KR20210042783A

KR20210042783A - 화재감지 신재생전기시스템의 모니터링시스템

Info

Publication number: KR20210042783A
Application number: KR1020200015558A
Authority: KR
Inventors: 이태범
Original assignee: 이태범
Priority date: 2020-02-10
Filing date: 2020-02-10
Publication date: 2021-04-20

Abstract

신재생전기시스템 모니터링 시스템를 제공한다. 상기 신재생전기시스템 모니터링시스템은
전기화재 발생 우려가 많은 접속함, 배전반(300)등 신재생전기설비 함내의 온도, CO가스을 감지하는 화재감지센서부(330);와
모듈이나 바테리(100)로부터 직류전원이 인입되는 회로별로 각각 설치되는 전류 센서부(350);
외부 일사량과 온도를 감지하는 기상센서(700);
상기 화재감지센서부(330), 전류 센서부(350), 기상센서(700)에서 측정한 각종 데이터를 수집하여 전송하는 통신부(340); 이러한 직류전원을 전력계통과 부하에 공급하기 위한 정상적인 교류전원으로 변환 공급하는 인버터 또는 PCS(400, Power Conditioning System, 전력변환장치);
상기 각종 데이터와 인버터의 각종 전력정보를 모아 PC(500, Personal Computer, 컴퓨터)나 서버로 보내는 RTU(550, Remote Terminal Unit, 현장데이터 수집장치);
로 구성된 신재생전기설비에 있어서 직류전원 채널별 전류 모니터링, 관련 접속함 또는 배전반(300)내의 온도/연기센서로 화재징후 감지 모니터링, 신재생설비 주위의 일사량 외기온도의 기상 모니터링, 인버터 또는 PCS(400, Power Conditioning System, 전력변환장치) 전압 전류 전력 등 모니터링 등으로 신재생설비의 정상 작동 여부와 화재징후상황여부, 화재발생 시 직류전원 차단 여부, 전력계통의 이상 상황을 파악하고, 이상 신호 발생시 서버나 컴퓨터에 비상상황을 알려 화재초기진압, 피해확산방지로 인적 물적피해를 최소화하는 모니터링시스템을 구축한다.

Description

화재감지 신재생전기시스템의 모니터링시스템{The monitoring system of renewable electric system with fire detection}

본 발명은 태양광발전설비나 ESS(Energy Storage System, 에너지저장장치) 등의 신재생전기설비의 모니터링시스템에 관한 것으로, 태양광 모듈 또는 배터리(100)에서 발생된 전원을 접속함 또는 배전반(300)을 거쳐 인버터나 PCS(400)를 통해 계통연계로 전력공급 되는 신재생전기설비의 모니터링시스템에 관한 것이다.

태양광발전은 반도체로 만들어진 태양전지(모듈)(100)에 빛 에너지를 조사하여 빛 에너지를 직류 전기로 변환하여 전력을 생산하는 것으로써, 무한정ㆍ무공해의 태양 에너지를 이용하므로 연료비가 들지 않고, 대기오염이나 폐기물 발생이 적으며, 또한 기계적인 진동과 소음이 없고, 수명이 최소 25년 이상으로 길며, 유지보수도 용이한 장점이 있다.

일반적으로 태양광 발전시스템은 빛 에너지를 직류의 전기 에너지로 변환하게 되는 태양광 모듈과, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하기 위한 인버터와, 태양광 모듈에서 발생된 직류 전원을 인버터로 전달하게 되는 접속함을 포함하며, 인버터에서 변환된 교류 전원은 별도의 교류 배전반에 의해 전력 계통 시스템으로 보내 구내 또는 수용가에 공급되어 사용된다.

단위 태양전지에서 발생되는 전기 에너지의 량은 매우 작기 때문에 통상적으로는 여러 개의 태양전지군을 모듈로 제작하며, 또한 복 수개의 태양광 모듈를 직렬로 한 그룹으로 어레이를 구성하고 이러한 그룹을 다시 병렬로 연합하여 필요한 전력을 확보하게 된다.

한편 접속함은 직류출력 개폐기 또는 차단기, 피뢰소자, 퓨즈 등으로 구성되고, 절연저항측정이나 정기적인 단락전류 확인을 위한 출력단자용 개폐기 등을 포함하여 복수의 태양광 모듈에서 발생된 직류 전원을 취합하여 인버터로 전달하는 기능을 수행하며 통상적으로 실외에 설치되며, 따라서 우천 등의 가혹한 조건과 고온 환경에서 장기간 운전이 이루어짐에 따라서 항시 화재 발생의 가능성이 높으며, 현재 운영 중인 태양광 발전시스템의 하자 상당 부분은 접속함에서 발생되고 있는 실정이다.

