팍스벡터 궤적에 대하여 비교 팍스벡터 궤적을 비교(각 스위칭 소자의 고장 상태에 따른 비교 팍스벡터 궤적 데이터들을 데이터베이스화한 상태로, 실시간으로 생성되는 비교 팍스벡터 궤적이 어떠한 고장 상태에 따른 팍스벡터 궤적에 해당하는지를 비교)하여 총 6개의 스위칭 소자의 개별적 및 복합적 고장 여부를 판정할 수 있으며, 고장이 발생한 스위칭 소자에 대한 식별정보(스위칭 소자 순번 등)를 즉시 생성 및 출력하도록 되어 있다.
또한, 상기 판정부는 전력계통의 3상 교류 전압 및 중성선 전류를 검출하여 전력계통의 상태를 확인할 수 있다. 일 예로, 교류 전압이 380V(±10% 오차 내외)이고, 주파수가 60Hz(±2% 오차 내외)인 경우 정상상태로 판정하고, 교류 전압이 380V(±10% 초과), 주파수가 60Hz(±2% 초과)시에는 이상상태로 판정한다. 이때, 후술하는 제어부는 상기 인버터의 단독운전이 발생하지 않도록 인버터의 작동을 중지되게 제어한다.
상기 제어부는 태양전지모듈의 발전량, 판정부의 판정결과, 입력검측부(20)의 검측정보, 출력검측부(30)의 검측정보, 일사량센서(40)의 검측정보, 후술하는 전력변동분석부(70)의 분석결과 등을 후술하는 기록부(60)에 저장되도록 제어하며, 진단부(50)에서 출력되는 판정결과를 관제부(80)로 송출 및 상태표시부(100)에 표시되게 제어한다.
상기 기록부(60)는 상술한 바와 같이 태양전지모듈의 발전량, 판정부의 판정결과, 입력검측부(20)의 검측정보, 출력검측부(30)의 검측정보, 일사량센서(40)의 검측정보, 전력변동분석부(70)의 분석결과를 저장하도록 되어 있다. 상기 기록부(60)는 관리자의 PC 또는 관제부(80)의 데이터베이스 등과 같은 외부장치와 유선 또는 무선 통신 가능하게 연결되어 저장된 정보를 온라인으로 열람 또는 다운받을 수 있도록 할 수도 있고, 저장된 정보에 한하여 외부장치로 자동 전송되게 할 수도 있다.
한편, 상기 전력변동분석부(70)는 상기 기록부(60)에 저장된 직류 전류 및 전압 정보를 이용하여 상기 태양전지모듈의 발전전력에 대한 시간별 전력변동성을 분석하는 것으로서, 다음과 같은 과정이 이루어진다.
먼저, 태양전지모듈에서 발생하는 시간영역에서의 전력신호를 고속푸리에변환(FFT)을 이용하여 주파수영역으로 변환하고, 변환된 전력신호 내에서 상대적으로 변동이 큰 영역에 해당하는 주파수 또는 주파수 범위(일 예로, 50Hz)를 추출하며, 추출된 해당 주파수를 시간 영역으로 환산하여 주기(0.02초)를 산출한다.
이후, 산출된 주기(0.02초)를 기초하여 시간영역에서의 전력신호에 대하여 설정된 시간간격(일 예로, 5분)마다 이동평균값을 산출하고, 산출된 이동평균값으로부터 이동평균값이 산출되는 해당 시각에서 전력신호의 실제 전력값을 제하여 전력변동량을 산출한다.
상기의 과정은 시간에 따라 연속적으로 진행되며, 이와 같이 연속적으로 산출되는 다수의 이동평균값들에 대하여 해당 이동평균값이 산출되는 해당 시각에서 전력신호의 실제 전력값을 제하여 획득되는 다수의 전력변동량 데이터들을 취합하여 설정된 시간범위 내의 전력변동량 데이터들을 획득할 수 있다.
그리고, 상기 관제부(80)는 상기 진단부(50)에서 출력되는 진단결과를 수신하여 상기 태양전지모듈 및 상기 전력변환부(10)의 고장 여부를 실시간 모니터링하며, 상기 진단부(50)의 진단결과에 따라 태양전지모듈 또는 전력변환부(10)가 고장상태로 진단되는 경우, 상기 제어부의 제어에 따라 관리자단말기(90)로 이벤트신호를 송출하도록 되어 있다. 또한, 상기 관제부(80)는 태양전지모듈 및 전력변환부(10)의 고장여부뿐만 아니라, 태양전지모듈의 발전상태 및 발전효율과, 전력변환부(10)의 전력변환효율에 대한 정보를 관리자단말기(90)로 송출할 수도 있다.
