KR20190078352A - 태양광 인버터 장치의 통신 규약 자동 검색 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

태양광 인버터 장치의 통신 규약 자동 검색 장치가 개시된다. 본 장치는 태양광 시스템에 포함된 인버터 장치와 통신하는 통신부, 인버터 장치의 제조사별 고유 정보를 저장하는 저장부 및 특정 인버터 장치와 통신하는 경우, 기 저장된 특정 인버터 장치의 제조사별 고유 정보에 기초하여 특정 인버터 장치 및 특정 인버터 장치의 통신 프로토콜을 인식하며, 인식된 상기 통신 프로토콜에 기초하여 특정 인버터 장치와 통신하는 제어 모듈을 포함할 수 있다. 이에 따라, 태양 시스템의 관리가 수월해질 수 있다.

Description

태양광 인버터 장치의 통신 규약 자동 검색 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SEARCHING COMMUNICATION PROTOCOL OF SOLAR INVERTER APPARATUS AUTOMATICALLY}

본 발명은 태양광 인버터 장치의 통신 규약 자동 검색 장치 및 방법에 관한 것이다.

주요 에너지원인 화석연료의 사용은 기후변화 등의 부작용이 초래되면서 그 사용에 대한 제약이 심화되고 있고 최근에는 석탄 및 석유의 고갈에 따라 신재생에너지가 각광 받고 있다. 이에 따라 친환경적인 전력 생산이 가능하고, 생산된 전력을 안정적이고 효율적으로 공급할 수 있는 신재생에너지 발전 시스템의 중요성이 대두되고 있는 실정이다.

그 중 태양광 발전 시스템은 에너지원의 다양화 및 분산화가 추진되는 현 상황에서 설치 위치에 제약이 적고 설치 규모를 필요에 따라 자유롭게 결정할 수 있는 장점이 있어 보급이 확대되고 있다.

태양광 발전 시스템은 태양광 발전 모듈 및 태양광 발전 모듈에서 발전되는 직류 전류를 변환하는 인버터 장치를 필수 구성요소로 하고 일반적으로 하나의 인버터 장치는 다수의 태양광 발전 모듈을 제어할 수 있다. 대규모의 산업시설과 같은 경우, 태양광 발전 시스템은 적게는 수백 개에서 많게는 수천 개 이상의 태양광 인버터 장치를 사용한다. 이에 따라, 수많은 태양광 인버터 장치를 통합적으로 관리하고 진단할 수 있는 방법에 대한 관심이 증가하고 있다.

상기 인버터 장치는 통신 모듈을 구비하여 외부의 원격 터미널 유닛(Remote Terminal Unit, RTU)의 일종인 전자식 터미널 유닛(Electronic Terminal Unit)에 태양광 발전 시스템의 다양한 정보를 전송할 수 있다.

다만, 인버터 장치를 제조하는 회사가 다수인 바, 제조사별 따르는 통신 프로토콜의 차이에 의해, 전자식 터미널 유닛과 인버터 장치 간의 통신 장애가 발생될 수 있다.

이에 따라, 전자식 터미널 유닛이 다양한 인버터 장치와 안정적으로 통신할 수 있는 방법이 요청된다.

또한, 설치된 또는 설치될 태양광 인버터 장치의 통신 프로토콜이 상이한 경우에 인버터 장치의 운용 제어가 가능케하기 위한 통신 프로토콜을 검색해주는 장치가 요청된다.

한편, 상기와 같은 정보는 본 발명의 이해를 돕기 위한 백그라운드 (background) 정보로서만 제시될 뿐이다. 상기 내용 중 어느 것이라도 본 발명에 관한 종래 기술로서 적용 가능할지 여부에 관해, 어떤 결정도 이루어지지 않았고, 또한 어떤 주장도 이루어지지 않는다.