한편, 태양광 접속함은 각종 전기 부품과 배선이 복잡하게 배열되어 접촉불량에 의한 과열, 단선, 단락에 의한 아크발생 및 절연피복재 열화에 의한 절연파괴 현상 등의 발생 위험이 높으며, 내부 발화 시에 순식간에 큰 화재로 확산되기 쉽다.

또한 태양광 모듈이나 접속함은 실외에 설치된 관계로 화재를 인지하더라도 신속한 화재 진압이 용이하지 않으며, 통상적으로 화재 발생 시에 초기 진화가 매우 중요하고, 화재발생 후에도 태양광모듈에서 지속적으로 직류전원이 유입되어 쉽게 진화되지 않는 문제점이 있었다.

전기 화재가 발생되면 재산 피해 및 인명 피해가 매우 크기 때문에 무엇보다 가장 중요한 것은 전기 화재의 조기검출 기능장치, 모듈 또는 배터리직류전원 차단장치, 소화 장치와 접속함의 전압 전류 온도 연기 계측 시스템이 채택 되고 있다.

태양광 발전의 경우, 야간에는 발전이 불가능하고, 주간에도 기상상황에 따라 발전출력이 변동하기 때문에 주간에 일조량이 많은 시간 동안의 잉여전력을 저장하여 두기 위해 에너지저장장치(ESS, PCS)를 설치하여 신재생전기설비로 태양광 발전과 함께 운전하고 있다.

상기 에너지저장장치는 대표적으로 전기 에너지를 저장하는 배터리, PCS, 배전반 등 필요로 하는 에너지원에 따라 다양한 형태로 구성이 이뤄지고 있고, 최근 에너지저장장치의 용량증가와 가격하락 및 수명 장기화에 따라 병용 사례는 계속 증가하고 있으나, 기술개발 미진으로 화재사고가 빈발하고 있다.

태양광발전 ESS등 신재생에너지전기설비의 합리적 안정적 운영과 유지관리를 위해 접속함 배전반 인버터 등의 통합관제, 발전량 예측을 통한 안정적 전력계통 연계, 발전설비의 원격제어 등 효율적 운영에 필요한 다양한 모니터링 시스템의 개발과 적용이 요구 되고 있다.

기존의 모니터링 시스템은 인버터 회사에서 제공하는 모니터링 시스템을 활용함으로써 과학적인 모니터링과 유지관리 보다는 일반적인 발전량 집계와 인버터의 장애만을 식별할 수 있는 방식으로 사용하고 있다.

신재생전기설비의 화재 등 사고에 대응하여 접속함이나 배전반(300)의 채널별 개별 감시(전압/전류 측정 모니터링), 화재 감지 및 차단, 인버터의 정상운전여부 고장여부 환경의 상시 모니터링이 필요하다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 신재생전기설비시스템에 있어서 접속함 또는 배전반(300) 내의 화재감지 신호를 실시간 감지하고, 일정기준치 이상시 경보를 알리며, 모듈 또는 배터리(100)의 직류전원 차단여부 등을 알려, 안정적인 설비운영과 화재초기 완전진압 및 예방이 가능한 신재생전기설비 모니터링시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

태양광발전설비나 ESS(Energy Storage System, 에너지저장장치) 등의 신재생전기설비의 모니터링장치에 관한 사항으로 화재발생우려가 있는 신재생전기설비의 접속함이나 배전반(300)내 모듈이나 바테리(100)로부터 직류전원이 인입되는 회로별로 각각 설치되는 전류 센서부(350); 함내의 온도, CO가스 등 을 감지하는 화재감지센서부(330);와 외부 일사량과 온도를 감지하는 기상센서(700); 상기 전류 센서부(350), 기상센서(700), 화재감지센서부(330)에서 측정한 각종 데이터를 수집하여 전송하는 통신부(340); 이러한 직류전원을 전력계통과 부하에 정상적인 교류전원으로 변환 공급하는 인버터 또는 PCS(400);로 구성된 신재생전기설비에 있어서,

상기 각종 데이터와 인버터의 각종 전력정보를 모아 PC나 서버(500)로 보내는 RTU(550, Remote Terminal Unit, 현장데이터 수집장치);와 관리자가 상기 정보를 모니터화면으로 확인 할 수 있게 구현하는 프로그램과 PC(Personal Computer, 컴퓨터)나 서버(500);로 구성되어 관련 접속함 또는 배전반(300)내의 직류전원 채널별 전류와 온도/CO가스 등 센서로 화재징후 감지모니터링, 신재생설비 주위의 일사량 외기온도의 기상모니터링, 인버터 또는 PCS(400)의 전압 전류 전력 등 전력모니터링을 구현함이 필요하다.

또한 상기 신재생전기설비의 접속함이나 배전반(300)내 온도, CO가스 등을 감지하는 화재감지센서부(330)의 디지털 정보데이터에 있어서 각각 설정치 이상 시 경보메세지를 발하고, 자동으로 접속함이나 배전반(300)에 공급되는 직류전원이 차단되는지 여부도 파악해야 한다.