상기 상태표시부(100)는 상기 진단부(50)에서 출력되는 진단결과 즉, 스위칭 소자의 고장 발생 여부와, 고장이 발생한 스위칭 소자의 위치 또는 해당 스위칭 소자의 식별정보, 입력검측부(20)의 검측정보, 출력검측부(30)의 검측정보, 일사량센서(40)의 검측정보 및 전력변동분석부(70)의 분석결과 등을 실시간으로 표시하도록 되어 있다.
한편, 본 발명에 따른 고장진단 및 전력변동성 계측을 위한 원격계측시스템은 상기 입력검측부에서 검측되는 직류 전류 및 전압 정보와 상기 출력검측부에서 검측되는 교류 전류 및 전압 정보를 이용하여 상기 전력변환부의 전력변환효율을 분석하기 위한 변환효율분석부;를 더 구비할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 고장진단 및 전력변동성 계측을 위한 원격계측시스템은 관리자가 원격지에서도 개발된 시스템을 바탕으로 진단 및 원인 분석이 가능하여 태양광발전시스템 및 설비의 유지보수에 소요되는 시간을 절감할 수 있으며, 이상 및 고장 진단시 알람 서비스, 기억부의 블랙박스 기능을 통하여 유지관리 인력 및 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 고장진단 및 전력변동성 계측을 위한 원격계측시스템은 도면에 도시된 일 예를 참조하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호의 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.
10 : 전력변환부 20 : 입력검측부
30 : 출력검측부 40 : 일사량센서
50 : 진단부 60 : 기록부
70 : 전력변동분석부 80 : 관제부
90 : 관리자단말기 100 : 상태표시부

Claims (5)

  1. 태양전지모듈에서 발생하는 직류 전원을 입력받아 교류 전원으로 변환하여 전력계통으로 출력하는 인버터를 포함하는 전력변환부와;
    상기 태양전지모듈에서 상기 전력변환부로 입력되는 직류 전류 및 전압을 검측하는 입력검측부와;
    상기 태양전지모듈과 인접하도록 설치되어 일사량을 검측하는 일사량센서와;
    상기 전력변환부에서 상기 전력계통으로 출력되는 교류 전류 및 전압을 검측하는 출력검측부와;
    상기 입력검측부에서 검측된 직류 전류 및 전압 정보와 상기 일사량 센서에서 검측된 일사량정보를 이용하여 상기 태양전지모듈의 고장 여부를 진단하고, 상기 출력검측부에서 검측된 교류 전류 및 전압 정보를 이용하여 상기 전력변환부의 고장 여부를 진단하며, 각각의 진단결과를 출력하는 진단부와;
    상기 입력검측부에서 검측된 직류 전류 및 전압 정보와, 상기 출력검측부에서 검측된 교류 전류 및 전압 정보 및 상기 진단부에서 출력되는 진단결과를 각각 저장하는 기록부와;
    상기 기록부에 저장된 직류 전류 및 전압 정보를 이용하여 상기 태양전지모듈의 발전전력에 대한 시간별 전력변동성을 분석하는 전력변동분석부와;
    상기 진단부에서 출력되는 진단결과를 수신하여 상기 태양전지모듈 및 상기 전력변환부의 고장 여부를 실시간 모니터링하며, 상기 태양전지모듈 또는 전력변환부가 고장상태로 진단되는 경우, 관리자단말기로 이벤트신호를 송출하도록 된 관제부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 고장진단 및 전력변동성 계측을 위한 원격계측시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진단부는 상기 출력검출부에서 검측되는 3상의 전류에 대해 2상으로 변환하는 dq변환을 통해 d축 전류와 q축 전류로 각각 분리시키고 분리된 상기 d축 전류 성분과 q축 전류 성분에 대한 직교좌표상의 팍스벡터 궤적을 생성하는 팍스벡터 생성부와, 상기 전력변환부가 정상상태일 때 상기 팍스벡터 생성부에서 생성되는 기준 팍스벡터 궤적에 대하여 상기 팍스벡터 생성부에서 생성된 비교 팍스벡터 궤적을 비교하여 상기 전력변환부의 고장 여부를 판정하는 판정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장진단 및 전력변동성 계측을 위한 원격계측시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 판정부는 상기 비교 팍스벡터 궤적의 형상과 직교좌표상의 점유영역 및 위치를 종합 분석하여 상기 인버터에 구비된 스위칭 소자들 중 고장이 발생한 스위칭 소자의 위치를 파악할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 고장진단 및 전력변동성 계측을 위한 원격계측시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 진단부에서 출력되는 진단결과와, 고장이 발생한 스위칭 소자의 위치 또는 해당 스위칭 소자의 식별정보를 표시하는 상태표시부;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고장진단 및 전력변동성 계측을 위한 원격계측시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 입력검측부에서 검측되는 직류 전류 및 전압 정보와 상기 출력검측부에서 검측되는 교류 전류 및 전압 정보를 이용하여 상기 전력변환부의 전력변환효율을 분석하기 위한 변환효율분석부;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고장진단 및 전력변동성 계측을 위한 원격계측시스템.
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