공개특허공보 제10-2004-0054216호(공개일 : 2004.6.25, 출원번호 : 10-2002-0081039호, 출원일 : 2002.12.18)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 제조사별로 통신 프로토콜에 차이가 있더라도 안정적으로 태양광 시스템의 인버터 장치와 통신하는 전자식 터미널 유닛(ETU)을 제안한다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 과제를 실현하기 위한 전자식 터미널 유닛은 태양광 시스템에 포함된 인버터 장치와 통신하는 통신부; 인버터 장치의 제조사별 고유 정보를 저장하는 저장부; 및 특정 인버터 장치와 통신하는 경우, 기 저장된 상기 특정 인버터 장치의 제조사별 고유 정보에 기초하여 상기 특정 인버터 장치 및 상기 특정 인버터 장치의 통신 프로토콜을 인식하며, 인식된 상기 통신 프로토콜에 기초하여 상기 특정 인버터 장치와 통신하는 제어 모듈을 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 제어 모듈은 상기 특정 인버터 장치로부터 전류 정보, 전압 정보, 유효 전력 정보, 송전 주파수 정보 및 전력 정보 중 적어도 하나를 상기 통신부를 통해 수신할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따르면 아래와 같은 효과가 도출될 수 있다.

첫째, 안정적으로 태양광 시스템의 인버터 장치와 통신하는 전자식 터미널 유닛(ETU)이 제공됨으로써, 통신 장애의 위험이 제거될 수 있다.

둘째, 인버터 장치와의 안정된 통신이 보장되어 태양광 발전 시스템이 보다 효율적으로 관리될 수 있다.

셋째, 인버터 장치의 제조사별 통신 프로토콜 검색을 기반으로 한 인버터 장치의 운영이 효율적으로 수행될 수 있다.

본 발명에서 얻은 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모드버스(ModBus) 프로토콜의 전송 프레임의 구성을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 시스템의 인버터 장치와 통신하는 전자식 터미널 유닛의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스터 디바이스와 슬레이브 디바이스 간의 모드버스 TCP(Transmission Control Protocol) 통신을 나타낸다.
도 5는 특정 인버터 장치의 제조사가 사용하는 통신 프로토콜의 일 예를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자식 터미널 유닛이 통신하는 장치에 관한 정보를 저장한 것을 나타낸다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 일 실시 예를 사용하는 모드버스 프로토콜은 산업용 장비의 모니터링 및 제어를 위해 만들어졌으며, 마스터(Master) 및 슬레이브(Slave) 기반의 요청과 응답을 처리하는 직렬통신(Serial Communication)의 일종이며, 그 종류는 RTU, ASCII, TCP 3가지 종류를 포함한다.

또한, 인버터(Inverter) 장치는 태양광 시스템에서 필요한 장치로 직류를 교류로 변화해주며, 모드버스 프로토콜을 지원하는 디비아스들과 통신할 수 있는 장치이다.

이하에서는 도 1 및 도 2를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 모드버스(Modbus) 프로토콜의 프레임의 구성을 나타낸다. 도 1은 RTU 및 ASCII 프레임을 나타내고, 도 2는 TCP 프레임을 나타내며, 모드버스 프로토콜의 프레임은 ADU(Application Data Unit) 및 PDU(Protocol Data Unit)을 포함한다.

도 1에 따르면, RTU 및 ASCII 프레임의 PDU 프레임은 Function Code 필드와 Data 필드를 포함한다.

Function Code 필드는 명령어 집합 코드를 포함하며, 이 코드를 이용하여 메모리의 값을 읽어올 수 있으며, 1~127 사이의 값이 사용될 수 있다. 데이터 모델은 입력, 출력, 비트, 단위를 기준으로 4가지 형태로 이루어져 있으며, 제조사마다 각각 다르게 사용될 수 있다. 예를 들면, 데이터의 종류별로 데이터 블록을 각각 지정하여 4개의 블록으로 사용하거나 비트의 영역을 나누어 2개의 데이터 블록으로 사용할 수 있다.