상기 신재생전기설비에서 상기 각종 접속함이나 배전반(300)내 데이터와 인버터 또는 PCS(400)의 각종 전력정보를 모아 PC나 서버(500)로 보내는 RTU(550, Remote Terminal Unit, 현장데이터 수집장치);와 관리자가 상기 정보를 모니터화면으로 확인 할 수 있게 구현하는 PC(Personal Computer, 컴퓨터)나 서버(500); 사이에 유선이나 무선으로 데이터를 주고받는 통신이 가능하고, 별도의 현황판이나 모니터 또는 인터넷이 가능한 스마트 폰에서도 구현할 수 있어야 한다.

상기 신재생전기설비의 모니터링에 있어서 단독 또는 8대 이하의 다수 접속함이나 배전반(300)과 인버터(400)의 정보데이터도 구현하고, 통신이상, 스트링별 대비 저전류시, 인버터의 경보신호시, 정전시, 내부 온도 습도 CO가스 부분방전 이상시, 환경센서(700)의 일사량과 인버터 발전량 대비 이상시 경보가 필요하다.

상기 신재생전기설비의 직류전원 회로별로 설치되는 전류 센서부(350)의 각 채널별 직류전원의 전압과 전류 정보, 화재감지센서부(330)의 함내의 온도(섭씨 0-99.9도), CO가스(0-1,000PPM)의 화재감지정보, 기상센서의 외부 수평면 또는 경사면의 일사량(0-1300W/sqm)과 온도(-70-99.9도)를 감지하는 외부기상정보, 인버터로 부터의 입력DC 출력AC의 전압, 전류, 전력, 역률, 주파수, 누적발전량, 고장여부, 배터리의 경우는 온도(최고,최저,평균), 전압, 전류 등의 전력 및 상태정보를 현장데이터 수집장치(550, RTU)로 보내지고 저장되며, 유선 또는 무선 연결된 PC, 스마트폰 또는 태블릿 PC에서 현재, 금일, 금월, 금년, 누적 발전전력량(Kwh) 및 발전시간(h), CO₂ 등 발전현황과 접속함 인버터의 정보와 통계, 경보 이력 등을 모니터링하는 시스템이다.

상기 현장데이터 수집장치(550, RTU)를 통해 모니터링 PC 또는 서버(500)와 연동되고,

상기 모니터링 PC 또는 서버(500)는 직류전원의 전압과 전류 이상 감지, CO가스(선택적으로 50PPM 이상), 특정 온도(70도) 이상 등의 이상 신호 발생시 모니터링 PC 또는 서버(500)의 알람을 발생하고 경보이력에 기록한다. 선택적으로 관리자 스마트폰(600)에게 문자메세지 발송도 수행할 수 있다.

상기 전류센서(350) 정보, 기상센서 정보, 화재감지센서 정보, 인버터정보 등을 RS232나 RS485 또는 RS-422의 통신방식으로 TCP/IP를 통해 이더넷을 연결하는 LAN 연결부를 포함한 현장데이터 수집장치(550, RTU)에 보내진다.

현장데이터 수집장치(550, RTU)와 모니터링 PC 또는 서버(500)의 연결은 유선과 무선(저비용의 IoT통신)이 가능하며, DNS 고정 IP 주소 설정 또는 DHCP 유동 IP 주소 설정이 가능하다.

또한 일정시간 때 상기의 직류전원의 채널별 전압 전류로 산정한 순시전력과 환경센서의 일사량 측정값과 비교하여 정상작동 여부를 판단 할 수 있는 프로그램을 포함할 수 있다.

본 발명인 신재생전기시스템 모니터링시스템은

전기화재 발생 우려가 많은 접속함, 배전반등 신재생전기설비 함내의 온도, CO가스을 감지하는 화재감지센서부(330);와 모듈이나 바테리(100)로부터 직류전원이 인입되는 회로별로 각각 설치되는 전류 센서부(350); 외부 일사량과 온도를 감지하는 기상센서(700); 상기 화재감지센서부(330), 전류 센서부(350), 기상센서(700)에서 측정한 각종 데이터를 수집하여 전송하는 통신부(340); 이러한 직류전원을 전력계통과 부하에 적합한 정상적인 교류전원으로 변환 공급하는 인버터 또는 PCS(Power Conditioning System, 전력변환장치)(400); 상기 각종 데이터와 인버터의 각종 전력정보를 모아 PC(Personal Computer, 컴퓨터)나 서버(500)로 보내는 RTU(550, Remote Terminal Unit, 현장데이터 수집장치);로 구성된 신재생전기설비에 있어서 직류전원 채널별 전압/전류 모니터링, 관련 접속함 또는 배전반(300)내의 온도/CO가스 연기센서로 화재여부 감지 모니터링, 신재생설비 주위의 일사량 외기온도의 기상 모니터링, 인버터 또는 PCS(Power Conditioning System, 전력변환장치)(400) 전압 전류 전력 등 모니터링 등으로 신재생설비의 정상 작동 여부와 화재징후상황여부, 화재발생 시 직류전원 차단 여부, 전력계통의 이상 상황을 파악하고, 이상 신호 발생시 서버나 컴퓨터(500)에 비상상황을 알리고 고장부분 파악, 화재초기진압, 피해확산방지로 인적 물적 피해를 최소화하는데 있다.