Data 필드는 Function code 필드에 따라 구조가 달라질 수 있다. Data는 Start address(접근하려는 메모리의 시작번지, 2Bytes), Length(시작번지부터 값을 읽거나 쓸 길이, 2Bytes), Byte Count(읽거나 쓸려는 메모리의 바이트 수, 1Byte), Data[n](요청과 응답에 따른 메모리의 값) 등을 포함할 수 있다.

RTU 및 ASCII 프레임의 ADU는 Addition address 필드 및 Error check 필드를 더 포함한다.

도 2에 따르면, TCP ADU는 MBAP(ModBus Application Protocol) Header, Function code 필드 및 Data 필드를 포함한다. 다시 MBAP Header는 Transaction ID, Protocol ID, Length, Unit ID 필드를 포함한다.

구체적으로, 트랜잭션 ID는 2Bytes로, 마스터가 최초 0x0000값부터 통신시작시 1 씩 증가되며, 슬레이브는 그 값을 그대로 복사해서 사용하고, 쿼리 및 응답에 대해 한 쌍으로 작업이 이루어졌는지를 확인할 수 있다. 프로토콜 ID는 2Bytes로, 프로토콜의 ID를 나타내며 모드버스의 TCP 프레임은 0x0000의 고정값을 사용할 수 있다. Length 필드는 2Bytes로, Length 필드의 위치에서 프레임 마지막까지의 길이를 표시할 수 있으며, Unit ID 에서 Data 끝까지의 Byte의 수를 표시할 수 있다. 유닛 ID는 1 Byte, TPC/IP가 아닌 다른 통신선로의 연결되어있는 Slave를 구분하는데 이용될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 시스템의 인버터 장치(10)와 통신하는 전자식 터미널 유닛(ETU, 100)의 구성을 나타내는 블록도이다.

전자식 터미널 유닛(100)은 태양광 인버터 장치의 통신 규약 자동 검색 장치로써, 인버터 장치와 직렬 통신을 수행하는 장치에 해당된다.

도 3에 따르면, 전자식 터미널 유닛(100)은 통신부(110), 저장부(120) 및 제어 모듈(130)을 포함한다. 도 3에 도시된 구성요소들은 전자식 터미널 유닛(100)을 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 전자식 터미널 유닛(100)은 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.

통신부(110)는 인버터 장치(10)와 통신을 수행한다. 가령, 통신부(110)는 모드버스 프로토콜을 지원하여 인버터 장치(10)와 통신을 수행할 수 있다.

저장부(120)는 인버터 장치의 제조사별 고유 정보를 저장할 수 있다. 상기 저장부(120)는 상기 저장부(120)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 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), 자기 메모리, 자기 디스크 및 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 전자식 터미널 유닛(100)은 인터넷(internet)상에서 상기 저장부(120)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage)와 관련되어 동작될 수도 있다.

저장부(120)는 인버터 장치(10)를 제조 납품한 제조업체의 기업등록 정보, 제품생산 정보, 납품실적 정보 등을 포함하는 제조사 정보를 포함할 수 있으며, 각 제조사별로 제조된 인버터 장치(10)의 통신 규약(프로토콜) 정보를 포함할 수 있다. 또한, 저장부(120)는 제조사 정보 DB, 제조사별 규약 DB 정보를 기반으로 추정되는 프로토콜을 인버터 장치(10)로 전송하기 위한 정보 등을 저장할 수 있다.

이에, 저장부(120)는 제조사 정보 DB 모듈을 더 포함할 수 있다. 제조사 정보 DB 모듈은 기업등록 정보, 제품생산 정보, 납품실적 정보 등을 제조사별로 구분하여 저종할 수 있다. 또한, 저장부(120)는 제조사별 규약 DB 모듈을 더 포함할 수 있다. 제조사별 규약 DB 모듈은 각 제조사별로 제조된 인버터 장차의 통신 규약 정보를 등록할 수 있다. 또한, 저장부(120)는 프로토콜 검색 모듈을 포함하는데, 프로토콜 검색 모듈은 상기 제조사 정보 DB 및 제조사별 규약 DB 모듈에 포함된 정보를 기반으로 추정되는 프로토콜 정보를 인버터 장치로 전송하여 통신 가능 여부를 판단할 수 있다.