도1 ; 본 발명의 일실시예에 따른 신재생전기설비시스템의 모니터링 개념흐름도
도2 ; 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 시스템 모니터링 정보흐름도
도3 ; 본 발명의 일실시예에 따른 모니터링 전력계통 정보연산도
도4 ; 본 발명의 일실시예에 따른 모니터링 화재감지센서계통 정보연산도
도5 ; 본 발명의 일실시예에 따른 모니터링 화면내용(1)
도6 ; 본 발명의 일실시예에 따른 모니터링 화면내용(2)
도7 ; 본 발명의 일실시예에 따른 모니터링 화면내용(3)
도8 ; 본 발명의 일실시예에 따른 모니터링 경보레벨
도9 ; 본 발명의 일실시예에 따른 신재생전기설비시스템 구성도

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다. 또한 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

아울러, 본 발명의 실시 예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본명세서에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다"등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이와 같이 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다. 또한 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 신재생전기설비시스템의 모니터링 개념흐름도이다.

도1을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 신재생전기설비시스템의 모니터링 시스템은 접속함이나 배전반(300) 내의 화재감지센서부(330), 전류센서(350), 기상센서(700)의 정보를 통신부(340)로 모으고, 인버터/PCS(400)의 전력정보를 더하여 RTU(550, Remote Terminal Unit, 현장데이터 수집장치)로 보내고 최종적으로 PC나 서버(500)에 모니터링을 시현하게 되는 흐름도를 구현한 것이다.

이때에 센서류(330, 350, 700), 통신부(340), 인버터/PCS(400)와 RTU(550, Remote Terminal Unit, 현장데이터 수집장치) 그리고 RTU(550, Remote Terminal Unit, 현장데이터 수집장치)와 PC나 서버(500) 간의 통신 방식은 유선의 경우는 RS485, RS422, RS232 중에 한 방식을 채택한다.

또한 RTU(550, Remote Terminal Unit, 현장데이터 수집장치)와 PC나 서버(500) 간의 무선 통신방식인 경우는 TCP/IP이나 IoT통신을 사용할 수 있다.

외부에 별도의 현황판이나 모니터를 설치하여 모니터링 시청도 가능하며, 인터넷 연결 경우에는 스마트폰에서도 모니터링이 가능하다.

도2는 본 발명의 일실시 예에 따른 태양광 발전 시스템 모니터링 정보흐름도이다.

도2를 참조하면 전기화재 우려가 있는 접속함이나 배전반(300)내의 전류센서로 모듈이나 바테리(100) 채널별 전류(A), 전압(V), 온도센서에 의한 온도, CO가스센서에 의한 CO가스농도(PPM) 테이터를 수집하고, 기상센서(700)에서는 수평면과 경사면의 일사량(W/sqm), 외부와 표면의 온도 데이터를 수집하고, 인버터에서는 입력 DC 전압/전류/전력과 출력 AC 전압/전류/발전량과 역률/주파수와 금일 누적 발전현황의 데이터를 수집하여 RTU(550, Remote Terminal Unit, 현장데이터 수집장치)로 보내지고 PC나 서버(500)에서 모니터링을 시현하는 데이터 흐름도이다.

도3는 본 발명의 일실시 예에 따른 신재생전기설비시스템의 모니터링 전력계통 정보연산도이다.

도3을 참조하면 신재생전기설비시스템의 모니터링에 있어서 전력계통의 데이터연산도로써 접속함이나 배전반(300)의 전력정보와 인버터/PCS(400)의 전력정보의 판단연산으로 해당 정보의 미작동이나 기준치보다 부족/과다시 경고로 연결됨을 알 수 있다.

도4는 본 발명의 일실시 예에 따른 신재생전기설비시스템의 모니터링 화재감지센서계통 정보연산도이다.

도4를 참조하면 신재생전기설비시스템의 모니터링에 있어서 접속함이나 배전반(300)의 화재감지 데이터 연산으로 감지온도와 CO가스 농도가 기준치 이상시 경고 정보를 알리고 또한 전원차단반(200)이 있는 경우는 경고정보에 자동차단 될 경우 이를 전력정보로 파악할 수 있다. 경우에 따라 온도와 CO가스 외에 습도나 부분방전횟수를 추가적으로 감지하여 경보를 발하여 모니터링 할 수 있다.

도5는 본 발명의 일실시 예에 따른 신재생전기설비시스템의 모니터링 화면내용 예(1)이다.

도5를 참조하면 신재생전기설비시스템의 모니터링에 있어서 모니터링화면에 시현되는 내용으로 메인화면의 발전현황으로는

① 현재(오늘) 날짜

② 발전 현황 (인버터)- 인버터의 기간(금일,금월,금년,누적) 발전전력량 및 발전시간, CO₂ 등 표시

③ 최종 업데이트 시간- 인버터로부터 마지막으로 수신한 시간을 표출

④ 현재 전력- 인버터로부터 들어오는 실시간 발전 전력

⑤ 금일 발전 전력량(KWh)

⑥ 변환 효율 (DC / AC)

⑦ 기상 현황- 환경센서 받은 실시간 값을 나타내고,

인버터로부터의 정보화면은

① 인버터 기본정보 - 실시간 데이터 및 계산된 데이터(발전량, 전압, 전류)

② 계측정보 (역률, 주파수, 발전시간)

③ 인버터 상태 정보 (인버터 상태, 과 저 전압 전류, 주파수, 과열, 지락)

④ 선택된 데이터에 의하여 그래프 표출 - 데이터 중 최소값과 최대값, 평균값 등을 표시로 시현되는 예이다.

도6는 본 발명의 일실시 예에 따른 신재생전기설비시스템의 모니터링 화면내용 예(2)이다.

도6를 참조하면 신재생전기설비시스템의 모니터링에 있어서 모니터링화면에 시현되는 내용으로

접속함 계측장비는

① 접속함 기본정보 - 실시간 값 (전압, 전류, 스트링 정보)

CO가스/최대온도 센서 실시간 수신하고 설정값 이상이면 경고 한다.

② 스트링 정보 (전압, 전류, 전력, 채널상태)

채널 상태는 해당 채널별로 상태를 [정상, 이상]으로 확인, 비 정상적인 전압 또는 전류 확인시 [이상]으로 바뀌면서 해당하는 스트링의 경보가 발생

환경센서의 화면정보는

① 환경센서 기본정보 - 경사/수평 일사량, 외기/모듈 온도 등 실시간 표출

② 선택된 데이터에 의하여 시간대별 그래프 표출 - 데이터 중 최소값과 최대값, 평균값 등 표시

통계자료는

[인버터, 환경센서] 1시간단위 평균 값, 해당하는 값 등은 [3년]간 보관되며,

[시간, 일간, 월간] 단위로 조회종류를 선택 할 수 있으며,

조회기간은 [전일, 당일, 1주일, 1개월, 1년] 단위로 선택 하여 조회

환경센서 경우 해당하는 최저, 최고 값 표시 으로 구성한다.

도7는 본 발명의 일실시 예에 따른 신재생전기설비시스템의 모니터링 화면내용 예(3)이다.

도7를 참조하면 신재생전기설비시스템의 모니터링에 있어서 모니터링화면에 시현되는 내용으로

경보화면은

경보메시지는 인버터 Fault 에러, 통신 이상 및 여타 다른 경보 등

- 다양한 알고리즘에 의거 진행

① 사이드 바 (메뉴)- 현재 경보 내역 확인

② 경보 내용 - 경보가 발생할 시 팝업창- 발생 일시 및 해제일시, 경보레벨, 발생장비, 경보 메시지 등을 확인

조회기간(전일, 당일, 3일, 1주일, 1개월, 3개월, 6개월, 1년 등) 검색, 제공

설정화면으로는

① 통신설정 - 통신 관련된 설정으로 모듈별로 계측장비를 선택 및 Address를 선택

② 장비설정 - 계측장비별로 상세 설정 (인버터 용량 및 스트링 등등)

③ 진단설정 - 경보에 관한 진단정보를 설정

④ 시스템설정 - 로고 및 현장에 관한 설정

으로 구분 할 수 있다.

도8는 본 발명의 일실시 예에 따른 신재생전기설비시스템의 모니터링 경보레벨이다.

도8를 참조하면 신재생전기설비시스템의 모니터링에 있어서 경보를 발하는 내용과 주의 경계 심각의 단계별 내용이다.

주의 경보는 환경센서에서 일사량대비 발전량이상 이나 발전량대비 일사량 이상 경우이고,

경계경보는 통신이상, 스트링저전류, 인버터이상, 접속함 내부온도이상, CO가스농도 이상, 차단기트립, 통신이상, 환경센서 경우 외기/모듈의 온도이상시 발하게 되고,

심각경보는 정전시, 누적발전량 역전시 발하게 된다.

추가적으로 신재생전기설비시스템의 모니터링에 있어서 인버터의 경보가 발하는 조건은

DC전압 과전압 저전압, SPD 고장, 지락 여부, 전압 불균형, 비상정지스위치 작동 여부, MC구동 이상, 인버터 출력 과전류, 계통 과/저 전압, 과/저 주파수 등의 경우 경보메세지를 발하게 된다.