제어 모듈(130)은 현재 설치된 인버터 장치(10) 또는 태양광 시스템의 제조 또는 설치날짜를 참조하여 해당 기간에서 납품된 제조사 정보를 찾고, 해당 제조사에서 출시된 인버터 장치(10)의 프로토콜 정보를 모두 검색한 후, 인버터 장치(10)와 순차적인 통신을 수행하며, 통신 수행 결과에 따라 동일한 프로토콜이 발견되는 경우, 해당 프로토콜을 등록 설정하고, 등록된 프로토콜을 기반으로 해당 인버터 장치(10)의 출력정보(전압, 전류, 전력, 누적전력, 당일 전력, 로그정보 등)를 운영 프로토콜로 변환하여 출력할 수 있다.

제어 모듈(130)은 특정 인버터 장치(10)와 통신하는 경우, 저장된 상기 인버터 장치(10)의 제조사별 고유 정보에 기초하여 특정 인버터 장치(10) 및 상기 특정 인버터 장치(10)의 통신 프로토콜을 인식할 수 있다.

제어 모듈(130)은 결정된 상기 통신 프로토콜에 기초하여 상기 특정 인버터 장치(10)와 상기 통신부(110)를 통해 통신할 수 있으며, 상기 특정 인버터 장치(10)로부터 전류 정보, 전압 정보, 유효 전력 정보, 송전 주파수 정보 및 전력 정보 중 적어도 하나를 상기 통신부(110)를 통해 수신할 수 있다.

아울러, 제어 모듈(130)은 통신부(110)를 통해 수집된 정보를 관련 기관에 제공할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스터 장치와 슬레이브 장치 간의 모드버스 TCP 통신을 나타낸다.

도 4에 따르면, 마스터 장치는 ITU가 될 수 있으며, 슬레이브 장치는 인버터 장치가 될 수 있으나, 실시 예에 따라 마스터 장치는 PC 등이 될 수 있으며 슬레이브 장치도 다양한 통신 엔티티가 될 수 있다.

마스터 장치와 슬레이브 장치 간의 통신을 예를 들어 설명할 수 있다. 먼저 마스터 장치가 요청을 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x06 0x01 0x01 0x00 0x00 0x00 0x0F 순으로 전송할 수 있으며, 슬레이브가 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x05 0x01 0x01 0x02 0x00 0x00로 응답할 수 있다. 다만, 이는 하나의 실시 예에 불과하고 다른 방식으로 구현될 수 있다.

도 5는 특정 인버터 장치를 제조하는 제조사의 통신 프로토콜의 일 예를 나타낸다.

필드는 시작번지, 데이터 설명, 데이터 크기, 데이터 속성 등을 포함할 수 있으나, 실시 예가 이에 국한되는 것은 아니다. 가령, 시작 번지 필드는 30589, 데이터 설명 필드는 Total increased self-consumption(Wh), 데이터 크기 필드는 U32, 데이터 속성은 FIXO, RO 등의 정보가 포함될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 ITU가 다양한 인버터 장치에 관한 정보를 저장하는 방식을 나타낸다. 각 필드들을 설명하면 아래와 같다.

구체적으로, unit_id는 slave의 구분코드이며, daq_code 은 특정 ITU에서 사용되는 데이터 구분 코드일 수 있으며, address 는 데이터의 시작 주소값이고, wordcnt는 데이터의 크기이며, format은 데이터의 규격이고, scale은 데이터의 표시단위 관련 게수를 나타내며, use_flag는 사용여부를 나타내고, device_type는 접속대상 장치종류(예: 인버터, 히트펌프, LED조명컨트롤러 등)를 나타내며, con_name 은 특정 ITU의 연결대상명을 나타내고, ip는 접속 대상 IP 주소를 나타내며, port는 접속 대상의 포트 정보를 나타내고, connector는 특정 ITU의 연결 프로세스명을 나타내며, 설명은 비고를 나타낼 수 있다.