도9는 본 발명의 일실시 예에 따른 신재생전기설비시스템의 구성 예도이다.

도9를 참조하면 신재생전기설비시스템의 모니터링이 포함된 구성도로 다중 화재감지로 전원차단 기능을 갖는 신재생 전기설비 시스템에서 직류전원의 자동차단기능을 설명하기 위한 도면이다.

태양광발전설비나 ESS 등의 신재생 전기설비의 접속함(300)이나 배전반내 화재발생 가능성에 대하여 화재징후 감시기능과 화재감시시 태양광 모듈(100)이나 배터리의 직류전원을 자동차단하는 전원차단반(200)으로 구성하여 화재예방과 초기진단에 의한 화재진압이 가능한 시스템을 적용된 구성도이다.

이를 보다 상세히 설명하면, 본 발명 다중 화재감지로 전원차단 기능을 갖는 신재생 전기설비 시스템은 태양광 모듈(100) 또는 배터리, 전원차단반(200), 접속함(배전반)(300), 인버터(400) 또는 PCS, 모니터링 시스템(500), 스마트 폰(600) 및 기상센서(700)을 포함하여 구성된다.

여기서 태양광 모듈(100) 또는 배터리는 직류전원을 인버터(400) 또는 PCS로 공급한다. 이러한 태양광 모듈(100)과 배터리는 복수개가 구성된다.

전원차단반(200)은 태양광 모듈(100) 또는 배터리는 직류전원을 인버터(400) 또는 PCS로 공급 시 태양광 모듈(100) 또는 배터리와 인버터(400) 또는 PCS 사이에 구성되어 복수의 태양광 모듈(100)과 배터리의 직류전원의 각 병렬회로를 하나로 합하는 접속함(배전반)(300)에 화재발생 징후나 화재징후 시 태양광 모듈(100) 또는 배터리로부터의 직류전원 공급을 차단한다.

이러한 전원차단반(200)은 차단기(전자접촉기)(210), 션트코일(220), 알림부(230), 수동버튼(240) 및 차단작동 지시부(250)로 구성된다.

여기서 차단기(전자접촉기)(210)는 태양광 모듈(100)이나 배터리와 1:1로 연결되며, 션트코일(220)을 통해 트립되어 태양광 모듈(100)이나 배터리로부터의 직류전원이 접속함(300)으로 공급되는 것을 차단한다.

알림부(230)는 경광등과 스피커 등으로 구성되어 소리와 빛으로 화재나 화재징후를 알린다.

수동버튼(240)은 전원차단반(200)내 비상시 수동으로 차단작동지시부(250)에 작동신호를 보낸다. 차단작동 지시부(250)는 화재정보를 받아 배터리 모듈(100) 또는 배터리로부터의 직류전원을 차단하기 위한 차단신호를 션트코일(220)로 지시하여 배터리 모듈(100) 또는 배터리로부터의 직류전원의 양극 또는 음극회로를 자동차단한다.

접속함(배전반)(300)은 태양광 모듈(100) 또는 배터리는 직류전원을 인버터(400) 또는 PCS로 공급 시 복수의 태양광 모듈(100)과 배터리의 직류전원의 각 병렬회로를 하나로 합하여 인버터(400) 또는 PCS로 공급한다.

이러한 접속함(배전반)(300)은 퓨즈(차단기)(310), 차단기(320), 화재감지센서(330), 정보수집부(340) 및 전류센서(350)를 포함하여 구성된다.

퓨즈(차단기)(310)는 태양광 모듈(100) 또는 배터리 스트링이 접속된 개별 회로에는 음극과 양극 각각에 과전류를 보호하는 직류(DC)용 퓨즈(차단기)이다.

차단기(개폐기)(320)는 접속함(배전반)(300)의 유지 보수 시의 안전성을 위하여 접속함(배전반)(300)의 출력 모선 회로에 설치된다.

화재감지센서(330)는 접속함(배전반)(300)에 열 또는 연기의 화재징후정보를 수집한다. 이러한 화재감지센서(330)는 열에 의한 온도를 감지하여 획득하는 반도체 또는 적외선 온도 또는 전기화학방식의 반도체 CO(일산화탄소)가스센서와, 상태감지신호를 송신할 수 있는 단자 또는 화재 발생 또는 이상 유무를 판단하여 화재정보를 차단작동 지시부(250)로 전송한다.

정보수집부(340)는 화재감지센서(330)의 센싱정보와 기상센서(700)의 정보를 수집하고, 수집된 정보를 RTU(550)와 모니터링 시스템(500)으로 전송한다. 또한 퓨즈(차단기)(310) 전단의 전류센서(350)에서 전류측정과 출력측 양극 음극 사이의 전압을 측정하여 검출된 신호를 수신하여 각 태양광 모듈(100)의 발전량에 대한 모니터링 정보로 활용되거나 퓨즈(310)의 단락 여부 등 운전상태의 이상 여부를 판정하는데 이용된다.

전류센서(350)는 태양광발전 모듈 또는 배터리(100) 스트링이 접속된 개별 회로 양극 또는 음극의 전류를 센싱(감지)한다.

인버터(400) 또는 PCS는 접속함(배전반)(300)에서 공급된 직류전원을 부하나 전력계통으로 전송시 교류전원으로 변환한다.

모니터링 시스템(500)은 접속반(배전반)(300)이나 인버터(400) 또는 PCS의 화재발생 징후나 화재발생에 대한 데이터를 모니터링하여 태양광 모듈(100)이나 배터리로부터 접속반(배전반)(300)으로 공급되는 직류전원을 전원 차단반(200)에서 자동차단이나 수동차단하도록 제어하거나, 관리자의 스마트폰(600)으로 해당 정보를 전송한다.

스마트 폰(600)은 다중 화재감지로 소화 및 전원차단 기능을 갖는 신재생 전기설비 시스템 관리자의 스마트 폰(600)이다. 관리자의 스마트폰(600)으로 다중 화재감지에 따른 접속반(배전반)(300)이나 인버터(400) 또는 PCS의 화재발생 징후나 화재발생에 대한 데이터를 전송함으로써 화재진압과 전원차단에 따른 후속조치를 관리자 차원에서도 다양하게 대응할 수 있다.

기상센서(700)는 태양광 모듈(100)의 표면온도, 외기온도, 모듈의 경사각 일사량과 수평면 일사량 정보를 감지한다.

이와 같은 본 발명은 전면개폐가능하고 옥외형인 경우 외부분진 침입을 막기 위한 기밀한 구조의 도어가 달린 함체구조의 접속함(300)이나 배전반은 복수의 태양광 모듈(100)이나 배터리에서 생성된 직류전원을 인버터(400)나 PCS로 전달하기 위하여 중간에 위치하여 각 병렬회로를 하나의 회로로 모으는 접속함(300)이나 배전반내의 화재감지센서(330)가 온도, CO가스 등의 화재정보를 수집하고, 화재경계신호를 발생시켜 수집된 화재정보에 따라 화재예방이나 초기진압을 위하여 태양광 모듈(100)이나 배터리로부터 접속함(300)이나 배터리로의 직류전원 공급이 전원차단반(200)에서 차단되도록 한다.

이러한 직류전원 공급이 차단되도록 태양광 모듈(100)이나 배터리와 접속함(300)이나 배전반 중간에 위치하여 접속함(300)이나 배전반의 화재발생 징후감시에 따른 제어신호에 따라 자동이나 수동으로 태양광 모듈(100)이나 배터리로부터의 직류전원이 접속함(300)이나 배전반 공급되는 것을 차단하는 전원차단반(200)으로 구성되는 것이다.

접속함(배전반)(300)에는 열 또는 연기의 화재징후정보를 수집하고, 수집된 화재정보를 보내는 화재감지센서(330)와, 화재감지센서(330)는 화재에 의해서 발생하는 열에 의한 온도를 감지하여 획득하는 적외선 온도센서 또는 전기화학식 검출방식의 CO가스 농도를 감지하는 CO가스 센서 등과 감지신호를 송신할 수 있는 단자 또는 화재 발생 또는 이상 유무를 판단하는 감시장치를 포함하고 이 신호를 모니터링 시스템(500)에 화재 징후 경보를 전달하고 선택적으로 유무선으로 관리자의 스마트폰(600)으로 해당 정보를 전송하도록 한다.

구체적으로 전원차단반(200)에 접속함(300)이나 배전반내 또는 화재감지센서(330)의 화재정보를 받아 자동 또는 수동버튼에 의한 수동으로 태양광 모듈(100)이나 배터리로부터의 직류전원을 차단하기 위한 차단신호를 릴레이 등으로 지시신호를 발하는 차단작동 지시부(250)와 차단작동 지시부(250)의 작동지시를 션트코일(220)로 받아 태양광 모듈(100)이나 배터리로부터의 직류전원 양극 또는 음극회로를 자동차단하는 차단기나 전자접촉기(210)를 포함하는 신재생 전기설비 시스템이다.

화재정보를 경광등으로 소리와 빛으로 알리는 알림부(230)와 비상시 수동으로 차단작동지시부(250)에 작동신호를 보내는 수동버튼(240)이 전원차단반(200)내 포함된다.

이상과 같은 발명의 운영상 진행을 보면 접속함(300)이나 배전반내에 화재 발생이 예상되어 접속함(300)이나 배전반내에 온도가 미리 설정된 일정온도(예를 들어 60-70℃)가 도달하거나, CO가스가 일정농도(예를 들어 40 내지 60PPM)이상일 경우 화재감지센서(330)가 작동되어 차단작동지시부(250)로 알리고, 알림부(230)에 보내 소리와 빛으로 경고사항을 알리고, 동시에 전원차단반(200)의 차단기나 전자접촉기(210)로 태양광 모듈(100)이나 배터리의 직류전원을 차단하게 된다.