본 발명에 따르면 데이터 베이스 정보가 없는 장치인 경우에도 상술한 통신규격 특성만 정리해서 입력한다면, 추가로 S/W 개발 없이 데이터 통신이 수행될 수 있으며, 장치의 유지보수에 의해 펌웨어가 변경될 시에도 데이터베이스의 내용만 맞춰서 수정하면되기 때문에 장치 변화에 대한 대응이 유연할 수 있다.

본 명세서는 다수의 특정한 구현물의 세부사항들을 포함하지만, 이들은 어떠한 발명이나 청구 가능한 것의 범위에 대해서도 제한적인 것으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 특정한 발명의 특정한 실시형태에 특유할 수 있는 특징들에 대한 설명으로서 이해되어야 한다. 마찬가지로, 개별적인 실시형태의 문맥에서 본 명세서에 기술된 특정한 특징들은 단일 실시형태에서 조합하여 구현될 수도 있다. 반대로, 단일 실시형태의 문맥에서 기술한 다양한 특징들 역시 개별적으로 혹은 어떠한 적절한 하위 조합으로도 복수의 실시형태에서 구현 가능하다. 나아가, 특징들이 특정한 조합으로 동작하고 초기에 그와 같이 청구된 바와 같이 묘사될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우에 그 조합으로부터 배제될 수 있으며, 그 청구된 조합은 하위 조합이나 하위 조합의 변형물로 변경될 수 있다.

또한, 본 명세서에서는 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 또한, 상술한 실시형태의 다양한 시스템 컴포넌트의 분리는 그러한 분리를 모든 실시형태에서 요구하는 것으로 이해되어서는 안되며, 설명한 프로그램 컴포넌트와 시스템들은 일반적으로 단일의 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다중 소프트웨어 제품에 패키징될 수 있다는 점을 이해하여야 한다

이와 같이, 본 명세서는 그 제시된 구체적인 용어에 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 따라서, 상술한 예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 본 예들에 대한 개조, 변경 및 변형을 가할 수 있다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (3)

1. 태양광 시스템에 포함된 인버터 장치와 통신하는 통신부;
   인버터 장치의 제조사별 고유 정보를 저장하는 저장부; 및
   특정 인버터 장치와 통신하는 경우, 기 저장된 상기 특정 인버터 장치의 제조사별 고유 정보에 기초하여 상기 특정 인버터 장치 및 상기 특정 인버터 장치의 통신 프로토콜을 인식하며, 인식된 상기 통신 프로토콜에 기초하여 상기 특정 인버터 장치와 통신하는 제어 모듈을 포함하는, 태양광 인버터 장치의 통신 규약 자동 검색 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어 모듈은,
   상기 특정 인버터 장치로부터 전류 정보, 전압 정보, 유효 전력 정보, 송전 주파수 정보 및 전력 정보 중 적어도 하나를 상기 통신부를 통해 수신하는, 태양광 인버터 장치의 통신 규약 자동 검색 장치.
3. 통신 규약 자동 검색 장치의 통신 규약을 자동으로 검색하는 방법에 있어서,
   태양광 시스템에 포함된 특정 인버터 장치와 제1 통신하는 단계;
   기 저장된 상기 특정 인버터 장치의 제조사별 고유 정보에 기초하여 상기 특정 인버터 장치 및 상기 특정 인버터 장치의 통신 프로토콜을 인식하는 단계; 및
   인식된 상기 통신 프로토콜에 기초하여 상기 특정 인버터 장치와 제2 통신하는 단계를 포함하는, 통신 규약을 자동으로 검색하는 방법.
   

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