이상과 같은 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 게시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 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 한다.

100 : 태양광 모듈 또는 배터리
200 : 전원차단반 210 : 차단기(전자접촉기)
220 : 션트코일(트립 조작코일) 230 : 알림부
240 : 수동버튼 250 : 작동지시부
300 : 접속함(배전반) 310 : 퓨즈 또는 차단기
320 : 차단기 330 : 화재감지센서
340 : 정보수집통신부 350 : 전류센서
360 : 화재감지기
400 : 인버터 또는 PCS(Power Conditioning System, 전력변환장치) 500 : 모니터링 PC/서버 550 : RTU(Remote Terminal Unit, 현장데이터 수집장치)
600 : 스마트폰 700 : 기상센서

Claims

태양광발전설비나 ESS(Energy Storage System, 에너지저장장치) 등의 신재생전기설비의 모니터링장치에 관한 사항으로 화재발생우려가 있는 신재생전기설비의 접속함이나 배전반(300)내 모듈이나 바테리(100)로부터 직류전원이 인입되는 회로별로 각각 설치되는 전류 센서부(350);
함내의 온도, CO가스을 감지하는 화재감지센서부(330);와
외부 일사량과 온도를 감지하는 기상센서(700);
전류센서부(350) 화재감지센서부(330) 기상센서(700)에서 측정한 각종 데이터를 수집하여 전송하는 통신부(340); 이러한 직류전원을 전력계통과 부하에 공급하기 위한 정상적인 교류전원으로 변환 공급하는 인버터 또는 PCS(400);로
구성된 신재생전기설비에 있어서,
상기 각종 데이터와 인버터의 각종 전력정보를 모아 PC나 서버(500)로 보내는 RTU(550, Remote Terminal Unit, 현장데이터 수집장치);와 관리자가 상기 정보를 모니터화면으로 확인 할 수 있게 구현하는 프로그램과 PC(500, Personal Computer, 컴퓨터)나 서버;로 구성되어 관련 접속함 또는 배전반(300)내의 직류전원 채널별 전류와 온도/CO가스센서 등으로 화재징후 감지모니터링, 신재생설비 주위의 일사량 외기온도의 기상모니터링, 인버터 또는 PCS(400)의 전압 전류 전력 등 전력모니터링을 구현하는 모니터링시스템.
제1항에 있어서,
상기 신재생전기설비의 접속함이나 배전반(300)내 온도, CO가스을 감지하는 화재감지센서부(330)의 디지털 정보데이터에 있어서 각각 설정치 이상 시 경보메세지를 발하는 모니터링시스템
제1항에 있어서,
상기 신재생전기설비에서 상기 각종 접속함이나 배전반(300)내 데이터와 인버터 또는 PCS(400)의 각종 전력정보를 모아 PC나 서버(500)로 보내는 RTU(550, Remote Terminal Unit, 현장데이터 수집장치);와 관리자가 상기 정보를 모니터화면으로 확인 할 수 있게 구현하는 PC(Personal Computer, 컴퓨터)나 서버(500); 사이에 유선이나 무선으로 데이터를 주고받는 통신이 가능한 모니터링시스템
제2항에 있어서,
상기 신재생전기설비의 접속함이나 배전반(300)내 온도, CO가스 등을 감지하는 화재감지센서부(330)의 디지털 정보데이터에 있어서 각각 설정치 이상 시 자동으로 접속함이나 배전반(300)에 공급되는 직류전원이 차단되는지 여부를 파악할 수 있는 모니터링시스템
제1항에 있어서,
상기 신재생전기설비의 RTU(550, Remote Terminal Unit,데이터 수집장치)를 통해 관리자가 직류전원 채널별 전류와 온도/CO가스센서 등으로 화재징후 감지모니터링, 신재생설비 주위의 일사량 외기온도의 기상모니터링, 인버터 또는 PCS(400)의 전압 전류 전력 등 전력모니터링정보를 PC(Personal Computer, 컴퓨터)나 서버(500)에서 구현함은 물론 별도의 현황판이나 모니터 또는 인터넷이 가능한 스마트 폰에서도 구현할 수 있는 모니터링시스템
제1항에 있어서,
상기 신재생전기설비의 모니터링에 있어서 단독 또는 8대 이하의 다수 접속함이나 배전반(300)과 인버터/PCS(400)의 정보데이터도 구현할 수 있는 모니터링시스템
제1항에 있어서,
상기 신재생전기설비의 모니터링에 있어서 통신이상, 직류전원 회로별 대비 저전류시, 인버터의 경보신호시, 정전시, 내부 온도 CO가스 이상시, 환경센서(700)의 일사량과 인버터 발전량 대비 이상시 경보를
발하는모니터링시스템